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Últimas tendencias en diseño, construcción y reparación de pavimentos de hormigón

Ing. Diego H. CaloDpto. Técnico de Pavimentos

Bariloche, Río Negro24 de Octubre de 2013

29º JORNADA DE ACTUALIZACIÓN TÉCNICA

INSTITUTO DEL CEMENTO PORTLAND ARGENTINO

TEMARIO

2 – CONDICIONES DE PROYECTO

5 – PRESERVACIÓN DE PAVIMENTOS DE HORMIGÓN

3 – NUEVAS TÉCNICAS CONSTRUCTIVAS

1 – MÉTODOS DE DISEÑO

4 – TECNOLOGÍA DE RECUBRIMIENTOS DE HORMIGÓN


Esp

eso

r

Tráfico

30 cm

15 cm

MÉTODOS DE DISEÑO

Los métodos más utilizados son el de la PCA 84 y el AASHTO 93.

Muchas reparticiones no especifican un método de diseño, por lo que en ocasiones constituye una variable adicional en el Diseño.

Las diferencias en los resultados obtenidos en ocasiones son muy significativas, generándose importantes controversias.

3


MÉTODOS DE DISEÑO

Claves que determinaron el cambio…

• Estos procedimientos se basan en experiencias o modelos que

no representan eficientemente las condiciones de diseño de

pavimentos actuales.

• Existen una gran cantidad de factores que tienen una fuerte

incidencia en el diseño y no son tenidos en cuenta.

• La magnitud del gasto destinado a la construcción y

conservación de pavimentos justifica la aplicación del mejor

procedimiento disponible a fin de optimizar el uso de los

recursos disponibles.

4


• Combina aspectos tanto empíricos como

mecanicistas.

• Los componentes mecanicistas permiten

determinar la respuesta del pavimento

frente a solicitaciones de cargas y clima,

utilizando modelos matemáticos.

• Los componentes empíricos relacionan

respuesta del pavimento con indicadores

observados de comportamiento.

• Se definen límites aceptables y confiabilidad

en forma individual para cada indicador

DISEÑO EMPÍRICO – MECANICISTA (MEPDG)5


DISEÑO EMPÍRICO – MECANICISTA (MEPDG)

Clima TránsitoMateriales

Estructura

DeteriorosRespuestaAcumulación

de Daño

Iteraciones

6


DISEÑO EMPÍRICO – MECANICISTA (MEPDG)7


¿ QUE NUEVAS VARIABLES INCIDEN EN EL DISEÑO?

COEFICIENTE DE DILATACIÓN TÉRMICA

0

10

20

30

40

50

60

70

0 5 10 15 20 25

Edad, años

Losa

s F

isur

adas

, %

CTE = 13 x 10-6 1/ºC

CTE = 12 x 10-6 1/ºC

CTE = 11 x 10-6 1/ºC

CTE = 10 x 10-6 1/ºC

CTE = 9 x 10-6 1/ºC

8


SEPARACIÓN DE JUNTAS TRANSVERSALES

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0 5 10 15 20 25

Edad, años

Losa

s F

isur

adas

, %

S = 5,50 m

S = 5,25 m

S = 5,00 m

S = 4,75 m

S = 4,50 m

9


MÓDULO DE ELASTICIDAD DEL HORMIGÓN

0

10

20

30

40

50

60

70

0 5 10 15 20 25Edad, años

Losa

s F

isur

adas

, %

E = 38 GPa

E = 36 GPa

E = 34 GPa

E = 32 GPa

E = 30 GPa

10


TRANSFERENCIA DE CARGADIÁMETRO DE PASADORES

0

1

2

3

4

5

6

7

0 5 10 15 20 25

Edad, años

Esc

alon

amie

nto,

mm

Sin Pasadores

Pasadores 25 mm

Pasadores 32 mm

Pasadores 38 mm

Pasadores 32 mm c-sob

11


TRANSFERENCIA DE CARGA EN BORDES Y JUNTAS

0

1

2

3

4

5

6

7

0 5 10 15 20 25

Edad, años

Esc

alon

amie

nto,

mm

Sin Pasadores

Sin Pasadores c-Sob

Pasadores 32 mm

Pasadores 32 mm c-sob

12


• Método de diseño de pavimentos de

hormigón basado en el método de la

Portland Cement Association (1984).

• Se había desarrollado originalmente como

un nuevo software bajo Windows que

reemplazara el PCAPAV.

ACPA STREETPAVE

• Se recomienda aplicarlo para el diseño de arterias con bajos volúmenes de

tránsito pesado.

• Se consideró que algunos aspectos del método anterior llevaban a

soluciones muy conservadoras, por lo cuál fue intensivamente revisado.

• Se conservaron ambos criterios de verificación, aunque eliminando

aquellos factores que se consideró que generaban un sobre-

dimensionamiento.

13


MODELO DE FATIGA (PCA)

14


MODELO DE FATIGA (ACPA)

0

2

4

6

8

10

12

14

0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1

Relación de Tensiones

Num

ero

de a

plic

acio

nes

adm

isib

les,

Log

N

PCA

S = 95%

S = 90%

S = 80%

S = 70%

S = 60%

S = 50%

( ) 217.024.10

0112.0log

)log(

⋅−=− SSR

Nf

15


BASES� Su influencia en el desempeño del

pavimento motivó que exista una

tendencia a valorizar la importancia de un

correcta especificación y control en la

ejecución de esta capa.

� Resistencia a la erosión acorde con la

exigencia impuesta por el tránsito y clima.

� Balance adecuado de la rigidez (mejor

desempeño frente a cargas y clima).

� En algunos casos (larga vida) es común el

empleo de interlayers asfálticos o

geotextiles que mejoran

significativamente el desempeño global.

16


JUNTAS� Tendencia hacia la reducción de la

separación entre juntas:

� Reducción significativa de las

tensiones de alabeo.

� Mejora las condiciones de

transferencia de carga.

� Baja incidencia en el costo total.

� Obligatorio el empleo de pasadores

cuando existe tránsito pesado.

� También esta recomendado adoptar

medidas para evitar la corrosión (epoxi)

en especial para pavimentos Larga Vida

o donde se empleen sales

descongelantes.

17


LOSAS CORTAS

Fuente: ICH

18


LOSAS CORTAS� Durante la última década, el Instituto del

Cemento y del Hormigón de Chile - ICH ha

efectuado distintos estudios sobre losas de

distintas dimensiones.

� Estos estudios preliminares que indicaron que

utilizando losas de dimensiones menores era

posible reducir los espesores de pavimentos sin

afectar su comportamiento.

� El sistema no contempla el armado (sin

pasadores ni barras de unión) ni el sellado de las

juntas.

� Por ser de desarrollo incipiente se considera

que aún es prematuro para evaluar

apropiadamente el desempeño de esta

solución.Fuente: ICH

19


CONDICIÓN DE SOPORTE EN BORDES� Mejora las condiciones de transferencia

de carga en las zonas críticas (Bordes y

Esquinas de Losas) .

� Materializado con Banquina de

Hormigón y/o Sobreancho de Carril.

� En Pavimentos Urbanos, puede

materializarse con la construcción

monolítica del cordón.

� Permite una substancial reducción de las

tensiones y deflexiones críticas

generadas por cargas.

� Práctica recomendada en tránsito

pesado y en pavimentos de larga vida.

0.00

0.10

0.20

0.30

0.40

0.50

0.60

0.70

0.00

0.20

0.40

0.60

0.80

1.00

1.20

1.40

1.60

1.80

0 0.15 0.3 0.45 0.6 0.75

Def

orm

ació

n Máx

ima,

mm

Tens

ione

s Máx

imas

(Fon

do d

e Lo

sa),

MPa

Distancia al Borde, m

Tensiones - Carga en Borde

Deformaciones - Carga en Esquina

20


NUEVAS TÉCNICAS CONSTRUCTIVAS• La rugosidad excesiva ha sido

históricamente una desventaja de los pavimentos de hormigón frente a los pavimentos asfalticos.

• Las irregularidades superficiales y una ejecución inadecuada de las juntas ha conducido a una percepción generalizada negativa de la superficie de rodamiento de los pavimentos de hormigón.

• En anos recientes se han verificado avances significativos en la construcción de pavimentos de hormigón, que abrieron buenas perspectivas de remover ese estigma.

21


TAREAS

Canastos / Inserción automática

Planta Dosificadora / Elaboradora

Compactación

Elaboración del Hormigón

Regla - Terminadora / Pavimentadora

Colocación de Pasadores y B.U.

Terminación Fratas Manual / Mecánico

Texturizado Implemento / Equipo automatizado

Curado Mochila / Equipo automatizado

ETAPAS DEL PROCESO CONSTRUCTIVO

Transporte y Distribución Mixers / Bateas ó volcadores

MANUAL / ALTO RENDIMIENTO

22


Especificar y adoptar equipamientos adecuados para las exigencias

de calidad y producción requeridos por el Proyecto a construir

TECNOLOGÍA EMPLEADA

0.000

0.500

1.000

1.500

2.000

2.500

3.000

3.500

4.000

4.500

Pavimentadora de MediaCalzada + Planta Dosificadora

Pavimentadora de MediaCalzada + Planta Elaboradora

Pavimentadora de AnchoCompleto + Planta

Elaboradora

Ru

gosi

dad

IRI [

m/k

m]

23


PAVIMENTACIÓN CON ENCOFRADOS DESLIZANTES / ALTO RENDIMIENTO

24


Sin Fin Principal

Vibradores Sin Fin Cámara de Vibrado

DBI TBI

Plancha SecundariaPlancha Principal Plataforma de TrabajoViga oscilante

Bastidor

Orugas

Molde deslizante

Fratás automático

PAVIMENTADORA DE ENCOFRADOS DESLIZANTES DE ÚLTIMA GENERACIÓN

25


SOBREANCHOS CONSTRUCTIVOS(similares condiciones de soporte y lisura que

la base o sub-base)+ tracción uniforme+ rugosidad final

LISURA CARRIL DE APOYO

↨RUGOSIDAD FINAL PAVIMENTO

SOBREANCHO DE BASES26


DISTRIBUCIÓN DEL HORMIGÓN

27


COMPACTACIÓN29


INSERCIÓN AUTOMÁTICA DE PASADORES

Car

ro

Dis

trib

uido

r

Vib

rado

r

Inse

rtor

de

Bar

ras

Tam

per

/ Vig

a de

Ter

min

ació

n

30


INSERCIÓN AUTOMÁTICA DE BARRAS DE UNIÓN

31


CORRECCIÓN DE HERIDA32


FRATÁS AUTOMÁTICO

34


MÉTODOS DE TEXTURIZADOArpilleraConsiste en el arrastre en el sentido longitudinal de una tela de arpillera, sobre la superficie recién terminada del hormigón.

Recomendaciones generales:- Mantenerla limpia y húmeda- En uno o varios pliegues - Deshilachada levemente

Fortalezas:

- De sencilla ejecución.

- Aplicación manual o automática.

- Bajo nivel de ruido.

Debilidades:- Baja profundidad de textura.- Mayor pérdida de fricción inicial

37


MÉTODOS DE TEXTURIZADOCésped SintéticoConsiste en el arrastre en el sentido longitudinal de una rastra de césped sintético que cumpla las siguientes características:- Largo de pelo: 15 - 25 mm.- Pelos por metro cuadrado: 77.500- Peso > 2350 g/m2

Fortalezas:

- Sencilla construcción.


- Bajo nivel de ruido.

- Profundidad graduable.

- Buenos índices de fricción.

Debilidades:- Resulta crítica la calidad del morteropara un buen desempeño a largo plazo.

38


MÉTODOS DE TEXTURIZADOCepillo (Longitudinal o Transversal)El cepillado puede efectuarse en el sentido longitudinal o transversal a la dirección de circulación, creando pequeñas crestas sobre la superficie del pavimento:

Fortalezas:

- Sencilla construcción.


- Bajo nivel de ruido (L).

- Buenos índices de fricción (T)

Debilidades:- Resulta crítica la calidad del morteropara un buen desempeño a largo plazo.- Elevados niveles de ruido (T).

39


MÉTODOS DE TEXTURIZADOPeine Transversal ó LongitudinalConsiste en el arrastre en el sentido transversal o Longitudinal de un implemento tipo peine metálico o plástico que genera una serie de surcos sobre la superficie del pavimento.

Fortalezas:

- Elevados índices de fricción

- Elevada durabilidad.

- De aplicación automática o manual.

- Menor riesgo de hidroplaneo (T)

- Reduce el spray y salpicaduras (T)

- Baja generación de ruido (L)

- Mayor seguridad en curvas horiz. (L)

Debilidades:- Mayor generación de ruido (T).- Puede generar molestias a los vehículos pequeños – motociclistas (L).

40


MÉTODOS DE TEXTURIZADOAgregado expuestoSe logra removiendo una delgada capa de mortero del hormigón superficial exponiendo agregados gruesos de elevada resistencia al desgaste. La metodología requiere que la ejecución de la calzada se efectúe mediante la técnica de pavimentación en doble capa, aunque hay casos en que la misma se ha realizado exitosamente en una única capa.

Fortalezas:- Elevados índices de fricción.- Baja generación de ruido.- Elevada durabilidad.

Debilidades:- Requiere métodos y equipos especiales.- Elevado costo.- Es crítico contar con constructor calificado.

41


JUNTAS DE CONSTRUCCIÓN

• Ejecución de Junta de Fin de Jornada con Cajón Metálico invertido.

42


JUNTAS DE CONSTRUCCIÓN

Ejecución de junta con pavimentadora y con inserción de caños.

43


� Incorporación de nuevas tecnologías

� Inversiones en equipamiento (pavimentadoras, plantas elaboradoras, etc)

� Capacitación de recursos humanos y Transferencia de experiencias

� Desarrollo y Especialización de productores de insumos

EVOLUCIÓN DE LA CALIDAD ALCANZADA

1995 / 97

1995 / 971998 / 99 2001 / 03

2006 / 07

2009 / 10

0

1000

2000

3000

4000

Media calzadaSin DBI

Con mixer

Ancho completoSin DBI

Media calzadaCon DBI

Ancho completoCon DBI



IRI [

mm

/Km

]

44


TECNOLOGÍA DE RECUBRIMIENTOS DE HORMIGÓN

Recubrimientos de Hormigón

Hormigón Adherido sobre hormigón

Hormigón Adherido sobre asfalto (TWT/UTW)

Recubrimientos Adheridos

Hormigón No Adherido sobre

hormigón

Recubrimiento de Hormigón No

adherido sobre asfalto (WT)

Recubrimientos No Adheridos

DelgadosEspesor

Convenc.

La Adherencia es considerada en el diseño

El Pavimento antiguo funciona como base

45


RECUBRIMIENTOS ADHERIDOS SOBRE ASFALTO

• Espesor: 50 – 100 mm(Tránsito liviano)

– Calles– Intersecciones Urbanas– Estacionamientos.

• Espesor: 100 – 200 mm (Moderado Tránsito pesado)

– Avenidas.– Rutas locales.

46


PREPARACIÓN DE LA SUPERFICIE

• Aplicación de Reparaciones Pre-recubrimiento

• Fresado del CA

– Elimina el ahuellamiento.

– Recupera el perfil transversal.

– Fomenta la adherencia

• Esp. mínimo de asfalto: 75 mm

• Limpieza enérgica de la superficie:

– Hidrolavado.

– Soplado.

47


EJECUCIÓN DEL RECUBRIMIENTO48


RESTAURACIÓN / PRESERVACIÓN DE PAVIMENTOS DE HORMIGÓN

• Las reparticiones públicas no pueden reconstruir o reemplazar los pavimentos cada 20- 30 años para mantenerlos en condiciones.

• Una solución costo eficiente y ambientalmente mas amigable será implementar estrategias que permitan preservar y restaurar las carreteras extendiendo la vida útil mas allá de la originalmente proyectada (+ de 50 años).

• La filosofía será entonces, mantener las buenas carreteras en buenas condiciones.

RPHRecub Recons

Edad - Tránsito

Serviciabilidad Mínima

Co

nd

ició

n d

el p

avim

ento

Extensión de la vida útil

49


EN QUE CONSISTE LA PRESERVACIÓN

• Es una estrategia a largo plazo a aplicable al nivel de red.

• Aplicable a pavimentos que se encuentran en buenas

condiciones estructurales.

• Orientada a extender la vida útil y restaurar la condición

funcional.

• Emplea técnicas costo – eficientes.

• No involucra un incremento de la capacidad estructural.

• Mediante estas técnicas se reparan áreas que presentan

daños localizados, manteniendo la rasante del pavimento.

• Su aplicación en general es rápida y genera menores

molestias a los usuarios

50


RESTAURACIÓN DE PAVIMENTOS DE Hº

Técnicas de Restauración Objetivo

Reparaciones en profundidad total

Reparar losas fisuradas y juntas severamente deterioradas.

Reparaciones en profundidad parcial.

Reparar juntas y fisuras severamente deterioradas y deteriorossuperficiales.

Pulido con discos de diamante Extender la serviciabilidad del pavimento, mejorar el confort demarcha y las características de fricción.

Recolocación de Pasadores Restaurar la transferencia de carga en juntas y fisuras.

Sellado de juntas y fisuras Minimizar la infiltración de agua y materiales incompresibles.

Estabilización de losas Rellenar pequeños huecos en el apoyo de las losas.

Cosido cruzado Reparar fisuras longitudinales de moderada o baja severidad.

Colocación de Drenes Longitudinales

Mejora de las condiciones de drenaje del pavimento, mediantela incorporación de un sistema de drenaje longitudinal.

Colocación de Banquina de Hormigón Vinculada

Reducción de las tensiones de borde y deflexiones en esquinadebidas a cargas.

51


REPARACIONES EN PROFUNDIDAD TOTAL52


REPARACIONES EN PROFUNDIDAD PARCIALReparación de deterioros del tipo funcionales, que no afectan más allá del tercio del espesor, mediante la remoción y el remplazo del hormigón dañado

53


COSIDO CRUZADO DE FISURASPuede aplicarse tanto en juntas como fisuras longitudinales siempre y cuando las mismas se mantengan cerradas y no presenten escalonamientos ni despostillamientos

35ºFt Ft

Fa

Fa

≥ 0,4 m

Junta Transversal

A

Perforaciones alternadas a cada lado de la fisura

Diámetro: 20 mm

Separación (A): 60 cm (TP); 90 cm (TL)

54


RECOLOCACIÓN DE PASADORES

Descripción: Es una técnica de rehabilitaciónque involucra la colocación de pasadores en unajunta o fisura con el objetivo de incrementar laeficiencia en la transferencia de carga.

55


PULIDO DE PAVIMENTOS DE HORMIGÓNEl pulido con discos de diamante involucra eliminar una delgada capa de la superficie del pavimento de hormigón (de 4 a 6 mm) mediante el empleo de discos diamantados ensamblados con pequeñas separaciones

En el mundo se ha instalado como la primer opción para la restauración

de pavimentos rígidos.

56


El pulido permite corregir

eficientemente los siguientes

problemas:

• Escalonamiento de juntas y fisuras.

• Elevada rugosidad del pavimento

(generada en la construcción, en

servicio o por las tareas de

rehabilitación).

• Macrotextura inadecuada (por

texturado insuficiente u originada

por el desgaste del pavimento en

servicio).

• Niveles de ruido excesivos.

PULIDO DE PAVIMENTOS DE HORMIGÓN57


• El pulido del pavimento por si solo noincrementa o restituye la capacidad estructuraldel pavimento.

• Sin embargo, el pulido incrementa la capacidadde transporte de cargas al aumentar laserviciabilidad del pavimento (reducción de lastensiones y deflexiones debidas al efectodinámico de las cargas de tránsito).

• Cuando se observan fallas estructurales debeaplicarse en combinación con otras técnicas derestauración para corregir adecuadamente estasdeficiencias.

• Una cantidad significativa de reparaciones o dereemplazo de losas puede indicar un deteriorocontinuo progresivo que el pulido no remediaráy nos indica que esta solución se encuentraagotada.

C

B

A

Áridos Duros Áridos Blandos

Ranura (B) 2,5 – 3,75 mm 2,5 – 3,75 mm

Separac. (A) 2,0 mm 2,5 mm

Profund (C) 1,5 mm 1,5 mm



ING. DIEGO H. CALO

COORDINADOR

DEPARTAMENTO TÉCNICO DE PAVIMENTOS

[email protected]

GRACIAS

61

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