IECA. Refuerzo de pavimentos con hormigón. Sergio Carrascón Ortiz. Ingeniero de Caminos Director de IECA Noreste y Canarias IECA

Transcripción

1 Refuerzo de pavimentos con hormigón Sergio Carrascón Ortiz Ingeniero de Caminos Director de Noreste y Canarias

2 Introducción Necesidad de rehabilitación: Rehabilitación estructural: Agotamiento estructural del firme Previsión de crecimiento importante de la IMDp Gastos excesivos o afección significativa de la conservación ordinaria Rehabilitación superficial: seguridad, comodidad y durabilidad Pavimento deslizante por pulimento o falta de macrotextura Pavimento deformado longitudinal o transversalmente: regularidad superficial inadecuada Pavimento fisurado, descarnado o en proceso de desintegración superficial

3 Introducción La Norma 6.3 IC Rehabilitación de firmes regula las actuaciones de acondicionamiento, rehabilitación o mejora de las carreteras Estudio, recopilación y análisis de datos Evaluación y diagnóstico del estado del firme Análisis de soluciones y selección de la más apropiada

4 Introducción Norma 6.3 IC Rehabilitación de firmes Actuaciones de rehabilitación estructural: Eliminación parcial y reposición del firme existente Recrecimiento aplicado sobre el pavimento existente Reconstrucción total del firme, que podrá incluir la explanada Actuaciones de rehabilitación superficial: Recrecimientos: extensión de una capa de MB, tratamientos superficiales o riegos con gravilla Microfresado superficial o ranurado Combinación de ambas Tratamiento de grietas: MB y H

5 Recrecimientos estructurales Norma 6.3 IC Cap.9: Rehabilitación estructural de firmes que tengan pavimento bituminoso Cap.10: Rehabilitación estructural de firmes que tengan pavimento de hormigón En ambos casos se plantea la posibilidad de hacer recrecimientos con MB o con hormigón, pero

6 Recrecimientos estructurales Norma 6.3 IC Cap.9: Rehabilitación estructural de firmes que tengan pavimento bituminoso Son estructuralmente comparables? Penalización para T00 y T0: PHAC Qué durabilidad tienen unos y otros?

7 Recrecimientos estructurales Norma 6.3 IC Cap.10: Rehabilitación estructural de firmes que tengan pavimento de hormigón

8 Recrecimientos superficiales Norma 6.3 IC Cap.11: Rehabilitación superficial Para mejorar las características superficiales: Adherencia neumático-pavimento Regularidad superficial Ruido En caso de recrecimientos, la norma habla de corrección mediante MB Pero

9 Recrecimientos superficiales Refuerzos delgados de hormigón? Amplia experiencia en EE.UU., Bélgica, Francia,, en refuerzos delgados de hormigón tanto sobre hormigón como sobre MB (whitetopping) Además de proporcionar una nueva capa de rodadura, incrementan la capacidad estructural: espesores entre 5 y 12 cm Para su buen funcionamiento es fundamental garantizar la adherencia y nivel de deterioro del pavimento existente no excesivo

10 Recrecimientos superficiales Atendiendo al grado de adherencia se clasifican en: Refuerzos adheridos: se busca el monolitismo 5 < e < 9 cm Refuerzos parcialmente adheridos: apoyo directo 9 < e < 12 cm Refuerzos no adheridos: capa de separación e > 12 cm Adheridos: para pavimentos en buen estado capacidad estructural o renovación superficial NO ADHERENTE No adheridos: más apropiados para pavimentos con deterioros importantes MONOLÍTICO ADHERENTE Hormigón en masa y armado con juntas, armados continuos, con fibras y pretensados PAVIMENTO Métodos de ejecución iguales

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12 Recrecimientos con hormigón Refuerzos sobre hormigón 6.3 IC Refuerzos sobre MB 6.3 IC Refuerzos gruesos 6.3 IC Refuerzos delgados No adheridos 6.3 IC Adheridos Adheridos parcialmente Refuerzo en masa con juntas 6.3 IC Refuerzo armado con juntas Refuerzo armado continuo 6.3 IC

13 Recrecimientos con hormigón

14 Recrecimientos con hormigón

15 Refuerzos con hormigón sobre firmes bituminosos (whitetopping)

16 Recrecimientos sobre firmes bituminosos WHITETOPPING Extensión de un pavimento de hormigón sobre un firme con capa de rodadura bituminosa: Hormigón vibrado 6.3 I.C Hormigón compactado

17 Recrecimientos sobre firmes bituminosos WHITETOPPING Gruesos: no adheridos 6.3 I.C Delgados y ultradelgados: adheridos

18 Recrecimientos sobre firmes bituminosos Gruesos: válidos para reparar firmes muy deteriorados: roderas, baches, sin que se reproduzcan estos defectos

19 Recrecimientos sobre firmes bituminosos De dónde proviene ese deterioro? Si proviene de la explanada o del drenaje, actuar sobre éstos Deflexiones máximas para determinar si el agotamiento estructural se origina en la explanada VALOR PUNTUAL DE LA DEFLEXIÓN PATRÓN (10-2 mm) TIPO DE FIRME CATEGORÍA DE TRÁFICO PESADO T00 T0 T1 T2 T3 T4 FLEXIBLES Y SEMIFLEXIBLES SEMIRRÍGIDOS

20 Recrecimientos sobre firmes bituminosos Dosificaciones: rápida apertura al tráfico MATERIAL Cemento Cemento ARI Árido grueso Árido fino Agua/cemento Plastificante Aireante CONVENCIONAL (por m 3 ) 350 kg 900 kg 900 kg 0,45 máx. Sí Sí FAST TRACK (por m 3 ) 420 kg (380 kg) 840 kg 840 kg 0,425 máx. Sí Sí La apertura al tráfico debe basarse en el desarrollo de resistencias Control: Rotura de probetas Maduración del hormigón (temperatura del pavimento) Ultrasonidos

21 Recrecimientos sobre firmes bituminosos Ejecución Igual que en los pavimento gruesos de nueva construcción Juntas serradas a 1/3 del espesor Distanciadas a 20 veces el espesor Pasadores, barras de atado, sellado

22 AUTOPISTA BRUSELAS - OSTENDE Pavimento existente muy deteriorado IMD: vehículos en cada sentido Solución de rehabilitación para durar 40 años: 23 cm de hormigón armado continuo Firme existente fresado en profundidad variable

23 AUTOPISTA BRUSELAS - OSTENDE

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30 PLATAFORMA RESERVADA PARA AUTOBUSES TRAM CASTELLÓN Línea 1 Tramo VI LINEA 1 LINEA 2

31 Plataformas reservadas Tramo VI - Av. del Mar (C/ Columbretes Grao de Castellón) Longitud: 4 km Sobre viales consolidados Construido En servicio en 2015 Previsión diaria viajeros: entre el centro y el Grao, en proyecto, de Ancho de 7 m y 2 carriles 6 paradas Paso inferior Ronda Este de Castellón

32 Plataformas reservadas Tramo VI - Av. del Mar (C/ Columbretes Grao de Castellón)

33 Plataformas reservadas El proyecto planteaba: Demolición del firme existente excavando hasta 1 m, para formar una nueva explanada de categoría E-2 (Ev2 100 MPa), según la Norma de Firmes de la Comunidad Valenciana Firme: capa de ZA de 20 cm, capa de hormigón HAf-30 MPa con fibras metálicas de 20 cm, y una capa de 8 cm de hormigón impreso HM-25 Nuestra propuesta: Regularidad superficial necesaria para el confort de los usuarios del TRAM, correcto funcionamiento del guiado óptico, ruido? Aprovechamiento del firme de los viales existentes Ejecución mecanizada Solución catálogo T1 y E2: 25 cm HF-4,5 MPa sobre 15 cm Hmagro Fresado MB hasta encajar la rasante con 25 cm de HF, estudio de deflexiones, placas de carga y cálculo analítico comparativo

34 Plataformas reservadas

35 Plataforma reservada TRAM Castellón

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38 Plataforma reservada TRAM Castellón

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41 Refuerzos de hormigón DELGADOS ADHERIDOS sobre firmes bituminosos (whitetopping)

42 Recrecimientos delgados sobre firmes bituminosos Adherido Mezcla bituminosa Refuerzos delgados Pavimento bituminosos existente con defectos de superfie Rodera Bache Refuerzo adherido de 5 a 12 5 cm de espesor con losas cuadradas Superficie fresada Y limpia Exudación Reparaciones a espesor completo Ondulaciones Grietas longitudinales de fatiga (piel de cocodrilo) Las grietas normales con aberturas inferiores al tamaño máximo del árido no necesitan ser rellenadas Fallo de adherencia entre capas

43 Recrecimientos delgados sobre firmes bituminosos Espesores entre 5 y 12 cm Renovación superficial e incremento capacidad estructural Vida útil inferior a los no adheridos, de 10 a 15 años Sobre pavimentos bituminosos sin grandes deterioros

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47 Recrecimientos delgados sobre firmes bituminosos LA ADHERENCIA ES LA CLAVE Forma un pavimento compuesto, monolítico Reduce las tensiones de borde en el refuerzo: Refuerzo de 8 cm: - no adherido 10,4 MPa - adherido 3,9 MPa Refuerzo de 5 cm: - no adherido 16,9 MPa - adherido 2,9 MPa

48 Recrecimientos delgados sobre firmes bituminosos Disminución de tensiones con la adherencia

49 Recrecimientos delgados sobre firmes bituminosos Medidas para garantizar la adherencia: Tratamiento de la superficie del firme existente Las superficies fresadas garantizan una mejor adherencia Limpieza después de fresar y antes de hormigonar No hace falta ningún puente de unión Disminución de los movimientos del refuerzo El espesor de las capas de aglomerado tras el fresado deberá ser como mínimo de 8 cm

50 Recrecimientos delgados sobre firmes bituminosos DISTANCIA CORTA ENTRE JUNTAS La disminución de la distancia entre juntas reduce la flexión de las losas De 10 a 15 veces el espesor de la losa

51 DISTANCIA CORTA ENTRE JUNTAS Reduce los efectos del combado Minimiza los movimientos de las juntas Disminuye las deformaciones por flexión En conclusión: Con una separación corta entre juntas se controlan varios de los factores más importantes que tienden a despegar el refuerzo

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53 Cajeados delgados: carriles bus

54 Recrecimientos delgados sobre firmes bituminosos Carriles bus en Valencia

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56 Refuerzos con hormigón sobre pavimentos de hormigón

57 Recrecimientos sobre firmes con pavimento de hormigón Norma 6.3 IC: Capítulo 10 Rehabilitación estructural de firmes que tengan pavimento de hormigón

58 Recrecimientos sobre firmes con pavimento de hormigón Capa de separación

59 Losas muy fracturadas: reparación a espesor completo

60 Recrecimientos sobre firmes con pavimento de hormigón Losas inestables Inyecciones Rotura de losas y asentamiento por apisonado

61 Recrecimientos sobre firmes con pavimento de hormigón Escalonamientos > 6 mm Fresado Capa gruesa de separación

62 Deterioro de juntas: eliminar materiales sueltos en juntas con desconchados importantes

63 Deterioro de juntas: eliminar materiales sueltos en juntas con desconchados importantes Reparación a espesor parcial rellenando con MB en frío o con la capa de separación si ésta tiene un cierto espesor

64 Capa de separación: Mezcla bituminosa: espesor según deterioros Tratamientos superficiales o láminas polietileno

65 Recrecimientos sobre firmes con pavimento de hormigón Refuerzos de hormigón no adheridos Proyecto de espesores (AASHTO Guide 1993) D ol = D 2 f D 2 eff D ol = espesor de refuerzo no adherido D f = espesor de la losa para soportar el tráfico futuro D eff = espesor efectivo de losa existente D eff = F jcu * D D = espesor de losa existente F jcu = factor de ajuste por juntas y grietas

66 Recrecimientos sobre firmes con pavimento de hormigón Método clásico desarrollado por el Corps of Engineers de los Estados Unidos, para refuerzos de HM con juntas (1935): h r espesor del refuerzo (en pulgadas) h espesor de un pavimento nuevo para el tráfico de proyecto (en pulgadas) h o espesor del pavimento existente (en pulgadas). C coeficiente indicador del estado estructural del pavimento existente: C = 1,0 pavimentos en buen estado C = 0,75 pavimentos en estado medio, algunas roturas C = 0,35 en pavimentos en malas condiciones, fuertemente fisurados n exponente según el grado de adherencia: n =2 en refuerzos no adheridos n =1,4 en refuerzos parcialmente adheridos n =1 en refuerzos adheridos

67 Recrecimientos sobre firmes con pavimento de hormigón Juntas Juntas longitudinales y transversales por serrado, tan pronto como sea posible A distancias no más de 20 veces el espesor del refuerzo En zonas con gradientes fuertes de Tª día/noche, las juntas transversales llevarán pasadores o juntas más próximas Barras de atado corrugadas en la junta longitudinal Losas lo más cuadradas posible: relación de lados 1 a 1,5 Recomendable el sellado (siempre con pasadores o barras)

68 Recrecimientos sobre firmes con pavimento de hormigón En refuerzos gruesos no adheridos No hacer coincidir las juntas del refuerzo 0,5 m 0,5 m Refuerzo Pavimento existente Evitar también que coincidan con grietas activas Mayor vida útil Mejor transferencia de cargas

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70 Recrecimientos sobre firmes con pavimento de hormigón En refuerzos delgados: necesaria la adherencia

71 Recrecimientos sobre firmes con pavimento de hormigón Espesor inferior a 12 cm: formar un pavimento monolítico Espesor mínimo de 5 cm por razones constructivas Misiones fundamentales: Corrección de las características superficiales Incremento de la capacidad estructural: muy superior a los refuerzos bituminosos, 8 cm HM 15 a 18 cm MB Sobre pavimentos en buen estado: incremento tráfico pesado o cargas de los vehículos (aeropuertos militares EEUU tras la II GM) Periodos de proyecto entre 15 y 25 años según estado del firme existente y volumen y tipo de tráfico (hasta 40 años)

72 Diferencias? Espesor Capa de separación Coincidencia de juntas

73 Recrecimientos sobre firmes con pavimento de hormigón Método clásico desarrollado por el Corps of Engineers de los Estados Unidos, para refuerzos de HM con juntas (1935): h r espesor del refuerzo (en pulgadas) h espesor de un pavimento nuevo para el tráfico de proyecto (en pulgadas) h o espesor del pavimento existente (en pulgadas). C coeficiente indicador del estado estructural del pavimento existente: C = 1,0 pavimentos en buen estado C = 0,75 pavimentos en estado medio, algunas roturas C = 0,35 en pavimentos en malas condiciones, fuertemente fisurados n exponente según el grado de adherencia: n =2 en refuerzos no adheridos n =1,4 en refuerzos parcialmente adheridos n =1 en refuerzos adheridos

74 Recrecimientos sobre firmes con pavimento de hormigón Adherencia Es crucial para el correcto funcionamiento: mayor vida útil Fresado del hormigón existente Limpieza antes del vertido Posibilidad de lechada de cemento Proporcionar resistencia a cortante (1,4 MPa): ensayos previos

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76 A/C < 0,6 (600 l agua y kg cemento) No encharcar Distribuir justo antes del hormigonado

77 Recrecimientos sobre firmes con pavimento de hormigón Construcción Construir en épocas templadas (evitar gradientes) Respetar espesores de proyecto Hacer coincidir juntas con las existentes: marcas laterales Profundidad de corte: todo el espesor + 1 cm No se disponen pasadores Posibilidad barras de atado Posibilidad de armado con juntas y armado continuo Curado cuidadoso

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82 Refuerzo de hormigón adherido en Peguera Boulevard of Peguera (Calvià) Calle principal del municipio de 2 km de longitud, un solo sentido, 4,00 m de anchura y aceras a ambos lados de 2,50 m

83 Refuerzo de hormigón adherido en Peguera Vial urbano con un importante tráfico de vehículos pesados IMDp = 100

84 Refuerzo de hormigón adherido en Peguera Tras 10 años en servicio el firme presentaba un importante nivel de deterioro En 2008 el Ayuntamiento de Calviá propuso su rehabilitación No hundimientos: fallo del mortero de agarre e inadecuada disposición

85 Refuerzo de hormigón adherido en Peguera Inadecuada resistencia del mortero de cemento y espesor variable entre 2 y 4 cm Espesor medio de los testigos de la losa de base de 17 cm (valor mínimo de 15 cm) Resistencia a compresión media de los testigos 34.4 Mpa Buen estado y ausencia de deformaciones y fisuras en la losa de hormigón Espesor medio de la capa de ZA de 20 cm 8 cm 2-4 cm cm ~ 20 cm

86 Refuerzo de hormigón adherido en Peguera Requerimiento impuesto por el Ayto. de Calvià: minimizar la cantidad de material a llevar a vertedero, problema ambiental y económico Buen estado de la losa de hormigón existente: capa estructural del nuevo pavimento, retirando únicamente los adoquines y el mortero de agarre Refuerzo adherido de entre 10 y 12 cm de espesor Para conseguir la adherencia: fresado y lechada de cemento Textura y color similar al adoquín original

87 Refuerzo de hormigón adherido en Peguera Equivalencia de secciones Empleo del método desarrollado por el US Army Corps of Engineers: Sección adoptada Sección de referencia 10 a 12 cm mín.15 cm HF-4,0 MPa Rc=34 MPa Lechada de cemento HF cm 20 cm 20 cm E2 E2

88 Refuerzo de hormigón adherido en Peguera Equivalencia de secciones Empleo del método desarrollado por el US Army Corps of Engineers: hr h h 0 C n thickness of the overlay (in inches) thickness of a new pavement for the design traffic (in inches) thickness of the existing pavement (in inches) coefficient related to the structural condition of the existing pavement. C = 1.0 for pavements in good condition C = 0.75 for pavements with some cracks that have not widened C = 0.35 for pavements in bad conditions, totally cracked exponent depending on the grade of bonding n = 2 for unbonded overlays n = 1.4 for partially bonded overlays n = 1 for bonded overlays

89 Refuerzo de hormigón adherido en Peguera Equivalencia de secciones De acuerdo con la formula del método del US Army Corps of Engineers, en nuestro caso: h=8.4 in ; h o =6 in ; C=0.75 ; n=1 h r = (h n C h on ) 1/n = ( ) = 3.9 in = 9.75 cm OK En caso de adherencia parcial entre capas n=1,4, entonces: h r = (h n C h on ) 1/n = ( ) 0.71 = 5.3 in = cm NO

90 Refuerzo de hormigón adherido en Peguera Muy importante la consecución de una buena adherencia entre capas: fresado, limpieza exhaustiva y lechada de cemento Diseño inicial sin armadura y con juntas cada 2 m, no obstante finalmente se dispuso un armado a mitad del espesor distanciando las juntas hasta 2,75 m ME 20 x 20 ø 10 mm Interrumpido en las juntas y a mitad del espesor

91 Refuerzo de hormigón adherido en Peguera Initial joint desing Longitudinal central joint Transverse joint each 2 m Final joint desing Longitudinal central joint Transverse joint each 2,75 m

92 Refuerzo de hormigón adherido en Peguera 3. Fresado y limpieza del pavimento

93 Refuerzo de hormigón adherido en Peguera 4. Juntas de dilatación en elementos rígidos: espuma de poliuretano

94 Refuerzo de hormigón adherido en Peguera 5. Extensión de la lechada de cemento (15 l/m2) Por m3: 1,200 kg de cemento y 600 l de agua, con A/C siempre inferior a 0,6 Tiempo entre la aplicación de la lechada y el hormigonado no mayor de 90 min

95 Refuerzo de hormigón adherido en Peguera 6. Disposición del mallazo

96 Refuerzo de hormigón adherido en Peguera 7. Vertido del hormigón y regleado del hormigón

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98 Refuerzo de hormigón adherido en Peguera 7. Vertido del hormigón y regleado del hormigón Secuencia de hormigonado

99 Refuerzo de hormigón adherido en Peguera 8. Aplicación del color y la textura

100 Refuerzo de hormigón adherido en Peguera 8. Aplicación del color y la textura

101 Refuerzo de hormigón adherido en Peguera Extracción de 3 testigos para determinación de la resistencia a cortante por el plano de unión

102 Refuerzo de hormigón adherido en Peguera Extracción de 3 testigos para determinación de la resistencia a cortante por el plano de unión Core nº Shear strength (MPa)

103 Refuerzo de hormigón adherido en Peguera En los primeros 600 m ejecutados, abiertos al tráfico en febrero de 2009, tras un año en servicio, el refuerzo se encontraba en condiciones excelentes, sin fisuras u otros defectos Por ello, a finales de 2009 el Ayto. de Calvià propuso la rehabilitación de la longitude restante (1,4 km) que fue abierto al tráfico en febrero de 2010 Solución económica Sostenible Rápida ejecución Estética

104 Recrecimiento delgado en Melilla Sección de pavimento existente: 7 cm aglomerado (deteriorado) 20 cm hormigón magro de 20 MPa de resistencia media a compresión a la edad actual (en aparente buen estado de conservación) cm de zahorra

105 Recrecimiento delgado en Melilla Pavimento de hormigón adherido al hormigón de la base, una vez demolida la capa de aglomerado IMDp de 68 vehículos y vida útil de 20 años Determinación del espesor necesario: Guide for Design Pavement Structures (AASHTO. EEUU, 1993) 9 cm (fresado 7cm + 2 cm) HF-4,0 según PG-3 Dosificación: Cemento: 370 kg/m3 A/C: 0,49 Microfibras de polipropileno 900 g/m3 Consistencia blanda para extensión manual Tamaño máximo del árido: 15 mm Distancia máxima entre juntas de 2 m

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107 Recrecimiento delgado en Melilla

108 Recrecimiento delgado en Melilla Ahorro en la inversión inicial del 40% del refuerzo bituminoso frente a del refuerzo delgado de hormigón Ahorro estimado del 15% en reinversiones futuras por mayor vida útil

109 Conclusiones Sobre pavimentos de hormigón y sobre firmes bituminosos Varias posibilidades según grado de adherencia y espesor Para firmes muy deteriorados: espesores gruesos La Norma 6.3-IC sólo considera los gruesos Se construyen como los nuevos (rendimientos similares) Importante mejora estructural Bajos costes de mantenimiento: economía Elevada durabilidad y gran vida útil Posibilidad de apertura rápida a la circulación Amplia experiencia internacional, con excelentes resultados

110 GRACIAS POR SU ATENCIÓN Rafael Rueda Arriete Ingeniero de Caminos, Canales y Puertos Director de Zona Levante