Ing. Diego A. Jaramillo Porto - ACI PERU · 3. Alabeos por temperatura 14.600 (en 20 años) 4....
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Ing. Diego A. Jaramillo Porto Vicepresidente Técnico - FIHP Director Ingeniería - Asocreto Colombia PAVIMENTOS DE CONCRETO COMPETITIVIDADSOSTENIBILIDAD
Transcript of Ing. Diego A. Jaramillo Porto - ACI PERU · 3. Alabeos por temperatura 14.600 (en 20 años) 4....
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
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86
5
18
91
19
18
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25
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28
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33
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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
