pavimentos prefabricados de hormigón - ich.cl · ppcp by fhwa (texas, california, missouri, and...
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Pavimentos Prefabricados de Hormigón
Erwin Kohler
Seminario Innovación en Pavimentos Interurbanos de Hormigón
Prefabricados de Hormigón? • Productos prefabricados :
– tuberías – Elementos de puentes – Barreras – Soleras – Muros de retención – Incluso amoblado!
• Uso va aumentando
• Todo están contentos
con prefabricados
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Por qué pavimentos prefabricados?
• Losas con buen hormigón menos grietas – Condiciones controladas, fábrica – Ya han ganado resistenacia al abrir al tráfico
• Instalación Rápida cierres de pista cortos
– “Trabajo Invisible” • Construcción sólo de noche, o trabajo de fin-de-semana
– Menos demoras de los usuarios • Consumo de combustible • Tiempo de trabajo perdido
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Qué necesitamos saber?
1. Es posible pre-fabricar losas de hormigón? Sí 2. Y poner estas losas como pavimento? Sí
3. Duran los PCP? …mmh, sí?
PCP=Pavimentos de Concreto Prefabricados
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Presentación de dos partes
2.Experimento de ensayo acelerado
1.Experiencias PCP
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Parte 1: Experiencias PCP
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Experiencias con PCP
• Casos históricos: (muy poco hecho antes de ~1999)
• South Dakota, Japón
• Casos Recientes – En Japón, Holanda, Francia – En USA: proyecto SHRP2-R05
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Casos históricos
• South Dakota (~1960): – Hormigón pre-tensado, 11cm – Tramo de prieba de 300m en ruta US-14
• Japón – 1970: patios de contenedores y aeropuertos – En los 80’s: caminos
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Japón • Losas reforzadas • Puestas sobre base de asfalto • Vacíos se llenan con mortero • Losas de 1.5m x 5.5m (media pista de ancho) • 20-25cm de espesor • Barras de traspaso de carga • Usadas en túneles de la
región norte: – Daño por ruedas con puntos de
acero – Renovar superficie, dar vuelta
las losas!!
(Nishizawa et al. 2006)
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Japón
• PCP en uso por más de 20 años
• 90,000m2 al año 2006
• Diseños anteriores: – Sin asfalto, sin barras de carga Agrietamiento Transv. &
Escalonamiento • Nuevo diseño: sin problemas
(Nishizawa et al. 2006)
(Nishizawa et al. 2006)
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Holanda
• ModieSlab – Modular, Intelligent, Energetic + Slab – Concurso “Caminos del Futuro” (2000 ) 1. 2001: Sección piloto, área de descanso 2. 2002: Ensayo acelerado, TU-Delft 3. 2006: Sección en carretera 4. 2010: Sección urbana
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ModieSlab, Sección piloto – Paneles 12m x 3.5m o 5m x 3.5m – 30cm slab, con hormigón permeable en 5+2cm
– Entrada al área descanso,
carretera A50 – 29 losas, pilotes y vigas – 100m de largo
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(CROW 2005)
(Houben et al. 2006)
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(Smits 2004) (Houben et al. 2006) Resistencia al fuego
Mediciones de ruido Frenado
Pruebas de Fricción
(Smits 2004) (Smits 2004)
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ModieSlab, APT • 4 losas, temperatura controlada • 75kN de carga, rueda “super-single • No hubo fallas por fatiga
(Houben et al. 2004) (Houben et al. 2006)
Con hormigón permeable
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ModieSlab en carretera
– 100m, Ruta A12 motorway, construido en 2006 – Reducción del ruido de las ruedas
(Sandberg 2007)
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Francia
• Pavimentos urbanos removibles
• Losas Hexagonales
• Investigado por el LCPC, 1. APT at “Fatigue-Carrousel” 2. Designs by the city of Nantes
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LCPC “Carrousel de Fatiga ”
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Diseño de la ciudad de Nantes
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Norteamérica
1. Canada 2. PPCP by FHWA (Texas, California,
Missouri, and Iowa) 3. Michigan 4. Virginia 5. Colorado 6. KwikSlab 7. SuperSlab
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Definición PCP
Sistemas de pavimento fabricados fuera, transportados al proyecto, e instalados en una fundación preparada (puede ser pavimento existente). Los componentes del sistema necesitan poco o nada de tiempo de curado o tiempo para ganar resistencia antes de abrir al tráfico.
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Ventajas PCP
1.Hormigón de mejor calidad 2.Mejores condiciones de curado 3.Mínimas restricciones climáticas para instalar 4.Menor demora en apertura al tráfico 5.Eliminacion de fallas de edad temprana asociadas a la construccion
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Atributos
• Constructibilidad • Durabilidad del hormigón • Transferencia de carga en las juntas • Soporte bajo el panel
No son “super pavimentos” y no se debe esperar que se comporten significativamente mejor
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KwikSlab Cuatro losas en paradero de buses, Honolulu, 2006
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Tipos de Pav. Prefabricados
• Sistemas con juntas • Sistemas pretensados
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Método Michigan SuperSlab Intermitente SuperSlab Continuo
Texas California Missouri Iowa (Lane et al. 2005)
(Precastpavement.com )
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PPCP
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Super-Slab Desarrollado en New York por la compañia Fort Miller, en 2001
(Smith & Barenberg 2005)
(fortmiller.com)
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Part 2: Experimento de ensayo acelerado
con Heavy Vehicle Simulator
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Por qué se interesó California?
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Lugar del experimento • Carretera I-15 y SR210 en el
condado de San Bernardino
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En la planta de prefabricado
Abril 2005
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Preparación del lugar
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Construcción 1. Capa de arena 2. Colocación de las losas 3. Aplicación de morteros a las losas
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Detalles de las losas Barras con recubrimiento epóxico
Apertura para barras y esponja de
confinamiento del mortero
Lado hembra barras de amarre
Conexión barras de amarre
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Instalación Lifting of the slab from the flat-bed Fixing the tie-bars on the longitudinal edge
Placement on adjacent lane
Dowel-bars bond-breaker
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Mortero de asentamiento Filling dowel and tie-bar cavities with grout Removal of excess grout
Injection of bedding grout Excess bedding grout pouring from the exit hole
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Mortero para las barras
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Plan de Ensayos con HVS
• Thermal curl test • Ungrouted load test
• (1) Dry. Very high load • (2) Dry. High load • (2) Wet. High load • (1) Wet. Very high load
HVS test section 1
HVS test section 2
Preliminary tests
Regular tests
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Instrumentación • Multi-depth Deflectometer stacks (MDDs) • Joint Deflection Measurement Devices (JDMD), H & V • Thermocouples
Slab 2 Slab 4
Slab 7 Slab 9
J1 J2 J3 J4 J5
J6 J7
J6(a) J7(a)
J8 J9 J10 J11 J12
H13 H14
H17 H18
H15 H16
H15(a) H16(a)
H15(b) H16(b)
T1T2
T3
T4
T5
T6
T7 T9T8
N
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Transferencia de carga
-0.200
0.000
0.200
0.400
0.600
0.800
1.000
1.200
0 1 2 3 4 5 6 7 8
Distance (m)D
efle
ctio
n (m
m)
JDMD 1JDMD 2
Load
δa
δb
Load Transfer Efficiency (LTE)= δb/δa
δa = Peak deflection on approach slab
δb = Simultaneous deflection on leave slab
-0.200
0.000
0.200
0.400
0.600
0.800
1.000
1.200
0 1 2 3 4 5 6 7 8
Distance (m)D
efle
ctio
n (m
m)
JDMD 1JDMD 2
Load
δa
δb
Load Transfer Efficiency (LTE)= δb/δa
δa = Peak deflection on approach slab
δb = Simultaneous deflection on leave slab
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Transferencia de carga
598FOUG ungrouted Load Transfer Effeciency (LTE)
0%
10%
20%
30%
40%
50%
60%
70%
80%
90%
100%
0 5000 10000 15000 20000 25000 30000 35000
Repetitions
Load
Tran
sfer E
fficien
cy (%
)
JDMDs 1 & 2JDMDs 4 & 5
597FOUG ungrouted Load Transfer Effeciency (LTE)
0%
10%
20%
30%
40%
50%
60%
70%
80%
90%
100%
0 5000 10000 15000 20000 25000 30000 35000
Repetitions
Load
Tran
sfer E
fficien
cy (%
)
JDMDs 1 & 2JDMDs 4 & 5
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Con mortero
1. Aumento transf. de
carga – Ambos lados se
mueven juntos
2. Menor deflexión – 1mm 0.5mm – Menor esfuerzo en
losa y subbase
3. Se eliminó el movimiento
507FOUGResilient vertical deflection for a trafficked corner
-0.200
0.000
0.200
0.400
0.600
0.800
1.000
1.200
0 1 2 3 4 5 6 7 8
Distance (m)
Def
lect
ion
(mm
)
JDMD 1JDMD 2
Cycles: 32001, 32003, 32005
597FOTrafficked corner vertical deflection
-0.200
-0.100
0.000
0.100
0.200
0.300
0.400
0.500
0.600
0 1 2 3 4 5 6 7 8
Distance (m)
Def
lect
ion
(mm
)
JDMD 1JDMD 2
Cycles: 32013, 32015, 32017
Before
After
Se aplicó los dos morteros
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Aplic.de carga en sección1 & 2 Section Duration
(months) Conditions /
tire type Load Reps.
(M)
ESALs (M)
1 3 (June - Sept, 2005) Dry / Aircraft 1.05 163
2 5 (Sept 2005- Feb, 2006) Dry / Truck 2.33 99
2 2 (Feb - May, 2006) Wet / Truck 1.13 43
1 5 (May - Aug, 2006) Wet / Aircraft 0.54 79
Section 2 • Dual truck tires
• 7 months
• 3.5M reps
• 142M ESALs
Section 1 • Aircraft wheel
• 8 months
• 1.6M reps
• 242M ESALs
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Resultados Secciones 1 & 2
Section 2 • Dual truck tires
• 7 months
• 3.5M reps
• 142M ESALs
Section 1 • Aircraft wheel
• 8 months
• 1.6M reps
• 242M ESALs
96.3kN
118.5kN
Average load
Dry: no problems
Dry: corner cracks
Wet: failure
Wet: pumping, no cracks
Results
60
Deflexión y Transf. de carga
0.000
0.500
1.000
1.500
2.000
2.500
3.000
0 200000 400000 600000 800000 1000000 1200000 1400000
Repetitions
Def
lect
ion
(mm
)
0%
20%
40%
60%
80%
100%
120%
LTE
(%)
δaδbLTE
40 kN 80 kN 120 kN 150 kN
• Deflexiones aumentaron, transf. se mantuvo alta
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Grietas de esquina (Sección 1, seco)
Cracks on either side of the transverse joint fully developed and extending from the transverse joint to the shoulder joint.
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Agrietamiento Sección 2, con agua
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Section 2 Pumping, no cracks
Water application (look at loaded tires!)
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Pumped material
Pumping through the joint
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Bombeo sección 2 vacío bajo la losa?
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GPR did not work
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No clear void
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No problems with dowel grout
No big difference under the slab
loaded - unloaded
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Post-mortem section 1
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Parte 1: 1. Pavimentos de Concreto Prefabricados (PCP) están listos para
ser usados 2. Muchas agencias ya los están usando
Parte 2:
3. Los morteros mejoraron la respuesta del sistema. Bombeo no
causó daño 4. Con altas cargas y con agua, falló en la junta 5. Se puede esperar 140 millones de Ejes Equivalentes, o 25 a 37
años con el tráfico del lugar 6. Mismo tipo de falla que hormigón pavimentado in-situ
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Conclusiones
Gracias