Ing. Diego A. Jaramillo Porto

Vicepresidente Técnico - FIHP

Director Ingeniería - Asocreto

Colombia

PAVIMENTOS DE CONCRETO

COMPETITIVIDADSOSTENIBILIDAD

Competitividad

1. Funcionamiento

estructural

2. Costo

Históricamente se han considerado 2 (3) criterios para

tomar la decisión del tipo de pavimento

LongitudAncho

Competitividad

1. Funcionamiento

estructural

2. Costo

3. Sostenibilidad

Actualmente ha cobrado importancia un factor adicional

en la toma de decisión del tipo de pavimento

LongitudAncho

Competitividad

Técnicamente viable Sostenible

LongitudAncho

Entorno

Se pasó de las Ventajas Comparativas a

las Ventajas Competitivas

Diferenciación del producto

Reducción de costos

• Tecnología

• Capacidad de innovación

• Factores especializados

Han pasado 145 años desde el primer pavimento en Inverness, Escocia.

Los primeros pavimentos de concreto se construyeron para el tránsito de carretas

y caballos.

Los vehículos surgieron a comienzos del Siglo XX.

1865 - 2010

Pri

mer

PC–

Inv

ern

ess,

Esc

oci

a 1

86

5

18

91

19

18

19

20

19

25

19

28

19

33

19

46

19

58

Bel

lefo

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1

91

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PC

A

Pri

mer

a

Pav

imen

tad

ora

Pru

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AA

SH

O

Primeros PC en

América Latina

Perú

El Salvador

1920 Colombia

1928

Colombia

1937

Espesor

Longitud Ancho

Funcionamiento estructural

D e f l e c t i o n s

0 . 0 5 3 5

0 . 0 5 1 2

0 . 0 4 7 7

0 . 0 4 4 2

0 . 0 4 0 7

0 . 0 3 7 1

0 . 0 3 3 6

0 . 0 3 0 1

0 . 0 2 6 6

0 . 0 2 3 1

0 . 0 1 9 6

0 . 0 1 6 1

0 . 0 1 2 6

0 . 0 0 9 1

0 . 0 0 7 9

Funcionamiento estructural

Funcionamiento estructural

TRANSFERENCIA DE CARGA

Transferencia de carga entre losas vía agregados, con o sin barras.

La transferencia ayuda a distribuir la carga y reducir la magnitud de los esfuerzos

transmitidos a la base.

Transferencia por Agregados Transferencia con barras

1. Alabeo por gradiente de humedad 1 vez

2. Contracción 1 vez

3. Alabeos por temperatura 14.600 (en 20 años)

4. Cargas vehiculares n (millones)

Funcionamiento estructural

ESFUERZOS INTERNOS EN LA LOSA

En una losa de concreto se presentan varios tipos de esfuerzos durante el período

de diseño. Durante la operación se combinan los alabeos por temperatura y las

deformaciones por cargas vehiculares

Alabeos por temperatura

Cambio de geometría debido a diferenciales de temperatura interna de la losa de

concreto.

Altas temperaturas

Bajas temperaturas

Temperatura superficial

NASA Aerial Data Temperatura superficial

ALTERNATIVAS EN SOLUCIONES

ESTRUCTURALES

PC Nuevos

• Simple sin barras (JPCP)

• Simple con barras (JPCP)

• Reforzado con juntas (JRCP)

• Continuamente reforzado (CRCP)

Sobrelosas

• Delgadas (Adheridas)

• Gruesas (No Adheridas)

Soluciones estructurales

JPCP

JRCP

CRCP

Simple con y sin barras (JPCP)

Es el tipo de pavimento más utilizado en el mundo.

Sin dovelas Bajo tráfico

Con dovelas Tráficos altos

Reforzado con juntas (JRCP)

Se utiliza para reforzar la losa o cuando se requiere controlar esfuerzos

causados por el tráfico, alabeos por temperatura o factores de esbeltez por

fuera de los límites.

• Losas con factores de esbeltez fuera de los rangos

• Relación de esfuerzos muy superior al promedio estimado en el diseño

• Necesidad estructural

Continuamente Reforzado (CRCP)

Se utiliza en vías de tráfico muy pesado o con períodos de diseño muy altos. El

refuerzo continuo soporta los esfuerzos de contracción y los ocasionados por

cargas y alabeo. No tiene juntas.

Sobrelosas

ADHERIDAS NO ADHERIDAS

Whitetopping No Adherido

Whitetopping No Adherido

MÉTODOS DE DISEÑO

Disponibilidad de métodos de diseño

internacionales.

Avances: Método AASHTO 2002 (M-E PDG)

Métodos de diseño

MÉTODOS DE DISEÑO

Cuando se comparan, los métodos

AASHTO y PCA arrojan espesores

diferentes, sobretodo en tráficos

bajos y altos.

Tráfico

30 cm

15 cm

30,0 29,0 29,0 29,0 29,0 29,0 29,0 29,0 29,0 29,0 29,0 29,0

37,0 36,0 36,0

37,0 37,0 37,0 36,0 36,0

37,0

35,0 36,0

37,0

20,0

22,0

24,0

26,0

28,0

30,0

32,0

34,0

36,0

38,0

40,0

Tramo 1

Tramo 2

Tramo 3

Tramo 4

Tramo 5

Tramo 6

Tramo 7

Tramo 8

Tramo 9

Tramo 10

Tramo 11

Tramo 12

Esp

eso

r

Troncal de Transporte MasivoComparación de espesores ASSHTO y PCA

PCA

AASHTO

Métodos de diseño

PCA

Espesor

AASHTO 98

AMPLIO RANGO DE SUPERFICIES

De acuerdo con las necesidades, se

pueden obtener diversos tipos de

acabados superficiales:

• Escobeado

• Cepillado

• Estampado

• Agregado expuesto

Superficies

CONSTRUCCIÓN

Proceso en línea.

Procedimientos especificados y

unificados internacionalmente

Uso de equipos pequeños hasta

grandes pavimentadoras

• Reglas vibratorias

• Rodillos vibratorios

• Rodillos tipo cercha

• Pavimentadoras de formaleta

deslizante

Facilidad de construcción

• Se requiere más uniformidad que alta

capacidad de soporte

• Cuidado con el aumento del k de la

base, sin revisar nuevamente el

diseño

0,0

10,0

20,0

30,0

40,0

50,0

60,0

70,0

80,0

90,0

0 100 200 300 400 500 600 700 800

Desig

n T

raff

ic,

ME

SA

Ls

k-value, psi

Sensitivity Analysis (Effective Subgrade Support)

Modulus of Rupture = 614 psi

Elastic Modulus of Concrete = 4.144.000 psi

Elastic Modulus of Base = 800.000 psi

Base Thickness = 10 in

k-Value of subgrade = 50 to 800 psi

Joint Spacing = 13,3 f t

Reliability = 95 %

Standard Deviation = 0,34

Slab Thickness = 11,03 in

Bases

De la calidad y colocación de la formaleta depende:

El espesor de la losa de concreto.

La forma final de la losa.

La regularidad superficial del pavimento

El control de los consumos de concreto

La conformación de las juntas longitudinales

• Metálicas, rígidas, rectas y sin torceduras

• Secciones no menores a 3 m de largo.

• Bordes formando ángulos rectos.

• Altura igual al espesor de la losa.

• Base no menor a 20 cm.

• Debe resistir las presiones en todas las direcciones

• Tolerancia inferior a 3mm en 3m de largo

Formaletas

• Transfieren las cargas y mantienen los

esfuerzos en los límites de diseño

• Evitan el movimiento vertical

• Permiten el movimiento horizontal

• La soldadura debe ser alternada

• La barra se debe engrasar en su totalidad

• Mínimo 15 cm de barra en cada losa

• Altura igual a la mitad del espesor de la losa

• Verificar la alineación de todas las barras

• Diseño

• Diámetro de las barras

• Resistencia

• Longitud

• Separación

Barras pasajuntas

Estado final de la

canastilla en el sitio

• Centro de la canastilla alineada

con la marca de la junta

• Por lo menos 15 cm de barra

embebida en cada losa

• Anclajes en las dos secciones de

la canastilla hacia la dirección de

donde viene el concreto

• Soldadura alternada

• Engrase total de cada barra

• Atiesadores cortados en su

totalidad

Regla Vibratoria PFD Rodillos Vibratorios

Equipos de colocación

SEGURIDAD

1. Chequeo de deformaciones

2. Flotado

3. Rebordeo de la junta

longitudinal

4. Microtexturizado

5. Macrotexturizado

Acabado superficial

• Regularidad superficial

• Superficie suave y plana

• Delinear la junta longitudinal para evitar el

doble corte

• Estimular la exudación

Flotado - Rebordeo

BRILLANTE

MATE

COSTAL HÚMEDO

Más que curar, hay que proteger el concreto de las

condiciones ambientales

• Antes, durante y después

Monitoreo permanente

Barreras

Cubiertas

Retardantes de evaporación

Compuestos curadores

Los compuestos blancos funcionan bien

Se deben curar los hombros

Protección y curado

• Controlar la fisuración del concreto.

• Conformar las dimensiones de las

losas de acuerdo con el diseño.

• Permitir la deformación y el

movimiento horizontal de las losas.

Corte de juntas

Después del fraguado final y antes que los esfuerzos superen la resistencia del concreto en las primeras horas.

• Demasiado rápido:

• Desportillamiento

• Demasiado tarde:

• Fisuras aleatorias

Ventana de corte

• Cuidado con la selección de tipo de sello. El material

debe cumplir las especificaciones.

o Sellos en caliente

o Siliconas o poliuretanos

o Sellos a compresión

Tener en cuenta

• Tiempo de colocación

• % de elongación

• Factor de forma

Sello de juntas

3 mm

1/3

25 - 30 mm

3 mm

6 mm

Material de juntas

Estructura completa en el momento de la

apertura.

Tendencia a controlar la apertura al tránsito

de acuerdo con la relación de esfuerzos de

diseño.

Tener en cuenta

• Dimensiones de la losa

• Condiciones del pavimento en el

momento de la apertura

• Tipo de vehículo

• Transferencia de carga

• Confinamiento de la losa

• Nivel de resistencia del concreto

Las juntas deben estar selladas antes de

abrir al tráfico.

Apertura al tránsito

Innovación

Criterios

Diseño

Tecnologías

Materiales

Procesos

Pasar de Ventajas Comparativas a

Ventajas Competitivas.

Diferenciación del producto

Reducción de costos

• Tecnología

• Capacidad de innovación

• Factores especializados

Nuevos Criterios de Análisis

SOSTENIBILIDAD Equilibrio entre las 3 variables

Ambientalmente Socialmente

Económicamente

Sostenible

Soportable

Sostenibilidad en PC

Ambiental

1. Reciclaje

2. Pequeñas excavaciones

3. Ahorro de combustible

4. Reduce la isla de calor

5. Reducción del CO2 y Nox

6. Resistente • Resistencia a combustibles y

aceites

• Resiste los cambio climáticos y la

exposición a los elementos

• Resiste ataques químicos(No

degradación de los componentes)

Social

1. Larga vida útil

2. Confort

3. Seguridad • Tracción entre rueda y llanta

• Reflejo de la luz

• Visibilidad

• Juntas sirven de guía

• Distancia de frenado

• Agarre en las curvas

• Control del hidroplaneo

• Evacuación del agua superficial

• Resistente al fuego

4. Baja emisión de ruido

5. Cortos cierres durante la vida útil

Económica

1. Costo de construcción

2. Costo del ciclo de vida

3. Costo de operación • Reduce el consumo de combustible

• Reduce costos de iluminación

Reciclaje de materiales

• Uso de agregados reciclados.

• Reciclaje de las losas de concreto.

Pequeñas excavaciones

• Menos consumo de energía en

trabajos de excavación y menor uso

de material proveniente de canteras

Ahorro de combustible

• Reduce el consumo en vehículos

pesados cuando se transita por un

pavimento de concreto. • Según Zajkowski se tiene un ahorro

del 20%.

• Según la PCA, en velocidades

superiores a 30 km/hora el consumo

es menor.

Sostenibilidad Ambiental

Reducción de la isla de calor

• El PC ayuda a reducir el

calentamiento en las ciudades

• Reflejo de la luz

• Reduce la temperatura de la

losa de concreto

Resistencia a ataques químicos y

climáticos

• El concreto soporta de manera

estable los derrames de

combustibles y aceites.

• Con un adecuado diseño y

modulación soporta los cambios

climáticos extremos.

Sostenibilidad Ambiental

Larga vida útil

• En algunas ciudades del mundo ya

se diseñan pavimentos con períodos

de diseño entre 50 y 100 años.

• La diferencia de espesor entre un

diseño de 20 años y otro de 50 años

es cercana a los 1,5 cm. El costo

anualizado se reduce

dramáticamente.

Confort en la circulación

• Índices de Servicio entre 4,2 y 4,5.

• Pavimentos más planos.

• Regularidad superficial durante la

vida de servicio

Sostenibilidad Social

Seguridad

• Reflejo de la luz

• Alta visibilidad

• Se aprecia el ancho de carril

• Juntas sirven de guía

• El acabado superficial permite:

• Reducir distancia de frenado

• Mayor agarre en curvas

• Control del hidroplaneo

• Tracción llanta-pavimento

Ruido

• La textura superficial brinda una

reducción en los niveles de ruido.

Sostenibilidad Social

Menores cierres por

mantenimientos

Un buen diseño, construcción y

operación se traduce en menos

intervenciones durante la vida

de servicio.

• Estabilidad estructural:

• Reducción en el

mantenimiento de vehículos

• Menos demoras en tiempos

de circulación

• Reducción en el consumo

de combustibles

Sostenibilidad Social

Costo del Ciclo de Vida

• En costos iniciales de

construcción el PC se encuentra

en el mismo rango de otros tipos

de pavimentos.

• Algunas variables que han

cambiado:

• Aumento del precio del

petróleo.

• Análisis con períodos de

diseño equivalentes.

• Optimización y

racionalización en el uso de

materiales

Sostenibilidad Económica

Nuevos Métodos de Diseño

NUEVO MÉTODO AASHTO

(M-E PDG)

Desarrollado por AASHTO.

• Desarrollo de procedimientos y

software para:

• Diseño de pavimentos nuevos de

concreto y asfalto

• Rehabilitación de pavimentos

existentes

• Un cambio fundamental en la forma en

que se diseñan los pavimentos

• Basado en conceptos de diseño

Empirico-Mecanisticos

• Permite predecir en el tiempo el

comportamiento funcional del

pavimento y los daños

• En Colombia se ha utilizado para

modelar el desempeño de pavimentos

construidos hace 10 años.

Nuevos Criterios de Diseño

REDUCCIÓN EN LA MODULACIÓN

DE LOSAS

En la medida que se reducen los

tamaños de las losas, se reducen las

deformaciones y se aumenta la

capacidad de soportar ejes.

En el mundo se están desarrollando

metodologías para el diseño de losas

cortas. ICH

Otras Tecnologías

PAVIMENTOS POSTENSADOS

Se utilizan los mismos principios

del postensado en edificaciones y

puentes.

Se aprovecha el buen desempeño

del concreto a compresión.

PAVIMENTOS PREFABRICADOS

Losas prefabricadas en planta que

permiten una construcción muy

rápida.

El pavimento tiene conexiones entre

losas prefabricadas que son

inyectadas para generar transferencia

de carga entre losas.

También se pueden combinar las

losas prefabricadas con las losas

postensadas.

Otras Tecnologías

PAVIMENTOS BI-CAPA

Dos losas de concreto construidas de

manera simultánea.

• Adheridas o no adheridas

Pavimentadora con dos planchas o

dos pavimentadoras en línea.

Losas con diferentes características:

• Losa inferior con menor calidad.

• Losa superior con mejor calidad o

con texturas especiales

Otras Tecnologías

JUNTAS JRI

Sistema de juntas inclinadas y de cara

alterna, que genera engranaje y

transferencia de carga entre losas,

evita el bombeo y el levantamiento de

los bordes y esquinas.

Tiene un elemento sellante en la parte

superior que evita el ingreso de agua.

Otras Tecnologías

Nuevos Materiales

CONCRETOS PERMEABLES

Permiten el paso del agua a

través de la losa de concreto.

• Alto porcentaje de vacíos.

• Varios usos:

• Recargar niveles

freáticos

• Captación de agua

lluvia para usos en

riegos y lavados

• Evitar el hidroplaneo

En algunos países lo llaman

Concreto Ecológico

Nuevos Materiales

CEMENTO FOTOCATALÍTICO

Cemento que puede reducir los

contaminantes orgánicos e inorgánicos

presentes en el aire. La luz del sol

provoca una reacción química cuando el

dióxido de titanio en la superficie del

cemento entra en contacto con los

contaminantes en el aire.

• Autolimpieza

• Descontaminación

• Por cada 1.000 m2 de pavimento se

remueven cerca de 30 kg/NOx/año.

• Pruebas en carreteras mostraron una

reducción cercana al 65% en los

niveles de dióxido de nitrógeno y

monóxido de carbono.

Fuente: Italcementi

Nuevos Procesos

SUPERFICIE DE AGREGADO EXPUESTO

Eliminación del mortero superficial de la losa para dejar expuesto los agregados.

Se coloca un retardante de fraguado y se elimina el mortero con agua a presión y

cepillado mecánico. Se reducen los niveles de ruido

Nuevos Procesos

DISEÑO A FLEXIÓN – CONTROL A COMPRESIÓN

Las viguetas son: Sensibles y pesadas.

Tendencia:

• Diseñar el pavimento a flexión

• Mezcla de prueba con viguetas y cilindros

• Correlación Compresión–Flexión

• Control de obra a compresión o por métodos

de madurez

Competitividad

1. Funciona

2. Está a buen precio

3. Es amigable

En resumen.

El Pavimento de Concreto Longitud

Ancho

PAVIMENTOS DE CONCRETO

COMPETITIVIDADSOSTENIBILIDAD

GRACIAS

diegojaramillo@asocreto.org.co