UNIVERSIDAD FRANCISCO DE PAULA SANTANDER OCAÑA Documento
FORMATO HOJA DE RESUMEN PARA TRABAJO DE GRADO
Código
F-AC-DBL-007
Dependencia
DIVISIÓN DE BIBLIOTECA
Fecha
10-04-2012 Aprobado
SUBDIRECTOR ACADEMICO
Revisión
A Pág.
1(322)
RESUMEN – TRABAJO DE GRADO AUTORES FACULTAD PLAN DE ESTUDIOS DIRECTOR TÍTULO DE LA TESIS
JAVIER GÓMEZ VELÁSQUEZ JAVIER GÓMEZ VELÁSQUEZ DE INGENIERIAS TECNOLOGIA EN OBRAS CIVILES EDSON ALBERTO PEÑARANDA MEZA ESTUDIO DE LAS FALLAS EN LOS PAVIMENTOS RIGIDOS PARA EL MANTENIMIENTO Y REHABILITACION DE ALGUNAS VIAS PRINCIPALES DEL MUNICIPIO DE ABREGO NORTE DE SANTANDER RESUMEN (70 palabras aproximadamente)
LAS VÍAS QUE SE TOMARON COMO MUESTRA Y OBJETO DE ESTUDIO PARA REALIZAR LA AUSCULTACIÓN E IDENTIFICAR LAS FALLAS, SON DE GRAN IMPORTANCIA EN EL MUNICIPIO, YA QUE FUNCIONAN DE CONEXIÓN A LAS VÍAS PRINCIPALES Y AYUDAN A DESCONGESTIONAR EL TRÁFICO EN HORAS PICO, SIENDO ESTAS LAS PRINCIPALES ALTERNATIVAS PARA LLEGAR A VARIOS PUNTOS IMPORTANTES DEL MUNICIPIO, EN LOS QUE SE ENCUENTRAN VARIAS INSTITUCIONES EDUCATIVAS.
CARACTERÍSTICAS PÁGINAS: 322
PLANOS:
ILUSTRACIONES: 5
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CD-ROM: 1
ESTUDIO DE LAS FALLAS EN LOS PAVIMENTOS RIGIDOS PARA EL MANTENIMIENTO Y REHABILITACION DE ALGUNAS VIAS PRINCIPALES DEL MUNICIPIO DE ABREGO NORTE DE SANTANDER
EDWIN FERNANDO ARENAS TORRADO COD 490099 JAVIER GÓMEZ VELÁSQUEZ COD 490131
Proyecto de trabajo de grado presentado como requisito para optar al Título de Tecnólogo en obras civiles
Director EDSON ALBERTO PEÑARANDA MEZA
UNIVERSIDAD FRANCISCO DE PAULA SANTANDER CURSO DE PROFUNDIZACION PRINCIPIOS BASICOS DE LA CONSTRUCCION CIVIL TECNOLOGIA EN OBRAS CIVILES OCAÑA 2016
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ESTUDIO DE LAS FALLAS EN LOS PAVIMENTOS RIGIDOS PARA EL MANTENIMIENTO Y REHABILITACION DE ALGUNAS VIAS PRINCIPALES DEL MUNICIPIO DE ABREGO NORTE DE SANTANDER
EDWIN FERNANDO ARENAS TORRADO COD 490099 JAVIER GÓMEZ VELÁSQUEZ COD 490131
Proyecto de trabajo de grado presentado como requisito para optar al Título de Tecnólogo en obras civiles
Director EDSON ALBERTO PEÑARANDA MEZA
UNIVERSIDAD FRANCISCO DE PAULA SANTANDER CURSO DE PROFUNDIZACION PRINCIPIOS BASICOS DE LA CONSTRUCCION CIVIL TECNOLOGIA EN OBRAS CIVILES OCAÑA 2016
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ÍNDICE ÍNDICE ................................................................................................................................... 5 LISTA DE IMÁGENES .........................................................................................................7 LISTA DE TABLAS ..............................................................................................................8 INTRODUCCION .................................................................................................................. 9 1. ESTUDIO DE LAS FALLAS EN LOS PAVIMENTOS RIGIDOS PARA EL MANTENIMIENTO Y REHABILITACION DE ALGUNAS VIAS PRINCIPALES DEL MUNICIPIO DE ABREGO NORTE DE SANTANDER .................................................... 10 1.1 Planteamiento del problema ............................................................................................ 10 1.2 Justificación.....................................................................................................................10 1.3 Objetivos ......................................................................................................................... 10 1.3.1 Objetivo general ........................................................................................................... 10 1.3.2 Objetivos específicos ...................................................................................................10 2. MARCO REFERENCIAL ................................................................................................ 12 2.1 Marco histórico ...............................................................................................................12 2.1.1 Antecedentes internacionales. ...................................................................................... 12 2.1.2 Antecedentes nacionales. ............................................................................................. 12 2.2 Marco teórico .................................................................................................................. 15 2.2.1 Pavimentos rígidos .......................................................................................................15 2.2.2 fallas de pavimento rígido ............................................................................................ 16 2.2.2.1 Grietas ....................................................................................................................... 16 2.2.2.2 Grietas De Esquina. ................................................................................................... 16 2.2.2.3 Grietas Diagonales .................................................................................................... 17 2.2.2.4 Grietas Longitudinales. ............................................................................................. 18 2.2.2.5 Grietas De Restricción .............................................................................................. 19 2.2.2.6 Grietas transversales.................................................................................................. 20 2.2.2.7 Deformaciones. ......................................................................................................... 21 2.2.2.8 Bombeo. .................................................................................................................... 22 2.2.2.9 Baches. ...................................................................................................................... 23 2.2.2.10 Descacaramientos Y Escamaduras. ......................................................................... 24 2.3 Marco conceptual ............................................................................................................25 2.3.1 Subrasante. ................................................................................................................... 25 2.3.2 Subbase. .......................................................................................................................25 2.3.3 Superficie de rodadura. ................................................................................................ 25 2.3.4 Concreto hidráulico simple .......................................................................................... 26 2.3.5 Concreto hidráulico reforzado...................................................................................... 26 2.3.6 Concreto hidráulico reforzado continúo....................................................................... 26 2.3.7 Cemento para el concreto hidráulico............................................................................ 26 2.3.8 Agua para el concreto hidráulico. ................................................................................ 26 2.3.9 Materiales pétreos para el concreto hidráulico............................................................. 27 2.3.10 Aditivos. ..................................................................................................................... 27 2.3.11 Resistencia del concreto hidráulico. ........................................................................... 27 2.3.12 Pavimento rígido. ....................................................................................................... 27 5
2.3.13 Falla. ........................................................................................................................... 28 2.3.14 Variación de losas. ..................................................................................................... 28 2.3.15 Desintegración............................................................................................................28 2.3.16 Cuero de caimán. ........................................................................................................28 2.3.17 Longitudinales. ...........................................................................................................28 2.3.18 Transversales. .............................................................................................................28 2.3.19 De esquina. ................................................................................................................. 28 2.3.20 Voladura. .................................................................................................................... 29 2.4 Marco legal...................................................................................................................... 29 2.4.1 Resolución 000743 del 4 de Marzo del 2009. .............................................................. 29 2.4.2 Resolución 003482 del 29 de Agosto 2007. ................................................................ 29 2.4.3 Normas de ensayos de materiales para carreteras, versión 1996. ................................ 30 2.4.4 Especificaciones generales de construcción de carreteras, versión 1996. ................... 30 3. METODOLOGIA ............................................................................................................. 31 3.1 Tipo de investigación ...................................................................................................... 31 3.2 Población ......................................................................................................................... 31 3.3 Muestra ............................................................................................................................ 31 3.4 Instrumentos de recolección de información .................................................................. 31 4. PRESENTACION DE RESULTADOS ........................................................................... 32 4.1 Estudio de las fallas en los pavimentos rígidos para el mantenimiento y rehabilitación de algunas vías principales del municipio de Abrego departamento Norte de Santander. ........32 4.2 Evaluación para obtener información del estado físico de las vías mediante auscultación de los diferentes pavimentos rígidos seleccionados. ............................................................. 32 4.3 Hacer planos de localización de las áreas a tratar usando AUTOCAD para detallar los tramos y direcciones de las mismas. .................................................................................... 34 4.4 Recolección de la información de campo utilizando formatos elaborados por los autores del proyecto se describen los tipos de fallas, sus posibles causas y posibles alternativas de solución en los diferentes pavimentos seleccionados. .......................................................... 38 5. RECOMENDACIONES ................................................................................................... 44 REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS .................................................................................. 45
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LISTA DE IMÁGENES Imagen Imagen Imagen Imagen Imagen Imagen Imagen Imagen Imagen Imagen Imagen Imagen Imagen Imagen Imagen Imagen Imagen Imagen Imagen Imagen Imagen Imagen Imagen
1 Grietas de Esquina................................................................................................ 16 2 Falla por grieta de esquina ................................................................................... 17 3 Grietas Diagonales ............................................................................................... 17 4 Falla por grieta diagonal.......................................................................................18 5 Grietas Longitudinales ......................................................................................... 18 6 Falla por grieta longitudinal ................................................................................. 19 7 Grietas de Restricción .......................................................................................... 19 8 Falla por grieta de restricción ............................................................................... 20 9 Grietas Transversales ........................................................................................... 20 10 Falla por grieta transversal ................................................................................. 21 11 Deformaciones en las Losas ............................................................................... 21 12 Falla por deformación ........................................................................................ 22 13 Fenómeno de Bombeo en Losas de Concreto, de Cemento Pórtland ................22 14 Fallas del Tipo Baches ....................................................................................... 23 15 Falla por bache ................................................................................................... 24 16 Descacaramientos Y Escamaduras ..................................................................... 24 17 Tramos 1, 2 y 3 Cr. 7 entre calles 9 y 12 .......................................................... 34 18 Falla 1 Tramo 1 Cr. 7 entre calles 9 y 10 .......................................................... 35 19 Falla 2 Tramo 1 Cr. 7 entre calles 9 y 10 .......................................................... 35 20 Falla 3 Tramo 2 Cr. 7 entre calles 10 y 11 ........................................................ 36 21 Falla 4 Tramo 2 Cr. 7 entre calles 10 y 11 ........................................................ 36 22 Falla 5 Tramo 3 Cr. 7 entre calles 11 y 12 ........................................................ 37 23 Falla 6 Tramo 3 Cr. 7 entre calles 11 y 12 ........................................................ 37
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LISTA DE TABLAS Tabla 1 Características de las calles a estudiar. ....................................................................33 Tabla 2 Fallas en pavimentos rígidos (bache) ....................................................................... 38 Tabla 3 Fallas en pavimentos rígidos (bache) ....................................................................... 39 Tabla 4 Fallas en pavimentos rígidos (Roturas de esquina) ..................................................40 Tabla 5 Fallas en pavimentos rígidos (Peladuras)................................................................. 41 Tabla 6 Fallas en pavimentos rígidos (Fisura longitudinal) ..................................................42 Tabla 7 Fallas en pavimentos rígidos (Desportillamientos de juntas) .................................. 43
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INTRODUCCION Para un municipio es de suma importancia contar con la infraestructura vial adecuada, estratégica y funcional, ya que esta facilita el desarrollo del mismo, pues son las vías las cuales aportan en gran parte a dicho proceso. Algunas de las principales vías del municipio de Abrego en el departamento Norte de Santander, se encuentran en mal estado ocasionando un serio problema a la comunidad en cuanto a la movilidad y pausando el desarrollo en el crecimiento de la infraestructura vial, adicionalmente el desajuste de los vehículos en su parte mecánica ocasionado por el mal estado de las vías, generan un sobre costo en cuanto al mantenimiento de los vehículos a los conductores. Por tal motivo se hace necesario elaborar un estudio de las diferentes fallas de pavimentos rígidos que se presentan en tres de las calles afectadas del municipio, emitiendo un diagnostico que permita a futuro implementar planes de acción en cuanto al mantenimiento preventivo y rehabilitación de las mismas, implementando el uso de un formato elaborado por los autores del proyecto, generando alternativas de solución a la problemática. Las vías que se tomaron como muestra y objeto de estudio para realizar la auscultación e identificar las fallas, son de gran importancia en el municipio, ya que funcionan de conexión a las vías principales y ayudan a descongestionar el tráfico en horas pico, siendo estas las principales alternativas para llegar a varios puntos importantes del municipio, en los que se encuentran varias instituciones educativas.
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1. ESTUDIO DE LAS FALLAS EN LOS PAVIMENTOS RIGIDOS PARA EL MANTENIMIENTO Y REHABILITACION DE ALGUNAS VIAS PRINCIPALES DEL MUNICIPIO DE ABREGO NORTE DE SANTANDER 1.1 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA Las fallas en los pavimentos pueden ser de orden funcional o estructural. Las fallas funcionales disminuyen la comodidad a la hora de transitar, las estructurales ponen en riesgo la integridad de la estructura, lo que a su vez se refleja negativamente en la situación funcional. En las calles que analizamos se encuentran algunas fallas prematuras que no son coincidentes con las expectativas de desempeño de los pavimentos rígidos (larga vida útil con mínimo mantenimiento). El mantenimiento y rehabilitación periódica de estos pavimentos pueden garantizar un servicio adecuado y permanente de las vías del municipio; una evaluación determinará los daños existentes en el pavimento rígido, así como las causas de origen.
1.2 JUSTIFICACIÓN Teniendo en cuenta el desarrollo económico y social del municipio, se hace necesario contar con unas vías en buen estado, ya que cada vez se incrementa el número de personas y vehículos que transitan por estas calles, Por tales razones, se hace necesario la elaboración de este tipo de propuestas que permitan el seguimiento y evaluación de las condiciones de algunos pavimentos rígidos en el municipio para desarrollar alternativas de solución que lleve al mantenimiento de los mismos, permitiendo un mejoramiento de su vida útil.
1.3 Objetivos 1.3.1 Objetivo general Elaborar un estudio de fallas de pavimentos rígidos de algunas vías en el municipio de Abrego departamento Norte de Santander, mediante un diagnóstico para un futuro mantenimiento y rehabilitación.
1.3.2 Objetivos específicos
Realizar una evaluación para obtener información del estado físico de las vías mediante auscultación de los diferentes pavimentos rígidos seleccionados. Hacer planos de localización de las áreas a tratar usando AUTOCAD para detallar los tramos y direcciones de las mismas.
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Elaborar formatos que permitan recolectar la información de campo donde se describan los tipos de fallas, posibles causas y alternativas de solución en los diferentes pavimentos seleccionados.
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2. MARCO REFERENCIAL 2.1 Marco histórico 2.1.1 Antecedentes internacionales. El uso de los pavimentos rígidos se remonta a más de 100 años. George Bartholomew, un norteamericano de Ohio, realizó las primeras pruebas en una faja experimental de 2.44 metros de ancho. Este descubrimiento dio inicio al proyecto de obras públicas más grande en la historia de la humanidad: el sistema de carreteras inter-estatal de los Estados Unidos de Norteamérica, con aproximadamente 27.500 Km de longitud. Los Pavimentos rígidos constan de un pavimento formado por una losa de hormigón, apoyada sobre diversas capas, algunas de ellas estabilizadas.1
2.1.2 Antecedentes nacionales. La historia de los pavimentos en Colombia se remonta a la dictadura de Rafael Reyes, quien crea el Ministerio de Obras Públicas -MOP- el 7 de enero de 1905 para direccionar las vías nacionales, las líneas férreas y la canalización de los ríos. Desde esa época se clasifican las vías en nacionales, departamentales y municipales, se crean las juntas de caminos, se establecen formas de financiación y se construyen carreteritas para conectar las capitales departamentales con las poblaciones vecinas. Durante el gobierno de Reyes (1904-1909), se construyeron 207 km de “carreteras” y 572 km de caminos de herradura. La primera carretera fue la carretera Central del Norte que comunicaba a Bogotá con Santa Rosa de Viterbo (Boyacá): en veinte años de construcción no llegó a Sopó, pero por ella transitó el primer carro importado a Colombia.
En 1910 la Asamblea Nacional ordenó el traslado de las carreteras nacionales a los departamentos y transfirió auxilios para la construcción, con lo cual se construyeron los siguientes caminos de herradura: Popayán-Micay Popayán-La Plata Pasto-Puerto Asís Ibagué-Calarcá Pasto Barbacoas (que se pavimentó con concreto a finales del siglo). 1 (2010, 09). Pavimentos rígidos. BuenasTareas.com. Obtenido 11, 2014,
http://www.buenastareas.com/ensayos/Pavimentos-Rigidos/804147.html
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de
Para 1916 el 88% de las carreteras construidas se concentraban en Cundinamarca y Boyacá, y las vías nacionales se clasificaban en: Estratégicas: unen la capital con las fronteras, los puertos y algunos centros estratégicos. De comunicación: comunican los territorios de colonización con el interior del país. De vital importancia militar o comercial.
Entre 1916 y 1930 se expidieron 104 leyes modificatorias sobre carreteras y se construyeron 9.300 km de vías sin un plan sólido y sin apego a las técnicas de construcción. El resultado: una serie de vías dispersas, aisladas, inconclusas y que no prestaban servicio alguno. La solución: “borrar lo hecho y adoptar un nuevo plan”.
El primer pavimento en Colombia se construyó en las calles del centro de Bogotá y en el parque de la Plaza Bolívar entre 1890 y 1893, pero la poca técnica empleada en la obtención del asfalto, la falta de fundación del pavimento, el uso de cascajo en lugar de arena, entre otras circunstancias, provocaron inconformidad con la obra. En 1913 con ocasión del primer centenario de la Batalla de Boyacá, se suscribieron 9 contratos para pavimentar 8.541, 85 m² de vías. Entre 1922 y 1928 la importación de carros alcanzó los 13.246 vehículos; el gobierno estableció algunos impuestos de importación, consumo de gasolina, lubricantes, llantas y accesorios básicos, los usuarios, en respuesta le exigieron al MOP mejores vías de comunicación. En 1929 el MOP pavimenta 5 km de la carrera 7ª entre San Diego y la Avenida Chile (Bogotá), utilizando concreto asfáltico. En las siguientes dos décadas el país gana en tecnificación: en 1932 se “petrolizan” dos
carreteras: la Central desde la Avenida Chile hasta Usaquén y la calle 13. Un año después se inaugura el sistema de valorización para pavimentar dos kilómetros de la Avenida Chile, utilizando la técnica del Macadam. En 1938 se autoriza la pavimentación de algunos tramos de carreteras nacionales y se crea el programa “cambio de piso”. En 1939, el presidente Eduardo Santos, ordena pavimentar 900 km en un lapso de tres años con la asesoría del Bureau of Public Roads y específicamente del experto Worth D. Ross, quien recomienda especificaciones, toma de muestras y ensayos.
Se usan los equipos y laboratorios de la Universidad Nacional y se preparan especificaciones para los trabajos de pavimentación sobre la base del presupuesto, el clima, el tránsito y los materiales de construcción. Por razones fiscales, ese ambicioso plan se dilata pero se alcanzan a firmar los primeros contratos para pavimentar las vías: Cúcuta-Puente Internacional Cartagena – Sabanalarga Usaquén – La Caro Muzo – Chusacá Fontibón – Facatativá 13
El primer Plan Vial Nacional se consolida con la Ley 12 de 1949 que decreta la construcción de cuatro troncales: Occidental que une a Tumaco con Cartagena e incluye las transversales La Cruz-San Agustín y Palmira-Chaparral Oriental que une Tres Esquinas con Santa Marta Transversal Bogotá-Pizarro con el ramal Espinal-Buenaventura Transversal Puerto Carreño – Turbo
En 1950 por sugerencia del Banco Internacional de Reconstrucción y Fomento -BIRF- se crea el Comité de Desarrollo que en conjunto con la Misión Currie recomiendan un plan vial orientado a construir 5.261 km de vías en tres años. En 1951 con un crédito BIRF bajo la modalidad de contratación por precios unitarios se trabaja en la vías, Tunja – Barbosa, Loboguerrero – Buenaventura y Ciénaga – Barranquilla. Este plan vial se demoró 10 años en implementarse. En esta década se construye la Avenida de los Libertadores (Autopista Norte) con una longitud de 22,5 km desde la calle 80 hasta la 170. Se construye también la Avenida El Dorado, con un pavimento de concreto que se rehabilita en un 15 % de su área 48 años después. Se pavimenta con concreto, sobre arcillas expansivas, la vía entre LuruacoCartagena. También se pavimenta con concreto la Autopista Sur de Medellín y las principales calles y avenidas de Barranquilla. En los primeros cinco años de la década se pavimentan 985 km, que contrastan con los 1.800 km que se construyeron a partir de 1955. En septiembre de 1966 el Fondo Vial Nacional con un préstamo del BIRF acomete el Plan de Pavimentación de 1.700 km, pero por falta de mantenimiento de las vías hechas entre 1950 y 1965 el sistema vial entra en crisis. Nuevamente en 1977 con fondos del BIRF por US$ 90 millones se rehabilitan 978 km de carreteras con el programa Séptimo Proyecto de Carreteras. Paralelamente a los programas viales, se construye en el Aeropuerto de Barranquilla Ernesto Cortizoss y se pavimentan con concreto las pistas del aeropuerto de Cali. En los años 80 se termina la carretera Bogotá-Medellín y los proyectos concebidos 10 años atrás de la conexión Bucaramanga con Santa Marta y la vía Mojarras – Popayán. En esta década se logra por primera vez un nivel aceptable de red vial con ahorros en tiempos de viaje y en costos de operación, convirtiéndose el transporte de carga por carreteras en el medio por excelencia para el transporte de mercancías. A mediados de la década se construyen 42 km de pavimento de concreto en la carretera Toluviejo-Sincelejo sobre arcillas expansivas. 14
En 1987 el Departamento Nacional de Planeación -DNP- en su informe Economía Social establece que la eficiencia en la prestación del transporte se mide con base en la calidad, el tiempo y los costos además de la extensión de cobertura a poblaciones aisladas. A partir de dicho informe el desarrollo vial se orienta a concluir los proyectos iniciados como la carretera Mocoa-Pitalito, la Troncal del Magdalena Medio, la Marginal de la Selva y la carretera Medellín – Turbo. Se “rehabilitan” los pavimentos de concreto que tienen más de 20 años de servicio con
técnicas incipientes e inadecuadas. En muchas de esas rehabilitaciones no se evaluó el origen de las fallas. En los años 90 se construye el pavimento de concreto en el sector Ricaurte – El Diviso en una longitud de 43 km en la carretera Pasto – Tumaco. En el departamento de Antioquia se construyen pavimentos de concreto en la carretera La Cortada – Yolombó y La Unión – Sonsón, también se construyó el pavimento de concreto de la Circunvalar de Providencia. Para 1993 el 90% de carga del país se transporta través de la red vial. A partir del año 2000 se afianzan las concesiones viales en el país, y los pavimentos de concreto se imponen como la solución para los Sistemas de Transporte Masivo. En estos años el gobierno nacional establece un programa de pavimentación Corredores Viales para la Competitividad en el que se contrata la construcción de 1.100 km de pavimentos de concreto en toda la red vial nacional entre ellos el proyecto doble calzada Buga-Buenaventura y la Transversal del Libertador.2
2.2 MARCO TEÓRICO 2.2.1 Pavimentos rígidos Ante todo se debe conocer que los pavimentos flexibles son aquellos que tienden a deformarse y recuperarse después de sufrir deformación, transmitiendo la carga en forma lateral al suelo a través de sus capas. Está compuesto por una delgada capa de mezclas asfálticas, colocada sobre capas de base y sub-base, generalmente granulares. En tanto que los Pavimentos Rígidos: Son aquellos formados por una losa de concreto Pórtland sobre una base, o directamente sobre la sub-rasante. Transmite directamente los esfuerzos al suelo en una forma minimizada, es auto-resistente, y la cantidad de concreto debe ser controlada. En función a lo señalado anteriormente; se puede diferenciar que en el pavimento rígido, el concreto absorbe gran parte de los esfuerzos que las ruedas de los vehículos ejercen sobre el 2 (2014, 01).
En concreto. blog.360gradosenconcreto.com. Obtenido 11, 2014 de http://blog.360gradosenconcreto.com/historia-y-origen-de-los-pavimentos-de-concreto-en-colombia/
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pavimento, mientras que en el pavimento flexible este esfuerzo es transmitido hacia las capas inferiores (Base, Sub-base y Sub-rasante).
2.2.2 fallas de pavimento rígido 2.2.2.1 Grietas Las grietas son manifestaciones muy frecuentes de fallas causadas por la contracción del concreto, expansión de las losas de pavimento, defectos de suelo de fundación, acción de cargas de tráfico, falta de juntas de expansión, contracción o de construcción. Los tipos de grietas son: Grietas de esquina Grietas diagonales Grietas longitudinales Grietas de restricción Grietas transversales
2.2.2.2 Grietas De Esquina.
Son grietas diagonales que forman un triángulo con el borde o junta longitudinal y una junta o grieta transversal. Estas grietas pueden originarse por acción de las cargas de tránsito sobre esquinas sin soporte o por alabeo de las losas. También se originan por acción de las cargas sobre áreas débiles de la subrasante como se muestra en las imágenes 1 y 2. Imagen 1 Grietas de Esquina
Losa
Grieta
Losa
Losa
Junta
Junta
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Imagen 2 Falla por grieta de esquina
2.2.2.3 Grietas Diagonales. Son grietas en diagonal con la línea central de pavimento. Estas grietas se forman generalmente por la acción del tránsito sobre los extremos de losas que han quedado sin soporte por la acción del bombeo de la subrasante, como se muestra en las imágenes 3 y 4. Imagen 3 Grietas Diagonales
Losas Grieta diagonal
Losas
Grieta diagonal Grieta diagonal
Junta longitudinal
Losas
Junta transversal
17
Imagen 4 Falla por grieta diagonal
2.2.2.4 Grietas Longitudinales. Son grietas casi paralelas al eje central del pavimento. Su origen puede deberse a falta de juntas longitudinales para eliminar los esfuerzos de contracción, materiales expansivos en la subbase o subrasante, esfuerzos de alabeo en combinación con las cargas, pérdidas de soportes en los bordes longitudinales por efecto de la acción del bombeo. (Ver imágenes 5 y 6) Imagen 5 Grietas Longitudinales
Losas
Grietas
Losas
Losas
Junta
Grietas
Junta
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Imagen 6 Falla por grieta longitudinal
2.2.2.5 Grietas De Restricción. Estas son grietas que comienzan de una distancia no mayor de un metro del borde exterior del pavimento y se dirigen siguiendo un alineamiento irregular hasta la junta transversal, la cual restringe la expansión de la losa, ver imágenes 7 y 8.
Imagen 7 Grietas de Restricción
Losas
Losas
Junta longitudinal Grietas de restricción Losas
Junta transversal
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Imagen 8 Falla por grieta de restricción
2.2.2.6 Grietas transversales. Son grietas en ángulos aproximadamente rectos con el eje central del pavimento. Alguna de las causas principales es la sobrecarga de flexión repetida, de las losas sometidas a la acción del bombeo de la subrasante, las fallas del suelo de cimentación, la falta de juntas poco profundas, a la concentración del concreto. (Ver imágenes 9 y 10) Imagen 9 Grietas Transversales
Losas
Grietas transversales
Grietas transversales
Losas
Junta longitudinal
Losas
Grietas transversales
Junta transversal
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Imagen 10 Falla por grieta transversal
2.2.2.7 Deformaciones. Las deformaciones son cualquier cambio de la superficie del pavimento referida a su forma original. Los escalones de fallas de las losas, son deformaciones predominantes en los pavimentos de concreto. Una deformación puede producirse si existe bombeo, debido a que ocasiona escalones de fallas y hundimiento de las losas. Otra causa de las deformaciones son los suelos expansivos y los asentamientos de la cimentación. (Ver imágenes 11 y 12.)
Imagen 11 Deformaciones en las Losas Rasante actual de la vía
Rasante original de la vía
Relleno sobre la alcantarilla con asentamiento
Alcantarilla
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Terreno natural
Imagen 12 Falla por deformación
2.2.2.8 Bombeo. Cuando existe acumulación de agua en la estructura del pavimento, las deflexiones de las losas de concreto en las juntas, las grietas y a lo largo de borde de las losas bajo efecto de cargas pesadas, se produce desplazamiento y eyección de agua. Esta acción contiene partículas de suelo en suspensión y bajo constantes repeticiones remueve parte de la superficie del suelo provocando socavaciones, que conducen a una falla de soporte y consiguientemente la falla del pavimento. Este fenómeno se conoce como Bombeo. Ver imagen 13.
Imagen 13 Fenómeno de Bombeo en Losas de Concreto, de Cem ento Pórtland Carga pesada
Carga pesada Bombeo de agua finos en
Losa
Junta de la losa
Base y subbase sumergido
Zona donde se forma la socavación
Terreno de fundación 22
Las investigaciones y observaciones de campo han demostrado la existencia de cuatro condiciones básicas para que se produzca el fenómeno del bombeo que es:
Suelo de subrasante de granulometría fina, o con abundante contenido de finos en los materiales que componen la base y subbase.
Agua libre bajo el pavimento
Cargas frecuentes de ejes pesados
Existencia de juntas y grietas en el pavimento
2.2.2.9 Baches. Son zonas específicas de la carpeta de rodamiento que se han desintegrado por acción del tránsito, y en la mayoría de los casos como una combinación de fallas producidas por grietas, deformaciones y bombeo. (Ver imágenes 14 y 15) Imagen 14 Fallas del Tipo Baches Baches
Junta
Junta
Base granular
Terreno de fundación
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Imagen 15 Falla por bache
2.2.2.10 Descacaramientos Y Escamaduras. Los descacaramientos y escamaduras son fallas en la superficie del concreto por deterioro o rotura. Los descacaramientos consisten en deterioro de la superficie del pavimento por desgaste o conformación inadecuada. En la mayoría de los casos el efecto progresivo tiende a profundizarse. Los fenómenos de descacaramiento se producen por exceso de acabado, defectos de la mezcla, poca calidad de los agregados o curado inapropiado. Las escamaduras son las roturas del concreto en juntas, grietas y bordes del pavimento. (Ver imágenes 16, 17 y 18) Imagen 16 Descacaramientos Y Escamaduras Descacaramientos
Junta
Losa de concreto
Base ranular Terreno de fundación
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Escamaduras
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2.3 MARCO CONCEPTUAL 2.3.1 Subrasante. Es la capa de terreno de una carretera que soporta la estructura de pavimento y que se extiende hasta una profundidad que no afecte la carga de diseño que corresponde al tránsito previsto. Esta capa puede estar formada en corte o relleno y una vez compactada debe tener las secciones transversales y pendientes especificadas en los planos finales de diseño.
2.3.2 Subbase. Es la capa de la estructura de pavimento destinada fundamentalmente a soportar, transmitir y distribuir con uniformidad las cargas aplicadas a la superficie de rodadura de pavimento, de tal manera que la capa de subrasante la pueda soportar absorbiendo las variaciones inherentes a dicho suelo que puedan afectar a la subbase. La subbase debe controlar los cambios de volumen y elasticidad que serían dañinos para el pavimento.
2.3.3 Superficie de rodadura. Es la capa superior de la estructura de pavimento, construida con concreto hidráulico, por lo que debido a su rigidez y alto módulo de elasticidad, basan su capacidad portante en la losa, más que en la capacidad de la subrasante, dado que no usan capa de base. En general, se puede indicar que el concreto hidráulico distribuye mejor las cargas hacia la estructura de pavimento
3 (2003, 03). Fallas de
pavimentos rígidos. Oficina técnica Ingeniero José Heredia & Asociados C.A. Obtenido 11, 2014 de Clasificación de las fallas de pavimentos flexibles y rígidos.
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2.3.4 Concreto hidráulico simple. No contiene armadura en la losa y el espaciamiento entre juntas es pequeño (entre 2.50 a 4.50 metros ó 8 a 15 pies). Las juntas pueden o no tener dispositivos de transferencia de cargas (dovelas).
2.3.5 Concreto hidráulico reforzado. Tienen espaciamientos mayores entre juntas (entre 6.10 y 36.60 metros ó 20 a 120 pies) y llevan armadura distribuida en la losa a efecto de controlar y mantener cerradas las fisuras de contracción.
2.3.6 Concreto hidráulico reforzado continúo. Tiene armadura continua longitudinal y no tiene juntas transversales, excepto juntas de construcción. La armadura transversal es opcional en este caso. Estos pavimentos tienen más armadura que las juntas armadas y el objetivo de esta armadura es mantener un espaciamiento adecuado entre fisuras y que éstas permanezcan cerradas.
2.3.7 Cemento para el concreto hidráulico. El cemento a utilizar para la elaboración del concreto será preferentemente Portland, de marca aprobada oficialmente, el cual deberá cumplir lo especificado en las normas NMX C-414 - 1999 - ONNCCE. Si los documentos del proyecto o una especificación particular no señalan algo diferente, se emplearán los denominados CPO (Cemento Portland Ordinario) y CPP (Cemento Portland Puzolánico) dependiendo del caso y con sub - clasificaciones 30R, 40 y 40R. Estos cementos corresponden principalmente a los que anteriormente se denominaban como Tipo I y Tipo IP.
2.3.8 Agua para el concreto hidráulico. El agua que se emplee en la fabricación del concreto deberá cumplir con la norma NMX-C122, debe ser potable, y por lo tanto, estar libre de materiales perjudiciales tales como aceites, grasas, materia orgánica, etc. En general, se considera adecuada el agua que sea apta para el consumo humano.
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2.3.9 Materiales pétreos para el concreto hidráulico. Estos materiales se sujetarán al tratamiento o tratamientos necesarios para cumplir con los requisitos de calidad que se indican en cada caso, debiendo el contratista prever las características en el almacén y los tratamientos necesarios para su ulterior utilización. El manejo y/o almacenamiento subsecuente de los agregados, deberá hacerse de tal manera que se eviten segregaciones o contaminaciones con substancias u otros materiales perjudiciales y de que se mantenga una condición de humedad uniforme, antes de ser utilizados en la mezcla.
2.3.10 Aditivos. Deberán emplearse aditivos del tipo “D” reductores de agua y retardantes con la dosificación
requerida para que la manejabilidad de la mezcla permanezca durante dos (2) horas a partir de la finalización del mezclado a la temperatura estándar de veintitrés grados centígrados (23° C) y no se produzca el fraguado después de cuatro (4) horas a partir de la finalización del mezclado.. Los aditivos deberán ser certificados por la casa productora.
2.3.11 Resistencia del concreto hidráulico. La resistencia de diseño especificada a la tensión por flexión (S’c) o Módulo de Ruptura (MR) a los 28 días, se verificará en especimenes moldeados durante el colado del concreto, correspondientes a vigas estándar de quince por quince por cincuenta (15 x 15 x 50) centímetros, compactando el concreto por vibro compresión y una vez curados adecuadamente, se ensayarán a los 3, 7 y 28 días aplicando las cargas en los tercios del claro. (ASTM C 78).
2.3.12 Pavimento rígido. Un pavimento de concreto o pavimento rígido consiste básicamente en una losa de concreto simple o armado, apoyada directamente sobre una base o subbase. La losa, debido a su rigidez y alto módulo de elasticidad, absorbe gran parte de los esfuerzos que se ejercen sobre el
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pavimento lo que produce una buena distribución de las cargas de rueda, dando como resultado tensiones muy bajas en la Subrasante.
2.3.13 Falla. Defecto en la superficie de rodamiento, causado por el colapso de una o más de las capas constitutivas del pavimento.
2.3.14 Variación de losas. Este falla de tipo de formación de un pavimento de concreto o pavimento rígido consiste en una o varias losas han perdido su nivel original.
2.3.15 Desintegración. Este falla de tipo desprendimiento de un pavimento de concreto o pavimento rígido consiste en el agrietamiento superficial del concreto, con pequeñas roturas.
2.3.16 Cuero de caimán. Este falla de tipo de fisura o grieta de un pavimento de concreto o pavimento rígido consiste en el agrietamiento del pavimento en diversas direcciones y asemejando el cuero de caimán.
2.3.17 Longitudinales. Este falla de tipo de fisura o grieta de un pavimento de concreto o pavimento rígido consiste en grietas más o menos paralelas al eje del pavimento. En ocasiones tienen a ser parabólicas.
2.3.18 Transversales. Este falla de tipo de fisura o grieta de un pavimento de concreto o pavimento rígido consiste en grietas perpendiculares al eje del pavimento.
2.3.19 De esquina. Este falla de tipo de fisura o grieta de un pavimento de concreto o pavimento rígido consiste en grietas que afectan la esquina de una losa, formando un triángulo.
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2.3.20 Voladura. Este falla de tipo de fisura o grieta de un pavimento de concreto o pavimento rígido consiste en grietas transversales cerca de una junta y levantamiento de la losa con desprendimiento de material.4
2.4 MARCO LEGAL. 2.4.1 Resolución 000743 del 4 de Marzo del 2009. Referente a la actualización de la guía Metodológica para el diseño de Obras de Rehabilitación de Pavimentos asfálticos de Carreteras.5
2.4.2 Resolución 003482 del 29 de Agosto 2007. Referente al Manual de Diseño de Pavimentos asfálticos en vías con bajos volúmenes de Transito y la resolución 004577 del 23 de septiembre del 2009, por el cual se modifica parcialmente el manual de señalización vial – dispositivos para la regulación del tránsito, en calles, carreteras y ciclo rutas en Colombia, adoptado mediante la resolución No. 001050 del 5mayo del 2004.6
4 (2014,
03). Conceptos básicos de pavimentos. Ing. Augusto Jugo B. Obtenido 11, 2014 de Construcción e Inspección de Pavimentos Versión 1.1 (2009, 03). Colombia, Congreso de la Republica Resolución 000743 del 4 de Marzo del 2009, por la cual la actualización de la guía Metodológica para el diseño de Obras de Rehabilitación de Pavimentos asfálticos de Carreteras. Obtenido 11, 2014 de https://www.google.com.co/webhp?sourceid=chromeinstant&ion=1&espv=2&ie=UTF-8#q=Resoluci%C3%B3n+000743+del+4+de+Marzo+del+2009 5
(2007, 08). MetroCali. Resolución 003482 del 29 de Agosto 2007. Obtenido 11, 2014 de http://www.metrocali.gov.co/cms/assets/descargas/Contratacion/MC-5.8.2.01.13/Anexo-08AEspecificaciones-Generales.pdf 6
29
2.4.3 Normas de ensayos de materiales para carreteras, versión 1996. Adoptadas por la Resolución No. 008067 de 1996, emanada de la Dirección General del Instituto. Revisadas por R002661/02y R. 03290/0707.7
2.4.4 Especificaciones generales de construcción de carreteras, versión 1996. Por la Resolución. 008068 de 1996, Revisadas sucesivamente por la R. 002662/02y R 03288/07.8
(1996). Contratos.gov.co. Normas de ensayos de materiales para carreteras, versión 1996. Obtenido 11, 2014 de https://www.contratos.gov.co/archivospuc1/DEPREV/268770011/08-11 6293/DEPREV_PROCESO_08-11-6293_268770011_427001.pdf 7
8 (1996). Ablisa. Especificaciones generales de construcción de carreteras, versión 1996. Obtenido 11, 2014
de http://www.ablisa.com/DOCUMENTOS/Especificaciones%20INVIAS.pdf 30
3. METODOLOGIA 3.1 Tipo de investigación El proceso investigativo que se adelanta, tiene que ver con un enfoque de investigación aplicada de nivel descriptivo; por lo tanto, constituye el primer nivel del conocimiento científico. Como consecuencia del contacto directo o indirecto con los fenómenos que en este caso corresponde a la evaluación de las vías principales, recogiendo sus características externas: enumeración y agrupamiento de sus partes, las cualidades y circunstancias que lo entornan, etc.
3.2 Población Para la presente Investigación el Universo está dado por la delimitación geográfica del municipio de Abrego departamento Norte de Santander.
3.3 Muestra Se seleccionaron 3 vías principales del municipio de Abrego departamento Norte de Santander, cada calle tiene aproximadamente 100 metros, para ser evaluadas.
3.4 Instrumentos de recolección de información Los instrumentos de recolección de la información que se adoptara para este proyecto, es la información estructurada, ya que tiene un informe cuantitativo que permite un estudio preciso de los patrones de comportamiento que se quieren observar y medir. La recolección de los datos está apoyada en elementos técnicos como cámara fotográfica, decámetro y cuadros de recolección de la información, que permitan evidenciar y hacer seguimiento a los procesos expuestos en cada ítem de la investigación.
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4. PRESENTACION DE RESULTADOS 4.1 Estudio de las fallas en los pavimentos rígidos para el mantenimiento y rehabilitación de algunas vías principales del municipio de Abrego dep artamento Norte de Santander. El presente estudio está destinado a facilitar y uniformar criterios y procedimientos para la identificación y recolección de información relacionada con los deterioros de pavimentos rígidos del municipio de Abrego departamento Norte de Santander, y orientado a las labores de mantenimiento y rehabilitación de los tramos escogidos para el estudio.
4.2 Evaluación para obtener información del estado físico de las vías mediante auscultación de los diferentes pavimentos rígidos seleccionados. Para desarrollar dicha evaluación del estado físico de las vías se tomaron diferentes aspectos los cuales se tomaran en cuenta en la auscultación, estos se describen a continuación:
Descripción de las calles de mayor tránsito del municipio para definir las características más relevantes para su identificación.
Fotografías que ayudan a su identificación.
Siguiendo los diferentes aspectos mencionados se procedió mediante visita técnica a identificar las calles del municipio para definir las características más relevantes; estas se pueden detallar en la siguiente tabla.
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Tabla 1 Características de las calles a estudiar.
Calle seleccionada
Descripción
Característica
Cr. 7 entre calles 9 y 10
Calle residencial.
Es una calle de gran circulación vehicular, vía de acceso a la casa de la cultura y la Escuela Varones.
Cr. 7 entre calles 10 y 11
Calle residencial.
Es una calle
de gran
circulación vehicular, vía de acceso a la casa de la cultura y la Escuela Varones. Cr. 7 entre calles 11 y 12
Calle residencial.
Es una calle
de gran
circulación vehicular, vía de acceso a la casa de la cultura y la Escuela Varones.
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4.3 Hacer planos de localización de las áreas a tratar usando AUTOCAD para detallar los tramos y direcciones de las mismas. Imagen 17 Tramos 1, 2 y 3 Cr. 7 entre calles 9 y 12
Fuente. Autores del proyecto
34
Imagen 18 Falla 1 Tramo 1 Cr. 7 entre calles 9 y 10
Fuente. Autores del proyecto
Imagen 19 Falla 2 Tramo 1 Cr. 7 entre calles 9 y 10
Fuente. Autores del proyecto 35
Imagen 20 Falla 3 Tramo 2 Cr. 7 entre calles 10 y 11
Fuente. Autores del proyecto
Imagen 21 Falla 4 Tramo 2 Cr. 7 entre calles 10 y 11
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Fuente. Autores del proyecto Imagen 22 Falla 5 Tramo 3 Cr. 7 entre calles 11 y 12
Fuente. Autores del proyecto
Imagen 23 Falla 6 Tramo 3 Cr. 7 entre calles 11 y 12
Fuente. Autores del proyecto 37
4.4 Recolección de la información de campo utilizando formatos elaborados por los autores del proyecto se describen los tipos de fallas, sus posibles causas y posibles alternativas de solución en los diferentes pavimentos seleccionados. Tabla 2 Fallas en pavimentos rígidos (bache)
FALLA: 1
VÍA DE ESTUDIO:
TRAMO:
Cr 7 entre 9 – 10
01
TIPO DE FALLA:
FECHA:
Bache.
08/11/2015
DESCRIPCIÓN: Descomposición o desintegración de la losa de concreto y su remoción en una cierta área formando
una
cavidad
con
bordes
irregulares.
CAUSAS:
COMO EVITARLA:
Fundaciones y capas inferiores
inestables.
de concreto.
Espesores
del
pavimento
estructuralmente insuficientes.
Defectos constructivos.
Retención
de
agua
en
Acción
del
tránsito
provocando fisuras en bloque que posteriormente originan los baches.
38
Mejora
en
los
procesos
constructivos.
zonas
abrasiva
Buena compactación de las capas de soporte.
fisuradas.
Mantenimiento preventivo a losas
Manejo de aguas superficiales y drenaje efectivo.
Tabla 3 Fallas en pavimentos rígidos (bache)
FALLA: 2
VÍA DE ESTUDIO:
TRAMO:
Cr 7 entre 9 – 10
01
TIPO DE FALLA:
FECHA:
Bache.
08/11/2015
DESCRIPCIÓN: Descomposición o desintegración de la losa de concreto y su remoción en una cierta área formando
una
cavidad
con
bordes
irregulares. CAUSAS:
COMO EVITARLA:
Fundaciones y capas inferiores
inestables.
de concreto.
Espesores
del
pavimento
estructuralmente insuficientes.
Defectos constructivos.
Retención
de
agua
en
Acción
del
tránsito
provocando fisuras en bloque que posteriormente originan los baches.
39
Mejora
en
los
procesos
constructivos.
zonas
abrasiva
Buena compactación de las capas de soporte.
fisuradas.
Mantenimiento preventivo a losas
Manejo de aguas superficiales y drenaje efectivo.
Tabla 4 Fallas en pavimentos rígidos (Roturas de esquina)
FALLA: 3
VÍA DE ESTUDIO:
TRAMO:
Cr 7 entre 10 – 11
02
TIPO DE FALLA:
FECHA:
Roturas de esquina.
08/11/2015
DESCRIPCIÓN: Fisura que intersecta una junta transversal con una junta longitudinal o borde de calzada orientada en general a 45°del eje del pavimento CAUSAS:
Pobre transferencia de carga.
Losas con ángulos agudos.
Perdida de soporte por erosión.
COMO EVITARLA:
Transferencia de carga adecuada en tráfico pesado.
Diseño adecuado de juntas en superficies de geometría irregular.
Provisión de una subbase resistente a la erosión bajo tránsito pesado.
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Tabla 5 Fallas en pavimentos rígidos (Peladuras)
FALLA: 4
VÍA DE ESTUDIO:
TRAMO:
Cr 7 entre 10 – 11
02
TIPO DE FALLA:
FECHA:
Peladuras.
08/11/2015
DESCRIPCIÓN: Progresiva desintegración de la superficie del pavimento por perdida de material fino desprendido de matriz arena cemento del concreto, provocando una superficie de rodamiento
rugosa
y
eventualmente
pequeñas cavidades.
CAUSAS:
COMO EVITARLA:
Efecto abrasivo del tránsito sobre
Calidad en el concreto.
concretos de calidad pobre, ya sea
Buenos
por el empleo de dosificaciones inadecuadas (bajo contenido de cemento, exceso de agua, agregados de inapropiada granulometría).
Deficiencias durante su ejecución (segregación
de
la
mezcla,
insuficiente densificación, curado defectuoso, etc.).
41
procesos
constructivos
(tiempos de vibrado y curado).
Tabla 6 Fallas en pavimentos rígidos (Fisura longitudinal)
FALLA: 5
VÍA DE ESTUDIO:
TRAMO:
Cr 7 entre 11 – 12
03
TIPO DE FALLA:
FECHA:
Fisura longitudinal.
08/11/2015
DESCRIPCIÓN: Fisuras con orientación predominante paralela al eje del pavimento.
CAUSAS:
COMO EVITARLA:
Fisuración temprana por aserrado
Diseño adecuado de juntas.
tardío.
Control de heterogeneidades en la
Fisuración por fatiga: espesor de calzada insuficiente y/o separación de juntas excesiva.
Reflexión de fisuras de capas inferiores o de losas adyacentes.
Asentamientos diferenciales.
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subrasante.
Tabla 7 Fallas en pavimentos rígidos (Desportillamientos de juntas)
FALLA: 6
VÍA DE ESTUDIO:
TRAMO:
Cr 7 entre 11 – 12
03
TIPO DE FALLA:
FECHA:
Desportillamientos
08/11/2015
de juntas. DESCRIPCIÓN: Desfragmentación localizada en los labios de las juntas o fisuras.
CAUSAS:
COMO EVITARLA:
Entrada
de
materiales
Especificar materiales de sello adecuados
que
prevengan
la
incomprensibles en las juntas o
filtración de agua y materiales
fisuras.
incomprensibles.
Concreto debilitado por falta de
Uso de desmoldantes para prevenir
compactación, de durabilidad o
impactos sobre la formaleta que
aserrado prematuro o por retiro de
afecten los labios dela junta.
moldes en juntas de construcción, impactos excesivos al momento de retirar la formaleta.
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5. RECOMENDACIONES Se deben elaborar estudios de caracterización de la subrasante para profundizar un criterio más certero de su granulometría que es fundamentales para elegir la categoría en cuanto al diseño simplificado. El concreto a utilizar para la recuperación de los diferentes pavimentos rígidos seleccionados debe ser de buena calidad con resistencias a la flexión dentro de un rango de 4.1 a 4.4 Mpas esto con el fin de asegurar la calidad de la obras a desarrollar.
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