WS3-01 Carlos Gomez -Pavimentos de Hormigón Competitividad en Costos

Pavimentos Ultradelgados de UHPC Carlos Mario Gómez Gómez – cgomezg@argos.com.co Director de Asesoría Técnica Cementos Argos Colombia

Nota aclaratoria de responsabilidad: Las observaciones contenidas en este documento son de carรกcter informativo y deben ser aplicadas y/o evaluadas por el constructor o usuario solamente en caso de considerarlas pertinentes. Por lo tanto, estas observaciones no comprometen a Argos, a sus filiales o a sus subordinados.

CONTENIDO DE LA PRESENTACIร N 1. Justificaciรณn 2. Pavimentos Ultradelgados de UHPC 3. Aplicaciones 4. Comentarios Finales

Pavimentos Ultradelgados de UHPC

UHPC ACI 239 Ultra-High-Performance Concrete—concrete that has a minimum specified compressive strength of 22,000 psi (150 MPa) with specified durability tensile ductility and toughness requirements; fibers are generally included to achieve specified requirements.

FHWA UHPC is a cementitious composite material composed of an optimized gradation of granular constituents, a water-to-cementitious materials ratio less than 0.25, and a high percentage of discontinuous internal fiber reinforcement. The mechanical properties of UHPC include compressive strength greater than 21.7 kilopounds per square inch (ksi) (150 Megapascals (MPa)) and sustained postcracking tensile strength greater than 0.72 ksi (5 MPa).

UHPC – Própiedades Mecánicas Compresión

Flexión

Tracción Directa 12

25

10

20 Esfuerzo (MPa)

Esfuerzo (MPa)

Esfuerzo (MPa)

180 160 140 120 100 80 60 40 20 0

15 10 5

7

14

Edad (Días)

21

28

6 4

2

0 0

8

0

0

1

2 3 4 Desplazamiento (mm)

5

6

0

1

2

3 4 5 6 Deformación (%)

7

5

8

Pavimentos Ultradelgados de UHPC

9

Transporte

▪ Puentes Vehiculares ▪ Puentes Peatonales ▪ Sobrecarpetas para ▪ ▪ ▪

pavimentos Tuberías Recubrimiento de túneles Puertos

Edificaciones

▪ Fachadas ▪ Vigas ▪ Columnas ▪ Páneles Acústicos ▪ Otros

1. ULTRA HIGH PERFORMANCE CONCRETE

Pavimentos Ultradelgados de UHPC

UHPC – Aplicaciones Comunes

Infraestructura

Edificación

Es un concreto de alta tecnología con características que le permiten competir con el acero.

Mobiliario

Pavimentos Ultradelgados de UHPC

Pasarela Peatonal EAFIT Medellín, Colombia

Ubicación: Universidad EAFIT (Medellín) Longitud Total: 110 m Luz principal: 43 m Volumen UHPC : 120 m3 Año: 2017

Puente peatonal, Universidad EAFIT, Medellín – En construcción

Pasarela Peatonal EAFIT

Pasarela Peatonal Universidad Nacional - Manizales

UbicaciĂłn: Manizales, Colombia Longitud total: 26 m Luz principal: 13 m Volume UHPC : 16 m3 AĂąo: 2018

1. JUSTIFICACIÓN

1. JUSTIFICACIÓN

Bogotá • Malla vial mas grande del país 15.559km de carril • Crecimiento de 0,4% anual Medellín • 44% en mal estado • 2600Km de carril • 19% en regular • 13% en mal estado • 37% en buen estado • 82% en regular • 5% en buen estado Fuente: http://www.construdata.com/Bc/Revista_Construdata/Articulos/estado_actual_de_las_vias_rurales.asp http://www.idu.gov.co/web/guest/malla_inventario

Cali • 2350km de carril • 22% en mal estado • 76% en regular • 2% en buen estado

Nivel de Servicio

-Solución costo-efectiva para extender la vida de pavimentos asfálticos y de concreto.

-Mayor vida útil y mejor comportamiento mecánico, que con un concreto convencional.

-Bajo requerimiento de mantenimiento, bajos costos de ciclo de vida.

Sobrecarpeta ultradelgada de UHPFRC Excelente

Aceptable Rehabilitación convencional Pobre Tiempo

Rehabilitación convencional

-Reduce problemas por acumulación de capas, bordillos y andenes perdidos, tapas y sumideros enterrados.

Sobrecarpeta ultradelgada de UHPFRC Manhole

Pavimentos Ultradelgados de UHPC

2. PAVIMENTOS ULTRADELGADOS DE UHPC

Pavimentos Ultradelgados de UHPC

2. PAVIMENTOS ULTRADELGADOS DE UHPC Sobrecarpetas ultradelgadas de UHPC: por definiciรณn tienen espesores inferiores a 100mm, llegando a valores de entre 30 y 50 mm.

Fuente: Obata et al (2008)

Pavimentos Ultradelgados de UHPC

2. PAVIMENTOS ULTRADELGADOS DE UHPC

Pavimentos de UHPC

Laboratorio

Modelos

Tramos de prueba

Formulaciรณn UHPC

Modelaciรณn elรกstica

SVP

Caracterizaciรณn mecรกnica

Estructura a escala

Aplicaciones

Pavimentos Ultradelgados de UHPC

2. PAVIMENTOS ULTRADELGADOS DE UHPC UHPC – Caracterización Mecánica

Resistencia a la compresión Resistencia a flexión (curvas esfuerzo deformación) Resistencia a cargas dinámicas (Fatiga) Máquina para ensayo a compresión

Máquina para ensayo de resistencia a cargas dinámicas

Máquina para ensayo de resistencia a flexión con carga estática

Pavimentos Ultradelgados de UHPC

2. PAVIMENTOS ULTRADELGADOS DE UHPC UHPC – Caracterización Mecánica

Resistencia a cargas dinámicas (Fatiga)

Pavimentos Ultradelgados de UHPC

2. PAVIMENTOS ULTRADELGADOS DE UHPC UHPC – Caracterización Mecánica - Capacidad de defomarción Ɛ = 0,8 a 1%.

- Resistencia a la tracción ft = 7 MPa. - Resistencia a la compresión f’c = 120 MPa.

MÓDULO (kg/cm2)

% MÓDULO EN LA FALLA POR FATIGA

MÓDULO EN LA FALLA POR FATIGA (kg/cm2)

ƐT ADMISIBLE

381.200

75

285.960

1,66E-04

Pavimentos Ultradelgados de UHPC

UHPC – Caracterización Mecánica Caracterización materiales y espesores TIPO DE SUELO

CAPACIDAD PORTANTE

CBR

MÓDULO DE ELASTICIDAD (kg/cm2)

TIPO DE SUBBASE

ESPESOR (cm)

µ

MÓDULO (kg/cm2)

TIPO DE BASE

ESPESOR (cm)

µ

MÓDULO (kg/cm2)

EJE

LLANTA

CARGA (t)

Modelaciones - Diseño de experimentos BOX BENHNKEN (324 combinaciones) - Fase I: 18 combinaciones para sensibilización.

- Fase II: 126 combinaciones.

Pavimentos Ultradelgados de UHPC

UHPC – Caracterización Mecánica

- Resultados a verificar en ensayos de campo.

- Campo de acción del UHPC en sobrecapas para tráficos altos y estructuras muy deterioradas.

- Potencial en estructuras nuevas y configuraciones adicionales existentes.

Pavimentos Ultradelgados de UHPC

Ensayos en Foso - Estructura

da al 95%

15

ada al 98%

Base

20

a

7,5 2 5

ESTRUCTURA DEL PAVIMENTO EN EL FOSO Sobrecarpeta MDC

Sub-Base

VOLUMES DE MATERIAL

imo-arenoso

UHPC :

Cantidad (m3) 0.0264

Carpeta Asfaltica:

0.099

Base Granular:

0.198

Sub Base-Granular:

0.264

Sub Rasante Mejorada:

0.396

Sub - Rasante (limo) :

1.524

cm

Afirmado

195

cm 115,5

arcillosa amarilla

30

MATERIAL

Subrasante MH

130 cm

Foso y compactaciรณn material de subrasante

Conformaciรณn de la estructura

Pavimentos Ultradelgados de UHPC

Ensayos en Foso - Estructura

Control de espesores

Instalaciรณn de geotextil

Instalaciรณn Subrasante

Determinaciรณn de porcentaje de compactaciรณn Instalaciรณn primera capa granular (afirmado)

Pavimentos Ultradelgados de UHPC

Ensayos en Foso - Estructura

Foto. Compactación capas granulares

Foto. Determinación de porcentaje de compactación

Foto. Instalación mezcla asfáltica

Foto. Compactación mezcla asfáltica

Foto. Riego de liga

Foto. Medición LWD Pavimentos Ultradelgados de UHPC

Instrumentaciรณn en Superficie

LVD T

Deterioro en superficie mediante cortes hasta la capa de base granular Pavimentos Ultradelgados de UHPC

Instrumentaciรณn en Superficie 1,20 Perimetral (MDC) Perimetral (3-MDC)

1,00

Perimetral (UHPC)

Desplazamiento (mm)

LVDT Norte (UHPC 2)

0,80

0,60

0,40

0,20

0,00 0

500.000

1.000.000 No de ciclos

1.500.000

2.000.000

Figura. Evaluaciรณn de desplazamientos perimetrales

Pavimentos Ultradelgados de UHPC

Evaluaciรณn de Costos

- La soluciรณn con UHPC es 15 a 20% mรกs econรณmica, para espesores de 20 mm, y un 35% mรกs costosa al llevar el espesor a 40 mm.

Pavimentos Ultradelgados de UHPC

Evaluaciรณn de Costos

- UHPC es competitivo para soluciones no parciales y en las que se coloquen menos de 40 mm.

Pavimentos Ultradelgados de UHPC

3. APLICACIONES

Pavimentos Ultradelgados de UHPC

Tramo Planta de Concretos Guayabal, MedellĂ­n

4. APLICACIONES

Pavimentos Ultradelgados de UHPC

Tramo Planta de Concretos Guayabal, MedellĂ­n

Ganchos de anclaje (0.10 x 0.05 cm) Espesor (4 cm)

Tramo Planta de Concretos Guayabal, MedellĂ­n

Proceso de FabricaciĂłn

Proceso Constructivo

Construcciรณn 25 de agosto de 2017.

Funcionamiento

Tramo Planta ICC, Medellín

Estado inicial

Estado inicial

Construcción

Construcción 1 de diciembre de 2017.

Pavimentos Ultradelgados de UHPC

Instrumentaciรณn (acelerรณmetros)

e= 3 cm

Celdas de Presiรณn

0.83 m

5.0 m Join

6.5 m

Join

6.5 m

0.83 m 3.4 m

e= 5 cm

Deformaciรณn y Temperatura e= 3 cm Pressure cell Thermocouple

1.40 m

Strain gauge Strain gauge Thermocouple Superior Medio Bajo

Compactación

Densímetro nuclear

LWD

3. APLICACIONES Construcciรณn 1 de diciembre de 2017.

Instrumentaciรณn

Equipo de trabajo

3 y 5 cm de espesor.

Aspecto del acabado

Pavimentos Ultradelgados de UHPC

4. APLICACIONES

Castilla, Medellín

3. APLICACIONES

Castilla, Medellín

3. APLICACIONES

Castilla, MedellĂ­n

3. APLICACIONES

Pavimento en concreto Avanzado espesor 4cm

Concesión CCFC – Bogotá, Colombia

• • • •

Testing section size: 3.5 x 15 m. (12 x 50 ft.)

Overlay thickness: 40 mm (1.6 in) Placement method: Roller Screed Year of Construction: 2018

Planta Bello

4. COMENTARIOS FINALES

Simulador de vehículos pesado, Universidad Militar Nueva Granada, sede Cajicá.

Pavimentos Ultradelgados de UHPC

4. COMENTARIOS FINALES - Capas de más de 2 y 3 cm hacen la tecnología de costo-competitiva en el mercado.

- La modelación estructural con UHPC tiene menor flexibilidad en el diseño, donde se requiera que la sobrecapa realice gran parte del trabajo estructural, por lo tanto puede pensarse en vías de altos volúmenes de tráfico y estructuras altamente comprometidas.

- Las sobrecarpetas en UHPC son competitivas en caso de soluciones totales, de lo contrario se deben exponer y cuantificar claramente los beneficios adicionales.

Pavimentos Ultradelgados de UHPC

4. COMENTARIOS FINALES - Existe mayor probabilidad de uso del UHPC en soluciones puntuales a necesidades específicas como: puertos, terminales de carga, aeropuertos, sistemas de transporte masivo, entre otros. Este tipo de aplicaciones son de mayor probabilidad que el uso masivo en el sistema vial.

- Extender el análisis a otro tipo de alternativas como pavimentos rígidos convencionales, asfaltos de alto módulo y pavimentos segmentados

Pavimentos Ultradelgados de UHPC

4. COMENTARIOS FINALES ¿Que sigue?

- Desgaste y adherencia superficial: -

Ensayos experimentales.

Rayado superficial (fresco o endurecido).

Aplicación de mejoradores de adherencia.

- Adherencia sobrecarpeta UHPC (ligada): -

Ensayos experimentales.

Pruebas de pull-out.

Valoración técnica y de costo.

- Comportamiento térmico del material, modulación de juntas: -

Ensayos experimentales.

Medición de coeficientes térmicos.

Modulación de juntas a diferentes espaciamientos.

- Proceso constructivo: -

Evaluación de diferentes procesos.

Referenciamiento en la academia e industria.

Desarrollo de manual con recomendaciones constructivas.

Pavimentos Ultradelgados de UHPC

to (Pa)

4. COMENTARIOS FINALES

400 350 300 250 200 150 y = -2,7911x + 752,45 100 R² = 0,818 50 0 140 160 180

y = -3,459x + 915,29 R² = 0,8973

200

220

240

260

Slump (mm) Ensayo 4

E4 +5 min

Pavimentos Ultradelgados Lineal (Ensayo 4) Lineal (E4 +5 min)

de UHPC

4. COMENTARIOS FINALES 100 revoluciones

Inicio ensayo

300 revoluciones

8,0 7,0

Desgaste (%)

6,0 5,0 500 rev

4,0

400 rev 3,0

200 rev

2,0

100 rev

1,0 0,0

3 días

Modelo propuesto de relación entre la pérdida de peso por abrasión superficial y la pérdida de Cantabro.

Gaeddicke, C., et al. 2014

7 días

14 días

21 días

28 días

Tiempo de curado

Evaluación de desgaste Cantabro

Pavimentos Ultradelgados de UHPC

4. COMENTARIOS FINALES Susceptibilidad de los agregados pétreos al pulimento

Determinación del coeficiente de pulimento acelerado CPA INVE

Péndulo en laboratorio

Péndulo en foso

Pavimentos Ultradelgados de UHPC

4. COMENTARIOS FINALES Susceptibilidad térmica

Instrumentación tramos de prueba https://www.google.com.co/search?q=puentes+peatonales+en+uhpc+alemania&biw=1093&bih= 530&tbm=isch&imgil=47bvikYTRWEOTM%253A%253B8mwQVTa9GsnPTM

Modelos https://www.google.com.co/search?q=puentes+peatonales+en+uhpc+ alemania&biw=1093&bih=530&tbm=isch&imgil

Fuente: Nassiri, 2011

Pavimentos Ultradelgados de UHPC