Pavimentos con Espesor Optimizado

Diseño TCP

Juan Pablo Covarrubias2008

TCPavements

– Nueva tecnología en Pavimentos de Concreto, coordinando:• Expertos • Académicos• Diseñadores• Concesionarios• Autoridades

– Investigación en la Universidad de Illinois, USA– Método de Diseño TCP– Coordinando tecnología a nivel internacional– Presentaciones en : TRB, ISCP , Eupave, Banco Mundial, EEUU, Inglaterra,

Sud Africa, Bélgica, Guatemala, Uruguay, Chile.

DEFORMACIÓN DE UNA LOSA15 cm espesor, 4 m. largo

En Chile, las losas se encuentran siempre con sus bordes levantados

Alabeo y Tensiones para igual Gradiente Térmico

450 cm x350 cmAlabeo = 2.41 mmTension = 14.02 kg/cm2

Espesor= 18 cmDelta T°=-14 C° Linear

140 cm x175 cmAlabeo = 0.49 cmTension = 1.83 kg/cm2

Comparación de Losa Larga y Corta cargadas por el mismo camión

4,5m x 1m 2.25 m x 1 m

Maximun tensile stress = 24.65 Kg/cm2 Maximun tensile stress = 5.22 Kg/cm2

Principal stresses on the top of the slab, Red is tensile strength

Deformation of the slab

Concepto de Diseño TCP

• Se deben dimensionar las losas de tal forma que, cada losa sea cargada solamente por una rueda o por un set de ruedas.

Patente

• “Losas con dimensiones perfeccionadas para pavimentos de calles, caminos o carreteras y metodología para determinar el diseño de dicha losa”.

Sujeto a Protección por Patente Pendiente: PCT/EP2006/064732

POSICION DE LAS CARGAS Y DIMENSION DE LAS LOSAS

1,4 m largo

1,75 m largo

2,5 m largo

4,5 m largo

Espesores para Igual Tensión

Espesor: 25 cm Concrete Losas 4,5m x 3,6m

Espesor: 16 cm Concrete Losas 1.8m x 1.8 m

Resumen Espesor para Tráficos Equivalentes(15.000.000 EE)

•*Diseño AASHTO Para 4.5 y 3.5 m (Barras Azules)•Diseño TCP (Barras Verdes)•Cálculos se realizaron considerando tensiones superiores

COSTOS

Costos de Construcción (US $)

 TCP Concreto Tradicional Asfalto

Diseño ESALSEspesor Costo

Km-PistaEspesor Costo

Km-PistaDiferenciaConc-TCP

Ahorro %

Espesor CostoKm-Pista

Diferencia Asf-TCP

Ahorro %

50,000 8cm $ 69,041 - - - - 5cm $ 71,808 $ 2,767 4%

100,000 9cm $ 75,000 - - - - 7cm $ 86,000 $ 11,000 13%

1,250,000 10cm $ 81,715 15cm $ 113,400 $ 31,685 28% 9cm $ 101,803 $ 20,089 20%

3,000,000 12cm $ 94,389 18cm $ 132,411 $ 38,022 29% 10cm $ 116,165 $ 21,776 19%

15,000,000 15cm $ 113,400 22cm $ 160,000 $ 46,600 29% 13cm $ 137,389 $ 23,989 17%

68,000,000 18cm $ 132,411 28 cm $ 195,782 $ 63,371 32% 18cm $ 186,889 $ 54,478 29%

160,000,000 22 cm $ 157,759 30 cm $ 208,456 $ 50,696 24% 22cm $ 216,885 $ 59,126 27%

• Precios Chilenos

Costo Mantención

VP (%)

Años15 20

Asfalto

Hormigón Tradicional

TCP

5

Costo de mantención menor en 20 Años

Tarifas Patente Diseño TCP

TCP Espesor

8cm 9 cm-12cm 13 cm-15cm 16cm -18cm >18cm

Precio "m2"

US $ 0.43 US $ 0.71 US $ 0.97 US $ 1.04 US $ 1.20

Precio "km-Pista"

US $ 1500 US $ 2500 US $ 3400 US $ 3650 US $ 4200

*Precios más impuestos y retenciones de cada país

*El costo final es calculado por TCPavements considerando el diseño y los metros cuadrados

*Un ancho de pista de 3,5 m se consideró para estimar el costo de km/pista

Características Principales del Diseño TCP

• Losas pequeñas (media pista x 1,20 a 2,5 m)• Base granular (finos < 6%) de 15 cm • Geotextil o capa impermeable entre sub rasante y base si

es necesario• Corte de juntas delgado (2 mm)• No requiere sello de juntas• No requiere barras de transferencia de cargas ni de

amarre entre pistas• Confinamiento lateral

Corte de Junta: Normal y Delgado

Estudio U. de Illinois

• Espesores en estudio 8, 15, 20 cm sobre Base Granular y asfalto

• Carga en el borde y en la huella• Hormigón 52 kg/cm2 Flexo 28 dias• CBR 3%• Carga equivalente a EE

60.000 EE3 de 7 Losas Agrietadas42% CracksGrietas moderadas

90.000 EE4 de 7 Losas Agrietadas57% CracksGrietas Severas

Hormigón Normal 120.000 EEGrietas severas

Hormigon Con Fibra120.000 EEGrietas Moderadas

Resultados

– 8 cm Hormigón• 40.000 EE Primera fisura. • 90.000 EE Con 4 de 7 Losas Agrietadas (Graves)

– 8 cm FRC • 120.000 Esals Con 3 de 7 Losas Agrietadas (moderada)

– 15 cm plain • 8.600.000 Esals Primera fisura• 12.000.000 Esals Con 3 de 7 Losas Agrietadas (low)

– 20 cm plain • 12.000.000 Esals sin fisuras

Software Diseño TCP

• Sistema de diseño Mecanicista-Empirico• Utiliza Islab 2000 para calcular tensiones en la

losa, para todas las condiciones • Se han realizado mas de 200.000 simulaciones • Incorpora la geometría de losa y del transito

en el diseño.

Simulación Islab 2000

• ESRS de 18.000 lbs• EDRD de 25.000 lbs• Presion Neumatico 8.9 kg/cm2 (130 psi)• Características medias del Hormigón• Simula solo un eje ya que dimensión de losas

lo permite.• Determina tensiones arriba y abajo en la losa

y las deformaciones de esta.

Factorial de Variables Eje Largo

LosaEspesor

CBR LTE Gradientes Tº

Carga Posición Eje

ESRD 140 cm 8 cm 5% 30 % +10 100 % Borde - Esquina

EDRD 180 cm 9cm 10% 50% +5 120 % Borde - Centro

230 cm 10 cm 15% 70% 0 Huella - Corte

…… ….. -5 Huella-Centro

19 cm 45% -10 Junta longitudal - Centro

20 cm 50% -15

80% -20

-25

2 3 12 11 3 8 2 5

Total 190.000 Simulaciones Islab 2000

Diseño TCP

Software de DiseñoDatos Proyecto % tiempo por transito % tiempo por Carga % tiempo por T° CBR Subrasante 30 %

EE 10.000.000 Borde 5% 120 0% 5 5% CBR Base Granular 80 %

CBR 20 % huella 25% 100 100% 0 40% Espesor Base granular 15 cm

Res Hº 28 Dias 48 Kg/cm2 Corte 5% 80 0% -5 30% 10,7 10,6

Aumento R Hº 28-90 d 1,15 -10 20% 35

MOR 59,3 Kg/cm2 0

Fibra 1Borde Pavimento 80%

100% 95%Confiabilidad 80%

% Losas Agritadas 30% Diseño

Analisis Fibra InferiorFD % Cracks FD % Cracks FD % Cracks FD % Cracks FD % Cracks

Borde Centro 0,59 26% 0,27 7% 0,12 1% 0,05 0% 0,02 0%Borde Corte 0,00 0% 0,00 0% 0,00 0% 0,00 0% 0,00 0%Corte Centro 1,84 77% 0,98 49% 0,49 20% 0,23 5% 0,09 1%Huella Centro 0,26 6% 0,10 1% 0,03 0% 0,01 0% 0,00 0%Huella Corte 3,76 93% 1,98 79% 0,98 49% 0,44 17% 0,18 3%

50% Conf 93% 79% 49% 17% 3%Se 0,14 0,14 0,12 0,09 0,06

80% Confiabilidad 105% 91% 59% 24% 8%

Analisis Fibra Superior

Borde Centro 0,00 0% 0,00 0% 0,00 0% 0,00 0% 0,00 0%Borde Corte 0,05 0% 0,01 0% 0,00 0% 0,00 0% 0,00 0%Corte Centro 0,00 0% 0,00 0% 0,00 0% 0,00 0% 0,00 0%Huella Centro 0,01 0% 0,01 0% 0,01 0% 0,01 0% 0,01 0%Huella Corte 0,01 0% 0,01 0% 0,01 0% 0,01 0% 0,01 0%

% Losas Agrietadas 50% Conf 0% 0% 0% 0% 0%0,04 0,03 0,03 0,03 0,03

4% 3% 3% 3% 3%

14 cm. 15 cm. 16 cm. 17 cm. 18 cm.

Falla Falla Cumple CumpleFalla

CBR Diseño %

Kc (kg/cm3)

17Espesor Diseño (cm)

Sobre Ancho 20 cm

Sin Fibra

Transferencia de Carga Para Distintas Aperturas de Grietas

Colley and Humphrey

Escalonamiento con Hyperpave II

Losa larga de 22 cm y 4.5 m x3.5 m (Azul ) y Losa corta de 17 cm 1.75m x 1.75m (Roja)

Conclusiones :

– Producto Optimizado, considerando las mejores practicas y tecnologias actuales para pavimentos de hormigón.

– Reduce el costo en un 30% para pavimentos de hormigón y un 20% Pavimentos asfalticos con diseños tradicionales.

– Modelo Mecanicista permite calcular el desempeño del pavimento en diferentes condiciones.

Conclusión

– Menor consumo de energía de iluminación (30%)– Evita congestión por mantención– Sin costo de mantención de sellos– Facilidad de reemplazo de losas

• Espesores de los pavimentos: – Calles de ciudad 8 – 12 cm. – Caminos rurales 12 – 15 cm.– Carreteras >15 cm

Experiencias

– 120.000.000 Esals– 15 years design– 21 cm thick– Granular base and asphalt base

BM3 Acceso CA9 Sur (2005)Guatemala

•Length: 11.07km•80.000.000 Esals•17cm thick•Granular base and asphalt Base

Highway to Antigua 2006Guatemala

Highway to Antigua 2006Guatemala

Highway to Antigua 2006Guatemala

Estacionamiento Supermercado Espesor: 10cm

Tottus Mall Trujillo (Perú)

Distribution Center3.000.000 Esals 14 cm

Chincha (Perú)

Distribution Center3.000.000 Esals 14 cm

Confiperú (Peru)

Food procesing Plant3.000.000 Esals 12 cm

Etac (Chile)

Truck Parking Lot1.000.000 Esals 12 cm

Planta Los Fiordos (Chile)

Food procesing Plant3.000.000 Esals 12 cm

Truck Parking Lot50.000 Esals 8 cm

Salinas y Fabres 2008Chile

Valdivia

Calle pasajes 8 cm espesorCalle secundaria 12 cm con trafico de Construccion

HONDURAS Contrato con 350 km/pista

Precio por m2 Inversión inicial Tráfico de diseñoUSD$ USD$ ESAL

Pavimento Concreto AASHTO 44,00 55.440.000 26*106

Pavimento Asfalto AASHTO 31,12 39.211.200 12*106

Pavimento Concreto TCP 23,80 31.850.280 26*106

USD$ %Ahorro TCP sobre asfalto AASHTO 7.360.920 19Ahorro TCP sobre concreto AASHTO 23.589.720 43

NOTAS:

1.- Costos de cada solución entregados por el gobierno de Honduras

2.- Asfalto diseñado para 10 años y hormigón AASHTO y TCP para 20 años

Algunos de Nuestros Clientes:

MUCHAS GRACIAS

Mayor información y contacto en:www.tcpavements.com