Thesis
ANALISIS TÉCNICO – ECONÓMICO PARA LA APLICACIÓN DE PAVIMENTOS DELGADOS EN LOSAS CORTAS EN LA CARRETERA EL COBRE DE LA DIVISIÓN EL TENIENTE DE CODELCO

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Date
2018
Authors
JORQUERA ROJAS, CRISTÓBAL FELIPE
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Abstract
La Ruta H-25, conocida como Carretera El Cobre (CEC), es actualmente la única vía que conecta la ciudad de Rancagua con el área alta de la División El Teniente (DET) de la Corporación Nacional del Cobre de Chile (CODELCO). Las actividades de mantención en la CEC consisten en el fresado y recapado asfáltico de 5 a 7 cm de espesor, los cuales se ven seriamente deteriorados al cabo de 5 años aproximadamente. Por esta razón, en la búsqueda soluciones de mantención más económicas y durables, Codelco DET ha solicitado un estudio de factibilidad técnico-económica acerca de la aplicación de los Pavimentos de Hormigón con Losas Cortas en la CEC.Se realizó una comparación de los costos del ciclo de vida entre pavimentos nuevos y rehabilitados (recapados) de hormigón con losas cortas y asfalto en una zona de estudio dentro de la CEC, considerando costos iniciales de construcción y costos futuros de mantención para un periodo de análisis de 40 años. Los diseños de losas cortas se realizaron con el software OptiPave2, mientras que los de asfalto se realizaron con la guía AASHTO 2008, Mechanistic Empirical Pavement Design Guide (MEPDG), utilizando un ligante asfaltico especificado por desempeño (Performance Grade, PG) PG 64-28 en la carpeta de rodado. Adicionalmente, se realizó una comparación de costos iniciales entre losas cortas y pavimentos de hormigón tradicionales diseñados con el método AASHTO 98.Los resultados indican que, teóricamente, un recapado de losas cortas presenta un ahorro en el costo del ciclo de vida de 57% respecto de un recapado de asfalto de 15 cm de espesor, y de 10,7% con respecto a una reconstrucción de asfalto. Además, el costo de construcción inicial presentó un ahorro de 10,1% con respecto de esta última alternativa. Estos resultados son solo teóricos, debido a que no se cuenta con antecedentes acerca del desempeño ni de los requerimientos de mantenimiento en el largo plazo de las losas cortas en Chile. Por otro lado, para los diseños de asfalto se debió considerar un ligante PG 70-28, con el cual los deterioros en el asfalto disminuirían significativamente. Además, actualmente existen materiales asfálticos de alto desempeño, con vidas útiles muy superiores a los asfaltos convencionales considerados en este trabajo, los que están siendo utilizado en las carreteras concesionadas sometidas a altos volúmenes de tránsito. Utilizando estos materiales, se obtendrían diseños de asfalto más competitivos con los pavimentos de losas cortas.Por otro lado, se determinó que los costos iniciales de pavimentos nuevos de losas cortas y pavimentos de hormigón tradicionales diseñados con AASHTO 98 son comparables. Sin embargo, el método AASHTO 98 está obsoleto y no calibrado en el país. Actualmente se dispone de la MEPDG calibrada para Chile, con la cual se obtienen diseños de pavimentos de hormigón tradicionales con espesores optimizados y, por lo tanto, más competitivos con las losas cortas.Finalmente, se construyó un tramo de 100 m con losas cortas en el km 41 de la CEC. En base a la experiencia en obra, se concluye que el hormigón no fue el adecuado para el pavimento, debido al tamaño máximo nominal bajo de los áridos y el elevado contenido de cemento de la mezcla, lo cual provocó algunas fisuras por retracción en el hormigón fresco.
Route H-25, known as Carretera El Cobre (CEC), is currently the only road that connects the city of Rancagua with the high area of the El Teniente Division (DET) of the National Copper Corporation of Chile (CODELCO). The maintenance activities in the CEC consist of 5 to 7 cm thick asphalt milling and recoating, which are seriously deteriorated after approximately 5 years. For this reason, in the search for more economical and durable maintenance solutions, Codelco DET has requested a technical-economic feasibility study about the application of concrete pavements with short slabs in the CEC.A comparison was made of the life cycle costs between new and rehabilitated pavements (overlays) of concrete with short slabs and asphalt in a study area within the CEC, considering initial construction costs and future maintenance costs for a period of analysis of 40 years. The designs of short slabs were made with the OptiPave2 software, while the asphalt ones were made with the AASHTO 2008 guide, Mechanistic Empirical Pavement Design Guide (MEPDG), using an asphalt binder specified by performance (Performance Grade, PG) PG 64-28 in the rolling layer. Additionally, a comparison of initial costs between short slabs and traditional concrete pavements designed with the AASHTO 98 method was made.The results indicate that, theoretically, a short slabs overlay presents a saving in the life cycle costs of 57% with respect to an 15 cm thick asphalt overlay, and of 10.7% with respect to an asphalt reconstruction. In addition, the initial construction cost presented a saving of 10.1% with respect to this last alternative. These results are only theoretical, because there is no background on the performance or maintenance requirements in the long term of the short slabs in Chile. On the other hand, for asphalt designs a PG 70-28 binder should be considered, with which the deteriorations in the asphalt would decrease significantly. In addition, there are currently high-performance asphalt materials, with useful lives far superior to the conventional asphalts considered in this work, which are being used on concessioned roads subject to high traffic volumes. Using these materials, more competitive asphalt designs would be obtained with the paving of short slabs.On the other hand, it was determined that the initial costs of paving of short slabs and traditional concrete pavements designed with AASHTO 98 are comparable. However, the AASHTO 98 method is obsolete and not calibrated in the country. Currently, the MEPDG calibrated for Chile is available, with which designs of traditional concrete pavements are obtained with optimized thicknesses and, therefore, more competitive with short slabs.Finally, a 100 m section with short slabs was built at km 41 of the CEC. Based on the work experience, it is concluded that the concrete was not suitable for the pavement, due to the low nominal maximum size of the aggregates and the high cement content of the mixture, which caused some cracks due to shrinkage in the fresh concrete.
Description
Catalogado desde la version PDF de la tesis.
Keywords
ASHTO 2008 , CARRETERA EL COBRE , CEC , CICLO DE VIDA , CODELCO DIVISION EL TENIENTE , DET , DISEÑO DE PAVIMENTOS , LOSAS CORTAS , MEPDG , OPTIPAVE2 , PAVIMENTOS DE HORMIGON , PERFORMANCE GRADE , PG , RECAPADO
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