Becerra,M.(2013).Comparacintcnico-econmicadelasalternativasde pavimentacinflexibleyrgidaaniveldecostodeinversin.TesisdeMasteren IngenieraCivilconMencinenIngenieraVial.UniversidaddePiura.Facultadde Ingeniera. Lima, PerCOMPARACIN TCNICO-ECONMICA DE LAS ALTERNATIVAS DE PAVIMENTACIN FLEXIBLE Y RGIDA A NIVEL DE COSTO DE INVERSIN Mario Becerra-Salas Lima, junio de 2013 FACULTAD DE INGENIERA Maestra en Ingeniera Civil con Mencin en Ingeniera Vial COMPARACINTCNICOECONMICADELASALTERNATIVASDEPAVIMENTACINFLEXIBLEYRGIDAANIVELDECOSTODEINVERSIN 2 Esta obra est bajo una licenciaCreative Commons Atribucin- NoComercial-SinDerivadas 2.5 Per Repositorio institucional PIRHUA Universidad de Piura i UNIVERSIDAD DE PIURA FACULTAD DE INGENIERA PROGRAMA MASTER EN INGENIERA CIVIL CON MENCIN EN INGENIERA VIAL COMPARACIN TCNICAECONMICA DE LAS ALTERNATIVAS DE PAVIMENTACIN FLEXIBLE Y RGIDA A NIVEL DE COSTO DE INVERSIN Tesis para optar el Grado de Master en Ingeniera Civil con mencin en Ingeniera Vial Mario Rafael Becerra Salas Asesor: Ing. Germn Gallardo Lima, junio del 2013 ii iii Amiesposayanuestroshijos,por lapacienciaquemetienenyel soporte que me brindan. iv v Prlogo Elconcretohidrulico,utilizadoampliamenteenpasesdesarrolladosparala construccin de carreteras, no ha sido utilizado en el Per en la misma proporcin a lo largodelasltimasdcadas,limitndosesuempleoparavasdepartamentalesy vecinales. Esto se ha debido en general, a las limitaciones y a la falta de actualizacin de las tecnologas disponibles para construir pavimentos de concreto, lo que no permiti a dichomaterialcompetirtcnicayeconmicamentefrenteaotraalternativa:ladelos pavimentos flexibles. No obstante, los recientes avances de la tecnologa de elaboracin y colocacin en obra delconcreto,sumadosalamayorcapacidaddeproveerenformacontinuaunelevado nivel de servicioy requerir menos intervenciones de conservacin durante su vida til, hanhechoqueelconcretohayaadquiridounaposicinsumamentecompetitivacomo material de pavimentacin. Es as que la evaluacin de alternativas de pavimentacin se deberealizarsiempreconsiderandoloscostosalolargodesuperiododediseo, incluyendo por supuesto el costo de construccin. Debidoalaslimitacionesdetecnologayalolimitadodesuempleo,escomn encontrarespecialistasquesinhaberrealizadounanlisiscomparativoadecuado, indican que el costo de construccin del pavimento de concreto no es competitivo. Esto no necesariamente se ajusta a la realidad. Porloanteriormenteexpuesto,laintencindelapresentetesisesresponderqutan competitivaesunaalternativadepavimentacin,flexibleyrgida,respectoalaotra, entendiendoporsupuestoqueambassehandiseado,construidoyevaluado correctamente y para modelos equivalentes. vii Resumen A lo largo de las ltimas dcadas, el concreto hidrulico utilizado considerablemente en pases desarrollados para la construccin de carreteras, no ha sido usado en el Per en la mismaproporcin,limitndosesuempleosoloparavasdepartamentalesyvecinales. Engeneral,estosehadebidoaciertaslimitacionesyalafaltadeactualizacindelas tecnologasdisponiblesparaconstruirpavimentosdeconcreto,locualnolehapermitidocompetirtcnicayeconmicamentefrenteaotraalternativa:ladeutilizarpavimentos flexibles. Debidoalaslimitacionesdelatecnologayalorestringidodesuempleo,escomn encontrarespecialistasquesinhaberrealizadounanlisiscomparativoadecuado, indican que el costo de construccin del pavimento de concreto no es competitivo y estono necesariamente se ajusta a la realidad. EsasquelatesisComparacintcnicaeconmicadelasalternativasde pavimentacin flexible y rgida a nivel de costo de inversin tiene por objeto demostrar lacompetitividaddelospavimentosrgidos(concreto),inclusoaniveldecostosde construccin inicial (inversin). Paraello,lametodologaempleadaporunladoescuantitativa,porloquese desarrollarnmodelostcnicosyeconmicosequivalentesparaambasversionesde pavimentoslascualesserncomparadas.Porotrolado,lapartetcnica,involucrael estudiodepavimentosequivalentesensusversionesdeflexibleyrgidoquese desarrollarnmedianteunamatrizqueconsiderediseosequivalentesapartirdedos parmetros: trnsito y suelo. viii ix ndice Introduccin01 Captulo 1:Antecedentes y conceptos bsicosrelacionados al diseo y evaluacin de las alternativas en estudio03 1.1Antecedentes03 1.2 Redes viales04 1.3Los pavimentos04 1.4Comportamiento esperado de los pavimentos05 1.5Evolucin de los pavimentos de concreto06 1.6Experiencia peruana en pavimentos10 1.7Problemtica de los pavimentos rgidos14 1.8Retos a futuro 15 1.9Encuesta acerca del ingreso de pavimentos de concreto16 Captulo 2: Metodologa de anlisis 19 2.1Metodologa de anlisis19 2.2Matriz de comparacin19 Captulo 3: Diseo de pavimentos rgidos 23 3.1El pavimento de concreto23 3.2Conceptos bsicos de diseo32 Captulo 4: Consideraciones tcnicas41 4.1Consideraciones generales41 4.2Caracterizacin del trnsito42 4.3Caracterizacin de la subrasante42 4.4Matriz de paquetes tcnicamente equivalentes43 4.5Evaluacin de resultados obtenidos43 x Captulo 5: Modelos de costos para pavimentos equivalentes45 5.1Matriz de pavimentos equivalentes45 5.2Consideraciones para el costeo45 5.3Modelos de costo por alternativa46 5.4Matriz de costeo55 5.5Evaluacin de resultados56 Conclusiones57 Bibliografa Anexos 1 Introduccin LatesisComparacintcnicaeconmicadelasalternativasdepavimentacinflexibley rgidaaniveldecostodeinversintieneporobjetodemostrarlacompetitividaddelos pavimentosrgidos(concreto),inclusoenelplanodecostosdeconstruccininicial (inversin). Para ello, el clculo de paquetes equivalentes de pavimentos exigidos a un mismo nivel de trnsito,inclusofundadossobresuelosconlasmismascondicionesdesoporte,ysu posterior comparacin, nos van a permitir conocer la eficacia de los pavimentos rgidos en lo que a construccin se refiere; pues actualmente es comn encontrar especialistas, que sin haber realizado un anlisis comparativo adecuado, indican que el costo de construccin del pavimento de concreto no es competitivo, lo cual no necesariamente se ajusta a la realidad. Enestesentido,latesissehaestructuradoen5captulos,enelprimerodeloscuales, damosaconoceralgunosconceptosbsicosrelacionadosaldiseoyevaluacindelas alternativas en estudio,as como antecedentes de los pavimentos tanto en el Per como en el mundo. En el captulo 2,explicamos la metodologa de anlisis comparativo tcnico-econmico de loscostosdeconstruccindeestructurasequivalente,tantodepavimentacinflexible como rgida, en condiciones hipotticas similares de trnsito y suelo de fundacin. Eltercercaptulo,debidoaldesconocimientodelatecnologadelospavimentos,damos un resumen de los principales conceptos especficos relacionados al pavimento rgido para a continuacin, en el cuarto captulo haceruna descripcin de las consideraciones tcnicasnecesarias para los diseos equivalentes. Finalmente,enelcaptulo5sehaceelclculopropiamentedichodelamatrizde pavimentosequivalentesparacadasituacinpara,luegodeello,darpasoanuestras conclusiones. 2 Paralacomprensindelainvestigacincabedestacarporunlado,quelametodologa utilizadaescuantitativa,porloquesedesarrollanmodelostcnicosyeconmicos equivalentes para ambas versiones de pavimentos los cuales han sido comparados. Asimismo, los diseos se han realizado mediante la metodologa AASHTO 93 para ambas versionesyparaeldiseoseutilizaelprogramaWinpasdeAsociacinAmericanade Pavimentos de Concreto (ACPA).

3 Captulo 1 Antecedentes y conceptos bsicos relacionados al diseo y evaluacin de las alternativas en estudio 1.1Antecedentes Alolargodelasltimasdcadas,elconcretohidrulicoutilizadoconsiderablementeen pasesdesarrolladosparalaconstruccindecarreteras,nohasidousadoenelPerenla mismaproporcin,limitndosesuempleosoloparavasdepartamentalesyvecinales.En general,estosehadebidoaciertaslimitacionesyalafaltadeactualizacindelas tecnologas disponiblesparaconstruir pavimentos de concreto, locual no le ha permitido competirtcnicayeconmicamentefrenteaotraalternativa:ladeutilizarpavimentos flexibles. Sin embargo, los recientes avances de la tecnologa del concreto, elaboracin y colocacin en obra, sumadosa la mayor capacidad de proveer enformacontinua unelevado nivel de servicios as como requerir menos intervenciones de conservacin durante su vida til, han hechoquestehayaadquieridounaposicinsumamentecompetitivacomomaterialde pavimentacin.Enestesentido,esimportanteparalaevaluacindealternativasde pavimentacin tener en cuenta que esta decisin se base siempre en la consideracin delos costos a lo largo de su periodo de diseo, incluyendo por supuesto el costo de construccin. Debidoalaslimitacionesdetecnologayalolimitadodesuempleo,escomnencontrar especialistas que sin haber realizado un anlisis comparativo adecuado, indican que el costo deconstruccindelpavimentodeconcretonoescompetitivo.Estononecesariamentese ajusta a la realidad. Estecaptulo,presentaconceptosbsicosrelacionadosaldiseoyevaluacinde alternativas, necesarios para poder abordar con xito la comparacin tcnica-econmica 4 entre las opciones de pavimentacin flexible y rgida.Cabe mencionar, que la intencin de la tesis es responder qu tan competitiva es unaalternativa respectoa laotra, entendiendo por supuesto, que ambas se comportan adecuadamente. 1.2Redes viales Seconocecomoredesvialesatodasuperficieterrestresealizada:pblicaoprivada,por donde circulan peatonesyvehculos, que se encuentra bajo jurisdiccin de las autoridades nacionales y/o provinciales, responsables de la aplicacin de las leyes de trnsito. Los elementos principales de una red vial son diseados, de acuerdo a su importancia, para crearautopistas,rutasnacionalesoprovinciales,caminosvecinales,rurales,avenidas, calles y veredas. Lasredesvialessonsinnimodeprosperidad,puessonlasresponsablesdeintegraralos pueblosdentroyfueradeunpasyaquepermiteneltrasladodepersonas,bienesy servicios.Deestamanera,eldesarrollodelasredesvialesdeunpasestligado ntimamenteasuprogresoyaquefomentaelcrecimientoeconmicoalreducirloscostos de transporte de mercancas, as como el intercambio de ideas y pensamientos difundiendo cultura y educacin entre los pueblos. 1.3Los pavimentos Los pavimentos son soluciones para la configuracin de caminos, siendo stos concebidos, diseadosyconstruidospensandoenmejorarymantenercondicionesptimasdetrnsito de personas, bienes y servicios a lo largo de su vida til. Sonestructurasformadasporunconjuntodecapasgranularesycarpetaderodaduraque descansansobreelsuelodecimentacinconocidoconelnombredesubrasante.La estructuraestpensadaparatransferirydistribuireficientementelascargasvehiculares consideradaseneldiseoyensuvidatildesdelacarpetaderodadurahastaelsuelode cimentacin.

Debido a que los esfuerzos producidos por el paso de las cargas vehiculares decrecen con la profundidad,sedebencolocarlosmaterialesdemayorcapacidaddecargaenlascapas superiores. Lascondiciones necesarias para unadecuado funcionamiento del pavimento son: anchura, trazo horizontal y vertical y resistencia adecuada a las cargas, para evitar las fallas, adems de una adherencia adecuada entre el vehculo y el pavimento an en condiciones hmedas. Los pavimentos, por la forma en que transmiten las cargas vehiculares, se clasifican en: 5 1.3.1Pavimentos flexibles Sonaquellosquetienenunacarpetaderodaduraconformadaporconcretodecemento asfltico.Ennuestromedioesconocidosimplementecomoasfalto.Recibeelnombrede pavimento flexible porlas propiedades de la carpeta de asfalto que absorbe en menor grado las cargas vehiculares en comparacin al pavimento rgido. Debidoalanaturalezaflexibledelacarpetaderodadura,lascargasvehicularesse distribuyenenunaformamenoseficiente,porello,requierenunmayornmerodecapas granularesparahacereficientelatransmisindecargasalsuelodecimentacin. Usualmente,necesitanademsdelasub-base,unacapagranulardemayorcalidadque recibe el nombre de base. 1.3.2Pavimentos rgidos Sonaquellosquetienenunacarpetaderodaduraconformadaporconcretodecemento hidrulico. Recibe el nombre de pavimento rgido debido a las propiedades de la carpeta de concreto que absorbe en mayor grado las cargas vehiculares. Debido a la naturaleza rgida de la carpeta de rodadura las cargas vehiculares se distribuyen en una forma ms eficiente. Por ello requieren una estructura con menornmero de capas granularesentrelacarpetaderodaduraylasubrasanteparaasegurarunaadecuada transferencia de cargas. Generalmente, requieren una capa granular que recibe el nombre de sub-base. 1.4Comportamiento esperado de los pavimentos Esimportantemencionarquelospavimentosdebenserdiseados,construidosy mantenidosconlafinalidaddelograruncomportamientofuncionalyestructuralptimo durante su ciclo de vida. Porcomportamientofuncional:seentiendequesontodoslosaspectosqueafectanla calidaddelacarpetaderodadurayporelloestnrelacionadosconlacomodidady seguridad de los usuarios de la va. Encuantoalcomportamientoestructuralnosreferimosaaquellosaspectosrelacionadosa laintegridadcomoestructuradelpavimento,esdecir,alacapacidaddelpavimentopara soportar la accin combinada del trnsito y el medio ambiente. Una adecuada construccin del pavimento es un parmetro que impacta enormemente en la durabilidad del mismo. Un esquema de mantenimiento debe garantizar lo siguiente: 6 Adecuado y oportuno mantenimiento a costo razonable Mantenimiento con programas de largo plazo Optimizar tanto costos como beneficios del sistema Racionalizar el uso de los recursos disponibles Efectuar un permanente control de los efectos sobre el medio ambiente Implementar un control de la efectividad de la poltica de mantenimiento asumida 1.5Evolucin de los pavimentos de concreto AntesdeiniciaradescribirlaevolucindelospavimentosdeconcretoenelPer,se presentan algunos lineamientos de su evolucin en el mundo 1.5.1Evolucin del diseo y construccin de los pavimentos de concreto en el mundo Eldiseodepavimentoshaevolucionadoconeltiempo,desdeunaperspectivaartsticay netamente emprica hasta ser considerado una ciencia. Antes de1920, los espesores de los pavimentossebasaronnetamenteenlaexperiencia,esdecirlamismaestructuraera utilizada sin discriminar el tipo de va, el tipo de suelo o trnsito esperado. Con el tiempo, las entidades administradoras de caminos desarrollaron mtodos de diseo. Enelao1824,JosephAspdin,constructoringls,patentaelprocesodecalcinacinde ceniza arcillosa para la produccin de cemento que segn l, al hidratarse tena las mismas caractersticasderesistenciaquelapiedradelaisladePortland,marcandoeliniciodela tecnologa del concreto. Los primeros intentos por construir pavimentos en concreto, se dieron en 1865 en la ciudad deInverness,enEscocia,yaporesetiemposetenanalgunosconceptosrelacionadosala tecnologadelconcretoqueiniciarAspdinen1824.Lossiguientesintentosporconstruir pavimentos de concreto se dieron en Edimburgo (Escocia) entre 1872 y 1886. En Amrica, el pavimento ms antiguo es el de Court Ave. Bellfountain, en Ohio, Estados Unidos, cuya construccindata del ao 1891,el cualexiste hasta la actualidad,yrecin a partir del ao 2000 admite slo trnsito peatonal. Ver figura 1.1 7 Figura 1.1 Pavimento en Bellfountain (1891) Fuente: http://img.groundspeak.com/waymarking (del 15 de marzo, 2011) Los mtodos racionales de diseo se iniciaron a concebir despus de los primeros intentos por construir pavimentos de concreto. Estas teoras, se formularon asumiendo que existe un pleno contacto entre sub-base y la carpeta de rodadura de concreto. Goldbeck,en1919desarrollunaecuacinsimpleparaeldiseodepavimentosrgidos asumiendoqueelpavimentosecomportabacomounavigaenvoladizoconunacarga concentrada en la esquina. Esta premisa fue la utilizada en el Bates Road Test. Westergaard,en1926plantealaprimerateorarelacionadaalcomportamientoestructural de los pavimentos de concreto, como consecuencia de lo expresado por Hertz respecto a los esfuerzos en losas suspendidas. Sin duda es el estudio terico ms extensorelacionadoal clculodeesfuerzosydeflexionesenlospavimentosdeconcreto,queiniciaen1926y terminaen1948.Losestudiosconsideraronlastemperaturasenlalosa,ascomotres posiciones de carga en una losa alargada: Aplicada cerca de la esquina Aplicada cerca de la junta, pero a una distancia considerable de la esquina Aplicada en el interior del pao, a una distancia considerable de toda junta y esquina El anlisis asume de manera simplificada que la presin de reaccin entre las subrasante y lacarpetaderodaduraencualquierpunto,esproporcionalaladeflexinenesepunto, independientementedelasdeflexionesenotrospuntos.Estetipodecimentacinse denomina lquido denso. Obviamente, tambin asumi que el contacto entre la subrasante y la carpeta de rodadura se da a plenitud. 8 Pickett,compar la carga crtica en la esquina obtenida en los estudios de Westergaard con medicionesrealizadasenelcampo.Elencontrquelasestimacionesrealizadasenlas aproximaciones tericas del esfuerzo cuando se tena la carga crtica aplicada en la esquina delalosaeransiempremuypequeas,asumiendoquepartedestanoestabatotalmente apoyadasobreelsuelo.Desarrollfrmulassemiempricasqueconcordabanconlos resultados de los experimentos en campo. Debido al hecho de quela subrasante secomporta ms como un slido elstico quecomo unlquidodenso,en1951,Pickettdesarrollsolucionestericasquedebidoasu complejidad matemtica no recibieron la atencin que ameritaba. Entre los aos 1958 y 1960 en Illinois, Otawa, se llev a cabo el AASHO Road Test cuya traduccin literal al espaol sera Experimento de Carreteras de la AASHO el cual fue un experimento realizado por la American Association of StateHighway and Transportation Officialsparadeterminarcmoeltrficocontribuyealdeteriorodelpavimentodelas carreterasDichoexperimento,arrojlaecuacinempricafundamentalqueguiaralas metodologasdediseoAASHTOhastaelsuplementode1998.Ntesequeesta metodologasebasaenelconceptodeprdidadeserviciodelavaporelpasodelos vehculos y el tiempo. La ecuacin sepresenta a continuacin: En donde: W = Nmero de aplicaciones de carga hasta llegar a una serviciabilidad final. G = Funcin de la prdida de serviciabilidad prevista con respecto a la serviciabilidad total posible. y = son funciones de la magnitud de carga y del tipo de eje que definen la forma de la curva de serviciabilidad. Con el ingreso de los procesadores se realizaron soluciones numricas que asumen que no existe pleno contacto entre la subrasante y la carpeta de rodadura, como son los mtodos de los elementos discretos y el de los elementos finitos. AunquelosestudiosdeWestergaardcontribuyeronengranmedidaaldesarrollodelos mtodosdediseo,nodejdereconocerquelosresultadostericosdelcomportamiento del pavimento, deban ser revisados comparndolos con resultados en campo. Otros desarrollos importantes que se dieron en paralelo fueron: Log (W) = Log () + G / 9 La concepcin de las propiedades de fatiga del concreto. Losconceptosdebombeo:conlosquesedemostrquelasubrasantedebaser protegida.Debidoaestosensayos,sedecidiintroducircapasgranularesqueprotejan la prdida de finos en la subrasante; yLosmtodosprobabilsticas:dieronorigenaltrminodeconfiabilidadampliamente utilizado en los mtodos de diseo AASHTO 1986, 1993, el suplemento1998, lagua dediseoempricamecanicistaMEPDG2002(TheMechanistic-EmpiricalPavement DesignGuide)dndeseindividualizaronlasconfiabilidades,ylaMEPDG2010 prxima a ser aprobada. 1.5.2El pavimento rgido en el Per En el Per, la evolucin tcnica del pavimento de concreto tiene dos frentes. Uno de ellos, eseldelaevolucindelconcretocomomaterialdeconstruccinyelotro,eseldela evolucineneldiseoyconstruccindepavimentos.Porsupuesto,todaevolucin tecnolgica est ligada a periodos de bonanza econmica. 1.5.3La tecnologa del concreto: materiales En1915,laconstructoranorteamericanaFoundationCo.,seestableceenPerpara ejecutarlosproyectosdelterminalmartimodelCallaoylapavimentacindeLima incluyendo a la autopista Lima a Callao, antiguamente conocida como avenida El Progreso y que hoy recibe el nombre de Avenida Venezuela. En su plan de trabajo, la Foundation Co. compra los primeros hornos para la produccin de cemento que vende en 1916 a la Compaa Peruana de Cemento Prtland. La cementera seinstalaenelRimacconstituyndoseenlaprimeraplantadefabricacinnacional empleandoparaellocalizasdeAtocongo.Esrecinentre1955y1975quesecreanlas principalesempresasproductorasdecementoenelpas:Chilca,Lima,Andino,Chiclayo, Pacasmayo, Sur y Yura. Sin embargo, la tecnologa del concreto y por lo tanto la tecnologa de pavimentos de concreto, no estaba consolidada en el medio nacional.Esenladcadadelosochentacuandoseempiezanadesarrollarinvestigacionesenel campo de la tecnologa del concreto, muchas de ellas dirigidas por ilustres ingenieros como el Ing. Enrique Rivva, Ing. Manuel Gonzales y ms recientemente el Ing. Enrique Pasquel, quienes impulsaron su desarrollo. 1.5.4La tecnologa del pavimento de concreto: estructura El pavimento de concreto tiene muy poca presencia en la red vial peruana, a diferencia de otros pases, en los que s juega un rol importante en la competitividad del pas. En el Per, los pavimentos de concreto han sido mayormente considerados para proyectos referidos a la red vial vecinal, teniendo poca incidencia en la red vial nacional y departamental. 10 Aunquenohayinformacinestadsticasobrelaparticipacindelospavimentosde concretoenlasredesvialesnacionalesydepartamentalessepuedeinferirquesu penetracin no es ms del 1%. Existen por lo tanto obras emblemticas que s aprovecharon las fortalezas del concreto en su estructura. Slo en Lima se pueden mencionar las siguientes obras: Avenida Venezuela (1924) Avenida Va Expresa (1966) Y ms recientemente: Avenida Lima (2005) Avenida Arenales (2007) El Metropolitano (2010) Si se representa en una lnea de tiempo las principales obras en pavimentos de concreto, se puede concluir que entre ellas existen periodos de aproximadamente 40 aos. Este dato es muyimportanteparaentenderlaproblemticaactualdelingresodelospavimentosde concretoenlasredesvialesdenuestropas.Esobvioquealnotenercontinuidadenel diseo,construccin,supervisinyevaluacindeproyectosenconcreto,coneltiempose hacreadounabrechadeconocimientosytecnologaquelimitasuingresoyquesedebe reducir. 1.6Experiencia peruana en pavimentos rgidos En el Per existen dos obras emblemticas respecto a su comportamiento y su ciclo de vida: la avenida Venezuela y la avenida Va Expresa. Asimismo, tenemos el Metropolitano 1. 1.6.1Avenida Venezuela (1924) ElprimerpavimentodeconcretoqueseconstruyeenelPer,correspondealacarretera LimaaCallao,denominadaposteriormentecomoavenidaProgresoyluegoavenida Venezuela, cuando se incorpor al casco urbano de la capital. Laconstruccinypuestaenserviciodeestepavimentoseefectuenelaode1924, situndola como uno de los primeros pavimentos de concreto en Latinoamrica. Fueronmltipleslasrazonesquellevaronalaconstruccindeestaarteria.Sinordende prelacin, puede mencionarse no slo el deplorable estado en que se encontraba el camino detierraafirmadapreexistente,quedificultabaeltransportedelasmercaderasque llegaban al puerto, sino el auge comercial que se presenta en la primera posguerra, as como la legislacin adecuada que permita la expropiacin de terrenos a 100 metros de cada lado delaruta,facilitandoproyectosdeurbanizacin,yelendeudamientoexternoaplicadoa este tipo de obras, entre otros. 11 LaavenidaseiniciabaenLima,alaalturadelaavenidaAlfonsoUgarteytenacomo trmino el edificio de la aduana del Callao, luego de atravesar la localidad de Bellavista y la ciudad portuaria.Su longitud total era de 12.2 km. y el costo de la obra fue de 1`300,000 soles de la poca. Laseccindelpavimentotenaunanchode8metrosyelespesordelalosaerade22 centmetrosenlosbordesy18centmetrosenlazonacentral.Ademssecolocarondos fierroslongitudinalesde1pulgadaenlosbordesdelpavimento,debidoalostrabajos desarrollados hasta ese momento por Westergaard. Ver figura 1.2. Figura 1.2 Seccin del pavimento en avenida El Progreso (1924) Fuente: ASOCEM LaconstruccinlaefectolaempresaamericanaFoundationCo.quetenaasucargo diversas obras en Lima y Callao, empleando personal nacional. 1.6.2Avenida Va Expresa (1966) La construccin de la denominada Va Expresa se inici en 1966 y culmin el 28 diciembre de 1968. Esta obra destinada a unir Lima con los balnearios del sur, se iniciaba en la Plaza Grau y tena como trmino la avenida Panam en Barranco. El propietario de la obrafue el Consejo Provincial de Lima y la ejecucin fue dividida en varios tramos, a cargo de las siguientes empresas contratistas: Consorcio de Ingenieros: Graa y Montero; Flores y Costa, Cilloniz Olazbal Urteaga. Eduardo Winkelried B.; Jos Murgia y Carlos IllauriRobles y Ca. S.A. Kruger Ingenieros 12 Entrelascaractersticasdelpavimentoyespecificacionestcnicascorrespondiente tenemos: Subrasante y sub-base: terrapln compuesto por grava arenosa (hormign). Pavimento:losadeconcretodecementoPrtlandde19cm.deespesor,conensanche en los bordes hasta un total de 24 cm. El concreto fue entregado por la empresa de concreto premezclado COPRESA,con una resistencia de 210 kg / cm2. Las juntas transversales de contraccin fueron aserradas. Ver figura 1.3 y 1.4 LostramosacargodeRoblesCa.S.A.ydelConsorciodeIngenierofueronconstruidos por trenes de pavimentacin de las empresas Robles y Ca y Graa y Montero S.A. Los procedimientos seguidospara la construccinde los pavimentosde la Va Expresay de las vas locales, fue el ms moderno de la poca: tren de pavimentacinautopropulsado, el cual compactaba, distribua y alisaba la superficiedel concreto. Figura 1.3 Disposicin de juntas Fuente: ASOCEM 13 Figura 1.4 Estructura avenida Va Expresa Fuente: ASOCEM 1.6.3El Metropolitano de Lima Solucinvialapartirdecorredoresexclusivosparaeltransportedebusesarticuldos.El primer Metropolitano est conformado por tres corredores: Corredorsur:De13.9Km.,conformadoporlavaexpresaPaseodelaRepblica,las Avenidas Bolognesi, Escuela Militar y Prolongacin del Paseo de la RepblicaCorredorcentro:De4.9Km.,quepresentadosrutascuyorecorridoseiniciaenla estacin central Plaza Grau y ambos recorridos se unen en la Plaza Castilla.Corredornorte:De7.15Km.,queiniciaenplazaCastilla,CaquetyAv.Tpac Amaru. Laestructuracambiadependiendodeltramo,debidoadiferentesconsideracionesde trnsito y suelo. Ver tabla 1.1 Tabla 1.1 Estructuras del pavimento Fuente: ASOCEN 1 1/2 1 1/4 1 1/2 Dimetro de Dowels (pulg) 45 320 45 Resistencia Mr / fc (Kg/cm2)32 28 , 30 y 35 30 Espesor de Losa (cm)7.15 4.9 13.9 Longitud ( Km)Cosac Norte Cosac Centro Cosac Sur1 1/2 1 1/4 1 1/2 Dimetro de Dowels (pulg) 45 320 45 Resistencia Mr / fc (Kg/cm2)32 28 , 30 y 35 30 Espesor de Losa (cm)7.15 4.9 13.9 Longitud ( Km)Cosac Norte Cosac Centro Cosac Sur14 1.7Problemtica de los pavimentos rgidos A continuacin se define la problemtica estudiada 1.7.1El pavimento de concreto en la red vial peruana LaredvialenelPer,estcompuestapormsde78,000kilmetrosquesepresentana continuacin clasificadas por su funcionalidad en: Red vial nacional, con 17,000 kilmetros Red vial departamental, con 14,000 kilmetros Red vial vecinal o rural, con 47,000 kilmetros Eltipodeestructuraqueconformaelcaminosediseaconsiderandoparmetroscomoel tipo de va, la calidad de los suelos de cimentacin e indicadores de trnsito. Los tres tipos de estructuras concretan caminos pavimentados, afirmados ysin afirmar. LasredesvialesnacionalydepartamentalestnacargodePROVAS,organismo descentralizadodelMinisteriodeTransportesyComunicaciones(MTC)quecuentacon autonoma tcnica, administrativa y financiera, y est encargado de asegurar la ejecucin de proyectosdeconstruccin,mejoramiento,rehabilitacinymantenimientodelaredvial nacionalydepartamental,conelfindebrindaralosusuariosunmediodetransporte eficientey seguro, que contribuya a la integracin econmicay social del pas. PROVAS NACIONALadministralaredvialnacionalyPROVASDESCENTRALIZADOlared vial departamental. Algunasrutashansidoconcesionadasaempresasprivadasparasuconstrucciny/o mejoramiento,ymantenimientorespectivoporundeterminadonmerodeaos,segn contratos firmados con el estado. En el caso de las redes vecinales, estn bajo la administracin de los gobiernos locales. 1.7.2 Competitividad en el pas En la actualidad, las tecnologas de pavimentacin en asfalto y concreto estn equilibradas tantoentrminostcnicos,comoentrminoseconmicos.Porsupuesto,parahacerun anlisisequilibradoenlaevaluacindeambasalternativas,seasumentecnologasde pavimentacin similares, es decir: 15 Losdistintospaquetesaevaluardebenconcebirsemediantediseosequivalentesde asfalto y concreto, respectivamente. Lastecnologasdeconstruccindebensersimilares:terminadorasdeasfalto,parael caso de pavimentos flexibles; y pavimentadoras de encofrado deslizante, para el caso de pavimentos rgidos. CabesealarquelatecnologadepavimentadorasdeencofradodeslizanteenelPerest disponible solo a travs de cinco equipos: UNIN ANDINA DE CEMENTOS (UNACEM) cuenta con tres equipos, CEMENTOS PACASMAYO, tiene un equipo, y MOTTA ENGIL cuenta con uno adicional. Ambas de alternativas de pavimentacin, flexible y rgida, tienen sus ventajas y desventajas dependiendo del proyecto que se evale. Por lo tanto, toda entidad administradora de redes, debeevaluartcnicayeconmicamenteambasalternativasyaprovecharlasventajasen cada proyecto independiente. Lamentablemente,debidoalapocainformacinydifusinenmateriadediseo, construccin,supervisin,yevaluacindepavimentosdeconcreto,referidaalabrecha tecnolgicaantesmencionada,haceimposiblelaintroduccindelatecnologade pavimentacin en concreto, y es un reto que debemos asumir. 1.8Retos a futuro La problemtica del pavimento de concreto se puede resumir, entonces en: 1.8.1Mitos y paradigmas Anteriormenteerainnegablequelospavimentosdeconcretoeranmuchomscostosos,e inclusive incmodos para los usuarios de las vas. Estas caractersticas han cambiado en el tiempodebidoalaestabilidadenlospreciosdelcemento,alainminentealzaenlos derivadosdelpetrleo;yaquelatecnologadepavimentacinenconcretohapermitido reemplazar las juntas de una pulgada por otras de seis milmetros, haciendo el pavimento de concreto mucho ms confortable. Peroestospuntosestnarraigadosenlamentalidaddelosingenieros,yelreto precisamente es realizar una campaa de actualizacin tcnica y comunicacin. 16 1.8.2Falta de parmetros Debidoalafaltadeobrasemblemticas,lasentidadesadministradoras,tienenmuchos problemaspararealizarperfilesacertadosenalternativasdeproyectosdepavimentosde concreto,porfaltadeparmetrosdereferenciaaniveldediseo,costeoyevaluacinde pavimentos. 1.8.3Falta de recursos y herramientas Efectivamente, se debe trabajar con los principales referentes para poder entregar una oferta en pavimentacin con concreto, a niveles de diseo, construccin, y evaluacin. 1.9Encuesta acerca del ingreso de pavimentos de concreto A continuacin se presenta los resultados de la encuesta realizada en el II Conversatorio de Pavimentos de Concreto obtenida en febrero del 2011 ante la pregunta: Cul es la problemtica del ingreso de pavimentos de concreto en nuestras redes viales? Las respuestas obtenidas fueron: A: Alto costo de construccin B: Falta de equipos de construccin en pavimentos de concreto C: Falta de comunicacin y capacitacin en temas referidos a pavimentos de concreto D: Tiempo de apertura al trnsito superior E: Falta de personal capacitado en diseo, construccin, supervisin y evaluacin F: Falta de propuestas en pavimentos de concreto G: El concreto como material H: No hay oferta en pavimentacin con concreto I: Reaccin ante climas y geografas diversos J: Por costumbre se trabaja con pavimentos de asfalto K: Falta de normatividad en pavimentos en concreto L: Para evaluacin se emplea solo el HDM3 que trabaja solo a nivel de asfalto. Despusdeobtenerlasposiblesrespuestassepidialosencuestadosqueponderaranlas mismas. El resultado se observa en la figura 1.5 17 Figura 1.5 Percepcin de porqu los pavimentos de concreto no han ingresado en la red vialperuana Fuente: elaboracin propia 19 Captulo 2 Metodologia de anlisis 2.1 Metodologa de anlisis Estecaptulopresentalametodologadeanlisiscomparativotcnico-econmicodelos costos de construccin de estructuras equivalentes de pavimentacin flexible y rgida, para condiciones hipotticas similares de trnsito y suelo de fundacin. Se ha considerado una autopista de una calzada de dos carriles. El diseo de los pavimentos equivalentes se realiz utilizando el mtodo emprico AASHTO ao 1993 para periodos de treinta aos. Aefectosdeevaluarloscostosdeconstruccindelospavimentos,stosdebendisearse para que cumplan ciertas condiciones de trnsito y suelo que los validen como equivalentes, por ello, se ha establecido un procedimiento de anlisis comparativo, considerando rangos de valores de trnsito y tipo de suelo (dentro de una matriz de comparacin), manteniendo para este efecto las mismas consideraciones climticas. 2.2Matriz de comparacin Se debe definir la configuracin del anlisis estableciendo niveles para las variables a partir delascualesseefectalacomparacin.Enestecaso,sehanconsideradoseisnivelesde trnsito para el pavimento hipottico y tres tipos de suelo con diferente capacidad portante. Esto permite definir una matriz de comparacin y anlisis, cuya estructura se muestra en la tabla 2.1. En el mtodo se determinan los espesores de la carpeta de rodadura asociados a cada celda delamatriz,fijandocondicionesdecapasgranulares,usualmenteaceptadas,para 20 simplificar el clculo. Una vez obtenidos los espesores equivalentes, para las alternativas de pavimentacinflexibleyrgida,seprocedeacuantificarsucostodeconstruccinapartir de un modelo de costeo y comparacin. Cabemencionarqueesteanlisisesreferencial,puesparaelclculosehanfijado parmetroscomolaresistenciaaflexotraccindelconcretoytiposdeasfaltosavalores convencionalmente empleados. Loquesepretendeesdaraconocerlosrangosdevariacinencostosparapavimentos equivalentesdeasfaltoyconcreto,utilizandoparaellounamatrizquefacilitela comprensin. Tabla 2.1: Matriz de anlisis: espesores / costos Fuente: elaboracin propia 2.2.1 La matriz y el trnsito Para el anlisis esbozado en la matriz de la tabla 2.1, se consideran los siguientes niveles en el trnsito medio diario anual (IMDA) para el primer ao del periodo de anlisis: TCD1 = 150 vehculos S1 S2 S3 S1 S2 S3TCD1TCD2TCD3TCD4TCD5TCD6num. Veh pes x da / CBR SubrasanteAsfalto ConcretoEspesores de Carpetas de Rodadura (mm)21 TCD2 = 450 vehculos TCD3 = 1,350 vehculos TCD4 = 2,250 vehculos TCD5 =3,750 vehculosTCD6 =4,550 vehculos Se estima un crecimiento de trnsito de 3% anual y una vida til de veinte aos para ambas alternativas de pavimentacin. Se ha adoptado la distribucin por tipo de vehculos de la FHWA, ver tabla 2.2. La FHWA tienedeterminadaestadsticamentelacantidaddeejessimples,tndemytrdem correspondientes Tabla 2.2: Distribucin de vehculos FHWA Fuente: FHWA La distribucin de cargas por eje considerada se presenta en forma resumida en la tabla 2.3. Tabla 2.3: Distribucin simplificada de cargas por eje (para 1,000 vehculos pesados) Fuente: elaboracin propia Carga (tn)Cantidad de EjesCarga (tn)Cantidad de EjesCarga (tn)Cantidad de Ejes16 30 3915 28 36 114 26 33 113 24 5 30 312 22 14 27 611 4 20 28 24 1010 12 18 56 21 169 21 16 94 18 198 37 14 129 15 157 66 12 131 12 146 125 10 126 9 155 613 8 137 6 254 282 6 1593 228 4 164Total 1388 1043 125Ejes simples Ejes dobles Ejes triples22 Conestosvaloresdetrnsitoycargasehancalculadolosfactoresdeequivalenciapara cada caso (TF) 2.2.2 La matrizde comparacin y el suelo SehacaracterizadoelsueloapartirdesuvalorCBRdelasubrasante,obtenindosetres niveles: S1 = 3% CBR (suelo malo) S2 = 10% CBR (suelo regular bueno) S3 = 25% CBR (suelo muy bueno) Cabe mencionar que la denominacin de malo, regular bueno y excelente, es referencial. 23 Captulo 3 Diseo de pavimentos rgidos 3.1El pavimento de concreto Acontinuacin,debidoaldesconocimientodeestatecnologadepavimentacin,se resumen los principales conceptos relacionados al pavimento rgido. 3.1.1Generalidades Lospavimentosdeconcretohidrulicohansidoempleadoscomosolucionesal transportedesdefinesdelsigloXIX,yconstituyenunaalternativaqueesempleada hasta la actualidad. Efectivamente,elpavimentodeconcretoesreconocidoporsulargadurabilidady resistencia, llegando a tener costos de mantenimiento mucho menores que los incurridos en la alternativa equivalente de pavimento asfltico, no solo por los trabajos en los que incurre para realizar el mantenimiento de cada pavimento, sino tambin en los tiempos de ejecucin y en las frecuencias del mismo. Adicionalmente,nopuededejardemencionarseelhechodequeporsunaturaleza rgida, el pavimento de concreto requiere por lo general, slo una capa de material sub-base por lo que hay ahorros adicionales en costos de materiales, y tiempos de trabajo. Finalmenteexistenbeneficiosenseguridadycuidadodelmedioambientequedeben tenerseencuentaalmomentodeevaluarlasdiferentesalternativasdepavimentacin, comolosdescritosenlatabla3.1.Enseguridadvial,lasuperficierugosapermiteuna mejoradherencia,elcolorplomocaractersticodelconcretolohacetresvecesms reflexivo que el asfalto, evitando accidentes. 24 Tabla 3.1Beneficios de los pavimentos de concreto Fuente: Asociacin Canadiense del Concreto Premezclado Elaboracin propia Porotrolado,enelcuidadodelmedioambiente,permiteahorrosconsiderablesde energa tanto en el proceso de construccin como en el de operacin, se puede llegar a ahorrarentre0.8y6.9%decombustiblesolamenteportransitarporunpavimentode concreto. Untemaquenosemencionaenlatabla3.1eselreferidoalabalanzacomercial peruana. Siendo el asfalto un derivado del petrleo, y el Per un pas que en su balanza comercial lo importa, los pavimentos de asfalto no utilizan insumos 100% nacionales. 3.1.2Tipos de pavimentos rgidos Existen tres tipos de pavimentos de concreto utilizados en vas, los cuales se mencionan a continuacin: Pavimentodeconcretosimpleconjuntas:Enestetipodepavimentosserequiere realizarjuntasdecontraccintransversalquevaranentre3.5y6.0metros.La transferenciadecargaentrepaosadyacentessepuededarmediantetrabaznde agregadosomedianteelempleodepasadores.Lasjuntasinducenelagrietamiento 25 propiodelcomportamientodelconcretoporlastensionesoriginadasporlos cambios de temperatura y humedad. Figura 3.1: Esquema de pavimento de concreto simple con juntas Fuente: elaboracin propia Pavimentodeconcretoarmadoconbarrastransversales:Lacarpetaderodaduraes deconcretoreforzadoconmallasdeacero,lasquepermitenampliarlasdistancias entre las juntas llegandoa distanciasentre 7.5y9.0 metros. Aunque tiene refuerzo moderado de acero siempre se espera que se produzcan fisuras controladas dentro de los paos. El refuerzo controla para de las tensiones y permite tener espaciamientos mayores entre las juntas. La transferencia de carga entre paos adyacentes se realiza mediante el empleo de pasadores. 26 Figura 3.2: Esquema de pavimento de concreto reforzado con juntas Fuente: elaboracin propia Pavimentos de concreto continuamente reforzados, las tensiones son controladas por unaarmaduradeacero.Seesperalaaparicindefisurascontroladasalolargode todo el pavimento, con distancias entre 0.6 y 2.0 metros Figura 3.3: esquema de pavimento de concreto continuamente reforzado Fuente: elaboracin propia En los tres tipos de pavimentos de concreto se puede apreciar la tendencia por eliminar o distanciar lo ms posible la distancia entre las juntas. Esto debido a que las juntas son, si se le puede decir, el punto dbil de los pavimentos de concreto, por las juntas ingresan materialesincompresiblesquerestringenelmovimientodelospaosdeconcreto,por las juntas ingresa agua que erosiona las capas inferiores de soporte. Adems,conlatecnologaantigua,lasjuntaseranlasresponsablesdelpococonfort que perciban los usuarios de los pavimentos de concreto al transitar por ellos. Es obvio que las juntasanteriores, las de ms de 2.5 centmetrosyqueeran selladas conasfalto enfro,eranbarrerasnaturalesyobstculosparalosvehculos.Actualmente,conlas 27 nuevastecnologasdejuntasahoraconmilmetrosdeespesor,stasyanorepresentan problema alguno. En las nuevas metodologas de diseo como la MEPDG 2002,ya no se trabaja con los pavimentosdeconcretoreforzadoconjuntas,debidoaquesucomportamientoenel largo plazo no ha sido el adecuado. S se trabaja, en cambio, con los de concreto simple con juntas y con los continuamente reforzados. Los pavimentos de concreto continuamente reforzados, son especificados para periodos de diseo mayores a 30 aos, por lo que es comn apreciarlos en otras realidades como lasdeEstadosUnidosyEuropa.Paranuestrarealidad,lospavimentosconlosquese tieneexperienciasonlosdeconcretosimpleconjuntas,porloquesernstosconlos que se trabajar en la presente tesis.( Ver fotografa 3.4) Figura 3.4: Pavimento de concreto simple con juntas Fuente: proyecto de pavimentacin avenida Lima (2006) Por Mario Becerra Salas 3.1.3Elementos del pavimento de concreto Lafigura3.5presentaundetalledelasprincipaleselementosqueconformanel pavimento de concreto simple con juntas.28 Figura 3.5 : Elementos del pavimento de concreto simple con juntas Fuente: American Concrete Pavement Association (ACPA) Acontinuacinsemencionaranlascaractersticasmsimportantesdecadaunodelos elementos que conforman el pavimento de concreto: 3.1.3.1Capas de un pavimento de concreto Lospavimentosdeconcretocuentanconunaseriedecapasquesesostienendesdela subrasante hasta la carpeta de rodadura. La calidad de los materiales que conforman las capas va mejorando a medida que se aproximan a la carpeta de rodadura. Losdiferentesmtodosdediseoconsideranalmenoslassiguientescapasparalos pavimentos de concreto: Subrasante Eselsuelodecimentacindelpavimento,pudiendosersuelonatural,debidamente perfilado y compactado; o material de prstamo, cuando el suelo natural es deficiente o por requerimiento del diseo geomtrico de la va a proyectar. Losmaterialesquepuedenserempleadoscomosubrasanteserndepreferencia materiales de tipo granular, talescomo: GW, GP, SW, SM, ML o incluso SC, siempre que la arcilla no sea de alta plasticidad. Antesdeserempleadodebeserperfiladoycompactadoentreel95y100%dela mxima densidad seca obtenida con el ensayo prctor estndar AASHTO T-99. EncasoelsuelonaturalestconformadoporsuelosfinosyplsticoscomoCL,MH, CH,CLML,conLLentre50y100%seanalizarlanecesidaddemejorarlos reduciendo su LL para mejorar as el IP. 29 Si el suelo natural est conformado por suelos tipo MH, CH y OH con LL de 100%,ser reemplazado por material de prstamo en un espesor mnimo de 30 centmetros. Sub-base Es la capa que est apoyada sobre la subrasante, compuesta por materiales granulares de buena gradacin. Tambin deber ser perfilada y compactadaentre el 95 y 100% de su mximadensidadsecamedianteelensayoprctorestndar.Elempleodesub-base implica una mejora en la capacidad de soporte de suelo que se traduce en una reduccin del espesor de carpeta de rodadura. Sin embargo, el impacto no es significativo. Elempleodematerialesgranularesentrelasubrasanteylacarpetaderodadurase emplea mejor desde el punto de vista de proteccin de la subrasante ante la prdida de finos y para hacer ms homogneo el soporte donde se colocar la carpeta de rodadura de concreto. Base Enelcasodelospavimentosdeasfaltoescomnquesecontemplematerialdebase adicional.Enloquealospavimentosdeconcretoserefiereestonoescomn,pero podradarseelcasoensituacionesextremas.Labaseconstituyeentonces,lacapa intermedia entre la sub-basey la carpeta de rodaduray utiliza materiales granulares de excelente gradacin. Losdiferentesmtodosdediseonolimitanelespesordelascapas,sinembargo, espesores inferiores a 10 centmetros resultan muy difciles de compactar. Por lo que se sugierenoemplearespesoresmenoresa10centmetros,siendopreferibletrabajarcon 15 centmetros. Bases estabilizadas con cemento Lasbasesestabilizadaspermitenelempleodematerialeslocales,reciclados,teniendo comoventajas:sub-basesmenoserosionables,reduccindeesfuerzosdetensionesy deflexiones, mejoramiento de la transferencia de carga entre paos, entre otras. Se podr estabilizar con cemento siempre y cuando el material a estabilizar sea libre de partculas orgnica, con equivalentes de arena superiores a 20. Carpeta de rodadura Est conformada por mezcla de concreto hidrulico. Los mtodos de diseo especifican diseos de mezcla con Mdulo de rotura a la flexin (MR) superiores a 42 Kg/cm2, o su equivalente a fc = 280 Kg/cm2. 30 Tabla 3.2MR recomendado por tipo de va Fuente: elaboracin propia AunquelasmetodologasdediseopodranevaluarpavimentosdeconcretoconMR mayoresa50kg/cm2,lomejoresnosuperarestamedidayaquelaslosassevuelven muyrgidas.Adems,loscontenidosdecementanteutilizadosenmezclasdeconcreto deestetipotraenconsigoproblemasdecontraccinyfisurasporcontraccinplstica que es preferible evitar. Valores de MR entre 50 y 55 son comunes para pavimentos de aeropuertos. 3.1.3.2Las juntas Porlanaturalezamismadelconcreto,esnecesariocontrolarlafisuracinypermitirel movimiento relativo entre paos adyacentes, mediante el empleo de juntas. Lasjuntassonlongitudinalesytransversalesytienenelroldeinducirfisuraspor contraccindelconcreto,aislarelmovimientodelospaosdeelementosajenosal pavimento,comobuzonesporejemplo,ysiendoinclusopartedelprocedimiento constructivo. Lociertoesquelasjuntas,sonlospuntosdbilesdelospavimentos,puespermitenel ingresodelquidosquepuedanerosionarlascapasdecimentacin,omateriales incompresibles, que restrinjan el movimiento. Por ello, adems de ser concebidas, stas deben ser selladas y mantenidas con cierta frecuencia. 3.1.3.3Mecanismo de transferencia de carga y confinamiento Dependiendo del tipo de solicitaciones de cargade trnsitoy del diseo geomtrico de lava,elpavimentocontarconmecanismosdetransferenciadecargasentrepaos adyacentes y confinamiento lateral. Transferencia de carga Se puede dar mediante la trabazn de los agregados o mediante el empleo de pasadores enlasjuntasdecontraccintransversal.Lospasadoressonbarrasdeacerolisasycon losbordesredondeadosquesecolocanenelplanoperpendicularalcortedelajunta Tipo de vaMR recomendado (Kg/cm2)Autopistas 48Urbanas principales 45Urbanas secundarias 4231 transversal. Deben estar centrados y permitir el movimiento de los paos adyacentes, no deben restringir su movimiento. En la tabla 3.3se presentan dimensiones caractersticas de los pasadores con relacin al espesor de la carpeta de rodadura de concreto. Tabla 3.3: Caractersticas de los pasadores con relacin al espesor de la losa Fuente: elaboracin propia Confinamiento lateral Elconfinamientolateralesimportanteyaquecontrolalastensionesporflexinylas deflexionesenlalosa,ademsdelasbermasquepuedenserdeconcreto:comouna extensin del pavimento vinculada o no vinculada; de asfalto, o de material granular. Un mecanismo de confinamiento lateral lo brindan las barras deamarre, las cuales son deacerocorrugadasquecontrolanelmovimientolateraldeloscarriles,ysecolocan perpendiculares a la junta longitudinal. Por lo general, son de 3/8, 5/8 de pulgada de dimetro; con longitudes que varan desde 50 cm hasta 100 cm, y que estn espaciadas entre 0.5 y 1.0 metro. 3.1.3.4.Texturizado Elobjetivodetexturizarlasuperficiedelconcretoesentregarlealpavimentolas cualidadesnecesariasquepermitanelcontactopavimentoallantaquepermitael trnsito de los vehculos en condiciones seguras. Elmicrotexturizadoes elqueselograaplicandounallanahmedasobrelasuperficie del pavimento. Elmacrotexturizadoselogramedianteherramientasmecnicas,comopeinescon cerdas metlicas o aparatos ms sofisticados que pueden ser incorporados en el tren de pavimentado. Dimetro (mm)Longitud (cm)Separacin (cm)13 - 15 19 40 3015 - 20 25 45 3020 - 30 32 45 3030 - 43 38 50 3543 - 50 45 55 45PasadoresEspesor del concreto32 3.2Conceptos bsicos de AASHTO 93 para el diseo de pavimentos de concreto 3.2.1Evolucin AASHTO LametodologadediseodepavimentosAASHTO,consusdiferentesversiones,se basa en los resultados experimentales obtenidos en elAASHO Road Test, en Ottawa, cuyo proyecto data de 1951 y que inicio la construccin de tramos de prueba en 1956. ElobjetivoprincipaldelAASHORoadTestfueeldeobtenerrelacionesconfiables referentesalcomportamientoydeterioroenlospavimentos,despusdequeseles aplicarncargascontroladasdetrnsito.Paraello,serealizarontramosdepavimentos flexibles y rgidos. Los primeros resultados fueron registrados entre 1958 y 1960, as pues la primera gua de diseo AASHO fue concebida en 1962 con el nombre de Interim GuideforDesign of PavementStructures, la misma que ha sido evaluada y revisada en 1972 y 1981. En 1984,unsubcomitdediseoydemsconsultoreslaterminaronderevisar publicndola en 1986 con bastantes modificaciones, con el nombre de AASHTO Guide forDesignofPavementStructures. En 1993, se vuelve a revisar pero sin cambios en loqueadiseodepavimentosdeconcretoserefiereyen1998,conelsuplementode diseo AASHTO 1998,se intenta incorporar conceptos mecanicistas a la gua. Esasqueatravsdediversasversiones,AASHTOlanzasumetodologadediseo basada en las relaciones empricas registradas en la AASHO Road Test. El objetivo es calcular el mnimo espesor de un pavimento de concreto para que ste pueda soportar el paso de las cargas de trnsito manteniendo un cierto nivel de servicio para el periodo de diseo.AASHTOproponeparaello,valoresdeserviciabilidaddelpavimento,basado encorrelacionesconelIRI,agrietamiento,yfallasdelpavimento,yqueseha comprobado guardan correlacin con la calificacin subjetiva de los usuarios de la va. 3.2.2Ecuacin de diseo AASHTO 93 El mtodo AASHTO 93 asume que un pavimento recin construido comienza a dar un serviciodealtonivel.Amedidaquetranscurreeltiempo,yconllasrepeticionesde carga de trnsito, el nivel de servicio baja. El mtodo impone un nivel de servicio final que se debe alcanzar al concluir el periodo de diseo. Mediante un proceso iterativo se van asumiendo espesores de losa de concreto hasta que laecuacinAASHTO1993lleguealequilibrio.Elespesordeconcretocalculado finalmentedebesoportarelpasodeunnmerodeterminadodecargassinquese produzca un deterioro del nivel de servicio inferior al estimado. La ecuacin AASHTO 93 se presenta a continuacin: 33 Donde: W82 = N previsto de ejes equivalentes de 8.2 toneladas mtricas, a lo largo del periodo de diseo ZR=Desviacin normal estndar SO=Errorestndarcombinadoenlaprediccindeltrnsitoyenlavariacindel comportamiento esperado del pavimento D =Espesor de pavimento de concreto, en milmetros PSI=Diferencia entre los ndices de servicio inicial y final Pt= ndice de serviciabilidad o servicio final Mr= Resistencia media del concreto (en Mpa) a flexo traccin a los 28 das (mtodo de carga en los tercios de luz) Cd=Coeficiente de drenaje J=Coeficiente de transmisin de carga en las juntas Ec=Mdulo de elasticidad del concreto, en Mpa K =Mdulodereaccin,dadoenMpa/mdelasuperficie(base,sub-baseo subrasante) en la que se apoya el pavimento de concreto. El clculo del espesor se puede desarrollar utilizando directamente la frmula AASHTO 93conunahojadeclculo,medianteelusodenomogramas,omedianteelusode programas de cmputo especializado. Los pavimentos de concreto simple con juntas son los que mejor se aplican a la realidad nacionaldebidoasubuendesempeoyalosperiodosdediseoqueusualmentese emplean.Esporelloqueeldesarrollodeestecoleccionablesecentraeneldiseode este tipo de estructuras bajo la metodologa AASHTO 93. 3.2.3 Serviciabilidad Este parmetro sintetiza el criterio de diseo AASHTO. AASHTO 93 caracteriza el servicio con dos parmetros: ndice de servicio inicial (o) e ndicedeserviciofinal(f).Enlaecuacin93seingresalavariacinentreambos ndices()paraelclculodeespesores.Entremayorsea,mayordeterioro soportar el pavimento antes de fallar. Laserviciabilidadsedefinecomolacapacidaddelpavimentodeserviraltrnsitoque circulaporlava,ysecaracterizaenunaescalade0a5;donde0significauna calificacindeintransitabley5unacalificacindeexcelente.Elvalorde0esideal, puesAASHTO93empleaelvalorde1.5comondicedeserviciabilidadterminaldel pavimento. Elvalordependedelacalidaddelaconstruccin.EnelAASHORoadTestse alcanzaron valores de: o = 4.5 para el caso de pavimentos de concreto. o = 4.2 para el caso de pavimentos de asfalto. En cuanto al f, se sugiere emplear valores de:34 f =2.5 para autopistas y vas importantes.f =2.0 para vas urbanas y secundarias. 3.2.4Trnsito El periodo de diseo est ligado a la cantidad de trnsito asociada en ese periodo para el carril de diseo. Se recomienda disear para 20 aos o ms. UnacaractersticapropiadelmtodoAASHTO93eslasimplificacindelefectodel trnsito introduciendoel concepto deejesequivalentes. Es decir, transforma las cargas de ejes de todo tipo de vehculo en ejes simples equivalentes de 8.2 Toneladas de peso, comnmente llamados ESALs (equivalent single axle load). Elvalordeunejeequivalenteestrelacionadoalniveldedaoprovocadoporesta carga patrn.Por esta razn, para un mismo nivel de trnsito, los ESALs hallados para eldiseodepavimentosdeconcretodifierendelosESALshalladosparaeldiseode pavimentos de asfalto. Laequivalenciaselogramedianteelempleodefactoresdecarga(LEF,Load equivalentfactor). AASHTO 93, calculael factor decargaa partir dela estimacin delespesordelalosadeconcretoaobtener,lacargaporeje,yelnivelde serviciabilidad final aceptado. El proceso de convertir un trnsito mixto en unnmero de ESALs de 8.2 Toneladas fue desarrolladoporelAASHORoadTest.Paralapruebasesometieronpavimentos similares con diferentes configuraciones de ejes y cargas vehiculares, y se analizaron el dao que produjeron. El factor equivalente de carga (LEF), es el valor numrico que expresa la relacin entre la prdida de serviciabilidad causada por la carga de un tipo de eje de 8.2 Toneladas y la producida por un eje estndar en el mismo eje. lidad serviciabi de perdida una producen que ton de ejes de Nlidad serviciabi de perdida una producen que ton de s ESAL de NLEF2 . 82 . 8 Comocadatipodepavimentorespondedemaneradiferenteaunacarga,losLEF tambincambianenfuncindeltipodepavimento,porestemotivo,lospavimentos rgidos y flexibles tienen diferentes LEF. ParacalcularlosESALsqueseaplicarnaunaestructuradepavimentoesnecesario saberlostiposdeejes;asumirelespesordelalosaquesenecesitaparalascargasde trnsito;yelegirelndicedeserviciabilidadfinalaceptabledeacuerdoconlos programas de mantenimiento que se considere necesario, segn el tipo de pavimento. 35 3.2.5Confiabilidad y desviacin estndar Elconceptodeconfiabilidadhasidoincorporadoconelpropsitodecuantificarla variabilidad propia de los materiales, procesos constructivos y de supervisin que hacen quepavimentosconstruidosdelamismaformapresentencomportamientosde deterioro diferentes. La confiabilidad es en cierta manera, un factor de seguridad que equivale a incrementar enunaproporcineltrnsitoprevistoalolargodelperiododediseo,siguiendo conceptosestadsticosqueconsideranunadistribucinnormaldelasvariables involucradas. ElrangotpicosugeridoporAASHTOestcomprendidoentre0.30