Exposicion Mario Becerra Manual Suelos y Pavimentos

UNIVERSIDAD DE PIURA – SEDE LIMA
PROGRAMA MASTER EN INGENIERÍA CIVIL
MENCIÓN EN INGENIERÍA VIAL

Simposio sobre el Proyecto de Suelos y Pavimentos del Ministerio
de Transportes y Comunicaciones

“Pavimentos de Concreto”
Por: Mario Rafael Becerra Salas

Tópicos de la presentación

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


1.- Puntos a tomar
en cuenta

Consideraciones de diseño

Sol

a r
eratu
Humedad
Agregados

Temp
Nubes Viento
Cemento y adiciones
minerales
Medio Ambiente
Cilindros vs vigas

Monitoreo de la humedad y temperatura
Aditivos

Tiempo 60°F
90°F
120°F 25%
50%
75%
30°F 150°F 0% 100%
NO destructivos
Métodos de curado temperatura humedad
o
ic
r m
s

té
la

Agretamiento por contracción plástica
k
l
Fa

oc

Fisuras horizontales Apertura prematura al tránsito
Sh

Transporte y Requerimientos del proyecto
colocación de Construcción
concreto

Tipos de pavimentos

Distribución de esfuerzos a la Base

El pavimento de concreto
controla los esfuerzos
generados por el tránsito

Pavimentos

Distribución de esfuerzos a la Base

Pavimento de Asfalto (flexible) Pavimento de Concreto (Rígido)

5°

0,20

4,90 m

60°

Proceso de selección de
Alternativas

Planteamiento
Recolección de Evaluación
de Alternativas
Datos del Proyecto
Diseño Preliminar
Reconstrucción
Restauración
Reciclaje
Tratamiento
Superficie

Selección de Costeo Ciclo de
Diseño Final las alternativas Vida (LCCA)
preferidas
Factores no
Monetarios (LCCA)
Construcción

1924. Av. Venezuela – Salida de Lima

El Metropolitano
2008 - 2009

Pavimentos de concreto

Pavimentos de concreto con:

Juntas transversales.

• Sin dowels
• Con dowels

Juntas transversales y refuerzo de acero.

Refuerzo de acero contínuo.

Pavimentos con juntas
transversales

Planta

3.5 - 6.0 m
( 12 a 20 pies)

Perfil

Pavimentos con juntas
transversales

Pavimentos con juntas y refuerzos
de acero

Planta

7.5 - 9.0 m
(25 a 60 pies)

Perfil

0.2 a 0.3% de acero

Pavimentos con juntas y refuerzos
de acero

Pavimentos con refuerzo de acero
contínuo

Planta

0.6 - 2.0 m
(3 a 8 pies)

Perfil

0.6 a 0.8% acero

Pavimentos con refuerzo de acero
contínuo

JPCP – Realidad
Latinoamericana

Diseño del espesor
Juntas longitudinales Rugosidad

Juntas transversales

Texturizado

Materiales del concreto

Barras de transmisión
Barras de amarre
Subrasante
Subbase o base

Metodologías de diseño clásicas

AASHTO PCA

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

Metodologías de diseño existentes

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

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

¿Por qué juntas en el pavimento de
concreto?

Fisuras por alabeo

Tecnológica de Construcción

PAV EXISTENTE
LINEA GUIA
PASAJUNTAS
VACIADO
TEXTURIZADO
CORTADO
SELLADO


2.- Posición como
diseñador y
constructor

Posición como diseñador

• 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

• Cap 11: Materiales para pavimentos
• Cap 14: Pavimentos rígidos
• Cap 16: Comportamiento de pavimentos


3.- Crítica
constructiva

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?


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.


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


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

Ecuación 93

 ∆PSI   
Log10    
 4.5 − 1.5  + ( 4.22 − 0.32 P ) xLog  M r Cdx ( 0.09 D 0.75 − 1.132 ) 
Log10W82 = Z R SO + 7.35 Log10 ( D + 25 .4) − 10.39 + t 10  
1.25 x1019 
 1.51xJ  0.09 D − 7.38  
1+ 0.75

( D + 25.4)8.46   0.25  
( Ec / k )  
 

• 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

AASHO Road Test (finales de 1950
´s)

(AASHO, 1961)

Carga vehicular en el año 1950

Presión máx de llantas= 80 psi (5.5 kg/cm2 )

(AASHO, 1961)

¿Qué limitaciones AASHTO 93?
Altos rangos estructurales de
diseño y rehabilitación 50+ millones

1.1 millones de repeticiones
Secciones estructurales limitadas
AASHO Road Test

AASHTO Guía de diseño
1 clima/2 años 1 juego de materiales

Todos los climas / 20-50 años Nueva diversidad de materiales

Limitaciones: Gran Extrapolación de
Tráfico


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


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

Diseño MEPDG 2002 - 2010

IRI

PULG/MILLA M/KM

63.33 1
95.00 1.5
126.67 2
158.33 2.5
190.00 3
221.67 3.5
253.33 4
285.00 4.5

ESCALONAMIENTO

3 a 6 mm
0.25 pulg. = 6 mm

PTO. QUETZAL - ESCUINTLA
• 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

CUESTA DE VILLALOBOS
• 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

Experiencia Guatemala – Estuardo Herrera

METODOLOGÍA
MECANICISTA

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

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)


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"


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"

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%

Ensayo Límites Método de ensayo
pH 5.5 – 8.5 NTP 339.073
Resistencia a compresión, mínimo, % NTP 339.033
90
del control a 7 díasA NTP 339.034
Tiempo De fraguado, desviación De 1 h más temprano a 1,5 h
NTP 339.082
respecto al control, horas: minutosA más tarde



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



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



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


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.

Característica Construcción Tolerancia

Encofrados fijos +25 mm a -38 mm
Asentamiento
Encofrados deslizantes +13 mm a -38 mm

Encofrados fijos +1,8%
Aire
Encofrados deslizantes +1,8%



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

Compresión FlexoTracción
EE
(Ensayo MTC E 704) (Ensayo MTC E 709)
< 5x106 280 kg/cm2 40 kg/cm2
5x106<EE<15x106 300 kg/cm2 42 kg/cm2
>15x106 350 kg/cm2 45 kg/cm2


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



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.



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)



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.



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.


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.

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

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