UNIVERSIDAD DE PIURA – SEDE LIMA PROGRAMA MASTER EN INGENIERÍA CIVIL MENCIÓN EN INGENIERÍA VIAL “Pavimentos de Concreto” Por: Mario Rafael Becerra Salas.

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1 UNIVERSIDAD DE PIURA – SEDE LIMA PROGRAMA MASTER EN INGENIERÍA CIVIL MENCIÓN EN INGENIERÍA VIAL “Pavimentos de Concreto” Por: Mario Rafael Becerra Salas Simposio sobre el Proyecto de Suelos y Pavimentos del Ministerio de Transportes y Comunicaciones

2 Tópicos de la presentación 1.- Puntos a tomar en cuenta 2.- Posición como diseñador y constructor 3.- Crítica constructiva 4.- Conclusiones

3 1.- Puntos a tomar en cuenta Tópicos de la presentación

4 Nubes Sol Humedad Viento Temperatura 100% Monitoreo de la humedad y temperatura Fallas Métodos de curado Agretamiento por contracción plástica Shock térmico Fisuras horizontales Apertura prematura al tránsito NO destructivos Cilindros vs vigas Tiempo Transporte y colocación de concreto Medio Ambiente Agregados Cemento y adiciones minerales Aditivos Construcción Requerimientos del proyecto 0% 75% 25% 50% humedad 150°F30°F 120°F60°F 90°F temperatura Consideraciones de diseño

5 El pavimento de concreto controla los esfuerzos generados por el tránsito Tipos de pavimentos Distribución de esfuerzos a la Base

6 Pavimentos Distribución de esfuerzos a la Base Pavimento de Asfalto (flexible)Pavimento de Concreto (Rígido) 60° 4,90 m 5° 0,20

7 Proceso de selección de Alternativas Recolección de Datos Evaluación del Proyecto Planteamiento de Alternativas Diseño Preliminar Reconstrucción Restauración Reciclaje Tratamiento Superficie Factores no Monetarios (LCCA ) Selección de las alternativas preferidas Diseño Final Construcción Costeo Ciclo de Vida (LCCA)

8 1924. Av. Venezuela – Salida de Lima

9 1968. Vía Expresa - Lima

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11 El Metropolitano 2008 - 2009

12 Pavimentos de concreto con:  Juntas transversales. Sin dowels Con dowels  Juntas transversales y refuerzo de acero.  Refuerzo de acero contínuo. Pavimentos de concreto

13 Pavimentos con juntas transversales Planta 3.5 - 6.0 m ( 12 a 20 pies) Perfil

14 Pavimentos con juntas transversales

15 Pavimentos con juntas y refuerzos de acero Planta Perfil 7.5 - 9.0 m (25 a 60 pies) 0.2 a 0.3% de acero

16 Pavimentos con juntas y refuerzos de acero

17 Planta Perfil 0.6 - 2.0 m (3 a 8 pies) 0.6 a 0.8% acero Pavimentos con refuerzo de acero contínuo

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20 JPCP – Realidad Latinoamericana Juntas longitudinales Juntas transversales Subrasante Subbase o base Texturizado Rugosidad Diseño del espesor Barras de transmisión Materiales del concreto Barras de amarre

21 AASHTO PCA Servicialidad, para mantener el servicio del pavimento según el tipo de tráfico. Es una medida subjetiva que va de 0 a 5, dónde 0 significa una condición intransitable y 5 excelente.  AASHTO recomienda valores de 4.5 para el inicio de la vida del pavimento de concreto Fatiga, para mantener los esfuerzos del pavimento producidos por la acción repetida de las cargas, y con ello prevenir la fatiga por agrietamiento. Erosión, para limitar los efectos de la deflexión del pavimento en los bordes de las losas, juntas y esquinas. Se previene bombeo, desnivel entre losas y deterioro de las bermas. Metodologías de diseño clásicas

22 MÉTODO AASHTO 93, en su actual versión 93, originado en la prueba AASHO de fines de la década de los 50, y que ha sufrido varios cambios desde su versión inicial. MÉTODO PCA 84, en su versión de 1984, basado en conceptos mecanicistas. MEPDG 2008 (NCHRP – 1-37ª), con validez en USA, es un método de verificación que combina conceptos mecanicistas con la experiencia en el LTPP OPTIMIZACIÓN DE ESPESORES 2010, netamente mecanicista esta teniendo éxito en Chile y Centro América Metodologías de diseño existentes

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24 Fisuras de contracción por secado ¿Por qué juntas en el pavimento de concreto?

25 Fisuras por alabeo ¿Por qué juntas en el pavimento de concreto?

26 PAV EXISTENTE PASAJUNTAS LINEA GUIA VACIADO TEXTURIZADO CORTADO SELLADO Tecnológica de Construcción

27 2.- Posición como diseñador y constructor Tópicos de la presentación

28 El manual debe ser simple: servir como guía sin quitar al diseñador por su trabajo Debe ser justo: pavimentos equivalentes Conocer las limitaciones del medio: en cuánto tiempo nos nivelaremos con las calibraciones necesarias Debe ser el precursor para metodologías modernas de diseño Posición como diseñador

29 Cap 11: Materiales para pavimentos Cap 14: Pavimentos rígidos Cap 16: Comportamiento de pavimentos Posición como diseñador

30 3.- Crítica constructiva Tópicos de la presentación

31 Observaciones generales 1.- Metodología aplicada AASHTO 93 1.1 ¿Es la única metodología disponible para diseño? 1.2 ¿Por cuánto tiempo más será válida? 1.3 ¿Es aplicable a los rangos establecidos en el proyecto de manual? 2.- Empleo de metodologías modernas de diseño: MEPDG 2008 y Losas Optimizadas 2.1 ¿Cuánto tiempo nos tomará calibrarlos al Perú? 2.2 ¿Es de fácil acceso? 3.- Empleo de ábacos 3.1 ¿Ábacos? 3.2 ¿Limitan el juicio y responsabilidad del diseñador?

32 Observaciones generales 1.- Metodología aplicada AASHTO 93 1.1 ¿Es la única metodología disponible para diseño? - Es simple y de fácil acceso, sin embargo existen diseñadores que aún no la dominan en el medio. - Es con la que PROVIAS NACIONAL trabaja en la actualidad - Sin embargo no es la única metodología disponible, la PCA 84 de corte mecanicista también lo es.

33 Observaciones generales 1.- Metodología aplicada AASHTO 93 1.2 ¿Por cuánto tiempo más será válida? - Según lo expresado por muchos entendidos del medio entre cinco y diez años - Esto debido a que otros métodos no están calibrados, no tenemos las licencias del DARWIN ME, resistencia al cambio por parte de los diseñadores y entidades administradoras

34 Observaciones generales 1.- Metodología aplicada AASHTO 93 1.3 ¿Es aplicable a los rangos establecidos en el proyecto de manual? - El rango va desde 150,000 EE hasta 30 MM EE - Volúmenes manejables de ESALS

35 W 18, es la carga de tránsito Zr, es la confiabilidad, ahora se le conoce como R, trabaja como un factor de seguridad, maximizando el efecto del tránsito So, es la desviación estándar global D, es el espesor del pavimento Po – Pf, es la pérdida de serviciabilidad (nótese que se compara contra la variación de 4.2 – 1.5, que son los valores estimados de inicio y colapso del pavimento, respectivamente) Sc, es el módulo de rotura a flexotracción del concreto Cd, es el coeficiente de drenaje Ec es el módulo de elasticidad del concreto K, modulo de reacción de la subrasante Ecuación 93

36 AASHO Road Test (finales de 1950´s) (AASHO, 1961)

37 Carga vehicular en el año 1950 (AASHO, 1961) Presión máx de llantas= 80 psi (5.5 kg/cm 2 )

38 AASHTO Guía de diseño AASHO Road Test 50+ millones 1.1 millones de repeticiones Altos rangos estructurales de diseño y rehabilitación Secciones estructurales limitadas 1 clima/2 años Todos los climas / 20-50 años 1 juego de materiales Nueva diversidad de materiales ¿Qué limitaciones AASHTO 93?

39 Limitaciones: Gran Extrapolación de Tráfico

40 Observaciones generales 2.- Empleo de metodologías modernas de diseño: MEPDG 2008 y Losas Optimizadas 2.1 ¿Cuánto tiempo nos tomará calibrarlos al Perú? - MTC debe liderar el proyecto de implementación del MEPDG en el Perú - Calibrar base climática - Calibrar los modelos de deterioro: asfalto y concreto - Por lo menos: 01 año para armar el proyecto y conseguir el presupuesto, 01 año para reunir información y verificar en campo y 01 año para trabajar la data: 03 años en el mejor de los casos - Losas optimizadas tomaría menos

41 Observaciones generales 2.- Empleo de metodologías modernas de diseño: MEPDG 2008 y Losas Optimizadas 2.2 ¿Es de fácil acceso? - En el caso del MEPDG trabaja con el DARWIN ME, versión oficial de AASHTO. Costo US$ 5,000 licencia x año - No hay soporte, y resistencia al cambio por parte de las entidades administradoras y diseñadores - En el caso de losas optimizadas se puede utilizar algún programa de elementos finitos para modelar la estructura y verificar los esfuerzos y deformaciones, ó utilizar la patente de TCP que ya tiene un software desarrollado y de bajo costo - Si se emplea TCP, todavía no tiene soporte a gran escala en el Perú para los diseñadores. Se debe considerar la patente a pagar

42 Diseño MEPDG 2002 - 2010 3 a 6 mm 0.25 pulg. = 6 mm IRI ESCALONAMIENTO

43 Diseño MEPDG 2002 - 2010

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49 Por curvas de deterioro: losas 1.8 X 1.8 y 15 cm de espesor Reducción de 7 cm de espesor Capa de asfalto abierta sobre pavimento de concreto existente Fresado de asfalto existente Colocación de dos carriles (7.2 mts) Corte delgado 2 mm, sin sello IRI < 2 m/km En operación septiembre 2005 PTO. QUETZAL - ESCUINTLA

50 Por curvas de deterioro: losas 1.8 X 1.8 y 22 cm de espesor Reducción de 8 cm de espesor Fresado de asfalto existente Colocación carril por carril debido a tráfico intenso Concreto de apertura rápida al tráfico Corte delgado 2 mm, sin sello Desgaste superficial En operación julio 2005 CUESTA DE VILLALOBOS Experiencia Guatemala – Estuardo Herrera

51 Avenida El Salto (2003) – Chile - Primer pavimento demostrativo - Uso de sierra de 2 mm - Pavimento no sellado METODOLOGÍA MECANICISTA

52 Metodología Mecanicista 1.- Para iguales tensiones (AASHTO 93) y losas convencionales, con LC y reducción de espesores 2.- LC sin pasadores, la transferencia de carga se logra por trabazón de agregados (2mm de corte) 3.- Sin sello (asegurar subbases no erosionables)

53 Observaciones generales 3.- Empleo de ábacos 3.1 ¿Ábacos? "El Manual presenta ilustraciones de catálogos que introducen al Ingeniero de Caminos en la temática de los caminos pavimentados y afirmados. En todos los casos la definición del diseño corresponden al Ingeniero Responsable" "El uso de catálogos en la forma presentada se utilizan en países con mayor desarrollo vial, y se fundamenta en que es una buena metodología del conocimiento de las superficies de rodadura pavimentadas y no pavimentadas, para ser utilizada en las diferentes redes viales del país"

54 Observaciones generales 3.- Empleo de ábacos 3.2 ¿Limitan el juicio y responsabilidad del diseñador? "Los catálogos deben tener carácter ilustrativo y referencial, en tal sentido el diseño tiene que ser realizado necesariamente por el Ingeniero Responsable" "La estructuras de pavimentos presentadas en los catálogos son ilustrativas y promueven el estudio de alternativas en cada caso. No deben sustituir la decisión del diseñador"

55 Observaciones específicas Capítulo 11: URGENTE REVISAR LA PARTE DE CONCRETO 1.- Cuadro 11.1-22. Agua de Mezcla En general es demasiado alto el desarrollo del concreto a 7 días. Estadísticamente está entre 75 y 85% de crecimiento a compresión a los 7 días. En el cuadro se coloca 90%

56 Observaciones específicas Capítulo 11: URGENTE REVISAR LA PARTE DE CONCRETO 2.- Cuadro 11.1-25. Mirar las excepciones en ASTM C33. Por ejemplo en el caso de pasante de la malla 200 para agregado fino se especifica un 3% máximo, pero este valor se puede superar dependiendo de la naturaleza del fino, si es limo y no arcilla por ejemplo. Adicionalmente el ensayo de durabilidad es para ciclos de hielo y deshielo, como bien lo menciona el Manual después del cuadro 11.1-29. Lo mismo con el 11.1-30

57 Observaciones específicas Capítulo 11: URGENTE REVISAR LA PARTE DE CONCRETO 3.- Cuadro 11.1-26. Esta bien, son husos granulométricos de la ASTM C33, podrían respetar la terminología poner huso en lugar de AG. Por otro lado el (**) comentado esta bien, pero sugiero sea en letras bien grandes, pues es una nota importantísima

58 Observaciones específicas Capítulo 11: URGENTE REVISAR LA PARTE DE CONCRETO 4.- Reactividad, por experiencia puedo asegurar que muchos de los ensayos propuestos por la norma ASTM no son concluyentes para el RAS y pueden tomar mucho tiempo (01 año los más ajustados). Los acelerados son agresivos y pueden descartar una cantera que es buena y elevar el costo del proyecto. En este caso la experiencia de proyectos pasados y su comportamiento alcali - sílice debe ser mencionada como base para descartar dudas. 5.- Hay incongruencias entre el cuadro 11.1.27, que dice que los ángeles debe estar por encima del 50% y 11.1.30 que menciona 40% 6.- Cuadro 11.1.3 debe ver también el tema de sellos preformados

59 Observaciones específicas Capítulo 11: URGENTE REVISAR LA PARTE DE CONCRETO 7.- Cuadro 11.1-32 Sobre la calidad de la mezcla de concreto, las tolerancia según ASTM C94 es 1 pulgadas para el caso de concreto con slump de 4 pulgadas que es el caso de los pavimentos. La industria concretera no asumirá nunca un nivel menor de aceptación, aunque sea aconsejable, porque no están obligados por norma, y por lo difícil que es alcanzar esos valores a escala industrial. Para llegar al slump deseado técnicas en obra deben ser utilizadas, como regulación o esperar a que el slump baje. Caracter í sticaConstrucci ó n Tolerancia Asentamiento Encofrados fijos Encofrados deslizantes +25 mm a -38 mm +13 mm a -38 mm Aire Encofrados fijos Encofrados deslizantes +1,8%

60 Observaciones específicas Capítulo 11: URGENTE REVISAR LA PARTE DE CONCRETO 8.- Cuadro 11.1-33 los valores deben ser MÍNIMOS, a fin de no descartar diseños que pueden ser en general más económicos utilizando mezclas de mayor resistencia

61 Observaciones específicas Capítulo 14: Pavimentos rígidos 1.- Excelente el periodo de diseño mínimo de 20 años, pero esto debe exigirse también al asfalto. 2.- Sobre el tránsito: -< 150,000 es un camino no pavimentado -> 30´000,000 son casos extraordinarios no contemplados en los ábacos 3.- Cuadro 14.1.4 el valor de Pt de 3 como final es demasiado exigente. Podría usarse 2, 2.25 y 2.5 en todo caso 4.- El nivel de confiabilidad R de 95% es demasiado. No olvides que AASHTO 93 tiende a sobredimensionar espesores 5.- El caso de CBR < 6% indica en la página 14-7 que debe mejorarse el suelo o cambiarse, debe ser más específico

62 Observaciones específicas Capítulo 14: Pavimentos rígidos 6.- Cuadro 14, 1-7 El cuadro indica valores sugeridos de MR. Corregir Mr y colocar MR, estoy de acuerdo pues puede haber confusiones con el Módulo Resiliente. Pero el cuadro debe decir valores mínimos recomendados, para dar algo de libertad al diseñador. 7.- El valor de J único debe ser mejorado. Es cierto que el 3.2 que significa una berma granular con pasadores y es la más usada, pero al usar ábacos con un J FIJO se descartan muchas posibilidades como el diseño de pavimentos sin pasadores, o el uso de bermas de concreto, que en ocasiones son más económicas pues juegan un rol en la disminución de espesores totales y globalmente pueden hacer más económico el proyecto.

63 Observaciones específicas Capítulo 14: Pavimentos rígidos Dejemos la libertad de no usar pasadores hasta un nivel de tránsito bajo dado (1 millón de ejes equivalentes, por ejemplo) Los J que propongo sean incluidos para los ábacos y diseño son: CASO 1: Berma Granular o Asfáltica (Soporte Lateral) Sin pasadores: 4.0 Con pasadores: 3.2 Berma de Concreto hidráulico Sin pasadores: 3.8 Con pasadores: 2.8 Con esto se reformula la tabla de J e incrementa el número de ábacos y nomogramas a presentar (para cada J de los 4 propuestos)

64 Observaciones específicas Capítulo 14: Pavimentos rígidos 8.- Sobre las dimensiones de las losas: NO se contempla el espesor del pavimento para la tabla propuesta. PCA menciona que no se debe superar 20 a 24 veces el espesor de la losa como espaciamiento entre juntas transversales, además de 1.25 veces el ancho de carril. Nota que por ejemplo si el espesor es de 15 cm y el carril de 3.6, la tabla 14.3.1 diría 4.5 metros de largo. Que puede ser incorrecto Por otro lado el hecho de trabajar con pavimentos en altura, la experiencia Boliviana indica que se deben trabajar losas cortas con espesores de AASHTO y selladas.

65 Observaciones específicas Capítulo 14: Pavimentos rígidos 9.- El empleo de juntas machihembrabas o llave es riesgoso, no lo colocaría en el manual para juntas longitudinales 10.- Sobre las juntas de dilatación transversal, en general pueden descartarse, como bien indica el manual, pero se debe ser específico con las excepciones 11.- Cuadro 14.3.3 La distribución de barras de amarre debe ser teniendo en cuenta no interferir con el trabajo de los pasadores. Es necesario anexar un detalle de esto 12.- El 14.6 es muy limitado en cuanto a refuerzos WITHETOPPING.

66 Observaciones específicas Capítulo 16: Comportamiento 1.- El mismo problema del MEPDG, el HDM no está calibrado bajo condiciones locales. 2.- No hay un desarrollo equitativo del comportamiento del pavimento de concreto con respecto al asfáltico.

67 Conclusiones 1.- Excelente iniciativa de crear nuestro primer manual de suelos y pavimentos 2.- El uso de ábacos es ilustrativo y referencial, no exime al diseñador de su trabajo. Es ampliamente usado en varios países con excelentes resultados 3.- El AASHTO 93 esta difundido en el medio y aún tiene vida de 5 a 10 años, aunque con limitaciones 4.- El Manual debe indicar que se debe replantear el diseño con metodologías modernas MEPDG 2008, losas optimizadas, y dar un plazo de 05 años para calibrarlo y colocarlo 5.- Los valores dan las pautas de diseño, “normalizan los criterios” para evitar errores 6.- Es una oportunidad de normalización y el punto de partida de calibración de diseños modernos, que optimicen recursos