becker, desempeño y costos de pavimentos de concreto en argentina (definitivo)

DESEMPEÑO Y COSTOS DE PAVIMENTOS DE CONCRETO EN

ARGENTINA

CONFERENCIA SOBRE

Ing. Edgardo BECKER

Ing. Edgardo BECKER , conferencia sobre DESEMPEÑO Y COSTOS DE PAVIMENTOS DE CONCRETO

DESEMPEÑO Y COSTOS DE PAVIMENTOS DE CONCRETO EN ARGENTINAINDICE DE LA PRESENTACIÓN

• CONCEPTOS BÁSICOS• diferencias de comportamiento entre pavimentos rígidos y flexibles• importancia de la uniformidad de la base para pavimentos rígidos• paquetes estructurales típicos

• para pavimentos urbanos• para carreteras

• estrategias de mantenimiento• comportamiento de los pavimentos de concreto de acuerdo a las condiciones ambientales

• COSTOS DE PAVIMENTOS• costos a considerar en la vida de servicio de un pavimento• costos relativos en Argentina de soluciones en concreto y asfalto• consideraciones generales sobre pavimentos urbanos de concreto• consideraciones generales sobre pavimentos de carreteras de concreto

• RECOMENDACIONES SOBRE DISEÑO DE CONCRETOS PARA PAVIMENTOS EJECUTADOS CON TAR*• recomendaciones para el control de fisuras tempranas• recomendaciones para control de fisuras a largo plazo• pruebas preliminares• conclusiones

* TAR: se refiere a la tecnología de alto rendimiento en la que se utilizan equipos pavimentadores de molde deslizante.

Pavimento Flexible Pavimento Rígido

60°

4,90 m

0,20

5°

DISTRIBUCIÓN DE CARGAS SOBRE EL SUELOCONCEPTOS BÁSICOS


INFLUENCIA DE LA UNIFORMIDAD DE LA BASE DE APOYO


zona de suelo rígido

zona de suelo muy compresible y/o bombeable

ESTADO INICIAL

ESTADO FINAL

zona de suelo rígido

CONCEPTOS BÁSICOS



2,5 cm7,5 cm

20 cm15 cm

15 cm

5 1

3

4

2

6

1.- Carpeta de concreto asfáltico2.- Base granular asfáltica (base negra)3.- Base de suelo-cemento / suelo granular / suelo-cal4.- 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 MPa2.- Subbase de suelo seleccionado3.- Subrasante VS > 3 %

1

2

3

PARA PAVIMENTOS URBANOS (zona residencial)PAQUETES ESTRUCTURALES TÍPICOS


PARA PAVIMENTOS INTERURBANOS (TDMA = 3000 vehículos/diarios y 30% pesados)PAQUETES ESTRUCTURALES TÍPICOS


6 cm10 cm

15 cm

15 cm

25 cm

6 1

3

4

2

7

1.- Carpeta de concreto asfáltico2.- Base granular asfáltica (base negra)3.- Base de suelo-cemento / suelo granular / suelo-cal4.- Subbase de suelo granular / suelo-cal5.- 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 MPa2.- Subbase de suelo seleccionado3.- Subrasante VS > 3 %

1

2

315 cm

5


DE ACUERDO AL TIPO DE PAVIMENTOESTRATEGIAS DE MANTENIMIENTO

5

4

3

2

1

00 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20

Tiempo de análisis [años]

Niv

el d

e Se

rvic

io

Pavimento de asfalto

Pavimento de concreto

nivel mínimo de servicio aceptable definido por el comitente

nivel de servicio inicial obtenido por el constructor


DE ACUERDO AL TIPO DE PAVIMENTOESTRATEGIAS DE MANTENIMIENTO

5

4

3

2

1

00 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20


Niv

el d

e Se

rvic

io

Pavimento de asfalto

Pavimento de concreto




INFLUENCIA DE LAS CONDICIONES MEDIOAMBIENTALESCOMPORTAMIENTO EN SERVICIO DE LOS PAVIMENTOS

Fuente: E. Becker, 2009. Conferencia sobre “Conceptos de Funcionamiento y Durabilidad de Pavimentos de Concreto”. Bogotá (Colombia), 07/05/2009

INFLUENCIA DE LAS CONDICIONES MEDIAMBIENTALESALABEOS 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


Montevideo, 22/03/2011

Pavimento durante asoleamiento

detalle de micro -fisuración bajo la carga

Si sz > sz adm fisura

z

D


Montevideo, 22/03/2011

Pavimento durante la noche

zD

detalle de micro -fisuración superior por carga de esquina sobre losa alabeada

Si sz > sz adm fisura

zona afectada


COSTOS A CONSIDERAR EN EL ANÁLISISANÁLISIS DEL COSTO A LO LARGO DE LA VIDA EN SERVICIO

Costo de Construcción

Costo de Mantenimiento Rutinario

Costo de Reparación Mayor

Costo de Operación

Valor Residual

Costo Total del Pavimento

+

+

+

-


COSTO DE CONSTRUCCIÓNINFLUENCIA DEL PROYECTO

Fuente: E. Becker, 2011. Estudio preliminar de alternativas para duplicación de calzada en ruta nacional con TMDA = 2.500-3.000 vehículos/día


COSTO DE CONSTRUCCIÓNINFLUENCIA DE LA METODOLOGÍA CONSTRUCTIVA



http://www.google.com.ar/imgres?imgurl=http://www.scoutsanpedro.cl/wp-content/uploads/asado.jpg&imgrefurl=http://www.taringa.net/posts/humor/1588296/Lo-Mejor-Del-Argentino:-%C2%A1El-Asado!.html&h=387&w=570&sz=57&tbnid=H6Wz0nit5ZwwRM:&tbnh=91&tbnw=134&prev=/images?q=asado&hl=es&usg=__V8doFei0vT-nohnJmL9nz24JcuQ=&ei=bW35SvTlN8bZnAfbxKyIDQ&sa=X&oi=image_result&resnum=3&ct=image&ved=0CBMQ9QEwAg



Costo del concreto puesto sobre batea; 25.56%

Costo de transporte; 2.49%

Costo de colocación, compactación y terminación (pavimentadora); 34.64%

Costo de curado; 3.46%

Costo de aserrado y sellado; 7.17%

Costo de control de calidad; 0.12%

Pasadores; 19.16%Costo de base; 7.39%

Fuente: E. Becker, 2011. Estudio preliminar de alternativas para calzada de autopistal con TMDA = 7.000 vehículos/día



Costo del concreto puesto sobre batea; 25.56%

Costo de transporte; 2.49%

Costo de colocación, compactación y terminación (pavimentadora); 34.64%

Costo de curado; 3.46%

Costo de aserrado y sellado; 7.17%

Costo de control de calidad; 0.12%

Pasadores; 19.16%Costo de base; 7.39%

Costo de cemento; 37.14%

Costo del agua; 0.40%

Costo de agregados; 34.96%

Costo de aditivos; 0.74%

Costo de mano de obra; 1.95%

Costos administrativos e instalación; 5.20%

Costos de elaboración; 19.61%

Fuente: E. Becker, 2011. Estudio preliminar de alternativas para calzada de autopistal con TMDA = 7.000 vehículos/día


COSTO DE MANTENIMIENTO RUTINARIOCONTROL DE LA CURVA DE DETERIORO


INFLUENCIA DE LA FALTA DE MANTENIMIENTO RUTINARIODETERIORO DEL SELLADO DE JUNTAS

Fuente: E. Becker & G. Cuaroni, 07/07/2011. RP6 (GBA, Argentina)

PAVIMENTO CON SELLO DEFICIENTE (junta con defectos de aserrado)




PAVIMENTO CON SELLO DEFICIENTE




PAVIMENTO CON BOLBEO DE FINOS





bombeo por falla de sello





bombeo por falla de sello

desnivel





desnivel



CONSECUENCIA SOBRE EL DESEMPEÑO

5

4

3

2

1

00 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20


Niv

el d

e Se

rvic

io






5

4

3

2

1

00 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20


Niv

el d

e Se

rvic

io



$




5

4

3

2

1

00 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20


Niv

el d

e Se

rvic

io




INFLUENCIA DE LA FALTA DE MANTENIMIENTO RUTINARIODETERIORO DE LAS BANQUINAS


PAVIMENTO CON DESNIVELES

desnivel


INFLUENCIA DE LA FALTA DE MANTENIMIENTO RUTINARIODETERIORO DE LAS BANQUINAS

PAVIMENTO CON DESNIVELES

¿Ud. se animaría a estim

ar

este costo?



COSTO DE REPARACIONES MAYORESRESTITUCIÓN GENERAL DE ESTADO DEL PAVIMENTO


COSTO DE OPERACIÓNINFLUENCIA DE LA ESTRATEGIA DE MANTENIMIENTO SOBRE EL USUARIO


INFLUENCIA DEL TIPO DE PAVIMENTO SOBRE EL CONSUMO DE COMBUSTIBLECOSTO DE OPERACIÓN

100

80

60

40

20

02,25 4,50 9,50 19,00 23,50

Peso bruto del vehículo [x 1000 kg]

Ahor

ro d

e Co

mbu

stibl

e (*

)[li

tros

/100

0 km

]

(*) 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)



Fuente: varios


INFLUENCIA DEL TIPO DE PAVIMENTO SOBRE EL CONSUMO DE ENERGÍACOSTO DE OPERACIÓN (energía y mediambiente)

Pavimento de Asfaltosuperficie oscura

Pavimento de Concretosuperficie clara

hasta 50 % ahorro en energía eléctrica





Luminosidad asfalto < Luminosidad concreto



ENERGÍA DE ILUMINACIÓN

Pavimento de Asfalto

400 kWh

Fuente: E. Becker & G. Di Pace, 1998. “Life Cycle Cost of Urban Pavements”. 8th International Symposium on Concrete Roads.



ENERGÍA DE ILUMINACIÓN

Pavimento de Concreto

250 kWh

¡Ahorro del 38%!!!

Fuente: E. Becker & G. Di Pace, 1998. “Life Cycle Cost of Urban Pavements”. 8th International Symposium on Concrete Roads.


INFLUENCIA DEL TIPO DE PAVIMENTO SOBRE LA TEMPERATURA URBANACOSTO DE OPERACIÓN (energía y medioambiente)



Temperatura asfalto > Temperatura concreto

sol sol


INFLUENCIA DEL TIPO DE PAVIMENTO SOBRE LA TEMPERATURA URBANACOSTO DE OPERACIÓN (energía y medioambiente)

Temperatura asfalto > Temperatura concreto

55°C

28°C

41°C

48°C


0,15 m

0,15 m

PAVIMENTO DE HORMIGÓN

SUB-BASE

SUBRASANTE

0,15 m

0,15 m

PAVIMENTO DE HORMIGÓN

SUB-BASE

SUBRASANTE

0,14 m

Detalle

Corte Transversal

Costo de Pavimento de Concreto:

• Costo de construcción: • Costo de mant. anual: • Costo de reparación:• Costo de operación:

US$/m2

US$/m2

US$/m2

US$/m2

8665

052

1218

-

Fuente: E. Becker, Agosto 2011. Estudio Comparativo de Costos de Pavimentos Urbanos para Buenos Aires.

COSTOS DE PAVIMENTOS URBANOS (tránsito residencial)ANÁLISIS DE COSTO

ALTERNATIVA CONCRETO




ALTERNATIVA ASFALTO #1

Detalle

Corte Transversal

Costo de Pavimento de Asfalto (7,5 cm):


US$/m2

US$/m2

US$/m2

US$/m2

6581

066

2632

-

Ancho total de calzada0,50 m 0,50 m

0,15 m

0,15 m

0,075 m

0,15 m

0,15 m

0,075 m

0,15 m

PAVIMENTO DEASFALTO

SUB-BASE

SUBRASANTE

0,15 m

BASE




ALTERNATIVA ASFALTO #2

Detalle

Corte Transversal

Costo de Pavimento de Asfalto (5 cm):


US$/m2

US$/m2

US$/m2

US$/m2

5696

080

2632

-

Ancho total de calzada0,50 m 0,50 m

0,15 m

0,15 m

0,05 m

0,15 m

0,20 m

0,05 m

0,20 m

PAVIMENTO DEASFALTO

SUB-BASE

SUBRASANTE

0,15 m

BASE

0 5 10 15 20 25 300

100,000

200,000

300,000

400,000

500,000

600,000

700,000

800,000

Tiempo [años]

Ga

sto

Ac

um

ula

do

[$/c

ua

dra

]


Fuente: E. Becker, Agosto de 2011. Estudio Comparativo de Costos de Pavimentos Urbanos para Buenos Aires.


FLUJO DE FONDOS (tasa = 0%)

concreto

asfalto #1

asfalto #2

Tipo de cambio: 1 US$ = $ 4,17

0 5 10 15 20 25 300

100,000

200,000

300,000

400,000

500,000

600,000

700,000

800,000

Tiempo [años]

Ga

sto

Ac

um

ula

do

[$/c

ua

dra

]

0 5 10 15 20 25 300

100,000

200,000

300,000

400,000

500,000

600,000

700,000

800,000

Tiempo [años]

Ga

sto

Ac

um

ula

do

[$/c

ua

dra

]


Fuente: E. Becker, Agosto de 2011. Estudio Comparativo de Costos de Pavimentos Urbanos para Buenos Aires.


FLUJO DE FONDOS (tasa = 8%)

concretoasfalto #1asfalto #2

Tipo de cambio: 1 US$ = $ 4,17

0 5 10 15 20 25 300

5

10

15

20

25

Tiempo [años]

Cu

ad

ras

An

ua

les



Cantidad de cuadras construidas por cada $ 4.170.000.- (US$ 1.000.000) de presupuesto municipal anual destinado a construcción, mantenimiento y reparación de pavimentos urbanos de 7,35 m de anchoFuente: E. Becker, Agosto de 2011. Estudio Comparativo de Costos de Pavimentos Urbanos para Buenos Aires.

concretoasfalto #1asfalto #2

CONSTRUCCIÓN CON PRESUPUESTO ANUAL CONSTANTE

0 5 10 15 20 25 300

50

100

150

200

250

Tiempo [años]

Cu

ad

ras

Ac

um

ula

do



concreto

asfalto #1

asfalto #2

CONSTRUCCIÓN CON PRESUPUESTO ANUAL CONSTANTE

Cantidad de cuadras acumuladas construidas por cada $ 4.170.000 (US$ 1.000.000) de presupuesto municipal anual destinado a construcción, mantenimiento y reparación de pavimentos urbanosFuente: E. Becker, Agosto de 2011 Estudio Comparativo de Costos de Pavimentos Urbanos para Buenos Aires.


CONCLUSIONES

Municipios que construyen pavimentos de concreto de buena calidad y realizan un adecuado mantenimiento logran:

• Vidas útiles en el orden de los 50 años

• Aumento constante de la cantidad de cuadras pavimentadas

• Ahorros en energía eléctrica de iluminación urbana del orden del 40 %

• Menor calentamiento por asoleamiento

• Mayor sustentabilidad (economía, sociedad, ecología)

ANÁLISIS PARA PAVIMENTOS URBANOS (tránsito residencial)DESEMPEÑO Y COSTOS DE PAVIMENTO EN ARGENTINA


CONCLUSIONES

Las carreteras pavimentadas en concreto de buena calidad y realizan un adecuado mantenimiento logran:

• Vidas útiles coherentes con las estimaciones de diseño

• Ahorros reales sobre el flujo de fondos (life cycle cost)

• Disponibilidad de recursos para la construcción de más carreteras

• Ahorros en energía eléctrica de iluminación en autopistas

• Ahorros reales en los costos de operación del transporte

• Mayor eficiencia energética

• Mayor sustentabilidad (economía, sociedad, ecología)

ANÁLISIS PARA PAVIMENTOS DE CARRETERAS (rutas, autovías y autopistas)DESEMPEÑO Y COSTOS DE PAVIMENTO EN ARGENTINA


PARA SER UTILIZADA EN PAVIMENTOS DE CONCRETO COLOCADO CON TARRECOMENDACIONES PARA EL DISEÑO DE LA MEZCLA

Si luego de esta presentación, Ud. está analizando construir una carretera en concreto, lo invito a gastar unos minutos adicionales para hacerle unas recomendaciones en base a nuestra experiencia de campo…



Foto: E. Becker, 2004. Construcción de RP 6, tramo VI. fecha: 26/05/2004.


a) losa de pavimento sobre base no absorbente

b) losa de pavimento sobre base absorbente

diag

ram

a de

hu

med

ad

satu

rado

sobresaturado

satu

rado

sobresaturado

diag

ram

a de

hu

med

ad

Efecto de la capacidad de absorción de la base

concreto recién colocado…

Fuente: E. Becker, 2009. “Experiencias de Construcción de Vías de Concreto en Argentina”. 08/05/2009. Bogotá, Colombia


diag

ram

a de

hu

med

ad

sobresaturado

satu

rado

satu

rado

sobresaturado

diag

ram

a de

hu

med

ad

no saturado

Efecto de la capacidad de absorción de la base



… luego de varios minutos o algunas horas …



diag

ram

a de

hu

med

ad

sobresaturado

satu

rado

no saturado

satu

rado

sobresaturado

diag

ram

a de

hu

med

ad



... luego de un par de horas sin protección




Exud

ació

n [%

]PARA SER UTILIZADA EN PAVIMENTOS DE CONCRETO COLOCADO CON TARRECOMENDACIONES PARA EL DISEÑO DE LA MEZCLA


estado endurecido

1 2 4 6 8 10 1 3 70

100

200

300

400

Tiempo [h, días]

Ext

en

sib

ilid

ad [

x 10

6]

esta

do d

e tr

ansi

ción

esta

do fr

esco

Fuente: Concrete Society, 1992. “Nos-Structural Cracks in Concrete” , adaptado por el autor

Extensibilidad : capacidad de deformación del material

peligro



estado endurecido

1 2 4 6 8 10 1 3 70

100

200

300

400

Tiempo [h, días]

Ext

en

sib

ilid

ad [

x 10

6]

esta

do d

e tr

ansi

ción

esta

do fr

esco




mezcla original

mezcla menos sensible


estado endurecido

1 2 4 6 8 10 1 3 70

100

200

300

400

Tiempo [h, días]

Ext

en

sib

ilid

ad [

x 10

6]

esta

do d

e tr

ansi

ción

esta

do fr

esco




mezcla original


segu

ridad


estado endurecido

1 2 4 6 8 10 1 3 70

100

200

300

400

Tiempo [h, días]

Ext

en

sib

ilid

ad [

x 10

6]

esta

do d

e tr

ansi

ción

esta

do fr

esco




mezcla original


segu

ridad

segu

ridad

Estado inicial

Luego de algunas horas

Luego de algunos días

restricción

PRINCIPALES MECANISMOS DE CONTROLCONTROL DE RIESGO SOBRE LA CONTRACCIÓN TEMPRANA

PRINCIPALES MECANISMOS DE CONTROLCONTROL DE RIESGO SOBRE LA CONTRACCIÓN TEMPRANA

Las 4 acciones prácticas para evitar la fisuración temprana:

1) Minimizar la contracción temprana

2) Aumentar la extensibilidad de la mezcla

3) Disminuir la restricción entre la losa de pavimento y la base

4) Adecuado debilitamiento controlado (materialización de juntas)


4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17

CET del concreto [x 10-6 1/°C]

Canti

dad

de lo

sas

fisur

adas

[%

]

100

50

0

Influencia del CETsobre la probabilidad de fisuración de losas de pavimento

cantidad aceptable

CET aceptable




4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17

CET del concreto [x 10-6 1/°C]

Canti

dad

de lo

sas

fisur

adas

[%

]

100

50

0

Influencia del CETsobre la probabilidad de fisuración de losas de pavimento

CET del CRS del río UruguayCET del Basalto de Corrientes

cantidad aceptable

CET aceptable



CET del Granito de Olavarría



Foto: E. Becker, 19/03/2009. Tramo experimental para Ruta Nacional N°14, tramo 2, sección II (Colón, Entre Ríos)



Foto: J. C. Balestro, 23/04/2009. Testigo de tramo experimental para Ruta Nacional N°14, tramo 2, sección II (Colón, Entre Ríos) ejecutado el 19/03/2009.


Si luego de todo lo que presentamos aquí…Ud. aún piensa que el concreto es un material “noble”…

es que no entendío nada

… por otro lado, los especificadores, controladores de obra y constructores que aún piensan que se puede aprobar el uso de una mezcla de concreto con sólo exigir un valor de resistencia y trabajabilidad…

es probable que tengan algunos inconvenientes

… ¿qué le vamos a exigir a la mezcla en el futuro????

DESEMPEÑO acorde a las exigencias del proyecto



ACERCA DE LA IMPORTANCIA DE LOGRAR UN BUEN DESEMPEÑO DE LOS PAVIMENTOSCONCLUSIONES

Ya que un buen DESEMPEÑO es aquel que nos asegura:

• una vida de servicio de acuerdo al proyecto• un nivel de servicio de acuerdo a lo previsto• mantener los costos acotados• lograr los niveles de eficiencia energética deseados

Consecuentemente, una solución sustentable y sostenibley en ese sentido, los pavimentos de concreto considero

que brindan la mejor respuesta en la mayor parte de los proyectos más exigentes.

Fotos: G. Cuaroni y J. C. Balestro, 30/08/2010. Seminarios en DPV Chaco y UNNE

SEMBRAR PARA COSECHAR…

… pero no todas las semillas germinan…


¡Gracias!¿preguntas?

[email protected]ó

[email protected]

mailto:[email protected]

mailto:[email protected]

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