Exposicion Mario Becerra Manual Suelos y Pavimentos

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Exposición del Ing. Mario Becerra sobre el proyecto del manual de Suelos y Pavimentos del Ministerio de Transportes y Comunicaciones

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  • The following 20 slides on the AASHO Road test address different aspects of the AASHO Road test and the resulting AASHTO design. The idea is to point out the shortcomings in using a design procedure based on data collected during this test. It is however important to recognize that at the time (1950s) when the AASHTO test procedure was developed, this marked a significant improvement in the way pavements were built and it was a remarkable effort at that point in time. But considering the advances made in understanding material characterization, effect of climate on pavement materials and pavement response, and in monitoring of pavement performance, it is now time for a new design procedure. The old AASHTO design procedure has perhaps outlived its capacity.
  • The traffic repetitions were less than one million ESALs compared to the hundreds of millions of ESALs applied on today’s pavements. Significant errors can accumulate in extrapolating the design to current traffic levels.
  • Exposicion Mario Becerra Manual Suelos y Pavimentos

    1. 1. UNIVERSIDAD DE PIURA – SEDE LIMA PROGRAMA MASTER EN INGENIERÍA CIVIL MENCIÓN EN INGENIERÍA VIALSimposio sobre el Proyecto de Suelos y Pavimentos del Ministerio de Transportes y Comunicaciones “Pavimentos de Concreto” Por: Mario Rafael Becerra Salas
    2. 2. Tópicos de la presentación1.- Puntos a tomaren cuenta2.- Posición comodiseñador yconstructor3.- Críticaconstructiva4.- Conclusiones
    3. 3. Tópicos de la presentación1.- Puntos a tomaren cuenta
    4. 4. Consideraciones de diseño Sol a r eratu Humedad Agregados Temp Nubes VientoCemento y adiciones minerales Medio Ambiente Cilindros vs vigas Monitoreo de la humedad y temperatura Aditivos Tiempo 60°F 90°F 120°F 25% 50% 75% 30°F 150°F 0% 100% NO destructivos Métodos de curado temperatura humedad o ic r m s té la Agretamiento por contracción plástica k l Fa oc Fisuras horizontales Apertura prematura al tránsito Sh Transporte y Requerimientos del proyecto colocación de Construcción concreto
    5. 5. Tipos de pavimentosDistribución de esfuerzos a la Base El pavimento de concreto controla los esfuerzos generados por el tránsito
    6. 6. Pavimentos Distribución de esfuerzos a la BasePavimento de Asfalto (flexible) Pavimento de Concreto (Rígido) 5° 0,20 4,90 m 60°
    7. 7. Proceso de selección de Alternativas PlanteamientoRecolección de Evaluación de AlternativasDatos del Proyecto Diseño Preliminar Reconstrucción Restauración Reciclaje Tratamiento Superficie Selección de Costeo Ciclo de Diseño Final las alternativas Vida (LCCA) preferidas Factores no Monetarios (LCCA) Construcción
    8. 8. 1924. Av. Venezuela – Salida de Lima
    9. 9. 1968. Vía Expresa - Lima
    10. 10. 1968. Vía Expresa - Lima
    11. 11. El Metropolitano 2008 - 2009
    12. 12. Pavimentos de concretoPavimentos de concreto con:Juntas transversales. • Sin dowels • Con dowelsJuntas transversales y refuerzo de acero.Refuerzo de acero contínuo.
    13. 13. Pavimentos con juntas transversalesPlanta 3.5 - 6.0 m ( 12 a 20 pies)Perfil
    14. 14. Pavimentos con juntas transversales
    15. 15. Pavimentos con juntas y refuerzos de aceroPlanta 7.5 - 9.0 m (25 a 60 pies)Perfil 0.2 a 0.3% de acero
    16. 16. Pavimentos con juntas y refuerzos de acero
    17. 17. Pavimentos con refuerzo de acero contínuoPlanta 0.6 - 2.0 m (3 a 8 pies)Perfil 0.6 a 0.8% acero
    18. 18. Pavimentos con refuerzo de acero contínuo
    19. 19. Pavimentos con refuerzo de acero contínuo
    20. 20. JPCP – Realidad Latinoamericana Diseño del espesor Juntas longitudinales Rugosidad Juntas transversales Texturizado Materiales del concreto Barras de transmisiónBarras de amarre Subrasante Subbase o base
    21. 21. Metodologías de diseño clásicas AASHTO PCAServicialidad, para mantener el Fatiga, para mantener los esfuerzos delservicio del pavimento según el pavimento producidos por la acción tipo de tráfico. Es una medida repetida de las cargas, y con ello prevenir subjetiva que va de 0 a 5, la fatiga por agrietamiento.dónde 0 significa una condición intransitable y 5 excelente. Erosión, para limitar los efectos de la deflexión del pavimento en los bordes de AASHTO recomienda valores las losas, juntas y esquinas. Se previene de 4.5 para el inicio de la vida bombeo, desnivel entre losas y deterioro de del pavimento de concreto las bermas.
    22. 22. Metodologías de diseño existentes MÉTODO AASHTO 93, en su actual versión 93, originado enla prueba AASHO de fines de la década de los 50, y que hasufrido varios cambios desde su versión inicial.• MÉTODO PCA 84, en su versión de 1984, basado enconceptos mecanicistas.• MEPDG 2008 (NCHRP – 1-37ª), con validez en USA, es unmétodo de verificación que combina conceptos mecanicistascon la experiencia en el LTPP• OPTIMIZACIÓN DE ESPESORES 2010, netamentemecanicista esta teniendo éxito en Chile y Centro América
    23. 23. ¿Por qué juntas en el pavimento de concreto? Fisuras de contracción por secado
    24. 24. ¿Por qué juntas en el pavimento de concreto?Fisuras por alabeo
    25. 25. Tecnológica de Construcción PAV EXISTENTE LINEA GUIA PASAJUNTAS VACIADO TEXTURIZADO CORTADO SELLADO
    26. 26. Tópicos de la presentación2.- Posición comodiseñador yconstructor
    27. 27. Posición como diseñador• El manual debe ser simple: servir como guía sinquitar al diseñador por su trabajo• Debe ser justo: pavimentos equivalentes• Conocer las limitaciones del medio: en cuánto tiemponos nivelaremos con las calibraciones necesarias• Debe ser el precursor para metodologías modernasde diseño
    28. 28. Posición como diseñador• Cap 11: Materiales para pavimentos• Cap 14: Pavimentos rígidos• Cap 16: Comportamiento de pavimentos
    29. 29. Tópicos de la presentación3.- Críticaconstructiva
    30. 30. Observaciones generales1.- Metodología aplicada AASHTO 931.1 ¿Es la única metodología disponible para diseño?1.2 ¿Por cuánto tiempo más será válida?1.3 ¿Es aplicable a los rangos establecidos en el proyecto de manual?2.- Empleo de metodologías modernas de diseño: MEPDG 2008 y LosasOptimizadas2.1 ¿Cuánto tiempo nos tomará calibrarlos al Perú?2.2 ¿Es de fácil acceso?3.- Empleo de ábacos3.1 ¿Ábacos?3.2 ¿Limitan el juicio y responsabilidad del diseñador?
    31. 31. Observaciones generales1.- Metodología aplicada AASHTO 931.1 ¿Es la única metodología disponible para diseño?- Es simple y de fácil acceso, sin embargo existen diseñadores que aún no ladominan en el medio.- Es con la que PROVIAS NACIONAL trabaja en la actualidad- Sin embargo no es la única metodología disponible, la PCA 84 de cortemecanicista también lo es.
    32. 32. Observaciones generales1.- Metodología aplicada AASHTO 931.2 ¿Por cuánto tiempo más será válida?- Según lo expresado por muchos entendidos del medio entre cinco y diezaños- Esto debido a que otros métodos no están calibrados, no tenemos laslicencias del DARWIN ME, resistencia al cambio por parte de los diseñadoresy entidades administradoras
    33. 33. Observaciones generales1.- Metodología aplicada AASHTO 931.3 ¿Es aplicable a los rangos establecidos en el proyecto de manual?- El rango va desde 150,000 EE hasta 30 MM EE- Volúmenes manejables de ESALS
    34. 34. Ecuación 93  ∆PSI    Log10      4.5 − 1.5  + ( 4.22 − 0.32 P ) xLog  M r Cdx ( 0.09 D 0.75 − 1.132 )  Log10W82 = Z R SO + 7.35 Log10 ( D + 25 .4) − 10.39 + t 10   1.25 x1019   1.51xJ  0.09 D − 7.38   1+ 0.75  ( D + 25.4)8.46   0.25   ( Ec / k )    • W 18, es la carga de tránsito• Zr, es la confiabilidad, ahora se le conoce como R, trabaja como un factor de seguridad,maximizando el efecto del tránsito• So, es la desviación estándar global• D, es el espesor del pavimento• Po – Pf, es la pérdida de serviciabilidad (nótese que se compara contra la variación de 4.2 – 1.5, queson los valores estimados de inicio y colapso del pavimento, respectivamente)• Sc, es el módulo de rotura a flexotracción del concreto• Cd, es el coeficiente de drenaje• Ec es el módulo de elasticidad del concreto• K, modulo de reacción de la subrasante
    35. 35. AASHO Road Test (finales de 1950 ´s)(AASHO, 1961)
    36. 36. Carga vehicular en el año 1950Presión máx de llantas= 80 psi (5.5 kg/cm2 ) (AASHO, 1961)
    37. 37. ¿Qué limitaciones AASHTO 93?Altos rangos estructurales dediseño y rehabilitación 50+ millones 1.1 millones de repeticiones Secciones estructurales limitadas AASHO Road Test AASHTO Guía de diseño 1 clima/2 años 1 juego de materiales Todos los climas / 20-50 años Nueva diversidad de materiales
    38. 38. Limitaciones: Gran Extrapolación de Tráfico
    39. 39. Observaciones generales2.- Empleo de metodologías modernas de diseño: MEPDG 2008 y LosasOptimizadas2.1 ¿Cuánto tiempo nos tomará calibrarlos al Perú?- MTC debe liderar el proyecto de implementación del MEPDG en el Perú- Calibrar base climática- Calibrar los modelos de deterioro: asfalto y concreto- Por lo menos: 01 año para armar el proyecto y conseguir elpresupuesto, 01 año para reunir información y verificar en campo y 01año para trabajar la data: 03 años en el mejor de los casos- Losas optimizadas tomaría menos
    40. 40. Observaciones generales2.- Empleo de metodologías modernas de diseño: MEPDG 2008 y LosasOptimizadas2.2 ¿Es de fácil acceso?- En el caso del MEPDG trabaja con el DARWIN ME, versión oficial deAASHTO. Costo US$ 5,000 licencia x año- No hay soporte, y resistencia al cambio por parte de las entidadesadministradoras y diseñadores- En el caso de losas optimizadas se puede utilizar algún programa deelementos finitos para modelar la estructura y verificar los esfuerzos ydeformaciones, ó utilizar la patente de TCP que ya tiene un softwaredesarrollado y de bajo costo- Si se emplea TCP, todavía no tiene soporte a gran escala en el Perúpara los diseñadores. Se debe considerar la patente a pagar
    41. 41. Diseño MEPDG 2002 - 2010 IRI PULG/MILLA M/KM 63.33 1 95.00 1.5 126.67 2 158.33 2.5 190.00 3 221.67 3.5 253.33 4 285.00 4.5 ESCALONAMIENTO 3 a 6 mm 0.25 pulg. = 6 mm
    42. 42. Diseño MEPDG 2002 - 2010
    43. 43. Diseño MEPDG 2002 - 2010
    44. 44. Diseño MEPDG 2002 - 2010
    45. 45. Diseño MEPDG 2002 - 2010
    46. 46. Diseño MEPDG 2002 - 2010
    47. 47. Diseño MEPDG 2002 - 2010
    48. 48. PTO. QUETZAL - ESCUINTLA • Por curvas de deterioro: losas 1.8 X 1.8 y 15 cm de espesor • Reducción de 7 cm de espesor • Capa de asfalto abierta sobre pavimento de concreto existente • Fresado de asfalto existente • Colocación de dos carriles (7.2 mts) • Corte delgado 2 mm, sin sello • IRI < 2 m/km • En operación septiembre 2005
    49. 49. CUESTA DE VILLALOBOS • Por curvas de deterioro: losas 1.8 X 1.8 y 22 cm de espesor • Reducción de 8 cm de espesor • Fresado de asfalto existente • Colocación carril por carril debido a tráfico intenso • Concreto de apertura rápida al tráfico • Corte delgado 2 mm, sin sello • Desgaste superficial • En operación julio 2005Experiencia Guatemala – Estuardo Herrera
    50. 50. METODOLOGÍA MECANICISTAAvenida El Salto (2003) – Chile- Primer pavimento demostrativo- Uso de sierra de 2 mm- Pavimento no sellado
    51. 51. Metodología Mecanicista 1.- Para iguales tensiones (AASHTO 93) y losas convencionales, con LC y reducción de espesores 2.- LC sin pasadores, la transferencia de carga se logra por trabazón de agregados (2mm de corte) 3.- Sin sello (asegurar subbases no erosionables)
    52. 52. Observaciones generales3.- Empleo de ábacos3.1 ¿Ábacos?"El Manual presenta ilustraciones de catálogos que introducen alIngeniero de Caminos en la temática de los caminos pavimentados yafirmados. En todos los casos la definición del diseño correspondenal Ingeniero Responsable""El uso de catálogos en la forma presentada se utilizan en países conmayor desarrollo vial, y se fundamenta en que es una buenametodología del conocimiento de las superficies de rodadurapavimentadas y no pavimentadas, para ser utilizada en las diferentesredes viales del país"
    53. 53. Observaciones generales3.- Empleo de ábacos3.2 ¿Limitan el juicio y responsabilidad del diseñador?"Los catálogos deben tener carácter ilustrativo y referencial, en talsentido el diseño tiene que ser realizado necesariamente por el IngenieroResponsable""La estructuras de pavimentos presentadas en los catálogos sonilustrativas y promueven el estudio de alternativas en cada caso. Nodeben sustituir la decisión del diseñador"
    54. 54. Observaciones específicas Capítulo 11: URGENTE REVISAR LA PARTE DE CONCRETO1.- Cuadro 11.1-22. Agua de MezclaEn general es demasiado alto el desarrollo del concreto a 7 días.Estadísticamente está entre 75 y 85% de crecimiento a compresión a los7 días. En el cuadro se coloca 90% Ensayo Límites Método de ensayo pH 5.5 – 8.5 NTP 339.073Resistencia a compresión, mínimo, % NTP 339.033 90 del control a 7 díasA NTP 339.034 Tiempo De fraguado, desviación De 1 h más temprano a 1,5 h NTP 339.082 respecto al control, horas: minutosA más tarde
    55. 55. Observaciones específicas Capítulo 11: URGENTE REVISAR LA PARTE DE CONCRETO2.- Cuadro 11.1-25. Mirar las excepciones en ASTM C33. Por ejemplo enel caso de pasante de la malla 200 para agregado fino se especifica un3% máximo, pero este valor se puede superar dependiendo de lanaturaleza del fino, si es limo y no arcilla por ejemplo.Adicionalmente el ensayo de durabilidad es para ciclos de hielo ydeshielo, como bien lo menciona el Manual después del cuadro 11.1-29.Lo mismo con el 11.1-30
    56. 56. Observaciones específicas Capítulo 11: URGENTE REVISAR LA PARTE DE CONCRETO3.- Cuadro 11.1-26. Esta bien, son husos granulométricos de la ASTMC33, podrían respetar la terminología poner huso en lugar de AG. Porotro lado el (**) comentado esta bien, pero sugiero sea en letras biengrandes, pues es una nota importantísima
    57. 57. Observaciones específicas Capítulo 11: URGENTE REVISAR LA PARTE DE CONCRETO4.- Reactividad, por experiencia puedo asegurar que muchos de losensayos propuestos por la norma ASTM no son concluyentes para elRAS y pueden tomar mucho tiempo (01 año los más ajustados). Losacelerados son agresivos y pueden descartar una cantera que es buenay elevar el costo del proyecto. En este caso la experiencia deproyectos pasados y su comportamiento alcali - sílice debe sermencionada como base para descartar dudas.5.- Hay incongruencias entre el cuadro 11.1.27, que dice que losángeles debe estar por encima del 50% y 11.1.30 que menciona 40%6.- Cuadro 11.1.3 debe ver también el tema de sellos preformados
    58. 58. Observaciones específicas Capítulo 11: URGENTE REVISAR LA PARTE DE CONCRETO7.- Cuadro 11.1-32 Sobre la calidad de la mezcla de concreto, lastolerancia según ASTM C94 es 1 pulgadas para el caso de concreto conslump de 4 pulgadas que es el caso de los pavimentos. La industriaconcretera no asumirá nunca un nivel menor de aceptación, aunque seaaconsejable, porque no están obligados por norma, y por lo difícil que esalcanzar esos valores a escala industrial. Para llegar al slump deseadotécnicas en obra deben ser utilizadas, como regulación o esperar a queel slump baje. Característica Construcción Tolerancia Encofrados fijos +25 mm a -38 mm Asentamiento Encofrados deslizantes +13 mm a -38 mm Encofrados fijos +1,8% Aire Encofrados deslizantes +1,8%
    59. 59. Observaciones específicas Capítulo 11: URGENTE REVISAR LA PARTE DE CONCRETO8.- Cuadro 11.1-33 los valores deben ser MÍNIMOS, a fin de nodescartar diseños que pueden ser en general más económicos utilizandomezclas de mayor resistencia Compresión FlexoTracción EE (Ensayo MTC E 704) (Ensayo MTC E 709) < 5x106 280 kg/cm2 40 kg/cm2 5x106<EE<15x106 300 kg/cm2 42 kg/cm2 >15x106 350 kg/cm2 45 kg/cm2
    60. 60. Observaciones específicas Capítulo 14: Pavimentos rígidos1.- Excelente el periodo de diseño mínimo de 20 años, pero esto debeexigirse también al asfalto.2.- Sobre el tránsito:-< 150,000 es un camino no pavimentado-> 30´000,000 son casos extraordinarios no contemplados en los ábacos3.- Cuadro 14.1.4 el valor de Pt de 3 como final es demasiado exigente.Podría usarse 2, 2.25 y 2.5 en todo caso4.- El nivel de confiabilidad R de 95% es demasiado. No olvides queAASHTO 93 tiende a sobredimensionar espesores5.- El caso de CBR < 6% indica en la página 14-7 que debe mejorarse elsuelo o cambiarse, debe ser más específico
    61. 61. Observaciones específicas Capítulo 14: Pavimentos rígidos6.- Cuadro 14, 1-7 El cuadro indica valores sugeridos de MR. Corregir Mry colocar MR, estoy de acuerdo pues puede haber confusiones con elMódulo Resiliente. Pero el cuadro debe decir valores mínimosrecomendados, para dar algo de libertad al diseñador.7.- El valor de J único debe ser mejorado. Es cierto que el 3.2 quesignifica una berma granular con pasadores y es la más usada, pero alusar ábacos con un J FIJO se descartan muchas posibilidades como eldiseño de pavimentos sin pasadores, o el uso de bermas de concreto,que en ocasiones son más económicas pues juegan un rol en ladisminución de espesores totales y globalmente pueden hacer máseconómico el proyecto.
    62. 62. Observaciones específicas Capítulo 14: Pavimentos rígidosDejemos la libertad de no usar pasadores hasta un nivel de tránsito bajodado (1 millón de ejes equivalentes, por ejemplo)Los J que propongo sean incluidos para los ábacos y diseño son:CASO 1: Berma Granular o Asfáltica (Soporte Lateral)Sin pasadores: 4.0Con pasadores: 3.2Berma de Concreto hidráulicoSin pasadores: 3.8Con pasadores: 2.8Con esto se reformula la tabla de J e incrementa el número de ábacos ynomogramas a presentar (para cada J de los 4 propuestos)
    63. 63. Observaciones específicas Capítulo 14: Pavimentos rígidos8.- Sobre las dimensiones de las losas: NO se contempla el espesor delpavimento para la tabla propuesta. PCA menciona que no se debesuperar 20 a 24 veces el espesor de la losa como espaciamiento entrejuntas transversales, además de 1.25 veces el ancho de carril.Nota que por ejemplo si el espesor es de 15 cm y el carril de 3.6, la tabla14.3.1 diría 4.5 metros de largo. Que puede ser incorrectoPor otro lado el hecho de trabajar con pavimentos en altura, laexperiencia Boliviana indica que se deben trabajar losas cortas conespesores de AASHTO y selladas.
    64. 64. Observaciones específicas Capítulo 14: Pavimentos rígidos9.- El empleo de juntas machihembrabas o llave es riesgoso, no locolocaría en el manual para juntas longitudinales10.- Sobre las juntas de dilatación transversal, en general puedendescartarse, como bien indica el manual, pero se debe ser específico conlas excepciones11.- Cuadro 14.3.3 La distribución de barras de amarre debe serteniendo en cuenta no interferir con el trabajo de los pasadores. Esnecesario anexar un detalle de esto12.- El 14.6 es muy limitado en cuanto a refuerzos WITHETOPPING.
    65. 65. Observaciones específicas Capítulo 16: Comportamiento1.- El mismo problema del MEPDG, el HDM no está calibrado bajocondiciones locales.2.- No hay un desarrollo equitativo del comportamiento del pavimento deconcreto con respecto al asfáltico.
    66. 66. Conclusiones1.- Excelente iniciativa de crear nuestro primer manual de suelos ypavimentos2.- El uso de ábacos es ilustrativo y referencial, no exime al diseñador desu trabajo. Es ampliamente usado en varios países con excelentesresultados3.- El AASHTO 93 esta difundido en el medio y aún tiene vida de 5 a 10años, aunque con limitaciones4.- El Manual debe indicar que se debe replantear el diseño conmetodologías modernas MEPDG 2008, losas optimizadas, y dar un plazode 05 años para calibrarlo y colocarlo5.- Los valores dan las pautas de diseño, “normalizan los criterios” paraevitar errores6.- Es una oportunidad de normalización y el punto de partida decalibración de diseños modernos, que optimicen recursos

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