1. El Problema Geotecnico de Los Pavim

7/24/2019 1. El Problema Geotecnico de Los Pavim

http://slidepdf.com/reader/full/1-el-problema-geotecnico-de-los-pavim 1/19

El problema geotécnico de los

pavimentos.Referencias:

• Huang, Y. Pavement Analysis and Design (2004).

• Holtz, R.D., Kovacs, W. D., Sheahan, T. C. An Introduction to Geotechnical Engineering, 2nd edition (2010).

• Conception et dimensionnement des structures de chaussée. Ministère del’Euipeet, des Transports et du Tourisme – SETRA – LCPC (Décembre 1994).

08/02/2016 LUIS RICARDO VÁSQUEZ VARELA, M.Sc. 1

Universidad Nacional de Colombia

Sede Manizales

Facultad de Ingeniería y Arquitectura

Departamento de Ingeniería Civil

Pavimentos. Profesor: Luis Ricardo Vásquez Varela, M.Sc.



Ingeniería geotécnica.

• La ingeniería geotécnica

trata, como su nombre lo

indica, de la aplicación de

la tecnología de laingeniería civil sobre algún

aspecto del terreno.

LUIS RICARDO VÁSQUEZ VARELA, M.Sc. 208/02/2016



Elementos de un problema

geotécnico.• Todo problema geotécnico puede definirse mediante cinco

elementos.

– Las cargas.

– El perfil y las propiedades de los materiales.

– El método de análisis.

– El diseño.

– La construcción, el seguimiento y la retroalimentación.

Adolfo Alarcón Guzmán, curso de Copotaieto del “uelo (Universidad Nacional deColombia, 2004).





Cargas

Perfil y propiedades

Método de análisis

Diseño

Construcción, seguimiento y retroalimentación

M

e j o r c o m p r e n s i ó

n d e l p r o b l e m a

La definición de las cargasy las propiedadesmecánicas dependen delmétodo de análisis.

El seguimiento yretroalimentación permitiránproponer mejores métodosde análisis y diseño.



LOS PAVIMENTOS COMO UNPROBLEMA GEOTÉCNICO.

Un pavimento es un problema geotécnico pues trata de la interacción del

terreno natural con una estructura construida con materiales obtenidos

del terreno.

LUIS RICARDO VÁSQUEZ VARELA, M.Sc. 5

Foto: Luis Ricardo Vásquez Varela.

08/02/2016



Cargas sobre los pavimentos.

• Peso propio de los materiales delpavimento.

– Importante en los modelos decomportamiento elástico no-lineal.

– Los materiales compactados de lospavimentos tienen historias deesfuerzo anisótropas.

• Cargas debidas a los vehículos.

– Heterogeneidad de los vehículos yusos del pavimento:

• Automóviles, buses y camiones encalles, carreteras y estacionamientos.

• Aviones de todo tipo en aeropuertos.

• Grúas y equipos especializados enpuertos y zonas industriales.

– Dinámica de los vehículos.

• Interacción entre diferentes tipos deejes y llantas sobre el pavimento.

• Efecto de los sistemas de suspensión.


Esfuerzo: σ, τ

Deformación: ε, γ

E, G

σy

σ0

σ0 + Δσ Material elástico nolineal



• Procesos de deformación o auto deformación:

– Asentamiento de la fundación: La pérdida de capacidad de soporte dela fundación induce concentraciones de esfuerzos en los materialesdel pavimento.

– Gradientes de temperatura o de humedad: Inducen expansión ocontracción volumétrica de los materiales.

– Deformación restringida: Se generan esfuerzos en los materiales delpavimento, por ejemplo, en el contacto con juntas de puentes o

edificios, o en el contacto entre dos pavimentos de rigidecesdiferentes.

• Los sismos no son una carga relevante en pavimentos.




http://www.yuprocks.com/earthquake_pictures/ca_earthquake_picture_032.jpg

California Earthquake Pictures - Imperial Valley (October 15, 1979)

“Desplazamiento lateral en el sitio No. 13 sobre la carretera Heber ( la ubicación se presenta en la Foto 1, Reporte

profesional 1 ), el cual presenta desplazamientos, fisuras y volcanes de arena asociados con el sismo.

El pavimento de la carretera se asentó, se agrietó y se desplazó hacia el sur cerca de 1.2 metros. Vista en dirección al occidente” .

Este es un problema de estabilidad del terraplén y su suelo de fundación, no de laestructura del pavimento.






https://reader009.{domain}/reader009/html5/0321/5ab1d0ffe6b35/5ab1d10810b17.jpg http://port.sihanoukville-cambodia.com/mainpages/picsport.html


Estacionamiento de camiones sobre pavimento deadoquines.Para la manipulación de combustibles es conveniente tenersuperficies no cementadas con asfalto.

Grúa portuaria con múltiples ejes sobre pavimento asfáltico.Las ruedas sólo se emplean en la movilización de la grúa ydurante su operación se apoya en cuatro placas de acero.

08/02/2016



www.captionmachine.com/photos/183.jpg


http://www.airbus.com/aircraftfamilies/passengeraircraft/a380family/

Airbus A380 en la cabecera de una pista con pavimentoasfáltico.El avión estático y con carga plena de combustible(despegue) constituye la solicitación de diseño de este tipopavimentos.

Volqueta sobre una superficie sin estructura de pavimento.Sus grandes ruedas le permiten aplicar bajas presiones sobreel terreno natural o mejorado.

08/02/2016





Perfil y propiedades de los

pavimentos.


Parte superior del movimiento de tierras.• Cortes en terreno natural.• Rellenos: terraplenes y pedraplenes.

Cota del movimiento de tierras.

Plataforma de apoyo del pavimento.

Berma.

Rodadura.Enlace.

Base.

Sub-base.

Capassuperficiales.

Capas deapoyo.

Capa de conformación.

Suelo de soporte.

≈1 metro

Membranas deseparación (geotextiles).



• Los materiales de las capas de apoyo

pueden ser tratados o no tratados.

• Materiales no tratados:

– Afirmado en vías sin superficie derodadura.

– Subbase granular y base granular enestructuras de pavimento.

– Son combinaciones controladas degravas (38 mm / 4.75 mm), arenas(4.75mm / 0.075 mm) y finos (< 0.075mm).

– Los agregados gruesos deben serdurables, resistentes y tenaces.

– La fracción fina no debe presentarplasticidad.

• Materiales tratados:

– Los principales agentes cementantesempleados son la cal, el cementoPórtland, el asfalto y suscombinaciones.

– El producto final varía desde unaestabilización (arcillas + cal) hasta un

suelo – cemento compactado (materialgranular rigidizado con cementoPórtland).

• Las capas superficiales suelen ser demateriales cementados como:

– El concreto hidráulico o concreto decemento Pórtland.

– El concreto asfáltico complementadocon riegos asfálticos.




http://onlinemanuals.txdot.gov/txdotmanuals/pdm/destructive_evaluation_of_pavement_structural_properties.htm

• Perfiles típicos de pavimentos flexibles y rígidos convencionales.


Adaptado de: http://www.tc.gc.ca/civilaviation/international/technical/images/cross_section_e.jpg

E j e d e l

p a v i m e n t o

Estructura de pavimento deconcreto asfáltico (flexible)

Estructura de pavimento de concretode cemento Pórtland (rígida)

Bermapavimentada

Áreanivelada

Tubo dedrenaje

Subrasante

Capa desubbase

Capa debase

Capasuperficial

Asfalto

Material granular seleccionado

Roca o gravatrituradas

Concretohidráulico

Suelo in situ (natural)

http://www.tc.gc.ca/civilaviation/international/technical/images/cross_section_e.jpg

http://www.tc.gc.ca/civilaviation/international/technical/images/cross_section_e.jpg



Métodos de análisis aplicados en

pavimentos.• Los métodos de análisis han

evolucionado de lo empírico a loempírico – mecanicista gracias al usodel computador y los avances en lacaracterización de materiales.

•

Métodos de análisis de tipo empírico:

– Se basan en una ecuación de regresión:lo que ha sido bueno, bueno seá.

– Criterio principal: Disponer un espesortotal para proteger la fundación deesfuerzos excesivos debidos al tráfico

vehicular.

– Ejemplo: Método basado en el CBR(circa 1930).


E s p e s o r t o t a l d e m a t e r i

a l g r a n u l a r ( m m )

Tráfico de diseño en repeticiones de ejes sencillos estándar.

Espesor mínimo de material de base granular.



• Método de análisis mecanicista – empírico simplificado.

– Emplea un modelo mecánico implícito para facilitar el análisis.

– Se resume en un ábaco y reglas definidas de diseño.

– Puede considerar un criterio de diseño multivariado, por ejemplo, serviciabilidad yconfiabilidad.

–

Ejemplo: Método AASHTO de 1993 – 1998 derivado del AASHO Road Test de 1961.




• Método de análisis mecanicista -empírico.

– Propone un modelo mecánico delpavimento, por ejemplo, la elasticidadlineal, no lineal o la visco elasticidadsegún el tipo de material.

– Simula el comportamiento de lasestructuras a partir de funciones detransferencia calibradas en campo.

– Ejemplos:

• Guía Francesa de Diseño de Pavimentos

de 1994.

• Mechanistic-Empirical Pavement DesignGuide de la AASHTO (en calibracióndesde 2008).




• Método de análisis elástico lineal:

– Esfuerzo y deformación vertical en un sistema de dos capas.


http://training.ce.washington.edu/wsdot/Modules/06_structural_design/06-4_body.htm#fem

08/02/2016

http://training.ce.washington.edu/wsdot/Modules/06_structural_design/06-4_body.htm

http://training.ce.washington.edu/wsdot/Modules/06_structural_design/06-4_body.htm



Diseño de pavimentos.

• Definir los espesores y las calidadesde las capas del pavimento, deacuerdo con la disponibilidad local demateriales y las posibilidadestecnológicas del cliente.

•

Definir las especificaciones deconstrucción de cada ítem delpavimento.

• Calcular el presupuesto y realizar laevaluación económica de variasalternativas en el ciclo de vida del

proyecto.

• Considerar la sensibilidad de lasvariables y el análisis porconfiabilidad en el diseño.


FHWA-SA-98-079



Construcción, seguimiento y

retroalimentación de pavimentos.• Consiste en poner a prueba las hipótesis y modelos de diseño de

acuerdo con el comportamiento real de los pavimentos a lo largo desu vida útil.

– Medición de respuestas estructurales como presiones (esfuerzos) y

desplazamientos.

– Evaluación de la condición superficial.

– Evaluación de los materiales empleados.

– Diseño de estructuras de refuerzo del pavimento.

– Programación de inversiones.


Documents

1. El Problema Geotecnico de Los Pavim