XVII Congreso Nacional de Pavimentos: Asfalto & Concreto Modelos de Deterioro en Pavimentos de Concreto - software HDM4 versión 2.09 Por: Mario Rafael Becerra Salas Ciudad de Lima, 10 de Noviembre 2015
1.- Introducción www.flujolibre.com
Historia del Modelo HDM de Weille 1966 Highway Cost Model 1971 Kenya Study 1971-75 Caribbean Study 1977-82 India Study 1976-82 Brazil Study 1975-84 HDM-II 1981 HDM-III 1987 HDM-Manager 1995
6 Estudio Internacional para el Desarrollo y Gestión de Carreteras (ISO HDM) Patrocinadores: Banco Mundial (BIRF) Departamento para el Desarrollo Internacional Banco del Desarrollo de Asia SNRA (DNV Suecia) y Otros En continuo progreso desde 1993, abarcando: Estudios Técnicos (1993~1997) Desarrollo y testeo del software (1996~1999) La Federación Internacional de Carreteras (World Road Association, PIARC) conduce la fase de implementación (1999 ~ ) 6
HDM-III Manager (1995) Ultima versión oficial del software HDM-III, más sencillo de manejar, para redes reducidas o tramos de carreteras 7
HDM-III Manager (1995) Ingreso de datos simplificado y por módulos Incorpora elementos para el análisis de congestión vehicular Buena capacidad de presentación de reportes y gráficos También bajo ambiente DOS 8
Limitaciones del HDM-III Relaciones desarrolladas corresponden a estudios llevados a cabo en países tropicales No se puede analizar asfalto en climas fríos No se pueden analizar pavimentos de concreto Técnicas de conservación tradicionales. Además, no permite el análisis de refuerzos asfálticos sobre hormigón, o viceversa Los costos de operación corresponden a vehículos de las décadas del 70 y 80 (tecnología obsoleta) No considera congestión, efectos sobre el medio ambiente o problemas de seguridad Software computacional obsoleto (ambiente DOS) 9
1 0 HDM 4 10
1 1 El HDM4 versión 2.09 11
El HDM como un Predictor Modelos de Deterioro Pavimentos Flexibles Efectos de la conservación en Pavimentos Flexibles Modelos incorporados para Pavimentos de Concreto Caminos no Pavimentados Modelos actualizados de Costos de Usuarios www.flujolibre.com
1 3 El HDM4 versión 2.09 Cómo puedo emplear el HDM4 2.09? 13
1 4 Para realizar evaluaciones económicas (SNIP) Recolección de Datos Evaluación del Proyecto Planteamiento de Alternativas Diseño Preliminar Reconstrucción Restauración Reciclaje Tratamiento Superficie Diseño Final Construcción Selección de las alternativas preferidas Costeo Ciclo de Vida (LCCA) Factores no Monetarios (LCCA)
1 5 a) Proyecta los Beneficios Sociales Desde una perspectiva social: costos sociales y tasa social 9% (Perú) Es una comparación entre los BENEFICIOS A LA SOCIEDAD: AHORROS respecto a una línea base SIN PROYECTO Ahorros en tiempos de viaje y costos de operación vehicular 15
1 6 b) Proyecta los costos - Modelos de Deterioro y los COSTOS ASOCIADOS A LA IMPLEMENTACIÓN DEL PROYECTO, teniendo en cuenta que incluso la alternativa SIN PROYECTO debe ser mantenida. Construcción, rehabilitación, mantenimiento 16
1 7 Indicadores utilizados 17
Proyecto vial Alternativa base 18
Proyecto vial Alternativa base 19
Costos Costos Análisis en el periodo estimado COSTOS Costo Inicial Costo de Rehabilitación Costo de Mantenimiento Valor Residual Años Valor presente de costos Años 20 20
Beneficios Beneficios Análisis en el periodo estimado BENEFICIOS Beneficios - Ahorros en tiempos de viaje - Ahorros en costos de operación vehicular - Accidentes Años Valor presente de beneficios Años 21 21
2 2 Evaluaciones Evaluación Social: busca maximizar el beneficio social, expresado como ahorros en costos de usuarios de la carretera (operación vehicular, tiempos de viaje, seguridad, impacto ambiental) Evaluación Privada: busca maximizar la rentabilidad producida por cobro de peaje frente a costos por M&R 22
2 3 El HDM4 versión 2.09 También para Implementación de Políticas de Mantenimiento Modelos de Deterioro 23
Modelos de predicción
Introducción a los modelos de deterioro Los modelos están estructurados empíricamente Los deterioros individuales han sido modelados por separado Relaciones son incrementales (anuales) dy = K a 0 f(x 1, X 2, X 3, etc) Modeladas en forma secuencial hacia la rugosidad Las intervenciones de mantenimiento se aplican, si corresponde, al final de cada año www.flujolibre.com
2.- Efectos en la conservación de pavimentos rígidos www.flujolibre.com
El pavimento de concreto Juntas longitudinales Rugosidad Diseño del espesor Juntas transversales Texturizado Barras de transmisión Materiales del concreto Barras de amarre Subrasante Subbase o base www.flujolibre.com
a) Pavimentos de concreto con: Juntas transversales Sin dowels Con dowels Tipos de pavimentos de concreto b) Juntas transversales y refuerzo de acero c) Refuerzo de acero contínuo d) Lean Pavement www.flujolibre.com
El pavimento de concreto JPCP Planta Pavimentos con juntas transversales 3.0-4.5 m Perfil o
3 1 Soluciones AASHTO 93 SUBRASANTE - SUBBASE Ejes Equivalentes CBR Sr Keq 500,000 1,000,000 2,000,000 3,000,000 4,000,000 5,000,000 6,000,000 7,000,000 8,000,000 9,000,000 10,000,000 15,000,000 20,000,000 25,000,000 30,000,000 10% 63.07 14 15 18 19 20 21 22 22 23 23 24 25 26 27 28 11% 64.94 13 15 18 19 20 21 22 22 23 23 24 25 26 27 28 12% 66.85 13 15 18 19 20 21 22 22 23 23 23 25 26 27 28 13% 68.81 13 15 18 19 20 21 22 22 23 23 23 25 26 27 28 14% 70.82 13 15 18 19 20 21 21 22 23 23 23 25 26 27 28 15% 72.86 13 15 18 19 20 21 21 22 22 23 23 25 26 27 28 16% 74.93 13 15 17 19 20 21 21 22 22 23 23 25 26 27 28 17% 77.03 13 15 17 19 20 21 21 22 22 23 23 25 26 27 28 18% 79.14 13 15 17 19 20 21 21 22 22 23 23 25 26 27 28 19% 81.28 13 15 17 19 20 21 21 22 22 23 23 25 26 27 28 20% 83.42 13 15 17 19 20 21 21 22 22 23 23 25 26 27 28 21% 85.58 13 15 17 19 20 20 21 22 22 23 23 25 26 27 28 22% 87.75 13 15 17 19 20 20 21 22 22 23 23 25 26 27 28 23% 89.92 13 15 17 19 20 20 21 22 22 23 23 25 26 27 28 24% 92.10 12 15 17 18 20 20 21 22 22 23 23 25 26 27 28 25% 94.28 12 15 17 18 19 20 21 22 22 23 23 25 26 27 28 MR 42.00 F c 300 Kg/cm2 R 80.00 Módulo E 28,350 Mpa Si 4.50 Sf 2.50 Cd 1.00 J 3.00 31
El pavimento de concreto JRCP Planta Pavimentos con juntas y refuerzo de acero 7.5-9.0 m (25 a 60 pies) Perfil 0.2 a 0.3% de acero
El pavimento de concreto CRCP Planta Pavimentos con refuerzo de acero contínuo 0.6-2.0 m (3 a 8 pies) Perfil 0.6 a 0.8% acero
El pavimento de concreto Lean Pavement 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 Metodología Abierta Metodología AASHTO 93, verificada a partir de la teoría de elementos finitos: Software Gratuito EVERFE Losas Reforzadas con Macro & Microfibras de Polipropileno Sin Pasadores Transversales
3 8 Microfisuras Hairline Fisuras por contracción plástica por secado del concreto. Estas fisuras, que no cuentan con un patrón de falla dirigido, se producen durante el proceso constructivo y, en su primera etapa, son superficiales. www.flujolibre.com
3 9 Microfisuras Hairline www.flujolibre.com
Módulo de Rotura (MR) Módulo de Compresión (f c) 40
4 2 Soluciones Lean Pavement Lean Pavement SUBRASANTE - SUBBASE Ejes Equivalentes CBR Sr Keq 500,000 1,000,000 2,000,000 3,000,000 4,000,000 5,000,000 6,000,000 7,000,000 8,000,000 9,000,000 10,000,000 15,000,000 20,000,000 25,000,000 30,000,000 10% 63.07 12 14 16 17 18 18 19 20 20 20 21 22 23 24 25 15% 72.86 12 13 15 17 17 18 19 19 20 20 20 22 23 24 25 20% 83.42 11 13 15 16 17 18 19 19 20 20 20 22 23 24 24 25% 94.28 11 13 15 16 17 18 18 19 19 20 20 22 23 23 24 MR 48.00 F c 400 Kg/cm2 R 75.00 Módulo E 32,400 Mpa Si 4.50 Sf 2.00 Cd 1.00 J 3.00 Concreto MR 42 (f c 280 Kg/cm2) Micro fibra: 900 gr / m3 Macro fibra: 3 Kg / m3 42
Mix de Conservación El empleo de Macro Fibra puede incrementar un 20% el costo total de la mezcla de concreto La eliminación de los pasadores puede reducir el costo del pavimento en 20%
3.- Modelos de Deterioro Pavimento Rígido www.flujolibre.com
Modelos de Primera y de Segunda Fase Modelación del Deterioro www.flujolibre.com
Modelos de Deterioro - Pavimento de Concreto Simple con Juntas - Lean Pavement - Escalonamiento de Juntas - Agrietamiento Transversal - Deterioro de Juntas Transversales - Rugosidad (IRI) - Pavimento de Concreto con Juntas y Reforzado - Escalonamiento de Juntas - Grietas Transversales Severas - Deterioro de Juntas Transversales - Rugosidad (IRI) - Pavimento de Concreto Continuamente Reforzado - Fallas - Rugosidad (IRI) www.flujolibre.com
Escalonamiento de Juntas Factores que inciden: Tránsito (ESALs) Dimensiones Losas Transferencia de Carga Diámetro Pasadores Tipo de Subrasante Tipo de Base Tipo de Berma Condiciones climáticas Drenaje www.flujolibre.com
Grietas Transversales Factores incidentes: Tránsito (ESALs) Espesor y Longitud de Losa Módulo de Rotura Alabeo Térmico Modulo de Reacción Subrasante- Subbase Tipo de Berma Sobreancho en la losa Tipo de Base www.flujolibre.com
Juntas Transversales Factores incidentes: Edad Tipo de Sello Condiciones climáticas extremas Espaciamiento entre Juntas Existencia de Barras Protección contra corrosión www.flujolibre.com
IRI www.flujolibre.com
Actividades de Conservación Preventiva Colocación de drenes laterales, para disminuir problemas de bombeo y pérdida de soporte por humedad bajo la losa Resellado de juntas: actividad usualmente periódica Colocación de bermas vinculadas: perforación de las losas existentes, colocación y fijación de barras de amarre, y posterior construcción de la berma de concreto www.flujolibre.com
Cepillado con discos de diamante Actividad destinada a eliminar escalonamiento en juntas transversales, y también a corregir fallas constructivas Se utiliza maquinaria con discos de diamante que dejan texturizado longitudinal en el concreto www.flujolibre.com
Cepillado con discos de diamante Elimina totalmente el escalonamiento y reduce sensiblemente el IRI. Sin efecto sobre las grietas Significativa reducción del IRI, hasta 0,90 m/km. Mejores resultados en IRI que un refuerzo asfáltico Efectos del Cepillado www.flujolibre.com
Colocación de pasadores Colocación de pasadores en juntas transversales, mediante ranurado, colocación de pasadores y posterior rellenado. Puede ser seguido de un cepillado, para eliminar escalonamiento www.flujolibre.com
Efectos Restauración Transferencia de carga Si va asociada a la realización de un cepillado, el efecto inmediato es el mismo, pero después la progresión del escalonamiento (e IRI) es sensiblemente más lenta. No tiene efectos sobre el agrietamiento www.flujolibre.com
Conservación Tipo Correctiva Reposición de losas: reemplazo total de losas completas. Corresponde ejecutarlo con losas muy fisuradas y deterioradas Reparación de espesor parcial: en grietas o juntas con deterioro más bien superficial, se remueve la parte superior y se reemplaza con material nuevo Reparación de espesor completo: cuando el deterioro en grietas y/o juntas atraviesa toda la losa. Se corta la porción entera en todo el espesor, y se coloca hormigón nuevo. Pueden insertarse pasadores. www.flujolibre.com
Efectos Reemplazo Losas Reduce el agrietamiento de acuerdo al porcentaje de losas deterioradas reemplazado. Produce una pequeña reducción de escalonamiento e IRI www.flujolibre.com
Actividades Rehabilitación Objetivos: Mejorar globalmente condición estructural y funcional del pavimento Refuerzo de Concreto Adherido Refuerzo de Concreto No Adherido Capa intermedia entre pavimento existente y refuerzo www.flujolibre.com
Calibración de Modelos Calibrar es modificar las predicciones de los modelos mediante coeficientes numéricos, minimizando la diferencia entre valores predichos y observados Calibración local: ajuste de modelos para un proyecto específico con datos de deterioro medidos en terreno www.flujolibre.com
Calibración de Modelos Los modelos HDM-4 cuentan con factores de calibración para ajustar las predicciones a nivel local o regional www.flujolibre.com
Mix de Conservación
Mix de Conservación Resellado: Poliuretano Autonivelante @ 7-10 años Reparación de Losas: Grout Cementicio / Concreto Escalonamiento: Cepillado @ 10 años Control del IRI: Cepillado @ 10 años
4.- Up Date HDM4 2.09 www.flujolibre.com
Introducción de modelos de deterioro incremental para pavimentos rígidos, del mismo nivel que el de pavimentos flexibles Permite a los usuarios la oportunidad de trabajar con pavimentos de concreto existentes, es decir, que poseen historial Los modelos de trabajo han sido modificados internamente para permitir soportar el modelo incremental de deterioro. Up Date 2.09
5.- Fallas Humanas www.flujolibre.com
6 6 Fisuras Transversales Debido a que es un pavimento JRCP, se espera que se presenten en el interior de los paños, una fisura transversal controlada por la armadura de acero. Esta condición se ha verificado en la mayoría de los paños, no debiendo ser considerada una falla del pavimento, sino que, las fisuras transversales centrales en los paños del JRCP son parte del diseño optado, por lo que no se deberían tratar de ninguna manera. www.flujolibre.com
6 7 Fisuras Longitudinales En el dimensionamiento de las losas debe implementarse una junta longitudinal central, necesaria para reducir el alabeo propio de losas de grandes dimensiones. Durante la visita a campo se ha evidenciado la existencia de fisuras longitudinales pasantes. www.flujolibre.com
6 8 Microfisuras Hairline www.flujolibre.com Se ha evidenciado presencia de fisuras por contracción plástica por secado del concreto. Estas fisuras, que no cuentan con un patrón de falla dirigido, se producen durante el proceso constructivo y, en su primera etapa, son superficiales. La razón principal de su aparición es la poca efectividad del curado realizado en la superficie de concreto, después de colocado.
6 9 Microfisuras Hairline Fisuras por contracción plástica por secado (tipo hairline). Estas fisuras no son pasantes y son producto de un curado insuficiente durante el proceso constructivo. Estas fisuras tienen un espesor de 1 a 1.5 mm. No se recomienda sellarlas inicialmente, sin embargo, sí monitorearlas para evaluar una reparación integral futura. www.flujolibre.com
7 0 Contacto Para cualquier consulta respecto al empleo del HDM4 versión 2.08 se puede visitar la web www.flujolibre.com / www.flujolibre.com.pe Existe además un foro en Linkedin: HDM4 en español Muchas Gracias Mario Rafael Becerra Salas mbecerra@flujolibre.com