ANEXOSDISEÑO DE PAVIMENTOS DELGADOSCARRETERA CENTRAL - LAS TORRES

Introducción El presente informe tiene por finalidad evaluar y diseñar con la nueva tecnología de diseño de pavimentos delgados los pavimentos de La Carreteras Central, Av. Las Torres, Via Evitamiento Ramiro Priale, consiste en optimizar el espesor de los pavimentos considerando la ubicación relativa de las cargas de las ruedas, con la geometría de las losas del pavimento, donde el principio es que: a cada losa solo la cargue un set de rueda.

Los cálculos se han ejecutado utilizando el sistema de diseño TCP, que se basa en un análisis de elementos finitos con el software ISLAB 2000, especial para análisis de pavimentos de caminos apoyados en el suelo. El software además ha sido calibrado en con pruebas en la universidad de Illinois, EEUU La filosofía de la metodología utilizada en el diseño de las estructuras de pavimentos está fundamentada en los objetivos básicos siguientes: Responder estructural y en forma óptima a las solicitaciones de carga y a la capacidad

de soporte. Desde el punto de vista constructivo, asegurar que sea compatible con las

características de las condiciones técnicas del proyecto. Impactar lo menos posible el medio ambiente.

Se incluyen en este documento una descripción de las diferentes variables consideradas para el diseño de la estructura de pavimento, como son:

1. Variables de diseño 2. Criterios de comportamiento 3. Propiedades de los materiales de soporte para el diseño 4. Características Estructurales del Pavimento. 5. Calculo de espesores de la estructura de pavimento

Finalmente, se hace una recomendación de la estructura de pavimento resultante que es la más apropiada para soportar en forma eficiente las demandas de tráfico, los cambios de temperatura y humedad e inclemencias del tiempo a que estará sujeta la vía a lo largo de su vida de servicio.

La tecnología TCP (Thin Concrete Pavements), el método de diseño y construcción de losas delgadas de concreto perfeccionadas para uso en pavimentación y demás derechos relacionados con dicha tecnología (software, know-how, secretos industriales, marcas comerciales, manuales, instructivos, etc.), son de propiedad exclusiva de Comercial TCPavements Ltda. y están protegidos por las leyes y tratados internacionales vigentes en materia de Propiedad Industrial e Intelectual, en particular por las solicitudes de patente industrial Nos. 2684-05 en Chile, solicitud internacional PCT/EP2006/064732, solicitud 20070094990 en Estados Unidos. ©TCPavements 2005-2007, registro de propiedad intelectual N°166311, todos los derechos reservados.

Variables de diseño Los datos a considerar están basados en el proyecto original y serán utilizados en la nueva metodología de diseño. El diseño para ambos tramos en cuestión será el mismo. Las variables para este nuevo diseño son: Periodo de diseño: 10 años Tramos y Trafico: : o Carretera Central 47.000.000 EE o Avda Las Torres 43.000.000 EE o Autopista Ramiro Priale 19.000.000 EE o Calle 1 32.000.000 EE o Calles 2 y 3 19.000.000 EE o Vía Auxiliar Autopista Ramiro P. 500.000 EE o Av. Pedro Ruiz Gallo 500.000EE o Av. Circunvalación 17.500.000EE Capacidad de soporte del suelo: o CBR 25%, Mínimo, estudio de suelos entregado. Influencia del agua no afecta la estructura (equivale a Cd): o Geotextil Entre sub-rasante. En el caso de presencia de agua o Granular finos entre 4% y 8% o Base 15 y 20 cm con CBR > 80% Coeficiente traspaso de carga (equivale a factor J): 50%Propiedades del hormigón: o HF 4,8 (80) 40 o Módulo de elasticidad del hormigón: 29.000 MPa o Coeficiente de retracción térmica: 1 x 105 1/°C. o Retracción hidráulica del hormigón: 800 micrones a 90 días. Confiabilidad: 80% Porcentaje losas fisuras al término de la vida de diseño: o 10% , debido a la importancia de la vía Clima como % de tiempos con alabeos: o 0ºC 15% o -5ºC 25% o -10ºC 30% o -15ºC 30% Sello de Juntas: NO Barras de traspaso de carga En juntas de construcción Barras de amarre NO Confinamiento lateral De acuerdo a proyecto

Análisis Elemento Finito Metodología:

1. Diseñar las dimensiones de la losa tal que, solo un set de rueda de los vehículos cargue una losa a la vez.

2. Calcular las tensiones generadas en el hormigón para diferentes condiciones (alabeo, espesor, Carga Trafico, Tipo de eje, etc.). Dicho cálculo se realiza en 4 puntos críticos de la losa para evaluar la peor condición.

3. Para calcular la cantidad admisibles de pasadas,de estos vehículos, dado las tensiones generadas en el hormigón, se utilizó el modelo de Fatiga propuesto por Corps of Engineers y ERES Consultants, Inc. (ERES/COE). Modelo utilizado por el sistema de diseño M-EPDG (Aashto 2002)

log (N )= 2 • SR-1.22

Donde: N numero de pasadas SR= (Tracción máxima en hormigón) / (C1 x (Resistencia del hormigón)) C1 constante de calibración

4. Suma el daño por fatiga generado en cada punto de control (ley de Miner)

5. Dada la cantidad de pasadas admisibles, se calcula el porcentaje calculado de losas agrietadas con el siguiente modelo (Modelo utilizado por el sistema de diseño M-EPDG (Aashto 2002)):

%CRACK = 1/(FD^(– 1.98))

Donde: FD = Cantidad de fatiga acumulada en todas las condiciones

6. Iterar hasta encontrar el resultado óptimo.

Aplicación del Modelo:

Las variables que se utilizaron para la evaluación de los pavimentos son: Dimensiones losas evaluadas 220 * 175 cm, 175 * 175cm, 140 * 175cm. Delta T°(alabeo): 0, -5, -10, -15 °C <100 mm de lluvia al año. Carga Camiones (100% y 120 % de su capacidad). Capacidad de soporte del suelo: 3% CBR Capacidad de soporte del suelo: 3% CBR Coeficiente de traspaso de carga 70% (LTE). Se evaluó en 5 puntos diferentes de la losa. Borde, Huella y Centro (Pegado al

corte central) en el sentido transversal; en el centro y el corte, en el longitudinal.

Diseño Pavimentos Carretera Central: 47.000.000 EE

Avda Las Torres: 43.000.000 EE

Autopista Ramiro Priale, Calles 2 y 3, 19.000.000 EE

Calle 1 : 32.000.000 EE

Av. Circunvalación: 17.500.000EE

Vía Auxiliar Autopista Ramiro P.Av. Pedro Ruiz Gallo 500.000 EE

Conclusiones

Con esta nueva proposición, donde se apoya un set de ruedas por cada losa, las tensiones se ven disminuidas con respecto a las producidas en las losas con dimensiones tradicionales. Esto permite adelgazar el espesor de los pavimentos según los cálculos expresados en los puntos anteriores. Se propuso una condición final de diseño de menos de 10 % de losas agrietadas a 10 años. Y una confianza de un 80%, estos valores son razonables para un proyecto de este tipo. La proposición final de diseño es:

DISEÑO DE PAVIMENTOS DELGADOS

PROYECTO CARRETERA CENTRAL – AV. LAS TORRES – RAMIRO PRIALE

Carretera Central Av. Las Torres

Autopista Ramiro Priale Calle 1

Calle 2 y 3 Vía Auxiliar Autopista Ramiro P.

Av. Pedro Ruiz Gallo Av. Circunvalación

Espesor mínimo

Base Granular

CONCRETO17.0cm

20.0cm Base Granular

CONCRETO17.0cm

20.0cm

BaseGranular

16.0cm

15.0cm

CONCRETO

Base Granular

CONCRETO17.0cm

20.00cm

Base Granular

CONCRETO16.0cm

15.0cm

BaseGranular

12.0cm

15.0cm

CONCRETO

Base Granular

CONCRETO16.0cm

15.00cm

BaseGranular

12.0cm

15.0cm

CONCRETO

El proyecto contempla la losa exterior en ambos sentidos con un sobreancho de 20 cm, con esto, la dimensión final es de 220 cm x 195 cm. Si se contempla el uso de solera, este sobreancho no es necesario.

El Hormigón a utilizar será HF48 (80) 40

En intersecciones las losas deben ser de 180cm x 180 cm ya que los vehículos pasan en ambas direcciones.

La modulación de las losa se puede variar. En casos puntuales entre 230 cm y 180cm para obtener un múltiplo exacto de losas dadas las condiciones del proyecto.

Debido a que la geometría de la calzada cambia, se recomienda remover el asfalto existente y generar un plataforma de trabajo uniforme en rigidez como en altura para colocar la base y posteriormente el pavimento. Este procedimiento puede ser realizado mediante fresado y el material sobrante se puede utilizar como base. Es importante alterar lo menos posible el soporte actual, que ya se ha consolidado.

En el caso que exista agua en la subrasante, ya sea por napas freáticas o por lluvias de más de 100 mm al año, se colocara un geotextil entre la base granular y la subrasante. Esto con el fin de aislar la base de posibles finos que contenga el suelo natural.

En el caso de que no exista presencia de agua, la base se coloca directamente sobre la subrasante.

La base deberá ser de 150 cm con un CBR > 80% y en el caso que la subrasante en alguna zona tenga CBR < 15% deberá ser reemplazado en 25 cm de profundidad con un material CBR > 20%.

Por último la apertura al tráfico se puede realizar cuando el Hormigón alcance una resistencia de 250 kg/cm2. En un hormigón HF 4,8, donde su resistencia es del orden de 400 kg /cm2 a la compresión, esta condición se logra antes de las 72 horas utilizando frazadas para mantener el calor de hidratación.

Boletin: Concrete Paving Technology, ACPA Es importante destacar que para abrir a tráfico en el tiempo especificado, se debe desviar sobre la losa tal que este no pase a menos 30 cm del borde libre durante los primeros días. Esto se puede realizar mediando señaleticas o con la existencia de veredas o bordes.

Especificaciones técnicas: Base Granular y Geotextil :

La base del pavimento deberá contar con un valor de CBR mayor a 80%, a la Densidad compactada del 95% del Proctor Modificado. Deberá ser granular con un porcentaje de finos inferior a 6%.

No se colocará ningún material impermeable entre la base y las losas de concreto. La base no se mojará antes de colocar el concreto, a menos que el riego sea para bajarle la temperatura en verano. Geotextil, que no permita el paso de finos, entre la sub rasante y la base. El cual debe cumplir con:

Resistencia a la tracción > 500N Resistencia Al punzonamiento > 300N Abertura Poros <= 0.149 mm

Tanto la base como el geotextil se colocarán hasta el borde de la explanada por debajo de la berma.

Hormigón: Se utilizaran las especificaciones encontradas en el volumen 5.410 del manual de carreteras respetando el tipo de hormigón especificado en el diseño. Confinamiento lateral (Pines): El Pavimento, No llevará barra de traspaso de carga, ni de amarre, en cambio, s e colocarán 2 fierros de 16 mm de diámetro por losa de pavimento, colocados verticales al costado externo de las losas. La longitud de estos fierros será de al menos 40 cm, pero de largo tal que asegure un buen anclaje en la base (la longitud dependerá del tipo de base). La ubicación será a 50 cm de la junta pegados al concreto de la losa. Los fierros deberán ser enterrados hasta que la parte superior quede 5 cm bajo la cota superior del pavimento. La finalidad de estos fierros es evitar el desplazamiento lateral de las losas. La berma cubrirá estos pines, ya se asfáltica o granular.

Estos pines son reemplazados en el caso que se utilice solera de borde. Donde en este caso esta deberá ser confinada con material compactado en su costado y colocada sobre un emplantillado de concreto

CONSTRUCCION:

Espesor y dimensiones de losas:

Se utilizará estrictamente los espesores y dimensiones de losas indicados en este informe, calculados por el método de diseño TCP para pavimentos de losas optimizados, (según patente de invención en trámite, entre otras, solicitud Nº 2684-05 en Chile). Para todos los efectos de recepción se utilizaran los descritos en el volumen 5 del manual de carreteras para pavimentos de hormigón

Curado :

Una vez terminados los trabajos de hormigonado, es decir realizado el rayado de la superficie del hormigón, este se deberá curar. La especificación del Diseño TCP* recomienda un curado en dos etapas:

1. Colocar Retardador de fraguado: este producto se debe colocar una vez realizada la terminación superficial del concreto, con el hormigón fresco. Este producto evitara las primeras fisuras por retracción plástica y disminuirá el alabeo de construcción por secado de la superficie.

2. Colocar membrana de curado Tradicional: Una vez terminada la exuc¡dacion del hormigón, es decir una vez endurecido éste, se aplicara la membrana de curado tradicional protegiendo el hormigón de la evaporación de la superficie con efectos similares descritos en el punto anterior.

En caso de que la temperatura en la noche sufra descensos importantes (mayor a 10°C) se recomienda complementar este curado, mediante la colocación de una aislación térmica superficial como geotextil grueso o polietileno con burbujas (las burbujas tocando la superficie del pavimento), materiales que deberán cubrir el concreto por lo menos la primera noche, colocado 1 hora después de realizada la última etapa de curado. Esta

aislación permite disminuir el alabeo inicial de las losas, además de acelerar la apertura al tráfico.

Corte de Juntas: Se deberá cortar las juntas de contracción longitudinal y transversal en el pavimento a partir del momento en que se pueda colocar una máquina de corte sobre la superficie de rodado sin dejar marcadas las huellas (aproximadamente 6 horas).

El corte debe ser de un tercio del espesor de la losa. El contratista deberá considerar el endurecimiento del concreto y la temperatura ambiente para definir el momento cuando se debe efectuar el corte de juntas, el cual deberá realizarse lo antes posible para evitar fisuras por retraso de corte y disminuir tensiones de alabeo en las losas.

Se deberá contar con la cantidad de recursos, equipos y sierras de corte necesarios para realizar esta tarea. En el caso, de que no se pueda disponer de una cantidad suficiente de equipos, se deberá comenzar cortando la junta o juntas longitudinales más cercanas a los bordes del pavimento construido (cuando se pavimenta a dos carriles a la vez) y transversales por lo menos una por medio, y luego el corte longitudinal restante y realizándose el resto de los cortes intermedios, tan pronto como sea posible. La secuencia de los cortes es importante para el comportamiento futuro.

Se deberá disponer de por lo menos 6 equipos de corte para efectuar la faena de corte del concreto. El corte se deberá realizar con sierra delgada de 1,9 mm de ancho para evitar el ingreso de partículas dañinas al interior de la junta.

La junta no se sellará

Juntas de construcción. Junta de construcción longitudinal, se colocaran barras de amarre de 10 mm corrugadas 65 cm de largo distanciado cada 80 cm. En el caso de construir el pavimento en el ancho total (2 pistas) estas barras no son necesarias.

Luego se colocara el hormigón procurando vibrar el bordo contiguo a la junta realizada. Se debe cortar la parte superior junta con la cierra descrita en el punto anterior

Junta de construcción transversal: Llevara barras de traspaso de cargas de 32 mm lisas cada 30 cm de 40 cm de longitud de acuerdo al proyecto.

Sello de Juntas: El Diseño de pavimentos TCP no contempla sello de juntas. El corte de 2 mm evita el ingreso de partículas incompresibles y la base con menor de 6% de finos generalmente es drenarte, por lo que saca el agua bajo las losas. Esta base debe continuarse hasta el borde del camino y conectarla a los drenajes y en calles urbanas conectarla a las alcantarillas.

Apertura al tráfico:

El pavimento se podrá abrir al tráfico cuando tenga una resistencia a flexotracción de 2,5 MPa para losas de espesor igual o mayor a 12 cm y de 3,5 MPa para losas de espesor menor a 12 cm.

La verificación de la resistencia para apertura al tráfico se puede realizar por medio de la relación madurez del concreto y resistencia.