Efecto del Alabeo de Construcción en el Desempeño de Pavimentos de Hormigón en Chile Juan Pablo Covarrubias V Gerente General TCPavements
Agradecimientos
Laboratorio Nacional de Vialidad, MOP OHL Concesiones Valco - Compax Gauss Dynatest – Chile Vilicic Universidad de Illinois, profesor Jeff Roesler Universidad de los Andes, Tesis Pregrado - Carlos Binder TCPavements
Que es el Alabeo de Construcción?
El alabeo de construcción es una curvatura cóncava permanente de la losa de hormigón producida por diferenciales de temperatura y retracción hidráulica
entre la parte superior e inferior de la losa.
Origen del Alabeo de Construcción
DTTg: Diferencial de temperatura equivalente entre la parte superior e inferior de la losa, debido al gradiente no lineal de temperatura en la losa
DTmg: Diferencial de temperatura equivalente entre la parte superior e inferior de la losa, debido al gradiente no lineal de humedad en la losa
Dtbi: Diferencial de temperatura equivalente entre la parte superior e inferior de la losa, debido al gradiente no lineal de temperatura al momento de la construcción de la losa.
DTshr: Diferencial de temperatura equivalente entre la parte superior e inferior de la losa, debido a retracción hidráulica irreversible.
DTcrp: Parte de Tbi and Tshr recuperado por creep de la losa.
crpshrbimgtgtot ΔT-ΔT+ ΔT+T+ ΔT= )T( Curling ∆∆
Efectos del alabeo de construcción(EBITD)
Esta curvatura residual ha mostrado que afecta el desempeño de los pavimentos de hormigón.
Existen regiones de la losa que no están en contacto con la base.
Con la aplicación de cargas, el alabeo de construcción cambia la ubicación y magnitud de la tensión máxima de tracción. Cambiando el modo de falla.
El EBITD cambia de acuerdo a las condiciones climáticas locales, la mezcla y las propiedades de endurecimiento del hormigón y las técnicas constructivas.
Alabeo de Construcción
EBITD = DTmg +DTbi + DTshr − DTcrp
DTtot = DTtg + EBITD
EBITD medido en diferentes lugares Location / ID Built-in Curl (oC) Comment Reference
Surface Profiling (using dipstick unless otherwise noted)
All LTPP GPS3 Sectionsa Up to -44 Multiple geometries / restraint Byrum 2000
I-80 in Pennsylvania -37 Dowels / 20 ft joint spacing Yu et. al. 2001
AZ1 in Phoenix, Arizona -15.2b No dowels / AC shoulder / 4.5m joint
spacing
C. Rao et. al. 2001
-23.9c
AZ3 in Phoenix, Arizona -23.1b
No dowels / AC shoulder / 6m joint spacing -29.1c
AZ4 in Phoenix, Arizona -11.8b Dowels / Tied PCC shoulder / 6m joint
spacing -20.0c
Mankato, Minnesota -22.8b
No dowels / AC shoulder -27.4c
Deflection Measurements (using FWD/HWD unless otherwise noted) I-70 in Coloradod -11,1 Dowels / Tied PCC shoulder Yu et. al. 1998
Floridad -5 Undoweled Armaghani et. al. 1987
Chiled Up to -19.2 Multiple sections Poblete et. al. 1988
I-80 in Pennsylvaniad -8,9 Perm. Aggregate base
Yu et. al. 2001 -6,7 Perm. Asphalt base
Palmdale, California -22,7 No dowels / AC shoulder
S. Rao and Roesler 2005b -9,8 Dowels / Tied PCC shoulder -17,2 Widened lane / AC shoulder
Ukiah, California -10 No dowels / AC shoulder S. Rao and Roesler 2005b
DIA Denver, Coloradoe -5 to -8 430mm airfield slabs Rufino 2003 a Using high speed profiling b 3 days after construction c 40 days after construction d Using fixed external surface gages for deflections e Using multi-depth deflectometers
Procedimientos para estimar el EBITD
Para calcular el EBITD, se utilizaron dos métodos Basado en pruebas con el deflectometro de Impacto (FWD) Basado en el perfil de la superficie de la losa
Para poder retrocalcular el EBITD con cualquiera de los dos métodos es necesario el uso de un programa de elementos finitos (ISLAB 2000)
Ruta 60 Ch - Chile
Ruta 60Ch
Losas 4 m x 3.5 m Espesor losa 220 mm (AASHTO 98). 20 MM Ejes Equivalentes k-value 137 MPa/m Se abrió a Trafico a los 21 Días y luego de 24
horas se agrietaron 80% de las losas
Cálculo EBITD con Perfil Losa
Numero Losa Losa
Hora 1
(°C) 2
(°C) 3
(°C) 4
(°C) 5
(°C) TELTD °C (Average)
∆T (°C) EBITD
(°C)
8:00 -35 -35 -35 -42 -26 -35 +5 -40
15:00 -26 -31 -28 -42 -22 -30 +12 -42
Promedio -41
Hora Numero Losa
1 2 3 4 5
8:00 11 mm 11 mm 11 mm 14 mm 8 mm
15:00 8 mm 10 mm 9 mm 14 mm 7 mm
Ruta 60Ch
Ruta 60 400mm x 350 mm
TELTD = -16ºC
TELTD = -35ºC
Top Stress= 2.21 MPa
Top Stress= 4.86 MPa
Tensile stress for TCP 220 mmx 175mm
TELTD = -- 35ºC
Top Stress= 1.06 MPa
Ruta 60Ch
Caso Analizado Tension Maxima Superior
(MPa)
Nº Pasadas admisibles
Espesor (mm)
Largo Losa (mm)
EBITD(ºC)
Diseño Actual, Camión Completo 4.9 105 220 4000 -35
Losas 3 m considerando solo 1 eje 3.3 1785 220 3000 -35
Diseño AASHTO 98 con EBITD normal 2.2 192,028 220 4500 -10
TCP®, 22 cm, camion completo en borde 1.3 infinito 22 220 -35
TCP®, 17 cm camion completo 2.3 243,879 17 220 -35
Evaluación MEPDG Ruta 60Ch
ME-PDG ME-PDG AASHTO 98 TCP
K Value 120 MPa/m
Clima Palmdale-California
EBITD - 6°C -25°C ----- -20°C*
Tamaño Losa (m) 4x3 2x1,75
Espesor Hormigón 22 37 22 17
Serviceabilidad 10% slabs Cracked 10% slabs Cracked
4.5–2.5 (Pf-Pi)
10% slabs Cracked
* Minimum value in software Optipave
Solución Ruta 60Ch
Diseño TCP® Losas de 2 m x 1,75 m Efecto del alabeo se
redujo con las losas pequeñas
Comportamiento mejoro Dramaticamente
3 Años en funcionamiento
Ruta 78, Chile
Ruta 78
• Espesor de 260 mm en el borde exterior y 220 mm en el interior
• Losa de 4 m x 3.5 m • 150 mm base granular, berma asfáltica , sin
Barras de transferencia de carga • K-value desde 33.2 - 69.4 MPa/m • Se pavimento en 2 etapas:
1° en 1992 durante la noche(sector A) 2° en 1994, durante el día (sectores B, C and D)
• Se midió el EBITD en todos los sectores
Ruta 78
EBITD medido con FWD
-25,0
-20,0
-15,0
-10,0
-5,0
0,075 75,003 75,5 75,503 82,4 82,403 82,8 82,803 92 92,003
Deg
rees
Cel
sius
Km
EBITD
IRI Ruta 78
1
1,5
2
2,5
3
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I (m
/km
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IRI Section A IRI Section B
IRI Section C IRI Section D
1
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I (m
/km
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Curva obtenida porM-E PDG
Curva AASHTO 1993obtenida porserviciabilidadCurva default M-EPDG (EBITD = -6°C)
Límite máximoadmisible
Medido en terreno1
1,5
2
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3
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I (m
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Faulting Section A Faulting Section B
Faulting Section C Faulting Section D
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ulti
ng (
mm
)
Curva obtenidapor M-E PDG
Límite máximoadmisible
Curva defaultM-E PDG(EBITD = -6°C)Medido enterreno
0
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Mea
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ng (
mm
)
Escalonamiento Ruta 78
Cracking Section A Cracking Section B
Cracking Section C Cracking Section D
0
2
4
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12
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Curva obtenidapor M-E PDG
Límite máximoadmisible
Curva default* M-E PDG
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9519
9619
9719
9819
9920
0020
0120
0220
0320
0420
0520
0620
0720
0820
0920
1020
1120
1220
1320
1420
1520
1620
1720
1820
1920
20
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cked
Sla
bs
Agrietamiento Ruta 78
MEPDG Análisis de sensibilidad
EBITD = - 11ºC
EBITD = - 16ºC
MEPDG Análisis de sensibilidad
Efecto Alabeo de Construcción y Largo Losa en el IRI (Cauquenes)
180 cm ∆Defl: 1,39 mm
L=230 cm ∆Defl: 2,19 mm
L=350 cm ∆Defl: 4,65 mm
L=450 cm ∆Defl: 6,88 mm
Efecto Alabeo de Construcción y Largo Losa en el IRI
IRI promedio = 2,15 m/km
Ejemplo Cerro-Sombrero Tramo 1: Losas 2,2m IRI promedio = 1,32 m/km
Tramo 3: Losas 4m IRI promedio = 1,66 m/km
Ejemplo Cerro-Sombrero
Efecto Largo de losa
Ejemplo Ruta 9 IRI promedio = 1,55 m/km
AASHTO 93-98, no consideran el alabeo de construcción como input del modelo, mientras que el MEPDG (AASHTO 2008) usa un valor por defecto de -6ºC.
Los alabeos de construcción medidos en Chile varían entre -11ºC y -41ºC dependiendo de la locación del pavimento y de los métodos de construcción, y en todos los caso es muy superior al propuesto en el MEPDG
El gradiente de construcción , en conjunto con el largo de losa, afectan fuertemente el IRI, que por lo tanto no solo es dependiente de la calidad de la construcción.
En el futuro, los diseños de pavimentos de hormigón en Chile, deberían considerar magnitudes reales de EBITD como parámetros de diseño. Por lo que se requieren métodos mecanicistas de diseño.
Se requieren de losas de mayor espesor en zonas donde la probabilidad de una gradiente de construcción sea elevado.
Conclusiones
Posibles Soluciones: Mejorar las prácticas de pavimentación, poniendo énfasis en: la
hora en que se pavimentará, la temperatura del hormigón, la dosificación y las condiciones de este
Mejorar los procedimientos de curado y las protecciones necesarias para el curado del hormigón.
En el caso de losas largas dimensionarlas para disminuir este efecto. 3,0 mts a 3,5 mts
En el caso de Losas Cortas alejarse de la dimensión 2,5m, ya que este largo de losa afecta mas el IRI
Se recomienda, en casos de gradientes altos losas de 1,75m para minimizar el efecto.
Gracias
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