Pavimentos

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  1. 1. PAVIMENTOS DE CONCRETOHIDRÁULICO.Gerencia Técnica IMCYC, 2009
  2. 2. La gente quiere vialidades segurasCon mejor visibilidadSin deformacionesCon mejores condiciones de manejo y frenadoLa sociedad quiere vialidades de calidadSeguras, confortables y económicasEl País requiere vialidades duraderasCon una mayor vida útilDe alta resistenciaQue necesiten menor mantenimiento
  3. 3. En la ingeniería de pavimentos se manejan dos tiposconvencionales identificados como flexibles o asfalticos y rigidoso de concreto hidráulico, con variantes de bases y subbases y contrabajos de rehabilitación diversos.Para determinar que pavimento específico se debe elegir paracada caso en particular, se requiere seguir un proceso deselección que implica la consideración de diversos aspectos entrelos que destacan los relativos a los costos.
  4. 4. COSTO DEL CICLO DE VIDACOSTO DEL CICLO DE VIDADurabilidad de los proyectosEs un aspecto cada vez más importante a nivelmundial.Los diseños de los pavimentos rígidos seespecifican para una vida útil :• en México de 20 a 25 años.• en Estados Unidos los están llevando a períodosde 30 a 40 años.• en Europa no es raro que se diseñen para 50 añosó más.
  5. 5. COSTO DEL CICLO DE VIDACOSTO DEL CICLO DE VIDAEn una visión general, el costo inicial de unacarretera es visto sólo como parte del costo totaldel proyecto, por lo que se considera el conceptodel “costo del ciclo de vida”, que incluye:a) COSTOS DE CONSTRUCCION INICIAL.b) COSTOS DE CONSERVACION.c) COSTOS DEL USUARIO.a) COSTOS DE CONSTRUCCION INICIAL.b) COSTOS DE CONSERVACION.c) COSTOS DEL USUARIO.
  6. 6. El impacto de lo anterior es sumamente significativo,como lo denotan los siguientes datos:• En México, los costos del transporte representanel 5% del PIB.• En un camino con al menos 50 vehículos diariosde circulación los costos de operación seránmayores que la suma de los costos deconstrucción inicial y de conservación durantesu vida útil. Banco mundial.COSTO DEL CICLO DE VIDACOSTO DEL CICLO DE VIDA
  7. 7. EN UNA ESTIMACION PARA VALUAR EL ORDEN DEMAGNITUD, EN UN TRAMO DE 100 km CON UN TPDA DE3,600 (28% PESADOS), UN PAVIMENTO MALOCOSTARIA AL PAIS 56,000 MILLONES DE PESOS CADAAÑO EN EXCESO DEL COSTO DE OPERACION DE UNCAMINO EN BUENAS CONDICIONES.INSTITUTO MEXICANO DEL TRANSPORTECOSTO DEL CICLO DE VIDACOSTO DEL CICLO DE VIDA
  8. 8. CONSTRUCCION INICIALCONSTRUCCION INICIALCONSERVACIONCONSERVACIONCOSTOS DEL USUARIOCOSTOS DEL USUARIOCOMPONENTES QUE INCLUYE ?COSTO TOTAL DEL PROYECCOSTO TOTAL DEL PROYEC--TO AL MOMENTO DE SUTO AL MOMENTO DE SUINAUGURACIONINAUGURACIONREPARACIONES, REHABILIREPARACIONES, REHABILI--TACIONES, AMPLIACIONESTACIONES, AMPLIACIONESY MODERNIZACIONESY MODERNIZACIONESOPERACION DE LOS VEHICUOPERACION DE LOS VEHICU--LOS, COSUMO DE COMBUSLOS, COSUMO DE COMBUS--TIBLE, COMPOSTURAS, TIEMTIBLE, COMPOSTURAS, TIEM--POS DE RECORRIDO Y ACCIPOS DE RECORRIDO Y ACCI--DENTESDENTESCOSTORELATIVO111010+ 200+ 200ABATIMIENTO DEL COSTOABATIMIENTO DEL COSTOPara una carretera con un tránsito de 3000 vehículosdiarios y una tasa de crecimiento usual en México
  9. 9. A.- Costo Inicial, de construcciónDiseño 2%Indemnizaciones 28%Movimientos de tierra 35%Pavimento 15%Estructuras Complementarias 7%Señalización e iluminación 13%
  10. 10. PRESIONES AL SUELOPP PPLAS PRESIONES TRANSMITIDAS A LA ESTRUCTURA DETERRACERIAS SON MENORES EN LOS PAVIMENTOS DE CONCRETOHIDRAULICO.Diseño
  11. 11. La calidad del soporte está dada por :El módulo de reacción K de la capa subrasanteBase o sub-base: Capa de material directamente debajo dela losa que proporciona una superficie de trabajo estable.Losa del Pav.Base Módulo kCapa SubrasanteDiseño AASHTO
  12. 12. Propiedades de la SubrasanteMódulo de Reacción de la Subrasante, kk (psi/in) = carga unitaria porplaca / deflexión de la placaGato HidráulicoPlacasApiladasReacciónIndicador dePresiónCarátula deDeflexiónReceptor deReacciónDiseño AASHTO
  13. 13. TráficoESAL´s o E-18´sEl número y peso de todos los ejes esperadosdurante la vida de diseño del pavimento -Ejes Equivalentes Sencillos expresado en ejes de8.2 ton para cada tipo de pavimento.-ESAL´s Rígidos o E-18´s-ESAL´s Flexibles o E-18´sDiseño AASHTO
  14. 14. Daño en los Pavimentos. Importancia del traficopesadoEl daño producido a un pavimento por un camión semi-remolque de 36 Ton.equivale a 9,523 automóviles.En las décadas de los 50s y 60s, el porcentaje de camiones pesados era del 6%respecto al tráfico total.Actualmente, la concentración de camiones pesados es del 25 al 40%.En México, el coeficiente de daño medido de camiones pesados, es 4 vecesmayor que en los Estados Unidos.Diseño AASHTO
  15. 15. Daños en los PavimentosCARGA = PDAÑOCARGA =2 x P DAÑO DAÑO DAÑO DAÑODAÑO DAÑO DAÑO DAÑODAÑO DAÑO DAÑO DAÑODAÑO DAÑO DAÑO DAÑODiseño AASHTO
  16. 16. Drenaje Naturalde TerrenosArribaNivelFreáticoAscenso del NivelFreáticoMovimiento deVaporAscensiónCapilar delNivelFreáticoDe la OrillaEntradade laSuperficieDrenaje, CdAvenidas para entrada de aguaLosa del Pavim.Base2Drenaje Naturalde TerrenosArribaNivelFreáticoAscenso del NivelFreáticoAscensiónCapilar delNivelFreáticoDe la OrillaEntradade laSuperficie531412Diseño AASHTO
  17. 17. Calidad del ServicioServiciabilidadla habilidad delpavimentode servir al tipo detráfico(autos y camiones)que circulan en la víaÍndice de ServicioPresente (PSI)5.0Muy Bueno4.0Bueno3.0Regular2.0Pobre1.0Muy Pobre0.0Diseño AASHTO
  18. 18. VENTAJAS ECONOMICASVENTAJAS ECONOMICASCOSTO DELCICLODE VIDACONCRETO HIDRAULICO+ ALTERNATIVAS QUE DEN RESULTADOS SIMILARES+ MISMA DURABILIDAD+ MISMA CAPACIDAD ESTRUCTURAL+ REPRESENTAR RESULTADOS EN “PESOSEQUIVALENTES”
  19. 19. Diseño de las Estructuras de los pavimentosLos métodos empleados, AASHTO, Instituto de Ingeniería UNAM e Instituto del Asfaltopara el caso de pavimentos flexiblesy para Pavimentos rígidos, AASHTO y PCA.Se tienen las estructuras siguientes:Pavimento FlexibleEspesor de capa, cmESAL Sub rasante Base Carpeta1x 10630 20 1130 22 1810x10650 25 2550x106ESAL Sub rasante base Carpeta1x 10630 12 1630 12 2510x10650 12 3050x106Pavimento RígidoEspesor de capa, cm
  20. 20. Características del estudio económicoCondicionesEl procesamiento del análisis económico de las seis estructuras, cubre un periodo de 30 años,en el cual se consideraron los costos de construcción, de conservación o mantenimiento, deoperación y el costo de rescate.Los precios unitarios son los que se manejan en el año de 2008, sin considerar acarreos.Los costos de conservación también son los del año 2008, incluyendo los tiempos de aplicación.En los costos de operación se han tomado en cuenta los criterios del IMT y se ha utilizado elprograma vocmex para su cálculo a través del tiempo.El tránsito para cada caso analizado, con una tasa de crecimiento de 5%.
  21. 21. Tipos de pavimentoCon 2 carriles de circulaciónFlexibleRígidoCOSTOS por km, Construcción y Mantenimiento, tránsito bajo, año 2008.20000002200000240000026000002800000300000032000003400000360000038000004000000420000044000004600000480000050000000 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21AÑ O SCostoen$1A 1Bconcreto asfálticoconcreto hidráulico
  22. 22. Tipos de pavimentoCon 4 carriles de circulaciónCOSTOS por km, Construción y Mantenimiento, tránsito medio 200850000006000000700000080000009000000100000001100000012000000130000000 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21A Ñ O SCostoenpesosconcreto hidráulicoconcreto asfáltico
  23. 23. Costo por km, Construcción y Mantenimiento, tránsito pesado, año 20086000000800000010000000120000001400000016000000180000000 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21A Ñ O SCOSTOENPESOSconcreto asfálticoconcreto hidráulicoCon 4 carriles de circulaciónTipos de pavimento
  24. 24. Resultados del estudioConclusionesComo se aprecia en las gráficas, el pavimento rígidopresenta el menor costo total en las opciones analizadas, partiendo dela subrasante propuesta con valor de VRS de 20%; sin embargo, paraotras condiciones de subrasante, se podrán obtener otras conclusionesdiferentes.En todos los casos, el pavimento rígido es favorecido en cuanto acostos de mantenimiento.En cuanto a los costos de construcción se determinó que para condicionesde tránsito moderado y tránsito más intenso y pesado, el costo del pavimentorígido resulta menor que el flexible.
  25. 25. ObservacionesAdicionalmente al análisis realizado, actualmente se estánrealizando análisis de consumo de la energía requerida paraobtener o producir cada uno de los materiales requeridos,como consecuencia de la creciente preocupación mundialrespecto al consumo de energía.
  26. 26. VIDA DE SERVICIO EN AÑOSCARRETERAS CON TRÁNSITO PESADO* Con buen drenaje 25% más** 4 cm sobrecapa a 12 años y sobre capa del espesor totalORGANISMO De Concreto De Asfalto ObservacionesWISCONSIN 20-25* 12-14*MINESOTA 35 20 (12) ** México destacan:KENTUCKY > 20 12 Carr. Desierto de losNEW YORK 20 - 25 10 – 13 Leones > 45 añosCOLORADO 27 6 - 12F. H.W.A. (1985) 13 - 30 6 - 20
  27. 27. AHORRO DE COMBUSTIBLE EN PAVIMENTOS DE CONCRETO COMPARADOCON EL CONSUMO EN PAVIMENTOS DE ASFALTOTipo deVehículoPorcentajedel tráficoKilómetrosrecorridos porañoAhorro estimadoen combustible,litros/añoautomóviles 70 102,200 0camioneta Pickup12 17, 520 227,970Camiones 2 ejes 3 4,384 155, 575Camiones 3 ejes 1 1,458 120,562Combinacióncamión/trailer14 20,432 1, 933,531TOTAL 100 2,437,638Ahorro determinado para 15 km de carretera interestatal, con tránsito diario de 25,000 vehículos.Estudio de la PCA (Portland Cement Association) publicado en 1989.
  28. 28. ESTRUCTURA USUALESTRUCTURA USUALCONCRETO AUTOS 1,000 DiariosURBANOS 30 DiariosT3S2 15 DiariosVIDA UTIL 25,0 AÑOS15 cm10 cm SUBBASEASFALTOAUTOS 1,000 DiariosURBANOS 30 DiariosT3S2 15 DiariosVIDA UTIL 12,5 AÑOS5 cm20 cm BASE20cm SUBBASEEstructurasUsualesEstructurasUsuales
  29. 29. ConcretoAl incrementar el espesor del pavimento de concreto en2.5 cm, incrementamos al doble la capacidad de cargade ese pavimento.Un pavimento de 30,5 cm de espesor puede soportarun 400% más que un pavimento de 25,5 cm y cuestasolamente un 20% más.Capacidad de Carga
  30. 30. • Se deteriora con eltiempoRequiere reparacionesy recarpeteos constantes• Alto costo demantenimiento• Se deforma su superficieofreciendo un manejoirregular, o bajo índicede servicio.ASFALTOASFALTO• Deterioro mínimo durante su Vidaútil• Duración de 20 a 30 años• Mantenimiento mínimo• Deformación mínima de su superficie• Índice de servicio alto durante suvida útil• Mayor velocidad de construcción• Disminución de Costos de Operación• Mejor drenaje superficial• Mayor reflexión de la luz• Requiere menor estructura de soporteCONCRETOCONCRETO
  31. 31. La alternativa de construcción de pavimentos rígidos seLa alternativa de construcción de pavimentos rígidos sevuelve más relevante, principalmente por su bajo costo devuelve más relevante, principalmente por su bajo costo deconservación y algunos otros ahorros :conservación y algunos otros ahorros :AHORROSAHORROS* HASTA 20% EN COMBUSTIBLESDE CAMIONES.* ENTRE 20 Y 25% EN ILUMINACIONDE VIALIDADES URBANAS.
  32. 32. 2.- RESISTENCIAA) DURABILIDADConcreto Hidráulico: Gana hasta un 10% adicionalde resistencia después del primer mesConcreto Asfáltico: Se reblancede por temperatura1.- VIDA ÚTILVentajas del Concreto HidráulicoVentajas del Concreto HidráulicoConcreto Hidráulico: 25 AÑOSConcreto Asfáltico: 12,5 AÑOS
  33. 33. 3.- MANTENIMIENTOConcreto Hidráulico: Sello de grietas, substitución desello en juntas, cada 5 años.Concreto Asfáltico: Bacheo anual, recarpeteo cada5 años.Ventajas del Concreto HidráulicoVentajas del Concreto Hidráulico
  34. 34. El concreto hidráulico refleja la luz proporcionandouna mejor visibilidad.Separación de Arbotantes:Concreto Hidráulico: 60 m.Concreto Asfáltico: 40 m.20 a 30% de ahorro de energíaVentajas del Concreto HidráulicoVentajas del Concreto HidráulicoB) SEGURIDAD1.- MEJOR VISIBILIDAD
  35. 35. 2.- LIBRE DE DEFORMACIONESB) SEGURIDAD• Superficie Rígida Indeformable• No se forman roderas• Se evita acuaplaneo• Menor riesgo de accidentes.Ventajas del Concreto HidráulicoVentajas del Concreto Hidráulico
  36. 36. Fin de presentación¡ G R A C I A S !

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