Autopista Norte - Foro Técnico sobre la Troncal Caracas del Sistema Transmilenio-ST

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


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


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 80 -CALLE 106

CALLE106 -CALLE 134

CALLE134 -CALLE 170


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


ESTRUCTURA No. 3


• 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

4BASE

GRANULAR0.19 107 0.45


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


SELLO DE JUNTAS

RESULTADOS


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


Resistencia a largo plazo < 2500 PSI

(176 kgf/cm2) >2000PSI (141 kgf/cm2)

C



(141 kgf/cm2) >1000 PSI (70 kgf/cm2)

D



(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 %


ANALISIS CRITERIO DE FATIGA % - CALZADA TRANSMILENIO


100%


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 %


ANALISIS CRITERIO DE EROSION % - CALZADAS MIXTAS


BASE GRANULAR 100%RELLENO FLUIDO 120%

BASE ASFALTICA 300%


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


ANALISIS CRITERIO DE FATIGA % - CALZADAS MIXTAS


100% FATIGA


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.

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