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Pavimentos con Espesor OptimizadoDiseño TCPJuan Pablo Covarrubias2008TRANSCRIPT
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Pavimentos con Espesor Optimizado
Diseño TCP
Juan Pablo Covarrubias2008
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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.
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DEFORMACIÓN DE UNA LOSA15 cm espesor, 4 m. largo
En Chile, las losas se encuentran siempre con sus bordes levantados
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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
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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
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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.
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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
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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
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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
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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
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COSTOS
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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
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Costo Mantención
VP (%)
Años15 20
Asfalto
Hormigón Tradicional
TCP
5
Costo de mantención menor en 20 Años
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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
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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
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Corte de Junta: Normal y Delgado
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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
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60.000 EE3 de 7 Losas Agrietadas42% CracksGrietas moderadas
90.000 EE4 de 7 Losas Agrietadas57% CracksGrietas Severas
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Hormigón Normal 120.000 EEGrietas severas
Hormigon Con Fibra120.000 EEGrietas Moderadas
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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
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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.
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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.
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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
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Diseño TCP
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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
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Transferencia de Carga Para Distintas Aperturas de Grietas
Colley and Humphrey
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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)
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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.
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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
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Experiencias
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– 120.000.000 Esals– 15 years design– 21 cm thick– Granular base and asphalt base
BM3 Acceso CA9 Sur (2005)Guatemala
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•Length: 11.07km•80.000.000 Esals•17cm thick•Granular base and asphalt Base
Highway to Antigua 2006Guatemala
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Highway to Antigua 2006Guatemala
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Highway to Antigua 2006Guatemala
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Estacionamiento Supermercado Espesor: 10cm
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Tottus Mall Trujillo (Perú)
Distribution Center3.000.000 Esals 14 cm
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Chincha (Perú)
Distribution Center3.000.000 Esals 14 cm
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Confiperú (Peru)
Food procesing Plant3.000.000 Esals 12 cm
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Etac (Chile)
Truck Parking Lot1.000.000 Esals 12 cm
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Planta Los Fiordos (Chile)
Food procesing Plant3.000.000 Esals 12 cm
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Truck Parking Lot50.000 Esals 8 cm
Salinas y Fabres 2008Chile
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Valdivia
Calle pasajes 8 cm espesorCalle secundaria 12 cm con trafico de Construccion
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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
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Algunos de Nuestros Clientes:
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MUCHAS GRACIAS
Mayor información y contacto en:www.tcpavements.com