Exposicion Mario Becerra Manual Suelos y Pavimentos

UNIVERSIDAD DE PIURA – SEDE LIMA

PROGRAMA MASTER EN INGENIERÍA CIVIL

MENCIÓN EN INGENIERÍA VIAL

“Pavimentos de Concreto”Por: Mario Rafael Becerra Salas

Simposio sobre el Proyecto de Suelos y Pavimentos del Ministerio de Transportes y Comunicaciones

Tópicos de la presentación

1.- Puntos a tomar en cuenta

2.- Posición como diseñador y constructor

3.- Crítica constructiva

4.- Conclusiones

1.- Puntos a tomar en cuenta


Nubes

Sol

Humedad

Viento

Tem

per

atu

ra

100%

Monitoreo de la humedad y temperatura

Falla

s

Métodos de curado

Agretamiento por contracción plástica

Shock

térm

ico

Fisuras horizontales Apertura prematura al tránsito

NO destructivos

Cilindros vs vigas

Tiempo

Transporte y colocación de

concreto

Medio Ambiente

Agregados

Cemento y adiciones minerales

Aditivos

ConstrucciónRequerimientos del proyecto

0%

75%25%50%

humedad

150°F30°F

120°F60°F90°F

temperatura

Consideraciones de diseño

El pavimento de concreto controla los esfuerzos

generados por el tránsito

Tipos de pavimentos

Distribución de esfuerzos a la Base

Pavimentos

Distribución de esfuerzos a la Base

Pavimento de Asfalto (flexible) Pavimento de Concreto (Rígido)

60°

4,90 m

5°

0,20

Proceso de selección de Alternativas

Recolección de Datos

Evaluación del Proyecto

Planteamiento de Alternativas

Diseño Preliminar

Reconstrucción

Restauración

Reciclaje

Tratamiento Superficie

Factores no

Monetarios (LCCA)

Selección de las

alternativas preferidas

Diseño Final

Construcción

Costeo Ciclo de Vida (LCCA)

1924. Av. Venezuela – Salida de Lima

1968. Vía Expresa - Lima

El Metropolitano2008 - 2009

Pavimentos de concreto con:

Juntas transversales.

• Sin dowels• Con dowels

Juntas transversales y refuerzo de acero.

Refuerzo de acero contínuo.

Pavimentos de concreto

Pavimentos con juntas transversales

Planta

3.5 - 6.0 m( 12 a 20 pies)

Perfil

Pavimentos con juntas transversales

Pavimentos con juntas y refuerzos de acero

Planta

Perfil

7.5 - 9.0 m(25 a 60 pies)

0.2 a 0.3% de acero

Pavimentos con juntas y refuerzos de acero

Planta

Perfil

0.6 - 2.0 m(3 a 8 pies)

0.6 a 0.8% acero

Pavimentos con refuerzo de acero contínuo

Pavimentos con refuerzo de acero contínuo

JPCP – Realidad Latinoamericana

Juntas longitudinales

Juntas transversales

Subrasante

Subbase o base

Texturizado

RugosidadDiseño del espesor

Barras de transmisión

Materiales del concreto

Barras de amarre

AASHTO PCA

ServicialidadServicialidad, para mantener el , para mantener el servicio del pavimento según el servicio del pavimento según el tipo de tráfico. Es una medida tipo de tráfico. Es una medida

subjetiva que va de 0 a 5, subjetiva que va de 0 a 5, dónde 0 significa una condición dónde 0 significa una condición

intransitable y 5 excelente.intransitable y 5 excelente.

AASHTO recomienda valores AASHTO recomienda valores de 4.5 para el inicio de la vida de 4.5 para el inicio de la vida

del pavimento de concretodel pavimento de concreto

FatigaFatiga, para mantener los esfuerzos del , para mantener los esfuerzos del pavimento producidos por la acción pavimento producidos por la acción

repetida de las cargas, y con ello prevenir repetida de las cargas, y con ello prevenir la fatiga por agrietamiento.la fatiga por agrietamiento.

ErosiónErosión, para limitar los efectos de la , para limitar los efectos de la deflexión del pavimento en los bordes de deflexión del pavimento en los bordes de las losas, juntas y esquinas. Se previene las losas, juntas y esquinas. Se previene

bombeo, desnivel entre losas y deterioro de bombeo, desnivel entre losas y deterioro de las bermas.las bermas.

Metodologías de diseño clásicas

MÉTODO AASHTO 93, en su actual versión 93, originado en la prueba AASHO de fines de la década de los 50, y que ha sufrido varios cambios desde su versión inicial.

• MÉTODO PCA 84, en su versión de 1984, basado en conceptos mecanicistas.

• MEPDG 2008 (NCHRP – 1-37ª), con validez en USA, es un método de verificación que combina conceptos mecanicistas con la experiencia en el LTPP

• OPTIMIZACIÓN DE ESPESORES 2010, netamente mecanicista esta teniendo éxito en Chile y Centro América

Metodologías de diseño existentes

Fisuras de contracción por secado

¿Por qué juntas en el pavimento de concreto?

Fisuras por alabeo

¿Por qué juntas en el pavimento de concreto?

PAV EXISTENTE

PASAJUNTAS

LINEA GUIA

VACIADO

TEXTURIZADO

CORTADO

SELLADO

Tecnológica de Construcción

2.- Posición como diseñador y constructor


• El manual debe ser simple: servir como guía sin quitar al diseñador por su trabajo

• Debe ser justo: pavimentos equivalentes

• Conocer las limitaciones del medio: en cuánto tiempo nos nivelaremos con las calibraciones necesarias

• Debe ser el precursor para metodologías modernas de diseño

Posición como diseñador

• Cap 11: Materiales para pavimentos

• Cap 14: Pavimentos rígidos

• Cap 16: Comportamiento de pavimentos

Posición como diseñador

3.- Crítica constructiva


Observaciones generales

1.- Metodología aplicada AASHTO 93

1.1 ¿Es la única metodología disponible para diseño?

1.2 ¿Por cuánto tiempo más será válida?

1.3 ¿Es aplicable a los rangos establecidos en el proyecto de manual?

2.- Empleo de metodologías modernas de diseño: MEPDG 2008 y Losas Optimizadas

2.1 ¿Cuánto tiempo nos tomará calibrarlos al Perú?

2.2 ¿Es de fácil acceso?

3.- Empleo de ábacos

3.1 ¿Ábacos?

3.2 ¿Limitan el juicio y responsabilidad del diseñador?



1.1 ¿Es la única metodología disponible para diseño?

- Es simple y de fácil acceso, sin embargo existen diseñadores que aún no la dominan en el medio.

- Es con la que PROVIAS NACIONAL trabaja en la actualidad

- Sin embargo no es la única metodología disponible, la PCA 84 de corte mecanicista también lo es.



1.2 ¿Por cuánto tiempo más será válida?

- Según lo expresado por muchos entendidos del medio entre cinco y diez años

- Esto debido a que otros métodos no están calibrados, no tenemos las licencias del DARWIN ME, resistencia al cambio por parte de los diseñadores y entidades administradoras



1.3 ¿Es aplicable a los rangos establecidos en el proyecto de manual?

- El rango va desde 150,000 EE hasta 30 MM EE

- Volúmenes manejables de ESALS

• W 18, es la carga de tránsito

• Zr, es la confiabilidad, ahora se le conoce como R, trabaja como un factor de seguridad, maximizando el efecto del tránsito

• So, es la desviación estándar global

• D, es el espesor del pavimento

• Po – Pf, es la pérdida de serviciabilidad (nótese que se compara contra la variación de 4.2 – 1.5, que son los valores estimados de inicio y colapso del pavimento, respectivamente)

• Sc, es el módulo de rotura a flexotracción del concreto

• Cd, es el coeficiente de drenaje

• Ec es el módulo de elasticidad del concreto

• K, modulo de reacción de la subrasante

Ecuación 93

25.075.0

75.0

10

46.8

19

10

108210

/

38.709.051.1

132.109.032.022.4

)4.25(

1025.11

5.15.439.10)4.25(35.7

kEDxJ

DCMxLogP

D

x

PSILog

DLogSZWLog

c

dxrtOR

AASHO Road Test (finales de 1950´s)

(AASHO, 1961)

Carga vehicular en el año 1950

(AASHO, 1961)

Presión máx de llantas= 80 psi (5.5 kg/cm2 )

AASHTO Guía de diseño

AASHO Road Test

50+ millones

1.1 millones de repeticiones

Altos rangos estructurales de diseño y rehabilitación

Secciones estructurales limitadas

1 clima/2 años

Todos los climas / 20-50 años

1 juego de materiales

Nueva diversidad de materiales

¿Qué limitaciones AASHTO 93?

Limitaciones: Gran Extrapolación de Tráfico



2.1 ¿Cuánto tiempo nos tomará calibrarlos al Perú?

- MTC debe liderar el proyecto de implementación del MEPDG en el Perú

- Calibrar base climática

- Calibrar los modelos de deterioro: asfalto y concreto

- Por lo menos: 01 año para armar el proyecto y conseguir el presupuesto, 01 año para reunir información y verificar en campo y 01 año para trabajar la data: 03 años en el mejor de los casos

- Losas optimizadas tomaría menos



2.2 ¿Es de fácil acceso?

- En el caso del MEPDG trabaja con el DARWIN ME, versión oficial de AASHTO. Costo US$ 5,000 licencia x año

- No hay soporte, y resistencia al cambio por parte de las entidades administradoras y diseñadores

- En el caso de losas optimizadas se puede utilizar algún programa de elementos finitos para modelar la estructura y verificar los esfuerzos y deformaciones, ó utilizar la patente de TCP que ya tiene un software desarrollado y de bajo costo

- Si se emplea TCP, todavía no tiene soporte a gran escala en el Perú para los diseñadores. Se debe considerar la patente a pagar

Diseño MEPDG 2002 - 2010

PULG/MILLA M/KM

63.33 195.00 1.5

126.67 2158.33 2.5190.00 3221.67 3.5253.33 4285.00 4.5

3 a 6 mm

0.25 pulg. = 6 mm

IRI

ESCALONAMIENTO

Diseño MEPDG 2002 - 2010

• Por curvas de deterioro: losas 1.8 X 1.8 y 15 cm de espesor

• Reducción de 7 cm de espesor

• Capa de asfalto abierta sobre pavimento de concreto existente

• Fresado de asfalto existente• Colocación de dos carriles

(7.2 mts)• Corte delgado 2 mm, sin

sello• IRI < 2 m/km• En operación septiembre

2005

PTO. QUETZAL - ESCUINTLA

• Por curvas de deterioro: losas 1.8 X 1.8 y 22 cm de espesor

• Reducción de 8 cm de espesor

• Fresado de asfalto existente

• Colocación carril por carril debido a tráfico intenso

• Concreto de apertura rápida al tráfico

• Corte delgado 2 mm, sin sello

• Desgaste superficial

• En operación julio 2005

CUESTA DE VILLALOBOS

Experiencia Guatemala – Estuardo Herrera

Avenida El Salto (2003) – Chile- Primer pavimento demostrativo

- Uso de sierra de 2 mm

- Pavimento no sellado

METODOLOGÍA MECANICISTA

Metodología Mecanicista

1.- Para iguales tensiones (AASHTO 93) y losas convencionales, con LC y reducción de espesores

2.- LC sin pasadores, la transferencia de carga se logra por trabazón de agregados (2mm de corte)

3.- Sin sello (asegurar subbases no erosionables)



3.1 ¿Ábacos?

"El Manual presenta ilustraciones de catálogos que introducen al Ingeniero de Caminos en la temática de los caminos pavimentados y afirmados. En todos los casos la definición del diseño corresponden al Ingeniero Responsable" "El uso de catálogos en la forma presentada se utilizan en países con mayor desarrollo vial, y se fundamenta en que es una buena metodología del conocimiento de las superficies de rodadura pavimentadas y no pavimentadas, para ser utilizada en las diferentes redes viales del país"



3.2 ¿Limitan el juicio y responsabilidad del diseñador?

"Los catálogos deben tener carácter ilustrativo y referencial, en tal sentido el diseño tiene que ser realizado necesariamente por el Ingeniero Responsable" "La estructuras de pavimentos presentadas en los catálogos son ilustrativas y promueven el estudio de alternativas en cada caso. No deben sustituir la decisión del diseñador"

Observaciones específicas

Capítulo 11: URGENTE REVISAR LA PARTE DE CONCRETO

1.- Cuadro 11.1-22. Agua de Mezcla

En general es demasiado alto el desarrollo del concreto a 7 días. Estadísticamente está entre 75 y 85% de crecimiento a compresión a los 7 días. En el cuadro se coloca 90%

Ensayo Límites Método de ensayo

pH 5.5 – 8.5 NTP 339.073 Resistencia a compresión, mínimo, %

del control a 7 díasA 90 NTP 339.033 NTP 339.034

Tiempo De fraguado, desviación respecto al control, horas: minutosA

De 1 h más temprano a 1,5 h más tarde NTP 339.082



2.- Cuadro 11.1-25. Mirar las excepciones en ASTM C33. Por ejemplo en el caso de pasante de la malla 200 para agregado fino se especifica un 3% máximo, pero este valor se puede superar dependiendo de la naturaleza del fino, si es limo y no arcilla por ejemplo.Adicionalmente el ensayo de durabilidad es para ciclos de hielo y deshielo, como bien lo menciona el Manual después del cuadro 11.1-29. Lo mismo con el 11.1-30



3.- Cuadro 11.1-26. Esta bien, son husos granulométricos de la ASTM C33, podrían respetar la terminología poner huso en lugar de AG. Por otro lado el (**) comentado esta bien, pero sugiero sea en letras bien grandes, pues es una nota importantísima



4.- Reactividad, por experiencia puedo asegurar que muchos de los ensayos propuestos por la norma ASTM no son concluyentes para el RAS y pueden tomar mucho tiempo (01 año los más ajustados). Los acelerados son agresivos y pueden descartar una cantera que es buena y elevar el costo del proyecto. En este caso la experiencia de proyectos pasados y su comportamiento alcali - sílice debe ser mencionada como base para descartar dudas.5.- Hay incongruencias entre el cuadro 11.1.27, que dice que los ángeles debe estar por encima del 50% y 11.1.30 que menciona 40%6.- Cuadro 11.1.3 debe ver también el tema de sellos preformados



7.- Cuadro 11.1-32 Sobre la calidad de la mezcla de concreto, las tolerancia según ASTM C94 es 1 pulgadas para el caso de concreto con slump de 4 pulgadas que es el caso de los pavimentos. La industria concretera no asumirá nunca un nivel menor de aceptación, aunque sea aconsejable, porque no están obligados por norma, y por lo difícil que es alcanzar esos valores a escala industrial. Para llegar al slump deseado técnicas en obra deben ser utilizadas, como regulación o esperar a que el slump baje.

Característica Construcción Tolerancia

Asentamiento Encofrados fijosEncofrados deslizantes

+25 mm a -38 mm+13 mm a -38 mm

Aire Encofrados fijosEncofrados deslizantes

+1,8%+1,8%



8.- Cuadro 11.1-33 los valores deben ser MÍNIMOS, a fin de no descartar diseños que pueden ser en general más económicos utilizando mezclas de mayor resistencia

EE Compresión (Ensayo MTC E 704)

FlexoTracción (Ensayo MTC E 709)

< 5x106 280 kg/cm2 40 kg/cm2 5x106<EE<15x106 300 kg/cm2 42 kg/cm2

>15x106 350 kg/cm2 45 kg/cm2


Capítulo 14: Pavimentos rígidos

1.- Excelente el periodo de diseño mínimo de 20 años, pero esto debe exigirse también al asfalto.

2.- Sobre el tránsito:-< 150,000 es un camino no pavimentado-> 30´000,000 son casos extraordinarios no contemplados en los ábacos 3.- Cuadro 14.1.4 el valor de Pt de 3 como final es demasiado exigente. Podría usarse 2, 2.25 y 2.5 en todo caso 4.- El nivel de confiabilidad R de 95% es demasiado. No olvides que AASHTO 93 tiende a sobredimensionar espesores 5.- El caso de CBR < 6% indica en la página 14-7 que debe mejorarse el suelo o cambiarse, debe ser más específico



6.- Cuadro 14, 1-7 El cuadro indica valores sugeridos de MR. Corregir Mr y colocar MR, estoy de acuerdo pues puede haber confusiones con el Módulo Resiliente. Pero el cuadro debe decir valores mínimos recomendados, para dar algo de libertad al diseñador.

7.- El valor de J único debe ser mejorado. Es cierto que el 3.2 que significa una berma granular con pasadores y es la más usada, pero al usar ábacos con un J FIJO se descartan muchas posibilidades como el diseño de pavimentos sin pasadores, o el uso de bermas de concreto, que en ocasiones son más económicas pues juegan un rol en la disminución de espesores totales y globalmente pueden hacer más económico el proyecto.



Dejemos la libertad de no usar pasadores hasta un nivel de tránsito bajo dado (1 millón de ejes equivalentes, por ejemplo) Los J que propongo sean incluidos para los ábacos y diseño son: CASO 1: Berma Granular o Asfáltica (Soporte Lateral)Sin pasadores: 4.0Con pasadores: 3.2 Berma de Concreto hidráulicoSin pasadores: 3.8Con pasadores: 2.8 Con esto se reformula la tabla de J e incrementa el número de ábacos y nomogramas a presentar (para cada J de los 4 propuestos)



8.- Sobre las dimensiones de las losas: NO se contempla el espesor del pavimento para la tabla propuesta. PCA menciona que no se debe superar 20 a 24 veces el espesor de la losa como espaciamiento entre juntas transversales, además de 1.25 veces el ancho de carril.

Nota que por ejemplo si el espesor es de 15 cm y el carril de 3.6, la tabla 14.3.1 diría 4.5 metros de largo. Que puede ser incorrecto

Por otro lado el hecho de trabajar con pavimentos en altura, la experiencia Boliviana indica que se deben trabajar losas cortas con espesores de AASHTO y selladas.



9.- El empleo de juntas machihembrabas o llave es riesgoso, no lo colocaría en el manual para juntas longitudinales10.- Sobre las juntas de dilatación transversal, en general pueden descartarse, como bien indica el manual, pero se debe ser específico con las excepciones11.- Cuadro 14.3.3 La distribución de barras de amarre debe ser teniendo en cuenta no interferir con el trabajo de los pasadores. Es necesario anexar un detalle de esto12.- El 14.6 es muy limitado en cuanto a refuerzos WITHETOPPING.


Capítulo 16: Comportamiento

1.- El mismo problema del MEPDG, el HDM no está calibrado bajo condiciones locales.2.- No hay un desarrollo equitativo del comportamiento del pavimento de concreto con respecto al asfáltico.

Conclusiones

1.- Excelente iniciativa de crear nuestro primer manual de suelos y pavimentos2.- El uso de ábacos es ilustrativo y referencial, no exime al diseñador de su trabajo. Es ampliamente usado en varios países con excelentes resultados3.- El AASHTO 93 esta difundido en el medio y aún tiene vida de 5 a 10 años, aunque con limitaciones4.- El Manual debe indicar que se debe replantear el diseño con metodologías modernas MEPDG 2008, losas optimizadas, y dar un plazo de 05 años para calibrarlo y colocarlo5.- Los valores dan las pautas de diseño, “normalizan los criterios” para evitar errores6.- Es una oportunidad de normalización y el punto de partida de calibración de diseños modernos, que optimicen recursos

Exposicion Mario Becerra Manual Suelos y Pavimentos

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