UNIVERSIDAD VERACRUZANAMAESTRA EN VAS TERRESTRES

INTRODUCCINGESTIN Y ADMINISTRACIN DE PAVIMENTOS

FALLAS POR DEFORMACIN (PERMANENTE).

GESTIN Y ADMINISTRACIN DE PAVIMENTOSM.I. Tomas Ibarra Garca

Alumno: Ing. Erick Eduardo Fernndez Rodrguez

Correo electrnico: erickfernandezuv@gmail.comTel.: 01 (228) 819-38-05Cel.: 228 753 39 96

Xalapa de Enrquez, Ver.22 de Abril de 2015.FALLAS POR DEFORMACIONES (PERMANENTES)RESUMENEn este trabajo se presentan algunos aspectos de la deformabilidad de materiales granulares (comportamiento resilente de estos materiales) comnmente utilizados en la construccin de carreteras (tamao mximo de 38 mm, seleccionados hasta el tamao correspondiente a la malla 200, que tradicionalmente se ha considerado como lmite superior de los suelos finos).Los resultados muestran que la deformacin permanente a la que llega el material granular queda definida por el esfuerzo mximo que se le aplique.Cualquier nmero de repeticiones adicionales de un esfuerzo menor posteriormente aplicado o cualquier secuencia de esfuerzos crecientes que llegue al mximo previamente ejercido ya no inducen deformaciones posteriores.Adems, la estabilidad de una capa granular bajo carga repetida parece ser mayor en granulometras uniformes que en granulometras bien graduadas.Criterio que induzca a potenciar la compactacin inicial de capas granulares sujetas a esfuerzos repetidos (caso de las carreteras) y a buscar granulometras iniciales relativamente uniformes.INTRODUCCINProbablemente la preocupacin ms importante de la profesin no est hoy en problemas de resistencia, puesto que se acepta que con un grado de compactacin razonable, y fcil de proporcionar, se puede llegar a resistencias tambin razonables para muchos fines; quiz la preocupacin ms central en torno al uso de esos materiales est en su deformabilidad, especialmente bajo cargas repetidas an en casos en que stas no sean espectacularmente grandes y estn notoriamente por debajo de lmites de falla.Mtodos de diseo tales como AASHTO (1986, 1993), SHELL (1978), etc., suponen que la deformacin permanente se genera principalmente en la subrasante. Menor rigidez Altos contenidos de agua/disminucin capacidad portanteSin embargo, en una estructura de pavimento flexible todas las capas contribuyen en la generacin de este tipo de deformacin. Estudios han demostrado que gran parte de la deformacin vertical es estas estructuras se genera en las capas compuestas por materiales granulares no tratados (base y subbase). Se hace necesario entender el comportamiento elastoplstico que experimentan estos materiales bajo carga cclica.DEFORMACIN PERMANTECuando en un material granular se inducen ciclos de carga y descarga, parte de la deformacin total (T) que se genera es recuperada (deformacin resiliente, r). Aquella deformacin que no se recupera se acumula con cada repeticin del ciclo y se denomina deformacin permanente (p). En pavimentos estas deformaciones generan hundimientos o desplazamientos que, en exceso, pueden generar fallas funcionales y/o estructurales.

El efecto de deformacin acumulativa resulta de la deformacin que el pavimento sufre bajo el efecto de la llanta que pasa. Dicha deformacin se recupera parcialmente cuando la llanta deja de oprimir, pero tal recuperacin nunca es total; siempre queda un remanente, que conduce a una deformacin permanente, la cual dificulta la marcha de los vehculos, aumentando su costo operativo y, eventualmente, contribuye a la ruptura y agrietamiento de la carpeta asfltica.FACTORES QUE INFLUYEN EN LA RESISTENCIA A LA DEFORMACIN PERMANENTEInfluencia del esfuerzo: La acumulacin de la deformacin vertical en un material granular incrementa proporcionalmente con la magnitud del esfuerzo desviador (1) y disminuye con el aumento de la presin de confinamiento (3). Figura 3.

Influencia de la historia del esfuerzo: observaron que cuando la carga cclica se aumenta gradualmente sobre un material granular la deformacin es mucho ms pequea que cuando se aplica directamente la carga ms grande. Figura 4.

Influencia del contenido de agua: Existe un contenido de agua que es beneficioso para elevar la resistencia a la deformacin permanente. Incrementos adicionales a este contenido ptimo de agua generan en el material un aumento del grado de saturacin, acompaado por elevacin de la presin de poros y disminucin de los esfuerzos efectivos, lo que induce prdida de la rigidez y de la resistencia a la deformacin permanente.

Influencia de la densidad: En general, la reduccin en la densidad de un material granular genera disminucin de la resistencia a la deformacin permanente.

Influencia del nmero y frecuencia de carga: Morgan (1966) aplic ms de 2x106 de ciclos de carga sobre dos tipos de arenas con granulometra diferente, y dentro del rango de esfuerzo utilizado, las deformaciones verticales permanentes continuaban acumulando. Sin embargo, menciona que despus de un perodo inicial por encima de 2x105 ciclos, los valores de la tasa de deformacin permanente son, en algunos casos, muy pequeos.

Influencia de la granulometra, tamao mximo, cantidad de finos y forma de la partcula: De acuerdo con estudios realizados por Barksdale e Itani (1989), materiales con partculas redondeadas experimentaron dos veces mayor deformacin permanente que materiales con partculas fracturadas. Adems, cuando la gradacin es ms fina la tendencia es a experimentar mayor deformacin; similar observacin es reportada por Barksdale (1972, 1984) y Barksdale y Hicks (1973), y si el contenido de finos desarrolla plasticidad, la resistencia a la deformacin permanente disminuye. Barksdale (1984), al realizar ensayos a escala real (en una pista de prueba acelerada bajo condiciones controladas de medio ambiente), reporta que pavimentos con bases granulares y con gradaciones finas experimentan valores de deformacin permanente de 21% superiores a aquellos que emplearon gradaciones gruesas. Contrario a lo anterior menciona que la vida de fatiga de las estructuras de pavimentos fue 20% mayor, cuando se utiliz la gradacin ms fina. Brown y Selig (1991) mencionan que altos contenidos de finos son no deseables en materiales granulares, ya que causan problemas hidrulicos debido a la baja permeabilidad y la posibilidad de retener agua. Lo anterior induce a obtener un material con altos grados de saturacin y, por lo tanto, prdida de la resistencia a la deformacin permanente. Prdida de resistencia por la presencia de altos contenidos de finos son reportados tambin por Barksdale (1972) y Thom y Brown (1988). Kamal et al., (1993) observaron que la resistencia a la deformacin permanente es mayor para materiales bien gradados. Reportan que una elevada cantidad de finos en materiales granulares genera mayor deflexin en las estructuras de pavimento, pero existe un valor ptimo de contenido de finos para el cual el material presenta la mayor resistencia a la deformacin.

Influencia del tipo de ensayo: Por lo general, los mtodos de diseo de pavimentos caracterizan y cuantifican la calidad de un material granular por medio de los siguientes ensayos: anlisis granulomtrico, Proctor, Californian Bearing Ratio (CBR), desgaste en la mquina de los ngeles, ndices de alargamiento y aplanamiento, partculas fracturadas, prdida en solidez, equivalente de arena e ndice plstico. Estos ensayos solo pueden realizar medidas indirectas de la calidad del agregado ptreo y, en algunos casos, de la resistencia al corte bajo carga monotnica (p.e., CBR), pero no pueden predecir la rigidez y la resistencia a la deformacin permanente que experimentan estos materiales bajo una carga rodante (carga cclica)(Brown, 1996) (Brown y Selig, 1991) (Lentz y Baladi,1980).Los mtodos de diseo suponen entonces que cumpliendo ciertos requisitos de calidad enlos ensayos de caracterizacin, las capas granulares no experimentarn comportamientos deficientes bajo cargas cclicas. Sin embargo, algunos estudios encontrados en la literatura de referencia ponen en duda la anterior suposicin: Gidel et al., (2002) realizaron ensayos triaxiales cclicos sobre dos materiales granulares que presentaban desgastes elevados y no reunan ciertos parmetros empricos de calidad exigidos por las especificaciones francesas para carreteras. Sin embargo, los valores de rigidez (variaron entre 800 MPa y 1300 MPa) y de resistencia a la deformacin permanente de estos materiales fueron altos, lo cual indica que el criterio emprico basado en Los ngeles y en otros ensayos de caracterizacin no son suficientes para evaluar el funcionamiento mecnico de agregados ptreos.

SOLUCIONES POSIBLES

Primero, dando a la carpeta un espesor tal que el esfuerzo aplicado por el trnsito le permita aceptar todas las repeticiones con deformaciones tan pequeas que no produzcan posibilidades de agrietamiento o de deformacin acumulativa y, segundo, apoyando esa carpeta en otras capas suficientemente resistentes y poco deformables como para lograr el mismo efecto. Estas capas de apoyo de la carpeta estn formadas por materiales trreos (a veces inclusive estabilizados con cemento u otros materiales), que, si han de cumplir a conciencia su cometido, debern ser resistentes y poco deformables, en relacin a los niveles de esfuerzos que le vayan correspondiendo segn su profundidad relativa; tambin debern de ser poco susceptibles a la accin del agua, a fin de poder mantener con el tiempo esas cualidades iniciales.Debe considerarse necesario que el contenido de materiales finos de cualquier matriz de suelo grueso que se utilice en las capas superiores (bases y subbases), no exceda de un 10% de partculas menores que la malla 200 y este valor debe reducirse a la mitad en la matriz que se utilice para la formacin de carpetas asflticas.En las subrasantes de carreteras puede ya haber una mayor tolerancia en relacin al contenido de materiales menores que la malla 200, aceptndose contenidos menores que el tamao mencionado del orden de 15% en las carreteras ms ocupadas, y algo mayores en aquellas en las que se aseguren niveles de ocupacin menos exigentes.El conocimiento actual de los materiales finos y sus efectos en la seccin estructural de las carreteras suele tambin controlarse con la medicin de los ndices de plasticidad de la fraccin menor que la malla No. 40. A este respecto pueden aceptarse valores del lmite lquido entre 25 y 30% en bases y subbases, y valores comprendidos entre 30 y 40% en subrasantes.Evidentemente, el empleo prudente de los materiales trreos con lmites adecuados de un contenido de materiales finos arcillosos, permite el empleo de estndares de compactacin realmente adecuados para dar a las capas de la seccin estructural de una carretera actual la consistencia necesaria, de manera que se garantice la permanencia de esas buenas propiedades en el tiempo futuro de utilizacin. Como ya se seal, una compactacin enrgica, tal como exigen las carreteras modernas, podra resultar altamente contraproducente, de no cuidar en forma adecuada la presencia de suelos finos arcillosos dentro de los suelos empleados en ellas.ECUACIONES DE DEFORMACIN PERMANENTE

Ninguna de las ecuaciones presentadas es capaz de reproducir los estados de comportamiento que experimentan materiales granulares bajo diversas trayectorias de carga cclica y condiciones del medio. Por lo general, las ecuaciones relacionan solamente la deformacin permanente con el nmero de ciclos de carga y/o con la magnitud del esfuerzo, sin tener en cuenta la influencia que tienen factores como el contenido de agua, grado de compactacin y la granulometra del material.CONCLUSIONES1.- En el empleo de materiales granulares compactados el paradigma de diseo debe estar enfocado hacia la deformacin permanente y no tanto a la resistencia.2.- La deformacin permanente a la que llega un material granular queda definida por el esfuerzo mximo que se aplique al material. Cualquier esfuerzo menor posteriormente aplicado o cualquier secuencia de esfuerzos crecientes que llegue al mximo previamente ejercido ya no inducen deformaciones posteriores.3.- La compactacin inicial de una capa define la deformacin permanente mxima bajo un esfuerzo repetido.4.- La estabilidad de una capa granular bajo carga repetida parece ser mayor en granulometras uniformes (menores contenidos de partculas de tamaos comparativamente pequeo) que en granulometras bien graduadas. Este hecho parece inducir a la conveniencia de aplicar normas ms estrictas en el sentido que se desprende de lo anterior, en las curvas que normalmente se aceptan en las especificaciones de construccin de casi todas partes.De lo anterior parece desprenderse un criterio que induzca a potenciar la compactacin inicial de capas granulares sujetas a esfuerzos repetidos (caso de las carreteras) y a buscar granulometras iniciales relativamente uniformes. Esta conclusin final parece inducir los criterios a buscar materiales gruesos en capas granulares, relativamente resistentes a la degradacin bajo carga repetitiva.

Ing. Erick E. Fernndez Rodrguez 9