Innovaciones en Pavimentos de Hormigón y su uso en Caminos Básicos

Innovaciones en Pavimentos de Hormigón y su uso en Caminos Básicos Víctor Rocco Herrera

CAMINOS BÁSICOS Caminos que por su bajo tránsito deberían esperar muchos años para su pavimentación Los Caminos Básicos persiguen obtener, entre otros, los siguientes beneficios a los usuarios: • Proveer una superficie de rodadura confortable de mayor durabilidad que la tradicional.

• Disminuir o eliminar el polvo generado por los vehículos.

• Brindar una mejor calidad de vida a la gente que habita en los sectores rurales.

• Eliminar el efecto nocivo del polvo a los cultivos aledaños al camino.

• Bajar la cantidad de intervenciones de conservación.

• Menores efectos sobre el ambiente (menor extracción periódica de áridos).

• Crear condiciones propicias para el desarrollo local. (*)

CAMINOS BÁSICOS INTERMEDIOS Se define además, otra tipología llamada Caminos Básicos Intermedios (CBI), que corresponden a obras que persiguen los mismos beneficios mencionados anteriormente, sólo que dadas sus características precarias, es necesario ejecutar algunas obras de mejoramiento en las componentes de geometría, estructura, saneamiento y/o seguridad vial. (*)

Los CBI son caminos de bajo tránsito que reciben una solución de pavimento del tipo capa de protección asfáltica, concreto asfáltico u hormigón delgado, sin embargo, necesariamente deben considerar la ejecución de obras en la plataforma. (*) (*) Instructivo Postulación Caminos Básicos Intermedios DV año 2014

LOSAS DE HORMIGÓN CON GEOMETRÍA OPTIMIZADA ULTRADELGADAS CON FIBRA • Desde el año 2005, se incorporó una nueva metodología de diseño de pavimentos de hormigón, optimizando la geometría de la losa.

• Estas son de un espesor menor a las losas diseñadas con métodos tradicionales.

• Esto se logra tomando en consideración la geometría de los ejes de los vehículos (cargas) y su interacción con la losa.

• Junto con esto, se incluyó una nueva materialidad en cuanto al hormigón, incorporando el uso de fibra.

LOSAS DE HORMIGÓN CON GEOMETRÍA OPTIMIZADA ULTRADELGADAS CON FIBRA • Las fibras mejoran la capacidad estructural del pavimento y logra reducir aún más los espesores.

• Otorgan un mejor comportamiento durante la vida útil en la etapa post-agrietamiento.

• Además, permite controlar la fisuración por asentamientos, debido a posibles heterogeneidades en la superficie de apoyo de la losa de hormigón, como podría ser la base o un pavimento granular existente con una mínima intervención del camino.

LOSAS DE HORMIGÓN CON GEOMETRÍA OPTIMIZADA ULTRADELGADAS CON FIBRA Se desarrolló una variante de los pavimentos de geometría optimizada, que son los pavimentos llamados ultra delgados (U-TCP) los cuales tienen las siguientes características: • De Bajo Tránsito (10.000 EE hasta 500.000 EE).

• El hormigón tiene fibra estructural.

• Se colocan directo sobre la plataforma o camino existente.

• Espesores de las losas entre 6 y 12 cm.

LOSAS DE HORMIGÓN CON GEOMETRÍA OPTIMIZADA ULTRADELGADAS CON FIBRA RESISTENCIA RESIDUAL

• Cuando el hormigón soporta esfuerzos que superan su resistencia a la tracción y este se encuentra reforzado con fibras, por efecto de la adherencia de las fibras a la pasta de cemento, controlan y reducen la fisuración otorgando a la vez un aumento de la tenacidad del hormigón

• Resistencia residual es la capacidad de carga en el ensayo a la flexotracción con carga en los tercios para alcanzar una deformación o flecha, de L/150 o de 3 mm si L=450 (ASTM C-1609.)

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Actualmente se exige mínimo R=1,2 MPa.

LOSAS DE HORMIGÓN CON GEOMETRÍA OPTIMIZADA, ULTRADELGADAS CON FIBRA BASES DEL DISEÑO

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El software de diseño es un programa desarrollado especialmente para pavimentos con juntas transversales espaciadas entre 1,4 y 2,3 metros.

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Este programa calcula el daño en el pavimento, simulando distintos niveles de carga y propiedades de la losa de hormigón.

• Calcula porcentaje de losas agrietadas en el tiempo, según tres mecanismos de falla, falla transversal, longitudinal y de esquina en el pavimento.

• Calcula escalonamiento en la junta transversal del pavimento, a través de un modelo de diferencial de energía y estima el índice de rugosidad internacional (IRI) del pavimento en el tiempo.

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Permite diseñar pavimentos reforzados con fibra.

• Permite evaluar una cierta estructura o iterar hasta encontrar el espesor mínimo que cumple un cierto umbral máximo de daño.

• Viene incorporado con base de datos climáticos de Chile.

LOSAS DE HORMIGÓN CON GEOMETRÍA OPTIMIZADA ULTRADELGADAS CON FIBRA SECTORES DE PRUEBA INICIALES RAZONES PARA CONSIDERAR LAS LOSAS ULTRADELGADAS ADECUADAS COMO SOLUCIÓN PARA CAMINOS BÁSICOS • Prueba realizada en la Universidad de Illinois años 2008-2009, en que por primera vez se probó una solución de pavimento de losas optimizadas con fibra.

• Ensayo acelerado, llamado ATLAS (Accelerated Transportation Loading Assembly) • En este ensayo se compararon losas de geometría similar, de igual espesor de 3,5 “(9 cm) en un tramo con fibras y otro sin fibras.

LOSAS DE HORMIGÓN CON GEOMETRÍA OPTIMIZADA ULTRADELGADAS CON FIBRA SECTORES DE PRUEBA INICIALES ACCESO A CONSTRUCCION CLÍNICA DE LOS ANDES 2012

• La segunda experiencia en pavimentos de bajo espesor y con fibra, fue durante la construcción de la Clínica de la Universidad de los Andes.

• Por las pendientes, requería pavimentar la salida provisoria de los camiones de movimiento de tierra y de hormigón, utilizados para la construcción.

• Consistió́ en un pavimento de 8 cm de espesor promedio, colocado directamente sobre el corte realizado al cerro.

• El material característico del cerro es un Limo arcilloso, con un CBR 15% aproximadamente.

• El hormigón fue un HF 4,8(80) 40- 8, al cual se le incorporaron 2,5 kg de fibra sintética.

LOSAS DE HORMIGÓN CON GEOMETRÍA OPTIMIZADA ULTRADELGADAS CON FIBRA SECTORES DE PRUEBA INICIALES PRUEBA PLANTA CEMENTOS BÍO BÍO

• Prueba Planta Cementos Bío Bío • El segundo semestre del año 2012, se realizó una prueba de pavimentos ultradelgados, en la planta de hormigones de Ready Mix, en Quilicura.

• Dicha prueba consistió́ en un pavimento de un largo de 70 metros, dividido en 4 subtramos de 14 metros, según el siguiente esquema:

• El hormigón tenia 4,8 MPa de resistencia a la flexotracción con 80% de nivel de confianza, la Subrasante tenía una capacidad de soporte del orden de 10% promedio, no se colocó base, solo se compactó.

LOSAS DE HORMIGÓN CON GEOMETRÍA OPTIMIZADA ULTRADELGADAS CON FIBRA SECTORES DE PRUEBA INICIALES PRUEBA BROTEC-ICAFAL CONDOMINIO ALTOS DE LAMPA • El año 2012 se realizó otra prueba de pavimentos a la entrada de la construcción del condominio en la comuna de Lampa.

Se ejecutaron 75 metros que consistieron en dos subtramos de 8cm y un subtramo de 10 cm de espesor, sobre una base de 15 cm CBR>80%. Además, se colocó en una de las sección de 8 cm, un mejoramiento de 35 cm CBR 20%. En total circularon aproximadamente 27.500 Ejes Equivalentes.

Condominios Altos de Lampa

PRUEBA EL TREBAL ( POLPAICO): • Al año 2013 se construyó una prueba que consistió en un pavimento de diferentes espesores, a la salida de la planta de áridos de Polpaico, en el sector El Trebal

El Trebal

• El tramo tuvo una longitud de 126 metros con espesores entre los 6 y 8 cm con fibra y de 12 y 14 cm sin fibra. Las losas tuvieron dimensiones de 1,7 metros de ancho por 1,8 metros de largo. En total circularon aproximadamente 10.761 Ejes Equivalentes

LOSAS DE HORMIGÓN CON GEOMETRÍA OPTIMIZADA ULTRADELGADAS CON FIBRA CAMINOS CON PAVIMENTO DE HORMIGÓN ULTRA DELGADO • Con la información recolectada de los proyectos anteriores, se debía verificar si para esta condición extrema, (pavimentos ultradelgados y con fibra), el software puede predecir el comportamiento dada una calibración global.

• El programa de diseño, debe cumplir dos condiciones.

• 1.- Que calcule con exactitud el daño acumulado en el pavimento en términos de fatiga del material . Este daño se obtiene mediante las diferentes tensiones a las que está sometido el pavimento, las que se van sumando en el tiempo, obteniéndose un daño por fatiga del material.

• 2.-La segunda condición es que el programa este calibrado según resultados de experiencias reales . En esta parte es donde cobran vital relevancia las pruebas mostradas anteriormente, lo cual permite relacionar el daño por fatiga del pavimento, con el daño visible que en este caso son grietas en el pavimento.

• Estas experiencias se utilizaron para calibrar el software de diseño, donde se pudo corroborar que este es capaz de predecir con poca dispersión con respecto al total de muestras utilizadas para la calibración, el comportamiento de los ultradelgados, incluso en espesores de 6 cm y con fibra.

• Para los caminos básicos y básicos intermedio, se planteó la premisa que su vida útil estaría considerada cuando se llegue a un agrietamiento del 50%. Lo anterior considerando que en la mayoría de ellos no hay antecedentes de TRÁNSITO, ni antecedentes de LA CAPACIDAD DE SOPORTE DEL SUELO.

LOSAS DE HORMIGÓN CON GEOMETRÍA OPTIMIZADA ULTRADELGADAS CON FIBRA CAMINOS CON PAVIMENTO DE HORMIGÓN ULTRA DELGADO MAHUIDANCHE MISION INGLESA Región de la Araucanía 2012

• Tramo de 600 metros. Este pavimento tiene un perfil trapezoidal con un espesor de 9 cm en el eje central de la calzada y 11 cm en el eje externo de la calzada.

• El hormigón que se utilizó fue H-40(90) 40 a los 28 días con fibra, con una resistencia residual de 1 MPa, según norma ASTM 1609-07.

• El camino existente era una plataforma de material granular de al menos 40 cm de espesor, de mucha antigüedad.

• La Subrasante se estima del orden de CBR15% en promedio

LOSAS DE HORMIGÓN CON GEOMETRÍA OPTIMIZADA ULTRADELGADAS CON FIBRA CAMINOS CON PAVIMENTO DE HORMIGÓN ULTRA DELGADO Ruta G 84 Región de Valparaíso 2013

• Tramo de 500 m en un contrato con DTS. • Se pavimentó directamente sobre la plataforma existente de maicillo.

• Espesor pavimento 10 cm.

Fotografía año construcción 2013

Fotografía Septiembre 2016 Fotografía Sept 2022

• Hormigón H 35 con 2,5 Kg de fibra resistencia residual de 1 MPa. • Losas de 1,75 x 1,75 m.

Fotografía Septiembre 2022

LOSAS DE HORMIGÓN CON GEOMETRÍA OPTIMIZADA ULTRADELGADAS CON FIBRA CAMINOS CON PAVIMENTO DE HORMIGÓN ULTRA DELGADO Ruta P 46 Sara de •Lebu Pangue del BíoBío 2016 Contrato deRegión 9000 m.

• Espesor pavimento 8 cm.

• Losas de 1,75 x 1,75 m.

• Seguimiento en Agosto del 2020 agrietamiento estimado 14%

Construcción 2016

Fotografía Agosto 2020

Fotografía Agosto 2020

LOSAS DE HORMIGÓN CON GEOMETRÍA OPTIMIZADA ULTRADELGADAS CON FIBRA CAMINOS CON PAVIMENTO DE HORMIGÓN ULTRA DELGADO Ruta X 731 Acceso a Bahía Murta Región de Aysén 2016 • Contrato de 4400 m.

• Espesor pavimento 8 cm.

• Se pavimentó directamente sobre la plataforma existente. (MR=68 MPa) • Espesor pavimento 10 cm.

• Hormigón H 35 con 2,5 Kg de fibra resistencia residual de 1 MPa. • Losas de 1,75 x 1,75 m.

LOSAS DE HORMIGÓN CON GEOMETRÍA OPTIMIZADA ULTRADELGADAS CON FIBRA CONSTRUCCIÓN DEL PAVIMENTO Ejemplo Cuesta el Colo Región del BíoBío 2017

LOSAS DE HORMIGÓN CON GEOMETRÍA OPTIMIZADA ULTRADELGADAS CON FIBRA ÁBACOS DE DISEÑO •

De acuerdo con lo medido en proyectos de pavimentos de hormigón ultra delgados, que van desde el año 2012 al 2018, se ha demostrado que este Software es capaz de predecir con dispersiones bajas el comportamiento de los pavimentos de espesores delgados entre 8 y 12 cm.

• Se consideró crear ábacos de diseño que se obtuvieron a través de varios diseños realizados, con las siguientes entradas : • Resistencia a la Compresión 35 MPa. • Resistencia Residual de la Fibra 1 MPa (ASTM 1609) • Para introducir los datos de clima, según la clasificación de zona escogida, se tomaron distintos valores de Gradiente Equivalente de Construcción, Temperatura Media de Invierno, Temperatura Media de Verano y Temperatura de Fraguado del Hormigón

LOSAS DE HORMIGÓN CON GEOMETRÍA OPTIMIZADA ULTRADELGADAS CON FIBRA A MODO DE EJEMPLO, SE INCLUYEN DOS ÁBACOS DE DISEÑO DE PAVIMENTO SOBRE PLATAFORMA EXISTENTE EN LA ZONA NORTE Y EN LA ZONA CENTRAL DE CHILE.

Ábaco de diseño de pavimento sobre plataforma existente zona Norte.

Ábaco de diseño de pavimento sobre plataforma existente zona Central.

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