J06-Edgardo Becker - Buenas Prácticas para la Construcción de Pavimentos de Hormigón

Buenas Prรกcticas para la Construcciรณn de Pavimentos de Hormigรณn Ing. Edgardo BECKER

Conferencia sobre

“Buenas Prácticas para la Construcción de Pavimentos de Hormigón” Temario •

Ejemplos de algunas alternativas de diseño…

•

Comparación de paquetes estructurales para duplicación de calzada

•

Diseños típicos para duplicación de calzada en hormigón

•

Algunos comentarios sobre pasadores…

•

Juntas aserradas…

•

Juntas constructivas…

•

Un par de consejos para mejorar el IRI…

•

¿Qué podemos hacer desde el diseño para “asegurar” la vida útil de un pavimento de hormigón?

•

Ensayos de caracterización y validación

Ejemplo de algunas alternativas de diseño…

Paquetes estructurales para duplicación de calzada: •

pavimento rígido: ∼ 63 x 106 ESALs

•

pavimento flexible: ∼ 48 x 106 ESALs

Tránsito estimado

alternativa clásica en hormigón

Edad de diseño: 25 años Tránsito: 63,2 x 106 ESALs

0.50

alternativa moderna en hormigón

Edad de diseño: 25 años Tránsito: 62,5 x 106 ESALs

alternativa de mínimo mantenimiento en asfalto

Edad de diseño: 25 años Tránsito: 48,7 x 106 ESALs

alternativa clásica con recapados periódicos en asfalto

Edad de diseño: 10 años Tránsito: 12,8 x 106 ESALs

PAVIMENTOS DE RUTAS, AUTOVÍAS y AUTOPISTAS

25 años

10 años

sin reparaciones mayores

hasta el 1er recapado

paquete estructural

0.65

0.71

0.58

0.56

comparación de los paquetes estructurales considerados “típicos”

PAVIMENTOS DE RUTAS, AUTOVÍAS y AUTOPISTAS evolución del deterioro e intervenciones necesarias 5 nivel de servicio inicial

Nivel de Servicio

obtenido por el constructor

4 3 nivel mínimo de servicio aceptable definido por el comitente

2 1 0 0

5

10

15

Tiempo de análisis [años] Fuente: E. Becker, 2014. Comparativa de alternativas para pavimentar una ruta (trabajo profesional).

20

25

PAVIMENTOS DE RUTAS, AUTOVÍAS y AUTOPISTAS evolución del deterioro e intervenciones necesarias 5 nivel de servicio inicial

Nivel de Servicio

obtenido por el constructor

4 3 nivel mínimo de servicio aceptable definido por el comitente

2 1 0 0

5

10

15

Tiempo de análisis [años] Fuente: E. Becker, 2014. Comparativa de alternativas para pavimentar una ruta (trabajo profesional).

20

25

PAVIMENTOS DE RUTAS, AUTOVÍAS y AUTOPISTAS evolución del deterioro e intervenciones necesarias 5 nivel de servicio inicial

Nivel de Servicio

obtenido por el constructor

4 3 nivel mínimo de servicio aceptable definido por el comitente

2 1 0 0

5

10

15

Tiempo de análisis [años] Fuente: E. Becker, 2014. Comparativa de alternativas para pavimentar una ruta (trabajo profesional).

20

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PAVIMENTOS DE RUTAS, AUTOVÍAS y AUTOPISTAS evolución del deterioro e intervenciones necesarias 5 nivel de servicio inicial

Nivel de Servicio

obtenido por el constructor

4 3 nivel mínimo de servicio aceptable definido por el comitente

2 1 0 0

5

10

15

Tiempo de análisis [años] Fuente: E. Becker, 2014. Comparativa de alternativas para pavimentar una ruta (trabajo profesional).

20

25

Ejemplo de algunas alternativas de diseño…

Diseños típicos para duplicación de calzada de hormigón

CONSTRUCCIÓN DE AUTOVÍAS CON PAVIMENTOS DE HORMIGÓN

OPCIÓN RECOMENDADA PARA DUPLICACIÓN DE CALZADA EXISTENTE

CONSTRUCCIÓN DE AUTOVÍAS CON PAVIMENTOS DE HORMIGÓN

OPCIÓN RECOMENDADA PARA DUPLICACIÓN DE CALZADA EXISTENTE

CONSTRUCCIÓN DE AUTOVÍAS CON PAVIMENTOS DE HORMIGÓN

OPCIÓN RECOMENDADA PARA DUPLICACIÓN DE CALZADA EXISTENTE

CONSTRUCCIÓN DE AUTOVÍAS CON PAVIMENTOS DE HORMIGÓN

OPCIÓN RECOMENDADA PARA DUPLICACIÓN DE CALZADA EXISTENTE

POTENCIALES INCONVENIENTES: •

Riesgo de fisuración transversal intermedia a las juntas en las banquinas debido a una relación de lados totalmente inconveniente

CONSTRUCCIÓN DE AUTOVÍAS CON PAVIMENTOS DE HORMIGÓN

OPCIÓN RECOMENDADA PARA DUPLICACIÓN DE CALZADA EXISTENTE

POTENCIALES INCONVENIENTES: •

Riesgo de fisuración transversal intermedia a las juntas en las banquinas debido a una relación de lados totalmente inconveniente

CONSTRUCCIÓN DE AUTOVÍAS CON PAVIMENTOS DE HORMIGÓN

OPCIÓN RECOMENDADA PARA DUPLICACIÓN DE CALZADA EXISTENTE

POTENCIALES INCONVENIENTES: •

Riesgo de reflexión de fisuras

CONSTRUCCIÓN DE AUTOVÍAS CON PAVIMENTOS DE HORMIGÓN

OPCIÓN RECOMENDADA PARA DUPLICACIÓN DE CALZADA EXISTENTE

POTENCIALES INCONVENIENTES: •

Riesgo de reflexión de fisuras

CONSTRUCCIÓN DE AUTOVÍAS CON PAVIMENTOS DE HORMIGÓN

OPCIÓN RECOMENDADA PARA DUPLICACIÓN DE CALZADA EXISTENTE

POTENCIALES INCONVENIENTES: •

Riesgo de reflexión de fisuras

La potencial reflexión se evita aislando convenientemente las juntas intermedias…

CONSTRUCCIÓN DE AUTOVÍAS CON PAVIMENTOS DE HORMIGÓN

ALTERNATIVA CON BANQUINA EXTERNA DE ASFALTO PARA DUPLICACIÓN DE CALZADA EXISTENTE

POTENCIALES INCONVENIENTES: • • • •

Difícil materialización de la junta asfalto-hormigón Dificultosa compactación del asfalto adyacente a la losa de hormigón Necesidad de mantenimiento permanente de la junta asfalto-hormigón Alto riesgo de infiltración de agua en la junta asfalto-hormigón

CONSTRUCCIÓN DE AUTOVÍAS CON PAVIMENTOS DE HORMIGÓN

ALTERNATIVA CON BANQUINAS EXTERNA E INTERNA DE ASFALTO PARA DUPLICACIÓN DE CALZADA EXISTENTE

POTENCIALES INCONVENIENTES: • • • • •

Difícil materialización de las juntas asfaltohormigón Dificultosa compactación del asfalto adyacente a la losa de hormigón Necesidad de mantenimiento permanente de las juntas entre asfalto y hormigón Alto riesgo de infiltración de agua en las juntas asfalto-hormigón Muy baja productividad en la ejecución de la banquina interna

CONSTRUCCIÓN DE AUTOVÍAS CON PAVIMENTOS DE HORMIGÓN

Junta abierta que favorece el ingreso de agua

Foto: ICPA, 2008. Obtenida de la presentación sobre Construcción de Pavimentos de Hormigón realizada por Marcelo Dalimier en las Jornadas de Actualización Técnica realizada en la ciudad de Córdoba, Argentina, el 20/11/2008.

Algunos comentarios sobre pasadores‌

Fuente: E. Becker, 2014. Informe tĂŠcnico sobre paso de rueda sobre junta con pasadores de pavimento con suelo deformable.

Fuente: E. Becker, 2014. Informe tĂŠcnico sobre paso de rueda sobre junta con pasadores de pavimento con suelo deformable.

Fuente: E. Becker, 2014. Informe tĂŠcnico sobre paso de rueda sobre junta con pasadores de pavimento con suelo deformable.

Fuente: E. Becker, 2014. Informe tĂŠcnico sobre paso de rueda sobre junta con pasadores de pavimento con suelo deformable.

Fuente: E. Becker, 2014. Informe tĂŠcnico sobre paso de rueda sobre junta con pasadores de pavimento con suelo deformable.

Influencia del DBI (dowel bar inserter o insertor automático de pasadores)

Foto: E. Becker, 19/03/2009. Tramo experimental para Ruta Nacional N°14, tramo 2, sección II (Colón, Entre Ríos)

Influencia del DBI (dowel bar inserter o insertor automático de pasadores)

Foto: J. C. Balestro, 23/04/2009. Testigo de tramo experimental para Ruta Nacional N°14, tramo 2, sección II (Colón, Entre Ríos) ejecutado el 19/03/2009.

Colocación con canastos (pasadores en espera) Sin DBI, colocación con canastos

Foto: G. Cuaroni, 2013 Fuente: G. Cuaroni, 2013. Fotografías utilizada con fines didácticos. La obra no se informa para preservar la confidencialidad entre el cliente y el asesor.

Juntas aserradas…

¿cuánto se abren? ¿sellar o no sellar?

Apertura de juntas ancho de aserrado + De

ancho de aserrado

De

De = ( 1 - krestr ) . L . [ CET . ( T0 – Ti ) + ecs ] donde:

De : apertura de la junta krestr : coeficiente de restricción L : separación entre juntas (longitud de la losa) CET : coeficiente de expansión térmica del hormigón T0 : temperatura del hormigón durante la construcción o el sellado* Ti : temperatura del hormigón en servicio ecs : contracción por secado del hormigón en servicio

Apertura de juntas previstas en invierno para construcción en verano 3 mm + De

3 mm

whitetopping losas pequeñas

De

De = ( 1 - krestr ) . L . [ CET . ( T0 – Ti ) + ecs ] donde:

De = 0,089 mm + 0,20 . ecs . L krestr = 0,80

De = 0,45 mm + ecs . L krestr = 0,00

L = 1.800 mm

L = 1.800 mm

CET = 9,9 x 10-6 ºC-1 T0 = 30ºC

CET = 9,9 x 10-6 ºC-1 T0 = 30ºC

Ti = 5ºC ecs : ver gráfico de evolución

Ti = 5ºC ecs : ver gráfico de evolución

Estimación de contracción por secado del pavimento de RN3 (Uy) eca (t)

ecd (t)

eca + ecd

900

[ µe]

[ µe]

[ µe]

800

0 3 7 13 18 24 27 29 29 29 29 29

0 15 62 146 218 355 510 618 663 705 740 758

0 17 69 159 236 379 537 646 692 734 769 787

Drying Shrinkage Strain [µe]

t t [days] [years] 7 0.0192 14 0.0385 28 0.0769 56 0.1538 91 0.25 182 0.5 364 1 728 2 1092 3 1820 5 3640 10 7280 20

700 600 500 400

Dry Shrinkage Strain

300

Autogenous Shrinkage

200

Autogenous Shrinkage + Dry Shrinkage

100 0 0

5

10

15

Age [years]

400 Drying Shrinkage Strain [µe]

Dry Shrinkage Strain Autogenous Shrinkage

300

Autogenous Shrinkage + Dry Shrinkage 200

100

0 0

28

56

84 Age [days]

Fuente: E. Becker, 2018.

112

140

168

20

Sellado de juntas en pavimentos convencionales 6 mm + De

6 mm (mínimo)

De

De = ( 1 - krestr ) . L . [ CET . ( T0 – Ti ) + ecs ] donde:

De = 0,22 mm + 0,20 . ecs . L krestr = 0,80

De = 1,24 mm + ecs . L krestr = 0,00

L = 4.500 mm

L = 4.500 mm

CET = 9,9 x 10-6 ºC-1 T0 = 30ºC

CET = 9,9 x 10-6 ºC-1 T0 = 30ºC

Ti = 5ºC ecs : ver gráfico de evolución

Ti = 5ºC ecs : ver gráfico de evolución

Fuente: Ing. Diego Calo, 2017. ICPA. Presentaciรณn sobre Reparaciรณn y Mantenimiento de Pavimentos de Hormigรณn.

Influencia del CET sobre la probabilidad de fisuraciĂłn de losas de pavimento

Cantidad de losas fisuradas [%]

100

50

0

cantidad aceptable

4

5

6

7

8

9

10

11 12 13 14

CET del hormigón [x 10-6 1/°C]

15

16 17

Juntas constructivas…

¿un problema sin solución?

Fin de jornada

JUNTA CONSTRUCTIVA

Foto: ICPA

Foto: ICPA

¿Son iguales a las juntas de contracción?

Foto: ICPA

Foto: ICPA

Influencia de las Juntas Constructivas alabeo constructivo

Las juntas que finalmente trabajan como de contracción son las que más se “abren”

Influencia de las Juntas Constructivas tendencia al desportillado

junta de contracción aserrada

junta constructiva

Comparación del estado típico de juntas de contracción y constructiva de un pavimento de hormigón luego de unos años de uso.

Fuente: E. Becker & G. Cuaroni, 07/07/2011. RP6 (GBA, Argentina)

Influencia de las Juntas Constructivas tendencia al desportillado

Detalle del estado de una junta constructiva en un homecenter luego de un par de aĂąos de uso.

Fuente: E. Becker, 2014.

Influencia de las juntas constructivas Recomendación de juntas constructivas en pisos industriales

Junta “cerrada”

Detalle típico de acorazado de juntas constructivas para pisos industriales.

Fuente: E. Becker, 2012. Seminario sobre Pisos Industriales.

Junta “abierta”

Fin de jornada

JUNTA CONSTRUCTIVA

Foto: ICPA

Foto: ICPA

Foto: ICPA

Foto: ICPA

Influencia de las juntas constructivas Recomendación de juntas constructivas en pisos industriales

¿Podemos hacer lo mismo en pavimentos?

Junta “cerrada”

Detalle típico de acorazado de juntas constructivas para pisos industriales.

Fuente: E. Becker, 2012. Seminario sobre Pisos Industriales.

Junta “abierta”

Influencia de las juntas constructivas JUNTAS INDUSTRIALIZADAS

hierros redondos de 10 mm x 100 mm cada 250 mm para anclaje en el hormigón

perfil de acero de 10 mm de ancho con huecos para anclaje

sistema de fijación

”bolsillo” para posicionar la placa y permitir el movimiento horizontal de las losas

pasador en forma de placa para transferencia de esfuerzos entre losas contiguas

molde metálico perdido

Ejemplo de juntas constructivas industrializadas que se encuentran comercialmente disponibles en algunos mercados desarrollados.

Fuente: catálogo Permaban®, http://www.permaban.com

Un par de consejos para mejorar el IRI‌

ALTERNATIVA CON PLANTA FIJA (UBICACIÓN ÚNICA PARA TODA LA OBRA)

UBICACIÓN DE PLANTA

Distancia máxima de transporte = 18 km Velocidad de avance pavimentadora = 1 ml/minuto Volumen de hormigón necesario = 100 m3/h Cantidad de camiones = Tiempo de transporte = Pérdida de asentamiento = Ubicación de la Planta Elaboradora de Hormigón

• • • •

Mínimo (cerca de la Planta) = 3 u Máximo (lejos de la Planta) = 16 u Mínimo (cerca de la Planta) = 5 min Máximo (lejos de la Planta) = 30 min

• Mínimo (cerca de la Planta) = 1 cm • Máximo (lejos de la Planta) = 6 cm

ALTERNATIVA CON PLANTA MÓVIL CON 1 MOVIMIENTO

UBICACIÓN DE PLANTA

Distancia máxima de transporte = 12 km Velocidad de avance pavimentadora = 1 ml/minuto Volumen de hormigón necesario = 100 m3/h Cantidad de camiones = Tiempo de transporte = Ubicación 1 de la Planta Elaboradora de Hormigón

Pérdida de asentamiento =

• • • •

Mínimo (cerca de la Planta) = 3 u Máximo (lejos de la Planta) = 11 u Mínimo (cerca de la Planta) = 5 min Máximo (lejos de la Planta) = 20 min

• Mínimo (cerca de la Planta) = 1 cm • Máximo (lejos de la Planta) = 3 cm

Ubicación 2 de la Planta Elaboradora de Hormigón

ALTERNATIVA CON PLANTA MÓVIL CON 2 MOVIMIENTOS

UBICACIÓN DE PLANTA

Distancia máxima de transporte = 6 km Velocidad de avance pavimentadora = 1 ml/minuto Volumen de hormigón necesario = 100 m3/h Cantidad de camiones = Ubicación 1 de la Planta Elaboradora de Hormigón

Tiempo de transporte = Pérdida de asentamiento =

• • • •

Mínimo (cerca de la Planta) = 3 u Máximo (lejos de la Planta) = 6 u Mínimo (cerca de la Planta) = 5 min Máximo (lejos de la Planta) = 10 min

• Mínimo (cerca de la Planta) = 1 cm • Máximo (lejos de la Planta) = 2 cm

Ubicación 2 de la Planta Elaboradora de Hormigón

Ubicación 3 de la Planta Elaboradora de Hormigón

TIEMPOS DE FRAGUADO

Fuente: E. Becker, 2009. El presente gráfico es una reproducción parcial de un informe técnico considerado confidencial.

Determinación de los tiempos de transporte

PÉRDIDA DE ASENTAMIENTO EN EL TIEMPO

Fuente: E. Becker, 2009. El presente gráfico es una reproducción parcial de un informe técnico considerado confidencial.

Determinación de los tiempos de transporte

Si la mezcla es fluida, el hormigรณn tiende a deslizarse en pendiente

INFLUENCIA DEL ASENTAMIENTO SOBRE LA RUGOSIDAD 3,75

3,50

As = 7 cm

3,25

IRI [m/km]

3,00

carril externo

2,75 2,50

carril interno

2,25 2,00 1,75 460

465

470

475

Progresiva [km]

480

485

490

INFLUENCIA DEL ASENTAMIENTO SOBRE LA RUGOSIDAD 3,75

3,50

As = 3 cm

3,25

IRI [m/km]

3,00 2,75 2,50

carril externo carril interno

2,25 2,00 1,75 220

225

230

235

Progresiva [km]

240

245

250

INFLUENCIA DEL ASENTAMIENTO SOBRE LA RUGOSIDAD 3,75

3,50

As = 3 cm Vs. As = 7 cm

3,25

IRI [m/km]

3,00 2,75 2,50

carril externo carril interno

2,25 2,00 1,75

Progresiva [km]

INFLUENCIA DEL ASENTAMIENTO SOBRE LA RUGOSIDAD 3,75

3,50

As = 3 cm Vs. As = 7 cm

3,25

IRI [m/km]

3,00 2,75 2,50

carril externo carril interno

2,25 2,00 1,75

Progresiva [km]

INFLUENCIA DE LA RUGOSIDAD SOBRE EL PSI (Present Serviceability Index)

PSI = 5,03 – log (1-SV) – 1,38 (RD)2 – 0,01 (C+P)1/2 PSI: the present serviciability index witch is a stadistical estimate of the mean of the present servicialility rating given by the panel.

SV: slope variance over section from CHLOE profilometer (slope variance was an early roughness measurement)

RD: mean rut depth (in) → flexible C: cracking (ft/1000ft2 P: patchering (ft2/1000 ft2)

Foto: ICPA

Sobreanchos de base

APOYO CONFIABLE

Foto: ICPA

Sobreanchos de base

APOYO CONFIABLE

Foto: ICPA

Sobreanchos de base

APOYO CONFIABLE

¿Qué podemos hacer desde el diseño para aumentar la vida útil de un pavimento de hormigón?

Tendencias desde el diseño para obtener la mayor durabilidad del pavimento Variables a maximizar

Variables a minimizar

•

confiabilidad

•

valor del desvío estándar, ZR

•

módulo de reacción, k

•

pérdida de valor soporte, LS

•

espesor de la losa, D

•

deterioro previsto, DPSI

•

resistencia, S’c

•

coeficiente de transferencia, J

•

coeficiente de drenaje, Cd

•

módulo de elasticidad, Ec

•

valor inicial de PSI, p0

•

coeficiente de expansión térmica, CET

•

rigidización de bordes

• complejidad constructiva

• facilidad constructiva Tener en cuenta que todas las variables deben ser compatibles con la disponibilidad local de materiales y condiciones ambientales.

ENSAYOS DE CARACTERIZACIÓN • Con los resultados de ensayos de caracterización, previo a la iniciación de los trabajos de pavimentación se deben realizar las siguientes acciones: •

Verificar que los valores de las variables utilizadas en el diseño (MR, Ec y CET entre otras resulten similares a las obtenidas sobre la mezcla a utilizar en obra)

•

De surgir diferencias, se deberá verificar si éstas justifican alguna modificación del diseño (*)

•

Verificar mediante una modelación (a través de HiperPAV u otra herramienta) que las condiciones de obra resulten compatibles como controlar el riesgo de fisuración temprana del hormigón.

(*) esto puede afectar las condiciones del contrato.

ENSAYOS DE CARACTERIZACIÓN

MADUREZ DEL HORMIGÓN

Fuente: E. Becker, 2008. “ Curso Clarín: Hormigón para Arquitectos”, módulo 2: “Curado del Hormigón”

ENSAYOS DE CARACTERIZACIÓN

CET – COEFICIENTE DE EXPANSIÓN TÉRMICA

Fuente: Peter C. Taylor, Steven H. Kosmatka, Gerald F. Voigt, et al., 2006. “Integrated Materials and Construction Practices for Concrete Pavement: A State-of-the -Practice Manual”, FHWA.

ENSAYOS DE CARACTERIZACIÓN

Módulo de Elasticidad estático [GPa]

Ec – MÓDULO DE ELASTICIDAD 50,0 y = 13,675x0,2981 R² = 0,8131

45,0 40,0 35,0

y = 11,879x 0,296 R² = 0,9432

30,0 25,0 20,0 0

20

40

60

Resistencia Compresión [MPa]

Determinación de Ec según ASTM C469-94 Fuente: E. Becker & G. Fornasier, 2003. “Influencia del tipo de agregado sobre el módulo de elasticidad del hormigón”, 2 do Seminario de Discusión sobre el Proyecto de Reglamento CIRSOC 201-2 002. Buenos Aires, 13 y 14/11/2003.

80

TENDENCIA A LA FISURACIÓN

ENSAYOS DE CARACTERIZACIÓN

AASHTO T 334-08 Standard Method of Test for Estimating the Cracking Tendency of Concrete

Foto: CTL Group

Fuente: ASTM C 1581-04: Standard Test Method for Determining Age at Cracking and Induced Tensile Stress Characteristic of Mortar and Concrete under Restrained Shrinkage.

RESUMIENDO… • La construcción de pavimentos con TAR requiere: • •

• • • • • • •

Adecuada logística de abastecimiento (materias primas y hormigón) Rendimientos acordes en todas las etapas de la obra (construcción de base, elaboración de hormigón, transporte de hormigón, colocación, compactación, terminación, protección, curado y aserrado) Mezcla de hormigón de características adecuadas (resistencia, trabajabilidad, contracción, temperatura, fraguado, etc.)

Condiciones climáticas favorables o, al menos, “controladas” Equipos en buen estado de conservación y funcionamiento Personal entrenado en la construcción Personal entrenado en el control de calidad Profesionales con alto grado de conocimiento en la tecnología (incluye manejo de las variables y su influencia sobre los potenciales problemas) Y, además y muy importante,…

una ingeniería financiera que haga posible todo lo demás

CONSIDERACIONES FINALES TODAS las variables inciden sobre el desempeño de un pavimento.

Consecuentemente, será responsabilidad de los involucrados en el proyecto cuidar que las mismas se mantengan en valores razonables.

Los proyectos deben ser realizados por Ingenieros adecuadamente formados y capacitados para la tarea.

Las empresas constructoras, no se pueden desentender de su responsabilidad sobre el resultado de sus obras por lo que, antes de comenzar la construcción, deben realizar una revisión total del proyecto y, si encuentran inconsistencias, realizar las observaciones y cambios necesarios.

Por último y no menos importante, las INSPECCIONES deben tener el conocimiento necesario para evaluar estos cambios y TOMAR las mejores DECISIONES.

ยกGRACIAS!!!! edgardo.becker@hotmail.com ebecker@intercement.com