exposicion sobre pavimentos delgados

ICH

ENCUENTROS PROFESIONALES

PAVIMENTOS DELGADOS DE HORMIGONANALISIS DE TENSIONES

Y EXPERIENCIAS RECIENTES

Santiago 2006

ENCUENTROS PROFESIONALES

PAVIMENTOS DELGADOS DE HORMIGONANALISIS DE TENSIONES

Y EXPERIENCIAS RECIENTES

Santiago 2006

Juan Pablo Covarrubias

ICH

DEFINICION DE PAVIMENTOS DELGADOS

Pavimentos con espesores entre:Pavimentos con espesores entre:

8 cm. en calles y 18 cm. en caminos8 cm. en calles y 18 cm. en caminos

ICH

CARACTERISTICAS PRINCIPALES

•• Losas chicasLosas chicas•• Base drenante de 15 Base drenante de 15 cmcm (finos (finos < 6%)< 6%)•• Base CBR 30 a 50% (antiguo)Base CBR 30 a 50% (antiguo)•• Corte delgadoCorte delgado•• Sin sello de juntasSin sello de juntas•• Sin dovelas ni barras de amarreSin dovelas ni barras de amarre

ICH

COMPORTAMIENTO DE LOS PAVIMENTOS DE HORMIGON

Explicación de los principios básicos Explicación de los principios básicos de funcionamientode funcionamiento

ICH

DEFORMACIÓN DE UNA LOSA15 cm espesor, 4 m. largo

ICH

EFECTO DE RIGIDEZ SUB-BASE

voladizo

GranularCBR 40

voladizo

BTC

No adherido (polietileno)

ICH

EFECTO DE BTC ADHERIDA

Adherido

HORMIGON: RT = 50 Kg/ cm2

BTC: RC = 100 Kg/ cm2

Tracción

BTC

Compresión

ICH

EFECTO LARGO DE LOSA

voladizo

1/3 L

voladizo

1/3 L

ICH

EFECTO DE RETRACCIONEN ALABEO

ICH

EFECTO DEL AGRIETAMIENTO EN PAVIMENTOS DE HORMIGON

ICH

AGRIETAMIENTO TRANSVERSALEN JPCP SEGÚN HDM 4

% lo

sas

agri

etad

as

Influencia de la Longitud de las Losas Influencia de la Longitud de las Losas (óptimo losas cuadradas)(óptimo losas cuadradas)

ESAL

L1L1

L2L2

L3L3

L1 > L2 > L3L1 > L2 > L3

ICH

COMPARACION DE DISEÑOS

Agrietamiento

0,05,0

10,015,020,0

25,030,035,040,045,0

0 3 6 10 14 19 24 30 36 44 52

ESALS (millones)

Ag

riet

amie

nto

%

Losas cortas 1,8 m Losas delgadas 1,8 m Losas normales 3,6 m

15 cm

22 cm

22 cm

ICH

Efecto de Largo de Losa y Transferencia de Carga

Hiller and Springenschmid, 2004Hiller and Springenschmid, 2004

CrackingCracking

ICH

DEFORMACIÓN DE UNA LOSA CORTA15 cm espesor, 2 m. largo

ICH

DIFERENCIA DE FORMA DE CARGA EN LOSAS CORTAS

ICH

TENSIONES EN LOSA

ICH

LOSAS: RELACION l - h - σL h σ

4500 15 20,0012 31,2510 45,008 70,31

3500 15 15,5612 24,3110 35,008 54,69

1750 15 7,7812 12,1510 17,508 27,34

ICH

PRIMERA EXPERIENCIA EN SANTIAGO - VITACURA

ESPESOR 8 cm

ICH

ALAMEDA: 14 cm ESPESORCUADRICULADO DE 1,2 m.

ICH

Planos Pavimento hormigón

175 cm

Vista en Planta Escala Longitudinal 1:500

Escala transversal 1:500

0 cm

525 cm350 cm

700 cm

(Sector Camino Chinquihue. Puerto Montt)

Rasante Pavimento Terminado

Sentido de Circulación Oriente-Poniente

Det.

1

0 cm

8 cm10 cm

15 cm

12 cm

6@350 cm 8@175 cm 8@175 cm 8@175 cm 7@350 cm

Det.

2

Det.

3 Det.

4

Escala H 1:500

V 1:50

300cm

ICH

LOSAS 8 cm ESPESOR

8 @ 175 cm

pista 1

pista 2N

ICH

Estado Actual

ICH

Tráfico Puerto Montt

CARGAS MÁXIMAS QUE HAN PASADO SOBRE EL PAVIMENTO

CARGA REAL

POR EJE

CARGA MÁXIMA TIPO DE EJE

PERMITIDA

Eje simple 7,79 7

Eje doble 13,02 11

2 Ejes Dobles 19,18 18

1 Eje simple y 1 Doble 16,61 16

2 Ejes dobles y 1 simple 24,72 23

ICH

Duración hasta hoy del Pavimento de 8 cm para Calles

•• El pavimento ha pasado los 50.000 ejes equivalentesEl pavimento ha pasado los 50.000 ejes equivalentes

•• Considerando un promedio de 2 camiones diarios (el de Considerando un promedio de 2 camiones diarios (el de la basura y el del gas)la basura y el del gas)

–– Duración equivalente a la fecha: Duración equivalente a la fecha: 58 años58 años

AUN NO SE AGRIETAAUN NO SE AGRIETA

ICH

Sistema de Carga de Camiones

L

Dx

Dx

L

ICH

Dimensiones de las Losas

•• Largo máximo menor a LLargo máximo menor a L•• Ancho máximo menor a Ancho máximo menor a DxDx

Se propone como una de las soluciones posibles:Se propone como una de las soluciones posibles:–– Cada pista con 2 subCada pista con 2 sub--pistas de 1,75 m de anchopistas de 1,75 m de ancho–– Losas cuadradas de largo igual al anchoLosas cuadradas de largo igual al ancho

ICH

ESTUDIO MEDIANTE ELEMENTOS FINITOS

Curvas Isotensionales

0255075

100125150175200225250275300325350375400425450

7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26

Espesor (cm)

La

rgo

Los

a (

cm)

20 Kg/cm2

25 Kg/cm2

30 Kg/cm2

35 Kg/cm2

40 Kg/cm2

ICH

POSICIONES DE LA CARGALARGO = 4,5 m.

Posición III Posición IV

Posición I Posición II

ICH

POSICIONES DE LA CARGA LARGO = 3,5 m.

Posición III Posición IV

Posición IPosición II

ICH

POSICIONES DE LA CARGA LARGO = 1,75 m.

Posición III Posición IV

Posición I Posición II

ICH

POSICIONES DE LA CARGA LARGO = 1,15 m.

Posición IIIPosición IV

Posición IPosición II

ICH

POSICIONES DE LA CARGA LARGO = 0,7 m.

Posición III Posición IV

Posición I Posición II

ICH

POSICIONES DE LA CARGA LARGO = 0,5 m.

Posición III Posición IV

Posición I Posición II

ICH

TENSIONES kg/cm2

17.128.715.024.721.136.219.632.5K = 3

23.228.822.527.029.438.029.436.7K = 9

IVIIIIIIIVIIIIIIPosición Carga

Barras Traspaso carga

290000Módulo de Elasticidad

-14-21Delta T°C

450x350Tipo Losa

18ESPESOR

1018.69.516.712.223.111.621.4K = 3

13.323.912.820.416.527.216.627.8K = 9

IVIIIIIIIVIIIIIIPosición Carga

Barras Traspaso carga

290000Módulo de Elasticidad

-14-21Delta T°C

450x350Tipo Losa

25ESPESOR

ICH

TENSIONES kg/cm2

12.616.88.511.514.517.211.214.0K = 3

13.018.212.415.216.221.016.218.6K = 9

IVIIIIIIIVIIIIIIPosición Carga

Barras Traspaso carga

290000Módulo de Elasticidad

-14-21Delta T°C

350x350Tipo Losa

25ESPESOR

19.227.318.421.223.631.829.326.3K = 3

22.628.321.826.728.934.231.333.0K = 9

IVIIIIIIIVIIIIIIPosición Carga

Barras Traspaso carga

290000Módulo de Elasticidad

-14-21Delta T°C

350x350Tipo Losa

18ESPESOR

ICH

TENSIONES kg/cm2

10.017.74.811.110.518.35.311.8K = 3

10.218.15.313.111.419.66.214.8K = 9

IVIIIIIIIVIIIIIIPosición Carga

LTE 50%Traspaso carga

290000Módulo de Elasticidad

-14-21Delta T°C

175x175Tipo Losa

18ESPESOR

13.824.86.516.314.625.77.317.5K = 3

13.926.27.018.915.828.78.221.3K = 9

IVIIIIIIIVIIIIIIPosición Carga

LTE 50%Traspaso carga

290000Módulo de Elasticidad

-14-21Delta T°C

175x175Tipo Losa

15ESPESOR

ICH

TENSIONES kg/cm2

19.837.39.125.321.239.210.327.5K = 3

19.739.09.327.523.143.011.031.6K = 9

IVIIIIIIIVIIIIIIPosición Carga

LTE 50%Traspaso carga

290000Módulo de Elasticidad

-14-21Delta T°C

175x175Tipo Losa

12ESPESOR

ICH

TENSIONES kg/cm2

12.925.815.425.81326.215.826.2K = 3

11.325.713.923.711.726.915.224.8K = 9

IVIIIIIIIVIIIIIIPosición Carga

LTE 50%Traspaso carga

290000Módulo de Elasticidad

-14-21Delta T°C

115x115Tipo Losa

12ESPESOR

17.236.820.635.217.337.521.236K = 3

15.335.218.430.916.237.020.432.6K = 9

IVIIIIIIIVIIIIIIPosición Carga

LTE 50%Traspaso carga

290000Módulo de Elasticidad

-14-21Delta T°C

115x115Tipo Losa

10ESPESOR

ICH

TENSIONES kg/cm2

21.127.427.430.421.027.427.430.5K = 3

19.621.924.828.019.821.624.928.0K = 9

IVIIIIIIIVIIIIIIPosición Carga

LTE 50%Traspaso carga

290000Módulo de Elasticidad

-14-21Delta T°C

70x70Tipo Losa

8ESPESOR

ICH

TENSIONES kg/cm2

24.023.020.522.724.023.020.522.6K = 3

20.419.418.519.220.319.218.419.1K = 9

IVIIIIIIIVIIIIIIPosición Carga

LTE 50%Traspaso carga

290000Módulo de Elasticidad

-14-21Delta T°C

50x50Tipo Losa

8ESPESOR

ICH

EFECTO TIPO DE SUELO (k)

Variación Tensiones según tipo de suelo

Losa 450x350

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26

Espesor Losa (cm)

Ten

sio

nes

(K

g/c

m2

)

K = 3

K = 9

Variación Tensiones según tipo de suelo

Losa 350x350

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26

Espesor Losa (cm)

Te

nsi

on

es

(Kg

/cm

2)

K = 3

K = 9

Variación Tensiones según tipo de suelo

Losa 175x175

0

10

20

30

40

50

60

6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

Espe sor Losa (cm)

Ten

sio

ne

s (K

g/c

m2

)

K = 3

K = 9

Variación Tensiones según tipo de suelo

Losa 115x115

0.0

10.0

20.0

30.0

40.0

50.0

60.0

6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

Espesor Losa (cm)

Ten

sio

nes

(K

g/c

m2

)

K = 3

K = 9

Variación Tensiones según tipo de suelo

Losa 70x70

0

5

10

15

20

25

30

35

6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

Espe sor Losa (cm)

Te

nsi

on

es (

Kg

/cm

2)

K = 3

K = 9

Variación Tensiones según tipo de suelo

Lo sa 50x50

0.0

5.0

10.0

15.0

20.0

25.0

6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

Espe sor Losa (cm)

Te

nsi

ones

(K

g/c

m2

)

K = 3

K = 9

ICH

EFECTO DEL GRADIENTE TERMICO

Variación Tens iones según Gradiente Térmico

Los a 450x350

05

1 01 52 02 53 03 54 04 5

1 4 15 16 17 18 1 9 20 2 1 2 2 23 24 25 26

Espesor (cm)

Ten

sio

nes

(K

g/c

m2

)

-21°C

-14°C

Variación Tensiones según Gradiente Térmico

Losa 350x350

0

5

10

15

20

25

30

35

40

14 15 16 17 18 1 9 20 21 22 2 3 24 25 2 6

Espesor (cm)

Ten

sio

nes

(K

g/c

m2

)

-21°C

-14°C

Variación Tensiones según Gradiente Térmico

Losa 175x175

0

10

20

30

40

50

60

7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

Es pesor (cm)

Te

nsi

one

s (K

g/c

m2

)

-21°C

-14°C

Variación Tensiones según Gradiente Térmico

Los a 115x115

0

10

20

30

40

50

60

7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

Espesor (cm)

Ten

sio

ne

s (K

g/c

m2

)

-21°C

-14°C

Variación Tensiones según Gradiente Térmico

Losa 70x70

0

5

10

15

20

25

30

35

7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

Espesor (cm)

Ten

sio

nes

(K

g/c

m2

)

-21°C

-14°C

Variación Tensiones según Gradiente Térmico

Losa 50x50

0

5

10

15

20

25

7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

Espesor (cm)

Ten

sio

nes

(K

g/c

m2)

-21°C

-14°C

ICH

EFECTO DE MODULO DE ELASTICIDAD DEL HORMIGON (E)

Influencia del Módulo de Elas ticidad en las

Tensiones - Losa 450x350

0

10

20

30

40

50

60

14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26

Espesor (cm)

Tensio

nes (K

g/c

m2

)

E1 = 290.000Kg/cm2

E2 = 435.000Kg/cm2

Influencia del Módulo de Elasticidad en las

Tensiones - Los a 350x350

0.0

10.0

20.0

30.0

40.0

50.0

60.0

14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26

Espes or (cm)

Ten

sio

nes

(K

g/cm

2)

E1 = 290.000Kg/cm2

E2 = 435.000Kg/cm2

Influencia del Módulo de Elasticidad en las

Tens iones - Losa 175x175

0.0

10.0

20.030.0

40.0

50.0

60.0

70.080.0

90.0

100.0

7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19

Espesor (cm)

Tensio

nes (K

g/c

m2)

E1 = 290.000Kg/cm2

E2 = 435.000Kg/cm2

Influencia del Módulo de Elasticidad en las

Tens iones - Losa 115x115

0

10

20

30

40

50

60

70

7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19

Espesor (cm)

Tensio

nes

(K

g/c

m2)

E1 = 290.000Kg/cm2

E2 = 435.000Kg/cm2

Influencia del Módulo de Elasticidad en las

Tens iones - Losa 70x70

0.0

5.0

10.0

15.0

20.0

25.0

7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19

Espesor (cm)

Ten

siones (K

g/c

m2)

E1 = 290.000Kg/cm2

E2 = 435.000Kg/cm2

Influencia del Módulo de Elas ticidad en las

Tensiones - Losa 50x50

0

5

10

15

20

25

7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19

Espesor (cm)

Ten

sion

es

(Kg

/cm

2)

E1 = 290.000Kg/cm2

E2 = 435.000Kg/cm2

ICH

EFECTO DE BARRAS DE TRASPASO DE CARGAS

Comparación LTE 50% v/s Dovelas

Losa 450x350

20

25

30

35

40

45

50

14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26

Espesor (cm)

Tensi

on

es

(Kg

/cm

2)

Dovelas

LTE 50%

ICH

DISEÑO EN GUATEMALALOSAS 4,5 x 3,5 x 24 cm

carga centrada

10,217,719,5Tensiones (kg/cm2)

IIIIIIPosición Carga

Barras Traspaso carga

3Módulo de reacción K (kg/cm3)

290000Módulo de Elasticidad (kg/cm2)

-14Gradiente Térmico °C

450x360Tipo Losa

24ESPESOR (cm)

Posición III

Posición I

Posición II

ICH

DISEÑO EN GUATEMALALOSAS 4,5 x 3,5 x 24 cm

carga al borde

10,619,922,521,9Tensiones (kg/cm2)

IVIIIIIIPosición Carga

Barras Traspaso carga

3Módulo de reacción K (kg/cm3)

290000Módulo de Elasticidad (kg/cm2)

-14Gradiente Térmico °C

450x360Tipo Losa

24ESPESOR (cm)

Posición III

Posición IV

Posición I

Posición II

ICH

DISEÑO EN GUATEMALALOSAS 1,75 x 2,1 x 18 cm

con sobre ancho 30 cm

16,014,310,5Tensiones (kg/cm2)

IIIIIIPosición Carga

LTE 50%Traspaso carga

3Módulo de reacción K (kg/cm3)

290000Módulo de Elasticidad (kg/cm2)

-14Delta T°C

210x180Tipo Losa

18ESPESOR (cm)

Posición III

Posición I

Posición II

ICH

DISEÑO EN GUATEMALALOSAS 1,75 x 2,1 x 15 cm

con sobre ancho 30 cm

Posición III

Posición I

Posición II22,120,014,5Tensiones (kg/cm2)

IIIIIIPosición Carga

LTE 50%Traspaso carga

3Módulo de reacción K (kg/cm3)

290000Módulo de Elasticidad (kg/cm2)

-14Delta T°C

210x180Tipo Losa

15ESPESOR (cm)

ICH

RESUMEN DEL DISEÑO

5050

100100

5050

5050

TráficoTráfico

mESALSmESALS

22,122,11515NoNo1,751,75

16161818NoNo1,751,75

22,522,52424BordeBorde4,54,5

19,519,52424CentradaCentrada4,54,5

TensiónTensión

Kg/cm2Kg/cm2EspesorEspesor

cmcmCarga Carga bordeborde

Largo Largo

m.m.

ICH

Costos de PavimentosUS$ km * pista

hormigónhormigón

8 8 cmcm 45,83045,83010 10 cmcm 50,84950,84912 12 cmcm 55,86855,868

15 15 cmcm 63,39663,396

22 22 cmcm 80,96280,962

AsfaltoAsfalto

5 5 cmcm 52,69852,6986 6 cmcm 56,25556,2557 7 cmcm 59,82159,821

18 18 cmcm 95,48195,481

ICH

Ahorro en Costo de Construcción

•• Ahorro de más de Ahorro de más de US$US$ 30,000 por kilómetro pista30,000 por kilómetro pista

•• Ahorro de más del 20% del costo del pavimentoAhorro de más del 20% del costo del pavimento

PAVIMENTOS DE HORMIGONPAVIMENTOS DE HORMIGONA MENOR COSTO INICIAL QUE LOS DE ASFALTOA MENOR COSTO INICIAL QUE LOS DE ASFALTO

ICH

Opinión Dr. Michael Darter8/11/2005

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ICH

Diseño

•• PAVEMENT EVALUATOR (HDM 4)PAVEMENT EVALUATOR (HDM 4)–– MecanisitaMecanisita

–– Calibrado con base datos LTPP y ChileCalibrado con base datos LTPP y Chile

–– Incluye alabeoIncluye alabeo

–– Tiene modelos de fatigaTiene modelos de fatiga

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