J09-Jaime Retamal - Experiencias e Innovaciones en el Uso de Pavimentos de Hormigón en la DV del MOP

Experiencias e Innovaciones en el Uso de Pavimentos de Hormigón en la Dirección de Vialidad del Ministerio de Obras Públicas Dirección de Vialidad

TEMARIO • Clasificación de los caminos en Chile • Experiencia de la Dirección de Vialidad en Pavimentos de Hormigón en la Región de Magallanes

• Innovaciones en Pavimentos de Hormigón • Selección de Alternativas de Solución

• Conclusiones y Comentarios Finales

TEMARIO • Clasificación de los caminos en Chile • Experiencia de la Dirección de Vialidad en Pavimentos de Hormigón en la Región de Magallanes

• Innovaciones en Pavimentos de Hormigón • Selección de Alternativas de Solución

• Conclusiones y Comentarios Finales

CLASIFICACIÓN ADMINISTRATIVA DE LOS CAMINOS

Fuente: Tabla 2.101.102.A, Volumen N°2 del Manual de Carreteras, Ed. 2019

TEMARIO • Clasificación de los caminos pavimentados en Chile • Experiencia de la Dirección de Vialidad en Pavimentos de Hormigón en la Región de Magallanes

• Innovaciones en Pavimentos de Hormigón • Selección de Alternativas de Solución

• Conclusiones y Comentarios Finales

REGIÓN DE MAGALLANES Y DE LA ANTÁRTICA CHILENA ❑ Se ha ejecutado Pavimentos de Hormigón desde hace más de 40 años.

• Por ejemplo, entre los años 1989 y 2000 se ejecutaron: ✓ En media faja entre Punta Arenas y Puerto Natales hay 179 km de los 247 km que tiene la ruta. ✓ La Ruta 255-Ch entre Gobernador Phillipi y Monte Aymond en media pista con 127 km de los 142 Km. ❑ Y se ha ejecutado en carpeta asfáltica solo 23 km de los 3.800 km que tiene la red vial regional.

➢ En ambos casos la posibilidad de construcción se vio posibilitada por las Prioridades Presidenciales.

UN POCO DE HISTORIA EN PAVIMENTOS DE HORMIGÓN ✓ Los primeros pavimentos se ejecutaron prácticamente a mano. ✓ En algunos sectores hay hormigones que datan de antes del año 1973, hormigones que siguen en uso a la fecha. ✓ Luego se incorporaron los trenes de pavimento con moldes fijos. ✓ Y desde el año 97 a la fecha se comenzó a usar pavimentadoras con moldes deslizantes.

✓ Hoy la red pavimentada de la Región ya consta con 798 km, representando el 20% del total de caminos.

PROYECTOS DE INGENIERÍA POR EJECUTAR EN HORMIGÓN LONGITUD RESTANTE TRAMO POR POR EJECUTAR (km) EJECUTAR (km)

RUTA

LOCALIDAD

Y - 65

Porvenir – Manantiales, Provincia de Tierra del Fuego

Porvenir – Onaissin, Provincia de Y - 71 Tierra del Fuego Puerto Natales – Cruce Ruta Y-150 (acceso al Parque Torres del 9 Paine) – Prov. Última Esperanza Además,

55

0,0

55,0

88,5

11,5

100,0

17

317,9

334,9

RUTA

UBICACIÓN

LONGITUD (km)

ESTADO / ETAPA

Varias

Caminos interiores Parque Nacional Torres del Paine

126,6

Diseños terminados, falta ingresar proyecto al SEA

PRINCIPALES TRAMOS PAVIMENTADOS EN HORMIGÓN ❑ Ruta 9 247 km

❑ Ruta 255-Ch ❑Ruta Y-65 ❑Ruta 257-Ch 142 km 120 Km 181 km ▪ Ruta 9 Punta Arenas – P. Natales (247 Km) ✓ Los principales hechos se presentan entre los años 1980 – 1986 donde se pavimentó media faja (ancho 3,5 m) entre los km 54 – 232. Los pavimentos antes y después de estos km ya estaban construidos. ✓ Su complemento, la otra media faja, se hizo entre los años 1996 al 2000, por Prioridad Presidencial.

▪ Ruta 255-Ch (142 km) ✓ Al igual que la Ruta 9, esta ruta se pavimentó en una parte en media faja y otras a ancho completo comenzando el año 89 y terminando la pavimentación el año 2000.

0

▪ Ruta 257-Ch (181 Km) ✓ Pavimentados entre los años 2000 y 2019, recientemente entregado a servicio. ✓ En esta ruta se consideraron tramos de Pavimentos de espesor optimizado (losas cortas) construyendo el primer tramo masivo en el año 2010 de 15 km y posteriormente uno de 20 km ambos entregados al uso. ✓ Esta ruta es transitada mayoritariamente por tránsito argentino tanto de camiones como de vehículos particulares.

▪ Ruta Y-65 (120 Km) ✓ Hoy en ejecución con 10 km terminados de 55 km desde 1 año y medio. ✓ Principalmente la conservación de estas rutas son reposiciones de losas y sellos de junta. ✓ Una de las preocupaciones es la brecha que existe entre las edades de los pavimentos que se pavimentaron en media faja, que representan una gran cantidad de km. Su diferencia de edad es de 15 años app. y cuya reposición hay que planificar.

✓ El desafío del mantenimiento cobra importancia toda vez que en la región no hay concesiones (bajo tránsito) por ende se debe conservar optimizando los recursos.

PAVIMENTOS DE HORMIGÓN EN CONSTRUCCIÓN AÑO 2019

COSTO PAVIMENTOS DE HORMIGÓN EN CONSTRUCCIÓN

(*) No se incluye costo del contrato asociado a puente y a sistema de tratamiento de aguas servidas. (**) No incluyen impuesto IVA por estar bajo Ley Navarino de franquicia tributaria.

SELECCIÓN DE ÁRIDOS

IMÁGENES DEL PROCESO CONSTRUCTIVO

SISTEMA DE CONTROL DE CALIDAD POR LABORATOIO REGIONAL

Los ensayes y análisis de Control de Calidad son efectuados principalmente por el Contratista y validados por la Asesoría.

Entre estos:

• Metodología • Protocolos • Análisis de procesos • Materiales constituyentes • Diseño de la mezcla de hormigón • Puesta en servicio

Todas las pruebas o ensayes son realizados en Laboratorios Calificados de faenas y externos de la región, autorizados por el IF. ✓ Sistema de Resolución de controversias (Laboratorio Nacional). ✓ Aceptación por parte del mandante (Laboratorio Regional de Vialidad) - Controles Aleatorios.

- Controles Receptivos. ✓ Los protagonistas de la ejecución de las actividades de control de calidad son los Laboratoristas Viales. ✓ Las propiedades que se desean controlar son: Resistencia, Docilidad y Durabilidad.

Los principales controles son: ➢Control de los Componentes del Hormigón ➢Dosificación Pavimento (Optimización Shilstone) ➢Control de las Humedades de los áridos. ➢Cancha de calibración para el proceso constructivo ➢Extracción de muestras en fresco ➢Docilidad (asentamiento Cono Abrams) ➢Control de Temperatura y medios ambientales ➢Contenido de Aire ➢Determinación de la densidad y rendimiento ➢Control de Uniformidad ➢Madurez ➢Control de Resistencias y espesores (Testigos) ➢Control de IRI y textura superficial

EJEMPLO DE RESULTADOS RECEPTIVOS: RESISTENCIAS Evolución de la Resistencia en los años 2011 al 2013

EJEMPLO DE RESULTADOS RECEPTIVOS: RESISTENCIAS Evolución de la Resistencia en los años 2014 al 2018

EJEMPLO DE RESULTADOS RECEPTIVOS: ESPESORES Evolución de los Espesores en los años 2011 al 2014

EJEMPLO DE RESULTADOS RECEPTIVOS: ESPESORES Evolución de los Espesores en los años 2017 al 2018

TEMARIO • Clasificación de los caminos pavimentados en Chile • Experiencia de la Dirección de Vialidad en Pavimentos de Hormigón en la Región de Magallanes

• Innovaciones en Pavimentos de Hormigón • Selección de Alternativas de Solución

• Conclusiones y Comentarios Finales

INNOVACIONES EN PAVIMENTOS DE HORMIGÓN Incorporaciones a Especificaciones Técnicas de Contratos en la Dirección de Vialidad: ➢ Optimización de la granulometría mediante el Método Shilstone. ➢ Diseño de pavimentos de hormigón con losas de geometría optimizada. ➢ Incorporación de fibra estructural. ➢ Apertura al tránsito por Método de la Madurez.

OPTIMIZACIÓN DE LA GRANULOMETRÍA MEDIANTE MÉTODO SHILSTONE Determinando los factores de grosor del árido (CF – Coarness Factor) y factor de Trabajabilidad Ajustado (WAdj) se verifica si la combinación de estos dos valores sitúa a la dosificación de la mezcla en la zona recomendada para hormigones de pavimento.

Gráfico de Trabajabilidad (tamaño máximo de árido de 20 mm)

Diseño de Pavimentos de Hormigón con losas d geometría optimizada

DISEÑO DE PAVIMENTOS DE HORMIGÓN CON LOSAS DE GEOMETRÍA OPTIMIZADA ❑ La primera difusión que se hace de esta tecnología en la D.V. fue mediante el ORD. Nº 9371 del Director de Vialidad, del 10 de agosto de 2012, en él se incluye un anexo con la metodología de diseño de losas de geometría optimizada.

DISEÑO DE PAVIMENTOS DE HORMIGÓN CON LOSAS DE GEOMETRÍA OPTIMIZADA •Este método tiene por objetivo disminuir el espesor de la sección de hormigón con respecto a los pavimentos de hormigón convencionales y reduce el largo de las losas (largos entre 1,4 y 2,5 m).

Diseño AASHTO

Diseño Losas de Geometría Optimizada

•El procedimiento es un método mecanicista – empírico, cuyo concepto básico de diseño es dimensionar las losas de tal manera que solo una rueda o set de ruedas se apoyen en una losa a la vez, calculando el daño por fatiga que se produce en los puntos críticos de la losa, y dado esto, determinar el espesor correspondiente para las condiciones de suelo, alabeo, tránsito, etc.

INCORPORACIÓN DE FIBRA ESTRUCTURAL ❑ En Chile, el uso del hormigón con fibras está aumentando debido a nuevas tecnologías de diseño de pavimentos que permiten optimizar el espesor, para: - Controlar las fisuras por fatiga, aumentado la capacidad última de carga y la resistencia a la fatiga.

Efecto de la fibra en el agrietamiento

• El ensaye para la medición de la resistencia residual que otorga el aporte de las fibras se realiza de acuerdo a la Norma ASTM C 1609.

• Los Laboratorios de Vialidad que pueden realizar este ensaye son: – Laboratorio Nacional de Vialidad.

– Laboratorio Regional de La Araucanía.

– Laboratorio Regional de Los Lagos.

– Laboratorio Regional de Magallanes y de la Antártica Chilena.

APORTE DE LA FIBRA ESTRUCTURAL EN LA RESISTENCIA Influencia de las fibras en la resistencia a flexión a 28 días.

Comportamiento residual de vigas con y sin fibras

EJEMPLO CURVAS CARGA–DEFORMACIÓN Curvas cargadeformación para dosis de 1,5 Kg/m3.

Ensayos a 28 días.

Curvas cargadeformación para dosis de 5 Kg/m3.

Ensayos a 28 días.

USO DE FIBRA ESTRUCTURAL EN CONTRATOS Cant. de Dosis de Fibra Tipo de Edad de R Mor Prom. R Residual Muestras (kg/m3) Fibra Ensaye (MPa) Prom. (Mpa)

Contrato

Hormigón

Cerro Sombrero I

HF 5.3(80)40

75

2,5

Sintética

90

4,4

1,1

Cerro Sombrero

HF 5.3(80)40

18(*)

2,5

Sintética

90

4,4

0,8

Cerro Sombrero III

HF 5.0(80)40

56

>2,5

Sintética

90

4,4

1,2

Plaza de la Ciudadanía HF 5.0(80)40

95

2,5

Sintética

90

4,2

1,0

Ruta G78, El Monte HF 5,3(80)40 El Paico - Melipilla

14

>2,5

Sintética

28

5,3

1,4

Mahuidache – Misión Inglesa

26

>2,5

Sintética

28

5,2

1,3

(*)

H35(10)40

Muestras cortadas desde las losas en terreno.

MÉTODO DE LA MADUREZ • Concepto que utiliza el principio de que la resistencia que el hormigón alcanza a una determinada edad depende de las temperaturas a las que ha estado sometido durante dicho período.

• No reemplaza el muestreo con probetas de hormigón fresco para el control de resistencia en obra.

• En pavimentos, permite estimar los tiempos para el corte de las juntas de dilatación de las losas y dar al transito vehicular pesado en menor tiempo.

Madurez oC*h

CONFIABILIDAD DEL MÉTODO

Horas

MÉTODO DE LA MADUREZ - PROCEDIMIENTO • Procedimiento según ASTM C1074.

• Para dar a tránsito debe cumplir con un 75% de la resistencia característica especificada estimada por el método de la madurez.

• Se requiere preparar una serie de 15 probetas, que se curan en condiciones estándar y se ensayan en laboratorio.

• En una de las probetas se coloca un sensor de madurez, en el momento de llenarla.

MÉTODO DE LA MADUREZ - PROCEDIMIENTO • Se ensayan pares de probetas sin sensores a los 2,3,5,7,10, 14 y 21 días.

• El Contratista deberá confeccionar una banda de trabajo con una tolerancia de ± 10% en resistencia respecto de la curva original.

MÉTODO DE LA MADUREZ - PROCEDIMIENTO • Se coloca un sensor para medir madurez en el hormigón vaciado por el último camión de cada una de las jornadas de pavimentación.

• Estos sensores deberán ubicarse al menos 20 cm alejados del borde en la mitad del espesor de la losa y alejado de cualquier enfierradura.

ALGUNOS EJEMPLOS DE APLICACION DE INNOVACIONES EN CONTRATOS DE LA DIRECCIÓN DE VIALIDAD

Reposición Ruta M-50, Cauquenes - Chanco, Sector Tutuvén – Chanco, Tramos Dm 2.650 – Dm 4.000 y Dm 15.220 – Dm 28.600, Comuna de Cauquenes, Provincia de Cauquenes, Región del Maule.

Método Shilstone: No Losas de geometría optimizada: Sí Fibra Estructural: No Método de la Madurez: No Espesor: 17 cm Largo Losa: 2,2 m Inicio Contrato: 08/07/2011 Plazo en días corridos: 710

Reposición Ruta M-50, Cauquenes - Chanco, Sector Los RuilesChanco, Tramo Dm 28.600,00 al Dm 42.177,15, Provincia de Cauquenes, Región del Maule Método Shilstone: Sí Losas de geometría optimizada: Sí Fibra Estructural: No Método de la Madurez: Sí Espesor: 19 y 20 cm Largo Losa: 1,75 m Inicio Contrato: 23/03/2018 Plazo en días corridos: 570

Reposición Pavimento Ruta 60-CH, Sector Camino La Pólvora, Cruce Ruta 68 – Acceso Sur a Valparaíso, Tramo Dm 260 – Dm 16.680, Provincia de Valparaíso, Región de Valparaíso Método Shilstone: Sí Losas de geometría optimizada: Sí Fibra Estructural: Sí Método de la Madurez: Sí Espesor: 23 cm Largo Losa: 1,75 m Inicio Contrato: 01/05/2015 Plazo en días corridos: 628

Tráfico: 189 millones de EE Se fresa el pavimento asfáltico existente

Mejoramiento Ruta 201 CH, Sector Coñaripe – Pellaifa, Tramo Dm 226,348 – Dm 14.898,016, Comuna de Panguipulli, Provincia de Valdivia, Región de Los Ríos Método Shilstone: Sí Losas de geometría optimizada: Sí Fibra Estructural: Sí Método de la Madurez: Sí Espesor: 15 cm Largo Losa: 1,75 y 2,0 m Inicio Contrato: 20/06/2017 Plazo en días corridos: 977

TEMARIO • Clasificación de los caminos pavimentados en Chile • Experiencia de la Dirección de Vialidad en Pavimentos de Hormigón en la Región de Magallanes

• Innovaciones en Pavimentos de Hormigón • Selección de Alternativas de Solución

• Conclusiones y Comentarios Finales

SELECCIÓN DE ALTERNATIVAS DE SOLUCIÓN CONCLUSIONES Y COMENTARIOS FINALES Diseño estructural - Descrito en el Manual de Carreteras Volumen 3, Tópico 3.604.2 Pavimentos Rígidos.

-Basado en el Método Aashto con las modificaciones introducidas en el suplemento publicado en 1998.

-Procedimiento empírico-mecanicista que mantiene el concepto de AASHTO 93, pero añade nuevos términos que modifican las ecuaciones de diseño (tensiones, escalonamiento, temperatura).

ESTRUCTURA PAVIMENTO DE HORMIGÓN Estructura típica: - (1) Losa de hormigón - (2) Sub Base Granular - (3) Subrasante

EVALUACIÓN TÉCNICO – ECONÓMICA DE ALTERNATIVAS - En estudios específicos se anteproyectan varias alternativas de pavimentos, con distintas materialidades y estructuraciones, las cuales son comparadas en relación a su costo inicial de construcción.

- Se analizan también otros aspectos como la disponibilidad de materiales, dificultades constructivas, fecha probable de inicio de obras y otras condiciones particulares de la zona donde se ejecutará la obra.

EVALUACIÓN TÉCNICO – ECONÓMICA DE ALTERNATIVAS - Usualmente la solución en hormigón compite con pavimentos asfálticos y pavimentos de losas cortas.

- Cuando esta comparación no es suficiente para seleccionar, se opta por licitar con las dos soluciones mejor evaluadas.

EJEMPLO EVALUACIÓN DE ALTERNATIVAS Ruta 11-CH, Cardones - Zapahuira: • Tránsito: 17.000.000 Ejes Equivalentes • 5 Estructuras evaluadas: pavimento asfáltico nuevo, pavimento nuevo en hormigón, pavimento nuevo en losas cortas, recapado asfáltico, recapado de losas cortas.

• Las dos soluciones con mejor evaluación poseían presupuestos estimados similares por lo cual se licita la obra con 2 alternativas de pavimento:

EJEMPLO EVALUACIร N DE ALTERNATIVAS Estructura de Pavimento Asfรกltico NE Requerido Carpeta BAGG Mr Base Subrasante MPa mm mm mm mm 151 45 73 50 80

NE Base NE Base Granular Subrasante mm mm mm 48 200 79

Presupuesto oficial: $M 11.590.000 /Licitaciรณn (promedio): $M 10.588.000

Estructura de Pavimento de Hormigรณn de Losas Cortas K MPa/m 96

Espesor Losa Subbase mm mm 140 150

Presupuesto oficial: $M 11.900.000/Licitaciรณn: $M13.056.000

TEMARIO • Clasificación de los caminos pavimentados en Chile • Experiencia de la Dirección de Vialidad en Pavimentos de Hormigón en la Región de Magallanes

• Innovaciones en Pavimentos de Hormigón • Selección de Alternativas de Solución

• Conclusiones y Comentarios Finales

CONCLUSIONES Y COMENTARIOS FINALES ✓ En términos porcentuales se pavimenta muy poco con hormigón en chile. ✓ Las principales y experiencias y Know How actual de la Dirección de Vialidad se encuentran en la Región de Magallanes

✓ Pese a lo poco que se pavimenta en hormigón en Chile existe mucha investigación e Innovaciones en Pavimentos de Hormigón. ✓ La División de Ingeniería es la encargada de realizar en forma permanente una evaluación técnica-económica de las distintas alternativas que existen (Asfalto, Hormigón, etc.).

CONCLUSIONES Y COMENTARIOS FINALES ✓ La decisión de licitar con una determinada solución tiene un fundamento técnico que depende de: ▪ El costo inicial de construcción ▪ La estructura evaluada ▪ El presupuesto asignado ▪ Las dificultades constructivas ▪ La fecha probable de inicio de obras ▪ La disponibilidad de materiales en la zona ▪ Los requerimientos de mantenimiento futuros ▪ Las condiciones particulares de la zona donde se ejecutará la obra