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DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE
PAVIMENTOS DE HORMIGÓN
ESTADO DEL ARTE Y ALGUNAS RECOMENDACIONES
2
ESTADO DEL ARTE Y ALGUNAS RECOMENDACIONES
DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE PAVIMENTOS DE HORMIGÓN
Temario:
• Pavimentos flexibles y rígidos
• Pavimentos de Hormigón - Tecnologías disponibles
• Whitetopping - Recubrimiento de pavimentos asfálticos con hormigón
• Fast-track - Pavimentos de rápida habilitación al tránsito
• Control de calidad de pavimentos de hormigón
• Transferencia de carga sobre el terreno
• Paquetes estructurales típicos de pavimentos urbanos
• Paquetes estructurales típicos de pavimentos de ruta
• Ventajas y desventajas del uso de cada uno
• Whitetopping convencional
• Whitetopping ultradelgado (UTWT)
• Conceptos básicos
• Nociones sobre el diseño de la mezcla de hormigón
• Métodos de trabajo
• Criterios de apertura al tránsito
• Métodos de control de resistencia
3
Pavimento Flexible Pavimento Rígido
60°
4,90 m
0,20
5°
DISTRIBUCIÓN DE CARGAS SOBRE EL SUELO
CONCEPTOS BÁSICOS
4
Pavimento Flexible Pavimento Rígido
60°
4,90 m
0,20
5°
DISTRIBUCIÓN DE CARGAS SOBRE EL SUELO
CONCEPTOS BÁSICOS
5
DISTRIBUCIÓN DE CARGAS SOBRE EL SUELO
CONCEPTOS BÁSICOS
6
INFLUENCIA DE LA UNIFORMIDAD DE LA BASE DE APOYO
CONCEPTOS BÁSICOS
zona de suelo rígido
zona de suelo muy compresible y/o bombeable
ESTADO INICIAL
ESTADO FINAL
zona de suelo rígido
7
Pavimento en estado ideal
Pavimento durante asoleamiento
Pavimento durante la noche
INFLUENCIA DE LAS CONDICIONES MEDIAMBIENTALES
ALABEOS DE LOSAS DE PAVIMENTO
8
INFLUENCIA DE LAS CONDICIONES MEDIAMBIENTALES
ALABEOS DE LOSAS DE PAVIMENTO
Pavimento en estado ideal
Pavimento durante asoleamiento
Pavimento durante la noche
9
INFLUENCIA DE LAS CONDICIONES MEDIAMBIENTALES
ALABEOS DE LOSAS DE PAVIMENTO
Pavimento en estado ideal
CARGA CENTRAL CARGA DE BORDE
CARGA EN ESQUINA
s = f (P, Ec, 1/h, 1/k)
10
INFLUENCIA DE LAS CONDICIONES MEDIAMBIENTALES
ALABEOS DE LOSAS DE PAVIMENTO
Pavimento en estado ideal
CARGA CENTRAL CARGA DE BORDE CARGA EN ESQUINA
s = f (P, Ec, 1/h, 1/k)
q = k.y
11
INFLUENCIA DE LAS CONDICIONES MEDIAMBIENTALES
ALABEOS DE LOSAS DE PAVIMENTO
Pavimento durante asoleamiento
detalle de micro -
fisuración bajo la
carga
detalle de posible
micro -fisuración por
alabeo forzado
12
INFLUENCIA DE LAS CONDICIONES MEDIAMBIENTALES
ALABEOS DE LOSAS DE PAVIMENTO
Pavimento durante la noche
z D
detalle de micro -
fisuración superior
por carga de
esquina sobre
losa alabeada
Si sz > sz adm fisura
zona afectada
13
CONTRACCIÓN Y RESTRICCIONES INTERNAS Y EXTERNAS
CONTRACCIÓN TEMPRANA
Estado inicial
Luego de algunas horas
Luego de algunos días
14
CONTRACCIÓN Y RESTRICCIONES INTERNAS Y EXTERNAS
CONTRACCIÓN TEMPRANA
Estado inicial
Luego de algunas horas
Luego de algunos días
restricción
15
JUNTAS DE CONTROL DE CONTRACCIÓN
JUNTAS EN PAVIMENTOS DE HORMIGÓN
16
JUNTAS DE CONTROL DE CONTRACCIÓN
JUNTAS EN PAVIMENTOS DE HORMIGÓN
Fisuras de
contracción por
secado
17
JUNTAS DE CONTROL DE CONTRACCIÓN
JUNTAS EN PAVIMENTOS DE HORMIGÓN
18
Pavimento Flexible Pavimento Rígido
2,5 cm
7,5 cm
20 cm
15 cm
15 cm
5 1
3
4
2
6
1.- Carpeta de concreto asfáltico
2.- Base granular asfáltica (base negra)
3.- Base de suelo-cemento / suelo granular / suelo-cal
4.- Subrasante VS > 5 %
5.- Riego de liga con ER1 (0,50 lts/m2)
6.- Imprimación con EBRL (1,50 lts/m2) + riego de liga
1.- Losa de hormigón MR = 4,5 MPa
2.- Subbase de suelo seleccionado
3.- Subrasante VS > 3 %
1
2
3
PARA PAVIMENTOS URBANOS (CARGA LIVIANA)
PAQUETES ESTRUCTURALES TÍPICOS
19
PARA PAVIMENTOS INTERURBANOS (RUTAS)
PAQUETES ESTRUCTURALES TÍPICOS
Pavimento Flexible Pavimento Rígido
6 cm
10 cm
15 cm
15 cm
25 cm
6 1
3
4
2
7
1.- Carpeta de concreto asfáltico
2.- Base granular asfáltica (base negra)
3.- Base de suelo-cemento / suelo granular / suelo-cal
4.- Subbase de suelo granular / suelo-cal
5.- Subrasante VS > 5 %
6.- Riego de liga con ER1 (0,50 lts/m2)
7.- Imprimación con EBRL (1,50 lts/m2) + riego de liga
1.- Losa de hormigón MR = 4,5 MPa
2.- Subbase de suelo seleccionado
3.- Subrasante VS > 3 %
1
2
3
15 cm
5
20
5
4
3
2
1
0
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
Tiempo de análisis [años]
Niv
el
de S
erv
icio
Pavimento de asfalto
Pavimento de concreto
DE ACUERDO AL TIPO DE PAVIMENTO
ESTRATEGIAS DE MANTENIMIENTO
21
5
4
3
2
1
0
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
Tiempo de análisis [años]
Niv
el
de S
erv
icio
Pavimento de asfalto
Pavimento de concreto
DE ACUERDO AL TIPO DE PAVIMENTO
ESTRATEGIAS DE MANTENIMIENTO
22
5
4
3
2
1
0
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
Tiempo de análisis [años]
Niv
el
de S
erv
icio
Pavimento de asfalto
Pavimento de concreto
DE ACUERDO AL TIPO DE PAVIMENTO
ESTRATEGIAS DE MANTENIMIENTO
$
23
Pavimento de Asfalto Pavimento de Hormigón
• Menor costo de construcción
• Mayor costo de mantenimiento
• Generalmente mayor costo final
• Mayor costo para el usuario
• Mayor costo de iluminación
• Mayor costo de construcción
• Menor costo de mantenimiento
• Generalmente menor costo final
• Menor costo para el usuario
• Menor costo de iluminación
Costo
• Requiere recapados en períodos
definidos de tiempo para
restablecer el nivel de servicio
• Se obtienen vidas útiles de
hasta 70 años con
mantenimiento rutinario Durabilidad
• Menor luminosidad / espejismo
• Presencia de Baches
• Ahuellamientos (tránsito pesado)
• Derrames de gasoil (degradación)
• Mayor luminosidad
• Pocos baches
• Mayor lisura superficial
• Inalterable
Seguridad
ANÁLISIS COMPARATIVO
PAVIMENTOS DE ASFALTO Y HORMIGÓN
24
ANÁLISIS COMPARATIVO
PAVIMENTOS DE ASFALTO Y HORMIGÓN
• Alta velocidad de ejecución en
pavimentos urbanos y rutas
• Rápido recapado
• Rápida habilitación al tránsito
• Alta velocidad de ejecución en
rutas
• Baja velocidad en pav. Urbano
• Rápida habilitación con
tecnología fast-track y HCRV
Velocidad
• Requiere el uso de equipos para
elaboración y colocación
• Idem anterior o mano de obra
intensiva con equipamiento
mínimo de campo Flexibilidad
CONTINUACIÓN
25
Costo de Construcción
Costo de Mantenimiento Rutinario
Costo de Reparación Mayor
Costo de Operación
Valor Residual
Costo Total del Pavimento
+
+
+
-
RUBROS A CONSIDERAR EN EL ANÁLISIS
ANÁLISIS DE COSTO DEL CICLO DE VIDA
26
INFLUENCIA DEL TIPO DE SUPERFICIE SOBRE EL CONSUMO DE COMBUSTIBLE
COSTO DE OPERACIÓN
100
80
60
40
20
0
2,25 4,50 9,50 19,00 23,50
Peso bruto del vehículo [x 1000 kg]
Ah
orr
o d
e C
om
bu
sti
ble
(*)
[lit
ros/1
000 k
m]
(*) Ahorro debido a la circulación en pavimento rígido respecto de circular sobre pavimento flexible en las
mismas condiciones.
Fuente: FHWA - Federal Highway Administration – Revista CEMENTO, N°13, Febrero de 1997 (páginas 16 a 19)
27
Pavimento Flexible Pavimento Rígido
INFLUENCIA DEL TIPO DE SUPERFICIE SOBRE EL CONSUMO DE COMBUSTIBLE
COSTO DE OPERACIÓN
28
Pavimento de Asfalto Pavimento de Hormigón
50 % ahorro en
energía eléctrica
INFLUENCIA DEL TIPO DE SUPERFICIE SOBRE EL CONSUMO DE ENERGÍA
COSTO DE OPERACIÓN
29
INFLUENCIA DE LA ESTRATEGIA DE MANTENIEMIENTO SOBRE EL USUARIO
COSTO DE OPERACIÓN
30
0
Tiempo de análisis [años]
Co
sto
s [
$/m
2]
Pavimento de asfalto
Pavimento de concreto
Costo Mantenimiento
Mayor
Costo Mantenimiento
Rutinario
Costo
Construcción
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
CASH FLOW
ANÁLISIS DE COSTO DEL CICLO DE VIDA
31
PAVIMENTOS URBANOS - ¿CUÁNTAS CUADRAS PODEMOS PAVIMENTAR?
ANÁLISIS DE COSTO DEL CICLO DE VIDA
0
5
10
15
20
0 5 10 15 20 25 30
Tiempo [años]
Cu
ad
ras A
nu
ale
s
Figura N°3: Cantidad de cuadras construidas por cada $ 1.000.000.- de presupuesto
municipal anual destinado a construcción, mantenimiento y reparación de pavimentos
urbanos de 7,35 m de ancho. Fuente: E. Becker, Noviembre de 2004. Estudio Comparativo de Costos de Pavimentos Urbanos para Buenos Aires.
Hormigón
0,05 m
0,20 m
PAVIMENTO DE
ASFALTO
SUB-BASE
SUBRASANTE
0,15 m
BASE
0,075 m
0,15 m
PAVIMENTO DE
ASFALTO
SUB-BASE
SUBRASANTE
0,15 m
BASE
Hormigón
Asfalto #1
Asfalto #2
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
0 5 10 15 20 25 30
Tiempo [años]
Cu
ad
ras A
cu
mu
lad
o
32
PAVIMENTOS URBANOS - ¿CUÁNTAS CUADRAS PODEMOS PAVIMENTAR?
ANÁLISIS DE COSTO DEL CICLO DE VIDA
0,05 m
0,20 m
PAVIMENTO DE
ASFALTO
SUB-BASE
SUBRASANTE
0,15 m
BASE
0,075 m
0,15 m
PAVIMENTO DE
ASFALTO
SUB-BASE
SUBRASANTE
0,15 m
BASE
Hormigón
Asfalto #1
Asfalto #2
Figura N°4: Cantidad de cuadras acumuladas construidas por cada $ 1.000.000.- de
presupuesto municipal anual destinado a construcción, mantenimiento y reparación de
pavimentos urbanos. Fuente: E. Becker, Noviembre de 2004. Estudio Comparativo de Costos de Pavimentos Urbanos para Buenos Aires.
33 FECHA DE LA PRESENTACIÓN
COMO VAMOS?? CANSADOS, ABURRIDOS,
FALTA MENOS…
34
• Forma de colocación
• Diseño
• Whitetopping convencional
• Whitetopping ultradelgado (UTWT)
• para bases
• para superficies de rodamiento
• con moldes y regla vibratoria
• con moldes y pavimentadora
• con pavimentadora de moldes deslizantes
• hormigón simple
• hormigón armado
• hormigón bicapa
• texturizado
• agregado expuesto
• hormigón arquitectónico
• Pavimento convencional
• HCRV (hormigón compactado a rodillo vial)
• Whitetopping - Recubrimiento de pavimentos asfálticos con hormigón
• Fast-track - Pavimentos de rápida habilitación al tránsito
• Hormigón poroso
• Pavimentos de hormigón con fibras
• Pavimentos de hormigón polimerizado
• Pavimentos de hormigón con agregados reciclados
• Pavimentos con tratamientos superficiales especiales
TECNOLOGÍAS DISPONIBLES
PAVIMENTOS DE HORMIGÓN
• convencional
• con losas de tamaño optimizado
35
• Pavimento de hormigón simple
•Pavimento de hormigón armado
•Pavimento de hormigón bicapa
• con juntas longitudinales y transversales
• con armadura de repartición
• con armadura contínua
• econocreto
• grandes espesores
• pavimentos urbanos
• rutas y autopistas
• pistas de aeropuertos
• otros (pisos industriales, playas de
estacionamiento, etc.)
• rutas
• autopistas
• pistas de aeropuertos
• autopistas sin restricción de carga
• con pasadores
• sin pasadores
CLASIFICACIÓN DE ACUERDO A DIFERENCIAS DE DISEÑO
PAVIMENTOS DE HORMIGÓN CONVENCIONALES
36
EJEMPLO PRÁCTICO CON ALGUNAS ALTERNATIVAS QUE PUEDEN ESTUDIARSE
PARA UN MISMO PROYECTO
PAVIMENTOS DE HORMIGÓN
Fuente: E. Becker, 2011. Estudio preliminar de alternativas para duplicación de calzada en
ruta nacional con TMDA = 2.500-3.000 vehículos/día
39
CONSTRUCCIÓN CON LOSAS TRADICIONALES
PAVIMENTOS DE HORMIGÓN SIMPLE
40
CONSTRUCCIÓN CON LOSAS OPTIMIZADAS O LOSAS CORTAS
PAVIMENTOS DE HORMIGÓN SIMPLE
41
CONSTRUCCIÓN CON LOSAS GRANDES Y ARMADURA DE REPARTICIÓN (cuantía 0,20%)
PAVIMENTOS DE HORMIGÓN ARMADO
42
CONSTRUCCIÓN SIN JUNTAS TRANSVERSALES Y ARMADURA CONTÍNUA (cuantía 0,50 - 0,70%)
PAVIMENTOS DE HORMIGÓN ARMADO
43
Hormigón
pobre
Hormigón
rico Capa
Superior
Capa
Inferior
Econocreto Gran Espesor
ECONOCRETO Y/O DE GRAN ESPESOR
PAVIMENTOS DE HORMIGÓN BICAPA
44
• AG monotamaño
• Defecto de arena
• 20 - 30 % de vacíos
PARTICULARIDADES DE LA MEZCLA
PAVIMENTOS DE HORMIGÓN PERMEABLE
45
LA TECNOLOGÍA EN IMÁGENES
PAVIMENTOS DE HORMIGÓN PERMEABLE
47
LOSAS CONVENCIONALES y CAPA NO ADHERIDA (el pavimento asfáltico existente sirve de base del
nuevo pavimento)
WHITETOPPING CONVENCIONAL
48
WHITETOPPING CONVENCIONAL LOSAS CONVENCIONALES y CAPA NO ADHERIDA (el pavimento asfáltico existente sirve de base del
nuevo pavimento)
49
LOSAS CHICAS y CAPA ADHERIDA (el pavimento asfáltico existente forma parte del nuevo pavimento)
WHITETOPPING ULTRADELGADO (UTWT)
50
LOSAS CHICAS y CAPA ADHERIDA (el pavimento asfáltico existente forma parte del nuevo pavimento)
WHITETOPPING ULTRADELGADO (UTWT)
51
LOSAS CHICAS y CAPA ADHERIDA (el pavimento asfáltico existente forma parte del nuevo pavimento)
WHITETOPPING ULTRADELGADO (UTWT)
52
• Materiales componentes
• Proceso constructivo
• Construcción y sellado de juntas
• Temperatura y condiciones de curado
• Determinación de la resistencia
• Criterio de apertura al tránsito
CRITERIOS DE DISEÑO Y PARTICULARIDADES
PAVIMENTOS DE HORMIGÓN FAST-TRACK
53
• Tipo de cemento: CPN40 ó CPN50 ó CPC40 ó CPF40 u otro adecuado
• Altos contenidos de cemento: 350 kg/m3 < CUC < 500 kg/m3
• Baja relación agua/cemento: a/c < 0,40
• Agregado grueso: TMN = 19 mm ó 26,5 mm
• Aditivos: a) reductores de agua (plastificantes y superfluidificantes)
b) incorporadores de aire
c) acelerantes de resistencia
DISEÑO DE MEZCLA
PAVIMENTOS DE HORMIGÓN FAST-TRACK
54
CRITERIOS DE APERTURA AL TRÁNSITO – INFLUENCIA DE LA TEMPERATURA
PAVIMENTOS DE HORMIGÓN FAST-TRACK
23 °C
13 °C
5 °C
-4 °C
0 1 3 7 280
25
50
75
100
Edad del hormigón [días]
Res
iste
nci
a a
com
pre
sión d
el h
orm
igón [
%]
55
• Rotura de probetas curadas en condiciones similares a las del
pavimento
• Utilización de métodos indirectos:
• Madurez
• Esclerometría
• Velocidad de pulso ultrasónico
• Otros
PAVIMENTOS DE HORMIGÓN FAST-TRACK CRITERIOS DE APERTURA AL TRÁNSITO – DETERMINACIÓN DE LA RESISTENCIA DE HABILITACIÓN
56
• El criterio de habilitación debe ser siempre sobre la resistencia
efectiva.
• Parámetros que influyen en su elección:
• Tiempo disponible para la reparación
• Tipo de vehículos
• Cantidad de vehículos
• Diseño del pavimento
• Espesor del pavimento
• Módulo de reacción de la subrasante
• Resistencia de habilitación más utilizada: f´cm = 22 - 24 MPa
PAVIMENTOS DE HORMIGÓN FAST-TRACK CRITERIOS DE APERTURA AL TRÁNSITO
57
• Control sobre los materiales componentes
• Control del hormigón en estado fresco
• Control sobre las tareas de compactación,
terminación y curado
• Control del hormigón en estado endurecido
• Agregados
• Agua
• Cemento
• Aditivos
• Consistencia
• Temperatura
• PUV
• Contenido de aire
• Tiempo de fraguado
• Compactación
• Terminación
• Curado
• Resistencia a compresión en probetas
• Resistencia a flexión (MR)
• Resistencia a compresión en testigos
CONTROL DE CALIDAD EN PAVIMENTOS DE
HORMIGÓN ETAPAS DEL CONTROL DE CALIDAD
LOMA NEGRA C.I.A.S.A. - Asesoría Técnica Prohibida su reproducción parcial o total sin autorización
… empolvamiento
Base
Losa de Hormigón
Agua de exudación
La llamada "debilidad" superficial del hormigón es
un fenómeno que, suele tener alto impacto y ser de
preocupación en aquellos elementos sometidos a
desgaste y abrasión. Uno de los elementos
estructurales sometidos a mayor desgaste son sin
duda los pavimentos y pisos industriales. Este
fenómeno se produce a causa de una mayor
concentración de agua en la zona superficial
debido a la exudación.
..
PAVIMENTOS - EXUDACION
Exudación
1.- Si el proceso de exudación es muy marcado, la superficie del hormigón resulta débil. Lo mismo ocurre si se sobretrabaja mucho la superficie en tareas de alisado.
¿Cómo la determinamos?
Según Norma IRAM 1604. Se mide la cantidad de agua exudada a intervalos de tiempo regulares. Luego se calcula: • Volumen de agua por unidad de superficie, • Relación entre el volumen de agua exudada y el agua total de mezclado contenida en la muestra.
Problemas más frecuentes por exudación
“Debilidad” Superficial y Descascaramiento
“Debilidad” Superficial y empolvamiento
PAVIMENTOS - EXUDACION
LOMA NEGRA C.I.A.S.A. - Asesoría Técnica Prohibida su reproducción parcial o total sin autorización
PAVIMENTOS - DEBILIDAD SUPERFICIAL
LOMA NEGRA C.I.A.S.A. - Asesoría Técnica Prohibida su reproducción parcial o total sin autorización
Procurar “conformar” hormigón manualmente
Incorporar agua a la superficie
Espacio de trabajo inadecuado
Pasaje de cinta engomada
Lo que NO SE DEBE HACER!!
No es recomendable su utilización ya que anula la
macrotextura además de favorecer el empolvamiento
Terminación superficial y reglado, sin abusar del manipuleo del mortero superficial
62
CONTROL DE RESISTENCIA POR TESTIGOS ALGUNAS RECOMENDACIONES…
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
0 7 14 21 28 35 42 49 56
Edad [días]
Resis
ten
cia
a c
om
pre
sió
n d
el
ho
rmig
ón
[MP
a]
0 3 7 28 56
Referencias:
CPN40 - Catamarca
CPF40 – Catamarca
CPP30 (ARS, BCH, RRAA)
Evolución de resistencia de un hormigón clase H-30 para pavimentos
utilizando 3 tipos de cemento diferentes.
63
CONTROL DE RESISTENCIA POR TESTIGOS ALGUNAS RECOMENDACIONES…
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
0 7 14 21 28 35 42 49 56
Edad [días]
Resis
ten
cia
a c
om
pre
sió
n d
el
ho
rmig
ón
[MP
a]
0 3 7 28 56
Referencias:
CPN40 - Catamarca
CPF40 – Catamarca
CPP30 (ARS, BCH, RRAA)
Evolución de resistencia de un hormigón clase H-30 para pavimentos
utilizando 3 tipos de cemento diferentes.
Evolución
s/Ross
3,69 + T2/3
1,4 . T2/3
64
CONTROL DE RESISTENCIA POR TESTIGOS ALGUNAS RECOMENDACIONES…
0
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Edad [días]
Resis
ten
cia
a c
om
pre
sió
n d
el
ho
rmig
ón
[MP
a]
0 3 7 28 56
Referencias:
CPN40 - Catamarca
CPF40 – Catamarca
CPP30 (ARS, BCH, RRAA)
Evolución
s/Ross
3,69 + T2/3
1,4 . T2/3
Evolución de resistencia de un hormigón clase H-30 para pavimentos
utilizando 3 tipos de cemento diferentes comparados con la evolución de Ross.
65
CONTROL DE RESISTENCIA POR TESTIGOS ALGUNAS RECOMENDACIONES…
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
0 7 14 21 28 35 42 49 56
Edad [días]
Resis
ten
cia
a c
om
pre
sió
n d
el
ho
rmig
ón
[MP
a]
0 3 7 28 56
Referencias:
CPN40 - Catamarca
CPF40 – Catamarca
CPP30 (ARS, BCH, RRAA)
Evolución de resistencia de un hormigón clase H-30 para pavimentos
utilizando 3 tipos de cemento diferentes comparados con la evolución de Ross.
Evolución
s/Ross
3,69 + T2/3
1,4 . T2/3
66 Corrientes, 11/05/2011
Organiza:
¡Gracias!
¿preguntas?