15 Años de Pavimentos OptiPave su implementación a nivel mundial y la implicancia by Instituto del cemento y del hormigon

15 Años de Pavimentos OptiPave Implementación a nivel Mundial y la implicancia en la sustentabilidad Juan Pablo Covarrubias

Paradigma: El espesor como valor fundamental Diseño de puertos:

35 cm

10 cm

Concepto de Diseño Sistema OptiPave® • Dimensionar las losas de tal forma que cada una sea cargada por una rueda o set de ruedas a la vez. OptiPave® 1,75m x 1,75m 25 cm espesor Máx. tensión: 4,36 kg/cm2

AASHTO 4,5m x 3,5m 25 cm espesor Máx. tensión: 22,4 kg/cm2

OptiPave® 1,75m x 1,75m 15 cm espesor Máx. tensión: 20,7 kg/cm2

Método de Diseño OptiPave2®

Diseños con OptiPave en el mundo

Proyectos construidos OptiPave® >500 proyectos, >10.000.000 m2, 17 países

Características principales y recomendaciones especiales En el diseño y construcción para Sistema OptiPave® • Losas de menor dimensión (media pista x 1,20 a 2,5 m)

• No requiere sello de juntas (limitando erosión y desportillamiento)

• Base granular (con limitación de finos), base asfáltica o Base Tratada con Cemento • Corte de juntas delgado (1,9mm- 2,5mm) • Geotextil entre sub rasante y base (evita migración de finos)

Características principales y recomendaciones especiales En el diseño y construcción para Sistema OptiPave® • No requiere barras de transferencia de cargas en las juntas aserradas • Mayor transferencia de carga debido al tamaño reducido de las losas 100% 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% 0

2 Apertura de Junta (mm)

• Las juntas de construcción se tratan como cualquier pavimento • Se construyen de manera similar a un pavimento tradicional

Sello de Juntas • Se debía Buscar una metodología para eliminarlas: • Primera Iteración (2007):

• Bases con 5 % de finos • Sierra Corte de 1,9mm ( sierra delgada)

• Segunda Iteración (2012) • Bases con 8% de finos • Sierra de Corte de 2,5mm

• Tercera Iteración:

• Bases hasta 12 % de finos en climas secos

Base Granular con alto contenido de finos

Material fino separa a material grueso

En presencia de agua y tráfico, se puede producir el lavado de finos

Material grueso queda separado entre sí

Debido a la pérdida de material, se pierde compactación de la base

Base Granular con bajo contenido de finos

Material grueso está de tope, no hay material fino que lo separe

En presencia de agua y tráfico, se puede producir lavado de finos

Material grueso sigue de tope, sin espacio entre sí

No se genera pérdida de compactación de la base

Seguimiento de Pavimentos OptiPave en Youtube

Mediciones empíricas en Chile

Agrietamiento

Rugosidad

Proyectos evaluados: 262 km-pista Nombre Proyecto

Año

Espesor de Losas (cm)

Fibra (R3e, L/150))

Largo losas (cm)

Tramos Dm (Longitud Evaluada)

Tránsito de diseño (EE)

Ruta 9 Cerro Castillo

2009

1 MPa

220

Dm 304,723 – 305,223 (0,5 km)

500.000

Ruta M-50 Cauquenes-Chanco I

2012

220

Dm 15,220 - 28,600 (13,38 km)

8.000.000

Ruta 257 Ch Cerro Sombrero-Onaissin I

2012

14*

1 MPa

175

Dm 0,000 – 15,300 (15,3 km)

15.000.000

Ruta G-84

2013

10*

1 MPa

175

22.750-23.250 (0,5 km)

1.000.000

Ruta 5 Quellón-Yungay

2014

175

1.272.474,5 - 1.257.385,0 (15 km)

20.000.000

Ruta 5 Tara-Compu

2014

175

1.214.237,5 - 1.239.365,0 (25 km)

20.000.000

Ruta 257 Ch Cerro Sombrero-Onaissin III

2015

14*

1 MPa

175

15,300-58,800 (43,5 km)

15.000.000

Ruta 60 Ch Camino La Pólvora

2016

23*

1 MPa

175

0,260-16.680 (9,5 km)

189.000.000

Ruta P-46 Sara de Lebu-Pangue

2016

1 MPa

175

24,02 – 26,77 (0,34 km)

200.000

Ruta 9, Tramo de seguimiento Cerro Castillo • Espesor de losas: 12 cm • Longitud: 0,3 km • Apoyo de losas: Base granular 15 cm • Año de construcción: 2009 • Tránsito de diseño: 500.000 EE • Vida útil: 20 años

Agrietamiento medido año 2022: < 0,5%

Ruta M-50, Cauquenes – Chanco I • Año de construcción: 2012 • Espesor de losas: 17 cm • Longitud: 13 km • Apoyo Losas: Base granular 15 cm • Tránsito de diseño: 8.000.000 EE • Vida útil de diseño: 10 años

Comportamiento objetivo de pavimentos de hormigón con losas de geometría optimizada licitados por el Ministerio de Obras Públicas en Chile

Ruta M-50, Cauquenes – Chanco I Vida útil 4.50

IRI Promedio (m/km)

Porcentaje de Losas Agrietadas (%)

4.00 3.50 3.00 2.50 2.00 1.50 1.00

0.50 0

Edad del Pavimento (Años)

0.00

Edad del Pavimento (Años)

Ruta M-50, Cauquenes – Chanco I Zonas agrietadas por pista

0% Agrietamiento

De 6 losas cada 1 seg. de avance (60 km/hr)

50% Agrietamiento 100% Agrietamiento 0%

00 %

7 %

3 %

5 0%

7 %

3 %

5 0%

3 %

7 %

3 %

7 %

3 %

7 %

00 %

1 00%

7 %

00 %

00%

00 %

3 %

00 %

00%

7 %

00 %

3 %

00 %

7 %

3 %

5 0%

3 %

5 0%

3 %

7 %

3 %

00%

3 %

7 %

5 0%

3 %

1 7

7 %

3 %

7 %

3 %

7 %

00 %

-1

3 %

7 %

00%

7 %

3 %

7 %

3 %

00%

7 %

0 0%

7 %

3 %

00 %

7 %

00 %

7 %

1 7

7 %

3 %

7 %

3 %

7 %

3 %

7 %

00 %

3 %

5 0%

3 %

00%

00 %

1 00%

7 %

3 3

00 %

00%

3 %

7 %

3 %

7 %

3 %

7 %

3 %

1 7

3 %

7 %

3 %

Ruta M-50, Cauquenes – Chanco I Zonas agrietadas por pista

0% Agrietamiento

De 6 losas cada 1 seg. de avance (60 km/hr)

50% Agrietamiento 100% Agrietamiento 0%

00 %

7 %

3 %

5 0%

7 %

3 %

5 0%

3 %

7 %

3 %

7 %

3 %

7 %

00 %

1 00%

7 %

00 %

00%

00 %

3 %

00 %

00%

7 %

00 %

3 %

00 %

7 %

3 %

5 0%

3 %

5 0%

3 %

7 %

3 %

00%

3 %

7 %

5 0%

3 %

1 7

7 %

3 %

7 %

3 %

7 %

00 %

-1

3 %

7 %

00%

7 %

3 %

7 %

3 %

00%

7 %

0 0%

7 %

3 %

00 %

7 %

00 %

7 %

1 7

7 %

3 %

7 %

3 %

7 %

3 %

7 %

00 %

3 %

5 0%

3 %

00%

00 %

1 00%

7 %

3 3

00 %

00%

3 %

7 %

3 %

7 %

3 %

7 %

3 %

1 7

3 %

7 %

3 %

Ruta M-50, Cauquenes – Chanco I

Ruta 5, Quellón-Colonia Yungay • Año de construcción: 2014 • Espesor de losas: 17 cm • Longitud: 15 km • Apoyo de losas: Base granular 15 cm • Tránsito de diseño: 20.000.000 EE • Vida útil: 20 años

Ruta 5, Quellón-Colonia Yungay 4.0

IRI Promedio (m/km)

Porcentaje de Losas Agrietadas (%)

50%

40%

30%

20%

3.5 3.0 2.5 2.0 1.5 1.0

10%

0.5 0% 0

Edad del Pavimento (Años) % Losas con Grietas Transversales % Losas con Grietas Longitudinales % Losas con Grietas de Esquina % Losas Totales con Grietas % Losas Totales con Grietas según N.de Conf. % Losas con Grietas Máx. Permitido Medido

0.0

Edad del Pavimento (Años)

Ruta 5, Tara – Compu • Año de construcción: 2014 • Espesor de losas: 17 cm • Longitud: 25 km • Apoyo de losas: Base granular 15 cm • Tránsito de diseño: 20.000.000 EE • Vida útil: 20 años

Ruta 5, Tara – Compu IRI Promedio (m/km)

Porcentaje de Losas Agrietadas (%)

35% 30% 25% 20%

4.0 3.5 3.0 2.5 2.0

15% 1.5 10%

1.0

0.5

0% 0

90 10 5 12 0 13 5 15 0 16 5 18 0 19 5

Edad del Pavimento (Años)

0.0

Edad del Pavimento (Años)

Ruta 60 Ch, Camino La Pólvora • Año de construcción: 2016 • Espesor de losas: 23 cm con fibra • Longitud: 10 km • Apoyo de losas: Pavimento de asfalto • Tránsito de diseño: 189.000.000 EE

Ruta 60 Ch Camino La Pólvora, Chile Estado previo

Ruta 60 Ch, Camino La Pólvora 4.50

IRI Promedio (m/km)

Porcentaje de Losas Agrietadas (%)

9 8 7 6 5 4

4.00 3.50 3.00 2.50 2.00 1.50

3 2

1.00

0.50

Edad del Pavimento (Años)

0.00

Edad del Pavimento (Años)

Ruta 257 Ch Cerro Sombrero – Onaissin, Chile • Tramo I (Losas 175 cm) • Losas de Geometría Optimizada • Espesor: 14 cm con fibra • Año: 2012 • Tramo II (Losas 400 cm) • Losas tradicionales • Espesor: 20 cm • Año: 2014 • Tramo III (Losas 175 cm) • Losas de Geometría Optimizada • Espesor: 15 cm con fibra • Año: 2015

Ruta 257 Ch Cerro Sombrero – Onaissin, Chile Thickness 14 cm (5,5 in) Traffic 15.000.000 EE Year built 2012

https://www.youtube.com/watch?v=yXCNShYI3VQ&t=5s

Ruta 257 Ch Cerro Sombrero – Onaissin, Chile Sector I

Sector II

Sector III

Comportamiento objetivo de pavimentos de hormigón con losas de geometría optimizada licitados por el Ministerio de Obras Públicas en Chile

Comparativo Ruta 257-Ch: Cerro Sombrero – Onaissin I, II y III Cerro Sombrero - Onaissin

Fecha Construcción

Agrietamiento (%) 2021

Agrietamiento (%) 2022

IRI 2020

I (TCP) 14 cm II (JPCP) 20 cm III (TCP) 15 cm

2011 2014 2015

9,80 8,69 1,44

12,46 18,49 4,88

1,95 2,30 1,96

IRI m/km

Agrietamiento

2.4

Agrietamiento medido (%)

30%

2.2

m/km

2.0 1.8 1.6 1.4

20% 15% 10% 5% 0% 2012

1.2 1.0 2011

25%

2012

2013

2014

2015

2016

2017

2018

2019

2020

2021

2013

2014

2015

2016

2017

-5%

Años

2018

2019

2020

2021

2022

Resumen proyectos presentados (IRI) Proyecto

IRI Inicial (m/km)

Ruta M-50, Cauquenes – Chanco I

IRI Medido

Proyección OptiPave

año

IRI (m/km)

2,1

2,35

2,88

Ruta 5, Quellón-Colonia Yungay

1,88

2,27

2,5

Ruta 5, Tara – Compu

1,89

2,18

2,45

Ruta 60 Ch, Camino La Pólvora

1,9

2,18

2,44

1,35

1,95

2,51

1,96

2,46

Ruta 257 Ch, Cerro Sombrero – Onaissin 1 Ruta 257 Ch, Cerro Sombrero – Onaissin 3

Resumen proyectos presentados (agrietamiento) año

Agrietamiento (% de losas)

Proyección OptiPave Agrietamiento (% de losas)

Ruta M-50, Cauquenes – Chanco I

8,6

28,51

Ruta 5, Quellón-Colonia Yungay

2,38

5,18

Ruta 5, Tara – Compu

3,81

5,44

Ruta 60 Ch, Camino La Pólvora

< 0,5

3,96

Ruta 257 Ch, Cerro Sombrero – Onaissin 1

9,80

6,15

Ruta 257 Ch, Cerro Sombrero – Onaissin 3

1,44

6,15

Proyecto

Agrietamiento medido

Pavimentos Ultra-delgados (U-TCP) Solución de bajo estándar, alternativa a soluciones básicas en asfalto para caminos terciarios de bajo tránsito existentes con carpetas granulares.

8-12 cm de concreto con fibra Plataforma existente,

sin base

UTCP Ruta G-84 Aspectos Generales • Espesor de losas: 10 cm con fibra Resistencia residual: 1 MPa (ASTM 1609) • Distancia entre juntas transversales: 1,75 m • Subbase granular: No Lleva • Tránsito de diseño: 1.000.000 EE • Vida de Diseño: 5 años • Año de construcción: 2013 • Precipitación promedio: 422 mm Video Youtube

Orientación Oeste-Este

Orientación Este-Oeste

Tipo de agrietamiento

Longitudinal

Transversal

Esquina

Longitudinal

Transversal

Esquina

Losa izquierda

31%

57%

13%

27%

Losa derecha

29%

22%

10%

Porcentaje de losas agrietadas

Por pista Total

30%

43% 37%

Ruta G-84 100

Porcentaje de Losas Agrietadas (%)

90 80 70 60 50 40 30 20 10 0

Edad del Pavimento (Años) % of Transversal Cracking

% of Longitudinal Crcking

Maximum Allowable Cracking (%)

Medido

% of Corner Cracking

% Total Cracking

% Total Cracking with Reliability

UTCP Ruta P-46, Sara de Lebu – Pangue Antecedentes generales • Aspectos Generales • • • • • • • •

Espesor de losas: 8 cm con fibra estructural Resistencia residual: 1 MPa (ASTM 1609) Distancia entre juntas transversales: 175 cm Subbase granular: N/A Tránsito de diseño: 200.000 EE Vida útil: 5 años Año de construcción: 2016 Precipitación promedio: 1280 mm

• Condición del Pavimento

• Agrietamiento año 2020: 14,1% (4 años)

Ruta P-46, Sara de Lebu – Pangue

• Imagen tomada de video en Alta Definición, Agosto 2020

Sustentabilidad

Caso Estudio: Cauquenes Chanco Diseño Asfalto

Espesores (cm)

40 30

7 9 20

20 10 0

Espesores (cm)

7 8

7 7

60 55 50 45 40 35 30 25 20 15 10 5 0

Espesor Subbase Espesor Base Espesor Binder Espesor Asfalto

10 años

20 años

30 años

Diseño TCP Espesor Base

10 años

20 años

30 años

Espesor Hormigòn

Espesores (cm)

Diseño Hormigón

Espesores (cm)

60 55 50 45 40 35 30 25 20 15 10 5 0

40 30

10 años

20 años

30 años

20 10 0

Diseño TCP con fibra

Espesor Base 15

10 años

20 años

30 años

Espesor Hormigòn

Caso Estudio: Cauquenes Chanco Designed for 30 years 1,000,000.00

Emissions (Kg CO2 eq)

900,000.00 800,000.00

Asphalt

700,000.00 600,000.00

Concrete AASHTO

500,000.00 400,000.00

TCP

300,000.00 200,000.00

TCP wth Fiber

100,000.00 0.00

Construction

Maintenance

Operation

Total

Caso Estudio Pavimento industrial Centro Logístico (>20.000m2) EEUU - estudio realizado por Athena 140% 120% 100% 80% 60% 40% 20% 0%

Global Warming Potential (kg CO2 eq)

Baseline 100%PC

Baseline 20% Flyash

Smog Potential (kg O3 eq)

OptiPave 20% Flyash

HMA

Caso Centro de Distribución EEUU Potencial Calentamiento Global 120%

100%

80%

60%

40%

20%

Asfalto (HMA)

Tradicional de Hormigón

Tradicional de Hormigón (25% escoria)

OptiPave (25% escoria) + Fibra FORTA FERRO

Proyectos en Licitación Mejoramiento Ruta Y-71, Porvenir Onaissin, Km 59.320 – 77.600

Precio Unitario Pavimento Tradicional de Hormigón: • 276.592 CLP/m3

Precio Unitario Pavimento Optimizado de Hormigón con fibra: • 344.528 CLP/m3

Espesor: 20 cm

Espesor: 13 cm

Precio Unitario por m2: 55.318 CLP

Precio Unitario por m2: 44.788 CLP

Caso Proyectos en Licitación Magallanes (Precios y CO2) Costos de soluciones por Contrato 9,000,000,000

11%

8,000,000,000 7,000,000,000

Emisiones Equivalentes CO2

13%

21%

14%

45,000,000 40,000,000

Kg equivalente CO2

CLP total

6,000,000,000 5,000,000,000 4,000,000,000 3,000,000,000

35,000,000 30,000,000 25,000,000 20,000,000

2,000,000,000

15,000,000

1,000,000,000

10,000,000

5,000,000 Ruta Y-71 Dm. 80.6 al Dm.94.66 Costo Solucion Normal

Ruta Y-71 Dm. 59.32 al Dm. 74.6

Ruta Y-65 Dm. 0 al Dm. 25.000

Costo Solucion Losas Optimizadas

Emisiones CO2 Solución Tradicional

*Calculado con Athena

Emisiones CO2 Solución Optimizada

15 Años de Pavimentos OptiPave Implementación a nivel Mundial y la implicancia en la sustentabilidad Juan Pablo Covarrubias