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Pavimentos con Espesor Optimizado Diseño TCP Juan Pablo Covarrubias 2008

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Pavimentos con Espesor OptimizadoDiseño TCPJuan Pablo Covarrubias2008

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Pavimentos con Espesor Optimizado

Diseño TCP

Juan Pablo Covarrubias2008

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TCPavements

– Nueva tecnología en Pavimentos de Concreto, coordinando:• Expertos • Académicos• Diseñadores• Concesionarios• Autoridades

– Investigación en la Universidad de Illinois, USA– Método de Diseño TCP– Coordinando tecnología a nivel internacional– Presentaciones en : TRB, ISCP , Eupave, Banco Mundial, EEUU, Inglaterra,

Sud Africa, Bélgica, Guatemala, Uruguay, Chile.

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DEFORMACIÓN DE UNA LOSA15 cm espesor, 4 m. largo

En Chile, las losas se encuentran siempre con sus bordes levantados

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Alabeo y Tensiones para igual Gradiente Térmico

450 cm x350 cmAlabeo = 2.41 mmTension = 14.02 kg/cm2

Espesor= 18 cmDelta T°=-14 C° Linear

140 cm x175 cmAlabeo = 0.49 cmTension = 1.83 kg/cm2

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Comparación de Losa Larga y Corta cargadas por el mismo camión

4,5m x 1m 2.25 m x 1 m

Maximun tensile stress = 24.65 Kg/cm2 Maximun tensile stress = 5.22 Kg/cm2

Principal stresses on the top of the slab, Red is tensile strength

Deformation of the slab

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Concepto de Diseño TCP

• Se deben dimensionar las losas de tal forma que, cada losa sea cargada solamente por una rueda o por un set de ruedas.

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Patente

• “Losas con dimensiones perfeccionadas para pavimentos de calles, caminos o carreteras y metodología para determinar el diseño de dicha losa”.

Sujeto a Protección por Patente Pendiente: PCT/EP2006/064732

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POSICION DE LAS CARGAS Y DIMENSION DE LAS LOSAS

1,4 m largo

1,75 m largo

2,5 m largo

4,5 m largo

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Espesores para Igual Tensión

Espesor: 25 cm Concrete Losas 4,5m x 3,6m

Espesor: 16 cm Concrete Losas 1.8m x 1.8 m

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Resumen Espesor para Tráficos Equivalentes(15.000.000 EE)

•*Diseño AASHTO Para 4.5 y 3.5 m (Barras Azules)•Diseño TCP (Barras Verdes)•Cálculos se realizaron considerando tensiones superiores

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COSTOS

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Costos de Construcción (US $)

 TCP Concreto Tradicional Asfalto

Diseño ESALSEspesor Costo

Km-PistaEspesor Costo

Km-PistaDiferenciaConc-TCP

Ahorro %

Espesor CostoKm-Pista

Diferencia Asf-TCP

Ahorro %

50,000 8cm $ 69,041 - - - - 5cm $ 71,808 $ 2,767 4%

100,000 9cm $ 75,000 - - - - 7cm $ 86,000 $ 11,000 13%

1,250,000 10cm $ 81,715 15cm $ 113,400 $ 31,685 28% 9cm $ 101,803 $ 20,089 20%

3,000,000 12cm $ 94,389 18cm $ 132,411 $ 38,022 29% 10cm $ 116,165 $ 21,776 19%

15,000,000 15cm $ 113,400 22cm $ 160,000 $ 46,600 29% 13cm $ 137,389 $ 23,989 17%

68,000,000 18cm $ 132,411 28 cm $ 195,782 $ 63,371 32% 18cm $ 186,889 $ 54,478 29%

160,000,000 22 cm $ 157,759 30 cm $ 208,456 $ 50,696 24% 22cm $ 216,885 $ 59,126 27%

• Precios Chilenos

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Costo Mantención

VP (%)

Años15 20

Asfalto

Hormigón Tradicional

TCP

5

Costo de mantención menor en 20 Años

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Tarifas Patente Diseño TCP

TCP Espesor

8cm 9 cm-12cm 13 cm-15cm 16cm -18cm >18cm

Precio "m2"

US $ 0.43 US $ 0.71 US $ 0.97 US $ 1.04 US $ 1.20

Precio "km-Pista"

US $ 1500 US $ 2500 US $ 3400 US $ 3650 US $ 4200

*Precios más impuestos y retenciones de cada país

*El costo final es calculado por TCPavements considerando el diseño y los metros cuadrados

*Un ancho de pista de 3,5 m se consideró para estimar el costo de km/pista

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Características Principales del Diseño TCP

• Losas pequeñas (media pista x 1,20 a 2,5 m)• Base granular (finos < 6%) de 15 cm • Geotextil o capa impermeable entre sub rasante y base si

es necesario• Corte de juntas delgado (2 mm)• No requiere sello de juntas• No requiere barras de transferencia de cargas ni de

amarre entre pistas• Confinamiento lateral

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Corte de Junta: Normal y Delgado

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Estudio U. de Illinois

• Espesores en estudio 8, 15, 20 cm sobre Base Granular y asfalto

• Carga en el borde y en la huella• Hormigón 52 kg/cm2 Flexo 28 dias• CBR 3%• Carga equivalente a EE

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60.000 EE3 de 7 Losas Agrietadas42% CracksGrietas moderadas

90.000 EE4 de 7 Losas Agrietadas57% CracksGrietas Severas

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Hormigón Normal 120.000 EEGrietas severas

Hormigon Con Fibra120.000 EEGrietas Moderadas

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Resultados

– 8 cm Hormigón• 40.000 EE Primera fisura. • 90.000 EE Con 4 de 7 Losas Agrietadas (Graves)

– 8 cm FRC • 120.000 Esals Con 3 de 7 Losas Agrietadas (moderada)

– 15 cm plain • 8.600.000 Esals Primera fisura• 12.000.000 Esals Con 3 de 7 Losas Agrietadas (low)

– 20 cm plain • 12.000.000 Esals sin fisuras

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Software Diseño TCP

• Sistema de diseño Mecanicista-Empirico• Utiliza Islab 2000 para calcular tensiones en la

losa, para todas las condiciones • Se han realizado mas de 200.000 simulaciones • Incorpora la geometría de losa y del transito

en el diseño.

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Simulación Islab 2000

• ESRS de 18.000 lbs• EDRD de 25.000 lbs• Presion Neumatico 8.9 kg/cm2 (130 psi)• Características medias del Hormigón• Simula solo un eje ya que dimensión de losas

lo permite.• Determina tensiones arriba y abajo en la losa

y las deformaciones de esta.

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Factorial de Variables Eje Largo

LosaEspesor

CBR LTE Gradientes Tº

Carga Posición Eje

ESRD 140 cm 8 cm 5% 30 % +10 100 % Borde - Esquina

EDRD 180 cm 9cm 10% 50% +5 120 % Borde - Centro

230 cm 10 cm 15% 70% 0 Huella - Corte

…… ….. -5 Huella-Centro

19 cm 45% -10 Junta longitudal - Centro

20 cm 50% -15

80% -20

-25

2 3 12 11 3 8 2 5

Total 190.000 Simulaciones Islab 2000

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Diseño TCP

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Software de DiseñoDatos Proyecto % tiempo por transito % tiempo por Carga % tiempo por T° CBR Subrasante 30 %

EE 10.000.000 Borde 5% 120 0% 5 5% CBR Base Granular 80 %

CBR 20 % huella 25% 100 100% 0 40% Espesor Base granular 15 cm

Res Hº 28 Dias 48 Kg/cm2 Corte 5% 80 0% -5 30% 10,7 10,6

Aumento R Hº 28-90 d 1,15 -10 20% 35

MOR 59,3 Kg/cm2 0

Fibra 1Borde Pavimento 80%

100% 95%Confiabilidad 80%

% Losas Agritadas 30% Diseño

Analisis Fibra InferiorFD % Cracks FD % Cracks FD % Cracks FD % Cracks FD % Cracks

Borde Centro 0,59 26% 0,27 7% 0,12 1% 0,05 0% 0,02 0%Borde Corte 0,00 0% 0,00 0% 0,00 0% 0,00 0% 0,00 0%Corte Centro 1,84 77% 0,98 49% 0,49 20% 0,23 5% 0,09 1%Huella Centro 0,26 6% 0,10 1% 0,03 0% 0,01 0% 0,00 0%Huella Corte 3,76 93% 1,98 79% 0,98 49% 0,44 17% 0,18 3%

50% Conf 93% 79% 49% 17% 3%Se 0,14 0,14 0,12 0,09 0,06

80% Confiabilidad 105% 91% 59% 24% 8%

Analisis Fibra Superior

Borde Centro 0,00 0% 0,00 0% 0,00 0% 0,00 0% 0,00 0%Borde Corte 0,05 0% 0,01 0% 0,00 0% 0,00 0% 0,00 0%Corte Centro 0,00 0% 0,00 0% 0,00 0% 0,00 0% 0,00 0%Huella Centro 0,01 0% 0,01 0% 0,01 0% 0,01 0% 0,01 0%Huella Corte 0,01 0% 0,01 0% 0,01 0% 0,01 0% 0,01 0%

% Losas Agrietadas 50% Conf 0% 0% 0% 0% 0%0,04 0,03 0,03 0,03 0,03

4% 3% 3% 3% 3%

14 cm. 15 cm. 16 cm. 17 cm. 18 cm.

Falla Falla Cumple CumpleFalla

CBR Diseño %

Kc (kg/cm3)

17Espesor Diseño (cm)

Sobre Ancho 20 cm

Sin Fibra

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Transferencia de Carga Para Distintas Aperturas de Grietas

Colley and Humphrey

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Escalonamiento con Hyperpave II

Losa larga de 22 cm y 4.5 m x3.5 m (Azul ) y Losa corta de 17 cm 1.75m x 1.75m (Roja)

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Conclusiones :

– Producto Optimizado, considerando las mejores practicas y tecnologias actuales para pavimentos de hormigón.

– Reduce el costo en un 30% para pavimentos de hormigón y un 20% Pavimentos asfalticos con diseños tradicionales.

– Modelo Mecanicista permite calcular el desempeño del pavimento en diferentes condiciones.

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Conclusión

– Menor consumo de energía de iluminación (30%)– Evita congestión por mantención– Sin costo de mantención de sellos– Facilidad de reemplazo de losas

• Espesores de los pavimentos: – Calles de ciudad 8 – 12 cm. – Caminos rurales 12 – 15 cm.– Carreteras >15 cm

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Experiencias

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– 120.000.000 Esals– 15 years design– 21 cm thick– Granular base and asphalt base

BM3 Acceso CA9 Sur (2005)Guatemala

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•Length: 11.07km•80.000.000 Esals•17cm thick•Granular base and asphalt Base

Highway to Antigua 2006Guatemala

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Highway to Antigua 2006Guatemala

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Highway to Antigua 2006Guatemala

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Estacionamiento Supermercado Espesor: 10cm

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Tottus Mall Trujillo (Perú)

Distribution Center3.000.000 Esals 14 cm

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Chincha (Perú)

Distribution Center3.000.000 Esals 14 cm

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Confiperú (Peru)

Food procesing Plant3.000.000 Esals 12 cm

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Etac (Chile)

Truck Parking Lot1.000.000 Esals 12 cm

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Planta Los Fiordos (Chile)

Food procesing Plant3.000.000 Esals 12 cm

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Truck Parking Lot50.000 Esals 8 cm

Salinas y Fabres 2008Chile

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Valdivia

Calle pasajes 8 cm espesorCalle secundaria 12 cm con trafico de Construccion

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HONDURAS Contrato con 350 km/pista

Precio por m2 Inversión inicial Tráfico de diseñoUSD$ USD$ ESAL

Pavimento Concreto AASHTO 44,00 55.440.000 26*106

Pavimento Asfalto AASHTO 31,12 39.211.200 12*106

Pavimento Concreto TCP 23,80 31.850.280 26*106

USD$ %Ahorro TCP sobre asfalto AASHTO 7.360.920 19Ahorro TCP sobre concreto AASHTO 23.589.720 43

NOTAS:

1.- Costos de cada solución entregados por el gobierno de Honduras

2.- Asfalto diseñado para 10 años y hormigón AASHTO y TCP para 20 años

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MUCHAS GRACIAS

Mayor información y contacto en:www.tcpavements.com