PAVIMENTOS RIGIDOS Se denominan así los pavimentos constituidas por losas de hormigón hidráulico, armadas o no, que reposan generalmente sobre una base adecuadamente preparada y, a veces, sobre el propio terreno de la explanada. A causa de su rigidez distribuyen las cargas transmitidas por el tráfico sobre un área relativamente amplia de la base o de la explanada.
En el pavimento rígido, el hormigón absorbe gran parte de los esfuerzos que se ejercen sobre el pavimento, mientras que en el pavimento flexible este esfuerzo es transmitido hacia las capas inferiores. Su vida útil varía entre 20 y 40 años. El mantenimiento que requiere es mínimo y solo se efectúa comúnmente es las juntas de las losas. Debido a la alta rigidez del concreto hidráulico, la distribución de los esfuerzos se produce en una zona muy amplia, además como es concreto es capaz de resistir un cierto grado de esfuerzo de tensión, el comportamiento de un pavimento rígido es suficientemente satisfactorio, aun cuando existan zonas débiles en la sub-razante. Elementos que integran el Pavimento Rígido Subrasante Es la capa de terreno de una carretera que soporta la estructura de pavimento y que se extiende hasta una profundidad que no afecte la carga de diseño que corresponde al tránsito previsto. previsto. Esta capa puede estar estar formada en corte o relleno y una vez compactada debe tener las secciones transversales y pendientes especificadas en los planos finales de diseño. El espesor de pavimento dependerá en gran parte de la calidad de la subrasante, por lo que ésta debe cumplir con los requisitos de resistencia, incompresibilidad e inmunidad a la expansión y contracción por efectos de la humedad, por consiguiente, el diseño de un pavimento es esencialmente el ajuste de la carga de diseño por rueda a la capacidad de la subrasante. Subbase Es la capa de la estructura de pavimento destinada fundamentalmente a soportar, transmitir y distribuir con uniformidad las cargas aplicadas a la superficie de rodadura de pavimento, de tal manera que la capa de subrasante la pueda soportar absorbiendo las variaciones inherentes a dicho dicho suelo que puedan afectar a la subbase. La La subbase
debe controlar los cambios de volumen y elasticidad que serían dañinos para el pavimento. Se utiliza además como capa de drenaje y contralor de ascensión capilar de agua, protegiendo así a la estructura de pavimento, por lo que generalmente se usan materiales granulares. granulares. Al haber capilaridad en en época de heladas, heladas, se produce un un hinchamiento del agua, causado por el congelamiento, lo que produce fallas en el pavimento, si éste no dispone de una subrasante o subbase adecuada. Superficie de rodadura Es la capa superior de la estructura de pavimento, construida con concreto hidráulico, por lo que debido a su rigidez y alto módulo de elasticidad, basan su capacidad portante en la losa, más que en la capacidad de la subrasante, dado que no usan capa de base. En general, se puede indicar que el concreto hidráulico distribuye mejor las cargas hacia la estructura de pavimento. Los pavimentos rígidos pueden dividirse en tres tipos: 1. Concreto hidráulico simple No contiene armadura en la losa y el espaciamiento entre juntas es pequeño (entre 2.50 a 4.50 metros ó 8 a 15 pies). Las juntas pueden o no tener dispositivos de transferencia de cargas (dovelas). 2. Concreto hidráulico reforzado Tienen espaciamientos mayores entre juntas (entre 6.10 y 36.60 metros ó 20 a 120 pies) y llevan armadura armadura distribuida en la losa a efecto de controlar y mantener cerradas cerradas las fisuras de contracción. 3. Concreto hidráulico reforzado continuo Tiene armadura continua longitudinal y no tiene juntas transversales, excepto juntas de construcción. La armadura transversal es opcional en este caso. Estos pavimentos tienen más armadura que las juntas armadas y el objetivo de esta armadura es mantener un espaciamiento adecuado entre fisuras y que éstas permanezcan cerradas. Materiales 1) Cemento tipo Pórtland: Los cementos hidráulicos deben ajustarse a las Normas AASHTO M-85 para los Cementos Pórtland y a las normas AASHTO M-240, para Cementos Hidráulicos Mezclados. El cemento Pórtland debe cumplir con las especificaciones indicadas en la tabla 5-12.
Tabla 5-12 Especificaciones para el Cemento Pórtland AASHTO T – 105 T – 106
T – 89
T – 107 T – 127 T – 131 T – 137 T – 153 T – 154 T - 186
Referencia Finura del cemento (por turbidimetro) Composición química del cemento Resistencia a la compresión del mortero del cemento Expansión del cemento en autoclave Muestreo del cemento Tiempo de fraguado (agua de Vicat) Contenido de aire del mortero de cemento Finura del cemento (permeámetro) Tiempo de fraguado (aguja de Gilmore) Endurecimiento inicial del cemento
2) Agregados finos: Debe consistir en arena natural o manufacturada, compuesta de partículas duras y durables, de acuerdo acuerdo a AASHTO AASHTO M 6, clase B. 3) Agregados gruesos: Deben consistir en gravas o piedras trituradas, trituradas parcialmente o sin triturar, procesadas adecuadamente para formar un agregado clasificado, de acuerdo con AASHTO M 80. 4) Agua: El agua para mezclado y curado del concreto o lavado de agregados debe ser preferentemente potable, limpia y libre de cantidades perjudiciales de aceite, ácidos, álcalis, azúcar, sales como cloruros o sulfatos, material orgánico y otras sustancias que puedan ser nocivas al concreto o al acero. El agua de mar o salóbregas y de pantanos, no deben usarse para concreto hidráulico. El agua proveniente de abastecimientos o sistemas de distribución de agua potable, puede usarse sin ensayos previos. En donde el lugar de abastecimiento sea poco profundo, la toma debe hacerse de forma que excluya sedimentos, toda hierba y otras materias perjudiciales. b) Aditivo El uso de aditivos para concreto, concreto, tiene por objeto mantener y mejorar esencialmente la composición y rendimiento del concreto de la mezcla básica.
Volante: Se ha usado ceniza b.1) Ceniza Volante: ceniza volante volante para mezclas del del sistema de pavimentos de concreto de apertura rápida, pero generalmente como un aditivo y no como sustituto del cemento Pórtland y debe cumplir con lo estipulado en AASHTO M295. Químicos: Son aquellos que sin cambiar las características naturales del b.2) Aditivos Químicos: concreto hidráulico para pavimentos, ayudan en los diferentes procesos de construcción, siendo estos: estos: inclusores de aire según AASHTO AASHTO M-159, reductores de agua según AASHTO M-194, acelerantes y descelerantes descelerantes de fraguado fraguado según AASHTO AASHTO M-194. Además, se debe indicar indicar su clase de resistencia resistencia en MPa o en 2 lbs/pulg, según sea sea el caso, 21, 28, 35 y 42 MPa (3000, 4000, 5000 y 6000 lb/pulg²), que corresponde a una resistencia mínima a 28 días. Cuando no se especifique el cemento a usar, éstos deberán tener una clase de resistencia de 28 MPa (4000 lb/pulg²) o mayor. REQUERIMIENTOS MÍNIMOS PARA PAVIMENTOS HIDRÁULICOS. • • • • • • • • • •
Requisitos de los Materiales. Dosificación. Equipamiento Necesario. Procedimiento Constructivo. Juntas de Hormigonado. Sellos de Juntas. Curado y Protección del Pavimento de Hormigón. Controles y Ensayos. Recomendaciones. Prevención y Corrección de Defectos.
REQUISITOS DE LOS MATERIALES DOSIS MÍNIMA DE CEMENTO • •
Grado corriente 320 kg / mt3 · Grado alta resistencia 280 kg / mt3
AGUA DE AMASADO. El agua de masado deberá ser limpia, exenta de sustancias perjudiciales y satisfacer los requisitos del Laboratorio Nacional de Vialidad nº 101 ( L.N.V., Chile ). ). Límites mínimos tolerables de sustancias en el agua: • • • • •
Turbidez: 1000 partes por millón. · Materiales orgánicos: 0,05 gramos por litro. Acidez 6 a 8. Cloruros 2 kg/m3. Sulfatos 1 k/m3.
ARIDO GRUESO. Comúnmente llamado grava, ripio o chancado.
Características: • •
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El tamaño máximo absoluto será de 40 0 50 mm. Desgaste según procedimiento de Los Ángeles, máximo 35 % según método L.N.V. 75. Porcentaje que pasa por el tamiz ASTM Nº 200, máximo 0.5 % en peso, según L.N.V. 70. Porcentaje de partículas chancadas, mínimo 50 % en peso, según método L.N.V. 3.
Si este tamaño máximo aumenta, se puede disminuir la razón agua- cemento, reduciéndose el consumo de cemento. Sin embargo este tamaño máximo tiene un límite, en los pavimentos este límite tienen relación con el espesor de la losa. ARIDO FINO. • •
Composición granulométrica según tabla nº 2 de la especificación L.N.V. 70. Porcentaje que pasa por el tamiz ASTM Nº 200, será máximo 2 % en peso según L.N.V. nº 70.
Para el agregado fino, es importante determinar su módulo de fineza, que se obtiene del análisis granulométrico. Este nos permite clasificar las arenas, para su uso en las mezclas, en gruesas, finas y semi-finas. ADITIVOS. Son sustancias que se emplean en pequeña cantidad, para modificar alguna de las propiedades del hormigón cuando esta fresco, o para proporcionar alguna condición especial después de endurecido. Las propiedades que un aditivo puede modificar, mejorando las características del hormigón fresco, son: • •
•
Trabajabilidad (docilidad): Mediante aditivos Plastificantes. Fraguado y Resistencia: Mediante aditivos Aceleradores o Retardadores; los aceleradores son apropiados para tiempo frío y en reparaciones; los retardadores en transporte, bombeo e inyección de mortero. Retracción de fraguado: Mediante aditivos expansores
Las propiedades que un aditivo proporciona después de endurecido el hormigón, son: • •
Impermeabilidad: Mediante aditivos Hidrófugos Durabilidad: Mediante aditivos dispersores, que tienen por objeto dispersar las partículas de cemento que por lo general se encuentran aglomerados localmente, produciendo una masa más homogénea y de mayor durabilidad.
DOSIFICACIÓN. La dosificación del hormigón consistirá en combinar en proporciones definidas, los diferentes componentes, de modo de obtener un hormigón que cumpla con la resistencia, docilidad, durabilidad y restantes exigencias requeridas en el proyecto.
En todo caso, cualquier estudio de dosificación estará respaldado por ensayes que acrediten una resistencia característica a la flexotracción mínima de 4.6 MPA a los 90 días, u otra que especifique el proyecto, considerando una fracción defectuosa del 20 %. Requerimientos básicos. 1. Cantidad mínima de cemento: 340 340 Kgs. de de cemento por por metro cúbico. cúbico. 2. Asentamiento: Según Según INN Nch 1019 c72 entre 2 y 5 cms. 3. Resistencia: Nominal Nominal cúbica de 360 kgs./cm2 a los 90 días. DOSIFICACIÓN PRÁCTICA. • • • •
Cemento de grado alta resistencia: 42.5 kilos. Grava o ripio: 85 litros. Arena húmeda: 40 litros. Agua aproximada: 15 litros.
Esta es una dosificación recomendada por Hormigones Premix, con un rendimiento de 111 litros. En todo caso, se recomienda su uso para obras de pequeña envergadura, requiriéndose un estudio más acabado en obras mayores. EQUIPOS PARA LA COLOCACIÓN Y COMPACTACIÓN DEL HORMIGÓN. Moldes metálicos: metálicos: Deben ser rectos, sin torceduras con resistencia lateral para soportar la presión del hormigón sin flexionarse y de altura igual al espesor del pavimento.
VIBRADORES EXTERNOS O DE SUPERFICIE Cercha vibradora: vibradora: es una viga sencilla o doble, de largo suficiente para cubrir el ancho de la losa. Pueden estar provistas de excéntricas o de vibradores de encofrado de manera que la regla a medida que se desliza sobre la arista de los moldes o sobre rieles especiales transmita las vibraciones al hormigón.
Vibrador de bandeja: bandeja: consiste en una bandeja horizontal (o serie de bandejas) que se extiende a todo el ancho de la losa, descansando completamente en ella sin tocar los moldes, se debe montar en un marco horizontal capaz de elevarlo fuera del contacto con el pavimento. Se emplea exclusivamente para compactar. Alisadora de rodillos: rodillos: enrasa la superficie al tiempo que consolida el hormigón debido a su acción de golpe y vibración. En general se efectúan dos pasadas, la 1ª para compactar (alta frecuencia) y la 2ª para dar el acabado (baja frecuencia). La docilidad del hormigón debe ser mayor a 5 cm. Vibradores internos: internos: se emplean como complemento de los equipos de superficie y en particular de las cerchas vibradoras. Los equipos de alto rendimiento están provistos de 5 a 6 vibradores de inmersión montados en un marco, el cual debe tener movimiento vertical para poder sacar o introducir los vibradores. Los trenes pavimentadores constan de un esparcidor de hormigón de gusano (sinfín) o paleta, que mantiene una alimentación en un espesor uniforme en todo el ancho de la faja. Lo sigue una batería de vibradores de inmersión los cuales producen la compactación en toda la masa a medida que la máquina avanza, seguido de una placa vibratoria que alisa la superficie. HERRAMIENTAS PARA EL ACABADO SUPERFICIAL. Platachos: están constituidos por una base de madera o metal de gran superficie provistos de un mango largo articulado.Cepillos, arpillera: para obtener la textura superficial rugosa, se utilizan cepillos anchos de cerda o nylon provistos de mangos o arpillera que se desliza transversal tr ansversal o longitudinalmente sobre la superficie.
PROCEDIMIENTO CONSTRUCTIVO. Sobre la base compactada, la que deberá estar limpia y cuyas especificaciones están dadas, se recomienda aplicar una membrana asfáltica del tipo MC-30 o similar, con el objetivo de crear un puente de adherencia entre la base y el hormigón fresco. Además, sirve para minimizar problemas de alabeo de losas y evitar la pérdida de agua de amasado. Deberán verificarse los requisitos topográficos, ya sea de la base, como así mismo del trazado, pendientes y peraltes. Se recomienda un cono de trabajo de entre 2 y 5 cms, para el caso de un hormigón vibrado, y entre 5 y 8, en el caso de hormigón apisonado. Por otra parte, no se colocará hormigón con temperaturas superiores a 35 º C, ni con temperaturas inferiores a 5ºC. En caso contrario, deberán tomarse las precauciones necesarias.
JUNTAS EN PAVIMENTOS RIGIDOS DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE JUNTAS El diseño de juntas en los pavimentos de concreto es el responsable del control del agrietamiento, así como de mantener la capacidad estructural del pavimento y su calidad de servicio en los más altos niveles al menor costo anual. Además las juntas tienen funciones más específicas, como lo l o son: • El control del agrietamiento transversal y longitudinal provocado por las restricciones de contracción combinándose con los efectos de pandeo ó alabeo de las losas, así como las cargas del tráfico. • Dividir el pavimento en incrementos prácticos para la construcción (por ejemplo los carriles de circulación) • Absolver los esfuerzos provocados por los movimientos de las losas. • Proveer una adecuada transferencia de carga. • Darle forma al depósito para el sellado de la junta. Una construcción adecuada y a tiempo, así como un diseño apropiado de las juntas incluyendo un efectivo sellado, son elementos claves para el buen comportamiento del sistema de juntas. CONSIDERACIONES PARA EL DISEÑO DE JUNTAS. Como ya se mencionó en los párrafos anteriores la necesidad del sistema de juntas es el resultado del deseo de controlar el agrietamiento transversal y longitudinal. Este agrietamiento se presenta por la combinación de varios efectos, entre los que podemos mencionar la contracción por secado del concreto, los cambios de humedad y de temperatura, la aplicación de las cargas del tráfico, las restricciones de la subrasante ó terreno de apoyo y también por ciertas características de los materiales empleados. En orden para diseñar un adecuado sistema de juntas se recomienda evaluar las siguientes recomendaciones r ecomendaciones:: • Consideraciones Ambientales: Los cambios en la temperatura y en la humedad inducen movimientos de la losa, resultando en concentraciones de esfuerzos y en alabeos. • Espesor de losa: El espesor del pavimento afecta los esfuerzos de alabeo y las deflexiones para la transferencia de carga. • Transferencia de carga: La transferencia de carga es necesaria a lo largo de cualquier junta del pavimento, sin embargo la l a cantidad requerida de transferencia de carga varía para cada tipo de junta. Cuando se empleen barras de amarre ó pasajuntas, el tipo y el tamaño de las barras influyen en el diseño de juntas.
• Tráfico. El tráfico es un factor extremadamente importante para el diseño de juntas. Su clasificación, canalización y la predominancia de cargas en el borde influyen en los requerimientos de transferencia de carga para el comportamiento a largo plazo. • Características del concreto: Los componentes de los materiales afectan la resistencia del concreto y los requerimientos de juntas. Los materiales seleccionados para el concreto determinan las contracciones de la losa, por ejemplo del agregado grueso influye en el coeficiente térmico del concreto, en adición a esto los agregados finos tienen una influencia perjudicial en el comportamiento de las juntas. En muchas ocasiones el despostillamiento es resultado de concentraciones de materiales malos a lo largo de las juntas. • Tipo de subrasante ó terreno de apoyo: Los valores de soporte y las características friccionantes en la interfase del pavimento con el terreno de apoyo para diferentes tipos de suelos afectan los movimientos y el soporte de las losas. • Características del sellador: El espaciamiento de las juntas influye en la selección del tipo de sellador. Otras consideraciones, tales como adecuados factores de forma y costos ciclos de vida también afecta la selección del sellador. • Apoyo lateral: El tipo de acotamiento (de concreto y amarrado, de asfalto, de material granular) afecta el soporte de la orilla del pavimento y la habilidad de las juntas centrales para realizar la transferencia de carga. • Experiencia pasada: Los datos locales del comportamiento de los pavimentos son una excelente fuente para establecer un diseño de juntas, sin embargo las mejoras a los diseños del pasado con la tecnología actual puede mejorar significativamente su comportamiento. Agrietamiento. Un adecuado sistema de juntas esta basado en controlar el agrietamiento que ocurre de manera natural en el pavimento de concreto y las juntas son colocadas en el pavimento precisamente para controlar su ubicación y su geometría. Contracción. La mayor parte de la contracción anticipada del concreto ocurre a muy temprana edad en la vida del pavimento provocado principalmente por cambios de temperatura. El calor de hidratación y temperatura del pavimento normalmente alcanza su valor máximo muy poco tiempo después de su colocación y una vez alcanzado su valor máximo, la temperatura del concreto baja debido a la reducción de la actividad de hidratación y también debido al efecto de la baja temperatura ambiente durante la primer noche del pavimento. Otro factor que contribuye a la contracción inicial es la reducción de volumen a causa de la pérdida de agua en la mezcla. El concreto para aplicaciones de caminos requiere de mayor cantidad de agua de mezcla que la requerida para hidratar el cemento, esta agua extra ayuda a conseguir una adecuada trabajabilidad para la colocación y para las trabajos de terminado, sin embargo durante la consolidación y el fraguado la mayor parte del agua en exceso sangra a la superficie y se evapora provocando que con la perdida de agua el concreto ocupe menos volumen.
La fricción de la subrasante ó terreno de apoyo se resiste a la contracción del pavimento por lo que se presentan en el interior del pavimento algunos esfuerzos de tensión, los cuales de no ser considerados pueden provocar grietas transversales como las mostradas en la figura 4.2-1.
Figura 4.2-1 Agrietamiento inicial en un pavimento de concreto sin juntas.
El espaciamiento de las grietas iniciales del pavimento varían entre 1.20 y 5.00 metros y dependen de las propiedades del concreto, espesor, fricción de la base y de las condiciones climáticas durante y después de la colocación. Los intervalos de las grietas son más cortos cuando los pavimentos se apoyan en bases rígidas ó estabilizadas por lo que hay menor abertura en cada grieta, mientras que la separación de las grietas será mucho mayor para pavimentos sobre bases granulares, por lo que al tener una separación mayor en las grietas iniciales se puede anticipar una mayor abertura y movimiento para cada grieta. Gradientes Los esfuerzos provocados por gradientes de temperatura y de humedad en el interior del pavimento también pueden contribuir al agrietamiento, la diferencia es que estos esfuerzos ocurren generalmente después de fraguado el concreto. La cara superior del pavimento (expuesta a la superficie) experimenta diariamente grandes variaciones en temperatura y en contenido de humedad, y estos cambios diarios son mucho menores en el fondo ó cerca del fondo del pavimento. El alabeo de las losas es principalmente el resultado del gradiente de temperatura a través de la profundidad de la estructura del pavimento. Estos gradientes de temperatura varían con las condiciones del clima y la hora del día, por ejemplo, el alabeo de las losas en el día se presenta cuando la porción superior se encuentra a una temperatura superior que la porción del fondo, la porción superior de la losa se expande más que en el fondo provocando una tendencia a pandearse. El peso propio de la losa opone resistencia al pandeo e induce esfuerzos de tensión en dirección al fondo de la losa y esfuerzos de compresión hacia la parte superior de la losa (figura 2). De noche el patrón de esfuerzos se presenta de manera inversa, es decir que se presentan esfuerzos de tensión hacia la parte superior de la losa y esfuerzos de compresión hacia el fondo del pavimento. El alabeo por humedad es un factor que intenta contrarrestar el alabeo por gradientes de temperatura de día. Este pandeo por humedad es provocado por un diferencial de humedad desde la parte superior hasta el fondo de la losa. La parte superior se encuentra más seca que el fondo de la losa y un decremento en el contenido de humedad provoca una contracción, mientras que un incremento provoca una expansión. El diferencial tiende a presentar esfuerzos de compresión en la base de la losa donde contrarresta a la carga y a los esfuerzos de tensión inducidos por el alabeo de día.
TENSION Peso Propio de la Losa
COMPRESION Peso Propio de la Losa
Figura 4.2-2 Alabeo de las losas de los pavimentos de concreto.
Sin embargo es sumamente complicado evaluar el efecto combinado de los alabeos por temperatura y los provocados por gradientes de humedad debido a su natural contradicción. Es principalmente por esto que los esfuerzos de alabeo calculados con formulas que únicamente consideran gradientes de temperatura son muy altos comparados con valores medidos en el comportamiento de un pavimento. La combinación de las restricciones que provocan los cambios de humedad y de temperatura en combinación con las cargas también provocarán grietas transversales adicionales a las grietas iniciales y en pavimentos con dos carriles de circulación además se formará una grieta longitudinal a lo largo de la línea lí nea central del pavimento. La figura 4.2.3a muestra el resultado de un padrón natural de agrietamiento, mientras que un adecuado sistema de juntas (figura 4.2.3b) provee una serie de juntas espaciadas para controlar (ubicación y geometría) la formación de estas grietas.
Figura 4.2-3 (a) Patrón de agrietamiento provocado por el medio ambiente y los esfuerzos de las cargas en un pavimento de concreto sin juntas (b) Diseño adecuado de las juntas para controlar la ubicación y geometría de las grietas en un pavimento de concreto.
Espaciamiento. En los pavimentos de concreto, la junta es diseñada para formar un plano de debilidad para controlar la formación de grietas transversales y la separación de las juntas se diseña para que no se formen grietas transversales intermedias ó aleatorias. Lo más recomendable es que el espaciamiento se base en las experiencias locales ya que un
cambio en el tipo de agregado grueso puede tener un efecto significativo en el coeficiente térmico del concreto y por consecuencia en el espaciamiento adecuado para las juntas. La modulación de losas va a estar regida por la separación de las juntas transversales que a su vez depende del espesor del pavimento. Eficiencia De La Junta. La transferencia de carga es la habilidad de la junta de transferir una parte de la carga aplicada de uno al otro lado de la junta (figura 4) y se mide por lo que llamamos como “eficiencia de la junta”. Una junta es 100 % efectiva si logra transferir la mitad de la carga aplicada al otro lado de la junta, mientras que un 0% de efectividad significa que ninguna parte de la carga es transferida a través de la junta.
TIPOS DE JUNTAS Juntas De Hormigonado 1. Juntas Transversales: • • •
De Contracción. De Construcción. De Expansión.
2. Juntas Longitudinales: • •
De Construcción. De Contracción.
Junta Transversal De Contracción. - Su objetivo es inducir en forma ordenada las grietas que se producen a causa de la retracción del hormigón.
- Se recomienda construir a una distancia de 4,5 m entre sí, salvo indicaciones al contrario, debiendo ser perpendiculares o esviadas al eje del camino. - Salvo que las especificaciones del proyecto indiquen lo contrario, en este tipo de juntas, no se consultan dispositivos dispositivos de transferencia de cargas. - En el caso de pavimentos nuevos contiguos a otros ya existentes, la posición de la nueva junta deberá coincidir con la existente.
Juntas De Contracción En El Hormigón Fresco. - Se construye insertando por vibración una pletina en el hormigón fresco. - El espesor de la pletina es de 4 a 6 mm. Introducida a una altura de 1/3 del espesor del pavimento. Una vez retirada la pletina vibradora se introducirá una tablilla no absorbente, generalmente del tipo fibro-cemento o de otro material que no reaccione con el hormigón. Juntas De Contracción En El Hormigón Endurecido. Se construye aserrando la superficie del pavimento con un ancho y profundidad indicada por los planos. Se recomienda un espesor de 5 a 8mm y una profundidad igual a 1/3 del espesor del pavimento. - Se iniciará tan pronto como lo permita el endurecimiento del hormigón. - Si antes de cortar, se produjeran grietas transversales incontroladas, no se aserrarán las juntas que queden a una distancia menor de 2 metros.
Aserrado de una junta de contracción en un hormigón endurecido.
Juntas Transversales De Construcción
Deberán ser construidas cuando hay interrupciones de más de 30 minutos. - En este tipo de juntas, deben utilizarse dispositivos de transferencia de carga, los cuales serán de acero A-44-28-H (según norma chilena), lisas. Con un largo de 460 mm y ubicadas cada 300 mm.
Juntas Transversales De Expansion. - Se usan solamente en determinados casos: empalmes con pavimentos existentes, empalmes con puentes o losas, o en los contornos de cámaras o sumideros. - Se usan barras de transmisión de cargas de acero A44-28H sin resalte, con un extremo recubierto con betún asfáltico o envainado en PVC. - La barra de acero deberá estar empotrado en el otro extremo del pavimento, permitiendo su movimiento en completa libertad.
Junta Longitudinal De Construcción Son aquellas paralelas al eje del camino, a una distancia entre ellas de 3.5 metros, salvo indicaciones del proyecto que indiquen otra distancia. - Se deberán usar barras de traspaso de cargas ubicadas en el centro del espesor de la losa, dispuestas en posición horizontal. Estas barras serán de acero de calidad (según norma chilena) A-44-28-H con resaltes, de un largo de 650 mm. y de diámetro 12 mm. - La separación de estas barras será de 650 mm. Estas indicaciones se tomarán en cuenta si el proyecto no indica otra cosa.
Junta Longitudinal De Contracción. - Usadas en fajas de pavimento con más de 5 metros de ancho sin juntura longitudinal de construcción. - Se emplean barras de trabazón de acero con resalte. - La junta se formará por aserrado con un ancho de 3 a 4 mm y profundidad de 1/3 del espesor del pavimento. - También puede fabricarse mediante una cinta continua de plástico u otro material que no afecte químicamente el hormigón, a una profundidad mínima de 50mm. Sellos De Juntas. Cuando se especifique el sellado de juntas, éste se hará antes de la entrega al tránsito, usando el material especificado en el Proyecto. Previa a la colocación del sello, la junta debe estar perfectamente limpia y seca. Deberán respetarse las indicaciones del Proyectista o del Proveedor en cuanto a su forma y tamaño de la junta y condiciones de colocación según el tipo de material. El material de sellado sólo debe colocarse dentro de la caja de la junta y no sobresalir de la superficie. Todo material de sellos de juntas de pavimento de hormigón, debe cumplir con las siguientes características: Todo material de sellos de juntas de pavimento de hormigón, debe cumplir con las siguientes características: • •
Impermeabilidad. Deformabilidad.
• • • • •
Resiliencia. Adherencia. Resistencia. Estable. Durable.
Cuando sea necesario sellar las juntas se aplicará un mastic asfáltico de aplicación en caliente, que cumpla con los requisitos de AASHTO M-173 u otro que se especifique; no se recomienda el empleo de arena o material similar sobre el sello. El sellado se hará antes de la entrega al tránsito y previa limpieza de la junta con herramientas adecuadas y aire comprimido; el momento de aplicar el material de sello, la junta debe estar seca. Después del sellado se deberán eliminar los eventuales derrames sobre la superficie.
MANTENIMIENTO DE PAVIMENTOS Conjunto de tareas de limpieza, reemplazo y reparación que se realizan de manera regular y ordenada en una carretera, para asegurar su buen funcionamiento y la prolongación de su vida de servicio, al máximo compatible con las previsiones de diseño y construcción de la obra. Consideraciones Generales Los pavimentos de concreto se proyectan, diseñan y construyen para prestar servicio, en condiciones adecuadas, un determinado número de años a los cuales se conoce como vida útil de la obra. Ellos pueden quedar parcial o totalmente fuera de servicio si se presentan solicitaciones destructivas y no son tratadas oportunamente. Entre las solicitaciones que pueden contribuir a la destrucción de los pavimentos de concreto se encuentran aquellas debidas al tránsito; a las condiciones del medio ambiente; a un inadecuado comportamiento de las juntas o a fallas en la subrasante. El tránsito puede causar daños superficiales o estructurales. El medio ambiente, especialmente las condiciones de humedad y temperatura, puede producir expansión y contracción no previstas en el diseño del pavimento, con el consiguiente agrietamiento o rotura del concreto. El agua del manto freático, o de las precipitaciones pluviales, puede provocar zonas de bajo soporte, expulsión del material de subrasante y la consiguiente rotura del concreto. Únicamente la evaluación y mantenimiento periódico pueden garantizar un servicio adecuado y permanente del pavimento urbano de concreto. La evaluación determina los daños existentes en el pavimento, así como las causas de origen. El mantenimiento oportuno permite que el pavimento mantenga las condiciones de servicio considerados en el diseño. Evaluación Sistemática De Los Pavimentos
La evaluación sistemática de un pavimento puede ser definida como la observación periódica del mismo a fin de ubicar desarreglos en su estructura. La información recogida, adecuadamente procesada, permitirá conocer las causas y magnitud de las fallas y elegir los procedimientos más adecuados de mantenimiento y/o rehabilitación. La evaluación de un pavimento puede ser efectuada por métodos visuales o instrumentales. La responsabilidad de la evaluación de los pavimentos urbanos de concreto corresponde a los municipios, quienes deben mantenerlos en condiciones de satisfacer las necesidades del tránsito con seguridad y comodidad. En la evaluación se tendrán en consideración los siguientes aspectos: a) Debe ser sistemática y permanente, a fin de detectar los daños tan pronto como se presentan y tomar de inmediato las l as medidas correctivas más adecuadas. b) No debe asumir determinadas condiciones o propiedades de los materiales, dado que ello puede impedir que se obtengan los resultados deseados. c) Debe distinguir entre los daños que influyen en la calidad del tránsito y aquellos que se refieren al deterioro y reducción en la capacidad de carga del pavimento. d) El evaluador debe ser un profesional idóneo, con preparación para distinguir entre los diferentes tipos de fallas y las causas de las mismas. e) La inspección visual es el procedimiento más recomendado en la evaluación de los pavimentos de concreto. Ella permite identificar de manera segura y económica los diferentes tipos de daños y sus causas, posibilitar las prioridades en el mantenimiento, y reducir los costos de futuras rehabilitaciones. Fallas De Regularidad Y Superficie Se consideran como fallas de regularidad aquellas que corresponden a defectos de forma, originados generalmente por diversas causas durante la construcción y a las que afectan la textura, en nuestro caso con extensión apreciable. Algunos Tipos De Fallas 1.1.- Asentamientos (S-A) Desviación longitudinal de las superficies del pavimento con relación a su perfil original. Se le considera cuando la deformación es mayor de 25 mm y compromete una longitud mayor de un paño. 1.1. 1. Causas posibles
a) Mala compactación y/o falta de soporte de la subrasante b) Asentamiento diferencial de la subrasante.
c) Cambio volumétrico de la subrasante por modificación de su estado de humedad. d) Eventualmente densificación de rellenos. 1.1.2. Tabla de severidad Apariencia 1. Ligera
Cuando la deformación porcentual de la deflexión a la mitad de la longitud de onda es menor que 1.5%.
2. Moderada
Cuando la deformación porcentual de la deflexión a la mitad de la longitud de onda es entre 1.5 a 2.5%.
3. Grave
Cuando la deformación porcentual de la Deflexión a la mitad de la longitud de onda es mayor que 2.5%.
1.1.3. Extensión
% de la longitud de vía del tramo afectado
1. Menor
Menos del 25%
2. Intermedia
De 25% a 50%
3. Mayor
Más del 50%
1.1.4. Denominación típica S-A.-l.1 Asentamiento leve que afecta menos del 20% del tramo t ramo considerado. 1.2.- Baches (S-Ba) Hoyos en la superficie del pavimento; en este caso sin relación con otras fallas. 1.2.1. Causas posibles a) Deficiente control de calidad de los materiales. b) Técnica inadecuada en la construcción del pavimento. c) Mala ejecución de la reparación de roturas del pavimento ocasionadas por servicios públicos. 1.2.2. Tabla de severidad Apariencia 1. Ligera
Hoyo pequeño, que aparenta como sí se hubieran extraído un puñado de agregados gruesos al desintegrarse el mortero.
2. Moderado
Hoyo más grande y profundo, que el anterior.
3. Grave
Hoyos de más de 15 cm. de ancho y 10 cm. de profundidad.
1.2.3. Extensión
% de la longitud de vía del tramo afectado
1. Menor
Menos del 25%.
2. Intermedia
Entre el 25 y 50%.
3. Mayor
Más del 50%
1.2.4. Denominación típica S-Ba-1. 1. Baches de carácter leve, que cubren menos del 25% del tramo. 1.3. Bombeo (S-Bo) Expulsión o bombeo de agua, o agua con finos, a través de juntas permeables o deterioradas, y eventualmente por grietas formadas en el pavimento. 1.3.1. Causas posibles a) Presencia de aguas superficiales que penetran bajo la losa, material de apoyo susceptible de erosionarse y tráfico frecuente de vehículos pesados. 1.3.2. Tabla de severidad Apariencia 1. Ligera
Expulsión del agua, sin finos, a través de las juntas, por acción del tráfico de vehículos vehículos pesados.
2. Moderado
Escasa expulsión de agua con material fino, a través de juntas o fisuras, qué puede ser observada en la superficie del pavimento
3. Grave
Presencia importante de material bombeado en la superficie del pavimento, a través de juntas o grietas.
1.3.3. Extensión Observación en el tramo 1. Menor 2. Intermedia 3. Mayor
Menos del 25% de las juntas y grietas son afectadas. Menos del 50% de las juntas o grietas son afectadas. Más del 50% de las juntas o grietas resultan afectadas.
1.3.4. Denominación típica S-Bo-1.3 Expulsión de agua en una junta bajo tráfico. 1.4. Escalonamiento de las losas (S-E) Desplazamiento vertical diferencial de losas adyacentes, en juntas o grietas. 1.4.1. Causas posibles a) Falta de capacidad de soporte de la subrasante. b) Deformación de la subrasante por cambios de humedad 1.4.2. Tabla de severidad Apariencia 1. Ligera
De 3 mm a 6 mm
2. Moderado
De 6 mm a 13 mm
3. Grave
Más de 13 mm
1.4.3. Extensión Observación en el tramo 1. Menor
Se constata una o dos fallas en una área determinada.
2. Intermedia
Se constata dos a cuatro fallas continuas
3. Mayor
Se constata más de cuatro fallas contiguas
1.4.4. Denominación típica SE-1.3 Escalonamiento leve que ocurre en más de cuatro juntas contiguas.
REHABILITACIÓN DE PAVIMENTOS EXISTENTES Es el proceso por medio del cual la estructura de pavimento, es restaurada a su condición original de soporte. soporte. Se obtiene de la recuperación recuperación con o sin estabilización, estabilización, del pavimento existente en combinación con material de aporte si es necesario. En este proceso, los materiales provenientes de los pavimentos existentes, formarán parte de la nueva estructura. Pavimentos flexibles La rehabilitación de pavimentos flexibles se efectúa por medio de los procedimientos siguientes: Escarificación, reconformación, reconformación, compactación e imprimación Este trabajo debe ser ejecutado en aquellos tramos en que el estado de deterioro del pavimento existente, sea tal que impida la reparación aislada de las áreas afectadas y consistirá en la escarificación, desintegración, humedecimiento, mezclado, reconformado, compactado y afinado del material constitutivo de la carpeta asfáltica o del tratamiento asfáltico del pavimento original de la carretera; el trabajo descrito, debe hacerse de modo tal, que la capa escarificada llegue a mezclarse con el material de base presente en la estructura de pavimento y/o con el material de base que pudiera agregarse con fines de reforzar la estructura. Esta mezcla se usará como como nueva capa capa de base. Como el pavimento existente se debe escarificar y pulverizar, el material obtenido en estas operaciones, debe reducirse a un tamaño máximo de 1½ pulgadas, el cual será incorporado nuevamente a la estructura. El material asfáltico y de base escarificados, pulverizados, mezclados y conformados, se compactarán al 100% de la densidad seca máxima correspondiente al ensayo AASHTO T-180 (Próctor Modificado.) La humedad de compactación compactación no debe variar en ±2% de la respectiva respectiva humedad óptima. Este trabajo es necesario realizarlo básicamente cuando el estado superficial de la carretera presente un fuerte deterioro (grietas, ahuellamiento, pérdida de finos, desprendimiento de la capa de rodadura, etc.) que incluya baches en la base, sin que exista falla estructural; esto quiere decir, que el IRI tendrá t endrá un valor de 4 ó más y el índice de serviciabilidad es menor de 2.5. Se incluye en la escarificación, homogenización, reconformación y compactación el material existente de base, con el objeto de que esa parte se integre a la nueva estructura de pavimento y la carretera nuevamente cumpla su función de dar confort al usuario. En algunos casos es necesario aportar material adicional de base, con el objeto de reponer el que se haya perdido por el deterioro ó con el fin específico de incrementar la capacidad soporte de la estructura, por el hecho de haberse incrementado sustancialmente el tránsito.
Esto permitirá también que al colocar la nueva capa de rodadura no hay reflejo de grietas. Reciclaje y recuperación Este trabajo consiste en pulverizar la superficie bituminosa del lugar o solo la base granular o las dos capas en conjunto, conjunto, llegando a la profundidad que que incluyan dichos dichos espesores, luego inyectando y mezclando ligante y/o agua, con el material pulverizado, para después homogenizarlo, conformarlo y compactarlo; esta mezcla se usará como capa de base de la estructura, aportándole material de base si fuera necesario. Al comenzar las operaciones de reciclaje y recuperación, el ligante debe ser aplicado al material pulverizado, en los porcentajes iniciales suministrados por el laboratorio, basados en muestras obtenidas antes de la construcción. Todo el material debe ser pulverizado hasta 100% pasa tamiz de 2”. La cantidad de aplicación del ligante será determinada conforme el diseño. Una tolerancia de +/- 0.5% del rango de aplicación designados, debe mantenerse siempre. El material reciclado y recuperado, debe ser compactado en el laboratorio, de acuerdo con AASHTO T-245. La frecuencia de la prueba prueba de densidad densidad debe ser de una una por cada cada 5,000 metros cuadrados. cuadrados. Se debe realizar la prueba prueba AASHTO T-245 para los cálculos del porcentaje relativo de compactación en cada densidad de campo tomada. Después que el material reciclado y recuperado ha sido compactado, se le debe aplicar un sello de emulsión a la superficie, en un rango de aproximadamente 0.11 a 0.45 lt/m² antes de abrir al tránsito; no debe debe permitirse transitar sobre sobre el material reciclado reciclado antes de 24 horas. a) Materiales El material de aporte deberá cumplir con las referencias de AASHTO T-93, T-180, T-96, T-146, T-176, T-89, T-11 y T-27. El ligante a usarse en el procedimiento de reciclaje y recuperación, debe ser una emulsión asfáltica que cumpla los requerimientos normales del tipo CSS-1 ó similar. La mezcla asfáltica reciclada y recuperada en frío, debe cumplir con la granulometría determinada por los ensayos de laboratorio del material existente en sitio con el de aporte. La emulsión para imprimación de la superficie reciclada y recuperada, debe ser emulsión asfáltica asfáltica CSS-1 o similar. La emulsión emulsión asfáltica CSS-1 debe cumplir la especificación AASHTO M- 208 y según los ensayos AASHTO T-59. Para realizar este reciclaje reciclaje y recuperación, recuperación, se debe dimensionar y graduar el material de aporte y combinarlo en forma homogénea con los productos estabilizadores y con el material reciclado y recuperado. El agua debe llenar los requisitos de la norma AASHTO T-26. Si la fuente es un sistema de abastecimiento de agua potable, puede ser utilizada sin necesidad de ensayo previo.
Este tipo de trabajo es necesario efectuarlo cuando el estado completo de la carretera presente un deterioro muy avanzado (grietas, ahuellamiento, pérdida de finos, desprendimiento de la capa de rodadura, deformaciones, hundimientos, etc.) que incluya baches severos en la base y que exista falla estructural; esto quiere decir, que el IRI tendrá un valor de 6 ó más y el índice de serviciabilidad es mucho menor de 2. Se incluye en el reciclaje y recuperación el material existente de base, con el objeto de que esa parte se integre a la nueva estructura de pavimento y la carretera nuevamente cumpla su función de dar confort al usuario. En estos casos es necesario aportar material de base, con el objeto de reponer el que se haya perdido por el deterioro ó con el fin de incrementar la capacidad soporte de la estructura, por el hecho de haberse incrementado el tránsito. El adicionarle productos estabilizadores, incrementar el espesor de la capa de base y dejarla como superficie para la colocación de una nueva capa de rodadura a la cual no se le reflejaran las grietas, y también no solo es objeto de mejorar el índice de serviciabilidad y el IRI de la carretera, sino alargar el período de diseño y el de la vida útil. Pavimentos Rígidos Recuperación Es la rehabilitación de un pavimento de concreto hidráulico existente, que ha sufrido diferentes tipos de fallas. Consiste en en el fresado fresado de la superficie con discos discos de diamante, la reparación de las áreas afectadas de la losa, la reparación de juntas, la reparación de grietas, el sellado inferior y estabilización de losas, la colocación de dovelas en las juntas, la remoción del pavimento y nivelación de losas, el fracturado y aplanado de las losas, antes de la colocación de una sobrecapa en el pavimento existente. Los adhesivos de resina epóxica epóxica que se utilicen, utilicen, deben cumplir con los requisitos de la norma AASHTO M 235. Los materiales de relleno y selladores para juntas deben ajustarse a las normas AASHTO y cumplir con lo especificado en la tabla 8-1: Tabla 8-1 Materiales más comunes para sellado de juntas Tipo de Sellador
Especificación
Selladores aplicados en caliente Asfalto polimérico Sellador polimérico Sellador elastomérico
AASHTO M-173 AASHTO M-301 AASHTO M-282
Sellos premoldeados Sellos de compresión
AASHTO M-220
Material de relleno Material de relleno premoldeado de fibra Material de relleno hule-espuma Material de relleno bituminoso
AASHTO M-213 AASHTO M-213 AASHTO M-33
De utilizar un ligante de polímero y agregado fino, debe ser en las proporciones recomendadas por el fabricante y debe tener una resistencia a la compresión mínima de 25 MPa (3,625 psi) en 4 horas. El cemento a utilizar debe debe tener, un color similar al del del concreto existente. Asimismo, los agregados deben deben tener una graduación, graduación, color y dureza similares a la de los los agregados existentes en el pavimento.. Procedimientos de ejecución Para la rehabilitación de pavimentos de concreto hidráulico, se describen en el Manual Centroamericano de Especificaciones para la Construcción de Carreteras y Puentes Regionales, SIECA, año 2,001. En pavimentos de concreto hidráulico, cuando el estado de deterioro de la superficie, losas, subbase ó de las juntas, presentan grietas, falta de sellador, escalonamiento, etc. y las condiciones de transitabilidad son molestas para el usuario, entonces se hace necesario efectuar una reparación para volverlo a su estado original. Como la demolición total de un pavimento de concreto es una operación de un valor muy alto, que equivale a la construcción de una nueva carretera y si la disponibilidad económica no es suficiente, entonces se hace necesario recuperar la estructura. Para comenzar, se cambiarían las losas colapsadas ó sea las que prácticamente sea imposible su reparación, operación que incluye el cambio ó reposición de dovelas, posteriormente se renovaría el sello de las juntas ó reponer las que ya no existan. Cuando las losas presentan ahuellamiento o escalonamiento, se deben fresar a la profundidad necesaria para eliminarlo. Cuando por efecto de la falta de sellador en las juntas haya penetrado agua bajo las losas y exista bombeo de finos y las mismas no presenten grietas ó fisuras de mayor importancia, es pertinente efectuar inyecciones de concreto para reponer la sustentación del soporte. En las losas que presenten grietas, sin existir hundimientos, es conveniente aserrarlas y colocarles sellador como una junta j unta normal. Si las condiciones del volumen de tránsito, son aceptables por el período de diseño de la carretera, una recuperación de esta naturaleza permitiría prolongar la vida útil de la misma, pero si la cantidad de vehículos se ha incrementado es recomendable colocar una capa adicional en la estructura.