Losas de Pavimento de Hormigón Prefabricado: Construidas para durar e Instalar rápidamente

Por Adam Brodal, P. E.
Fotos cortesía de Roman Stone Construction Co.

La Administración Federal de Carreteras de los Estados Unidos y el Grupo de Tecnología e Implementación de AASHTO están defendiendo los sistemas de pavimento de concreto prefabricado (PCPS) como parte de su programa Carreteras para la Vida. Los PCPS encajan bien con los objetivos del programa, que son promover métodos de construcción que reduzcan la congestión del tráfico, reduzcan la duración del proyecto, aumenten la seguridad y produzcan reparaciones duraderas.

Acerca de los sistemas de pavimentos de concreto prefabricado
Los PCSS son tratamientos de reparación de pavimentos a largo plazo que se adaptan mejor a áreas con mucho tráfico que tienen un alto costo para el cierre de carriles durante la construcción. Todos los PCSS incluyen métodos para la producción de elementos prefabricados, el transporte y la garantía de que el panel esté correctamente acoplado a la subrasante. Hay losas articuladas y no articuladas junto con sistemas pretensados y no pretensados.

La mayor ventaja de los PCSS es su capacidad para cumplir con los objetivos de mitigación de tráfico de los municipios. La mitigación del tráfico es la capacidad de reducir la angustia y las ineficiencias causadas por la congestión del tráfico y los retrasos que experimenta el público durante la construcción de carreteras. El hormigón prefabricado resuelve los problemas de mitigación del tráfico en tres frentes. En primer lugar, el tiempo total para completar el proyecto se mantiene al mínimo, porque la mayoría del trabajo se puede realizar fuera del sitio en las instalaciones del precaster. En segundo lugar, el tiempo que el carril está fuera de servicio se puede programar para horas de tráfico fuera de las horas pico, porque la construcción puede ocurrir por la noche y el área reparada se puede abrir al tráfico por las horas pico de la mañana. Finalmente, la huella de construcción se mantiene al mínimo. Los PCSS requieren que solo se cierre un solo carril en las carreteras de dos carriles, incluido el arcén. Cuando hay más carriles y un carril interior necesita trabajo, el carril interior y un carril adyacente deben cerrarse para acomodar de forma segura el equipo y los trabajadores. En cualquier caso, el tráfico puede continuar fluyendo mientras la reparación está en marcha.

La segunda mayor ventaja del uso de PCSS es la durabilidad comprobada del hormigón prefabricado. Los PCP están diseñados para durar, con los mismos criterios que la nueva construcción de concreto compactado con rodillos que tiene una vida útil esperada de más de 50 años. La precisión y la calidad del material se derivan de las condiciones controladas por la planta de la instalación de prefabricados. La inspección y las pruebas internas de control de calidad aseguran un producto de alta calidad. Además, se logra un producto de calidad a través de la inspección estatal del proceso de prefabricación y las pruebas de campo del producto instalado. Un PCP es examinado más a fondo mediante la precalificación por parte de la agencia estatal, por lo general con una prueba de campo en el patio del precaster.

Una mirada más cercana
La mayoría de los PCPS articulados utilizan una sustancia como lechada o inyección de poliuretano para soportar y nivelar o elevar las losas. Un panel típico tiene una estera doble de refuerzo de acero recubierto de epoxi. Los tamaños típicos son de 12 pies (3,7 m) de ancho y de 8 pies (2,4 m) a 12 pies de largo. Los paneles se pueden fabricar hasta 6,1 m (20 pies) de largo o incluso más.El proceso de construcción comienza con el recorte del área de reparación del pavimento existente. Por lo general, se proporciona al contratista una plantilla cortada con sierra para un diseño preciso.

El equipo de construcción retira el pavimento dañado para acomodar la losa de reparación. En algunos diseños de PCP, la subrasante se prepara y nivela para que la losa descanse uniformemente a ras de rasante utilizando una lechada de ingeniería. En otros diseños, el suelo de subrasante existente se deja intacto y la losa inicialmente descansa 1 pulg. (25 mm) más bajo que el grado, y se utiliza una espuma de ingeniería para elevar la losa al grado. La sección reparada puede abrirse al tráfico en 15 minutos.En algunos diseños de PCP, se instalan dispositivos de transferencia de carga. Los LTD son conexiones mecánicas en forma de pasador entre losas y se requieren en pavimentos prefabricados articulados. El tiempo permitido antes de que se instalen los LTD es dictado por el municipio y generalmente depende del volumen de tráfico. Por lo general, el municipio requiere que los LTDs se instalen el siguiente día hábil.

El Método de adaptación de la barra de pasador de puntos del Estado de Nueva York, por ejemplo, requiere una sierra de cuadrícula para cortar cuatro juntas en cada trayectoria de rueda. Las costillas creadas por el corte de sierra en cada junta se martillan y se limpia la ranura. Una de 1,5 pulgadas. el conjunto de barra de pasador de acero recubierto de epoxi (an LTD) de diámetro (38 mm) con sillas y tapas de expansión se coloca en cada ranura y se aplica una lechada para un ajuste sólido.Inyección de poliuretano Roman Stone Construction Co. utiliza un procedimiento de inyección de poliuretano patentado para su Sistema de Calzada Romana. Este sistema permite que las losas se coloquen y se ajusten para nivelar todo en un solo turno. Al usar la inyección de poliuretano, casi no se requiere preparación de subrasante. La losa llega al sitio con puertos de inyección perforados en fábrica para acomodar el poliuretano.

El poliuretano es un polímero de dos partes que se endurece en cuestión de segundos y alcanza la resistencia de trabajo en 15 minutos. Este material ama la compresión; cuanto mayor sea la presión requerida para levantar la losa, mayor será la resistencia a la compresión final del polímero. Los proyectos de carreteras suelen utilizar un 6 lb / pulg.3 (0,2 kg/cm3) de mezcla de alta densidad. El polímero es resistente a la intemperie al frío y la lluvia y es ambientalmente inerte. A medida que la mezcla se expande, normalmente se extiende 3 pies (1 m) de diámetro, llenando vacíos y desplazando el agua debajo del pavimento.

Especificaciones de licitación
La licitación puede ser un obstáculo con PCSS debido al uso de métodos de reparación diferentes y no habituales. Un contratista que recibe ofertas en un PCP puede tener artículos fuera del trabajo del precaster que afectan el costo, como corte de sierra para juntas o requisitos sofisticados de nivelación. Por ejemplo, NYSDOT rastrea los precios de los PCP con un artículo de pago discreto. Este artículo incluye la losa de hormigón y el envío. No todos los artículos que se requieren para los PCSS están incluidos en el artículo de pago, y los diferentes sistemas tienen diferentes artículos requeridos. Esto puede dificultar las comparaciones de costos y dificultar las licitaciones.

Durante el proceso de licitación, por ejemplo, hemos experimentado un segundo obstáculo. En nuestra jurisdicción, el estado está inclinado a usar el Método de Adaptación de barras de Espiga NYSDOT para juntas de pavimento. Este método ha sido un punto de fricción, porque es costoso cortar con sierra la gran cantidad de juntas. Un proyecto con 100 losas podría tener 2.000 juntas, y cada junta debe cortarse con un grupo de hojas de sierra. Actualmente se están desarrollando varios nuevos métodos de unión centrados en la reducción de costos. Un método que se está investigando con las tecnologías de construcción de PNA es desarrollar un sistema de clavijas de placa, en lugar del sistema de clavijas redondas, con el objetivo de mantener baja la tensión interna de la losa.

Los PCSS están ganando popularidad rápidamente en varios estados, gracias a su éxito en una serie de aplicaciones. Con la Administración Federal de Carreteras y AASHTO dirigiendo su atención hacia los PCSS, se puede esperar que el concreto prefabricado se convierta en la corriente principal para las reparaciones del pavimento de las carreteras.

Adam Brodal, PE, es ingeniero jefe de Roman Stone Construction Co. Tiene 10 años de experiencia en prefabricados de hormigón y como consultor de ingeniería. Educado y entrenado en Minnesota, Brodal ha estado con Roman Stone desde enero de 2010. La Piedra Romana proporciona al área metropolitana de Nueva York su Sistema de Carreteras Romanas, losas de carreteras de hormigón prefabricado, conductos, cajas de servicios subterráneos y barreras de tráfico (consulte Prefabricados Inc. Nov.- Dic. 2010).Barra lateral

: Ejemplos de proyectos

La autopista Sunrise (Ruta 27) es la principal autopista a lo largo de la costa sur de Long Island, Nueva York. Es la arteria principal para conducir a destinos de recreación de verano en los Hamptons. Roman Stone, con contratistas de Ahern, instaló el Sistema de Carreteras Romanas en la autopista Sunrise para corregir las uniones defectuosas. La construcción de carreteras se llevó a cabo en 12 días. Se instalaron un total de 35 losas en la ruta 27 en Westhampton entre las salidas 62 y 63, para un volumen total combinado de hormigón de más de 78 yd3 (60 m3). Los lugares de reparación estaban aislados y repartidos en una distancia de cuatro millas (6,4 km) de carretera. Las losas fueron reemplazadas en ambos carriles, tanto en las carreteras hacia el este como hacia el oeste. A Ahern se le asignó una ventana de trabajo de seis horas cada día y pudo instalar con éxito de seis a siete piezas por turno con un solo equipo.

El método utilizado actualmente para verificar el rendimiento de los pavimentos es la prueba del Deflectómetro de Peso Descendente (FWD). Esta prueba mide la capacidad de la junta para transferir carga. El LTD utilizado en Sunrise Highway fue el Método de Adaptación de la Barra de Pasadores de NYSDOT. En dos momentos separados, los paneles de este proyecto se probaron y las losas funcionaron bien. Se logró el objetivo de una eficiencia de transferencia de carga del 85% o superior.Roman Stone ha comenzado un proyecto de alto perfil en la Autopista de Long Island. La MENTIRA es la columna vertebral de la infraestructura para más de 5 millones de residentes de Long Island y se extiende 70 millas (113 km) desde Manhattan hasta Riverhead. La sección que se está reparando tiene un volumen de tráfico diario medio de unos 200.000 vehículos por día.
Este trabajo fue diseñado originalmente para hormigón colado in situ de alta resistencia temprana. Sin embargo, este proyecto se caracterizó por limitaciones de tiempo especiales, y los ingenieros de NYDOT, en consideración de una ventana de trabajo más estrecha, decidieron que el hormigón prefabricado era la mejor opción.

Las reparaciones comenzarán con esmerilado de diamante en la capa superior de asfalto existente hasta la carretera de concreto existente y luego reemplazarán las áreas dañadas. El proyecto recibirá una nueva capa superior de asfalto. El levantamiento original consta de más de 800 ubicaciones que se repararán con losas prefabricadas de 2,4 m x 3,7 m (8 pies x 12 pies). El proyecto también utilizará 10 pies (3 m) de largo y 12 pies (3.7 m) losas largas. El alcance de las reparaciones de carreteras asciende a ocho millas (13 km) de carretera, cuatro millas (6,4 km) en cada dirección.

Roman Stone comenzó el proyecto LIE a principios de 2011 y ha aumentado la producción esta primavera. Roman Stone está produciendo actualmente 10 losas por día y planea aumentar la tasa de producción a medida que comience la temporada de construcción.

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