mecÁnica de geomateriales para pavimentos paul garnica.pdf · influencia de la carpeta asfáltica....
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MECÁNICA DE GEOMATERIALES PARA PAVIMENTOS
Paul Garnica Anguas
Instituto Mexicano del Transporte
www.imt.mx
Contenido
Comportamiento de geomateriales
Cálculo mecanicista
Construcción y gestión
Comportamiento de geomateriales
Pavimento de concreto asfáltico
Terreno de cimentación
Base granular
Carpeta
Distribución de esfuerzos en el pavimento
Solicitaciones dinámicas
Deformaciones permanentesInfluencia del terreno de cimentación
0.00
0.05
0.10
0.15
0.20
0.25
0.30
0 5000 10000 15000 20000 25000
Número de ciclos
De
form
ac
ión
(%
)Terreno de cimentación
Deformaciones permanentesInfluencia del terreno de cimentación
Terreno de cimentación
11
12
13
14
15
16
15 18 21 24 27 30 33 36 39 42
Contenido de agua (%)
Peso
vo
lum
étri
co
seco
(kN
/m3)
Gw = 100%
95%
90%80%70%60%50%
0.16% 0.22 0.28 0.40 0.52 0.64
Deformaciones permanentesInfluencia de la base granular
Base granular
0.0
1.0
2.0
3.0
4.0
5.0
6.0
7.0
0 4000 8000 12000 16000 20000 24000
Número de ciclos
De
f. P
erm
an
en
te A
cu
m.
en
%
Deformaciones permanentesInfluencia de la base granular
Base granular
0.0
1.0
2.0
3.0
4.0
5.0
6.0
0 20000 40000 60000 80000
Número de ciclos
De
f. P
erm
an
en
te A
cu
m.
en
%
G1
G2
G3
0
20
40
60
80
100
0.01 0.1 1 10 100
Tamaño en mm
% q
ue
pa
sa
G3G2
G1
G4
Deformaciones permanentesInfluencia de la base granular
Base granular
0.0
1.0
2.0
3.0
4.0
5.0
6.0
7.0
8.0
0 20000 40000 60000 80000No. de ciclos
De
f. P
erm
an
en
te A
cu
m.
en
%
63 kPa
126 kPa
253 kPa
251 kPa
707 kPa
0.0
1.0
2.0
3.0
4.0
5.0
6.0
7.0
0 200000 400000 600000
Número de ciclos
De
f. P
erm
an
en
te A
cu
m.
en
%
1073 806 543 275 539 806 kPa
Deformaciones permanentesInfluencia de la carpeta asfáltica
Carpeta
Agrietamiento por fatiga
Terreno de cimentación
Base granular
Carpeta
Agrietamiento por fatigaInfluencia del terreno de cimentación
Terreno de cimentación
50000
100000
150000
200000
250000
300000
10 20 30 40 50 60 70 80
Esfuerzo desviador (kPa)
Mó
du
lo d
e r
esilie
ncia
(kP
a)
3 = 41.4 kPa
3 = 27.6 kPa
3 = 13.8 kPa
w = 29.9 %
d = 13.93 kN/m3
Agrietamiento por fatigaInfluencia del terreno de cimentación
Terreno de cimentación
11
12
13
14
15
16
12 17 22 27 32 37 42
Contenido de agua (%)
Peso
vo
lum
étr
ico
seco
(kN
/m3)
Gw = 100%
300005500080000
105000
130000
155000
180000
205000
230000 KPa
95%90%80%70%60%
Nueva tecnología de compactación
Courtesy of Bomag Ltd
EQUIPOS DE CAMPO PARA CONTROL DE
TERRACERÍAS Y SUBRASANTES
Dynaplaque 2
Dynaplaque 1
PortancemètrePlaque
Agrietamiento por fatigaInfluencia de la base granular
Base granular
Agrietamiento por fatigaInfluencia de la base granular
Base granular
Agrietamiento por fatigaInfluencia de la carpeta asfáltica
Carpeta
Agrietamiento por fatigaInfluencia de la carpeta asfáltica
Carpeta
y = 0.5251Ln(x) - 1.5981
R2 = 0.9695
0.00
0.50
1.00
1.50
2.00
2.50
3.00
3.50
0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000
No. de Ciclos
De
form
ac
ion
(m
m)
C.A. 4.1%
160 GIROS
ESPECIMEN No.15
ANÁLISIS ESTRUCTURAL DE PAVIMENTOS CON EL
DEFLECTÓMETRO DE IMPACTO
DEFLECTÓMETRO DE IMPACTO
SISTEMA DE
INSTRUMENTACIÓN
DISPOSITIVO
GENERADOR
DE IMPACTO
PLACA DE CARGA CELDA DE CARGATRANSDUCTORES DE
DEFLEXIÓN
ANÁLISIS ESTRUCTURAL DE PAVIMENTOS CON EL
DEFLECTÓMETRO DE IMPACTO
Deformaciones permanentesContribución de cada capa
Agrietamiento por fatigaContribución de cada capa
y = 0.5251Ln(x) - 1.5981
R2 = 0.9695
0.00
0.50
1.00
1.50
2.00
2.50
3.00
3.50
0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000
No. de Ciclos
De
form
ac
ion
(m
m)
C.A. 4.1%
160 GIROS
ESPECIMEN No.15
Cálculo mecanicista
Análisis mecanicista
Rígideces, E*
Elasticidad multicapas
E*
Mr
Mr
Cálculo de deformaciones
E = /e
Ley de Hooke
Ley de Miner
D = coeficiente de daño
n = número de repeticiones esperado
N =número de repeticiones admisibles
N
nD
Leyes de agrietamiento por fatiga y de deformación permanente
32.410 )(1066.1 Tf xN e
95.38 )(1018.6 Cd xN e
EJE DUALEspectros de Daño
CARGA POR EJE, Ton
CO
EF
ICIE
NT
E D
E D
AÑ
O
0 2 4 6 8 10 12 14 16 180
5
10
15
20
25
Eje TandemEspectros de Daño
CARGA POR EJE, Ton
CO
EF
ICIE
NT
E D
E D
AÑ
O
0 5 10 15 20 25 30 350
25
50
75
100
125
Ejes TridemEspectros de Daño
Cálculos para diseño
Construcción y gestión
Especificaciones en desempeño
Nivel de producto
Calidad de rodamiento
Nivel de componente
Rigidez pavimento
Densidad adecuada
Asentamientos
Tiempo
Nivel deservicio
Bueno
Regular
Malo
Muy malo
Alternativas de conservación
Sin conservación
Conservación de rutinay periódica
Conservación de rutinay reconstrucción
PERFILÓMETRO
LÁSER
País Autopista Carretera Autopista
Libre Nacional De cuota
Bélgica 2.5 3.5 2.0
España 2.5 3.0 2.5
Francia 2.0 2.8 2.0
Portugal 2.2 3.5 2.0
Italia 2.0 3.0 2.0
VALORES DE UMBRAL PARA IRI
(CONSERVACIÓN)
Carreteras Interestatales Otras carreteras Factor de pago
EUA EUA
0.552 0.710 1.05
0.947 1.105 1.00
1.26 1.578 0.75
> 1.26 > 1.578 Remover
VALORES DE PARA IRI (RECEPCIÓN
DE OBRA)
PERFILÓMETRO DE CALIFORNIA
Indice de perfil
cm/Km, según
California
Indice de perfil en
cm/Km, según
DGST, México
Calidad de la
superficie de
rodamiento
< 4.73 < 4 Excelente
4.73 a 9.47 4.1 a 10 Muy buena
9.47 a 15.78 10.1 a 14 Buena
15.78 a 20.52 14.1 a 20 Mala
20.52 a 23.67 20.1 a 24 Muy mala
> 23.67 > 24 Inaceptable
CALIFICACIÓN DE LA REGULARIDAD
SUPERFICIAL EN TÉRMINOS DE IP
Indice de perfil en
cm/Km, según
DGST, México
Calidad de la superficie de rodamiento
< 4 +0,05
4,1 a 5,5 +0,04
5,6 a 7,0 +0,03
7,1 a 8,5 +0,02
8,6 a 10,0
Estímulo
+0,01
10,1 a 14,0 0
14,1 a 16,0 -0,02
16,1 a 18,0 -0,04
18,1 a 20,0 -0,06
20,1 a 22,0 -0,08
22,1 a 24,0
Sanción
-0,10
Mayor de 24 CORREGIR
Para cada tramo de 200m por carril
Factores que influyen en la obtención de un buen IRI durante
la construcción
FORMULA DE TRABAJO ADECUADA
Factores que influyen en la obtención de un buen IRI durante
la construcción
VALOR DEL IRI DE LA CAPA SUBYACENTE
Factores que influyen en la obtención de un buen IRI durante
la construcción
MEDIOS Y ORGANIZACIÓN ADECUADOS EN EL TRANSPORTE DE LA MEZCLA
Factores que influyen en la obtención de un buen IRI durante
la construcción
CONTINUIDAD DE LA MEZCLA QUE LLEGA A LA REGLA, Y HOMOGENEIDAD DE LA MISMA, TANTO EN SU GRANULOMETRÓA COMO EN SU TEMPERATURA.
Factores que influyen en la obtención de un buen IRI durante
la construcción
HOMOGENEIDAD EN GRANULOMETRÍA, TEMPERATURA Y ESPESOR DE LA CAPA, UNA VEZ EXTENDIDA.
Factores que influyen en la obtención de un buen IRI durante
la construcción
COMPACTACIÓN ADECUADA, EN CUANTO A MEDIOS Y A NÚMERO Y TIPO DE PASADAS DE CADA
MÁQUINA.
Factores que influyen en la obtención de un buen IRI durante
la construcción
CONDICIONES CLIMATOLÓGICAS ADECUADAS
Especificaciones de la carretera y costos totales de transporte
Costo
s
Nivel de especificaciones
Punto óptimo
Costo total
Costo de construcción
Costos de mantenimiento y de los usuarios
Resultados de un proceso de gestión de pavimentos
Inventario actualizado de la red de Autopistas.Clasificación de las carreteras en función de sus requerimientos de atención en el corto, mediano y largo plazo, basada en la determinación de tramos homogéneos.Formulación de alternativas para la conservación de los tramos y análisisBeneficio/Costo de las mismas.Integración y optimización de programas de conservación con soluciones restringidas a presupuestos.
COMPORTAMIENTO DEL PAVIMENTO EN EL TIEMPO
IRI PARA EL TRAMO DEL km 19+000 al 20+000
CARRIL: ALTA VELOCIDAD
SENTIDO: MÉXICO-CUERNAVACA
0
2
4
6
8
10
12
14
16
20
05
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06
20
07
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20
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12
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18
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19
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20
20
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20
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20
23
20
24
20
25
20
26
AÑOS
IRR
EG
UL
AR
IDA
D M
ED
IA (
m/k
m)
MANTENIMIENTO DE RUTINA
MICROCARPETA DE 3 cm
SOBRECARPETA DE 10 cm
RENIVELACION 5 cm
RECONSTRUCCIÓN
Irregularidad y deflexiones (segmentaciones)TRAMO CUAUTITLÁN - PALMILLAS, CUERPO "A", TERCER CARRIL
0
1
2
3
4
5
6
7
8
30.000 50.000 70.000 90.000 110.000 130.000 150.000
Cadenamiento (km)
IRI (m
/km
)
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
1,000
Defle
xió
n (m
m)
Irregularidad Deflexiones
Segmentación basada en el IRIAUTOPISTA MÉXICO-CUERNAVACA, CUERPO "A", CARRIL 2
0
1
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8
9
10
10+000 20+000 30+000 40+000 50+000 60+000 70+000 80+000 90+000
Cadenamiento (km)
IRI (m
/km
)
IRI
IRISeg80
COSTOS ANUALES DE CONSERVACIÓN PERIÓDICA
AUTOPISTA: MÉXICO-CUERNAVACA
0
20
40
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80
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20
25
Año
Co
sto
an
ua
l (m
illo
ne
s d
e p
es
os
)
GAS TOS DE M ANTENI M I ENTO P ARA LA AUTOP I S TA
M ÉXI CO- CUERNAVACA
DURANTE UN P ERI ODO DE 2 0 AÑOS
( pe sos)Sobrecarpetas de
10 cm
$ 270,604,000
M icrocarpetas de
3 cm
$ 202,564,000
Renivelaciones de
5 cm
$ 53,196,000
CONCLUSIÓN GENERAL
El diseño por desempeño en los pavimentos, necesita del conocimiento de la mecánica de los geomateriales que los componen.
CONCLUSIÓN
El diseño de un pavimento es parte de un proceso integral de gestión de una red carretera.
CONCLUSIÓN
Se necesita de un proceso de control y aseguramiento de la calidad congruente con las características de desempeño que se buscan en un pavimento.
CONCLUSIÓN
Se necesita de la formación de profesionales en vías terrestres con un nuevo perfil en gestión integral.