Exposicion Mario Becerra Manual Suelos y Pavimentos
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UNIVERSIDAD DE PIURA – SEDE LIMA
PROGRAMA MASTER EN INGENIERÍA CIVIL
MENCIÓN EN INGENIERÍA VIAL
“Pavimentos de Concreto”Por: Mario Rafael Becerra Salas
Simposio sobre el Proyecto de Suelos y Pavimentos del Ministerio de Transportes y Comunicaciones
Tópicos de la presentación
1.- Puntos a tomar en cuenta
2.- Posición como diseñador y constructor
3.- Crítica constructiva
4.- Conclusiones
1.- Puntos a tomar en cuenta
Tópicos de la presentación
Nubes
Sol
Humedad
Viento
Tem
per
atu
ra
100%
Monitoreo de la humedad y temperatura
Falla
s
Métodos de curado
Agretamiento por contracción plástica
Shock
térm
ico
Fisuras horizontales Apertura prematura al tránsito
NO destructivos
Cilindros vs vigas
Tiempo
Transporte y colocación de
concreto
Medio Ambiente
Agregados
Cemento y adiciones minerales
Aditivos
ConstrucciónRequerimientos del proyecto
0%
75%25%50%
humedad
150°F30°F
120°F60°F90°F
temperatura
Consideraciones de diseño
El pavimento de concreto controla los esfuerzos
generados por el tránsito
Tipos de pavimentos
Distribución de esfuerzos a la Base
Pavimentos
Distribución de esfuerzos a la Base
Pavimento de Asfalto (flexible) Pavimento de Concreto (Rígido)
60°
4,90 m
5°
0,20
Proceso de selección de Alternativas
Recolección de Datos
Evaluación del Proyecto
Planteamiento de Alternativas
Diseño Preliminar
Reconstrucción
Restauración
Reciclaje
Tratamiento Superficie
Factores no
Monetarios (LCCA)
Selección de las
alternativas preferidas
Diseño Final
Construcción
Costeo Ciclo de Vida (LCCA)
1924. Av. Venezuela – Salida de Lima
1968. Vía Expresa - Lima
1968. Vía Expresa - Lima
El Metropolitano2008 - 2009
Pavimentos de concreto con:
Juntas transversales.
• Sin dowels• Con dowels
Juntas transversales y refuerzo de acero.
Refuerzo de acero contínuo.
Pavimentos de concreto
Pavimentos con juntas transversales
Planta
3.5 - 6.0 m( 12 a 20 pies)
Perfil
Pavimentos con juntas transversales
Pavimentos con juntas y refuerzos de acero
Planta
Perfil
7.5 - 9.0 m(25 a 60 pies)
0.2 a 0.3% de acero
Pavimentos con juntas y refuerzos de acero
Planta
Perfil
0.6 - 2.0 m(3 a 8 pies)
0.6 a 0.8% acero
Pavimentos con refuerzo de acero contínuo
Pavimentos con refuerzo de acero contínuo
Pavimentos con refuerzo de acero contínuo
JPCP – Realidad Latinoamericana
Juntas longitudinales
Juntas transversales
Subrasante
Subbase o base
Texturizado
RugosidadDiseño del espesor
Barras de transmisión
Materiales del concreto
Barras de amarre
AASHTO PCA
ServicialidadServicialidad, para mantener el , para mantener el servicio del pavimento según el servicio del pavimento según el tipo de tráfico. Es una medida tipo de tráfico. Es una medida
subjetiva que va de 0 a 5, subjetiva que va de 0 a 5, dónde 0 significa una condición dónde 0 significa una condición
intransitable y 5 excelente.intransitable y 5 excelente.
AASHTO recomienda valores AASHTO recomienda valores de 4.5 para el inicio de la vida de 4.5 para el inicio de la vida
del pavimento de concretodel pavimento de concreto
FatigaFatiga, para mantener los esfuerzos del , para mantener los esfuerzos del pavimento producidos por la acción pavimento producidos por la acción
repetida de las cargas, y con ello prevenir repetida de las cargas, y con ello prevenir la fatiga por agrietamiento.la fatiga por agrietamiento.
ErosiónErosión, para limitar los efectos de la , para limitar los efectos de la deflexión del pavimento en los bordes de deflexión del pavimento en los bordes de las losas, juntas y esquinas. Se previene las losas, juntas y esquinas. Se previene
bombeo, desnivel entre losas y deterioro de bombeo, desnivel entre losas y deterioro de las bermas.las bermas.
Metodologías de diseño clásicas
MÉTODO AASHTO 93, en su actual versión 93, originado en la prueba AASHO de fines de la década de los 50, y que ha sufrido varios cambios desde su versión inicial.
• MÉTODO PCA 84, en su versión de 1984, basado en conceptos mecanicistas.
• MEPDG 2008 (NCHRP – 1-37ª), con validez en USA, es un método de verificación que combina conceptos mecanicistas con la experiencia en el LTPP
• OPTIMIZACIÓN DE ESPESORES 2010, netamente mecanicista esta teniendo éxito en Chile y Centro América
Metodologías de diseño existentes
Fisuras de contracción por secado
¿Por qué juntas en el pavimento de concreto?
Fisuras por alabeo
¿Por qué juntas en el pavimento de concreto?
PAV EXISTENTE
PASAJUNTAS
LINEA GUIA
VACIADO
TEXTURIZADO
CORTADO
SELLADO
Tecnológica de Construcción
2.- Posición como diseñador y constructor
Tópicos de la presentación
• El manual debe ser simple: servir como guía sin quitar al diseñador por su trabajo
• Debe ser justo: pavimentos equivalentes
• Conocer las limitaciones del medio: en cuánto tiempo nos nivelaremos con las calibraciones necesarias
• Debe ser el precursor para metodologías modernas de diseño
Posición como diseñador
• Cap 11: Materiales para pavimentos
• Cap 14: Pavimentos rígidos
• Cap 16: Comportamiento de pavimentos
Posición como diseñador
3.- Crítica constructiva
Tópicos de la presentación
Observaciones generales
1.- Metodología aplicada AASHTO 93
1.1 ¿Es la única metodología disponible para diseño?
1.2 ¿Por cuánto tiempo más será válida?
1.3 ¿Es aplicable a los rangos establecidos en el proyecto de manual?
2.- Empleo de metodologías modernas de diseño: MEPDG 2008 y Losas Optimizadas
2.1 ¿Cuánto tiempo nos tomará calibrarlos al Perú?
2.2 ¿Es de fácil acceso?
3.- Empleo de ábacos
3.1 ¿Ábacos?
3.2 ¿Limitan el juicio y responsabilidad del diseñador?
Observaciones generales
1.- Metodología aplicada AASHTO 93
1.1 ¿Es la única metodología disponible para diseño?
- Es simple y de fácil acceso, sin embargo existen diseñadores que aún no la dominan en el medio.
- Es con la que PROVIAS NACIONAL trabaja en la actualidad
- Sin embargo no es la única metodología disponible, la PCA 84 de corte mecanicista también lo es.
Observaciones generales
1.- Metodología aplicada AASHTO 93
1.2 ¿Por cuánto tiempo más será válida?
- Según lo expresado por muchos entendidos del medio entre cinco y diez años
- Esto debido a que otros métodos no están calibrados, no tenemos las licencias del DARWIN ME, resistencia al cambio por parte de los diseñadores y entidades administradoras
Observaciones generales
1.- Metodología aplicada AASHTO 93
1.3 ¿Es aplicable a los rangos establecidos en el proyecto de manual?
- El rango va desde 150,000 EE hasta 30 MM EE
- Volúmenes manejables de ESALS
• W 18, es la carga de tránsito
• Zr, es la confiabilidad, ahora se le conoce como R, trabaja como un factor de seguridad, maximizando el efecto del tránsito
• So, es la desviación estándar global
• D, es el espesor del pavimento
• Po – Pf, es la pérdida de serviciabilidad (nótese que se compara contra la variación de 4.2 – 1.5, que son los valores estimados de inicio y colapso del pavimento, respectivamente)
• Sc, es el módulo de rotura a flexotracción del concreto
• Cd, es el coeficiente de drenaje
• Ec es el módulo de elasticidad del concreto
• K, modulo de reacción de la subrasante
Ecuación 93
25.075.0
75.0
10
46.8
19
10
108210
/
38.709.051.1
132.109.032.022.4
)4.25(
1025.11
5.15.439.10)4.25(35.7
kEDxJ
DCMxLogP
D
x
PSILog
DLogSZWLog
c
dxrtOR
AASHO Road Test (finales de 1950´s)
(AASHO, 1961)
Carga vehicular en el año 1950
(AASHO, 1961)
Presión máx de llantas= 80 psi (5.5 kg/cm2 )
AASHTO Guía de diseño
AASHO Road Test
50+ millones
1.1 millones de repeticiones
Altos rangos estructurales de diseño y rehabilitación
Secciones estructurales limitadas
1 clima/2 años
Todos los climas / 20-50 años
1 juego de materiales
Nueva diversidad de materiales
¿Qué limitaciones AASHTO 93?
Limitaciones: Gran Extrapolación de Tráfico
Observaciones generales
2.- Empleo de metodologías modernas de diseño: MEPDG 2008 y Losas Optimizadas
2.1 ¿Cuánto tiempo nos tomará calibrarlos al Perú?
- MTC debe liderar el proyecto de implementación del MEPDG en el Perú
- Calibrar base climática
- Calibrar los modelos de deterioro: asfalto y concreto
- Por lo menos: 01 año para armar el proyecto y conseguir el presupuesto, 01 año para reunir información y verificar en campo y 01 año para trabajar la data: 03 años en el mejor de los casos
- Losas optimizadas tomaría menos
Observaciones generales
2.- Empleo de metodologías modernas de diseño: MEPDG 2008 y Losas Optimizadas
2.2 ¿Es de fácil acceso?
- En el caso del MEPDG trabaja con el DARWIN ME, versión oficial de AASHTO. Costo US$ 5,000 licencia x año
- No hay soporte, y resistencia al cambio por parte de las entidades administradoras y diseñadores
- En el caso de losas optimizadas se puede utilizar algún programa de elementos finitos para modelar la estructura y verificar los esfuerzos y deformaciones, ó utilizar la patente de TCP que ya tiene un software desarrollado y de bajo costo
- Si se emplea TCP, todavía no tiene soporte a gran escala en el Perú para los diseñadores. Se debe considerar la patente a pagar
Diseño MEPDG 2002 - 2010
PULG/MILLA M/KM
63.33 195.00 1.5
126.67 2158.33 2.5190.00 3221.67 3.5253.33 4285.00 4.5
3 a 6 mm
0.25 pulg. = 6 mm
IRI
ESCALONAMIENTO
Diseño MEPDG 2002 - 2010
Diseño MEPDG 2002 - 2010
Diseño MEPDG 2002 - 2010
Diseño MEPDG 2002 - 2010
Diseño MEPDG 2002 - 2010
Diseño MEPDG 2002 - 2010
• Por curvas de deterioro: losas 1.8 X 1.8 y 15 cm de espesor
• Reducción de 7 cm de espesor
• Capa de asfalto abierta sobre pavimento de concreto existente
• Fresado de asfalto existente• Colocación de dos carriles
(7.2 mts)• Corte delgado 2 mm, sin
sello• IRI < 2 m/km• En operación septiembre
2005
PTO. QUETZAL - ESCUINTLA
• Por curvas de deterioro: losas 1.8 X 1.8 y 22 cm de espesor
• Reducción de 8 cm de espesor
• Fresado de asfalto existente
• Colocación carril por carril debido a tráfico intenso
• Concreto de apertura rápida al tráfico
• Corte delgado 2 mm, sin sello
• Desgaste superficial
• En operación julio 2005
CUESTA DE VILLALOBOS
Experiencia Guatemala – Estuardo Herrera
Avenida El Salto (2003) – Chile- Primer pavimento demostrativo
- Uso de sierra de 2 mm
- Pavimento no sellado
METODOLOGÍA MECANICISTA
Metodología Mecanicista
1.- Para iguales tensiones (AASHTO 93) y losas convencionales, con LC y reducción de espesores
2.- LC sin pasadores, la transferencia de carga se logra por trabazón de agregados (2mm de corte)
3.- Sin sello (asegurar subbases no erosionables)
Observaciones generales
3.- Empleo de ábacos
3.1 ¿Ábacos?
"El Manual presenta ilustraciones de catálogos que introducen al Ingeniero de Caminos en la temática de los caminos pavimentados y afirmados. En todos los casos la definición del diseño corresponden al Ingeniero Responsable" "El uso de catálogos en la forma presentada se utilizan en países con mayor desarrollo vial, y se fundamenta en que es una buena metodología del conocimiento de las superficies de rodadura pavimentadas y no pavimentadas, para ser utilizada en las diferentes redes viales del país"
Observaciones generales
3.- Empleo de ábacos
3.2 ¿Limitan el juicio y responsabilidad del diseñador?
"Los catálogos deben tener carácter ilustrativo y referencial, en tal sentido el diseño tiene que ser realizado necesariamente por el Ingeniero Responsable" "La estructuras de pavimentos presentadas en los catálogos son ilustrativas y promueven el estudio de alternativas en cada caso. No deben sustituir la decisión del diseñador"
Observaciones específicas
Capítulo 11: URGENTE REVISAR LA PARTE DE CONCRETO
1.- Cuadro 11.1-22. Agua de Mezcla
En general es demasiado alto el desarrollo del concreto a 7 días. Estadísticamente está entre 75 y 85% de crecimiento a compresión a los 7 días. En el cuadro se coloca 90%
Ensayo Límites Método de ensayo
pH 5.5 – 8.5 NTP 339.073 Resistencia a compresión, mínimo, %
del control a 7 díasA 90 NTP 339.033 NTP 339.034
Tiempo De fraguado, desviación respecto al control, horas: minutosA
De 1 h más temprano a 1,5 h más tarde NTP 339.082
Observaciones específicas
Capítulo 11: URGENTE REVISAR LA PARTE DE CONCRETO
2.- Cuadro 11.1-25. Mirar las excepciones en ASTM C33. Por ejemplo en el caso de pasante de la malla 200 para agregado fino se especifica un 3% máximo, pero este valor se puede superar dependiendo de la naturaleza del fino, si es limo y no arcilla por ejemplo.Adicionalmente el ensayo de durabilidad es para ciclos de hielo y deshielo, como bien lo menciona el Manual después del cuadro 11.1-29. Lo mismo con el 11.1-30
Observaciones específicas
Capítulo 11: URGENTE REVISAR LA PARTE DE CONCRETO
3.- Cuadro 11.1-26. Esta bien, son husos granulométricos de la ASTM C33, podrían respetar la terminología poner huso en lugar de AG. Por otro lado el (**) comentado esta bien, pero sugiero sea en letras bien grandes, pues es una nota importantísima
Observaciones específicas
Capítulo 11: URGENTE REVISAR LA PARTE DE CONCRETO
4.- Reactividad, por experiencia puedo asegurar que muchos de los ensayos propuestos por la norma ASTM no son concluyentes para el RAS y pueden tomar mucho tiempo (01 año los más ajustados). Los acelerados son agresivos y pueden descartar una cantera que es buena y elevar el costo del proyecto. En este caso la experiencia de proyectos pasados y su comportamiento alcali - sílice debe ser mencionada como base para descartar dudas.5.- Hay incongruencias entre el cuadro 11.1.27, que dice que los ángeles debe estar por encima del 50% y 11.1.30 que menciona 40%6.- Cuadro 11.1.3 debe ver también el tema de sellos preformados
Observaciones específicas
Capítulo 11: URGENTE REVISAR LA PARTE DE CONCRETO
7.- Cuadro 11.1-32 Sobre la calidad de la mezcla de concreto, las tolerancia según ASTM C94 es 1 pulgadas para el caso de concreto con slump de 4 pulgadas que es el caso de los pavimentos. La industria concretera no asumirá nunca un nivel menor de aceptación, aunque sea aconsejable, porque no están obligados por norma, y por lo difícil que es alcanzar esos valores a escala industrial. Para llegar al slump deseado técnicas en obra deben ser utilizadas, como regulación o esperar a que el slump baje.
Característica Construcción Tolerancia
Asentamiento Encofrados fijosEncofrados deslizantes
+25 mm a -38 mm+13 mm a -38 mm
Aire Encofrados fijosEncofrados deslizantes
+1,8%+1,8%
Observaciones específicas
Capítulo 11: URGENTE REVISAR LA PARTE DE CONCRETO
8.- Cuadro 11.1-33 los valores deben ser MÍNIMOS, a fin de no descartar diseños que pueden ser en general más económicos utilizando mezclas de mayor resistencia
EE Compresión (Ensayo MTC E 704)
FlexoTracción (Ensayo MTC E 709)
< 5x106 280 kg/cm2 40 kg/cm2 5x106<EE<15x106 300 kg/cm2 42 kg/cm2
>15x106 350 kg/cm2 45 kg/cm2
Observaciones específicas
Capítulo 14: Pavimentos rígidos
1.- Excelente el periodo de diseño mínimo de 20 años, pero esto debe exigirse también al asfalto.
2.- Sobre el tránsito:-< 150,000 es un camino no pavimentado-> 30´000,000 son casos extraordinarios no contemplados en los ábacos 3.- Cuadro 14.1.4 el valor de Pt de 3 como final es demasiado exigente. Podría usarse 2, 2.25 y 2.5 en todo caso 4.- El nivel de confiabilidad R de 95% es demasiado. No olvides que AASHTO 93 tiende a sobredimensionar espesores 5.- El caso de CBR < 6% indica en la página 14-7 que debe mejorarse el suelo o cambiarse, debe ser más específico
Observaciones específicas
Capítulo 14: Pavimentos rígidos
6.- Cuadro 14, 1-7 El cuadro indica valores sugeridos de MR. Corregir Mr y colocar MR, estoy de acuerdo pues puede haber confusiones con el Módulo Resiliente. Pero el cuadro debe decir valores mínimos recomendados, para dar algo de libertad al diseñador.
7.- El valor de J único debe ser mejorado. Es cierto que el 3.2 que significa una berma granular con pasadores y es la más usada, pero al usar ábacos con un J FIJO se descartan muchas posibilidades como el diseño de pavimentos sin pasadores, o el uso de bermas de concreto, que en ocasiones son más económicas pues juegan un rol en la disminución de espesores totales y globalmente pueden hacer más económico el proyecto.
Observaciones específicas
Capítulo 14: Pavimentos rígidos
Dejemos la libertad de no usar pasadores hasta un nivel de tránsito bajo dado (1 millón de ejes equivalentes, por ejemplo) Los J que propongo sean incluidos para los ábacos y diseño son: CASO 1: Berma Granular o Asfáltica (Soporte Lateral)Sin pasadores: 4.0Con pasadores: 3.2 Berma de Concreto hidráulicoSin pasadores: 3.8Con pasadores: 2.8 Con esto se reformula la tabla de J e incrementa el número de ábacos y nomogramas a presentar (para cada J de los 4 propuestos)
Observaciones específicas
Capítulo 14: Pavimentos rígidos
8.- Sobre las dimensiones de las losas: NO se contempla el espesor del pavimento para la tabla propuesta. PCA menciona que no se debe superar 20 a 24 veces el espesor de la losa como espaciamiento entre juntas transversales, además de 1.25 veces el ancho de carril.
Nota que por ejemplo si el espesor es de 15 cm y el carril de 3.6, la tabla 14.3.1 diría 4.5 metros de largo. Que puede ser incorrecto
Por otro lado el hecho de trabajar con pavimentos en altura, la experiencia Boliviana indica que se deben trabajar losas cortas con espesores de AASHTO y selladas.
Observaciones específicas
Capítulo 14: Pavimentos rígidos
9.- El empleo de juntas machihembrabas o llave es riesgoso, no lo colocaría en el manual para juntas longitudinales10.- Sobre las juntas de dilatación transversal, en general pueden descartarse, como bien indica el manual, pero se debe ser específico con las excepciones11.- Cuadro 14.3.3 La distribución de barras de amarre debe ser teniendo en cuenta no interferir con el trabajo de los pasadores. Es necesario anexar un detalle de esto12.- El 14.6 es muy limitado en cuanto a refuerzos WITHETOPPING.
Observaciones específicas
Capítulo 16: Comportamiento
1.- El mismo problema del MEPDG, el HDM no está calibrado bajo condiciones locales.2.- No hay un desarrollo equitativo del comportamiento del pavimento de concreto con respecto al asfáltico.
Conclusiones
1.- Excelente iniciativa de crear nuestro primer manual de suelos y pavimentos2.- El uso de ábacos es ilustrativo y referencial, no exime al diseñador de su trabajo. Es ampliamente usado en varios países con excelentes resultados3.- El AASHTO 93 esta difundido en el medio y aún tiene vida de 5 a 10 años, aunque con limitaciones4.- El Manual debe indicar que se debe replantear el diseño con metodologías modernas MEPDG 2008, losas optimizadas, y dar un plazo de 05 años para calibrarlo y colocarlo5.- Los valores dan las pautas de diseño, “normalizan los criterios” para evitar errores6.- Es una oportunidad de normalización y el punto de partida de calibración de diseños modernos, que optimicen recursos