ENCUENTROS PROFESIONALES
PAVIMENTOS DELGADOS DE HORMIGON
ANALISIS DE TENSIONES
Y EXPERIENCIAS RECIENTES
Santiago
ICH
Juan Pablo Covarrubias
2006
DEFINICION DE PAVIMENTOS
DELGADOS
Pavimentos con espesores entre:
8 cm. en calles y 18 cm. en caminos
ICH
CARACTERISTICAS
PRINCIPALES
•
•
•
•
•
•
ICH
Losas chicas
Base drenante de 15 cm (finos < 6%)
Base CBR 30 a 50% (antiguo)
Corte delgado
Sin sello de juntas
Sin dovelas ni barras de amarre
COMPORTAMIENTO DE LOS
PAVIMENTOS DE HORMIGON
Explicación de los principios básicos
de funcionamiento
ICH
DEFORMACIÓN DE UNA LOSA
15 cm espesor, 4 m. largo
ICH
EFECTO DE RIGIDEZ SUB-BASE
voladizo
Granular
CBR 40
voladizo
BTC
ICH
No adherido (polietileno)
EFECTO DE BTC ADHERIDA
Tracción
BTC
Compresión
Adherido
HORMIGON:
BTC:
ICH
RT = 50 Kg/ cm2
RC = 100 Kg/ cm2
EFECTO LARGO DE LOSA
voladizo
1/3 L
voladizo
1/3 L
ICH
EFECTO DE RETRACCION
EN ALABEO
ICH
EFECTO DEL AGRIETAMIENTO EN
PAVIMENTOS DE HORMIGON
ICH
AGRIETAMIENTO TRANSVERSAL
EN JPCP SEGÚN HDM 4
% losas agrietadas
Influencia de la Longitud de las Losas
(óptimo losas cuadradas)
ICH
L1 > L2 > L3
L1
L2
L3
ESAL
COMPARACION DE DISEÑOS
Agrietamiento %
Agrietamiento
45,0
40,0
35,0
30,0
25,0
20,0
15,0
10,0
5,0
0,0
15 cm
22 cm
22 cm
0
3
6
10
14
19
24
30
36
44
52
ESALS (millones)
Losas cortas 1,8 m
ICH
Losas delgadas 1,8 m
Losas normales 3,6 m
Efecto de Largo de Losa y
Transferencia de Carga
Cracking
Hiller and Springenschmid, 2004
ICH
DEFORMACIÓN DE UNA LOSA CORTA
15 cm espesor, 2 m. largo
ICH
DIFERENCIA DE FORMA DE
CARGA EN LOSAS CORTAS
ICH
TENSIONES EN LOSA
ICH
LOSAS: RELACION l - h - σ
ICH
L
h
σ
4500
15
12
10
8
20,00
31,25
45,00
70,31
3500
15
12
10
8
15,56
24,31
35,00
54,69
1750
15
12
10
8
7,78
12,15
17,50
27,34
PRIMERA EXPERIENCIA EN
SANTIAGO - VITACURA
ESPESOR 8 cm
ICH
ALAMEDA: 14 cm ESPESOR
CUADRICULADO DE 1,2 m.
ICH
Planos Pavimento hormigón
(Sector Camino Chinquihue. Puerto Montt)
Rasante Pavimento Terminado
Sentido de Circulación Oriente-Poniente
Escala H 1:500
V 1:5
300
cm
6@350 cm
0
0 cm
Det.
1
Det.
2
8@175 cm 8@175 cm
Det.
3
8@175 cm
Det.
4
8 cm
10 cm
12 cm
15 cm
7@350 cm
0 cm
175 cm
350 cm
525 cm
700 cm
Vista en Planta Escala Longitudinal 1:500
Escala transversal 1:500
ICH
LOSAS 8 cm ESPESOR
pista 1
N
pista 2
8 @ 175 cm
ICH
Estado Actual
ICH
Tráfico Puerto Montt
CARGAS MÁXIMAS QUE HAN PASADO SOBRE EL PAVIMENTO
TIPO DE EJE
CARGA REAL
CARGA MÁXIMA
POR EJE
PERMITIDA
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
Eje simple
ICH
Duración hasta hoy del Pavimento de
8 cm para Calles
•
El pavimento ha pasado los 50.000 ejes equivalentes
•
Considerando un promedio de 2 camiones diarios (el de
la basura y el del gas)
– Duración equivalente a la fecha:
ICH
58 años
AUN NO SE AGRIETA
Sistema de Carga de Camiones
Dx
L
Dx
ICH
L
Dimensiones de las Losas
Largo máximo menor a L
• Ancho máximo menor a Dx
•
Se propone como una de las soluciones posibles:
– Cada pista con 2 sub-pistas de 1,75 m de ancho
– Losas cuadradas de largo igual al ancho
ICH
ESTUDIO MEDIANTE ELEMENTOS
FINITOS
Largo Losa (cm)
Curvas Isotensionales
450
425
400
375
350
325
300
275
250
225
200
175
150
125
100
75
50
25
0
20 Kg/cm2
25 Kg/cm2
30 Kg/cm2
35 Kg/cm2
40 Kg/cm2
7
8
9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26
Espesor (cm)
ICH
POSICIONES DE LA CARGA
LARGO = 4,5 m.
Posición I
Posición III
ICH
Posición II
Posición IV
POSICIONES DE LA CARGA
LARGO = 3,5 m.
Posición I
Posición III
ICH
Posición II
Posición IV
POSICIONES DE LA CARGA
LARGO = 1,75 m.
ICH
Posición I
Posición II
Posición III
Posición IV
POSICIONES DE LA CARGA
LARGO = 1,15 m.
Posición I
Posición III
ICH
Posición II
Posición IV
POSICIONES DE LA CARGA
LARGO = 0,7 m.
ICH
Posición I
Posición II
Posición III
Posición IV
POSICIONES DE LA CARGA
LARGO = 0,5 m.
ICH
Posición I
Posición II
Posición III
Posición IV
TENSIONES kg/cm2
ESPESOR
25
Tipo Losa
450x350
Delta T°C
-21
Módulo de Elasticidad
290000
Traspaso carga
Barras
Posición Carga
I
II
III
IV
I
II
III
IV
K=9
27.8
16.6
27.2
16.5
20.4
12.8
23.9
13.3
K=3
21.4
11.6
23.1
12.2
16.7
9.5
18.6
10
ESPESOR
18
Tipo Losa
450x350
Delta T°C
-21
-14
Módulo de Elasticidad
290000
Traspaso carga
Barras
Posición Carga
ICH
-14
I
II
III
IV
I
II
III
IV
K=9
36.7
29.4
38.0
29.4
27.0
22.5
28.8
23.2
K=3
32.5
19.6
36.2
21.1
24.7
15.0
28.7
17.1
TENSIONES kg/cm2
ESPESOR
25
Tipo Losa
350x350
Delta T°C
-21
Módulo de Elasticidad
290000
Traspaso carga
Barras
Posición Carga
I
II
III
IV
I
II
III
IV
K=9
18.6
16.2
21.0
16.2
15.2
12.4
18.2
13.0
K=3
14.0
11.2
17.2
14.5
11.5
8.5
16.8
12.6
ESPESOR
18
Tipo Losa
350x350
Delta T°C
-21
-14
Módulo de Elasticidad
290000
Traspaso carga
Barras
Posición Carga
ICH
-14
I
II
III
IV
I
II
III
IV
K=9
33.0
31.3
34.2
28.9
26.7
21.8
28.3
22.6
K=3
26.3
29.3
31.8
23.6
21.2
18.4
27.3
19.2
TENSIONES kg/cm2
ESPESOR
18
Tipo Losa
175x175
Delta T°C
-21
-14
Módulo de Elasticidad
290000
Traspaso carga
Posición Carga
LTE 50%
I
II
III
IV
I
II
III
IV
K=9
14.8
6.2
19.6
11.4
13.1
5.3
18.1
10.2
K=3
11.8
5.3
18.3
10.5
11.1
4.8
17.7
10.0
ESPESOR
15
Tipo Losa
175x175
Delta T°C
-21
-14
Módulo de Elasticidad
290000
Traspaso carga
Posición Carga
ICH
LTE 50%
I
II
III
IV
I
II
III
IV
K=9
21.3
8.2
28.7
15.8
18.9
7.0
26.2
13.9
K=3
17.5
7.3
25.7
14.6
16.3
6.5
24.8
13.8
TENSIONES kg/cm2
ESPESOR
12
Tipo Losa
175x175
Delta T°C
-21
-14
Módulo de Elasticidad
290000
Traspaso carga
Posición Carga
ICH
LTE 50%
I
II
III
IV
I
II
III
IV
K=9
31.6
11.0
43.0
23.1
27.5
9.3
39.0
19.7
K=3
27.5
10.3
39.2
21.2
25.3
9.1
37.3
19.8
TENSIONES kg/cm2
ESPESOR
12
Tipo Losa
115x115
Delta T°C
-21
-14
Módulo de Elasticidad
290000
Traspaso carga
Posición Carga
LTE 50%
I
II
III
IV
I
II
III
IV
K=9
24.8
15.2
26.9
11.7
23.7
13.9
25.7
11.3
K=3
26.2
15.8
26.2
13
25.8
15.4
25.8
12.9
ESPESOR
10
Tipo Losa
115x115
Delta T°C
-21
-14
Módulo de Elasticidad
290000
Traspaso carga
Posición Carga
ICH
LTE 50%
I
II
III
IV
I
II
III
IV
K=9
32.6
20.4
37.0
16.2
30.9
18.4
35.2
15.3
K=3
36
21.2
37.5
17.3
35.2
20.6
36.8
17.2
TENSIONES kg/cm2
ESPESOR
8
Tipo Losa
70x70
Delta T°C
-21
-14
Módulo de Elasticidad
290000
Traspaso carga
Posición Carga
ICH
LTE 50%
I
II
III
IV
I
II
III
IV
K=9
28.0
24.9
21.6
19.8
28.0
24.8
21.9
19.6
K=3
30.5
27.4
27.4
21.0
30.4
27.4
27.4
21.1
TENSIONES kg/cm2
ESPESOR
8
Tipo Losa
50x50
Delta T°C
-21
-14
Módulo de Elasticidad
290000
Traspaso carga
Posición Carga
ICH
LTE 50%
I
II
III
IV
I
II
III
IV
K=9
19.1
18.4
19.2
20.3
19.2
18.5
19.4
20.4
K=3
22.6
20.5
23.0
24.0
22.7
20.5
23.0
24.0
EFECTO TIPO DE SUELO (k)
30
25
K =3
20
K =9
15
10
5
0
40
35
30
25
20
15
K =3
K =9
10
5
0
40.0
K =3
30.0
K =9
20.0
10.0
0.0
10
11
12
13
Espesor Losa (cm)
ICH
K =9
20
10
7
8
14
15
16
9
10
11
12
13
14
15
16
Variación Tensiones según tipo de suel o
Lo sa 50x50
25.0
30
25
20
K= 3
15
K= 9
10
5
0
9
K =3
30
Espe sor Losa (cm)
35
50.0
8
40
6
Variación Tensiones según tipo de suelo
Losa 70x70
Te nsiones (Kg/c m2)
T ensiones (Kg/cm2)
Variación Tensiones según tipo de suelo
Lo sa 115x115
7
50
Espesor Losa (cm)
Espesor Losa (cm)
6
Variación Tensiones seg ún tipo de suelo
Lo sa 1 75x175
0
14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26
14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26
60.0
60
Te nsion es (Kg/cm2)
Tensiones (Kg/cm2)
35
Variación Tensiones según tipo de suelo
Losa 350x350
T en sione s (Kg/c m2)
45
40
T en sion es (Kg/cm 2)
45
Variación Tensiones según tipo de suelo
Losa 450x350
20.0
15.0
K= 3
K= 9
10.0
5.0
0.0
6
7
8
9
10
11
12
13
Espe sor Losa (cm)
14
15
16
6
7
8
9
10 11
12
13
Espe sor Losa (cm)
14 15
16
EFECTO DEL GRADIENTE TERMICO
-21°C
-14°C
14 15 16 17 18 1 9 20 21 22 2 3 24 25 2 6
Espesor (cm)
Espesor (cm)
40
30
-21°C
20
-14°C
10
8
9
10
11
12
13
14
15
25
20
-21°C
15
-14°C
10
5
8
9
10
11
12
13
16
Espesor (cm)
Espesor (cm)
ICH
-21°C
20
-14°C
10
25
30
7
7
30
8
9
10
11
12
13
14
15
16
Es pe sor (cm)
0
0
40
7
Variación Tensiones según Gradiente Térmico
Losa 70x70
35
50
50
0
1 4 15 16 17 18 1 9 20 2 1 2 2 23 24 25 26
Variación Tensiones según Gradiente Térmico
Los a 115x115
60
Te nsione s (Kg/cm2)
-14°C
40
35
30
25
20
15
10
5
0
Variación Te nsiones se gún Gradie nte Té rmico
Losa 175x175
Variación Tensiones según Gradiente Térmico
Losa 350x350
14
15
16
Tensiones (Kg/c m2)
Ten siones (Kg/cm2)
60
-21°C
Tensiones (Kg/cm2)
45
40
35
30
25
20
15
10
5
0
Tensiones (Kg/cm2)
Ten siones (Kg/cm2)
Variación Tens iones según Gradiente Térmico
Los a 450x350
Variación Te nsione s se gún Gradie nte Té rmico
Losa 50x50
20
15
-21°C
10
-14°C
5
0
7
8
9
10
11
12
13
Espesor (c m)
14
15
16
EFECTO DE MODULO DE
ELASTICIDAD DEL HORMIGON (E)
50
40
E1 = 290.000
Kg/cm2
30
20
E2 = 435.000
Kg/cm2
10
60. 0
Tensiones (Kg/cm2)
40. 0
E1 = 290. 000
K g/cm2
30. 0
20. 0
E2 = 435. 000
K g/cm2
10. 0
E2 = 435. 000
Kg/cm2
30.0
20.0
7
8
9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19
Es pes or (cm)
50
E1 = 290.000
Kg/cm2
E2 = 435.000
Kg/cm2
Influencia del M ódulo de Elasticidad en las
Tens iones - Losa 70x70
25.0
Tensiones (Kg/cm2)
60
20
40.0
Espes or (cm)
Influencia del Módulo de Elasticidad en las
Tens iones - Los a 115x115
30
E1 = 290. 000
Kg/cm2
50.0
0.0
Espesor (cm)
40
60.0
14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26
14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26
70
80.0
70.0
10.0
0. 0
0
Tensiones (Kg /cm2)
100.0
Influencia del Módulo de Elasticidad en las
Tens iones - Losa 175x175
90.0
50. 0
20.0
15.0
E1 = 290.000
Kg/cm2
10.0
E2 = 435.000
Kg/cm2
5.0
Influencia del Módulo de Elas ticidad en las
Tensiones - Losa 50x50
25
Tensiones (Kg /cm2)
Tensiones (Kg/cm2 )
60
Influencia del M ódulo de Elasticidad en las
Tensiones - Los a 350x350
Tens iones (Kg/cm2)
Influencia del Módulo de Elas ticidad en las
Tensiones - Los a 450x350
20
15
E1 = 290.000
Kg/ cm2
10
E2 = 435.000
Kg/ cm2
5
10
0
0.0
0
7
8
9
10 11 12 13 14 15 16 17 18 19
Espesor (cm)
ICH
7
8
9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19
Espesor (cm)
7
8
9
10 11 12 13 14 15 16 17 18 19
Espesor (cm)
EFECTO DE BARRAS DE
TRASPASO DE CARGAS
Comparación LTE 50% v/s Dovelas
Losa 450x350
Tensiones (Kg/cm2)
50
45
40
35
Dovelas
30
LTE 50%
25
20
14
15
16
17
18
19
20
21
Espesor (cm)
ICH
22
23
24
25
26
DISEÑO EN GUATEMALA
LOSAS 4,5 x 3,5 x 24 cm
carga centrada
ESPESOR (cm)
24
Tipo Losa
Posición I
450x360
Gradiente Térmico °C
-14
Módulo de Elasticidad (kg/cm2)
290000
Módulo de reacción K (kg/cm3)
3
Traspaso carga
Posición III
Posición II
ICH
Posición Carga
Tensiones (kg/cm2)
Barras
I
II
III
19,5
17,7
10,2
DISEÑO EN GUATEMALA
LOSAS 4,5 x 3,5 x 24 cm
carga al borde
ESPESOR (cm)
Posición I
24
Tipo Losa
450x360
Gradiente Térmico °C
Posición II
Módulo de Elasticidad (kg/cm2)
290000
Módulo de reacción K (kg/cm3)
3
Traspaso carga
Posición Carga
Tensiones (kg/cm2)
Posición III
Posición IV
ICH
-14
Barras
I
II
III
IV
21,9
22,5
19,9
10,6
DISEÑO EN GUATEMALA
LOSAS 1,75 x 2,1 x 18 cm
con sobre ancho 30 cm
ESPESOR (cm)
Posición I
18
Tipo Losa
210x180
Delta T°C
-14
Módulo de Elasticidad (kg/cm2)
290000
Módulo de reacción K (kg/cm3)
3
Traspaso carga
Posición Carga
Posición II
Posición III
ICH
Tensiones (kg/cm2)
LTE 50%
I
II
III
10,5
14,3
16,0
DISEÑO EN GUATEMALA
LOSAS 1,75 x 2,1 x 15 cm
con sobre ancho 30 cm
ESPESOR (cm)
Posición I
15
Tipo Losa
210x180
Delta T°C
-14
Módulo de Elasticidad (kg/cm2)
290000
Módulo de reacción K (kg/cm3)
3
Traspaso carga
Posición Carga
Posición II
Posición III
ICH
Tensiones (kg/cm2)
LTE 50%
I
II
III
14,5
20,0
22,1
RESUMEN DEL DISEÑO
ICH
Largo
m.
Carga
borde
Espesor
cm
Tensión
Kg/cm2
Tráfico
mESALS
4,5
Centrada
24
19,5
50
4,5
Borde
24
22,5
50
1,75
No
18
16
100
1,75
No
15
22,1
50
Costos de Pavimentos
US$ km * pista
hormigón
8 cm
10 cm
12 cm
45,830
50,849
55,868
15 cm
63,396
22 cm
80,962
ICH
Asfalto
5 cm
6 cm
7 cm
52,698
56,255
59,821
18 cm
95,481
Ahorro en Costo de Construcción
•
Ahorro de más de US$ 30,000 por kilómetro pista
•
Ahorro de más del 20% del costo del pavimento
PAVIMENTOS DE HORMIGON
A MENOR COSTO INICIAL QUE LOS DE ASFALTO
ICH
Opinión Dr. Michael Darter
8/11/2005
•
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will perform well up to a certain truck level.
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ICH
Diseño
• PAVEMENT EVALUATOR (HDM 4)
– Mecanisita
– Calibrado con base datos LTPP y Chile
– Incluye alabeo
– Tiene modelos de fatiga
– Incorpora largo de losa
ICH
Importancia País
• Pavimentos baratos con duración mayor a 20
•
•
•
•
•
ICH
años
Sin costo de mantención (sin sello de juntas)
Evita congestión por mantención
Menor consumo de energía de iluminación (30%)
Menor costo para los usuarios
Facilidad de reemplazo de losas en instalaciones
SEMANA DE LA CONSTRUCCION
EXPOHORMIGON – ICH 2006
SHOTCRETE
• ESTUCOS
• SOLUCIONES DE AISLACION TERMICA EN
VIVIENDA
•
Además:
pavimentos, albañilería de bloques, otras novedades
3 - 6 MAYO 2006
SANTIAGO - CHILE
ICH
www.expohormigon.cl
GRACIAS
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ICH