DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE PAVIMENTOS DE HORMIGÓN ESTADO DEL ARTE Y ALGUNAS RECOMENDACIONES PAVIMENTOS DE HORMIGÓN

Transcripción

1 08/06/2017 DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE PAVIMENTOS DE HORMIGÓN ESTADO DEL ARTE Y ALGUNAS RECOMENDACIONES Gustavo PUMAR DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE PAVIMENTOS DE HORMIGÓN ESTADO DEL ARTE Y ALGUNAS RECOMENDACIONES Temario: Pavimentos flexibles y rígidos Transferencia de carga sobre el terreno Paquetes estructurales típicos de pavimentos urbanos Paquetes estructurales típicos de pavimentos de ruta Ventajas y desventajas del uso de cada uno Pavimentos de Hormigón - Tecnologías disponibles Whitetopping - Recubrimiento de pavimentos asfálticos con hormigón Whitetopping convencional Whitetopping ultradelgado (UTWT) Fast-track - Pavimentos de rápida habilitación al tránsito Conceptos básicos Nociones sobre el diseño de la mezcla de hormigón Métodos de trabajo Criterios de apertura al tránsito Métodos de control de resistencia Control de calidad de pavimentos de hormigón 2 1

2 CONCEPTOS BÁSICOS DISTRIBUCIÓN DE CARGAS SOBRE EL SUELO Pavimento Flexible Pavimento Rígido 5 0,20 4,90 m 60 3 CONCEPTOS BÁSICOS DISTRIBUCIÓN DE CARGAS SOBRE EL SUELO Pavimento Flexible Pavimento Rígido 5 0,20 4,90 m

3 CONCEPTOS BÁSICOS DISTRIBUCIÓN DE CARGAS SOBRE EL SUELO 5 CONCEPTOS BÁSICOS INFLUENCIA DE LA UNIFORMIDAD DE LA BASE DE APOYO ESTADO INICIAL zona de suelo rígido ESTADO FINAL zona de suelo muy compresible y/o bombeable zona de suelo rígido 6 3

4 ALABEOS DE LOSAS DE PAVIMENTO INFLUENCIA DE LAS CONDICIONES MEDIAMBIENTALES Pavimento en estado ideal Pavimento durante asoleamiento Pavimento durante la noche 7 ALABEOS DE LOSAS DE PAVIMENTO INFLUENCIA DE LAS CONDICIONES MEDIAMBIENTALES Pavimento en estado ideal Pavimento durante asoleamiento Pavimento durante la noche 8 4

5 ALABEOS DE LOSAS DE PAVIMENTO INFLUENCIA DE LAS CONDICIONES MEDIAMBIENTALES Pavimento en estado ideal s = f (P, E c, 1/h, 1/k) CARGA CENTRAL CARGA DE BORDE CARGA EN ESQUINA 9 ALABEOS DE LOSAS DE PAVIMENTO INFLUENCIA DE LAS CONDICIONES MEDIAMBIENTALES Pavimento en estado ideal q = k.y CARGA CENTRAL CARGA DE BORDE CARGA EN ESQUINA s = f (P, E c, 1/h, 1/k) 10 5

6 ALABEOS DE LOSAS DE PAVIMENTO INFLUENCIA DE LAS CONDICIONES MEDIAMBIENTALES Pavimento durante asoleamiento detalle de micro - fisuración bajo la carga detalle de posible micro -fisuración por alabeo forzado 11 ALABEOS DE LOSAS DE PAVIMENTO INFLUENCIA DE LAS CONDICIONES MEDIAMBIENTALES Pavimento durante la noche zona afectada z Si s z > s z adm D fisura detalle de micro - fisuración superior por carga de esquina sobre losa alabeada 12 6

7 CONTRACCIÓN TEMPRANA CONTRACCIÓN Y RESTRICCIONES INTERNAS Y EXTERNAS Estado inicial Luego de algunas horas Luego de algunos días 13 CONTRACCIÓN TEMPRANA CONTRACCIÓN Y RESTRICCIONES INTERNAS Y EXTERNAS Estado inicial Luego de algunas horas Luego de algunos días restricción 14 7

8 JUNTAS EN PAVIMENTOS DE HORMIGÓN JUNTAS DE CONTROL DE CONTRACCIÓN 15 JUNTAS EN PAVIMENTOS DE HORMIGÓN JUNTAS DE CONTROL DE CONTRACCIÓN Fisuras de contracción por secado 16 8

9 JUNTAS EN PAVIMENTOS DE HORMIGÓN JUNTAS DE CONTROL DE CONTRACCIÓN 17 PAQUETES ESTRUCTURALES TÍPICOS PARA PAVIMENTOS URBANOS (CARGA LIVIANA) Pavimento Flexible Pavimento Rígido ,5 cm 7,5 cm 1 15 cm 3 20 cm 2 15 cm Carpeta de concreto asfáltico 2.- Base granular asfáltica (base negra) 3.- Base de suelo-cemento / suelo granular / suelo-cal 4.- Subrasante VS > 5 % 5.- Riego de liga con ER1 (0,50 lts/m 2 ) 6.- Imprimación con EBRL (1,50 lts/m 2 ) + riego de liga 1.- Losa de hormigón MR = 4,5 MPa 2.- Subbase de suelo seleccionado 3.- Subrasante VS > 3 % 18 9

10 Nivel de Servicio 07/06/2017 PAQUETES ESTRUCTURALES TÍPICOS PARA PAVIMENTOS INTERURBANOS (RUTAS) Pavimento Flexible 6 1 Pavimento Rígido cm 10 cm 15 cm 1 25 cm 2 15 cm 4 15 cm Carpeta de concreto asfáltico 2.- Base granular asfáltica (base negra) 3.- Base de suelo-cemento / suelo granular / suelo-cal 4.- Subbase de suelo granular / suelo-cal 5.- Subrasante VS > 5 % 6.- Riego de liga con ER1 (0,50 lts/m 2 ) 7.- Imprimación con EBRL (1,50 lts/m 2 ) + riego de liga 1.- Losa de hormigón MR = 4,5 MPa 2.- Subbase de suelo seleccionado 3.- Subrasante VS > 3 % 19 ESTRATEGIAS DE MANTENIMIENTO DE ACUERDO AL TIPO DE PAVIMENTO Pavimento de asfalto Pavimento de concreto Tiempo de análisis [años] 20 10

11 Nivel de Servicio Nivel de Servicio 07/06/2017 ESTRATEGIAS DE MANTENIMIENTO DE ACUERDO AL TIPO DE PAVIMENTO Pavimento de asfalto Pavimento de concreto Tiempo de análisis [años] 21 ESTRATEGIAS DE MANTENIMIENTO DE ACUERDO AL TIPO DE PAVIMENTO $ Pavimento de asfalto Pavimento de concreto Tiempo de análisis [años] 22 11

12 PAVIMENTOS DE ASFALTO Y HORMIGÓN ANÁLISIS COMPARATIVO Pavimento de Asfalto Pavimento de Hormigón Costo Menor costo de construcción Mayor costo de mantenimiento Generalmente mayor costo final Mayor costo para el usuario Mayor costo de iluminación Mayor costo de construcción Menor costo de mantenimiento Generalmente menor costo final Menor costo para el usuario Menor costo de iluminación Durabilidad Requiere recapados en períodos definidos de tiempo para restablecer el nivel de servicio Se obtienen vidas útiles de hasta 70 años con mantenimiento rutinario Seguridad Menor luminosidad / espejismo Presencia de Baches Ahuellamientos (tránsito pesado) Derrames de gasoil (degradación) Mayor luminosidad Pocos baches Mayor lisura superficial Inalterable 23 PAVIMENTOS DE ASFALTO Y HORMIGÓN ANÁLISIS COMPARATIVO CONTINUACIÓN Velocidad Flexibilidad Alta velocidad de ejecución en pavimentos urbanos y rutas Rápido recapado Rápida habilitación al tránsito Requiere el uso de equipos para elaboración y colocación Alta velocidad de ejecución en rutas Baja velocidad en pav. Urbano Rápida habilitación con tecnología fast-track y HCRV Idem anterior o mano de obra intensiva con equipamiento mínimo de campo 24 12

13 Ahorro de Combustible (*) [litros/1000 km] 07/06/2017 ANÁLISIS DE COSTO DEL CICLO DE VIDA RUBROS A CONSIDERAR EN EL ANÁLISIS Costo de Construcción Costo de Mantenimiento Rutinario Costo de Reparación Mayor Costo de Operación Valor Residual Costo Total del Pavimento 25 COSTO DE OPERACIÓN INFLUENCIA DEL TIPO DE SUPERFICIE SOBRE EL CONSUMO DE COMBUSTIBLE ,25 4,50 9,50 19,00 23,50 Peso bruto del vehículo [x 1000 kg] (*) Ahorro debido a la circulación en pavimento rígido respecto de circular sobre pavimento flexible en las mismas condiciones. Fuente: FHWA - Federal Highway Administration Revista CEMENTO, N 13, Febrero de 1997 (páginas 16 a 19) 26 13

14 COSTO DE OPERACIÓN INFLUENCIA DEL TIPO DE SUPERFICIE SOBRE EL CONSUMO DE COMBUSTIBLE Pavimento Flexible Pavimento Rígido 27 COSTO DE OPERACIÓN INFLUENCIA DEL TIPO DE SUPERFICIE SOBRE EL CONSUMO DE ENERGÍA Pavimento de Asfalto Pavimento de Hormigón 50 % ahorro en energía eléctrica 28 14

15 Costos [$/m 2 ] 07/06/2017 COSTO DE OPERACIÓN INFLUENCIA DE LA ESTRATEGIA DE MANTENIEMIENTO SOBRE EL USUARIO 29 ANÁLISIS DE COSTO DEL CICLO DE VIDA CASH FLOW 0 Costo Mantenimiento Rutinario Costo Construcción Costo Mantenimiento Mayor Tiempo de análisis [años] Pavimento de asfalto Pavimento de concreto 30 15

16 Cuadras Acumulado Cuadras Anuales 07/06/2017 ANÁLISIS DE COSTO DEL CICLO DE VIDA PAVIMENTOS URBANOS - CUÁNTAS CUADRAS PODEMOS PAVIMENTAR? Hormigón Asfalto #1 PAVIMENTO DE ASFALTO 0,075 m 10 BASE 0,15 m SUB-BASE 0,15 m 5 Hormigón Tiempo [años] SUBRASANTE PAVIMENTO DE ASFALTO BASE SUB-BASE SUBRASANTE Asfalto #2 0,05 m 0,20 m 0,15 m Figura N 3: Cantidad de cuadras construidas por cada $ de presupuesto municipal anual destinado a construcción, mantenimiento y reparación de pavimentos urbanos de 7,35 m de ancho. Fuente: E. Becker, Noviembre de Estudio Comparativo de Costos de Pavimentos Urbanos para Buenos Aires. 31 ANÁLISIS DE COSTO DEL CICLO DE VIDA PAVIMENTOS URBANOS - CUÁNTAS CUADRAS PODEMOS PAVIMENTAR? Hormigón Tiempo [años] PAVIMENTO DE ASFALTO BASE SUB-BASE SUBRASANTE PAVIMENTO DE ASFALTO BASE SUB-BASE SUBRASANTE Asfalto #1 Asfalto #2 0,075 m 0,15 m 0,15 m 0,05 m 0,20 m 0,15 m Figura N 4: Cantidad de cuadras acumuladas construidas por cada $ de presupuesto municipal anual destinado a construcción, mantenimiento y reparación de pavimentos urbanos. Fuente: E. Becker, Noviembre de Estudio Comparativo de Costos de Pavimentos Urbanos para Buenos Aires

17 COMO VAMOS?? CANSADOS, ABURRIDOS, FALTA MENOS FECHA DE LA PRESENTACIÓN 33 PAVIMENTOS DE HORMIGÓN TECNOLOGÍAS DISPONIBLES Pavimento convencional con moldes y regla vibratoria Forma de colocación con moldes y pavimentadora con pavimentadora de moldes deslizantes convencional hormigón simple Diseño con losas de tamaño optimizado hormigón armado hormigón bicapa HCRV (hormigón compactado a rodillo vial) Whitetopping - Recubrimiento de pavimentos asfálticos con hormigón Whitetopping convencional Whitetopping ultradelgado (UTWT) Fast-track - Pavimentos de rápida habilitación al tránsito Hormigón poroso para bases para superficies de rodamiento Pavimentos de hormigón con fibras Pavimentos de hormigón polimerizado Pavimentos de hormigón con agregados reciclados Pavimentos con tratamientos superficiales especiales texturizado agregado expuesto hormigón arquitectónico 34 17

18 PAVIMENTOS DE HORMIGÓN CONVENCIONALES CLASIFICACIÓN DE ACUERDO A DIFERENCIAS DE DISEÑO Pavimento de hormigón simple con juntas longitudinales y transversales con pasadores sin pasadores Pavimento de hormigón armado con armadura de repartición con armadura contínua pavimentos urbanos rutas y autopistas pistas de aeropuertos otros (pisos industriales, playas de estacionamiento, etc.) Pavimento de hormigón bicapa econocreto rutas autopistas grandes espesores pistas de aeropuertos autopistas sin restricción de carga 35 PAVIMENTOS DE HORMIGÓN EJEMPLO PRÁCTICO CON ALGUNAS ALTERNATIVAS QUE PUEDEN ESTUDIARSE PARA UN MISMO PROYECTO Fuente: E. Becker, Estudio preliminar de alternativas para duplicación de calzada en ruta nacional con TMDA = vehículos/día 36 18

19 PAVIMENTOS DE HORMIGÓN SIMPLE CONSTRUCCIÓN CON LOSAS TRADICIONALES 39 PAVIMENTOS DE HORMIGÓN SIMPLE CONSTRUCCIÓN CON LOSAS OPTIMIZADAS O LOSAS CORTAS 40 19

20 PAVIMENTOS DE HORMIGÓN ARMADO CONSTRUCCIÓN CON LOSAS GRANDES Y ARMADURA DE REPARTICIÓN (cuantía 0,20%) 41 PAVIMENTOS DE HORMIGÓN ARMADO CONSTRUCCIÓN SIN JUNTAS TRANSVERSALES Y ARMADURA CONTÍNUA (cuantía 0,50-0,70%) 42 20

21 PAVIMENTOS DE HORMIGÓN BICAPA ECONOCRETO Y/O DE GRAN ESPESOR Econocreto Gran Espesor Hormigón rico Hormigón pobre Capa Superior Capa Inferior 43 PAVIMENTOS DE HORMIGÓN PERMEABLE PARTICULARIDADES DE LA MEZCLA AG monotamaño Defecto de arena % de vacíos 44 21

22 PAVIMENTOS DE HORMIGÓN PERMEABLE LA TECNOLOGÍA EN IMÁGENES 45 WHITETOPPING CONVENCIONAL LOSAS CONVENCIONALES y CAPA NO ADHERIDA (el pavimento asfáltico existente sirve de base del nuevo pavimento) 47 22

23 WHITETOPPING CONVENCIONAL LOSAS CONVENCIONALES y CAPA NO ADHERIDA (el pavimento asfáltico existente sirve de base del nuevo pavimento) 48 WHITETOPPING ULTRADELGADO (UTWT) LOSAS CHICAS y CAPA ADHERIDA (el pavimento asfáltico existente forma parte del nuevo pavimento) 49 23

24 WHITETOPPING ULTRADELGADO (UTWT) LOSAS CHICAS y CAPA ADHERIDA (el pavimento asfáltico existente forma parte del nuevo pavimento) 50 WHITETOPPING ULTRADELGADO (UTWT) LOSAS CHICAS y CAPA ADHERIDA (el pavimento asfáltico existente forma parte del nuevo pavimento) 51 24

25 PAVIMENTOS DE HORMIGÓN FAST-TRACK CRITERIOS DE DISEÑO Y PARTICULARIDADES Materiales componentes Proceso constructivo Construcción y sellado de juntas Temperatura y condiciones de curado Determinación de la resistencia Criterio de apertura al tránsito 52 PAVIMENTOS DE HORMIGÓN FAST-TRACK DISEÑO DE MEZCLA Tipo de cemento: CPN40 ó CPN50 ó CPC40 ó CPF40 u otro adecuado Altos contenidos de cemento: 350 kg/m 3 < CUC < 500 kg/m 3 Baja relación agua/cemento: a/c < 0,40 Agregado grueso: TMN = 19 mm ó 26,5 mm Aditivos: a) reductores de agua (plastificantes y superfluidificantes) b) incorporadores de aire c) acelerantes de resistencia 53 25

26 Resistencia a compresión del hormigón [%] 07/06/2017 PAVIMENTOS DE HORMIGÓN FAST-TRACK CRITERIOS DE APERTURA AL TRÁNSITO INFLUENCIA DE LA TEMPERATURA C 13 C 5 C 25-4 C Edad del hormigón [días] 54 PAVIMENTOS DE HORMIGÓN FAST-TRACK CRITERIOS DE APERTURA AL TRÁNSITO DETERMINACIÓN DE LA RESISTENCIA DE HABILITACIÓN Rotura de probetas curadas en condiciones similares a las del pavimento Utilización de métodos indirectos: Madurez Esclerometría Velocidad de pulso ultrasónico Otros 55 26

27 PAVIMENTOS DE HORMIGÓN FAST-TRACK CRITERIOS DE APERTURA AL TRÁNSITO El criterio de habilitación debe ser siempre sobre la resistencia efectiva. Parámetros que influyen en su elección: Tiempo disponible para la reparación Tipo de vehículos Cantidad de vehículos Diseño del pavimento Espesor del pavimento Módulo de reacción de la subrasante Resistencia de habilitación más utilizada: f cm = MPa 56 CONTROL DE CALIDAD EN PAVIMENTOS DE HORMIGÓN ETAPAS DEL CONTROL DE CALIDAD Control sobre los materiales componentes Control del hormigón en estado fresco Control sobre las tareas de compactación, terminación y curado Agregados Agua Cemento Aditivos Consistencia Temperatura PUV Contenido de aire Tiempo de fraguado Compactación Terminación Curado Control del hormigón en estado endurecido Resistencia a compresión en probetas Resistencia a flexión (MR) Resistencia a compresión en testigos 57 27

28 PAVIMENTOS - EXUDACION empolvamiento Agua de exudación Losa de Hormigón Base La llamada "debilidad" superficial del hormigón es un fenómeno que, suele tener alto impacto y ser de preocupación en aquellos elementos sometidos a desgaste y abrasión. Uno de los elementos estructurales sometidos a mayor desgaste son sin duda los pavimentos y pisos industriales. Este fenómeno se produce a causa de una mayor concentración de agua en la zona superficial debido a la exudación... LOMA NEGRA C.I.A.S.A. - Asesoría Técnica Prohibida su reproducción parcial o total sin autorización PAVIMENTOS - EXUDACION Exudación Cómo la determinamos? Según Norma IRAM Se mide la cantidad de agua exudada a intervalos de tiempo regulares. Luego se calcula: Volumen de agua por unidad de superficie, Relación entre el volumen de agua exudada y el agua total de mezclado contenida en la muestra. Problemas más frecuentes por exudación 1.- Si el proceso de exudación es muy marcado, la superficie del hormigón resulta débil. Lo mismo ocurre si se sobretrabaja mucho la superficie en tareas de alisado. Debilidad Superficial y empolvamiento Debilidad Superficial y Descascaramiento 28

29 PAVIMENTOS - DEBILIDAD SUPERFICIAL LOMA NEGRA C.I.A.S.A. - Asesoría Técnica Prohibida su reproducción parcial o total sin autorización Lo que NO SE DEBE HACER!! Procurar conformar hormigón manualmente Incorporar agua a la superficie Espacio de trabajo inadecuado Pasaje de cinta engomada No es recomendable su utilización ya que anula la macrotextura además de favorecer el empolvamiento Terminación superficial y reglado, sin abusar del manipuleo del mortero superficial LOMA NEGRA C.I.A.S.A. - Asesoría Técnica Prohibida su reproducción parcial o total sin autorización 29

30 Resistencia a compresión del hormigón [MPa] Resistencia a compresión del hormigón [MPa] 07/06/2017 CONTROL DE RESISTENCIA POR TESTIGOS ALGUNAS RECOMENDACIONES Referencias: CPN40 - Catamarca CPF40 Catamarca CPP30 (ARS, BCH, RRAA) Edad [días] Evolución de resistencia de un hormigón clase H-30 para pavimentos utilizando 3 tipos de cemento diferentes. 62 CONTROL DE RESISTENCIA POR TESTIGOS ALGUNAS RECOMENDACIONES Evolución s/ross 3,69 + T 2/3 1,4. T 2/ Referencias: CPN40 - Catamarca CPF40 Catamarca CPP30 (ARS, BCH, RRAA) Edad [días] Evolución de resistencia de un hormigón clase H-30 para pavimentos utilizando 3 tipos de cemento diferentes

31 Resistencia a compresión del hormigón [MPa] Resistencia a compresión del hormigón [MPa] 07/06/2017 CONTROL DE RESISTENCIA POR TESTIGOS ALGUNAS RECOMENDACIONES Evolución s/ross 3,69 + T 2/3 1,4. T 2/ Referencias: CPN40 - Catamarca CPF40 Catamarca CPP30 (ARS, BCH, RRAA) Edad [días] Evolución de resistencia de un hormigón clase H-30 para pavimentos utilizando 3 tipos de cemento diferentes comparados con la evolución de Ross. 64 CONTROL DE RESISTENCIA POR TESTIGOS ALGUNAS RECOMENDACIONES Evolución s/ross 3,69 + T 2/3 1,4. T 2/ Referencias: CPN40 - Catamarca CPF40 Catamarca CPP30 (ARS, BCH, RRAA) Edad [días] Evolución de resistencia de un hormigón clase H-30 para pavimentos utilizando 3 tipos de cemento diferentes comparados con la evolución de Ross

32 Gracias! preguntas? Organiza: Corrientes, 11/05/