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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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17

ModieSlab en carretera

– 100m, Ruta A12 motorway, construido en 2006 – Reducción del ruido de las ruedas

(Sandberg 2007)

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19

Francia

• Pavimentos urbanos removibles

• Losas Hexagonales

• Investigado por el LCPC, 1. APT at “Fatigue-Carrousel” 2. Designs by the city of Nantes

20

LCPC “Carrousel de Fatiga ”

21

22

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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26

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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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31

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KwikSlab Cuatro losas en paradero de buses, Honolulu, 2006

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34

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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39

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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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45

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

54

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

65

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

70

71

72

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