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

3,5

4

1994

1995

1996

1997

1998

1999

2000

2001

2002

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2005

2006

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Mea

n IR

I(m

/km

)

1

1,5

2

2,5

3

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4

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1995

1996

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Mea

n IR

I (m

/km

)

IRI Section A IRI Section B

IRI Section C IRI Section D

1

1,5

2

2,5

3

3,5

4

1995

1996

1997

1998

1999

2000

2001

2002

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2011

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Mea

n IR

I (m

/km

)

Curva obtenida porM-E PDG

Curva AASHTO 1993obtenida porserviciabilidadCurva default M-EPDG (EBITD = -6°C)

Límite máximoadmisible

Medido en terreno1

1,5

2

2,5

3

3,5

4

1992

1993

1994

1995

1996

1997

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Mea

n IR

I (m

/km

)

Faulting Section A Faulting Section B

Faulting Section C Faulting Section D

0

1

2

3

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5

6

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Mea

n Fa

ulti

ng (

mm

)

Curva obtenidapor M-E PDG

Límite máximoadmisible

Curva defaultM-E PDG(EBITD = -6°C)Medido enterreno

0

1

2

3

4

5

6

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n Fa

ulti

ng (

mm

)

0

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mm

)

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Mea

n Fa

ulti

ng (

mm

)

Escalonamiento Ruta 78

Cracking Section A Cracking Section B

Cracking Section C Cracking Section D

0

2

4

6

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12

1992

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% o

f Cra

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f Cra

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Curva obtenidapor M-E PDG

Límite máximoadmisible

Curva default* M-E PDG

0

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9519

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9920

0020

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0320

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0820

0920

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1520

1620

1720

1820

1920

20

% o

f Cra

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