Universidad Nacional de Ingeniería VII CONGRESO NACIONAL DE INGENIERÍA CIVIL Managua, Octubre 2013 Losas cortas: Una experiencia en Nicaragua Oswaldo Chávez Arévalo, MSc. INGENIEROS CONSULTORES CENTROAMERICANOS S.A. Datos Generales del Proyecto Nombre del Proyecto: Mejoramiento de seis tramos de la carretera Río Blanco – Puerto Cabezas Dueño del proyecto: Ministerio de transporte e infraestructura (MTI) INGENIEROS CONSULTORES CENTROAMERICANOS S.A. Localización del tramo mejorado mediante losas cortas INGENIEROS CONSULTORES CENTROAMERICANOS S.A. PRECIPITACION ANUAL HASTA DE 3500 mm INGENIEROS CONSULTORES CENTROAMERICANOS S.A. SUELOS PREDOMINANTES A-7-5 Y A-7-6 14 < IP < 36 INGENIEROS CONSULTORES CENTROAMERICANOS S.A. INGENIEROS CONSULTORES CENTROAMERICANOS S.A. INGENIEROS CONSULTORES CENTROAMERICANOS S.A. INGENIEROS CONSULTORES CENTROAMERICANOS S.A. INGENIEROS CONSULTORES CENTROAMERICANOS S.A. INGENIEROS CONSULTORES CENTROAMERICANOS S.A. PAVIMENTOS BITUMINOSOS INGENIEROS CONSULTORES CENTROAMERICANOS S.A. Ministerio de Transporte e Infraestrtura Banco de Centroamericano de Integración Económica Majoramiento Puntual “Río Blanco-Puerto Cabezas” INGENIEROS CONSULTORES CENTROAMERICANOS S.A. 382+700 – 384+710 340+000 – 345+600 389+600 – 392+000 271+120 – 272+920 SECCIONES CRITICAS, 16 KM 263+587 – 265+687 252+020 – 254+130 INGENIEROS CONSULTORES CENTROAMERICANOS S.A. SOLUCIÓN: LOSAS DE CONCRETO HIDRÁULICO INGENIEROS CONSULTORES CENTROAMERICANOS S.A. Métodos de diseño mas comunes INGENIEROS CONSULTORES CENTROAMERICANOS S.A. AASHTO 93 INGENIEROS CONSULTORES CENTROAMERICANOS S.A. Portland Cement Association INGENIEROS CONSULTORES CENTROAMERICANOS S.A. Software WinPAS (Version 12) – AASHTO 93 StreetPave (Version 12) – PCA Pavement Interactive – AASHTO 93 (Pavimentos Flexibles y Rígidos) http://www.pavementinteractive.org/ INGENIEROS CONSULTORES CENTROAMERICANOS S.A. • • • • • Carga de tráfico – Trafico de diseño ESALs (W18) = 2*106 – 3*106 Confiabilidad – Nivel de confianza R, (%) = 85 – Error estándar combinado So)= 0.35 Serviciabilidad – Índice inicial (Pi) = 4.4 – Índice final (pt)= 2.5 Parámetros del concreto – Módulo de elasticidad (Ec), psi=4,000,000 – Módulo de Ruptura (S’c), psi= 600 Otros parámetros de diseño – Factor de drenaje (Cd) = 1 – Coeficiente de transferencia de carga (J) = 2.8 – Módulo de reacción de la subrasante (k), pci= 300 – K compuesto con 6” (15 cm) de base estabilizada, pci = 550 – Perdida potencial de soporte = 0.5 AASHTO 93 INGENIEROS CONSULTORES CENTROAMERICANOS S.A. Hoja de Salida, Pavement Interactive INGENIEROS CONSULTORES CENTROAMERICANOS S.A. Espesor de la losa convencional: 20 cm M.R. del concreto hidráulico 600 psi Sistema de transferencia de cargas: Dovelas Espesor de la base estabilizada: 15 cm Resistencia a compresión de base estabilizada: 21 kg/cm2 INGENIEROS CONSULTORES CENTROAMERICANOS S.A. Para reducir costos de construcción, se introdujo la tecnología de losas delgadas (Losas cortas) INGENIEROS CONSULTORES CENTROAMERICANOS S.A. Concepto tradicional Concepto de Losa Corta Menores esfuerzos = Menor espesor de losas INGENIEROS CONSULTORES CENTROAMERICANOS S.A. Ventajas del uso de la tecnología de losas cortas Reducción del espesor de la losa: Sustanciales ahorros No necesita barras de transferencia de cargas: reducción adicional de costos La juntas no están supuestas a sellarse: reducción adicional de costos Reparaciones requieren menor tiempo INGENIEROS CONSULTORES CENTROAMERICANOS S.A. Diseño de losas cortas INGENIEROS CONSULTORES CENTROAMERICANOS S.A. Antecedentes: White topping Rehabilitación de pavimentos flexibles Ultra Thin White Topping Losas cortas Experiencia Chile Guatemala (Centroamérica) Pavimentos nuevos INGENIEROS CONSULTORES CENTROAMERICANOS S.A. INGENIEROS CONSULTORES CENTROAMERICANOS S.A. INGENIEROS CONSULTORES CENTROAMERICANOS S.A. INGENIEROS CONSULTORES CENTROAMERICANOS S.A. INGENIEROS CONSULTORES CENTROAMERICANOS S.A. INGENIEROS CONSULTORES CENTROAMERICANOS S.A. INGENIEROS CONSULTORES CENTROAMERICANOS S.A. Métodos de diseño INGENIEROS CONSULTORES CENTROAMERICANOS S.A. 1. Optipave, Ing. J.P. Covarrubia Los doctores Covarrubia reclaman derechos patentados por el uso del software. 2. Pavement Evaluator, HDM 4 Pavement evaluator, no es una herramienta de diseño, si no de simulación del desempeño de un determinado espesor en un período de análisis. Una debilidad del modulo es que es aplicable para losas de mas de tres metros de longitud. (Las losas cortas son de aproximadamente 1.80 metros) INGENIEROS CONSULTORES CENTROAMERICANOS S.A. INGENIEROS CONSULTORES CENTROAMERICANOS S.A. INGENIEROS CONSULTORES CENTROAMERICANOS S.A. Resultados del nuevo diseño INGENIEROS CONSULTORES CENTROAMERICANOS S.A. INGENIEROS CONSULTORES CENTROAMERICANOS S.A. INGENIEROS CONSULTORES CENTROAMERICANOS S.A. INGENIEROS CONSULTORES CENTROAMERICANOS S.A. Espesor de la losa corta: M.R. del concreto hidráulico Sistema de transferencia de cargas: Espesor de la base estabilizada: Resistencia a compresión de base estabilizada: 15 cm 600 psi interlocking 15 cm 21 kg/cm2 INGENIEROS CONSULTORES CENTROAMERICANOS S.A. Se dosificó el concreto para las losas delgadas, cambiando sustancialmente al diseño anterior: Se cambió granulometría (Tamaño máximo 25 mm) Se incorporó aditivo de forma mas eficiente Se realizó la mezcla con revenimiento de 40 mm Se disminuyó consumo de cemento aproximadamente en 20% INGENIEROS CONSULTORES CENTROAMERICANOS S.A. DISEÑO I-2: RESISTENCIA MINIMA A 28 DIAS: 4,500 PSI DESVIACION ESTANDAR: 350 PSI NIVEL DE CONFIANZA DE DISEÑO: 92 % RESISTENCIA DE DISEÑO A 28 DIAS: 5,000 PSI ASPECTO DE LA MEZCLA: La mezcla conserva trabajabilidad y fluidez. Contiene un ligero excedente de grava y deficiencia de arena. Revenimiento de 4.0 cm (ver fotos). PROPORCIONAMIENTO POR PESO DE LOS INGREDIENTES PARA 1 m3 DE MEZCLA DE CONCRETO INGREDIENTE Agua (Kg): Cemento (Kg): CANTIDAD 204.0 425 Grava de 1”(Kg): 1707 Aditivo (lt): 3.50 COMENTARIO Sin incluir corrección por absorción y humedad de los agregados Equivalente a Ra/c: Equivalente al: 0.48 y 100.0 % 10.00 bolsas de cemento del peso total de los agregados PROPORCIONAMIENTO EN VOLUMEN DE MATERIALES PARA 1 BOLSA DE CEMENTO INGREDIENTE Agua (Lts): CANTIDAD 20.40 (*) COMENTARIO (*) Equivalente a 0.95 balde de 22 litros (sin incluir corrección por absorción y humedad de los agregados). Cemento (bolsa): 1.0 Grava de 1” (ft3): 3.90 Equivalente a: 5.02 Aditivo (lt): 0.39 Equivalente a: 0.16 % Baldes de 22 litros del peso total de la mezcla PROPORCIONAMIENTO EN BASE DEL VOLUMEN SUELTO DE CEMENTO Cemento Grava 1” Agua 1.0 3.90 0.75 Resistencia a compresión de especimenes cilíndricos de concreto; AASHTO T 22-03. Cilindro Fecha de fabricación Fecha de ensayo Edad (días) Revenimiento (cm) Densidad (kg/m3) Resistencia (PSI) 1 01-jul-09 04-jul-09 3 4.0 2,458 1,643 2 03-jul-09 10-jul-09 7 4.0 2,443 2,476 3 03-jul-09 18-jul-09 15 4.0 2,441 3,386 4 01-jul-09 29-jul-09 28 4.0 2,445 3,722 5 01-jul-09 29-jul-09 28 4.0 2,449 3,804 03-jul-09 03-ago09 31 4.0 2,470 4,035 6 INGENIEROS CONSULTORES CENTROAMERICANOS S.A. Revenimiento logrado = 40 mm INGENIEROS CONSULTORES CENTROAMERICANOS S.A. Ventajas obtenidas • Reducción de espesores en un 20% • Reducción en el costo al no emplear dovelas – Barras pasajuntas – Canastas • Reducción de costos al no utilizar sello para juntas • Menor tiempo de construcción INGENIEROS CONSULTORES CENTROAMERICANOS S.A. Visita técnica 2008 INGENIEROS CONSULTORES CENTROAMERICANOS S.A. INGENIEROS CONSULTORES CENTROAMERICANOS S.A. INGENIEROS CONSULTORES CENTROAMERICANOS S.A. INGENIEROS CONSULTORES CENTROAMERICANOS S.A. INGENIEROS CONSULTORES CENTROAMERICANOS S.A. Visita técnica 2009 INGENIEROS CONSULTORES CENTROAMERICANOS S.A. INGENIEROS CONSULTORES CENTROAMERICANOS S.A. INGENIEROS CONSULTORES CENTROAMERICANOS S.A. INGENIEROS CONSULTORES CENTROAMERICANOS S.A. INGENIEROS CONSULTORES CENTROAMERICANOS S.A. Visita técnica 2010 INGENIEROS CONSULTORES CENTROAMERICANOS S.A. INGENIEROS CONSULTORES CENTROAMERICANOS S.A. INGENIEROS CONSULTORES CENTROAMERICANOS S.A. INGENIEROS CONSULTORES CENTROAMERICANOS S.A. INGENIEROS CONSULTORES CENTROAMERICANOS S.A. Visita técnica 2011 INGENIEROS CONSULTORES CENTROAMERICANOS S.A. INGENIEROS CONSULTORES CENTROAMERICANOS S.A. INGENIEROS CONSULTORES CENTROAMERICANOS S.A. INGENIEROS CONSULTORES CENTROAMERICANOS S.A. INGENIEROS CONSULTORES CENTROAMERICANOS S.A. INGENIEROS CONSULTORES CENTROAMERICANOS S.A. INGENIEROS CONSULTORES CENTROAMERICANOS S.A. INGENIEROS CONSULTORES CENTROAMERICANOS S.A. Visita técnica 2012 INGENIEROS CONSULTORES CENTROAMERICANOS S.A. INGENIEROS CONSULTORES CENTROAMERICANOS S.A. INGENIEROS CONSULTORES CENTROAMERICANOS S.A. INGENIEROS CONSULTORES CENTROAMERICANOS S.A. INGENIEROS CONSULTORES CENTROAMERICANOS S.A. INGENIEROS CONSULTORES CENTROAMERICANOS S.A. INGENIEROS CONSULTORES CENTROAMERICANOS S.A. INGENIEROS CONSULTORES CENTROAMERICANOS S.A. INGENIEROS CONSULTORES CENTROAMERICANOS S.A. INGENIEROS CONSULTORES CENTROAMERICANOS S.A. INGENIEROS CONSULTORES CENTROAMERICANOS S.A. INGENIEROS CONSULTORES CENTROAMERICANOS S.A. INGENIEROS CONSULTORES CENTROAMERICANOS S.A. INGENIEROS CONSULTORES CENTROAMERICANOS S.A. INGENIEROS CONSULTORES CENTROAMERICANOS S.A. INGENIEROS CONSULTORES CENTROAMERICANOS S.A. INGENIEROS CONSULTORES CENTROAMERICANOS S.A. Otras experiencias en el país INGENIEROS CONSULTORES CENTROAMERICANOS S.A. PROYECTO: CIRCUNVALACION MASAYA INGENIEROS CONSULTORES CENTROAMERICANOS S.A. Diseño: AASHTO 93 DATOS DE ENTRADA RESULTADOS 1. Tráfico 1. Parámetros de Cálculo ESAL= 23 x 10 6 2. Confiabilidad Desv. Estándar normal So= 0.40 R= 85% 3. Serviciabilidad Po= 4.4 Pt= Δ PSI 1.9 Espesor Calculado (cm) 25.5 2.5 4. Parámetros del Concreto 2.Espesores(cm) Módulo de Elasticidad, Ec (psi) 4,000,000 Módulo de Ruptura, S’c (psi) 600 5. Otros parámetros Transferencia de carga ,J 2.8 Módulo de Reacción de Subrasante, K (pci) 300 Módulo de Sub-Rasante, Mr (psi) -1.037 6,000 K compuesto (15 cm Base Estabilizada) 550 Pérdida pontencial de soporte 0.5 Losa 27 Base Estabilizada 15 INGENIEROS CONSULTORES CENTROAMERICANOS S.A. Conversión del espesor AASHTO a Losa Corta En el presente diseño el espesor obtenido en pavimento rígido por el método AASHTO fue de 27 cm. Este espesor corresponde a un espesor de 18 cm en losa corta, para la condición de CBR = 4%. ESPESOR LOSA CONVENCIONAL ESPESOR DE LOSA CORTA (cm) CBR 20 % CBR 10 % CBR 4 % 30 19 20 22 28 18 19 20 27 16 17 18 (cm) INGENIEROS CONSULTORES CENTROAMERICANOS S.A. INGENIEROS CONSULTORES CENTROAMERICANOS S.A. INGENIEROS CONSULTORES CENTROAMERICANOS S.A. INGENIEROS CONSULTORES CENTROAMERICANOS S.A. INGENIEROS CONSULTORES CENTROAMERICANOS S.A. PAVIMENTACION EN EL PUESTO FRONTERIZO SUR PEÑAS BLANCAS INGENIEROS CONSULTORES CENTROAMERICANOS S.A. INGENIEROS CONSULTORES CENTROAMERICANOS S.A. INGENIEROS CONSULTORES CENTROAMERICANOS S.A. INGENIEROS CONSULTORES CENTROAMERICANOS S.A. INGENIEROS CONSULTORES CENTROAMERICANOS S.A. CONCLUSIONES INGENIEROS CONSULTORES CENTROAMERICANOS S.A. El empleo de la tecnología de losas cortas permite la reducción importante de espesores en comparación con las losas convencionales para las mismas condiciones (Tráfico, soporte de subrasante, base de apoyo y características del concreto). La reducción de los espesores de losa significa una reducción de costos muy importante, que permite que la tecnología de losas cortas sea muy competitiva en el Ciclo de Vida del proyecto, en comparación con otras tecnologías (pavimento asfáltico, losas convencionales, adoquines). Las observaciones visuales realizadas en tres años consecutivos, permiten afirmar que las losas delgadas se han desempeñado de forma altamente satisfactoria. Es notable el mejor desempeño de las losas delgadas en relación con el desempeño de las losas convencionales. INGENIEROS CONSULTORES CENTROAMERICANOS S.A. RECOMENDACIONES INGENIEROS CONSULTORES CENTROAMERICANOS S.A. Dar seguimiento al comportamiento de las losas construidas en el proyecto “Río Blanco – Siuna – Puente – Banacruz” mediante evaluación anual (semestral preferiblemente). Evaluar el desempeño de otros proyectos de pavimentos de concreto con losas cortas, para validar espesores mínimos. Actualmente se esta utilizando 18 cm en trafico intenso y pesado. Controlar la carga de los vehículos pesados, económicamente no existe espesor de losa que pueda construirse para soportar la sobrecarga de los camiones (C2 y furgones). En la construcción de pavimentos con losas delgadas de concreto, debe establecerse un sistema de control de calidad que asegure el producto final deseado. Esto implica especificaciones, diseño de la mezcla, producción de los agregados, transporte, colocación y curado. INGENIEROS CONSULTORES CENTROAMERICANOS S.A. Extremo cuidado debe de tenerse con la temperatura de colocación del concreto, debido a las características de nuestro clima tropical. No importa que tan bien esté diseñado el pavimento, la losa no soportará si el concreto hidráulico utilizado no alcanza la debida resistencia especificada en el diseño (MR). Oswaldo Chávez Arévalo, MSc. Especialista en Pavimentos o.chavez@iccsa.com.ni o.chavezarevalo@gmail.com Ingenieros Consultores Centroamericanos, S.A.