Losas cortas: Una experiencia en Nicaragua

Universidad Nacional de Ingeniería
VII CONGRESO NACIONAL DE INGENIERÍA CIVIL
Managua, Octubre 2013
Losas cortas: Una experiencia en Nicaragua
Oswaldo Chávez Arévalo, MSc.
INGENIEROS CONSULTORES CENTROAMERICANOS S.A.
Datos Generales del Proyecto
Nombre del Proyecto:
Mejoramiento de seis tramos de la carretera
Río Blanco – Puerto Cabezas
Dueño del proyecto:
Ministerio de transporte e infraestructura (MTI)
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Localización del tramo mejorado mediante losas cortas
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PRECIPITACION ANUAL HASTA DE 3500 mm
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SUELOS PREDOMINANTES
A-7-5 Y A-7-6
14 < IP < 36
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PAVIMENTOS BITUMINOSOS
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Ministerio de Transporte e Infraestrtura
Banco de Centroamericano de Integración Económica
Majoramiento Puntual “Río Blanco-Puerto Cabezas”
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382+700 – 384+710
340+000 – 345+600
389+600 – 392+000
271+120 – 272+920
SECCIONES CRITICAS, 16 KM
263+587 – 265+687
252+020 – 254+130
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SOLUCIÓN: LOSAS DE CONCRETO HIDRÁULICO
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Métodos de diseño mas comunes
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AASHTO 93
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Portland Cement Association
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Software
WinPAS (Version 12) – AASHTO 93
StreetPave (Version 12) – PCA
Pavement Interactive – AASHTO 93 (Pavimentos Flexibles y Rígidos)
http://www.pavementinteractive.org/
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•
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•
•
•
Carga de tráfico
– Trafico de diseño ESALs (W18) = 2*106 – 3*106
Confiabilidad
– Nivel de confianza R, (%) = 85
– Error estándar combinado So)= 0.35
Serviciabilidad
– Índice inicial (Pi) = 4.4
– Índice final (pt)= 2.5
Parámetros del concreto
– Módulo de elasticidad (Ec), psi=4,000,000
– Módulo de Ruptura (S’c), psi= 600
Otros parámetros de diseño
– Factor de drenaje (Cd) = 1
– Coeficiente de transferencia de carga (J) = 2.8
– Módulo de reacción de la subrasante (k), pci= 300
– K compuesto con 6” (15 cm) de base estabilizada, pci = 550
– Perdida potencial de soporte = 0.5
AASHTO 93
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Hoja de Salida, Pavement Interactive
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Espesor de la losa convencional:
20 cm
M.R. del concreto hidráulico
600 psi
Sistema de transferencia de cargas:
Dovelas
Espesor de la base estabilizada:
15 cm
Resistencia a compresión de base estabilizada:
21 kg/cm2
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Para reducir costos de construcción, se
introdujo la tecnología de losas delgadas
(Losas cortas)
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Concepto tradicional
Concepto de Losa Corta
Menores esfuerzos = Menor espesor de losas
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Ventajas del uso de la tecnología de losas cortas
 Reducción del espesor de la losa: Sustanciales ahorros
 No necesita barras de transferencia de cargas: reducción adicional de costos
 La juntas no están supuestas a sellarse: reducción adicional de costos
 Reparaciones requieren menor tiempo
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Diseño de losas cortas
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Antecedentes:
White topping
Rehabilitación de pavimentos flexibles
Ultra Thin White Topping
Losas cortas
Experiencia
Chile
Guatemala (Centroamérica)
Pavimentos nuevos
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Métodos de diseño
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1. Optipave, Ing. J.P. Covarrubia
Los doctores Covarrubia reclaman derechos patentados por el uso
del software.
2. Pavement Evaluator, HDM 4
Pavement evaluator, no es una herramienta de diseño, si no de
simulación del desempeño de un determinado espesor en un
período de análisis.
Una debilidad del modulo es que es aplicable para losas de mas de
tres metros de longitud. (Las losas cortas son de aproximadamente
1.80 metros)
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Resultados del nuevo diseño
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Espesor de la losa corta:
M.R. del concreto hidráulico
Sistema de transferencia de cargas:
Espesor de la base estabilizada:
Resistencia a compresión de base estabilizada:
15 cm
600 psi
interlocking
15 cm
21 kg/cm2
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Se dosificó el concreto para las losas delgadas, cambiando
sustancialmente al diseño anterior:
 Se cambió granulometría (Tamaño máximo 25 mm)
 Se incorporó aditivo de forma mas eficiente
 Se realizó la mezcla con revenimiento de 40 mm
 Se disminuyó consumo de cemento aproximadamente en 20%
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DISEÑO I-2:
RESISTENCIA MINIMA A 28 DIAS:
4,500 PSI
DESVIACION ESTANDAR:
350 PSI
NIVEL DE CONFIANZA DE DISEÑO:
92 %
RESISTENCIA DE DISEÑO A 28 DIAS:
5,000 PSI
ASPECTO DE LA MEZCLA:
La mezcla conserva trabajabilidad y fluidez. Contiene un ligero excedente de grava y deficiencia
de arena. Revenimiento de 4.0 cm (ver fotos).
PROPORCIONAMIENTO POR PESO DE LOS INGREDIENTES PARA 1 m3 DE MEZCLA DE CONCRETO
INGREDIENTE
Agua (Kg):
Cemento (Kg):
CANTIDAD
204.0
425
Grava de 1”(Kg):
1707
Aditivo (lt):
3.50
COMENTARIO
Sin incluir corrección por absorción y humedad de los agregados
Equivalente a Ra/c:
Equivalente al:
0.48
y
100.0 %
10.00
bolsas de cemento
del peso total de los agregados
PROPORCIONAMIENTO EN VOLUMEN DE MATERIALES PARA 1 BOLSA DE CEMENTO
INGREDIENTE
Agua (Lts):
CANTIDAD
20.40 (*)
COMENTARIO
(*) Equivalente a 0.95 balde de 22 litros (sin incluir corrección por
absorción y humedad de los agregados).
Cemento (bolsa):
1.0
Grava de 1” (ft3):
3.90
Equivalente a:
5.02
Aditivo (lt):
0.39
Equivalente a:
0.16 %
Baldes de 22 litros
del peso total de la mezcla
PROPORCIONAMIENTO EN BASE DEL VOLUMEN SUELTO DE CEMENTO
Cemento
Grava 1”
Agua
1.0
3.90
0.75
Resistencia a compresión de especimenes cilíndricos de concreto; AASHTO T 22-03.
Cilindro
Fecha de
fabricación
Fecha de
ensayo
Edad
(días)
Revenimiento
(cm)
Densidad
(kg/m3)
Resistencia
(PSI)
1
01-jul-09
04-jul-09
3
4.0
2,458
1,643
2
03-jul-09
10-jul-09
7
4.0
2,443
2,476
3
03-jul-09
18-jul-09
15
4.0
2,441
3,386
4
01-jul-09
29-jul-09
28
4.0
2,445
3,722
5
01-jul-09
29-jul-09
28
4.0
2,449
3,804
03-jul-09
03-ago09
31
4.0
2,470
4,035
6
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Revenimiento logrado = 40 mm
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Ventajas obtenidas
• Reducción de espesores en un 20%
• Reducción en el costo al no emplear dovelas
– Barras pasajuntas
– Canastas
• Reducción de costos al no utilizar sello para juntas
• Menor tiempo de construcción
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Visita técnica 2008
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Visita técnica 2009
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Visita técnica 2010
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Visita técnica 2011
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Visita técnica 2012
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Otras experiencias en el país
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PROYECTO: CIRCUNVALACION MASAYA
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Diseño: AASHTO 93
DATOS DE ENTRADA
RESULTADOS
1. Tráfico
1. Parámetros de Cálculo
ESAL=
23 x 10
6
2. Confiabilidad
Desv. Estándar normal
So=
0.40
R=
85%
3. Serviciabilidad
Po=
4.4
Pt=
Δ PSI
1.9
Espesor Calculado (cm)
25.5
2.5
4. Parámetros del Concreto
2.Espesores(cm)
Módulo de Elasticidad, Ec (psi)
4,000,000
Módulo de Ruptura, S’c (psi)
600
5. Otros parámetros
Transferencia de carga ,J
2.8
Módulo de Reacción de
Subrasante, K (pci)
300
Módulo de Sub-Rasante, Mr
(psi)
-1.037
6,000
K compuesto (15 cm Base
Estabilizada)
550
Pérdida pontencial de soporte
0.5
Losa
27
Base Estabilizada
15
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Conversión del espesor AASHTO a Losa Corta
En el presente diseño el espesor obtenido en pavimento rígido por el
método AASHTO fue de 27 cm. Este espesor corresponde a un espesor de
18 cm en losa corta, para la condición de CBR = 4%.
ESPESOR LOSA
CONVENCIONAL
ESPESOR DE LOSA CORTA (cm)
CBR 20 %
CBR 10 %
CBR 4 %
30
19
20
22
28
18
19
20
27
16
17
18
(cm)
INGENIEROS CONSULTORES CENTROAMERICANOS S.A.
INGENIEROS CONSULTORES CENTROAMERICANOS S.A.
INGENIEROS CONSULTORES CENTROAMERICANOS S.A.
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INGENIEROS CONSULTORES CENTROAMERICANOS S.A.
PAVIMENTACION EN EL PUESTO FRONTERIZO SUR
PEÑAS BLANCAS
INGENIEROS CONSULTORES CENTROAMERICANOS S.A.
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INGENIEROS CONSULTORES CENTROAMERICANOS S.A.
INGENIEROS CONSULTORES CENTROAMERICANOS S.A.
CONCLUSIONES
INGENIEROS CONSULTORES CENTROAMERICANOS S.A.
 El empleo de la tecnología de losas cortas permite la reducción
importante de espesores
en comparación con las losas
convencionales para las mismas condiciones (Tráfico, soporte de subrasante, base de apoyo y características del concreto).
 La reducción de los espesores de losa significa una reducción de costos
muy importante, que permite que la tecnología de losas cortas sea
muy competitiva en el Ciclo de Vida del proyecto, en comparación con
otras tecnologías (pavimento asfáltico, losas convencionales,
adoquines).
 Las observaciones visuales realizadas en tres años consecutivos,
permiten afirmar que las losas delgadas se han desempeñado de
forma altamente satisfactoria. Es notable el mejor desempeño de las
losas delgadas en relación con el desempeño de las losas
convencionales.
INGENIEROS CONSULTORES CENTROAMERICANOS S.A.
RECOMENDACIONES
INGENIEROS CONSULTORES CENTROAMERICANOS S.A.
 Dar seguimiento al comportamiento de las losas construidas en el
proyecto “Río Blanco – Siuna – Puente – Banacruz” mediante
evaluación anual (semestral preferiblemente).
 Evaluar el desempeño de otros proyectos de pavimentos de concreto
con losas cortas, para validar espesores mínimos. Actualmente se esta
utilizando 18 cm en trafico intenso y pesado.
 Controlar la carga de los vehículos pesados, económicamente no
existe espesor de losa que pueda construirse para soportar la
sobrecarga de los camiones (C2 y furgones).
 En la construcción de pavimentos con losas delgadas de concreto,
debe establecerse un sistema de control de calidad que asegure el
producto final deseado. Esto implica especificaciones, diseño de la
mezcla, producción de los agregados, transporte, colocación y curado.
INGENIEROS CONSULTORES CENTROAMERICANOS S.A.
 Extremo cuidado debe de tenerse con la temperatura de colocación
del concreto, debido a las características de nuestro clima tropical. No
importa que tan bien esté diseñado el pavimento, la losa no soportará
si el concreto hidráulico utilizado no alcanza la debida resistencia
especificada en el diseño (MR).
Oswaldo Chávez Arévalo, MSc.
Especialista en Pavimentos
[email protected]
[email protected]
Ingenieros Consultores Centroamericanos, S.A.