Pavimentos Ultradelgados de UHPC Carlos Mario Gómez Gómez – cgomezg@argos.com.co Director de Asesoría Técnica Cementos Argos Colombia
Nota aclaratoria de responsabilidad: Las observaciones contenidas en este documento son de carรกcter informativo y deben ser aplicadas y/o evaluadas por el constructor o usuario solamente en caso de considerarlas pertinentes. Por lo tanto, estas observaciones no comprometen a Argos, a sus filiales o a sus subordinados.
CONTENIDO DE LA PRESENTACIร N 1. Justificaciรณn 2. Pavimentos Ultradelgados de UHPC 3. Aplicaciones 4. Comentarios Finales
Pavimentos Ultradelgados de UHPC
UHPC ACI 239 Ultra-High-Performance Concrete—concrete that has a minimum specified compressive strength of 22,000 psi (150 MPa) with specified durability tensile ductility and toughness requirements; fibers are generally included to achieve specified requirements.
FHWA UHPC is a cementitious composite material composed of an optimized gradation of granular constituents, a water-to-cementitious materials ratio less than 0.25, and a high percentage of discontinuous internal fiber reinforcement. The mechanical properties of UHPC include compressive strength greater than 21.7 kilopounds per square inch (ksi) (150 Megapascals (MPa)) and sustained postcracking tensile strength greater than 0.72 ksi (5 MPa).
UHPC – Própiedades Mecánicas Compresión
Flexión
Tracción Directa 12
25
10
20 Esfuerzo (MPa)
Esfuerzo (MPa)
Esfuerzo (MPa)
180 160 140 120 100 80 60 40 20 0
15 10 5
7
14
Edad (Días)
21
28
6 4
2
0 0
8
0
0
1
2 3 4 Desplazamiento (mm)
5
6
0
1
2
3 4 5 6 Deformación (%)
7
5
8
Pavimentos Ultradelgados de UHPC
9
Transporte
▪ Puentes Vehiculares ▪ Puentes Peatonales ▪ Sobrecarpetas para ▪ ▪ ▪
pavimentos Tuberías Recubrimiento de túneles Puertos
Edificaciones
▪ Fachadas ▪ Vigas ▪ Columnas ▪ Páneles Acústicos ▪ Otros
1. ULTRA HIGH PERFORMANCE CONCRETE
Pavimentos Ultradelgados de UHPC
UHPC – Aplicaciones Comunes
Infraestructura
Edificación
Es un concreto de alta tecnología con características que le permiten competir con el acero.
Mobiliario
Pavimentos Ultradelgados de UHPC
Pasarela Peatonal EAFIT Medellín, Colombia
Ubicación: Universidad EAFIT (Medellín) Longitud Total: 110 m Luz principal: 43 m Volumen UHPC : 120 m3 Año: 2017
Puente peatonal, Universidad EAFIT, Medellín – En construcción
Pasarela Peatonal EAFIT
Pasarela Peatonal Universidad Nacional - Manizales
UbicaciĂłn: Manizales, Colombia Longitud total: 26 m Luz principal: 13 m Volume UHPC : 16 m3 AĂąo: 2018
1. JUSTIFICACIÓN
1. JUSTIFICACIÓN
Bogotá • Malla vial mas grande del país 15.559km de carril • Crecimiento de 0,4% anual Medellín • 44% en mal estado • 2600Km de carril • 19% en regular • 13% en mal estado • 37% en buen estado • 82% en regular • 5% en buen estado Fuente: http://www.construdata.com/Bc/Revista_Construdata/Articulos/estado_actual_de_las_vias_rurales.asp http://www.idu.gov.co/web/guest/malla_inventario
Cali • 2350km de carril • 22% en mal estado • 76% en regular • 2% en buen estado
Nivel de Servicio
-Solución costo-efectiva para extender la vida de pavimentos asfálticos y de concreto. -Mayor vida útil y mejor comportamiento mecánico, que con un concreto convencional. -Bajo requerimiento de mantenimiento, bajos costos de ciclo de vida.
Sobrecarpeta ultradelgada de UHPFRC Excelente
Aceptable Rehabilitación convencional Pobre Tiempo
Rehabilitación convencional
-Reduce problemas por acumulación de capas, bordillos y andenes perdidos, tapas y sumideros enterrados.
Sobrecarpeta ultradelgada de UHPFRC Manhole
Pavimentos Ultradelgados de UHPC
2. PAVIMENTOS ULTRADELGADOS DE UHPC
Pavimentos Ultradelgados de UHPC
2. PAVIMENTOS ULTRADELGADOS DE UHPC Sobrecarpetas ultradelgadas de UHPC: por definiciรณn tienen espesores inferiores a 100mm, llegando a valores de entre 30 y 50 mm.
Fuente: Obata et al (2008)
Pavimentos Ultradelgados de UHPC
2. PAVIMENTOS ULTRADELGADOS DE UHPC
Pavimentos de UHPC
Laboratorio
Modelos
Tramos de prueba
Formulaciรณn UHPC
Modelaciรณn elรกstica
SVP
Caracterizaciรณn mecรกnica
Estructura a escala
Aplicaciones
Pavimentos Ultradelgados de UHPC
2. PAVIMENTOS ULTRADELGADOS DE UHPC UHPC – Caracterización Mecánica
Resistencia a la compresión Resistencia a flexión (curvas esfuerzo deformación) Resistencia a cargas dinámicas (Fatiga) Máquina para ensayo a compresión
Máquina para ensayo de resistencia a cargas dinámicas
Máquina para ensayo de resistencia a flexión con carga estática
Pavimentos Ultradelgados de UHPC
2. PAVIMENTOS ULTRADELGADOS DE UHPC UHPC – Caracterización Mecánica
Resistencia a cargas dinámicas (Fatiga)
Pavimentos Ultradelgados de UHPC
2. PAVIMENTOS ULTRADELGADOS DE UHPC UHPC – Caracterización Mecánica - Capacidad de defomarción Ɛ = 0,8 a 1%. - Resistencia a la tracción ft = 7 MPa. - Resistencia a la compresión f’c = 120 MPa.
MÓDULO (kg/cm2)
% MÓDULO EN LA FALLA POR FATIGA
MÓDULO EN LA FALLA POR FATIGA (kg/cm2)
ƐT ADMISIBLE
381.200
75
285.960
1,66E-04
Pavimentos Ultradelgados de UHPC
UHPC – Caracterización Mecánica Caracterización materiales y espesores TIPO DE SUELO
CAPACIDAD PORTANTE
CBR
MÓDULO DE ELASTICIDAD (kg/cm2)
TIPO DE SUBBASE
ESPESOR (cm)
µ
MÓDULO (kg/cm2)
TIPO DE BASE
ESPESOR (cm)
µ
MÓDULO (kg/cm2)
EJE
LLANTA
CARGA (t)
Modelaciones - Diseño de experimentos BOX BENHNKEN (324 combinaciones) - Fase I: 18 combinaciones para sensibilización. - Fase II: 126 combinaciones.
Pavimentos Ultradelgados de UHPC
UHPC – Caracterización Mecánica
- Resultados a verificar en ensayos de campo.
- Campo de acción del UHPC en sobrecapas para tráficos altos y estructuras muy deterioradas. - Potencial en estructuras nuevas y configuraciones adicionales existentes. Pavimentos Ultradelgados de UHPC
Ensayos en Foso - Estructura
da al 95%
15
ada al 98%
Base
20
a
7,5 2 5
ESTRUCTURA DEL PAVIMENTO EN EL FOSO Sobrecarpeta MDC
Sub-Base
VOLUMES DE MATERIAL
imo-arenoso
UHPC :
Cantidad (m3) 0.0264
Carpeta Asfaltica:
0.099
Base Granular:
0.198
Sub Base-Granular:
0.264
Sub Rasante Mejorada:
0.396
Sub - Rasante (limo) :
1.524
cm
Afirmado
195
cm 115,5
arcillosa amarilla
30
MATERIAL
Subrasante MH
130 cm
Foso y compactaciรณn material de subrasante
Conformaciรณn de la estructura
Pavimentos Ultradelgados de UHPC
Ensayos en Foso - Estructura
Control de espesores
Instalaciรณn de geotextil
Instalaciรณn Subrasante
Determinaciรณn de porcentaje de compactaciรณn Instalaciรณn primera capa granular (afirmado)
Pavimentos Ultradelgados de UHPC
Ensayos en Foso - Estructura
Foto. Compactación capas granulares
Foto. Determinación de porcentaje de compactación
Foto. Instalación mezcla asfáltica
Foto. Compactación mezcla asfáltica
Foto. Riego de liga
Foto. Medición LWD Pavimentos Ultradelgados de UHPC
Instrumentaciรณn en Superficie
LVD T
Deterioro en superficie mediante cortes hasta la capa de base granular Pavimentos Ultradelgados de UHPC
Instrumentaciรณn en Superficie 1,20 Perimetral (MDC) Perimetral (3-MDC)
1,00
Perimetral (UHPC)
Desplazamiento (mm)
LVDT Norte (UHPC 2)
0,80
0,60
0,40
0,20
0,00 0
500.000
1.000.000 No de ciclos
1.500.000
2.000.000
Figura. Evaluaciรณn de desplazamientos perimetrales
Pavimentos Ultradelgados de UHPC
Evaluaciรณn de Costos
- La soluciรณn con UHPC es 15 a 20% mรกs econรณmica, para espesores de 20 mm, y un 35% mรกs costosa al llevar el espesor a 40 mm. Pavimentos Ultradelgados de UHPC
Evaluaciรณn de Costos
- UHPC es competitivo para soluciones no parciales y en las que se coloquen menos de 40 mm.
Pavimentos Ultradelgados de UHPC
3. APLICACIONES
Pavimentos Ultradelgados de UHPC
Tramo Planta de Concretos Guayabal, MedellĂn
4. APLICACIONES
Pavimentos Ultradelgados de UHPC
Tramo Planta de Concretos Guayabal, MedellĂn
Ganchos de anclaje (0.10 x 0.05 cm) Espesor (4 cm)
Tramo Planta de Concretos Guayabal, MedellĂn
Proceso de FabricaciĂłn
Proceso Constructivo
Construcciรณn 25 de agosto de 2017.
Funcionamiento
Tramo Planta ICC, Medellín
Estado inicial
Estado inicial
Construcción
Construcción 1 de diciembre de 2017.
Pavimentos Ultradelgados de UHPC
Instrumentaciรณn (acelerรณmetros)
e= 3 cm
Celdas de Presiรณn
0.83 m
5.0 m Join
6.5 m
Join
6.5 m
0.83 m 3.4 m
e= 5 cm
Deformaciรณn y Temperatura e= 3 cm Pressure cell Thermocouple
1.40 m
Strain gauge Strain gauge Thermocouple Superior Medio Bajo
Compactación
Densímetro nuclear
LWD
3. APLICACIONES Construcciรณn 1 de diciembre de 2017.
Instrumentaciรณn
Equipo de trabajo
3 y 5 cm de espesor.
Aspecto del acabado
Pavimentos Ultradelgados de UHPC
4. APLICACIONES
Castilla, Medellín
3. APLICACIONES
Castilla, Medellín
3. APLICACIONES
Castilla, MedellĂn
3. APLICACIONES
Pavimento en concreto Avanzado espesor 4cm
Concesión CCFC – Bogotá, Colombia
• • • •
Testing section size: 3.5 x 15 m. (12 x 50 ft.) Overlay thickness: 40 mm (1.6 in) Placement method: Roller Screed Year of Construction: 2018
Planta Bello
4. COMENTARIOS FINALES
Simulador de vehículos pesado, Universidad Militar Nueva Granada, sede Cajicá.
Pavimentos Ultradelgados de UHPC
4. COMENTARIOS FINALES - Capas de más de 2 y 3 cm hacen la tecnología de costo-competitiva en el mercado. - La modelación estructural con UHPC tiene menor flexibilidad en el diseño, donde se requiera que la sobrecapa realice gran parte del trabajo estructural, por lo tanto puede pensarse en vías de altos volúmenes de tráfico y estructuras altamente comprometidas.
- Las sobrecarpetas en UHPC son competitivas en caso de soluciones totales, de lo contrario se deben exponer y cuantificar claramente los beneficios adicionales.
Pavimentos Ultradelgados de UHPC
4. COMENTARIOS FINALES - Existe mayor probabilidad de uso del UHPC en soluciones puntuales a necesidades específicas como: puertos, terminales de carga, aeropuertos, sistemas de transporte masivo, entre otros. Este tipo de aplicaciones son de mayor probabilidad que el uso masivo en el sistema vial. - Extender el análisis a otro tipo de alternativas como pavimentos rígidos convencionales, asfaltos de alto módulo y pavimentos segmentados
Pavimentos Ultradelgados de UHPC
4. COMENTARIOS FINALES ¿Que sigue? - Desgaste y adherencia superficial: -
Ensayos experimentales. Rayado superficial (fresco o endurecido). Aplicación de mejoradores de adherencia.
- Adherencia sobrecarpeta UHPC (ligada): -
Ensayos experimentales. Pruebas de pull-out. Valoración técnica y de costo.
- Comportamiento térmico del material, modulación de juntas: -
Ensayos experimentales. Medición de coeficientes térmicos. Modulación de juntas a diferentes espaciamientos.
- Proceso constructivo: -
Evaluación de diferentes procesos. Referenciamiento en la academia e industria. Desarrollo de manual con recomendaciones constructivas.
Pavimentos Ultradelgados de UHPC
to (Pa)
4. COMENTARIOS FINALES
400 350 300 250 200 150 y = -2,7911x + 752,45 100 R² = 0,818 50 0 140 160 180
y = -3,459x + 915,29 R² = 0,8973
200
220
240
260
Slump (mm) Ensayo 4
E4 +5 min
Pavimentos Ultradelgados Lineal (Ensayo 4) Lineal (E4 +5 min)
de UHPC
4. COMENTARIOS FINALES 100 revoluciones
Inicio ensayo
300 revoluciones
8,0 7,0
Desgaste (%)
6,0 5,0 500 rev
4,0
400 rev 3,0
200 rev
2,0
100 rev
1,0 0,0
3 días
Modelo propuesto de relación entre la pérdida de peso por abrasión superficial y la pérdida de Cantabro. Gaeddicke, C., et al. 2014
7 días
14 días
21 días
28 días
Tiempo de curado
Evaluación de desgaste Cantabro
Pavimentos Ultradelgados de UHPC
4. COMENTARIOS FINALES Susceptibilidad de los agregados pétreos al pulimento
Determinación del coeficiente de pulimento acelerado CPA INVE
Péndulo en laboratorio
Péndulo en foso
Pavimentos Ultradelgados de UHPC
4. COMENTARIOS FINALES Susceptibilidad térmica
Instrumentación tramos de prueba https://www.google.com.co/search?q=puentes+peatonales+en+uhpc+alemania&biw=1093&bih= 530&tbm=isch&imgil=47bvikYTRWEOTM%253A%253B8mwQVTa9GsnPTM
Modelos https://www.google.com.co/search?q=puentes+peatonales+en+uhpc+ alemania&biw=1093&bih=530&tbm=isch&imgil
Fuente: Nassiri, 2011
Pavimentos Ultradelgados de UHPC