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Introducción.
El estudio del problema de fatiga de los materiales utilizados en la construcción de la infraestructura carretera ha sido prácticamente marginado, lo que ha dado como resultado que el fundamento de las metodologías de análisis y diseño actuales para pavimentos sea de carácter totalmente empírico. Efectivamente, bajo un gran número de aplicaciones de carga los materiales tienden a fracturarse o bien a acumular deformación, dependiendo de su rigidez inicial, lo que causa algunos de los deterioros más significativos en la superficie de rodamiento de los pavimentos. En este trabajo se presenta un estudio de la influencia de las condiciones de compactación en las deformaciones permanentes que se generan por el tránsito vehicular en suelos cohesivos, utilizados en la construcción de las capas inferiores de la sección estructural de carreteras. La primera parte presenta una serie de conceptos relacionados con las deformaciones, que se pueden presentar en el pavimento, ya sea por deformación elástica, por consolidación del terreno de cimentación y la infraestructura o por una combinación de deformación elástica y plástica, así como las causas que las provocan. Así también, se presentan dos criterios de falla, por fatiga y por deformaciones permanentes, que normalmente se utilizan en los diseños mecanicistas de pavimentos. En la segunda parte se describe el procedimiento de prueba y el equipo triaxial que se utiliza en la determinación del comportamiento esfuerzo-deformación. Se presentan y analizan toda una serie de resultados, obtenidos en el Laboratorio de Infraestructura del IMT, al ensayar varias muestras en pruebas de deformación permanente con diferentes condiciones de compactación (peso volumétrico y contenido de agua). Finalmente, se presentan las conclusiones y recomendaciones más relevantes, obtenidas a partir de los análisis efectuados en las diferentes partes que integran el trabajo, así como la bibliografía utilizada en el desarrollo del mismo. A continuación se describe, en forma breve, el estudio experimental realizado y se presentan las conclusiones y recomendaciones pertinentes. Equipo empleado. El sistema de carga triaxial utilizado en este estudio fue diseñado, entre otras funciones, para llevar a cabo pruebas bajo carga repetida, lo que intenta simular el estado variable de esfuerzos que producen los vehículos en movimiento. Descripción y propiedades del material utilizado. El material es representativo de los suelos arcillosos que se encuentran comúnmente en el terreno de cimentación del pavimento y en algunas ocasiones, en la capa de subrasante. Las propiedades índice determinadas y la clasificación del suelo –de acuerdo al Sistema Unificado de Clasificación de Suelos (SUCS)- se muestran en la siguiente tabla:
Procedimiento de prueba para determinar las características de deformación del suelo. El muestreo fue de tipo alterado. El material obtenido fue cuarteado y cribado por la malla No. 4. El tiempo de curado del material fue de un día. Todas las probetas utilizadas en el estudio se compactaron por medio de impactos, y en cada una de ellas se varió el contenido de agua; lo que trae como consecuencia un cambio en el peso volumétrico. Las muestras fueron colocadas en el marco de carga del equipo triaxial y sometidas a pruebas de deformación permanente y determinación del módulo de resilencia. Terminados los ensayes anteriores, se desmontó la muestra para determinar el contenido de agua de compactación, así como el peso específico seco de la misma. Por último, se obtuvieron los valores de la deformación acumulada para cada una de las condiciones de compactación consideradas, y se generaron las curvas isocaracterísticas respectivas. Conclusiones y recomendaciones. · Con los resultados obtenidos, se concluyó que la acumulación de la deformación permanente presenta prácticamente tres etapas en su evolución: la primera es casi instantánea, la cual se presenta en los primeros ciclos de carga; enseguida se observa la fase que puede calificarse como transitoria, en que la deformación se acumula gradualmente durante los ciclos de aplicación de la carga; y finalmente, se tiende a un estado estable en el que la velocidad de acumulación de la deformación es muy pequeña; a partir de este momento, la aplicación de un número mayor de ciclos de carga ya no tiene mucho efecto en la acumulación de la deformación. · El rango de las deformaciones acumuladas obtenidas en el suelo estudiado fue de 0.07 % a 1 %, lo que confirma que el problema de las deformaciones que se producen en los pavimentos por la aplicación de cargas vehiculares son de pequeña escala o magnitud, comparada con las que ocurren en otro tipo de estructuras. · De las curvas isocaracterísticas de deformación acumulada obtenidas, se observó que la variable de mayor influencia es el contenido de agua. · La magnitud de la deformación acumulada parece acelerarse a grados de compactación mayores a los óptimos. · La deformación acumulada depende claramente de las condiciones de compactación. Por lo anterior, se recomienda: · Para controlar las deformaciones permanentes, se recomienda utilizar grados de saturación menores al óptimo, siempre y cuando los materiales sean volumétricamente estables ante cambios de humedad. · Es conveniente hacer una clasificación de suelos comúnmente utilizados en la estructuración de pavimentos en función del parámetro de deformación permanente. · Profundizar en la relación que guarda la deformación permanente generada y el nivel del esfuerzo aplicado con respecto al de la falla por cortante. · Se requerirá un estudio acerca de la influencia de la frecuencia de aplicación de carga, tanto en la deformación permanente como en el módulo de resilencia, ya que sobre esto no se reportan datos suficientes para poder llegar a una conclusión. · Evitar la utilización de suelos expansivos en las capas que conforman la sección estructural de los pavimentos, ya que las deformaciones por expansión pueden superar a las permanentes inducidas por el tránsito vehicular · El Instituto Mexicano del Transporte está consciente de la problemática tratada, y de que se requiere mucho más experimentación sobre el tema para poder relacionar el comportamiento de los materiales ensayados en laboratorio y el comportamiento de éstos en campo, lo cual se traducirá en mejores diseños, construcción, rehabilitación y comportamiento a lo largo de la vida útil del pavimento. Paul Garnica Anguas
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