V02-Diego Jaramillo- Algunas reflexiones sobre diseño y construcción de Pavimentos de Hormigón

Algunas reflexiones sobre diseño y construcción de Pavimentos de Hormigón

Diego A. Jaramillo Porto ü Gerente Técnico - Asocreto ü Director de Pavimentos e Infraestructura - FIHP ü Líder Comité Internacional de Pavimentos e Infraestructura – FIHP-FICEM

Inicio en 1865

BR 290 Brasil Fuente: ABCP

Como entender Mientras unos dicen que es muy atractivo ü Que dura mucho ü Que requiere poco mantenimiento ü Que es mas económico en el CV.

a h e t ancostoso. tmuy r o p • iPorque es s m

Otros dicen que no

a n u g l cer a

E •

Tiene riesgos.

• Difícil de construir.

• Difícil de reparar.

Muchas dudas Pero también mucha desinformación

s e n o i x e l f e r s

No hay nada mรกs importante que brindar un buen servicio al Usuario

En la vida personal siempre queremos lo mejor.

Buscamos estabilidad

Familiar

Buscamos calidad y durabilidad en los bienes muebles e inmuebles

Laboral

Económica

Por qué no …

Utilizar esos mismos criterios cuando tenemos que construir y conservar una vía ?

El Usuario por encima de todo Ha sido difícil entender que lo más importante en el desarrollo de infraestructura vial es el Usuario.

Es común que en un proyecto se prioricen otros aspectos:

CEPAL AL: inversión en infraestructura por sector, 1980-2016 (En porcentajes del PIB)

• • • • • •

Presupuestos Capex vs. Opex Rentabilidad Cronogramas Intereses particulares …

De acuerdo con la CEPAL, la inversión media anual en infraestructura debe ser superior al 7% del PIB. •

Sin embargo, el promedio en AL es de 1,8%.

•

Cada año, aumenta la brecha entre las necesidades y la inversión en infraestructura.

La calidad de la infraestructura vial tiene un fuerte impacto en el Usuario En los últimos 40 años, el volumen de vehículos aumento 84%, mientras las vías crecieron solo 3%.

• Desconección entre inversión y crecimiento de vehículos.

• Los cierres frecuentes por mantenimiento agravan la situación.

Pero se requieren habilidades especiales 1. Especificaciones – Normas 2. Contratos

FASES

3. Planeación 4. Diseño 5. Producción 6. Construcción 7. Operación 8. Mantenimiento y reparación 9. Demolición y reciclaje 10. Patología

Foto: Marco Inzunza. Cemex

Visión Criterio Conocimiento, Experiencia y Calidad Cultura Todas las anteriores

Contar con diseños completos, listos para construir • • •

Ajustados a la realidad Completos “Sensibilizados”

El diseño es mucho más que el espesor ü Método de diseño ü Apoyo lateral

ü Espesor de la placa de concreto ü ü ü ü ü ü ü ü ü ü ü ü ü ü ü ü ü ü ü ü ü

Espesor de las capas de base Sistema de transferencia Sistema de amarre Refuerzo estructural Producción del concreto Resistencia Flexión/Compresión Mezclas de concreto Plan de calidad y ensayos Consideraciones sobre transporte y descarga Consideraciones de colocación Tipo e dirección del acabado superficial Criterios para protección y curado Tipos de juntas Modulación de losas (Largo/Ancho) Diseño de la cavidad de corte Secuencia de corte Sistema de sellado de juntas Tolerancias del pavimento terminado Criterios para apertura al tráfico Sistemas de drenaje …

Espesor muy alto

Más dey bajo 20 M&R. aspectos a considerar Alto CI Espesor muy bajo en un diseño • •

Bajo CI, alto M&R.

Espesor adecuado •

Equilibrio entre CI y M&R.

Fuente: ACPA

El método de diseño es una variable Una de las variables más importantes en el diseño de un pavimento, es la selección del método de diseño.

+

Se recomienda: 1.

2.

3.

4.

Diseñar por dos o más métodos.

Comparar software y manual.

Tratar de predecir el resultado.

Analizar la sensibilidad del diseño.

Al utilizar dos o más métodos de diseño, los resultados pueden variar significativamente.

Aunque se utilicen variables similares.

Troncal de Transporte Masivo Troncal Sistema BRT Comparación de espesores ASSHTO y PCA Comparación de espesores AASHTO y PCA

- = +

40,0 38,0

37,0

36,0

36,0

29,0

29,0

37,0

37,0

37,0

36,0

36,0

36,0

29,0

29,0

37,0 35,0

PCA AASHTO

36,0

37,0

Espesor

34,0 32,0

30,0

30,0

29,0

29,0

29,0

29,0

29,0

29,0

29,0

28,0 26,0 24,0 22,0 20,0

Tramo Tramo Tramo Tramo Tramo Tramo Tramo Tramo Tramo Tramo Tramo Tramo 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

No todas las variables se comportan igual

EFECTO EN EL ESPESOR

Todas las variables tienen efecto sobre el espesor, unas más que otras.

Es importante conocer cuales son las variables que gobiernan cada diseño en particular.

CAMBIO EN LA VARIABLE

ACPA - WinPas

Nueva herramienta “Pavement Designer” Desarrollado en conjunto por: Guías y herramientas para el diseño de: • Pavimento de concreto convencional • Pavimento continuamente reforzado • Sobrelosas de concreto • Pavimentos compuestos • Concreto Compactado con Rodillo • Suelo Cemento • Bases tratadas com cemento • Reparación a profundidad total

pavementdesigner.org

Cuidado con los software de diseño Son muy útiles, pero se deben usar con responsabilidad.

• Verificar la coherencia del diseño completo.

• Comparar con diseño manual.

• Tener una expectativa aproximada del resultado.

Que esperar de un diseño ?

Desde antes de iniciar el diseño, se debe tener una idea del resultado.

Por ejemplo: Espesor de una losa de un sistema BRT ?

Se deben esperar espesores superiores a 27 cm.

Sistema BRT – Bogotá • Av. Caracas: 20 cm • Autonorte: 21 cm

A propósito. No olvidar los drenajes Objetivo: Reducir o eliminar el agua de la estructura del pavimento.

Es un tema de diseño.

• Estudio hidráulico.

• Estructuras de drenaje.

3 cosas para tener un pavimento durable: 1. Drenajes 2. Drenajes 3. Drenajes

Bombeo Filtración, atrapamiento y expulsión de agua, por aplicación de cargas.

Carga

Factores para el bombeo: 1.

2.

3.

4.

5.

6.

7.

Agua Cargas Material de base Espesor Magnitud de la carga Distancia carga/borde Transferencia/amarre

Distancia Agua atrapada

Espesor Transferencia o amarre

Implementar “Buenas Prácticas” de construcción •

Y cuidado con las “Especificaciones”

No hay excusas Diseñadores y constructores Tienen todo para hacer las cosas bien.

Información disponible Adquirir el conocimiento necesario • •

Acceso a capacitaciones.

A veces tenemos más opinión que conocimiento.

Experiencias en todo el mundo • •

No hay nada más barato que comprar sabiduría.

Buenas y malas experiencias (para aprender).

La ayuda es siempre bienvenida •

De repente, no sabemos todo.

La importancia de planear y minimizar el riesgo

No basta con solo cumplir la especificaciรณn

Estos 2 concretos cumplen con la especificaciรณn

Pero el resultado final no es el mismo

Ademรกs de cumplir la especificaciรณn, se debe contar

conocimiento, experiencia y sensibilidad para obtener el resultado final.

El arte de construir Lo más importante: Reproducir el diseño en la obra.

Es un desafio técnico, logístico e económico.

Operarios entrenados, dispuestos y bien dirigidos.

Estado del arte en procesos, debidamente autorizados.

Pero se necesita un líder:

Foto: ICPA

Fuente: ICH

CONTROL PRODUCCIÓN

-

DISEÑO

La resistencia no siempre debe ser la + alta Resistencias entre MR 42 y MR 55 kg/cm2.

• Ojala MR 45.

• Resistencias demasiado altas vuelven frágil la losa.

• Altos contenidos de cemento generan mayores contracciones.

Agregados con características especiales: • Tamaños mayores (superior a 1”) • Por lo menos 70% de caras fracturadas • Control de particulas planas y alargadas Tendencia en el control de calidad del concreto: 1. Diseño del pavimento a flexión 2. Diseño de mezcla a flexión y compresión 3. Correlación compresión/flexión (k) 4. Control de obra a compresión Criterios de aceptación y rechazo: • Promedio móvil de 3, superior o igual a f´c.

• Ningún resultado individual por debajo de: • 0,5 MPa de la especificada a flexión • 3,5 MPa de la especificada a compresión En caso de bajas resistencias: • 3 núcleos (no es práctico extraer viguetas) • 85% de f´c.

Algunas especificaciones exigen perfecciรณn

La perfección no existe El primer síntoma de lmperfección es sentirse perfecto.

No tenerle miedo a los daños.

Daños ?

Los pavimentos se diseñan para que se desgasten y tengan algunos daños durante la vida de servicio.

Método AASHTO

Algunos indicadores de deterioros vienen desde el diseño: • % de losas fracturadas • Escalonamiento • IRI.

Claridad sobre la etapa de aparición de daños: DAÑOS POR CONSTRUCCIÓN

DAÑOS PREMATUROS

DAÑOS PROGRAMADOS

Una patología puede obedecer a diversas fuentes y no solo al concreto CONSTRUCCIÓN

DISEÑO

OPERACIÓN

• • • • • •

Método mal aplicado Criterios irreales Datos erróneos Mala interpretación Espesor insuficiente Mala selección de capas y materiales

MATERIALES

• Baja resistencia • Material no adecuado • Cambio de material

• Proceso constructivo inadecuado • Personal no • capacitado • • Cambios de diseño durante la construcción • •

Falta de mantenimiento Cambio en el vehículo de diseño Frecuencias vehiculares más altas Otros eventos (sismos, golpes, inundaciones, etc.)

Mucho que hacer antes de reparar 1. Identificación de los daños.

2. Clasificación y registro de daños 3. Verificación del diseño original 4. Información de construcción 5. Generación de hipótesis de daño 6. Matriz causa-efecto 7. Líneas de acción 8. Realización de estudios 9. Ensayos 10. Causa principal 11. Diseño de la reparación 12. Reparación 13. Monitoreo

10. Causa eficiente 11. Responsabilidades

Demoler no es la primera opción

ü Investigar ü Evaluar siempre la viabilidad de reparar. ü Hacer una evaluación Técnica, económica, ambiental y social.

Mas de 15 opciones a la medida de cada daño.

Inserción de barras de transferencia

Cuidado con las malas reparaciones

Fisuras inducidas en losas vecinas Fisuras por aristas, discontinuidad de las juntas, esbeltez de las secciones y formas irregulares de la losa.

No se utilizaron: • Elementos de anclaje • Puentes de adherencia La losa reparada no funciona de manera monolítica.

En reparaciones, no se deben combinar tecnologías Las reparaciones se deben realizar en la misma tecnología del pavimento existente. No es conveniente reparar con tecnologías diferentes, ya que el comportamiento del pavimento no es homogéneo.

Eliminar las autodisculpas: • • • •

Es que hay que hacer algo rápido Es que el tráfico es muy alto.

Es que … …

En reparaciones, no se deben combinar tecnologĂ­as El comportamiento del pavimento no es homogĂŠneo.

Que pasa si la losa reparada se vuelve a dañar NO se debe reparar el daño sin haber investigado, encontrado y corregido la causa.

NO se debe señalar sin haber realizado estudios serios y adecuados.

NO se debe investigar si no se Quiere decir que la causa del daño todavía se encuentra presente en la estructura, o que los procedimientos utilizados en la reparación no fueron los correctos.

tiene la idoneidad.

Idoneidad: Reunión de las condiciones necesarias para desempeñar una función

Idoneidad ?

Explicación de un perito en un proceso judicial sobre: • • •

• • • • •

Diseño de la mezcla de concreto Elaboración y curado de cilindros Ensayo de resistencia a la compresión

Dosificación por tarros ?

Mezcla 1:2:3 ?

Moldes de 10 cm x 30 cm ?

Secado de 28 días ?

PSI: Pounds Super Inch ?

Hagamos las cosas por “convicción”, no por “obligación”

“Buenas Prácticas” Implementar el modelo de:

Quiero hacer las cosas bien.

No el modelo de:

Me obligan a

hacer las cosas bien.

Lo dificil que es pasar del papel a la obra Nos cuesta trabajo interpretar lo que hay que hacer, y llevarlo a la obra.

§ Falta atención al detalle. § Pasar de lo macro a lo micro.

Se requiere capacitación y concientización a todo nivel

Entender el “Por Qué” de las cosas Las especificaciones brindan información de “lo que” debo hacer.

Pero más importante es saber “por qué” lo debo hacer. ¿ Por qué las barras deben quedar en el medio del espesor ? ¿ Por qué debo engrasar las barras en toda su longitud ? ¿ Por qué el asentamiento no siempre es el mismo ? ¿ Por qué debo hacer el chequeo superficial ? ¿ Por qué debo pasar la flota con una inclinación ? ¿ Por qué debo pasar el cepillo inclinado cerca de 45º ? ¿ Por qué se deben cortar juntas en un pavimento ? ¿ Por qué el cepillado se debe hacer transversal ? ¿ Y que pasa si lo hago longitudinal ? ???

Es diferente: • Saber que debo lubricar las barras totalmente, • A entender por qué las debo lubricar totalmente.

Y tener claro en cada caso: “que pasa si …”.

A veces, parece que el tiempo no pasara Tecnologías que se van perpetuando, a pesar de los cambios y avances en la tecnología: La cinta de acabado en PC se utilizó a comienzos del siglo XX, pero se cambió por el texturizado con el cepillo de cerdas.

1910

2018

No abusar del bajo mantenimiento

Autopista Acceso Sudeste Partido de Avellaneda.

Provincia de Buenos Aires, Argentina Construido en 1951 (68 años).

Increíble. Este PH está en uso hace 68 años, prácticamente con cero mantenimiento.

Fotos: Pedro Chuet – AAHE - Argentina

El mantenimiento de un PH es bajo.

Pero no quiere decir nulo El M&R es una consecuencia del uso, y su magnitud depende de la solidez y calidad de la estructura construida.

El PH requiere de algunas actividades de mantenimiento y reparación. Pocas, pero requiere.

El costo del M&R de un PH es muy bajo.

Chile

Fuente: Mauricio Salgado. ICH

Cerca del

8% del CI

La importancia de revertir la dependencia del mantenimiento: • • •

Aumentar el flujo de inversión en obras nuevas.

Evitar el ahorcamiento por el incremento acumulado del M&R. Impacto en los indicadores del país.

• • • • •

Menos accidentes por cierres viales.

Menor consumo de combustibles.

Menor contaminación.

Menos demoras en tránsito …

La oportunidad del “Whitetopping�

El Whitetopping tiene más de 100 años 1918 South 7th Street Terre Haute, Indiana, USA • • • •

Pavimento asfáltico con alto grado de deterioro 4 pulgadas de espesor No adherido Mezcla 1 - 1 ½ - 2 ½

Se ha convertido en una gran oportunidad para rehabilitar pavimentos existentes deteriorados

Cambio radical en el esquema de funcionamiento Estos son los esquemas normales de transmisiรณn de esfuerzos que todos conocemos

SOBRELOSA DE CONCRETO

Debido a la baja deformabilidad del concreto, la nueva losa modifica el esquema de esfuerzos, de una carga puntual a una carga distribuida en un รกrea mucho mayor, reduciendo la profundidad de los esfuerzos en las capas de soporte.

PAVIMENTO FLEXIBLE

Y asĂ­ funciona en la vida real Fuente: ACPA

Puede ser colocada sobre algunos tipos de daĂąos del pavimento existente.

Estado del pavimento existente:

Vía a La Calera, Bogotá, Colombia

Todo conjunto • Altotrabaja deterioro de en la estructura

Whitetopping

• Alta influencia de la humedad • Geometría inadecuada Sobrelosa de concreto sobre • Estructura progresiva pavimento asfáltico no adherido • Altas deformaciones • Falta de mantenimiento • Ausencia de drenajes Ajuste geométrico • Aumento en las cargas vehiculares

Cuneta

Sobreancho Refuerzo Amarre

Siste etas

Barras de amarre 3,65 m Concreto 4,5 MPa

ma

n • C u cês o Fran s r t l i F • lla antari • Alc s de paso o • Tub

Losa ancha: 4,2 5 e= 18,5 cm Asfalto= min 7,5 cm

0,60 m

Fe= 1,06

Ber

renaje d e d mas

• •

m

Barras de transferencia 14 O 25 mm / 30 cm

El eterno mito del costo

Darle una oportunidad al análisis de costos Siempre se ha afirmado que el PC es mucho más caro en el costo inicial.

Y aunque se reconozca que es más barato en el Ciclo de Vida, es común que los pavimentos solo se analicen en su costo inicial. ü Pero hoy, tienen un Costo Inicial igual o semejante al flexible. ü Y siempre, siempre, será mucho menor en el Ciclo de Vida.

Antes de descartar la opción del PH, hay que hacer la evaluación.

Muchas condiciones han cambiado o o o o o o o

Costos bajos del M&R. Análisis con periodos de diseño equivalentes.

Optimización y racionalización en el uso de materiales.

Límite de inversiones en el Capex.

Optimización de los métodos de diseño.

Volatilidad de los precios internacionales.

Materiales con especificaciones más altas. o Uso de caucho reciclado (+ 40%).

SISTEMA BRT

Ahora los pavimentos deben ser “resilientes�

La gran ventaja de ser Resiliente Los pavimentos deben ser resistentes a los efectos del cambio climático, permitiendo que las comunidades disfruten de una infraestructura estable y operacional, aún después de eventos como: sismos, incendios, inundaciones, etc.

Debido a su esquema estructural, los Pavimentos de Concreto resisten eventos que otros tipos de pavimentos no soportarían.

Por ejemplo: un PC dentro de un túnel soporta temperaturas más altas en caso de incendio, permitiendo la evacuación de personas y el acceso de los cuerpos de socorro.

Es un tema muy importante.

Tendencia: Exigir medidas específicas de adaptación a la variabilidad y cambio climático.

CAF Banco de Desarrollo de América Latina

ü Adaptación al clima ü Resiliencia ü Estabilidad ü Manejo del agua ü Temperatura ü Tipo de pavimento

Tenga en cuenta que ‌

Hacer las cosas bien, no vale mĂĄs.

El mayor enemigo de un pavimento es la mala calidad 1.

2.

3.

4.

5.

te n a t r po m i o L

Errores de Concepto Procedimientos mal aplicados Errores humanos Equipos mal utilizados Materiales que se cambian o

der n e r es ap

no cumplen

es. r o r r se o l e d

Esta es la manera correcta de pasar el equipo de flotado

Gracias diegojaramillo@asocreto.org.co