Este documento presenta una conferencia sobre pavimentos construidos con hormigón con TAR. La conferencia aborda conceptos clave sobre el funcionamiento y diseño de pavimentos, incluyendo el uso de juntas para controlar la contracción, los factores que causan deterioro como las condiciones ambientales, y consideraciones de diseño para evitar fallas tempranas. También analiza el costo del ciclo de vida y estrategias de mantenimiento según el tipo de pavimento.

1. 22/03/2011
Conferencia sobre
PAVIMENTOS CONSTRUIDOS CON TAR
ALGUNAS CLAVES PARA OBTENER BUENOS RESULTADOS
Ing. Edgardo BECKER
ecker, Edgardo A.
Ingeniero en Construcciones U.N.C.P.B.A.
Matrícula Profesional N° 46309
Colegio de Ingenieros de la Provincia de Buenos Aires
Miembro AIE (Asociación de Ingenieros Estructurales) N° 268
con el patrocinio de:

2. PRESENTE Y FUTURO DE LOS PAVIMENTOS
PROYECTOS EJECUTADOS EN HORMIGÓN CON TAR
Fuentes: ICPA – Instituto del Cemento Pórtland Argentino
LOMA NEGRA CIASA – Gerencia de Ventas Técnicas
1.650 km
1.100 km
Montevideo, 22/03/2011
2

3. PAVIMENTOS EJECUTADOS CON TAR
ALGUNAS CLAVES PARA OBTENER UN BUEN RESULTADO
¿Qué preguntas deberíamos saber responder para
obtener pavimentos durables y buen nivel de servicio?
• ¿Cómo funcionan los pavimentos?
• ¿Por qué materializamos juntas en los pavimentos de hormigón?
• ¿Por qué se deterioran los pavimentos de hormigón?
• ¿Qué deberíamos tener en cuenta en el diseño para evitar las fallas tempranas?
• ¿Qué implica pavimentar con equipos de alto rendimiento (TAR)?
• ¿Qué debemos conocer y hacer para evitar las fisuras tempranas durante la
construcción?
Montevideo, 22/03/2011
3

4. 1ER PREGUNTA CLAVE
CONCEPTOS BÁSICOS
¿Cómo funcionan los pavimentos?
Montevideo, 22/03/2011
4

5. CONCEPTOS BÁSICOS
DISTRIBUCIÓN DE CARGAS SOBRE EL SUELO
Pavimento Flexible Pavimento Rígido
5°
0,20
4,90 m
60°
Montevideo, 22/03/2011
5

6. CONCEPTOS BÁSICOS
INFLUENCIA DE LA UNIFORMIDAD DE LA BASE DE APOYO
ESTADO INICIAL
zona de suelo rígido
zona de suelo muy compresible y/o bombeable
ESTADO FINAL
zona de suelo rígido
Montevideo, 22/03/2011
6

7. PAQUETES ESTRUCTURALES TÍPICOS
PARA PAVIMENTOS URBANOS (CARGA LIVIANA)
Pavimento Flexible Pavimento Rígido
5 1
2,5 cm
2 7,5 cm 1 15 cm
6
3 20 cm
2 15 cm
4
3
1.- Carpeta de concreto asfáltico 1.- Losa de hormigón MR = 4,5 MPa
2.- Base granular asfáltica (base negra) 2.- Subbase de suelo seleccionado
3.- Base de suelo-cemento / suelo granular / suelo-cal3.- Subrasante VS > 3 %
4.- Subrasante VS > 5 %
5.- Riego de liga con ER1 (0,50 lts/m 2)
6.- Imprimación con EBRL (1,50 lts/m 2) + riego de liga
Montevideo, 22/03/2011
7

8. PAQUETES ESTRUCTURALES TÍPICOS
PARA PAVIMENTOS INTERURBANOS (RUTAS)
Pavimento Flexible Pavimento Rígido
6 1
6 cm
2 10 cm 1
25 cm
7
3 15 cm
2
15 cm
15 cm
4
3
5
1.- Carpeta de concreto asfáltico 1.- Losa de hormigón MR = 4,5 MPa
2.- Base granular asfáltica (base negra) 2.- Subbase de suelo seleccionado
3.- Base de suelo-cemento / suelo granular / suelo-cal3.- Subrasante VS > 3 %
4.- Subbase de suelo granular / suelo-cal
5.- Subrasante VS > 5 %
6.- Riego de liga con ER1 (0,50 lts/m 2)
7.- Imprimación con EBRL (1,50 lts/m 2) + riego de liga
Montevideo, 22/03/2011
8

9. ESTRATEGIAS DE MANTENIMIENTO
DE ACUERDO AL TIPO DE PAVIMENTO
5
4
Nivel de Servicio
3
2
1
0
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
Tiempo de análisis [años]
Pavimento de asfalto
Pavimento de concreto
Montevideo, 22/03/2011
9

10. ESTRATEGIAS DE MANTENIMIENTO
DE ACUERDO AL TIPO DE PAVIMENTO
5
4
Nivel de Servicio
3
2
1
0
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
Tiempo de análisis [años]
Pavimento de asfalto
Pavimento de concreto
Montevideo, 22/03/2011
10

11. ESTRATEGIAS DE MANTENIMIENTO
DE ACUERDO AL TIPO DE PAVIMENTO
5
4
Nivel de Servicio
3
2
$
1
0
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
Tiempo de análisis [años]
Pavimento de asfalto
Pavimento de concreto
Montevideo, 22/03/2011
11

12. ANÁLISIS DE COSTO DEL CICLO DE VIDA
RUBROS A CONSIDERAR EN EL ANÁLISIS
Costo de Construcción
+
Costo de Mantenimiento Rutinario
+
Costo de Reparación Mayor
+
Costo de Operación
-
Valor Residual
Costo Total del Pavimento
Montevideo, 22/03/2011
12

13. COSTO DE OPERACIÓN
INFLUENCIA DEL TIPO DE SUPERFICIE SOBRE EL CONSUMO DE COMBUSTIBLE
100
Ahorro de Combustible (*)
80
[litros/1000 km]
60
40
20
0
2,25 4,50 9,50 19,00 23,50
Peso bruto del vehículo [x 1000 kg]
(*) Ahorro debido a la circulación en pavimento rígido respecto de circular sobre pavimento flexible en las
mismas condiciones.
Fuente: FHWA - Federal Highway Administration – Revista CEMENTO, N°13, Febrero de 1997 (páginas 16 a 19)
Montevideo, 22/03/2011
13

14. COSTO DE OPERACIÓN
INFLUENCIA DEL TIPO DE SUPERFICIE SOBRE EL CONSUMO DE COMBUSTIBLE
Pavimento Flexible Pavimento Rígido
Montevideo, 22/03/2011
14

15. COSTO DE OPERACIÓN
INFLUENCIA DEL TIPO DE SUPERFICIE SOBRE EL CONSUMO DE ENERGÍA
Pavimento de Asfalto Pavimento de Concreto
50 % ahorro en
energía eléctrica
Montevideo, 22/03/2011
15

16. COSTO DE OPERACIÓN
INFLUENCIA DE LA ESTRATEGIA DE MANTENIEMIENTO SOBRE EL USUARIO
Montevideo, 22/03/2011
16

17. ANÁLISIS DE COSTO DEL CICLO DE VIDA
CASH FLOW
Costo Mantenimiento
0
Rutinario
Costos [$/m2]
Costo Mantenimiento
Mayor
Costo
Construcción
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
Tiempo de análisis [años]
Pavimento de asfalto
Pavimento de concreto
Montevideo, 22/03/2011
17

18. 2DA PREGUNTA CLAVE
CONCEPTOS BÁSICOS
¿Por qué materializamos juntas en los
pavimentos de hormigón?
Montevideo, 22/03/2011
18

19. JUNTAS EN PAVIMENTOS DE HORMIGÓN
JUNTAS DE CONTROL DE CONTRACCIÓN
Montevideo, 22/03/2011
19

20. JUNTAS EN PAVIMENTOS DE HORMIGÓN
JUNTAS DE CONTROL DE CONTRACCIÓN
Fisuras de
contracción por
secado
Montevideo, 22/03/2011
20

21. JUNTAS EN PAVIMENTOS DE HORMIGÓN
JUNTAS DE CONTROL DE CONTRACCIÓN
Montevideo, 22/03/2011
21

22. 3ER PREGUNTA CLAVE
DURABILIDAD
¿Por qué se deterioran los pavimentos?
Montevideo, 22/03/2011
22

23. ALABEOS DE LOSAS DE PAVIMENTO
INFLUENCIA DE LAS CONDICIONES MEDIAMBIENTALES
Pavimento en estado ideal
Pavimento durante asoleamiento
Pavimento durante la noche
Montevideo, 22/03/2011
23

24. ALABEOS DE LOSAS DE PAVIMENTO
INFLUENCIA DE LAS CONDICIONES MEDIAMBIENTALES
Pavimento en estado ideal
Pavimento durante asoleamiento
Pavimento durante la noche
Montevideo, 22/03/2011
24

25. ALABEOS DE LOSAS DE PAVIMENTO
INFLUENCIA DE LAS CONDICIONES MEDIAMBIENTALES
Pavimento en estado ideal
CARGA CENTRAL CARGA DE BORDE CARGA EN ESQUINA
σ = f (P, E , 1/h, 1/k)
c
Montevideo, 22/03/2011
25

26. ALABEOS DE LOSAS DE PAVIMENTO
INFLUENCIA DE LAS CONDICIONES MEDIAMBIENTALES
Pavimento en estado ideal
CARGA CENTRAL
q = k.y
CARGA DE BORDE CARGA EN ESQUINA
σ = f (P, E , 1/h, 1/k)
c
Montevideo, 22/03/2011
26

27. ALABEOS DE LOSAS DE PAVIMENTO
INFLUENCIA DE LAS CONDICIONES MEDIAMBIENTALES
Pavimento durante asoleamiento
Montevideo, 22/03/2011
27

28. ALABEOS DE LOSAS DE PAVIMENTO
INFLUENCIA DE LAS CONDICIONES MEDIAMBIENTALES
Pavimento durante asoleamiento
Montevideo, 22/03/2011
28

29. ALABEOS DE LOSAS DE PAVIMENTO
INFLUENCIA DE LAS CONDICIONES MEDIAMBIENTALES
Pavimento durante asoleamiento
detalle de micro
-fisuración bajo la
carga
Montevideo, 22/03/2011
29

30. ALABEOS DE LOSAS DE PAVIMENTO
INFLUENCIA DE LAS CONDICIONES MEDIAMBIENTALES
Pavimento durante asoleamiento
zona afectada
detalle de micro
-fisuración bajo la
carga
Montevideo, 22/03/2011
30

31. ALABEOS DE LOSAS DE PAVIMENTO
INFLUENCIA DE LAS CONDICIONES MEDIAMBIENTALES
Pavimento durante asoleamiento
detalle de micro
-fisuración bajo la
carga D
z
Si σz > σz adm fisura
Montevideo, 22/03/2011
31

32. ALABEOS DE LOSAS DE PAVIMENTO
INFLUENCIA DE LAS CONDICIONES MEDIAMBIENTALES
Pavimento durante asoleamiento
detalle de micro
-fisuración bajo la
carga
detalle de posible
micro -fisuración por
alabeo forzado
Montevideo, 22/03/2011
32

33. ALABEOS DE LOSAS DE PAVIMENTO
INFLUENCIA DE LAS CONDICIONES MEDIAMBIENTALES
Pavimento durante la noche
Montevideo, 22/03/2011
33

34. ALABEOS DE LOSAS DE PAVIMENTO
INFLUENCIA DE LAS CONDICIONES MEDIAMBIENTALES
Pavimento durante la noche
Montevideo, 22/03/2011
34

35. ALABEOS DE LOSAS DE PAVIMENTO
INFLUENCIA DE LAS CONDICIONES MEDIAMBIENTALES
Pavimento durante la noche
Montevideo, 22/03/2011
35

36. ALABEOS DE LOSAS DE PAVIMENTO
INFLUENCIA DE LAS CONDICIONES MEDIAMBIENTALES
Pavimento durante la noche
z
D
Montevideo, 22/03/2011
36

37. ALABEOS DE LOSAS DE PAVIMENTO
INFLUENCIA DE LAS CONDICIONES MEDIAMBIENTALES
Pavimento durante la noche
zona afectada
detalle de micro
-fisuración
superior por carga
z de esquina sobre
D
losa alabeada
Si σz > σz adm fisura
Montevideo, 22/03/2011
37

38. 4ta PREGUNTA CLAVE
INFLUENCIA DEL CONSTRUCTOR Y DEL DISEÑADOR SOBRE LA DURABILIDAD
¿Qué deberíamos tener en cuenta en el
diseño para evitar fallas tempranas?
Montevideo, 22/03/2011
38

39. CONTRACCIÓN TEMPRANA
CONTRACCIÓN Y RESTRICCIONES INTERNAS Y EXTERNAS
Estado inicial
Luego de algunas horas
Luego de algunos días
restricció
n
Montevideo, 22/03/2011
39

40. CONTRACCIÓN TEMPRANA
CONTRACCIÓN Y RESTRICCIONES INTERNAS Y EXTERNAS
¿por qué se fisura el hormigón? tracc
ión
con p
or
n p cree
ión ció sin
cc o la t rac
Tensión de tracción
Tensión de tracción
a r Menor relajación
nt rand
side
que en caso a)
o p
r c eep
o r ón c on or c r ee nc
ia
p c ci p te la
trac ajación ndo
ción sin rel sis
c re era p
tra nsid cree
co or
resistencia cc ión ión p
tra lajac
re
No hay
Edad de
fisuración por
fisuración
contracción
Tiempo Tiempo
a) Hormigón fisurado b) Hormigón no fisurado
Influencia de la contracción, creep y resistencia en el tiempo de
fisuración.
Fuente: E. Becker, 2005. “Deformaciones y Fisuración Temprana del Hormigón” . Trabajo de Tesis.
Montevideo, 22/03/2011
40

41. CONTRACCIÓN TEMPRANA
CONTRACCIÓN Y RESTRICCIONES INTERNAS Y EXTERNAS
DETERMINACIÓN DE LA OPORTUNIDAD DE ASERRADO
a
id
Demasiado
uc
Ventana de
temprano para
d
ción
in
Tensiones aserrar
aserrado trac
n
ia a
ió
tenc
ns
esis
Te
R
Resistencia del hormigón = tensión
generada por la restricción
Resistencia mínima
de aserrado Demasiado tarde para aserrar
(fisuración descontrolada)
Fraguado del
hormigón
Hormigón en
Hormigón en estado endurecido
estado fresco
Tiempo
Montevideo, 22/03/2011
41

42. ASERRADO DE JUNTAS
ALGUNAS PATOLOGÍAS
Aserrado temprano
Foto: M. Dalimier, presentación sobre “Pavimentos de Hormigón con TAR”, 29/05/2008.
Montevideo, 22/03/2011
42

43. ASERRADO DE JUNTAS
ALGUNAS PATOLOGÍAS
Aserrado tardío
Foto: M. Dalimier, presentación sobre “Pavimentos de Hormigón con TAR”, 29/05/2008.
Montevideo, 22/03/2011
43

44. ESTUDIO DE RIESGO DE FISURACIÓN TEMPRANA
TENSIONES INDUCIDAS VS. RESISTENCIA
cia a t racción
R esisten
Tensiones de tracción
Ten
s
indu iones
cida
inter s
ior d en
e la
losa
e
br
nes so r
io as rio
ns c i d pe
Te du su
in ra
ca
0 2 16 28 40 52 Edad [hs]
10:30 12 24 12 24 12 Horario [hs]
Horario [días]
1 2
Montevideo, 22/03/2011
44

45. ESTUDIO DE RIESGO DE FISURACIÓN TEMPRANA
TENSIONES INDUCIDAS VS. RESISTENCIA
Se fisura si no se hace el aserrado cia a t racción
R esisten
Tensiones de tracción
Ten
s
indu iones
cida
inter s
ior d en
e la
losa
e
br
nes so r
io as rio
ns c i d pe
Te du su
in ra
ca
0 2 16 28 40 52 Edad [hs]
10:30 12 24 12 24 12 Horario [hs]
Horario [días]
1 2
Montevideo, 22/03/2011
45

46. ESTUDIO DE RIESGO DE FISURACIÓN TEMPRANA
TENSIONES INDUCIDAS VS. RESISTENCIA
Se fisura si no se hace el aserrado cia a t racción
R esisten
Tensiones de tracción
Ten
s
indu iones
cida
inter s
ior d en
e la
losa
e
br
nes so r
io as rio
ns c i d pe
Te du su
in ra
ca
0 2 16 28 40 52 Edad [hs]
10:30 12 24 12 24 12 Horario [hs]
Horario [días]
1 2
Montevideo, 22/03/2011
46

47. ESTUDIO DE RIESGO DE FISURACIÓN TEMPRANA
TENSIONES INDUCIDAS VS. RESISTENCIA
Se fisura si no se hace el aserrado cia a t racción
R esisten
Tensiones de tracción
Ten
s
indu iones
cida
inter s
ior d en
e la
losa
e
br
nes so r
io as rio
ns c i d pe
Te du su
in ra
ca
0 2 16 28 40 52 Edad [hs]
10:30 12 24 12 24 12 Horario [hs]
Horario [días]
1 2
Montevideo, 22/03/2011
47

48. ESTUDIO DE RIESGO DE FISURACIÓN TEMPRANA
TENSIONES INDUCIDAS VS. RESISTENCIA
Se fisura si no se hace el aserrado cia a t racción
R esisten
Tensiones de tracción
Ten
s
indu iones
cida
inter s
ior d en
e la
losa
e
br
Envolvente de
nes so r
tensiones
io as rio
nsinducidas la losa
i d pe
Te duc su
in ra
ca
0 2 16 28 40 52 Edad [hs]
10:30 12 24 12 24 12 Horario [hs]
Horario [días]
1 2
Montevideo, 22/03/2011
48

49. ESTUDIO DE RIESGO DE FISURACIÓN TEMPRANA
TENSIONES INDUCIDAS VS. RESISTENCIA
cia a t racción
R esisten
Tensiones de tracción
Envolvente de
tensiones
inducidas la losa
0 2 16 28 40 52 Edad [hs]
10:30 12 24 12 24 12 Horario [hs]
Horario [días]
1 2
Montevideo, 22/03/2011
49

50. ESTUDIO DE RIESGO DE FISURACIÓN TEMPRANA
TENSIONES INDUCIDAS VS. RESISTENCIA
cia a t racción
R esisten
Tensiones de tracción
¿de qué dependen las
tensiones inducidas?
Envolvente de
tensiones
inducidas la losa
0 2 16 28 40 52 Edad [hs]
10:30 12 24 12 24 12 Horario [hs]
Horario [días]
1 2
Montevideo, 22/03/2011
50

51. ESTUDIO DE RIESGO DE FISURACIÓN TEMPRANA
TENSIONES INDUCIDAS VS. RESISTENCIA
¿de qué dependen las tensiones
inducidas?
σ =ε.E
Montevideo, 22/03/2011
51

52. ESTUDIO DE RIESGO DE FISURACIÓN TEMPRANA
TENSIONES INDUCIDAS VS. RESISTENCIA
¿de qué dependen las tensiones
inducidas?
σ =ε.E
σ: tensión inducida
ε : deformación específica (∆l/l)
E: módulo de elasticidad
Montevideo, 22/03/2011
52

53. ESTUDIO DE RIESGO DE FISURACIÓN TEMPRANA
TENSIONES INDUCIDAS VS. RESISTENCIA
¿de qué dependen las tensiones
inducidas?
¡OJO! Es una deformación restringida
σ =ε.E depende del grado de restricción
σ: tensión inducida
ε : deformación específica (∆l/l)
E: módulo de elasticidad
Montevideo, 22/03/2011
53

54. ESTUDIO DE RIESGO DE FISURACIÓN TEMPRANA
TENSIONES INDUCIDAS VS. RESISTENCIA
¿de qué dependen las tensiones
inducidas?
¡OJO! Es una deformación restringida
σ =ε.E variación de temperatura
longitud
σ: tensión inducida
ε : deformación específica (∆l/l) ∆l = α . ∆T . l
E: módulo de elasticidad
CET : coeficiente de expansión térmica
Montevideo, 22/03/2011
54

55. ESTUDIO DE RIESGO DE FISURACIÓN TEMPRANA
TENSIONES INDUCIDAS VS. RESISTENCIA
¿de qué dependen las tensiones
inducidas?
σ =ε.E
os
gad
ón
σ: tensión inducida
agre
ig
tensión
rm
ia
ε : deformación específica (∆l/l) n t ic
ho
ce me
ta
E: módulo de elasticidad pas
deformación
Montevideo, 22/03/2011
55

56. ESTUDIO DE RIESGO DE FISURACIÓN TEMPRANA
TENSIONES INDUCIDAS VS. RESISTENCIA
¿de qué dependen las tensiones
inducidas?
σ =ε.E E = f (Epasta;Wpasta; Eag;Wag)
os
gad
ón
σ: tensión inducida
agre
ig
tensión
rm
ia
ε : deformación específica (∆l/l) n t ic
ho
ce me
ta
E: módulo de elasticidad pas
deformación
Montevideo, 22/03/2011
56

57. ESTUDIO DE RIESGO DE FISURACIÓN TEMPRANA
TENSIONES INDUCIDAS VS. RESISTENCIA
¿de qué dependen las tensiones
inducidas?
En resumen:
• grado de restricción al movimiento
• longitud de las losas
• CET (coeficiente de expansión térmica)
• variación de temperatura
• módulo de elasticidad del agregado
• contenido de AG
• módulo de elasticidad de la pasta o mortero
• contenido de pasta
Montevideo, 22/03/2011
57

58. ESTUDIO DE RIESGO DE FISURACIÓN TEMPRANA
TENSIONES INDUCIDAS VS. RESISTENCIA
¿de qué dependen las tensiones
inducidas?
En resumen:
• grado de restricción al movimiento tipo y lisura de la base
• longitud de las losas
• CET (coeficiente de expansión térmica)
• variación de temperatura
• módulo de elasticidad del agregado
• contenido de AG
• módulo de elasticidad de la pasta o mortero
• contenido de pasta
Montevideo, 22/03/2011
58

59. ESTUDIO DE RIESGO DE FISURACIÓN TEMPRANA
TENSIONES INDUCIDAS VS. RESISTENCIA
¿de qué dependen las tensiones
inducidas?
En resumen:
• grado de restricción al movimiento
• longitud de las losas
• CET (coeficiente de expansión térmica) tipo y contenido de AG
• variación de temperatura
• módulo de elasticidad del agregado
• contenido de AG
• módulo de elasticidad de la pasta o mortero
• contenido de pasta
Montevideo, 22/03/2011
59

60. ESTUDIO DE RIESGO DE FISURACIÓN TEMPRANA
TENSIONES INDUCIDAS VS. RESISTENCIA
¿de qué dependen las tensiones
inducidas?
En resumen:
• grado de restricción al movimiento
• longitud de las losas
• CET (coeficiente de expansión térmica) • temperatura ambiente
• asoleamiento
• variación de temperatura • espesor de losa
• módulo de elasticidad del agregado • velocidad de hidratación
• contenido de AG
• módulo de elasticidad de la pasta o mortero
• contenido de pasta
Montevideo, 22/03/2011
60

61. ESTUDIO DE RIESGO DE FISURACIÓN TEMPRANA
TENSIONES INDUCIDAS VS. RESISTENCIA
¿de qué dependen las tensiones
inducidas?
En resumen:
• grado de restricción al movimiento
• longitud de las losas
• CET (coeficiente de expansión térmica) • temperatura ambiente
• asoleamiento
• variación de temperatura • espesor de losa
• módulo de elasticidad del agregado • velocidad de hidratación
• contenido de AG
• tipo y contenido de cemento
• módulo de elasticidad de la pasta o mortero • relación a/c
• aditivos
• contenido de pasta
Montevideo, 22/03/2011
61

62. ESTUDIO DE RIESGO DE FISURACIÓN TEMPRANA
TENSIONES INDUCIDAS VS. RESISTENCIA
¿de qué dependen las tensiones
inducidas?
En resumen:
• grado de restricción al movimiento
• longitud de las losas
• CET (coeficiente de expansión térmica)
• variación de temperatura
• módulo de elasticidad del agregado tipo de agregado
• contenido de AG
• módulo de elasticidad de la pasta o mortero
• contenido de pasta
Montevideo, 22/03/2011
62

63. ESTUDIO DE RIESGO DE FISURACIÓN TEMPRANA
TENSIONES INDUCIDAS VS. RESISTENCIA
¿de qué dependen las tensiones
inducidas?
En resumen:
• grado de restricción al movimiento
• longitud de las losas
• CET (coeficiente de expansión térmica)
• variación de temperatura
• módulo de elasticidad del agregado
• contenido de AG diseño de la mezcla
• módulo de elasticidad de la pasta o mortero
• contenido de pasta
Montevideo, 22/03/2011
63

64. ESTUDIO DE RIESGO DE FISURACIÓN TEMPRANA
TENSIONES INDUCIDAS VS. RESISTENCIA
¿de qué dependen las tensiones
inducidas?
En resumen:
• grado de restricción al movimiento
• longitud de las losas
• CET (coeficiente de expansión térmica)
• variación de temperatura
• módulo de elasticidad del agregado
• contenido de AG
• relación a/c
• módulo de elasticidad de la pasta o mortero • resistencia
• contenido de pasta
Montevideo, 22/03/2011
64

65. ESTUDIO DE RIESGO DE FISURACIÓN TEMPRANA
TENSIONES INDUCIDAS VS. RESISTENCIA
¿de qué dependen las tensiones
inducidas?
En resumen:
• grado de restricción al movimiento
• longitud de las losas
• CET (coeficiente de expansión térmica)
• variación de temperatura
• módulo de elasticidad del agregado
• contenido de AG
• módulo de elasticidad de la pasta o mortero
• diseño de la mezcla
• contenido de pasta
• resistencia
Montevideo, 22/03/2011
65

66. ESTUDIO DE RIESGO DE FISURACIÓN TEMPRANA
TENSIONES INDUCIDAS VS. RESISTENCIA
¿de qué dependen las tensiones
inducidas?
En resumen:
• grado de restricción al movimiento
diseño como consecuencia
• longitud de las losas de todo lo demás
• CET (coeficiente de expansión térmica)
• variación de temperatura
• módulo de elasticidad del agregado
• contenido de AG
• módulo de elasticidad de la pasta o mortero
• contenido de pasta
Montevideo, 22/03/2011
66

67. ESTUDIO DE RIESGO DE FISURACIÓN TEMPRANA
TENSIONES INDUCIDAS VS. RESISTENCIA
¿de qué dependen las tensiones
inducidas?
En resumen:
• grado de restricción al movimiento
diseño como consecuencia
• longitud de las losas de todo lo demás
• CET (coeficiente de expansión térmica)
• variación de temperatura
• módulo de elasticidad del agregado ATENCIÓN
• contenido de AG DISEÑADO
• módulo de elasticidad de la pasta o mortero RES
• contenido de pasta
Montevideo, 22/03/2011
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68. 5ta PREGUNTA CLAVE
TECNOLOGÍA DE ALTO RENDIMIENTO (TAR)
¿Qué implica pavimentar con equipos
de alto rendimiento (TAR)?
Montevideo, 22/03/2011
68

69. TECNOLOGÍA DE ALTO RENDIMIENTO (TAR)
INTRODUCCIÓN
Montevideo, 22/03/2011
69

70. TECNOLOGÍA DE ALTO RENDIMIENTO (TAR)
EQUIPOS DE MOLDES DESLIZANTES – COMPONENTES BÁSICOS
compuerta
distribuidor dosificadora vibradores terminador
molde de
hormigón en
extrusión
espera
concreto
sentido de molde lateral
avance
Fuente: FHWA, 2007. IMCP Manual, Integrated Materials and Construction Practice for Concrete Pavements
Montevideo, 22/03/2011
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71. TECNOLOGÍA DE ALTO RENDIMIENTO (TAR)
EQUIPOS DE MOLDES DESLIZANTES – COMPONENTES BÁSICOS
Nivelación
Curado
Texturizado
Dirección de Avance
Retoques
Logística de
obra Fratachado
Distribución
Suministro de Molde de Arrastre
(sin fin o cuchilla) Extrusión
Concreto
(Molde)
Pre esparcido fr ente Dosificación Viga O scilante
al equipo (Compuerta) Inserción de Pasadores (DBI)
Inserción de Barras de Unión (DBI)
Montevideo, 22/03/2011
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72. TECNOLOGÍA DE ALTO RENDIMIENTO (TAR)
EQUIPOS DE MOLDES DESLIZANTES – COMPONENTES BÁSICOS
Nivelación
Curado
Texturizado
Dirección de Avance
Retoques
Logística de
obra ¿de qué estamos hablando????? Fratachado
Distribución
Suministro de Molde de Arrastre
(sin fin o cuchilla) Extrusión
Concreto
(Molde)
Pre esparcido fr ente Dosificación Viga O scilante
al equipo (Compuerta) Inserción de Pasadores (DBI)
Inserción de Barras de Unión (DBI)
Montevideo, 22/03/2011
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73. TECNOLOGÍA DE ALTO RENDIMIENTO (TAR)
LOGÍSTICA DE OBRA
¿Qué significa hacer una obra de pavimento de hormigón?
Impacto logístico, volumen de materiales involucrados en el proceso
Equipos necesarios:
- Planta de hormigón: 200 m3/h (capacidad)
- Silos de almacenaje: 500 t – 750 t (1,5 a 2 días de trabajo)
- Palas cargadoras: 2 de 2-4 m3
- Camiones para transporte de H°: 6 unidades de 8-12 m3 c/u
- Pavimentadora de moldes deslizantes
- Equipo de curado
- ¿Pala frontal para distribución?
- Camión regador
- Personal involucrado directamente en el proceso: 30 personas
Montevideo, 22/03/2011
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74. TECNOLOGÍA DE ALTO RENDIMIENTO (TAR)
LOGÍSTICA DE OBRA
¿Qué significa hacer una obra de pavimento de hormigón?
Impacto logístico, volumen de materiales involucrados en el proceso
Ruta Nacional N°9 (autopista Córdoba-Rosario, tramo Armstrong):
Ancho de calzada: 8,40 m
Espesor de pavimento: 0,25 m
Volumen de hormigón: 2,10 m3/m
Dosificación:
- Cemento: 335 kg/m3
- Agua: 138 kg/m3
- Arenas: 666 kg/m3
- Piedras: 1.336 kg/m3
- Plastificante: 0,68 kg/m3
- Incorporador de aire: 0,07 kg/m3
Montevideo, 22/03/2011
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75. TECNOLOGÍA DE ALTO RENDIMIENTO (TAR)
LOGÍSTICA DE OBRA
¿Qué significa hacer una obra de pavimento de hormigón?
Impacto logístico, volumen de materiales involucrados en el proceso
Ruta Nacional N°9 (autopista Córdoba-Rosario, tramo Armstrong):
Avance esperado: 1.200 m3/día (570 ml/día)
O sea:
- Cemento: 400 t/día (14 camiones x 28 t)
- Arena: 800 t/día (27 camiones x 30 t)
- Piedra: 1.600 t/día (54 camiones x 30 t)
¡ 190 camiones / día !!!!!
(sólo para materias primas del hormigón)
Montevideo, 22/03/2011
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76. TECNOLOGÍA DE ALTO RENDIMIENTO (TAR)
LOGÍSTICA DE OBRA
¿Qué significa hacer una obra de pavimento de hormigón?
Impacto logístico, volumen de materiales involucrados en el proceso
Ruta Nacional N°9 (autopista Córdoba-Rosario, tramo Armstrong):
Certificación esperada: 1.200 m3/día x US$/m3 150.-
O sea:
¡ US$ 180.000 / día !!!!!
(sólo por el rubro CALZADA)
Montevideo, 22/03/2011
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77. 6ta PREGUNTA CLAVE
INFLUENCIA DEL CONSTRUCTOR SOBRE LA DURABILIDAD
¿Qué debemos conocer y hacer para
evitar la fisuración temprana durante la
construcción?
Montevideo, 22/03/2011
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78. RIESGO DE FISURACIÓN EN PAVIMENTOS
CLASIFICACIÓN
• Congelamiento temprano
Fisuras
• contracción
en Estado • Plásticas • asentamiento
Fresco
• encofrados
• Movimientos constructivos • base
Tipos de
Fisuras • contracción de agregados
• contracción por secado
• Físicas • mapeo (crazing)
• corrosión de armaduras
• reacción álcali-sílice
Fisuras en • Químicas • carbonatación
Estado
• ciclos de congelación y deshielo
Endurecido • Térmicas • variaciones estacionales de temp.
• contracción térmica temprana
• sobrecarga accidental
• Estructurales • creep
• cargas de diseño
Fuente: Concrete Society - “Non-structural Cracks in Concrete”, Third edition (1992)
Montevideo, 22/03/2011
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79. RIESGO DE FISURACIÓN EN PAVIMENTOS
pavimento
CLASIFICACIÓN
s
• Congelamiento temprano
Fisuras
• contracción
en Estado • Plásticas • asentamiento
Fresco
• encofrados
• Movimientos constructivos • base
Tipos de
Fisuras • contracción de agregados
• contracción por secado
• Físicas • mapeo (crazing)
• corrosión de armaduras
• reacción álcali-sílice
Fisuras en • Químicas • carbonatación
Estado
• ciclos de congelación y deshielo
Endurecido • Térmicas • variaciones estacionales de temp.
• contracción térmica temprana
• sobrecarga accidental
• Estructurales • creep
• cargas de diseño
Fuente: Concrete Society - “Non-structural Cracks in Concrete”, Third edition (1992)
Montevideo, 22/03/2011
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80. RIESGO DE FISURACIÓN EN PAVIMENTOS
RECORDANDO EL CONCEPTO
¿por qué se fisura el hormigón? tracc
ión
con p
or
n p cree
ión ció sin
cc o la t rac
Tensión de tracción
Tensión de tracción
a r Menor relajación
nt rand
side
que en caso a)
o p
r c eep
o r ón c on or c r ee nc
ia
p c ci p te la
trac ajación ndo
ción sin rel sis
c re era p
tra nsid cree
co or
resistencia cc ión ión p
tra lajac
re
No hay
Edad de
fisuración por
fisuración
contracción
Tiempo Tiempo
a) Hormigón fisurado b) Hormigón no fisurado
Influencia de la contracción, creep y resistencia en el tiempo de
fisuración.
Fuente: E. Becker, 2005. “Deformaciones y Fisuración Temprana del Hormigón” . Trabajo de Tesis.
Montevideo, 22/03/2011
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81. RIESGO DE FISURACIÓN EN PAVIMENTOS
INFLUENCIA DE LA CONTRACCIÓN DE LA PASTA
Compuestos S-C-H
Montevideo, 22/03/2011
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82. RIESGO DE FISURACIÓN EN PAVIMENTOS
INFLUENCIA DE LA CONTRACCIÓN DE LA PASTA
grado de hidratación
T = 0, α = 0 T = horas, α = 0,15 T = días, α = 0,6
cemento anhidro cemento en proceso cemento con estado
de hidratación avanzado de hidratación
T : tiempo desde el mezclado
α: grado de hidratación
C-S-H: silicatos de calcio hidratados
Montevideo, 22/03/2011
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83. RIESGO DE FISURACIÓN EN PAVIMENTOS
INFLUENCIA DE LA CONTRACCIÓN DE LA PASTA
Volumen Ocupado [%] 100
80
Poros capilares
Poros del gel
60
40
Productos de hidratación
20
Cemento anhidro
0
0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0
Grado de Hidratación, α
Volúmenes relativos en función del grado de hidratación para a/c = 0,50
Fuente: F. Irassar, 2004. Estructura de la Pasta de Cemento Pórtland. Apuntes de clase de la materia
“Materiales Componentes del Hormigón” de la Maestría de Tecnología y Construcciones de Hormigón.
Montevideo, 22/03/2011
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84. RIESGO DE FISURACIÓN EN PAVIMENTOS
INFLUENCIA DE LA CONTRACCIÓN DE LA PASTA
100
Poros del gel Poros capilares
Volumen Ocupado [%]
80
60
40
Productos de hidratación
20
Cemento
anhidro
0
0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7
Relación a/c [kg/kg]
Fuente: F. Irassar, 2004. Estructura de la Pasta de Cemento Pórtland. Apuntes de clase de la materia
“Materiales Componentes del Hormigón” de la Maestría de Tecnología y Construcciones de Hormigón.
Montevideo, 22/03/2011
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85. RIESGO DE FISURACIÓN EN PAVIMENTOS
INFLUENCIA DE LA CONTRACCIÓN DE LA PASTA
Agua “extra” disponible en
poros pequeños, incluso
hasta α = 1
0.50
w/c
Granos de cemento La contracción química
inicialmente Fraguado inicial
asegura alguna porosidad
separados por agua de la pasta
remanente aún en α = 1
0.30 Contracción
w/c autógena
Poros hasta HR interna y la presión de
50 nm vacíos poros se reduce a medida que
los poros pequeños se vacían
Incremento del grado de hidratación
Fuente: Zachary C. Grasley & David A. Lange, 2005. “Autogenous Shrinkage as a Viscoelastic Response to Self-Desiccation”
Montevideo, 22/03/2011
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86. RIESGO DE FISURACIÓN EN PAVIMENTOS
INFLUENCIA DE LA CONTRACCIÓN DE LA PASTA
alta
a/c
(relación s )
c,
agua/cemento, en
a/
masa) f(
=
D
baja
a/c s)
(relación c,
agua/cemento, en ( a/
f
masa) =
D
estado fresco estado endurecido
Montevideo, 22/03/2011
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87. RIESGO DE FISURACIÓN EN PAVIMENTOS
INFLUENCIA DE LA CONTRACCIÓN DE LA PASTA
r1 r1
r2 r1 r2 *
r2 r1 *
r2
∆ Pc
Esquema de un líquido entre 2 partículas esféricas en la superficie.
Fuente: Oskar Esping & Ingemar Löfgren, 2005. “Cracking Due to Plastic and Autogenous Shrinkage – Investigation
of Early Age Deformation of Self-Compacting Concrete” (Chalmers University of Technology, Göteborg, Sweden).
Montevideo, 22/03/2011
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88. RIESGO DE FISURACIÓN EN PAVIMENTOS
INFLUENCIA DE LA CONTRACCIÓN DE LA PASTA
Ecuación de Gauss – Laplace:
Pc : presión capilar
Pc – P v = γ . ( 1
r1
+
1
r2
) Pv : presión de vapor
r1 y r2 : radios de curvatura
γ: tensión superficial del agua capilar
Ecuación de Kelvin:
Pc : presión capilar
R . T . ln ( RH )
Pc – P v = Pv : presión de vapor
M.v R : constante de los gases [8.314 J/mol.K]
T : temperatura absoluta
M : masa molar del agua
v : volumen específico del agua
Fuente: Oskar Esping & Ingemar Löfgren, 2005. “Cracking Due to Plastic and Autogenous Shrinkage – Investigation of Early Age Deformation
of Self-Compacting Concrete” (Chalmers University of Technology, Göteborg, Sweden).
Montevideo, 22/03/2011
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89. RIESGO DE FISURACIÓN EN PAVIMENTOS
INFLUENCIA DE LA CONTRACCIÓN DE LA PASTA
Combinando ambas ecuaciones y suponiendo Pv = 0 y r1 = r2:
2γ R . T . ln ( RH )
Pc = r = M.v
De acuerdo a Powers (1968), la presión capilar en la pasta de cemento es:
Pc : presión capilar [MPa]
γ .S γ : tensión superficial del agua capilar [N/m2]
Pc = 1 . 10-3 . S : superficie específica del cemento [m2/kg]
w/c w/c : relación a/c, en masa
Fuente: Oskar Esping & Ingemar Löfgren, 2005. “Cracking Due to Plastic and Autogenous Shrinkage – Investigation of Early Age Deformation
of Self-Compacting Concrete” (Chalmers University of Technology, Göteborg, Sweden).
Montevideo, 22/03/2011
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90. RIESGO DE FISURACIÓN EN PAVIMENTOS
INFLUENCIA DE LA CONTRACCIÓN DE LA PASTA
1.000.000
Presión capilar [kPa]
100.000
10.000
1.000
100
10
1
0 20 40 60 80 100
Humedad relativa [%]
Relación entre humedad relativa y presión (succión) basado en una
combinación de las ecuaciones de Laplace y Kelvin.
Fuente: E. Holt, 2001. Early Age Autogenous Shrinkage of Concrete.
Montevideo, 22/03/2011
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91. RIESGO DE FISURACIÓN EN PAVIMENTOS
INFLUENCIA DE LA CONTRACCIÓN DE LA PASTA
φagua
Volumen de poros [cm3/cm3]
φporo
Vporos
Volumen de poros
vacíos
Vagua
Volumen de poros
llenos de agua
φο 10-2 10-1 100 101 102
Diámetro de poros [µm]
Representación esquemática de la distribución de poros con énfasis en el estado de los
poros de agua respecto del volumen total de poros [Koenders, 1997].
Fuente: E. Holt, 2001. Early Age Autogenous Shrinkage of Concrete.
Montevideo, 22/03/2011
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92. RIESGO DE FISURACIÓN EN PAVIMENTOS
INFLUENCIA DE LA DISPONIBILIDAD DE AGUA SOBRE LA CONTRACCIÓN DE LA PASTA
Hidratación
Contracción volumétrica
No Aporte Sí
externo
de agua
Auto disecación
No ¿Poros y
capilares
conectados?
Menisco
Sí
Sin contracción
Contracción autógena Sin menisco
autógena
Cuándo y cómo se desarrolla la contracción autógena.
Fuente: P.C. Aïtcin, G. Haddad & R. Morin, 2004. “Controlling Plastic and Autogenous Shrinkage in High-Performance
Concrete Structures by an Early Water Curing”, ACI SP-220, Autogenous Deformation of Concrete, pp 69-82.
Montevideo, 22/03/2011
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93. RIESGO DE FISURACIÓN EN PAVIMENTOS
INFLUENCIA DE LA DISPONIBILIDAD DE AGUA SOBRE LA CONTRACCIÓN DE LA PASTA
Antes Después
Nivel de pasta de
cemento en el
frasco volumen de
∆V = agua que
penetró en la
pasta
Antes Después
Esquema de la experiencia de Le Chatelier.
Fuente: P.C. Aïtcin, G. Haddad & R. Morin, 2004. “Controlling Plastic and Autogenous Shrinkage in High-Performance
Concrete Structures by an Early Water Curing”, ACI SP-220, Autogenous Deformation of Concrete, pp 69-82.
Montevideo, 22/03/2011
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94. RIESGO DE FISURACIÓN EN PAVIMENTOS
INFLUENCIA DE LA CONTRACCIÓN DE LA PASTA
asentamiento plástico
contracción
química
agua
contracción
agua
química agua
(estado fresco) Contracción
autógena vacíos de
hidratación
agua de cemento
acumulados
exudación
cemento
cemento
hidratado
cemento
cemento
hidratado
Inicial Inicio de Fraguado Endurecimiento
Relación volumétrica entre asentamiento, contracción química y contracción autógena.
Fuente: S. Kosmatka y otros, 2004. “Diseño y Control de Mezclas de Hormigón” (Portland Cement Association).
Montevideo, 22/03/2011
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95. RIESGO DE FISURACIÓN EN PAVIMENTOS
INFLUENCIA DE LA DISPONIBILIDAD DE AGUA SOBRE LA CONTRACCIÓN DE LA PASTA
Montevideo, 22/03/2011
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96. RIESGO DE FISURACIÓN EN PAVIMENTOS
INFLUENCIA DE LA DISPONIBILIDAD DE AGUA SOBRE LA CONTRACCIÓN DE LA PASTA
Exudación de mezclas de hormigón para pavimentación con TAR
a) Exudación de mezclas de pavimento b) Rango de exudación recomendado
Montevideo, 22/03/2011
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97. RIESGO DE FISURACIÓN EN PAVIMENTOS
INFLUENCIA DEL CAMBIO DE EXTESIBILIDAD
Extensibilidad : capacidad de deformación del material
400
estado de transición
Extensibilidad [x 106]
300
estado fresco
estado
200
endurecido
100
0
1 2 4 6 8 10 1 3 7
Tiempo [h, días]
Fuente: Concrete Society, 1992. “Nos-Structural Cracks in Concrete” , adaptado por el autor
Montevideo, 22/03/2011
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98. RIESGO DE FISURACIÓN EN PAVIMENTOS
INFLUENCIA DEL CAMBIO DE EXTESIBILIDAD
Extensibilidad : capacidad de deformación del material
400
estado de transición
Extensibilidad [x 106]
300
estado fresco
estado
200
endurecido
100
peligr
0
1 2 4 o
6 8 10 1 3 7
Tiempo [h, días]
Fuente: Concrete Society, 1992. “Nos-Structural Cracks in Concrete” , adaptado por el autor
Montevideo, 22/03/2011
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99. RIESGO DE FISURACIÓN EN PAVIMENTOS
ACCIONES PARA EVITAR FISURACIÓN TEMPRANA
Las 4 acciones prácticas para evitar la fisuración temprana:
1) Minimizar la contracción temprana
2) Aumentar la extensibilidad de la mezcla
3) Disminuir la restricción entre la losa de pavimento y la base
4) Adecuado debilitamiento controlado (materialización de juntas)
Montevideo, 22/03/2011
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