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Conferencia Internacional

Construcción de Pavimentos con Equipos de Encofrado Deslizante

Algunos aspectos a considerar en las etapas de diseño y construcción

Lima, viernes 5 de noviembre de 2010

Ing. Edgardo BECKER

IX CONVENCIÓN INTERNACIONAL DEL ACI PERÚ

Pavimentos de Concreto

Proyectos de pavimentos de concreto ejecutados con TAR en Argentina

Fuentes: ICPA – Instituto del Cemento Pórtland ArgentinoLOMA NEGRA CIASA – Gerencia de Ventas Técnicas

0

50

100

150

200

250

300

19961997199819992000200120022003200420052006200720082009201020112012201320142015

Long

itud

equ

ival

ente

[km

]

año

1.500 km

1.270 km


¿Qué preguntas deberíamos saber responder para obtener pavimentos durables y buen nivel de servicio?

• ¿Cómo funcionan los pavimentos?

• ¿Por qué materializamos juntas en los pavimentos de concreto?

• ¿Por qué se deterioran los pavimentos de concreto?

• ¿Qué deberíamos tener en cuenta en el diseño para evitar las fallas tempranas?

• ¿Qué implica pavimentar con equipos de alto rendimiento (TAR)?

• ¿Qué debemos conocer y hacer para evitar las fisuras tempranas durante la

construcción?

¿Cómo funcionan los pavimentos?


Distribución de Esfuerzos a la Base

Pavimento Flexible Pavimento Rígido

60°

4,90 m

0,20

5°

Pavimentos Rígidos y Flexibles

Cortes Transversales Típicos de Pavimentos UrbanosPavimento Flexible Pavimento Rígido

2,5 cm7,5 cm

20 cm

15 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



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

Cortes Transversales Típicos de Pavimentos de Ruta


Estrategias de Mantenimiento Mayor5

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

Funcionamiento y durabilidad


Costo del Pavimento a lo Largo de su Vida Útil

Costo de Construcción

Costo de Mantenimiento Rutinario

Costo de Reparación Mayor

Costo de Operación

Valor Residual

Costo Total del Pavimento

+

+

+

-



Costo de Operación


Pavimento de Asfalto Pavimento de Concreto


Costo de Operación

50 % ahorro en energía eléctrica

Análisis de Costo Total del Pavimento60

50

40

30

20

0

Tiempo de análisis [años]

Cost

os [$

/m2 ]

Pavimento de asfalto

Pavimento de concreto

Costo MantenimientoMayor

Costo MantenimientoRutinario

CostoConstrucción

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20



¿Por qué materializamos juntas en los pavimentos de concreto?

Fisuras de contracción por secado


¿Por qué se deterioran los pavimentos?

Durabilidad de Pavimentos de Concreto

Pavimento en estado ideal

Pavimento durante asoleamiento

Pavimento durante la noche



detalle de micro -fisuración bajo la carga




zona afectada




Si σz > σz adm fisura

z

D




detalle de posible micro -fisuración por alabeo forzado



zD



zD

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

Si σz > σz adm fisura

zona afectada


¿Qué deberíamos tener en cuenta en el diseño para evitar fallas tempranas?

Comportamiento Temprano

Estado inicial

Luego de algunas horas

Luego de algunos días

restricción


Fuente: E. Becker, 2005. “Deformaciones y Fisuración Temprana del Hormigón” . Trabajo de Tesis.

Influencia de la contracción, creep y resistencia en el tiempo de fisuración.

Tiempo

Tens

ión

de t

racc

ión

Edad de fisuración

TiempoTe

nsió

n de

tra

cció

n

No hay fisuración por

contracción

a) Hormigón fisurado b) Hormigón no fisurado

Menor relajación que en caso a)

¿por qué se fisura el concreto?


Ventana de aserrado

Demasiado temprano para

aserrar

Demasiado tarde para aserrar (fisuración descontrolada)

Resistencia del hormigón = tensión generada por la restricción

Resistencia mínima de aserrado

Fraguado del hormigón

Hormigón en estado fresco Hormigón en estado endurecido

Tiempo

Tens

ione

s

Tens

ión in

ducid

a

Resistencia a tracción


Aserrado temprano

Foto: M. Dalimier, presentación sobre “Pavimentos de Hormigón con TAR”, 29/05/2008.


Aserrado tardío

Foto: M. Dalimier, presentación sobre “Pavimentos de Hormigón con TAR”, 29/05/2008.


0 2 16 28 40 52

10:30 12 24 12 24 12

1 2

Edad [hs]

Horario [hs]

Horario [días]

Tens

ones

de

trac

ción


Edad [hs]

Horario [hs]

Horario [días]

Se fisura si no se hace el aserrado

Tens

ones

de

trac

ción


0 2 16 28 40 52

10:30 12 24 12 24 12

1 2

edad [hs]

horario [hs]

tiempo [días]

Se fisura si no se hace el aserrado

Tens

ones

de

trac

ción


0 2 16 28 40 52

10:30 12 24 12 24 12

1 2

edad [hs]

horario [hs]

tiempo [días]

Tens

ones

de

trac

ción

aser

rado

Envolvente de tensiones inducidas la losa


0 2 16 28 40 52

10:30 12 24 12 24 12

1 2

edad [hs]

horario [hs]

tiempo [días]

Tens

ones

de

trac

ción

aser

rado

Envolvente de tensiones inducidas la losa

¿de qué dependen las tensiones inducidas?


0 2 16 28 40 52

10:30 12 24 12 24 12

1 2


σ = ε . E

Comportamiento Temprano y Durabilidad


σ = ε . Eσ: tensión inducidaε: deformación específica (∆l/l)E: módulo de elasticidad



σ = ε . E

¡OJO! Es una deformación restringida

σ: tensión inducidaε: deformación específica (∆l/l)E: módulo de elasticidad

depende del grado de restricción



σ = ε . Eσ: tensión inducidaε: deformación específica (∆l/l)E: módulo de elasticidad

∆l = α . ∆T . l

CET : coeficiente de expansión térmica

variación de temperatura

longitud

¡OJO! Es una deformación restringida



σ = ε . Eσ: tensión inducidaε: deformación específica (∆l/l)E: módulo de elasticidad te

nsió

n

deformación



σ = ε . Eσ: tensión inducidaε: deformación específica (∆l/l)E: módulo de elasticidad te

nsió

n

deformación

E = f (Epasta;Wpasta; Eag;Wag)



En resumen:

• grado de restricción al movimiento

• longitud de las losas

• CET (coeficiente de expansión térmica)

• variación de temperatura

• módulo de elasticidad del agregado

• contenido de AG

• módulo de elasticidad de la pasta o mortero

• contenido de pasta



En resumen:






• contenido de AG



tipo y lisura de la base



En resumen:






• contenido de AG



tipo y contenido de AG



En resumen:






• contenido de AG



• temperatura ambiente• asoleamiento• espesor de losa• velocidad de hidratación



En resumen:






• contenido de AG


• contenido de pasta• tipo y contenido de cemento• relación a/c• aditivos

• temperatura ambiente• asoleamiento• espesor de losa• velocidad de hidratación



En resumen:






• contenido de AG



tipo de agregado



En resumen:






• contenido de AG



diseño de la mezcla



En resumen:






• contenido de AG



• relación a/c• resistencia



En resumen:






• contenido de AG


• contenido de pasta • diseño de la mezcla• resistencia



En resumen:






• contenido de AG



diseño como consecuencia de todo lo demás



En resumen:






• contenido de AG



diseño como consecuencia de todo lo demás

ATENCIÓN DISEÑADORES


Pavimentos con TAR

¿Qué implica pavimentar con equipos de alto rendimiento (TAR)?

Pavimentos con TAR

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�

Equipos de Moldes DeslizantesComponentes Básicos

concreto

concreto en espera

distribuidor vibradores terminador

molde de extrusión

molde lateralsentido de avance

compuerta dosificadora

Fuente: FHWA, 2007. IMCP Manual, Integrated Materials and Construction Practice for Concrete Pavements

Pavimentos con TAR


Inserción de Pasadores (DBI)Dosificación(Compuerta)

Inserción de Barras de Unión (DBI)

Molde de Arrastre

Retoques

Distribución(sin fin o cuchilla)

Pre esparcido frenteal equipo

Dirección de Avance

Suministro deConcreto

Logística deobra

Extrusión(Molde)

Viga Oscilante

Curado Texturizado

Nivelación

Fratachado

Pavimentos con TAR


Inserción de Pasadores (DBI)Dosificación(Compuerta)

Inserción de Barras de Union (TBI)

Molde de Arrastre

Retoques

Distribución(sin fin o cuchilla)

Pre esparcido frenteal equipo

Dirección de Avance

Suministro deConcreto

Logística deobra

Extrusión(Molde)

Viga Oscilante

Curado Texturizado

Nivelación

Fratachado¿de qué estamos hablando?????

Pavimentos con TAR

¿Qué significa hacer una obra de pavimento de hormigón?Impacto logístico, volumen de materiales involucrados en el proceso

Equipos necesarios:

- Planta de hormigón: 200 m3/h (capacidad)- Silos de almacenaje: 500 t – 750 t (1,5 a 2 días de trabajo)- Palas cargadoras: 2 de 2-4 m3

- Camiones para transporte de H°: 6 unidades de 8-12 m3 c/u- Pavimentadora de moldes deslizantes- Equipo de curado- ¿Pala frontal para distribución?- Camión regador- Personal involucrado directamente en el proceso: 30 personas

Pavimentos con TAR


Ruta Nacional N°9 (autopista Córdoba-Rosario, tramo Armstrong):

Ancho de calzada: 8,40 mEspesor de pavimento: 0,25 mVolumen de hormigón: 2,10 m3/m

Dosificación:- Cemento: 335 kg/m3

- Agua: 138 kg/m3

- Arenas: 666 kg/m3

- Piedras: 1.336 kg/m3

- Plastificante: 0,68 kg/m3

- Incorporador de aire: 0,07 kg/m3

Pavimentos con TAR


Avance esperado: 1.200 m3/día (570 ml/día)

O sea:

- Cemento: 400 t/día (14 camiones x 28 t)- Arena: 800 t/día (27 camiones x 30 t)- Piedra: 1.600 t/día (54 camiones x 30 t)

¡ 190 camiones / día !!!!!(sólo para materias primas del hormigón)


Pavimentos con TAR



Certificación esperada: 1.200 m3/día x US$/m3 150.-

O sea:

¡ US$ 180.000 / día !!!!!(sólo por el rubro pavimento de hormigón)

Pavimentos con TAR

¿Qué debemos conocer y hacer para evitar la fisuración temprana durante la

construcción?


Tipos de Fisuras

Fisuras en Estado Fresco

Fisuras en Estado

Endurecido

• Congelamiento temprano

• Plásticas

• Movimientos constructivos

• contracción • asentamiento• encofrados• base

• Físicas

• Químicas

• Térmicas

• Estructurales

• contracción de agregados• contracción por secado• mapeo (crazing)• corrosión de armaduras• reacción álcali-sílice• carbonatación• ciclos de congelación y deshielo• variaciones estacionales de temp.• contracción térmica temprana• sobrecarga accidental• creep• cargas de diseño

Fuente: Concrete Society - “Non-structural Cracks in Concrete”, Third edition (1992)



Tipos de Fisuras

Fisuras en Estado Fresco

Fisuras en Estado

Endurecido

• Congelamiento temprano

• Plásticas

• Movimientos constructivos

• contracción • asentamiento• encofrados• base

• Físicas

• Químicas

• Térmicas

• Estructurales

• contracción de agregados• contracción por secado• mapeo (crazing)• corrosión de armaduras• reacción álcali-sílice• carbonatación• ciclos de congelación y deshielo• variaciones estacionales de temp.• contracción térmica temprana• sobrecarga accidental• creep• cargas de diseño

Fuente: Concrete Society - “Non-structural Cracks in Concrete”, Third edition (1992)

pavimentos

Fuente: E. Becker, 2005. “Deformaciones y Fisuración Temprana del Hormigón” . Trabajo de Tesis.

Influencia de la contracción, creep y resistencia en el tiempo de fisuración.

Tiempo

Tens

ión

de t

racc

ión

Edad de fisuración

TiempoTe

nsió

n de

tra

cció

n

No hay fisuración por

contracción

a) Hormigón fisurado b) Hormigón no fisurado

Menor relajación que en caso a)

¿por qué se fisura el concreto?


Compuestos S-C-H

Hidratación del cemento


T = 0, α = 0cemento anhidro

T = horas, α = 0,15cemento en proceso

de hidratación

T = días, α = 0,6cemento con estado

avanzado de hidratación

T : tiempo desde el mezcladoα: grado de hidrataciónC-S-H: silicatos de calcio hidratados

grado de hidratación


Fuente: F. Irassar, 2004. Estructura de la Pasta de Cemento Pórtland. Apuntes de clase de la materia “Materiales Componentes del Hormigón” de la Maestría de Tecnología y Construcciones de Hormigón.

0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0

20

40

60

100

80

0

Grado de Hidratación, α

Volu

men

Ocu

pado

[%]

Productos de hidratación

Poros del gel

Poros capilares

Cemento anhidro

Volúmenes relativos en función del grado de hidratación para a/c = 0,50


0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7

20

40

60

100

80

0

Relación a/c [kg/kg]

Volu

men

Ocu

pado

[%]

Poros capilaresPoros del gel

Productos de hidratación

Cemento anhidro

Fuente: F. Irassar, 2004. Estructura de la Pasta de Cemento Pórtland. Apuntes de clase de la materia “Materiales Componentes del Hormigón” de la Maestría de Tecnología y Construcciones de Hormigón.


0.50 0.50 w/cw/c

0.30 0.30 w/cw/c

Incremento del grado de hidratación

0.50 0.50 w/cw/c

0.30 0.30 w/cw/c

Granos de cemento inicialmente

separados por agua

Fuente: Zachary C. Grasley & David A. Lange, 2005. “Autogenous Shrinkage as a Viscoelastic Response to Self-Desiccation”

Fraguado inicial de la pasta

La contracción química asegura alguna porosidad remanente aún en α = 1

Agua “extra” disponible en poros pequeños, incluso

hasta α = 1

Poros hasta 50 nm vacíos

HR interna y la presión de poros se reduce a medida que los poros pequeños se vacían

Contracción autógena

Contracción temprana


estado fresco estado endurecido

alta a/c

(relación agua/cemento, en

masa)

baja a/c

(relación agua/cemento, en

masa)


Fuente: Oskar Esping & Ingemar Löfgren, 2005. “Cracking Due to Plastic and Autogenous Shrinkage – Investigation of Early Age Deformation of Self-Compacting Concrete” (Chalmers University of Technology, Göteborg, Sweden).

r2 r1

r1

r2r2 r1

r1

r2

∆Pc

**

Esquema de un líquido entre 2 partículas esféricas en la superficie.



Ecuación de Gauss – Laplace:

Pc – Pv = γ . ( )1 1+

r1 r2

Ecuación de Kelvin:

Pc – Pv = ( RH )R . T . lnM . v

Pc : presión capilarPv : presión de vaporr1 y r2 : radios de curvaturaγ: tensión superficial del agua capilar

Pc : presión capilarPv : presión de vaporR : constante de los gases [8.314 J/mol.K]T : temperatura absolutaM : masa molar del aguav : volumen específico del agua




Combinando ambas ecuaciones y suponiendo Pv = 0 y r1 = r2:

Pc = =2 γr

De acuerdo a Powers (1968), la presión capilar en la pasta de cemento es:

( RH )R . T . lnM . v

Pc : presión capilar [MPa]γ : tensión superficial del agua capilar [N/m2]S : superficie específica del cemento [m2/kg]w/c : relación a/c, en masa

γ . S

w/cPc = 1 . 10-3 .



Fuente: E. Holt, 2001. Early Age Autogenous Shrinkage of Concrete.

Relación entre humedad relativa y presión (succión) basado en una combinación de las ecuaciones de Laplace y Kelvin.

0 20 40 60 80 100

Humedad relativa [%]

1.000.000

100.000

10.000

1.000

100

10

1

Pres

ión

capi

lar [

kPa]


Fuente: P.C. Aïtcin, G. Haddad & R. Morin, 2004. “Controlling Plastic and Autogenous Shrinkage in High-Performance Concrete Structures by an Early Water Curing”, ACI SP-220, Autogenous Deformation of Concrete, pp 69-82.

Esquema de la experiencia de Le Chatelier.

∆Vvolumen de agua que penetró en la pasta

=

Antes

Después

Después

Antes

Nivel de pasta de cemento en el frasco


a) Exudación de mezclas de pavimento b) Rango de exudación recomendado

Exudación de mezclas de hormigón para pavimentación con TAR


estado endurecido

1 2 4 6 8 10 1 3 70

100

200

300

400

Tiempo [h, días]

Exte

nsib

ilida

d [x

106 ]

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


estado endurecido

1 2 4 6 8 10 1 3 70

100

200

300

400

Tiempo [h, días]

Exte

nsib

ilida

d [x

106 ]

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


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)



1) Minimizar la contracción temprana

a) Utilizar 0,42 ≤ w/c ≤ 0,58b) Utilizar un cemento adecuado (finura, contracción, resistencia)c) Minimizar el CUC (contenido unitario de cemento)d) Minimizar el volumen de pasta de cementoe) Maximizar el volumen de AGf) Evitar la pérdida temprana de aguag) Reducir la evaporaciónh) Realizar un curado húmedoi) Provocar una expansión controlada de la mezclaj) Reducir la contracción de la mezcla


2) Aumentar la extensibilidad de la mezcla

a) Utilizar piedra partida como AGb) Utilizar un AG de bajo móduloc) Utilizar fibrasd) Incorporar aire en forma controlada


3) Reducir la restricción entre la losa y la base

a) Colocar una lámina que facilite el deslizamientob) Colocar una capa de material compresiblec) Maximizar la planicidad de la superficie de la based) Pintar la superficie de la base con una lechada de cal


4) Adecuado debilitamiento controlado (juntas)

a) Asegurar la alineación y ubicación de los pasadoresb) Asegurar la alineación y paralelismo de las juntasc) Aserrar en el momento adecuadod) Aserrar con la secuencia adecuadae) Aserrar a la profundidad adecuadaf) Diseñar una separación de juntas adecuada


FIN de la presentación

¡Muchas gracias!

¿Preguntas?

[email protected]

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