Universidad Nacional de Ingeniería VII CONGRESO NACIONAL DE INGENIERÍA CIVIL Managua, Octubre 2013 Losas cortas: Una experiencia en Nicaragua Oswaldo Chávez Arévalo, MSc.
Datos Generales del Proyecto Nombre del Proyecto: Mejoramiento de seis tramos de la carretera Río Blanco Puerto Cabezas Dueño del proyecto: Ministerio de transporte e infraestructura (MTI)
Localización del tramo mejorado mediante losas cortas
PRECIPITACION ANUAL HASTA DE 3500 mm
SUELOS PREDOMINANTES A-7-5 Y A-7-6 14 < IP < 36
PAVIMENTOS BITUMINOSOS
Ministerio de Transporte e Infraestrtura Banco de Centroamericano de Integración Económica Majoramiento Puntual Río Blanco-Puerto Cabezas
382+700 384+710 340+000 345+600 271+120 272+920 SECCIONES CRITICAS, 16 KM 389+600 392+000 263+587 265+687 252+020 254+130
SOLUCIÓN: LOSAS DE CONCRETO HIDRÁULICO
Métodos de diseño mas comunes
AASHTO 93
Portland Cement Association
Software WinPAS (Version 12) AASHTO 93 StreetPave (Version 12) PCA Pavement Interactive AASHTO 93 (Pavimentos Flexibles y Rígidos) http://www.pavementinteractive.org/
Carga de tráfico Trafico de diseño ESALs (W18) = 2*10 6 3*10 6 Confiabilidad Nivel de confianza R, (%) = 85 Error estándar combinado S o )= 0.35 Serviciabilidad Índice inicial (Pi) = 4.4 Índice final (pt)= 2.5 Parámetros del concreto Módulo de elasticidad (Ec), psi=4,000,000 Módulo de Ruptura (S c), psi= 600 Otros parámetros de diseño Factor de drenaje (Cd) = 1 Coeficiente de transferencia de carga (J) = 2.8 Módulo de reacción de la subrasante (k), pci= 300 K compuesto con 6 (15 cm) de base estabilizada, pci = 550 Perdida potencial de soporte = 0.5 AASHTO 93
Hoja de Salida, Pavement Interactive
Espesor de la losa convencional: 20 cm M.R. del concreto hidráulico 600 psi Sistema de transferencia de cargas: Dovelas Espesor de la base estabilizada: 15 cm Resistencia a compresión de base estabilizada: 21 kg/cm 2
Para reducir costos de construcción, se introdujo la tecnología de losas delgadas (Losas cortas)
Concepto tradicional Concepto de Losa Corta Menores esfuerzos = Menor espesor de losas
Ventajas del uso de la tecnología de losas cortas Reducción del espesor de la losa: Sustanciales ahorros No necesita barras de transferencia de cargas: reducción adicional de costos La juntas no están supuestas a sellarse: reducción adicional de costos Reparaciones requieren menor tiempo
Diseño de losas cortas
Antecedentes: White topping Ultra Thin White Topping Rehabilitación de pavimentos flexibles Losas cortas Pavimentos nuevos Experiencia Chile Guatemala (Centroamérica)
Métodos de diseño
1. Optipave, Ing. J.P. Covarrubia Los doctores Covarrubia reclaman derechos patentados por el uso del software. 2. Pavement Evaluator, HDM 4 Pavement evaluator, no es una herramienta de diseño, si no de simulación del desempeño de un determinado espesor en un período de análisis. Una debilidad del modulo es que es aplicable para losas de mas de tres metros de longitud. (Las losas cortas son de aproximadamente 1.80 metros)
Resultados del nuevo diseño
Espesor de la losa corta: 15 cm M.R. del concreto hidráulico 600 psi Sistema de transferencia de cargas: interlocking Espesor de la base estabilizada: 15 cm Resistencia a compresión de base estabilizada: 21 kg/cm 2
Se dosificó el concreto para las losas delgadas, cambiando sustancialmente al diseño anterior: Se cambió granulometría (Tamaño máximo 25 mm) Se incorporó aditivo de forma mas eficiente Se realizó la mezcla con revenimiento de 40 mm Se disminuyó consumo de cemento aproximadamente en 20%
RESISTENCIA MINIMA A 28 DIAS: DESVIACION ESTANDAR: DISEÑO I-2: 4,500 PSI 350 PSI NIVEL DE CONFIANZA DE DISEÑO: 92 % RESISTENCIA DE DISEÑO A 28 DIAS: 5,000 PSI ASPECTO DE LA MEZCLA: La mezcla conserva trabajabilidad y fluidez. Contiene un ligero excedente de grava y deficiencia de arena. Revenimiento de 4.0 cm (ver fotos). PROPORCIONAMIENTO POR PESO DE LOS INGREDIENTES PARA 1 m 3 DE MEZCLA DE CONCRETO INGREDIENTE CANTIDAD COMENTARIO Agua (Kg): 204.0 Sin incluir corrección por absorción y humedad de los agregados Cemento (Kg): 425 Equivalente a Ra/c: 0.48 y 10.00 bolsas de cemento Grava de 1 (Kg): 1707 Equivalente al: 100.0 % del peso total de los agregados Aditivo (lt): 3.50 PROPORCIONAMIENTO EN VOLUMEN DE MATERIALES PARA 1 BOLSA DE CEMENTO INGREDIENTE CANTIDAD COMENTARIO Agua (Lts): 20.40 (*) (*) Equivalente a 0.95 balde de 22 litros (sin incluir corrección por Cemento (bolsa): 1.0 absorción y humedad de los agregados). Grava de 1 (ft 3 ): 3.90 Equivalente a: 5.02 Baldes de 22 litros Aditivo (lt): 0.39 Equivalente a: 0.16 % del peso total de la mezcla PROPORCIONAMIENTO EN BASE DEL VOLUMEN SUELTO DE CEMENTO Cemento Grava 1 Agua 1.0 3.90 0.75 Resistencia a compresión de especimenes cilíndricos de concreto; AASHTO T 22-03. Cilindro Fecha de fabricación Fecha de ensayo Edad (días) Revenimiento (cm) Densidad (kg/m 3 ) Resistencia (PSI) 1 01-jul-09 04-jul-09 3 4.0 2,458 1,643 2 03-jul-09 10-jul-09 7 4.0 2,443 2,476 3 03-jul-09 18-jul-09 15 4.0 2,441 3,386 4 01-jul-09 29-jul-09 28 4.0 2,445 3,722 5 01-jul-09 29-jul-09 28 4.0 2,449 3,804 6 03-jul-09 03-ago- 09 31 4.0 2,470 4,035
Revenimiento logrado = 40 mm
Ventajas obtenidas Reducción de espesores en un 20% Reducción en el costo al no emplear dovelas Barras pasajuntas Canastas Reducción de costos al no utilizar sello para juntas Menor tiempo de construcción
Visita técnica 2008
Visita técnica 2009
Visita técnica 2010
Visita técnica 2011
Visita técnica 2012
Otras experiencias en el país
PROYECTO: CIRCUNVALACION MASAYA
Diseño: AASHTO 93 DATOS DE ENTRADA RESULTADOS 1. Tráfico 1. Parámetros de Cálculo ESAL= 23 x 10 6 2. Confiabilidad Desv. Estándar normal -1.037 S o = 0.40 R= 85% Δ PSI 1.9 3. Serviciabilidad Espesor Calculado (cm) 25.5 P o = 4.4 P t = 2.5 4. Parámetros del Concreto 2.Espesores(cm) Módulo de Elasticidad, Ec (psi) 4,000,000 Módulo de Ruptura, S c (psi) 600 Losa 27 Base Estabilizada 15 5. Otros parámetros Transferencia de carga,j 2.8 Módulo de Reacción de Subrasante, K (pci) Módulo de Sub-Rasante, Mr (psi) K compuesto (15 cm Base Estabilizada) 300 6,000 550 Pérdida pontencial de soporte 0.5
Conversión del espesor AASHTO a Losa Corta En el presente diseño el espesor obtenido en pavimento rígido por el método AASHTO fue de 27 cm. Este espesor corresponde a un espesor de 18 cm en losa corta, para la condición de CBR = 4%. ESPESOR LOSA CONVENCIONAL (cm) ESPESOR DE LOSA CORTA (cm) CBR 20 % CBR 10 % CBR 4 % 30 19 20 22 28 18 19 20 27 16 17 18
PAVIMENTACION EN EL PUESTO FRONTERIZO SUR PEÑAS BLANCAS
CONCLUSIONES
El empleo de la tecnología de losas cortas permite la reducción importante de espesores en comparación con las losas convencionales para las mismas condiciones (Tráfico, soporte de subrasante, base de apoyo y características del concreto). La reducción de los espesores de losa significa una reducción de costos muy importante, que permite que la tecnología de losas cortas sea muy competitiva en el Ciclo de Vida del proyecto, en comparación con otras tecnologías (pavimento asfáltico, losas convencionales, adoquines). Las observaciones visuales realizadas en tres años consecutivos, permiten afirmar que las losas delgadas se han desempeñado de forma altamente satisfactoria. Es notable el mejor desempeño de las losas delgadas en relación con el desempeño de las losas convencionales.
RECOMENDACIONES
Dar seguimiento al comportamiento de las losas construidas en el proyecto Río Blanco Siuna Puente Banacruz mediante evaluación anual (semestral preferiblemente). Evaluar el desempeño de otros proyectos de pavimentos de concreto con losas cortas, para validar espesores mínimos. Actualmente se esta utilizando 18 cm en trafico intenso y pesado. Controlar la carga de los vehículos pesados, económicamente no existe espesor de losa que pueda construirse para soportar la sobrecarga de los camiones (C2 y furgones). En la construcción de pavimentos con losas delgadas de concreto, debe establecerse un sistema de control de calidad que asegure el producto final deseado. Esto implica especificaciones, diseño de la mezcla, producción de los agregados, transporte, colocación y curado.
Extremo cuidado debe de tenerse con la temperatura de colocación del concreto, debido a las características de nuestro clima tropical. No importa que tan bien esté diseñado el pavimento, la losa no soportará si el concreto hidráulico utilizado no alcanza la debida resistencia especificada en el diseño (MR).
Oswaldo Chávez Arévalo, MSc. Especialista en Pavimentos o.chavez@iccsa.com.ni o.chavezarevalo@gmail.com Ingenieros Consultores Centroamericanos, S.A.