AUTOPISTA NORTE
AUTOPISTA NORTE• 1. Antecedentes
• 2. Inventario de fallas.
• 3. Tránsito.
• 4. Caracterización estructura.
• 5. Calidad de los sellos de las juntas.
• 6. Análisis del diseño y construcción.
• 7. Relleno fluido
• 8. Conclusiones.
AUTOPISTA NORTE
1. ANTECEDENTES
EVOLUCIÓN HISTÓRICA
DE LA
AUTOPISTA NORTE
CONSTRUCCIÓN 1954
Losas de ConcretoBase Granular
Construcción 1954
Losa en concreto
Base granular
Autopista Norte en 1955
1970
AMPLIACIÓN DE LAS
CALZADAS
Vallado
Pavimento FlexibleLosas de ConcretoBase Granular
Ampliación en 1970
Pavimento asfáltico
DISEÑOS PARA TRANSMILENIO 1998
• Diseñador: Steer Davis and Gleave( SDG). Contrato diciembre de 1998. Adecuación de Calle 80, Av Caracas, Autonorte)
• Alcance : Diseños geométrico y diseño de pavimento. Estima cantidades y presupuesto.
• Autonorte: Calle 80 a la Calle 186.
• Diseño pavimento : Whitetopping : 20 años.
• Pavimento de rehabilitación: Carriles de TransMilenio y tráfico mixtos.
• Pavimento nuevo: Bahías paraderos, cuarto carril y bermas.
Pavimentos rehabilitación:
Whitetopping:• Consiste en una
colocación de una losa de concreto hidráulico sobre un pavimento asfáltico.
• Vida útil mayor de 20 años, y menores costos de mantenimiento.
• Reparación de la rasante actual mediante renivelación con base asfáltica: bacheo, reconstrucción, y fresado en puntos altos.
1970
AMPLIACIÓN DE LAS
CALZADAS
Vallado
Pavimento FlexibleLosas de ConcretoBase Granular
Losa de concreto nueva
Pavimentos nuevos
Losa de concreto nueva
Relleno fluido de 60 kg/cm² (15 cm)
Base granular
Actualmente (Junio de 2003)
1
Relleno Fluído 30 Kg/cm²Relleno Fuído 60 Kg/cm²
Vallado
3
Pavimento FlexibleLosas de ConcretoBase Granular
2 4 5 6 7 8
Estructura construida
Relleno fluido de 30Kg/cm²
Relleno fluido de
60Kg/cm²
Cronograma de construcción
• AUTOPISTA ( Calle 80 a Calle 170)
• 6 de junio de 2000: Inicio de construcción. Comité de Obra No 1.
• Diciembre 23 de 2000: Se dan a servicio carriles 3, 4, 5 y 6. Todos para trafico mixto en ese momento.
• Abril 22 de 2001: Se dan a servicio carriles 1, 2, 7 y 8.
• Abril 27 de 2001: Se recibe listado de fisuras y deterioros de juntas de los carriles 3, 4, 5 y 6.
• Junio 4 de 2001: informe de Interventoría de patología de daños donde habla de la erodabilidad del relleno fluido.
CABECERA ( Calle 170 a Calle 184)
Constructor es diseñador y constructor
Informe de versión final de los diseños : agosto de 2001, donde de nuevo se recomienda el uso de relleno fluido en la estructura.
En abril de 2001 ya se presentaban fallas en la Autopista y en junio de 2001 ya se tenía una premisa sobre la erodabilidad del relleno fluido
INFORMES TÉCNICOS PARA
EXPLICAR FALLAS
PREMATURAS DE LAS LOSAS
1- Informes Interventoría (4 de junio de 2001)
• Problema erosión del relleno fluido (capa
impermeable) : el paso de los vehículos y la
fricción entre losa y relleno, erosiona
superficialmente el material y se pierde el
soporte de la losa (fenómeno de bombeo).
• Se registra salida de relleno fluido con agua por
las juntas.
• Realiza ensayos de humedecimiento y secado.
2- Informe de ASOCRETO(10 de julio de 2001)
• No hay evidencias de degradación de relleno fluido.
• El material que sale por las juntas es arena acumulada en ellas por deficiencias constructivas.
• La rotura de losas se debe a mala limpieza e ingreso de materiales externos en las juntas que restringen su movimiento.
• No estamos de acuerdo con la Interventoría, en cuanto a la clasificación de daños, y la hipótesis del rompimiento de losas causada por la erosión del relleno fluido.
3- Informe de Conciviles: Uniandes(24 de 0ctubre de 2001)
• Se presenta el fenómeno del bombeo debido a la pérdida de soporte por erosión superficial del relleno fluido .
• El material relleno fluido de 30 kg/cm² de resistencia no es un material recomendado internacionalmente como base de pavimento rígidos de alto tráfico.
• Mediante ensayos de laboratorio demuestra que el proceso de erosión del material se acelera con la presencia de agua.
• El relleno fluido es más erobable cuanto menor sea su resistencia a la compresión.
• En próximas obras se deben utilizar rellenos fluidos con resistencias a la compresión de 80 kg/cm² o superior.
4- Asesor externo: Armaghani(junio 3 de 2002)
• El agua atrapada en la interfase concreto –relleno fluido es la causa de los problemas de bombeo. El bombeo es el mayor contribuyente al agrietamiento transversal, asentamiento de la losa, losas rotas y daños en las juntas.
• El relleno fluido es un material de muy baja resistencia y alta impermeabilidad, susceptible a la erosión bajo la acción de fuerzas generadas por el movimiento del agua.
5- Informe de Obras Civiles(marzo 2003)
• El sistema de drenaje no es la causa principal que está desencadenado en fenómeno de bombeo.
• Nunca se desarrolló un estudio específico con relación al subdrenaje de aguas lluvias.
• Se construyeron obras de drenaje superficial, consistentes en: pendientes transversales y longitudinales de la vía, canales colectores laterales y alcantarillas.
• El sistema hidráulico de evacuación de aguas lluvias existente opera en forma aceptable.
• Los problemas presentados se consideran asociados a deficiencias en el sello de las juntas que permiten ingreso de agua.
AUTOPISTA NORTE
2- INVENTARIO DE FALLASUniversidad Nacional – febrero de 2003.
Se complementó con el estudio del
Consorcio de Obras Civiles Ltda.– Enero
de 2003
19
55
2
42
222
2
14
86
15
38
141
53
68
136
59
8
61
22
12
29
89
21
00
50
100
150
200
250
Fa
llas
Es
tru
ctu
rale
s
Mixtos 1 Mixtos 2 Mixtos 3 Trans. 4 Trans. 5 Mixtos 6 Mixtos 7 Mixtos 8
CARRIL
CALZADA W CALZADA E
(S. Alta)
(S. Moderada)
(S. Baja)
ESTADO DE LOSAS EN LA
AUTOPISTA NORTE3,3%
14,3%
0,6%
81,8%
ESTRUCTURALES DE JUNTAS OTRAS LOSAS EN BUEN ESTADO
DISTRIBUCION DE LAS FALLAS ESTRUCTURALES POR
TIPO
42,4%
19,2%1,2%
4,3%
32,8%
Fisura Transversal Fisura longitudinal
Placas rotas o subdivididas Fisura de esquina
Dislocamiento
AUTOPISTA NORTE
3. TRÁNSITO
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
8000
9000
CALLE 80 -CALLE 122
CALLE 122 -CALLE 129
CALLE 129 -CALLE 186
CALLE 80 -CALLE 106
CALLE106 -CALLE 134
CALLE134 -CALLE 170
CALLE 170 -CALLE 186
CALZADA OCCIDENTAL CALZADA ORIENTAL
DISTRIBUCION DEL TRANSITO (TPD). DISEÑO STEER, DAVIES & GLEAVE
CARRILES MIXTOS
buses c2p c2g c3, C2-S1, C4, C3-S1, C2-S2 c5 >c5
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
8000
9000
CL116 CL134 CL 153 CL116 CL134 CL 153
CALZADA OCCIDENTAL CALZADA ORIENTAL
DISTRIBUCION DEL TRANSITO ACTUAL (TPD). CONTEOS UN. 2003CARRILES MIXTOS
buseta bus c2p c2g C3 C4 C5, >C5
AUTOPISTA NORTE
4. CARACTERIZACIÓN
ESTRUCTURA
CARRILES 1 Y 8 – CALZADAS MIXTAS.
TRAMO CALLE 100 – CALLE 170 – COSTADO
ORIENTAL
TRAMO CALLE 100 – CALLE 177 – COSTADO
OCCIDENTAL
TRAMOS: CL 80 – CL 100, CL 170 – CL 186,
COSTADO ORIENTAL Y OCCIDENTAL
ESTRUCTURA No. 1
CAPA
No.
TIPO DE
MATERIAL
ESPESOR
(m)
MODULO DE
ELASTICIDAD
(MPa)
RELACIÓN DE
POISSON
1
RELLENO
FLUIDO
60kg/cm²
0.15 1.03 x 104 0.25
2BASE
GRANULAR0.19 42.8 0.45
SUBRASANTE 19.6 0.50
ESTRUCTURA No. 2
• CARRILES 4 Y 5 - TRANSMILENIO
• TRAMOS: CL 100 – CL 177. COSTADO ORIENTAL Y OCCIDENTAL
• TRAMOS: CL 80 – CL 100, CL 177 – CL 186, COSTADO ORIENTAL Y OCCIDENTAL
• CARRILES 3 Y 6 – CALZADAS MIXTAS
• TRAMOS: CL 100 – CL 170, COSTADO ORIENTAL
• CL 100 – CL 177, COSTADO OCCIDENTAL
• TRAMOS: CL 80 – CL 100, CL 170 – CL 186, COSTADO ORIENTAL
• CL 80 – CL 100, CL 177 – CL 186, COSTADO OCCIDENTAL
CAPA
No.
TIPO DE
MATERIAL
ESPESOR
(m)
MODULO DE
ELASTICIDAD
(MPa)
RELACIÓN DE
POISSON
1
RELLENO
FLUIDO
30kg/cm²
0.10 6.83 x 103 0.25
2CONCRETO
ASFALTICO0.10 1.96 x 103 0.30
3CONCRETO
HIDRÁULICO0.22 5.88 x103 0.20
4BASE
GRANULAR0.15 38.4 0.45
SUBRASANTE 19.6 0.50
ESTRUCTURA No. 3
• CARRILES 2 Y 7 – CALZADAS MIXTAS
• TRAMOS: CL 100 – CL 170, COSTADO ORIENTAL
• CL 100 - CL 177, COSTADO OCCIDENTAL
• CARRILES 2 Y 7 – CALZADAS MIXTAS
• TRAMOS: CL 80 – CL 100, CL 170 – CL 186, COSTADO ORIENTAL
• CL 80 – CL 100, CL 177 – CL 186, COSTADO OCCIDENTAL
CAPA
No.
TIPO DE
MATERIAL
ESPESOR
(m)
MODULO DE
ELASTICIDAD
(MPa)
RELACIÓN DE
POISSON
1
RELLENO
FLUIDO
30kg/cm²
0.10 6.83 x 103 0.25
2CONCRETO
ASFALTICO0.10 1.96 x 103 0.30
4BASE
GRANULAR0.19 107 0.45
SUBRASANTE 49.0 0.50
5- CALIDAD DE LOS
SELLOS DE LAS
DE JUNTAS
ENSAYO DE ELONGACIÓN
ESQUEMA DE JUNTAS
Barra de soporte (Baker rod)
Material de sello
Ancho
Esp
eso
r
ENSAYO DE ELONGACIÓN
SELLO DE JUNTAS
RESULTADOS
ENSAYO DE ELONGACIÓN
87%
13%
NO CUMPLE CON FACTOR DE FORMA
CUMPLE CON FACTOR DE FORMA
70%
30%
CohesiónAdherencia
5- ANALISIS DEL DISEÑO Y
CONSTRUCCIÓN
CLASES DE ERODABILIDAD DESCRIPCIÓN DEL MATERIAL
A
Material granular tratado con cemento.
Resistencia a largo plazo > 2500 PSI
(176 kgf/cm2)
B
Material granular tratado con cemento.
Resistencia a largo plazo < 2500 PSI
(176 kgf/cm2) >2000PSI (141 kgf/cm2)
C
Material granular tratado con cemento.
Resistencia a largo plazo < 2000 PSI
(141 kgf/cm2) >1000 PSI (70 kgf/cm2)
D
Material granular tratado con cemento.
Resistencia a largo plazo < 1000 PSI
(70 kgf/cm2)
CLASE
ERODABILIDADDESCRIPCION DEL MATERIAL
RANGOS RECOMENDADOS PARA EL
FACTOR DE ERODABILIDAD DE LA
BASE
A
Concreto pobre con 8% de cemento; concreto
bituminoso con 6% de cemento asfáltico ó capa
de drenaje permeable
0.5 – 1.5
B
Material granular tratado con 5% de cemento
fabricado en planta; material granular tratado con
4% de cemento asfáltico
1.5 – 2.5
C
Material granular tratado con 3.5% de cemento
fabricado en planta; material granular tratado con
3% de cemento asfáltico
2.5 – 3.5
DMaterial granular tratado en sitio con 2.5% de
cemento; suelos tratados3.5 – 4.5
E Material granular no tratado 4.5 – 5.5
Sin base 5.5 – 7.5
Fuente: Improved Prediction Models por PCC Pavements-Performance –
Related Specifications. Volume I – Final Report. Publication No. FHWA-RD-00-30.
September 2000.
178,4
267,6
198,5
120,4
84,7
178,4
267,6
211,9
121,7
0
50
100
150
200
250
300
350
CL 80 - NQS NQS - CL 100 CL 100 - C127
C 127 - CL177
CL 177 - CL186
CL 80 - NQS NQS - CL 100 CL 100 - C127
CL 127 - CL186
ORIENTAL OCCIDENTAL
CO
NS
UM
O D
E E
RO
SIO
N %
TRONCAL AUTOPISTA NORTE. REVISION DISEÑO STEER, DAVIES & GLEAVE
ANALISIS CRITERIO DE EROSION % - CALZADA TRANSMILENIO
DISEÑO STEER, DAVIES & GLEAVE
BASE GRANULAR 100%
RELLENO FLUIDO 120%
BASE ASFALTICA 300%
E(cm)=21 E(cm)=21 E(cm)=20 E(cm)=21 E(cm)=21E(cm)=21 E(cm)=21 E(cm)=21E(cm)=21
0 04,8
76,9
0 0 0
6,3
37
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
CL 80 -NQS
NQS - CL100
CL 100 - C127
C 127 - CL177
CL 177 - CL186
CL 80 -NQS
NQS - CL100
CL 100 - C127
CL 127 - CL186
ORIENTAL OCCIDENTAL
CO
NS
UM
O
DE F
ATIG
A %
TRONCAL AUTOPISTA NORTE. REVISION DISEÑO STEER, DAVIES & GLEAVE
ANALISIS CRITERIO DE FATIGA % - CALZADA TRANSMILENIO
DISEÑO STEER, DAVIES & GLEAVE
100%
E(cm)=21 E(cm)=21 E(cm)=20 E(cm)=21 E(cm)=21E(cm)=21 E(cm)=21 E(cm)=21E(cm)=21
449
744
1369
245,5150
426
334,6 342373
416
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
1000
1100
1200
1300
1400
1500
CL 80 - CL106
CL 106 - CL134
CL 134 - CL170
CL 170 - CL177
CL 177 - CL186
CL 80 - CL100
CL 100 - CL122
CL 122 -CL129
CL 129 - CL170
CL 170 - CL186
ORIENTAL OCCIDENTAL
CO
NS
UM
O D
E E
RO
SIO
N %
TRONCAL AUTOPISTA NORTE. REVISION DISEÑO STEER, DAVIES & GLEAVE
ANALISIS CRITERIO DE EROSION % - CALZADAS MIXTAS
DISEÑO STEER, DAVIES & GLEAVE
BASE GRANULAR 100%RELLENO FLUIDO 120%
BASE ASFALTICA 300%
E(cm)=19 E(cm)=19 E(cm)=19 E(cm)=19 E(cm)=19E(cm)=20 E(cm)=20 E(cm)=20E(cm)=18
449424
782
330
92
413
232
526
211 215
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
CL 80 - CL106
CL 106 - CL134
CL 134 - CL170
CL 170 - CL177
CL 177 - CL186
CL 80 - CL100
CL 100 - CL122
CL 122 -CL129
CL 129 - CL170
CL 170 - CL186
ORIENTAL OCCIDENTAL
TRONCAL AUTOPISTA NORTE. REVISION DISEÑO STEER, DAVIES & GLEAVE
ANALISIS CRITERIO DE FATIGA % - CALZADAS MIXTAS
DISEÑO STEER, DAVIES & GLEAVE
100% FATIGA
E(cm)=19 E(cm)=19 E(cm)=19 E(cm)=19 E(cm)=19E(cm)=20 E(cm)=20 E(cm)=20E(cm)=18
6- RELLENO FLUIDO
Norma NTC 4859 de 2000-10-25
• “Relleno fluido es un material cementoso con
propiedades de un suelo mejorado, cuyas
características mecánicas y volumétricas son
estables en el tiempo. Sus componentes son
cemento Pórtland o cementos adicionados,
agregado fino, aditivos y/o adiciones, y es
dosificado y mezclado previamente, para ser
entregado en estado fresco y listo para colocar en
la obra.”
Norma NTC 4859 de 2000-10-25
• “3. IMPORTANCIA Y USO
• El relleno fluido se usa en la elaboración de
bases de pavimentos, andenes, zanjas,
relleno de tuberías, estabilizaciones y
nivelaciones.”
Norma NTC 4859• “A continuación se relacionan las empresas que colaboraron en
el estudio de esta norma a través de su participación en el Comité Técnico 369901 “Concretos, morteros y agregados” a cargo de la STN ASOCRETO.
AGRECON, ASOCRETO, ASOGRAVAS, ASOREMEC, COMPAÑÍA DE CEMENTOS ARGOS, CONCRETOS DIAMANTE-SAMPER, CONCRETOS PREMEZCLADOS, CONINSA, CONSTRUCTORA COLPATRIA, E.A.A.B., ECOPETROL, ICPC, MANUFACTURAS DE CEMENTO TITÁN, MBT COLOMBIA, RODRIGO SALAMANCA, SIKA ANDINA S.A., TOXEMENT, UNIVERSIDAD JAVERIANA”
TRONCAL AV. CARACAS
CL. 34
8. CONCLUSIONES
Informe de la U. Nacional(agosto 2003)
1. Las fallas prematuras de las losas de hormigón están asociadas con la ALTA ERODABILIDAD QUE PRESENTA EL MATERIAL DE BASE, RELLENO FLUIDO (el cual además de erodable es poco permeable, y acumula agua en la interfase relleno fluido-losa de concreto)
2- No se presenta distribución uniforme de daños; la ubicación de las zonas con mayor patología es aleatorio. El aumento de fallas presenta una tendencia exponencial.
3- El relleno fluido presenta degradación acelerada con la presencia de agua.
4- Existen deficiencias en material de sello y desportillamiento de losas: generan una mayor entrada del agua por las juntas, que acelera la degradación del relleno fluido.
5- En un pavimento rígido como el construido siempre entra agua (las juntas no son herméticas). Por eso siempre se debe considerar el fenómeno de erosión del material de base.
6- Quién es el responsable de la
utilización del relleno fluido?• Ninguna de las partes involucradas investigó sobre el
relleno fluido, ninguno conocía su comportamiento de erodabilidad e impermeabilidad como base de la losa rígida.
• ASOCRETO como asesor de los proyectos de TransMilenio vendió un producto sin conocer el comportamiento del mismo como material de base de pavimentos.
• Interventoría y Constructor aceptaron un material cuyo comportamiento desconocían.
• Todos los involucrados cambiaron los diseños.