Mejoramiento de vías de bajos volúmenes de transito mediante el uso de losas de concreto simple optimizadas

Abstract

Las vías terciarias juegan un papel muy importante para Colombia, ya que mediante estas vías se puede llegar a las zonas más alejadas y marginales del país, estas conexiones permiten la integración nacional, regional y local, las cuales repercuten directamente en la economía de los municipios, y aun más de los hogares rurales, ya que mediante estas vías se permite el movimiento de personas, alimentos y mercancías que ayudan al desarrollo del país. Actualmente está malla vial se encuentra bajo la gestión de INVIAS, departamentos y los municipios, donde el Gobierno a lo largo de la historia ha intentado impulsar diferentes proyectos para realizar mejoras sobre esta infraestructura; actualmente estas vías son uno de los grandes focos nacionales, teniendo en cuenta que, de los 140.000 km de vías terciarias, solo el 6% se encuentra en buen estado. Teniendo en cuenta que estas vías se encuentran en lugares de difícil acceso, y Colombia cuenta con diversos tipos de climas, pasando por bajas temperaturas hasta llegar a climas húmedos con temperaturas altas, es necesario plantear alternativas de pavimentación, donde se pueda utilizar los materiales de cada región, que sean poco sensibles al clima y que se pueda implementar equipos simples, herramientas de fácil consecución y usos de mano de obra con baja capacitación; es por esto, que dentro de esta monografía se propone implementar pavimentos de concreto denominado como losas optimizadas, los cuales en primer lugar, son menos sensibles a la capacidad de soporte del suelo teniendo en cuenta que los esfuerzos se distribuyen en áreas más grandes por lo tanto las solicitaciones que llegan al suelo son bajas. Y en segundo lugar al tener pavimentos de concreto las deformaciones de las losas son bajas, lo que permite la circulación de cargas pesadas sin que el pavimento se deforme. Las losas optimizadas, es una tecnología desarrollada por El Ingeniero Chileno, Juan Pablo Covarrubias, donde propone reemplazar las metodologías de pavimento de concreto tradicional como AASHTO y PCA, por un sistema de losas con geometría optimizada que

permiten una distribución más eficiente de la carga para evitar los problemas de agrietamiento, donde el principio fundamental del método consiste en diseñar el tamaño de la losa para que no más de un set de ruedas del vehículo se encuentre en una determinada losa, minimizando así la tensión de tracción crítica; las dimensiones propuestas son de 1,80 m x 1,80m. En el siguiente trabajo se realizaron 180 modelaciones, donde se tienen 3 cartas de diseño basadas cada una en un clima diferente (8°C a15°C, 15°C a 25°C y 25°C a 32°C), dentro de cada carta se utilizaron los mismos parámetros para la estructura de pavimento como se presenta a continuación: • Subrasante: Se escogieron 5 tipos de subrasante, pasando de suelos blandos con módulos bajos a suelos de buena calidad con módulos altos (30, 40, 50, 60 y 80 MPa). • Subbase granular: Se estableció un espesor único de 15 cm, donde con los módulos de subrasante se calculó mediante la fórmula de Shell; el módulo que generaba el material de subbase (60, 80, 100, 120 y 160 MPa respectivamente). • Transito: Se adoptaron 5 diferentes tránsitos en ejes equivalentes (50.000, 100.000, 300.000, 500.000 y 700.000 EE). • Losa de concreto: Se establecieron 3 módulos de rotura del concreto (3.8, 4.1 y 4.3 MPa), y se dejaba iterando el espesor de la losa. Mediante estas modelaciones se encontraron espesores entre 10 cm y 18 cm, siendo el factor del clima el que menos afecta al cálculo del espesor, teniendo en cuenta que al tener losas de menores dimensiones el alabeo es mucho menor, lo que genera una vida útil mayor a las losas convencionales (3.5 a 4 m), por otra parte, uno de los fatores que más importancia tiene dentro del diseño, es la rigidez de la subbase y subrasante, ya que al tener espesores más delgados el material granular ayuda con las tensiones de punzonamiento, de acuerdo a la afirmación anterior, al realizar la comparación de los resultados de las modelaciones entre un material granular blando (subrasante: 30 MPa y Subbase: 60 MPa) vs un material granular de buenas características (subrasante: 80 MPa y Subbase: 160 MPa) se obtienen diferencias de aproximadamente 3 cm, lo que equivale a un 20% de diferencia.

Finalmente, al realizar la comparación en presupuesto entre una losa optimizada de dimensiones de 1.8 m x 1.8 para una vía de 3.6 m de ancho, de espesor variable entre 10, 15 y 18 cm vs una placa huella, con el espesor tipo de 15 cm, utilizando los mismos costos y características, se observa un ahorro de aproximadamente $197.553.390/km, $94.383.894/km y $32.482.196/km respectivamente, siendo siempre inferior al presupuesto de una placa huella, generando que esta alternativa de pavimento se viable para la construcción de las vías de BVT. Aun cuando en el presente estudio se realizaron modelaciones con diferentes parámetros de clima, material granular, concreto y tránsito, se recomienda realizar ensayos de laboratorio para caracterizar los materiales de subrasante, analizar los materiales de la cantera de donde se obtendrá el material granular de subbase y analizar el transito atraído que puede generar la construcción de la vía.

The tertiary roads play a very important role for Colombia, since through these roads you can reach the most remote and marginal areas of the country, these connections allow national, regional and local integration, which directly affect the economy of the municipalities , and even more of rural households, since through these routes the movement of people, food and goods that help the development of the country is allowed. Currently this road network is under the management of INVIAS, departments and municipalities, where the Government throughout history has tried to promote different projects to make improvements on this infrastructure; these roads are currently one of the great national centers, taking into account that, of the 140,000 km of tertiary roads, only 6% are in good condition. Taking into account that these roads are in places of difficult access, and Colombia has several types of climates, going through low temperatures to reach humid climates with high temperatures, it is necessary to propose paving alternatives, where you can use the materials each region, that are not very sensitive to the climate and that simple equipment, tools of easy attainment and uses of workforce with low training can be implemented; This is why, within this monograph, it is proposed to implement concrete pavements called optimized slabs, which in the first place are less sensitive to the capacity of soil support, taking into account that the efforts are distributed in larger areas so both the requests that reach the ground are low. And secondly, having concrete pavements the deformations of the slabs are low, which allows the circulation of heavy loads without the pavement deforming. The optimized slabs, is a technology developed by the Chilean Engineer, Juan Pablo Covarrubias, where he proposes to replace the traditional concrete pavement methodologies such as AASHTO and PCA, with a slab system with optimized geometry that

They allow a more efficient distribution of the load to avoid cracking problems, where the fundamental principle of the method is to design the size of the slab so that no more than one set of wheels of the vehicle is in a certain slab, thus minimizing the critical tensile tension; The proposed dimensions are 1.80 m x 1.80m. In the following work 180 modeling was carried out, where 3 design cards are based each in a different climate (8 ° C to 15 ° C, 15 ° C to 25 ° C and 25 ° C to 32 ° C), within Each letter used the same parameters for the pavement structure as presented below: • Subgrade: 5 types of subgrade were chosen, moving from soft floors with low modules to good quality floors with high modules (30, 40, 50, 60 and 80 MPa). • Granular subbase: A single thickness of 15 cm was established, where with the subgrade modules it was calculated using the Shell formula; the module that generated the subbase material (60, 80, 100, 120 and 160 MPa respectively). • Transit: 5 different transits were adopted on equivalent axes (50,000, 100,000, 300,000, 500,000 and 700,000 EE). • Concrete slab: 3 concrete break modules (3.8, 4.1 and 4.3 MPa) were established, and the thickness of the slab was left iterating. Through these modeling, thicknesses between 10 cm and 18 cm were found, with the climate factor being the one that least affects the thickness calculation, taking into account that having smaller slabs the warping is much smaller, which generates a longer useful life Conventional slabs (3.5 to 4 m), on the other hand, one of the most important fators in the design, is the stiffness of the subbase and subgrade, since having thinner thicknesses the granular material helps with stresses of punching, according to the previous statement, when comparing the results of the modeling between a soft granular material (subgrade: 30 MPa and Subbase: 60 MPa) vs a granular material of good characteristics (subgrade: 80 MPa and Subbase : 160 MPa) differences of approximately 3 cm are obtained, which is equivalent to a 20% difference.

Finally, when making the comparison in budget between an optimized slab of dimensions of 1.8 mx 1.8 for a track of 3.6 m wide, of varying thickness between 10, 15 and 18 cm vs a footprint plate, with the type thickness of 15 cm, using the same costs and characteristics, a saving of approximately $ 197,553,390 / km, $ 94,383,894 / km and $ 32,482,196 / km respectively is observed, always being lower than the budget of a footprint plate, generating that this alternative of pavement is viable for the construction of the BVT tracks. Although in the present study modeling with different parameters of climate, granular material, concrete and transit were performed, it is recommended to perform