Manual de Pavimentos de concreto

Transcripción

PAVIMENTOS DE CONCRETO CEMEX
Impulsando el Desarrollo de México
ARCO NORTE
Edo. de México - Hidalgo - Puebla - Tlaxcala
“Hasta hace algunos años en México sólo
se construían pavimentos con carpeta asfáltica
que significaban una vida útil corta y representaban
altos costos de mantenimiento.
En 1993, CEMEX introduce
en México los pavimentos de concreto hidráulico,
en su afán de brindar una mayor durabilidad
a la red carretera nacional.”
ÍNDICE
C A P í T U LO 1 . I N T RO D U CC I Ó N 17
1.1 Antecedentes y evolución de los pavimentos de concreto
1.2 Marco Referencial
C A P í T U LO 2 . D I S E Ñ O
2.1
2.2
2.3
2.4
2.5
2.6
Introducción a los métodos de diseño
Suelos
Tr á f i c o
Método de di seño A A SHTO
Método de la asociación del cemento Por tland (PCA)
Aspectos complementarios al diseño
C A P í T U LO 3 . P RO C ES O CO N ST RUCTIVO 3.1
3.2
3.3
3.4
79
Preliminares
Cimbra deslizante
Cimbra fija
Pav imentos de concreto estampado
C A P í T U LO 4 . D I S E Ñ O Y CO N ST RUCCIÓN DE JUNTAS 4.1
4.2
4.3
4.4
25
99
Consideraciones para el diseño de juntas
Especificaciones de materiales
Herramientas
Equipos
C A P í T U LO 5 . P RO D U C TO S Y S ERVICIOS DE CEMEX CONCRETOS 127
5.1 Servicios
5.2 Caminos rurales de pavimentación progresiva
5.3 Futuros de los métodos de diseño
B I B L I O G R AF Í A
137
AEROPISTA ISLA SOCORRO
Océano Pacífico
“Las crecientes necesidades de desarrollo,
la búsqueda de soluciones perdurables y la demanda de
contar más y mejores caminos han contribuido
para lograr que en la modernización y ampliación de
la red carretera de México se esté especificando
el uso de pavimentos del concreto hidráulico bajo
estándares internacionales de calidad.”
C A P í T U LO U N O
INTRODUCCIÓN
1 . 1 A N T E C E D E N T E S Y E V O L U C I Ó N D E L O S PAV I M E N T O S D E C O N C R E T O
1.2 MARCO REFERENCIAL
C A P í T U LO U N O
INTRODUCCIÓN
La extensión territorial de México cuenta
con una gran diversidad de climas, tipos
de suelos, zonas ambientales y etnias, su
heterogeneidad nos ha ido marcando
el camino del desarrollo y crecimiento,
de alguna manera esta diversidad ha
influido en la conformación de nuestra
infraestructura carretera.
En México tenemos aproximadamente
95,000 km de caminos pavimentados
cuyas condiciones de servicio no son las
óptimas, de hecho la mayoría de ellos esta
catalogado por las propias autoridades
como pavimentos en regulares y malas
tcondiciones. Una razón importante del
bajo nivel de servicio es debido a que estas
carreteras se proyectaron, diseñaron y
construyeron en su mayoría entre los años
de 1925 a 1970. La red estuvo proyectada
para soportar cargas vehiculares que varían
entre las 6 y 8 toneladas y en la actualidad
llega a tener camiones cargados los cuales
en algunos casos alcanzan a pesar hasta
60 toneladas. Además de no considerar el
aumento en los pesos de los vehículos, no
se consideró tampoco el crecimiento del
tránsito de camiones pesados en la red,
ya que se considero en el diseño el tráfico
diario que anteriormente se tenía y que
variaba entre los 500 y 1,000 vehículos, sin
embargo en la actualidad se tienen valores
significativamente mayores de hasta
15,000 vehículos. Antes del año de 1993 la especificación
y construcción de pavimentos de
concreto hidráulico en México fue
relativamente escasa. Se considera que
esto se debió principalmente a que
nuestro país es un importante productor
de petróleo y por consiguiente de asfalto
y como anteriormente existía un subsidio
importante en el precio del asfalto, los
pavimentos asfálticos en nuestro país
resultaban en costo muy inferiores a los del
concreto hidráulico. Adicionalmente existía
una gran desinformación y desconocimiento
sobre el diseño y construcción con nuevas
tecnologías de los pavimentos de concreto
hidráulico. Otro factor importante es que
cuando se diseñaron los caminos de México
para el tránsito que se pensaba tenían que
soportar, los pavimentos de asfalto parecían
ser una alternativa suficiente.
Ante la preocupación acerca del deterioro
de las carreteras en la red y considerando
los puntos anteriormente planteados
la Secretaría de Comunicaciones y
Transportes (SCT) se dio a la tarea
de buscar soluciones alternativas a
tal situación que pudieran soportar
adecuadamente las cargas y el volumen de
tráfico pesado buscando que los niveles
de servicio permanecieran en buen nivel
durante períodos mayores. Tales exigencias
orientaron a la SCT a la solución con
pavimentos de concreto hidráulico, que
representaban un costo razonable, con
una capacidad estructural adecuada tanto
para el volumen de tránsito como para la
intensidad del mismo y un período de vida
costeable de acuerdo a la magnitud de la
inversión.
b) TECNOLOGÍA
Para satisfacer la demanda de diseñar,
especificar y construir los pavimentos
de concreto hidráulico con las mejores
tecnologías a nivel mundial y con altos
estándares en sus especificaciones, tubo
que llevarse a cabo un programa de
capacitación intensivo y avanzado para los
técnicos e ingenieros especificadores, esto
se logró con el apoyo de la iniciativa privada
mexicana interesada en el desarrollo de la
infraestructura del país con base en este tipo
de pavimentos. Este tipo de capacitaciones
se ha seguido desarrollando tanto en
México como en el extranjero.
19
“Las crecientes necesidades
de desarrollo, la búsqueda de soluciones
perdurables y la demanda de contar
más y mejores caminos han contribuido
para lograr que en la modernización
y ampliación de la red carretera de
México se esté especificando el uso de
pavimentos del concreto hidráulico bajo
estándares internacionales de calidad.”
a) ANTECEDENTES
C A P Í T U LO 1 . I N T RO D U CC I Ó N
1.1
ANTECEDENTES
Y EVOLUCIÓN
DE LOS PAVIMENTOS
DE CONCRETO
20
Se realizó una revisión exhaustiva sobre
los tipos de maquinaria que estaban
disponibles en el mercado internacional
para realizar estas tareas, tanto plantas de
mezclado central para la elaboración del
concreto con la calidad y en las cantidades
necesarias para lograr altos rendimientos en
la pavimentación, así como pavimentadoras
de cimbra deslizante con las características
necesarias para lograr altos niveles de
servicio, seguridad y confort. Se analizaron
también las ventajas y desventajas de unas
marcas de equipos con respecto a otras, la
experiencia de las empresas dedicadas a la
fabricación de estos equipos, la facilidad
con la que dichas empresas podrían ofrecer
los servicios de capacitación, refacciones
y mantenimiento para dichos equipos,
e incluso la posibilidad de desarrollar
representantes locales de dichas empresas
para dar servicio en México. De igual
forma se trabajo en lo referente a equipos
para dar el texturizado final al pavimento
de concreto, las maquinas cortadoras
para conformar los tableros de losas, los
diferentes tipos de discos para estos cortes,
y algunos otros equipos de medición de las
características físicas de los pavimentos.
En el año de 1993 la SCT con el apoyo de
Cementos Mexicanos construyó la primera
carretera de concreto hidráulico con el
uso de especificaciones internacionales y
las nuevas tecnologías de pavimentación,
siguiendo estrictas normas de calidad tanto
en la producción como en el tendido del
concreto y contemplando una serie de
alternativas en las especificaciones que
permitirían establecer posteriormente
situaciones comparativas que permitirían
establecer adecuadamente las características
ideales en las especificaciones de los
pavimentos de concreto hidráulico. Así en
1993 el libramiento Ticumán ya era una
realidad en concreto hidráulico, con una
longitud de 8.5km.
Terminados los análisis anteriores se
importaron los equipos seleccionados a
nuestro país y se dio inicio propiamente al
desarrollo de este tipo de soluciones.
A pesar de la crisis económica que sufrió
el país, para el año de 1995 ya se estaban
realizando los trabajos de algunas carreteras
como: Yautepec - Jojutla, Atlapexco –
Tianguistengo, Jiutepec – Zapata y un tramo
de la Autopista Querétaro – San Luis Potosí.
A partir de este proyecto y con los resultados
programados que se fueron obteniendo del
mismo, se continuo con la especificación y
construcción de algunas otras carreteras de
concreto hidráulico en el país, de tal forma
que al final de 1994 ya se habían iniciado
los trabajos en los tramos de las Autopistas
Guadalajara – Tepic, Tuxpan – Tihuatlán y
Tihuatlán – Poza Rica, así como el primer
tramo de la Cárdenas – Agua Dulce.
Durante el año de 1996 se construyeron
también de concreto los tramos:
Entronque Aeropuerto de San Luis Potosí
– Entronque Libramiento de San Luis
Potosí, Libramiento de San Luis Potosí – El
Huizache y el tramo Aeropuerto de Ixtapa
– Zihuatanejo.
Figura 1.1.1
Pavimentadora de Cimbra Deslizante
c) EVOLUCIÓN
Ante la globalización se hicieron más
imperantes las necesidades de contar
con una infraestructura que permita el
desarrollo de la actividad económica y
social del país.
Para los años de 1997 y 1998 se
especificaron y construyeron los siguientes
tramos: Autopista Pirámides – Tulancingo,
un segundo tramo de Ixtapa – Aeropuerto,
el Libramiento Ruta Dos en Nuevo
Laredo, la Autopista Cancún – Tulum,
la Autopista Huizache – Matehuala,
tres tramos de la Autopista Querétaro
– Palmillas, el Libramiento Uman en el
estado de Yucatán, el Libramiento Rincón
de Romos en el estado de Aguascalientes,
Boulevard Aeropuerto La Paz y el tramo
de Chihuahua – Aldama. En este período
se realizó una ampliación a la aeropista del
aeropuerto de Mérida con la tecnología del
concreto hidráulico.
Para 1999 se estuvieron realizando ó por
iniciar los trabajos de construcción de los
tramos de: la Autopista Rosario – Escuinapa
en el estado de Sinaloa, Aeropuerto Vallarta
– Río Ameca en Jalisco, Río Ameca - Cruz
de Huanacaxtle en Nayarit, el segundo
tramo de la Cárdenas – Agua Dulce en
Tabasco, la carretera Yautepec – Oacalco,
el tramo Poxila – Límite de Estados
en Yucatán, Libramiento de Colima,
Chajul – Flor de Café en el estado de
Chiapas, Entronque Feliciano – Lázaro
Cárdenas Michoacán, Acceso al Puerto
Fronterizo Laredo puente Internacional III,
Matehuala – San Roberto y San Roberto
– Puerto México en el estado de Nuevo
León, el acceso al puerto de Altamira
(API), las laterales del Paseo Tollocán en
Toluca Estado de México, los tramos de
Huayacocotla y la Chinantla en Veracruz, el
Libramiento Nororiente de Querétaro, así
como la aeropista del aeropuerto de Kaua
en el estado de Yucatán.
Figura 1.1.2.
Autopista de Concreto Hidráulico
Como se ha descrito en la información
presentada anteriormente el crecimiento y
evolución de los pavimentos de concreto
hidráulico ha aumentado de una manera
que resulta muy favorable para el país, por las
ventajas que los mismos representan, esto
ha propiciado que la demanda de caminos
de excelente calidad haya ido en aumento.
En la siguiente gráfica se muestra el
comportamiento del consumo de concreto
hidráulico para la construcción de carreteras.
VOLUMEN DE CONCRETO EN CARRETERAS
muy económica. Esto normalmente se
puede visualizar al realizar una análisis
del costo ciclo de vida que puede ser
comparado con algunas otras alternativas
de pavimentación. El análisis del costo ciclo
de vida es una herramienta que nos ayuda
para soportar la toma de decisiones.
El mantenimiento que requieren los
pavimentos rígidos es mínimo, sin embargo
es muy importante que el mismo se
provea en tiempo y forma adecuados para
garantizar las propiedades del pavimento.
Figura 1.1.3.
Volumen de Concreto en Carreteras
d) VENTAJAS
Entre las principales ventajas de un
pavimento de concreto hidráulico
podemos enumerar las siguientes:
- Durabilidad
- Bajo Costo de Mantenimiento
- Seguridad
- Altos Indices de Servicio
- Mejor Distribución de Esfuerzos bajo las
Losas
1. Durabilidad
Una de las ventajas más significativas de
los pavimentos de concreto hidráulico es
la durabilidad del concreto, para lograr
esta durabilidad es importante considerar
además de la resistencia adecuada del
concreto ante las solicitaciones mecánicas
todos los agentes externos de exposición
a los que estará sujeto el pavimento para
elaborar la mezcla apropiada y definir
las recomendaciones para la colocación
del concreto hidráulico. Se deben de
realizar los proporcionamientos de mezcla
adecuados, con ciertas relaciones agua /
cemento, utilizando aditivos que permitan
una reducción de agua en la mezcla y que
den la trabajabilidad adecuada al concreto
aun con revenimientos bajos como los
utilizados en autopistas.
Otro aspecto importante para lograr
esta durabilidad tiene que ver con los
materiales que forman la estructura de
soporte, es importante conocer con detalle
las características de los mismos y sus
grados de compactación apoyados con los
estudios de mecánica de suelos de la ruta.
Es importante que el diseñador cuente con
la suficiente información para poder estimar
de forma precisa el volumen de tráfico y las
cargas vehiculares que estarán transitando
por el pavimento con el objeto de realizar
un diseño estructural adecuado para las
cubrir adecuadamente la durabilidad del
proyecto por efectos de fatiga.
2. Bajo Costo de Mantenimiento
Los pavimentos de concreto hidráulico
se han caracterizado por requerir de un
mínimo mantenimiento a lo largo de su
vida útil. Esto es sin duda una de las ventajas
mayores que ofrecen estas alternativas de
pavimentación. La significativa reducción
en los costos de mantenimiento de una vía
permite que el concreto sea una opción
Por el color claro del pavimento de concreto
hidráulico se tiene una mejor visibilidad en
caso de transitar de noche o en la oscuridad
de días nublados.
4. Altos Indices de Servicio
Los pavimentos de concreto hidráulico
permiten ser construidos con altos índices
de servicio, como se menciona en el
punto anterior se puede lograr un alto
grado de planicidad o un índice de perfil
muy bueno, adicionalmente siguiendo
las recomendaciones de construcción
adecuadas se puede proveer al pavimento
de una superficie altamente antiderrapante.
La utilización de pasajuntas permite
mantener estos índices de servicio,
evitando la presencia de escalonamientos
Nota: el volumen de 1999 incluye tramos terminados, en ejecución y licitados.
El concreto hidráulico colocado bajo
las especificaciones y con los equipos
mencionados anteriormente permite
lograr una superficie de rodamiento con
alto grado de planicidad y dada su rigidez
esta superficie permanece plana durante
toda su vida útil, evitando la formación
de roderas las cuales disminuyen el área
de contacto entre llanta y pavimento
produciendo el efecto de acuaplaneo en los
días de lluvia. Otro fenómeno que se evita
con la utilización del concreto hidráulico
es la formación de severas deformaciones
en las zonas de arranque y de frenado que
hacen a los pavimentos ser mas inseguros y
maltratan fuertemente los vehículos.
21
3. Seguridad
en las losas sobretodo en tramos donde el
tráfico es significativamente pesado.
5. Mejor Distribución de Esfuerzos
bajo las Losas
22
Dada la rigidez de la losa los esfuerzos
que se transmiten a las capas inferiores del
pavimento se distribuyen de una manera
prácticamente uniforme, cosa contraria a lo
que sucede con los pavimentos flexibles en
donde las cargas vehiculares concentran un
gran porcentaje de su esfuerzo exactamente
debajo del punto de aplicación de la carga
y que se van disminuyendo conforme
se alejan de la misma. La distribución
uniforme de las cargas permite que los
esfuerzos máximos que se transmiten al
cuerpo de soporte sean significativamente
menores en magnitud, lo que permite una
mejor condición y menor deterioro de los
suelos de soporte.
e) TRABAJO CONTINUO
Poco a poco se ha ido logrando tener
una mayor experiencia en el diseño,
1.2
MARCO
DE REFERENCIA
“El desarrollo de los pavimentos
de Concreto Hidráulico se ha
incrementado notablemente en
Latinoamérica en la década
de los 90’s, gracias a las ventajas que
ofrecen para el desarrollo económico
de los países del tercer mundo”
a) EXPERIENCIA
INTERNACIONAL
En muchos países del mundo se han
utilizado por muchos años los pavimentos
de concreto hidráulico tanto para
proyectos carreteros como para vías de
comunicación urbanas, tal es el caso
de Estados Unidos, Canadá, Alemania,
España, Francia, Italia, Bulgaria, Etc.
De diferentes formas estos países han
contribuido para que los métodos de
diseño se hayan ido perfeccionando en
base a los estudios realizados en el tiempo,
así mismo se ha evolucionado en las
técnicas de construcción y de evaluación
de los pavimentos de concreto hidráulico.
Todas las experiencias recopiladas durante
más de 50 años han servido de base para
especificación y construcción de
pavimentos de concreto hidráulico
en México, estas experiencias han ido
mostrando las ventajas de este tipo de
soluciones, de tal modo que cada vez
son mas las entidades gubernamentales
responsables de la construcción,
mantenimiento y operación de las vías que
están interesadas en proveer a sus caminos
de las características de un pavimento de
concreto hidráulico lo que les significa
ahorros sustanciales en mantenimiento,
mejores niveles de servicio del camino,
mayor vida útil y consecuentemente
economía de los recursos.
Podemos afirmar que la alternativa de
pavimentación con concreto hidráulico es
una realidad en nuestro país y el siguiente
paso, en el que estamos trabajando a pesar
de que son mínimas las necesidades, es
el de dar a conocer a los especificadores
y constructores los métodos de
rehabilitación, reparación y mantenimiento
que se deben de seguir en los pavimentos
rígidos para aprovechar de mejor forma
todas sus ventajas.
la tecnología actual de pavimentos y
obviamente se sigue experimentando e
investigando para mejorar y perfeccionar
las técnicas actuales.
b) CASO DE
LATINOAMÉRICA
En los países de América Latina se han
utilizado los pavimentos de concreto
principalmente para vialidades urbanas,
sin embargo las tecnologías de diseño y
construcción utilizadas normalmente no
habían sido las más actualizadas. El país
de Latinoamérica que más pronto inició
su incursión en las nuevas tecnologías
de pavimentación fue Panamá esto en
consecuencia de la fuerte influencia
tecnológica que tuvieron de los Estados
Unidos por su presencia en el Canal.
En las gráficas siguientes podemos observar
de manera aproximada el porcentaje de la
red carretera pavimentada de estos países
que ya cuenta con concreto hidráulico
como superficie de rodamiento, así como el
número de kilómetros construidos por país
con estas nuevas tecnologías en Carreteras
y Autopistas.
Como puede observarse, el crecimiento es
importante y el potencial de desarrollo es
aún mayor.
23
Países como: Brasil, Chile, México,
Argentina, han empezado a utilizar
ampliamente estas nuevas tecnologías en
el desarrollo de sus Carreteras, Autopistas y
Vialidades Urbanas.
En menor escala pero con una fuerte
tendencia de crecimiento lo están haciendo
países como Venezuela, Colombia,
Uruguay, Guatemala, El Salvador y Bolivia,
sin embargo está tendencia parece estar
ampliándose a todos los países de América
Latina.
Posteriormente algunos otros países
empezaron a utilizar estas tecnologías
tanto en especificaciones como en
procedimientos constructivos, sin embargo
el desarrollo más importante se ha dado
durante la última década, la de los noventas.
Figura 1.2.1.
Km de Concreto en Carreteras
Figura 1.2.2.
Porcentaje de la Red en Concreto Hidráulico
2.1
2.2
2.3
2.4
2.5
2.6
I N T RO D U CC I Ó N A LO S M É TO D O S D E D I S E Ñ O
S U E LO S
TRÁFICO
MÉTODO DE DISEÑO AASHTO
MÉTODO DE LA ASOCIACIÓN DEL CEMENTO PORTLAND (PCA)
A S P E C T O S C O M P L E M E N TA R I O S A L D I S E Ñ O
2.1
INTRODUCCIÓN
A LOS MÉTODOS
DE DISEÑO
Las metodologías de diseño
de pavimentos consideradas en este
manual son las más utilizadas a nivel
internacional y son aplicables a los
siguientes tipos de pavimentos:
a). Pavimentos Convencionales
b). Sobrecarpetas de Concreto
(Whitetopping)
Dentro de la gama
de pavimentos disponibles para
ciertas aplicaciones de tráfico ligero,
se encuentran las sobrecarpetas
de concreto ultradelgado
(whitetopping ultradelgado).
Los métodos presentados en este
manual no son aplicables al diseño
de este tipo de soluciones especificas.
Los pavimentos convencionales se
consideran para la construcción de tramos
nuevos de pavimentación en donde las
actividades de construcción tienen que ver
con los trabajos preliminares propios a las
características de los suelos de soporte y
conformación de las terracerías y sub-base
para el pavimento.
Así como lo referente a la propia estructura
de concreto hidráulico y sus características.
Los métodos de diseño aplican íntegramente
a este tipo de pavimentos. b) SOBRECARPETAS
DE CONCRETO
(WHITETOPPING)
Los pavimentos denominados Whitetopping,
corresponden a rehabilitaciones de
pavimentos asfálticos deteriorados. El
término aquí utilizado corresponde
a rehabilitaciones con pavimentos de
concreto convencional tomando como
estructura de soporte el pavimento asfáltico
que se tiene en el lugar. Los métodos de
diseño toman en cuenta esta solución,
considerando las características de soporte
de la estructura existente que normalmente
tiene capa de sub-base, base y asfalto. Algunos de los trabajos preliminares que
se deben considerar para la colocación
del pavimento Whitetopping difieren
de los que se aplican a los pavimentos
convencionales. Los aspectos que se evalúan en el
diseño para la determinación de la
factibilidad técnica de que un pavimento
sea rehabilitado mediante la técnica de
Whitetopping son: • Daños estructurales.
• Daños asociados a la fatiga de las capas
asfálticas.
• Daños asociados a la alteración del perfil
por deformaciones plásticas acumuladas.
• Daños asociados a la inestabilidad de la
banca.
• Daños superficiales.
• Daños asociados s las deficiencias en el
diseño o fabricación de la mezcla asfáltica.
• Daños asociados a la calidad de los
materiales.
1. Superficie de Asfalto Existente
Las fallas que se consideran en una
superficie de asfalto son las siguientes : a) Huecos o baches abiertos Cavidades o depresiones producidas por
desprendimiento de la carpeta asfáltica y
de capas granulares. Se consideran 3 tipos
de huecos : • Superficiales: solo comprometen la capa de
rodadura y su profundidad es menor a 3 cm.
• Medios: Comprometen parte o la totalidad
de la carpeta asfáltica y su profundidad
oscila entre 3 y 10 cm.
• Profundos: Profundidad superior a 10 cm,
con expulsión de material y compromiso
de la base granular.
b) Fisuras longitudinales
y transversales
Son agrietamientos longitudinales y/o
transversales que no constituyen una malla,
sino que se presentan en forma aislada o
continua y son producidas por deficiencia
en las juntas de construcción, por
contracción de la mezcla o desplazamiento
de los bordes. Se consideran 3 tipos de
fisuras : • Longitudinales
• Transversales
• En bloque
c) Desgaste superficial Son las irregularidades que se observan
en la superficie, en áreas aisladas o en
forma generalizada y son el producto del
desgaste de las partículas superficiales
o el desprendimiento de alguna de ellas
por acción del tránsito o inclemencias del
tiempo. El desgaste se clasifica en : • Ligero: Pérdida de textura uniforme,
mostrando rugosidad e irregularidades
hasta de 5 mm de profundidad. • Medio: Cuando las irregularidades están
27
DISEÑO
a) PAVIMENTOS
CONVENCIONALES
C A P Í T U LO 2 . D I S E Ñ O
C A P í T U LO D O S
28
entre 5 mm y 15 mm de profundidad. Las
partículas de agregado están expuestas y se
siente vibración al circular. • Severo: Desintegración superficial de la
carpeta, con desprendimientos evidentes y
partículas sueltas sobre la vía. relativos y puede existir desprendimiento
de algunos bloques.
• Severo: Cuando las deformaciones son
grandes y se presenta perdida del material
asfáltico y se presenta aparición del material
de base.
d) Piel de Cocodrilo Son agrietamientos en forma de malla
que inicialmente se presenta en cuadros
más o menos regulares con lados entre 25
y 30 cm, que presentan fracturamientos
progresivos en forma de piel de
cocodrilo. Posteriormente estas fisuras se
ensanchan y profundizan ocasionando
desprendimientos. Se consideran 3 tipos de
fallas : e) Ondulaciones Son deformaciones grandes y notorias de
la plataforma de la vía, que alteran su perfil
longitudinal, por efecto de asentamientos
del terraplén o por levantamientos causados
por las raíces de arboles. • Ligero: Cuando los agrietamientos son
muy delgados y el tamaño de los cuadros
tienen dimensiones próximas a 25 cm por
lado. No existe deformación superficial.
• Medio: Cuando los bloques se han
reducido de tamaño y presentan aristas
redondeadas por perdida de partículas, las
grietas que los separan son mayores de 1 cm,
se advierten deformaciones y movimientos
2.2
SUELOS
En el diseño de pavimentos,
es fundamental conocer algunas
propiedades de los suelos que nos
permiten conocer sus características
generales y sus comportamientos.
Algunas de estas propiedades
se obtienen mediante las pruebas
que se describen a continuación:
De acuerdo con los daños encontrados en
la vía, así como la capacidad estructural
residual del pavimento, se consideran desde
la etapa de diseño algunas actividades
correctivas.
2. Reparación de Fallas
Para garantizar la uniformidad en el soporte
de la estructura asfáltica, se deben realizar
correcciones en los sitios en donde se
presenten las siguientes irregularidades, de
acuerdo con la siguiente tabla: TIPO DE FALLA
REPARACIÓN REQUERIDA
Rodera menor a 50 mm
Ninguna
Rodera mayor a 50 mm
Fresado o Nivelación
Deformación plástica excesiva
Fresado
Baches
Reparar
Falla de subrasante
Remoción y preparación
Fisuras en general, fatiga en bloque, transversales y longitudinales
Ninguna
Exudación
Ninguna
Degradación superficial
Ninguna
a) PLASTICIDAD
1. Límite Liquido
La plasticidad es la propiedad que presentan
los suelos de poder deformarse, hasta cierto
límite, sin romperse. Por medio de ella se
mide el comportamiento de los suelos en
todas las épocas. Las arcillas presentan esta
propiedad en grado variable. Para conocer
la plasticidad de un suelo se hace el uso de
los límites de Atterberg. El límite líquido se define como el contenido
de humedad expresado en porciento con
respecto al peso seco de la muestra, con el
cual el suelo cambia del estado líquido al
plástico. De esta forma, los suelos plásticos
tienen en el límite líquido una resistencia
muy pequeña al esfuerzo de corte y según
Atterberg es de 25 g/cm2. Para determinar
el límite líquido de un suelo se hace el
siguiente procedimiento. Estos límites son: Limite Líquido
(LL), Limite Plástico (LP) y Limite de
Contracción (LC) y mediante ellos
se puede conocer el tipo de suelo en
estudio. Todos los limites de consistencia se
determinan empleando suelo que pasa por
la malla No. 40. La diferencia entre los
valores del límite líquido y del límite plástico
da como resultado el índice plástico (IP)
del suelo. a) Se toman unos 100 g de material que
pasa la malla No 40, se colocan en una
cápsula de porcelana y con una espátula
se hace una mezcla pastosa, homogénea
y de consistencia suave agregándole una
pequeña cantidad de agua durante el
mezclado. b) Se coloca una poca de esta mezcla en la
d) Se acciona la copa a razón de dos golpes
por segundo, contado el número de golpes
necesarios para que la parte inferior del talud
de la ranura hecha se cierre precisamente a
1.27 cm (1/2”). Si no se cierra entre los 6 y
35 golpes, se recoge el material y se le añade
agua y se vuelve a mezclar. e) Cuando se ha obtenido un valor
consistente del número de golpes,
comprendido entre 6 y 35 golpes, se toman
10 g aproximadamente de suelo de la zona
próxima a la ranura cerrada y se determina el
contenido de agua de inmediato. Se repite el
ensaye y si se obtiene el mismo número de
golpes que el primero o no hay diferencia
en más de un golpe, se repite el ensaye hasta
que tres ensayes consecutivos den una
conveniente serie de números. f ) Se repiten los pasos del 2 al 5, teniendo
el suelo otros contenidos de humedad. De
este modo se deben tener, por lo menos,
dos grupos de dos a tres contenidos de
humedad, uno entre los 25 y 35 golpes y
otro entre los 6 y los 10 golpes con el fin
de que la curva de fluidez no se salga del
intervalo en que puede considerarse recta,
según lo indica Casagrande. g) Se unen los tres puntos marcados par
el intervalo de 6 a 20 golpes con una línea
recta y se señala el punto medio. Se repite
para los dos o tres puntos dentro del
intervalo de 25 a 35 golpes. h) Se conectan los puntos medios con una
línea recta que se llama curva de fluidez.
El contenido de humedad indicado por la
intersección de esta línea a 25 golpes es el
límite líquido del suelo.
2. Límite Plástico
Es el contenido de humedad, expresado
en porciento con respecto al peso seco
Cuando el diámetro del filamento
resultante sea de 3.17 mm (1/8”) sin
romperse, se debe de continuar hasta que
cuando al rodillar la bola de suelo se rompa
el filamento al diámetro de 1/8” se toman
los pedacitos, se pesan, se secan al horno
en un vidrio, vuelven a pesarse ya secos y se
determina la humedad correspondiente al
límite plástico.
L.P. = Ph - Ps X 100
Ps
L.P. = Humedad correspondiente al límite
plástico en %
Ph = Peso de los filamentos húmedos en
gramos
Ps = Peso de los filamentos secos
en gramos.
b) PRUEBA PROCTOR
La prueba Proctor se refiere a la
determinación del peso por unidad
de volumen de un suelo que ha sido
compactado por el procedimiento definido
para diferentes contenidos de humedad. Su
objetivo es:
Determinar el peso volumétrico seco
máximo γmáx que puede alcanzar un
material, así como la humedad optima wo
que deberá hacerse la compactación.
Determinar el grado de compactación
alcanzado por el material durante la
construcción o cuando ya se encuentran
construidos los caminos, relacionando el
peso volumétrico obtenido en el lugar con
el peso volumétrico máximo Proctor.
La prueba Proctor está limitada a los suelos
que pasen totalmente la malla No 4, o que
cuando mucho tengan un retenido de 10 %
en esta malla, pero que pase dicho retenido
totalmente por la malla 3/8”. Cuando el
material tenga retenido en la malla 3/8”
debe determinarse la humedad óptima
y el peso volumétrico seco máximo con
la prueba de Porter estándar. También
debe efectuarse la prueba Porter estándar
en arenas de río, arenas de minas, arenas
producto de trituración, tezontles arenosos
y en general en todos aquellos materiales
que carezcan de cementación.
Procedimiento:
Se obtienen 3 kg de material previamente
secado al sol. Se tamiza por la malla No
10, y los grumos que se hayan retenido
se disgregan perfectamente y se vuelve a
tamizar por la misma malla, continuándose
este proceso hasta que las partículas que
se retengan en la malla no se puedan
disgregar. Terminada esta operación se
mezcla perfectamente todo el material y se
adiciona el material y se adiciona la cantidad
de agua necesaria para iniciar la prueba. La
cantidad de agua que se adiciona deberá
ser la necesaria para que una vez repartida
uniformemente presente el material una
consistencia tal que al ser comprimido
en la palma de la mano no deje partículas
adheridas a ella ni la humedezca, y que a la
vez el material comprimido pueda tomarse
con dos dedos sin que se desmorone.
El material que contiene ya la humedad
necesaria para iniciar la prueba se
tamiza por la malla No 4, se mezcla para
homogeneizarlo y se compacta en el molde
cilíndrico en tres capas aproximadamente
iguales.
El pisón metálico de 2.5 kg se deja caer
desde una altura de 30 cm. Deberán de
darse 30 golpes repartidos uniformemente
para apisonar cada capa. Una vez apisonada
la última capa se remueve la extensión y
se elimina el excedente de material del
molde cilíndrico y se pesa éste con todo y
su contenido. A continuación se extrae la
muestra compactada del cilindro y se pone
a secar una pequeña cantidad del corazón
de la muestra para determinar su humedad.
29
c) El suelo colocado en la copa de
Casagrande se divide en la parte media en
dos porciones, utilizando un ranurador.
de la muestra secada al horno, para el cual
los suelos cohesivos pasan de un estado
semisólido a un estado plástico. El límite
plástico se determina con el material
sobrante del límite líquido y al cual se le
evapora humedad por mezclado hasta
obtener una mezcla plástica que sea
moldeable. Se forma una pequeña bola
que deberá rodillarse enseguida aplicando
la suficiente presión a efecto de formar
filamentos. C A P Í T U LO 2 . D I S E Ñ O
copa de Casagrande, formando una masa
alisada de un espesor de 1 cm en la parte de
máxima profundidad. C A P Í T U LO 2 . D I S E Ñ O
30
La muestra que ha sido removida del molde
cilíndrico se desmenuza hasta que pasa la
malla No 4, se añaden 60 cc (2% en peso de
agua) y se repite el procedimiento descrito.
Esta serie de determinaciones continúan
hasta que la muestra esté muy húmeda y se
presente una disminución apreciable en el
peso del suelo compactado.
El peso volumétrico húmedo para cada
contenido de humedad se calcula con la
siguiente fórmula:
γh = Ph
Vt
γ h = Peso volumétrico húmedo en g/cm3
Ph = Peso del material húmedo
compactado en el molde, en gramos.
Vt = Volumen del molde en cm3
Los peso volumétrico secos y las
humedades correspondientes se utilizan
para trazar la curva peso volumétrico seco humedad, marcando en el eje de las abscisas
los contenidos de humedad. La humedad
que genera mayor peso volumétrico es la
que permite la mayor compactación del
material y se le conoce como humedad
óptima de compactación.
En la misma gráfica se dibuja la curva de
saturación teórica. Esta curva representa la
humedad para cualquier peso volumétrico,
que sería necesaria para que todos los
vacíos que dejan entre sí las partículas
sólidas estuvieran llenos de agua.
El peso volumétrico seco correspondiente
a la curva de saturación teórica para la
humedad dada se calcula con la fórmula:
El contenido de humedad se calcula con la
siguiente fórmula
γscs = 100 Da X 100 (kg / m3)
w = Ph –Ps X 100
γscs = Peso volumétrico seco de la curva de
saturación (kg / m3)
Da = Densidad absoluta del material que
pasa la malla No 400 en g/cm3
Dr = Densidad relativa del material que
pasa por la malla No 40
Ps
El peso volumétrico seco para cada peso
volumétrico húmedo y su correspondiente
humedad se calculan por la siguiente
fórmula:
γs = γh
1+ w
100
w = Contenido de la humedad en porcentaje
Pw = Peso de la muestra húmeda, en gramos
Ps = Peso de la muestra seca, en gramos
γs = Peso volumétrico seco, en g/cm3
γh = Peso volumétrico húmedo, en g/cm3
100 + wDr
La curva de saturación teórica tiene por
objeto comprobar si la prueba Proctor fue
correctamente efectuada, ya que la curva
de saturación y la curva Proctor nunca
deben cortarse dado que es imposible en
la práctica llenar totalmente con agua los
huecos que dejan las partículas del suelo
compactado.
La curva de saturación teórica sirve para
Va = γscs - γs X 100
γs
Va = Volumen de huecos llenos de aire %
γscs = Peso volumétrico seco de suelo
compactado correspondiente a la
humedad w
γs = Peso volumétrico de la curva de
saturación teórica correspondiente a
la humedad w
Si este valor es mayor de 6.5%, el suelo
se encuentra en condiciones de adquirir
un peso volumétrico mayor con la
humedad que contiene, o bien, sin variar
su peso volumétrico seco, incrementar su
humedad. c) PRUEBA PORTER ESTÁNDAR
Esta prueba tiene como finalidad
determinar el peso volumétrico seco
máximo de compactación Porter y la
humedad óptima en los suelos con material
mayor de 3/8” y los cuales no se les puede
hacer la prueba Proctor. Esta prueba sirve
también para determinar la calidad de
los suelos en cuanto a valor de soporte
se refiere, midiendo la resistencia a la
penetración del suelo compactado y sujeto
a un determinado periodo de saturación.
Esta prueba se lleva a cabo de la siguiente
forma:
La humedad óptima de Porter es la humedad
mínima requerida por el suelo para alcanzar
su peso volumétrico seco máximo cuando
es compactado con una carga unitaria de
140.6 kg/cm2. Para obtener la humedad
óptima y el peso volumétrico seco máximo
se obtiene una muestra de 4 kg de material
secado, disgregado y cuarteado. Cuando se
a 110 °C hasta peso constante. Se deja
enfriar el material y se pesa y se calcula
la humedad y el peso volumétrico seco
máximo. Si al llegar a la carga máxima no se
humedece la base del molde, la humedad
de la muestra es inferior a la óptima. A otra
porción de 4 kg de material se le adiciona
una cantidad de agua igual a la anterior más
80 cc y se repite el proceso. Si al aplicar la
carga máxima se observa que se humedece
la base del molde, el material muestra
una humedad ligeramente mayor que la
óptima de Porter. Para fines prácticos es
conveniente considerar que el espécimen se
encuentra con su humedad óptima cuando
se inicia el humedecimiento de la base del
molde, siendo esta la más adecuada para su
compactación.
Es un índice de resistencia al esfuerzo
cortante en condiciones determinadas
de compactación y humedad, y se expresa
como el tanto porciento de la carga
necesaria para introducir un pistón de
sección circular en una muestra de suelo,
respecto a la profundidad de penetración
del pistón en una piedra tipo triturada. Por
lo tanto, si P2 es la carga en kg necesaria
para hacer penetrar el pistón en el suelo
en estudio, y Px=1360 kg, la precisa para
penetrar la misma cantidad en la muestra
tipo de piedra triturada, el valor Relativo de
Soporte del suelo es de Se determina la altura del espécimen
restando la altura entre la cara superior
de éste y el borde del molde de la altura
total del molde, y con este dato se calcula
el volumen del espécimen. Se pesa el
espécimen con el molde de compactación,
se le resta el peso del molde y se calcula el
peso volumétrico. γh = Ph
Vt
γh = Peso volumétrico húmedo, en g/cm3
o kg/m3
Ph = Peso del material húmedo
compactado dentro del cilindro
Vt = Porter, en gr o Kg
Volumen del espécimen en cm3 o m3
Se extrae el material del molde y se pone
a secar a una temperatura constante de 100
w = Ph –Ps X 100
Ps
γs = γh
1+ w
100
d) VALOR RELATIVO
DE SOPORTE
VRS = (P2/1360) * 100
e) MÓDULO DE REACCIÓN (k)
Es una característica de resistencia que
se considera constante, lo que implica
elasticidad del suelo. Su valor numérico
depende de la textura, compacidad,
humedad y otros factores que afectan la
resistencia del suelo. La determinación
de k se hace mediante una placa circular
de 30” de diámetro bajo una presión tal
que produzca una deformación del suelo
de 0.127 cm (0.05”). En general se puede
decir que el módulo de reacción k es igual
al coeficiente del esfuerzo aplicado por la
placa entre la deformación correspondiente
producida por este esfuerzo.
Mas adelante se hace referencia a esta
propiedad tan importante para el diseño de
pavimentos. 31
Así, una vez hecha la determinación del
peso volumétrico y humedad en el lugar se
calcula el porciento de huecos llenos de aire
con la siguiente fórmula: ha logrado la disgregación de los grumos
se tamiza la muestra por la malla ¾”. Se le
incorpora cierta cantidad de agua, cuyo
volumen se anota, y una vez lograda la
distribución homogénea de la humedad
se coloca en tres capas dentro del molde
de prueba, y cada una de ellas se les da 25
golpes con la varilla metálica. Al terminar la
colocación de la última capa se compacta
el material aplicando cargas uniformes y
lentamente procurando alcanzar la presión
de 140.6 kg/cm2 en un tiempo de 5
minutos, la que debe mantenerse durante 1
minuto, e inmediatamente hacer
la descarga en otro minuto. C A P Í T U LO 2 . D I S E Ñ O
determinar si un suelo, en el estado en que
se encuentra en el lugar, es susceptible de
adquirir mayor humedad o mayor peso
volumétrico fácilmente. 32
Figura 2.2.1.
Sistema unificado de clasificación de suelos (SUCS), inluyendo su identificación y descripción.
El Instituto de Ingenieros del Transporte (ITE)
define a la Ingeniería del Transporte y la
Ingeniería de Tránsito de la siguiente manera:
Ingeniería de Transporte: Es la aplicación
de los principios tecnológicos y científicos
a la planeación, al proyecto funcional,
a la operación y a la administración de
las diversas partes de cualquier modo
de transporte, con el fin de proveer la
movilización de personas y mercancías de
una manera segura, rápida, confortable,
conveniente, económica y compatible con
el medio ambiente. Ingeniería de Tránsito: Es aquella fase de la
ingeniería de transporte que tiene que ver
con la planeación, el proyecto geométrico
y la operación del tránsito por calles y
carreteras, sus redes, terminales, tierras
adyacentes y su relación con otros modos
de transporte. determinación de estos datos, ocasionará
que la carretera o calle funcione durante el
periodo de proyecto, bien con volúmenes de
tránsito muy inferiores a aquellos
para los que se proyectó, ó mal con
problemas
de
congestionamiento
por volúmenes de tránsito altos
muy superiores a los proyectados. Los estudios sobre volúmenes de tránsito
son realizados con el propósito de
obtener información relacionada con el
movimiento de vehículos sobre puntos ó
secciones específicas dentro de un sistema
vial. Estos datos de volúmenes de tránsito
son expresados con respecto al tiempo,
y de su conocimiento se hace posible el
desarrollo de estimaciones razonables de la
calidad de servicio prestado a los usuarios.
Se define como volumen de tránsito al
número de vehículos que pasan por un
punto ó sección transversal dados, de
un carril ó de una calzada, durante un
periodo determinado y se expresa como:
Es decir que la Ingeniería de Tránsito es un
subconjunto de la Ingeniería de Transporte,
y a su vez el Proyecto Geométrico es una
etapa de la Ingeniería de Tránsito. El Proyecto Geométrico de calles y
carreteras, es el proceso de correlación entre
sus elementos físicos y las características de
operación de los vehículos, mediante el uso
de las matemáticas, la física y la geometría.
En este sentido, vialidad queda definida
geométricamente por el proyecto de su
eje en planta (alineamiento horizontal) y
en perfil (alineamiento vertical), y por el
proyecto de su sección transversal.
b) VOLÚMEN DE TRÁNSITO
Al proyectar una calle ó carretera,
la selección del tipo de vialidad, las
intersecciones, los accesos y los servicios,
dependen
fundamentalmente
del
volumen de tránsito o demanda que
circulará durante un intervalo de tiempo
dado, de su variación, de su tasa de
crecimiento y de su composición. Los errores que se cometan en la
Q=
N
T
Donde:
Q = Vehículos que pasan por unidad de
tiempo (Vehículos / periodo).
N = Número total de vehículos que pasan
(vehículos)
T = Período determinado
(unidades de tiempo)
1. Volúmenes de Tránsito
Absolutos ó totales.
Es el número total de vehículos que pasan
durante el lapso de tiempo determinado,
dependiendo de la duración del lapso
de tiempo determinado, se tienen los
siguientes volúmenes de tránsito totales ó
absolutos:
- Tránsito anual (TA).
durante un año, en este caso T = 1 año.
- Tránsito mensual (TM).
33
En esta sección mencionaremos
algunos aspectos referentes al tráfico
y a la ingeniería de tránsito
que debemos tomar en cuenta
en el proyecto de una vialidad.
No se trata de realizar
una presentación exhaustiva
del transporte, pero sí conceptuar
de una manera muy general y clara
sobre algunos de los aspectos de su
estructura básica, sus sistemas y sus
modos, de manera que el diseñador
conozca los fundamentos de
la ingeniería de tránsito y que cuando
sea necesario profundizar en estos
temas para completar el diseño de una
vialidad, ya se tengan las bases
y sea más fácil las consultas
en publicaciones especializadas
en el tema.
a) INGENIERÍA DE TRÁNSITO
2.3
TRÁFICO
durante un mes, en este caso T = 1 mes.
- Tránsito semanal (TS).
durante una semana, en este caso T = 1
semana.
- Tránsito diario (TD).
durante un día, en este caso T = 1 día.
- Tránsito horario (TH).
durante una hora, en este caso T = 1 hora.
- Tasa de flujo ó flujo (q).
durante un período inferior a una hora, en
esta caso T < 1 hora.
34
2. Volúmenes de Tránsito
Promedio Diarios
Se define el volumen de tránsito promedio
diario (TPD), como el número total de
vehículos que pasan durante un periodo
dado (en días completos) igual ó menor a
un año y mayor que un día, dividido entre
el número de días del periodo.
De acuerdo al número de días de este
período, se presentan los siguientes
volúmenes de tránsito promedio diarios,
dados en vehículos por día:
- Tránsito promedio diario anual (TPDA)
TPDA =
TA
365
- Tránsito promedio diario mensual
(TPDM)
TPDM =
TM
30
- Tránsito promedio diario semanal
(TPDS)
TPDM =
TS
7
3. Características de los Volúmenes
de Tránsito.
Los volúmenes de tránsito siempre deben
ser considerados como dinámicos, por
lo que solamente son precisos para el
periodo de duración de los aforos. Sin
embargo, debido a que sus variaciones
son generalmente rítmicas y repetitivas,
es importante tener un conocimiento
de sus características, para así programar
aforos, relacionar volúmenes en un tiempo
y lugar con volúmenes de otro tiempo y
lugar, y prever con la debida anticipación
la actuación de las fuerzas dedicadas al
control del tránsito y labor preventiva, así
como las de conservación.
Por lo tanto, es fundamental, en la
planeación y operación de la circulación
vehicular, conocer las variaciones
periódicas de los volúmenes de tránsito
dentro de las horas de máxima demanda,
en las horas de día, en los días de la semana
y en los meses del año. Aún más, también
es importante conocer las variaciones de
los volúmenes de tránsito en función de
su distribución por carriles, su distribución
direccional y su composición.
Distribución y composición
del volumen de tránsito.
La distribución de los volúmenes de
tránsito por carriles debe ser considerada,
tanto en el proyecto como en la operación
de calles y carreteras. Tratándose de tres o
más carriles de operación en un sentido, el
flujo se asemeja a una corriente hidráulica.
Así, al medir los volúmenes de tránsito por
carril, en zona urbana, la mayor velocidad
y capacidad, generalmente se logran en
el carril del medio; las fricciones laterales,
como paradas de autobuses y taxis y las
vueltas izquierdas y derechas causan un
flujo más lento en los carriles extremos,
llevando el menor volumen el carril
cercano a la acera.
En carretera, a volúmenes bajos y
medios suele ocurrir lo contrario, por
lo que se reserva el carril cerca de la faja
separadora central para vehículos más
rápidos y para rebases, y se presentan
mayores volúmenes en el carril
inmediato al acotamiento. En autopistas
de tres carriles con altos volúmenes de
tránsito, rurales o urbanas, por lo general
hay mayores volúmenes en el carril
inmediato a la faja separadora central.
En cuanto a la distribución direccional,
en las calles que comunican el centro de
la ciudad con la periferia de la misma, el
fenómeno común que se presenta en el
flujo de tránsito es de volúmenes máximos
hacia el centro en la mañana y hacia la
periferia en las tardes y noches. Es una
situación semejante al flujo y reflujo que
se presenta los fines de semana cuando los
vacacionistas salen de la ciudad el viernes y
sábado y regresan el domingo en la tarde.
Este fenómeno se presenta especialmente
en arterias del tipo radial.
En cambio, ciertas arterias urbanas
que comunican centros de gravedad
importantes, no registran variaciones
direccionales muy marcadas en los
volúmenes de tránsito. Un ejemplo de
éstos puede citarse en el caso del Anillo
Periférico de la Ciudad de México, en
su tramo entre el Viaducto y Naucalpan,
donde la distribución direccional es
bastante equilibrada, tanto en las horas de
máxima demanda de la mañana, como
en las de la tarde, es decir, no hay mucha
diferencia entre los volúmenes en uno u
otro sentido.
En los estudios de volúmenes de tránsito
es muy útil conocer la composición
y variación de los distintos tipos de
vehículos. La composición vehicular se
mide en términos de porcentajes sobre
el volumen total. Por ejemplo, porcentaje
de automóviles, de autobuses y de
camiones. En los países más adelantados,
con un mayor grado de motorización, los
porcentajes de autobuses y camiones en los
volúmenes de tránsito son bajos.
En cambio, en países con menor grado
de desarrollo, el porcentaje de estos
vehículos grandes y lentos es mayor. En
nuestro medio, como es el caso de México,
a nivel rural, es muy común encontrar
porcentajes típicos o medios del orden
de 60% automóviles, 10% autobuses y
30% camiones, con variaciones de ± 10%,
dependiendo del tipo de carretera, la hora
del día y el día de la semana.
Variación diaria del volumen
de tránsito.
Variación mensual del volumen
de tránsito.
Hay meses que las calles y carreteras llevan
mayores volúmenes que, presentando
variaciones notables. Los más altos
volúmenes de tránsito se registran en
Semana Santa, en las vacaciones escolares
y a fin de año por las fiestas y vacaciones
navideñas del mes de diciembre. Por razón
los volúmenes de tránsito promedio diarios
que caracterizan cada mes son diferentes,
dependiendo también, en cierta manera,
de la categoría y del tipo de servicio que
presten las calles y carreteras. Sin embargo,
el patrón de variación de cualquier vialidad
no cambia grandemente de año a año, a
menos que ocurran cambios importantes
en suelo, en los usos de la tierra, o se
construyan nuevas calles o carreteras que
funcionen como alternas.
4. Volúmenes a Futuro.
Relación entre los volúmenes de tránsito
promedio diario, anual y semanal.
Con respecto a volúmenes de tránsito, para
obtener el tránsito promedio diario anual,
TPDA, es necesario disponer del número
total de vehículos que pasan durante el año
por el punto de referencia, mediante aforos
continuos a lo largo de todo el año, ya sea
en periodos horarios, diarios, semanales ó
mensuales. Muchas veces esta información
anual es díficil de obtener, al menos en todas
las vialidades por los costos que ello implica,
sin embargo se pueden obtener datos en
las casetas de cobro para las carreteras de
cuota y mediante contadores automáticos
instalados en estaciones maestras de la
gran mayoría de las carreteras de la red vial
primaria de la nación.
En estos casos, muestras de los datos
sujetas a las mismas técnicas de análisis
permiten generalizar el comportamiento
de la población. No obstante, antes de que
los resultados se puedan generalizar, se
debe analizar la variabilidad de la muestra
para así estar seguros, con cierto nivel de
confiabilidad, que ésta se puede aplicar a
otro número de casos no incluidos, y que
forman parte de las características de la
población.
Por lo anterior, en el análisis de volúmenes
de tránsito, la media poblacional o tránsito
promedio diario anual, TPDA, se estima
con base en la media muestral ó tránsito
promedio diario semanal, TPDS, según la
siguiente expresión:
TPDA = TPDS ± A
Donde:
A = Máxima diferencia entre el TPDA y el
TPDS
El valor de A, sumado ó restado del TPDS,
define el intervalo de confianza dentro
del cuál se encuentra el TPDA. Para un
determinado nivel de confianza, el valor de
A es:
35
En carreteras secundarias de tipo agrícola,
los máximos volúmenes se presentan
entre semana. En las calles de la ciudad,
la variación de los volúmenes de tránsito
diario no es muy pronunciada entre
semana, esto es que están más o menos
distribuidos en los días laborales, sin
embargo, los más altos volúmenes ocurren
el viernes. También vale la pena mencionar,
con referencia a la variación diaria de los
volúmenes de tránsito tanto a nivel urbano
como rural, que se presentan máximos
en aquellos días de eventos especiales
como Semana Santa, Navidad, fin de año,
competencias deportivas nacionales e
internacionales, etc.
El comportamiento de cualquier fenómeno
ó suceso estará naturalmente mucho mejor
caracterizado cuando se analiza todo su
universo. En este caso, el tamaño de su
población está limitada en el espacio y en el
tiempo por las variables asociadas al mismo.
Se han estudiado cuáles son los días de la
semana que llevan los volúmenes normales
de tránsito. Así, para carreteras principales
de lunes a viernes los volúmenes son muy
estables los máximos, generalmente se
registran durante el fin de semana, ya sea el
sábado o el domingo, debido a que durante
estos días por estas carreteras circula una
alta demanda de usuarios de tipo turístico
y recreacional.
A=KE
Donde:
K = Número de desviaciones estándar
correspondiente al nivel de confiabilidad
deseado.
E = error estándar de la media
Estadísticamente se ha demostrado que
las medias de diferentes muestras, tomadas
de la misma población, se distribuyen
normalmente alrededor de la media
poblacional con una desviación estándar
equivalente al error estándar.
Por lo tanto también se puede expresar que:
36
E = σ’
Donde:
σ’ = estimador de la desviación estándar
poblacional (σ)
σ’ = S (N – n)
(n)½ (N – 1)
½
Donde:
S = Desviación estándar de la distribución
de los volúmenes de tránsito ó desviación
estándar muestral.
n = Tamaño de la muestra en número de
días del aforo.
N = Tamaño de la población en número de
días del año.
La desviación estándar muestral, S, se
calcula como:
S=
½
n
Σ ( Tdi – TPDS)2
i=1
n-1
Donde:
TDi = Volumen de tránsito del día i.
Finalmente la relación entre los volúmenes
de tránsito promedio diario anual y semanal
es:
TPDA = TPDS ± A
TPDA = TPDS ± K E
TPDA = TPDS ± K σ’
Pronóstico del volumen
de tránsito futuro.
El Pronóstico del volumen de tránsito
futuro, por ejemplo el TPDA del año
de proyecto, en el mejoramiento de una
carretera existente o en la construcción
de una nueva carretera, deberá basarse no
solamente en los volúmenes normales
actuales, sino también en los incrementos
del tránsito que se espera utilicen la nueva
carretera.
Tránsito actual.
El tránsito actual (TA) es el volumen de
tránsito que usará la carretera mejorada
o la nueva carretera en el momento de
quedar completamente en servicio.
En el mejoramiento de una carretera
existente, el tránsito actual se compone
del tránsito existente (TE) antes de la
mejora, más el tránsito atraído (TAt) a
ella de otras carreteras una vez finalizada
su reconstrucción total. En el caso de la
apertura de una nueva carretera, el tránsito
actual se compone completamente de
tránsito atraído.
El tránsito actual (TA) se puede establecer
a partir de aforos vehiculares sobre las
vialidades de la región que influyan en la
nueva carretera, estudios de origen y destino,
ó utilizando parámetros socioeconómicos
que se identifiquen plenamente con la
economía de la zona. En áreas rurales
cuando no se dispone de estudios de origen
y destino ni datos de tipo económico,
para estudios preliminares es suficiente
la utilización de las series históricas de
los aforos vehiculares en términos de los
volúmenes de trán-sito promedio diario
anual (TPDA) representativos de cada
año. De esta manera, el tránsito actual (TA)
se expresa como:
TA = TE + TAt
Para la estimación del tránsito atraído (TAt)
se debe tener un conocimiento completo
de las condiciones locales, de los orígenes y
destinos vehiculares y del grado de atracción
de todas las vialidades comprendidas. A su
vez, la cantidad de tránsito atraído depende
de la capacidad y de los volúmenes de
las carreteras existentes, así por ejemplo,
si están saturadas ó congestionadas, la
atracción será mucho más grande. Los
usuarios, componentes del tránsito atraído
a una nueva carretera, no cambian ni su
origen, ni su destino, ni su modo de viaje,
pero la eligen motivados por una mejora
en los tiempos de recorrido, en la distancia,
en las características geométricas, en la
comodidad y en la seguridad. Como no se
cambia su modo de viaje, a este volumen
de tránsito también se le denomina tránsito
desviado.
Incremento del tránsito.
El incremento del tránsito (IT) es el
volumen de tránsito que se espera
use la nueva carretera en el año futuro
seleccionado como de proyecto. Este
incremento se compone del crecimiento
normal del tránsito (CNT) del tránsito
generado (TG) y del tránsito desarrollado
(TD).
El crecimiento normal del tránsito (CNT)
es el incremento del volumen de tránsito
debido al aumento normal en el uso de
los vehículos. El deseo de las personas
por movilizarse, la flexibilidad ofrecida
por el vehículo y la producción industrial
de más vehículos cada día, hacen que esta
componente del tránsito siga aumentando.
Sin embargo, deberá tenerse gran cuidado
en la utilización de los indicadores del
crecimiento del parque vehicular nacional
para propósitos de proyecto, ya que
no necesariamente reflejan las tasas de
crecimiento en el área local bajo estudio,
aunque se ha comprobado que existe
cierta correlación entre el crecimiento
del parque vehicular y el crecimiento del
TPDA.
El tránsito generado (TG) consta de
aquellos viajes vehiculares, distintos a los
del transporte público, que no se realizarían
si no se construye la nueva carretera. El
tránsito generado se compone de tres
categorías: el tránsito inducido, o nuevos
viajes no realizados previamente por ningún
modo de transporte; el tránsito convertido,
o nuevos viajes que previamente se hacían
masivamente en taxi, autobús, tren, avión o
Los volúmenes de tránsito futuro (TF),
para efectos de proyecto se derivan
a partir del tránsito actual (TA) y del
incremento del tránsito (IT), esperado al
final del periodo ó año meta seleccionado.
De acuerdo a esto, se puede plantear la
siguiente expresión:
TF = TA + IT
Sustituyendo en la ecuación del tránsito
futuro (TF), encontramos que:
TF = TA + IT
TF = (TE + TAt) + (CNT + TG + TD)
En la figura 2.3.1 se presenta de manera
gráfica los componentes del volumen de
tránsito futuro.
37
El tránsito desarrollado (TD) es el
incremento del volumen de tránsito
debido a las mejoras en el suelo adyacente
a la carretera. A diferencia del tránsito
generado, el tránsito desarrollado continua
actuando por mucho años después que la
nueva carretera ha sido puesta al servicio. El
incremento del tránsito debido al desarrollo
normal del suelo adyacente forma parte
del crecimiento normal del tránsito, por lo
tanto, éste no se considera como una parte
del tránsito desarrollado. Pero la experiencia
indica que en carreteras construidas con
altas especificaciones, el suelo lateral tiende
a desarrollarse más rápidamente de lo
normal, generando valores del orden del 5
% del tránsito actual.
Tránsito a futuro.
barco, y que por razón de la nueva carretera
se harían en vehículos particulares; y
el tránsito trasladado, consistente en
viajes previamente hechos a destinos
completamente diferentes, atribuibles
a la atracción de la nueva carretera y no
al cambio en el uso del suelo. Al tránsito
generado se le asignan tasas de incremento
entre el 5 y el 25 % del tránsito actual, con
un periodo de generación de uno ó dos
años después de que la carretera ha sido
abierta al servicio.
El incremento del tránsito (IT) se expresa
así:
IT = CNT + TG + TD
2.4
MÉTODO DE
DISEÑO AASHTO
“El método de diseño
AASHTO es uno de métodos
más utilizados a nivel internacional
para el diseño de pavimentos
de concreto hidráulico.”
a) ANTECEDENTES – PRUEBA
AASHO
La prueba de pavimentación que en su
momento se conoció como AASHO,
por sus siglas en inglés y debido a que
en aquel entonces no estaba integrado
el departamento del transporte de EU
a esta organización. Fue concebida y
promovida gracias a la organización que
ahora conocemos como AASHTO
(“American Association of State
Highway and Transportation Officials”)
Figura 2.3.1.
Componentes del volumen de tránsito futuro.
para estudiar el comportamiento de
estructuras de pavimento de espesores
conocidos,
bajo
cargas
móviles
de magnitudes y frecuencias conocidas
y bajo el efecto del medio ambiente. Fue
formulada por el consejo de investigación
de carreteras de la academia nacional
de ciencias – consejo nacional para la
investigación, la planeación empezó
en 1951, la construcción del proyecto
comenzó en 1956 muy cerca de Ottawa,
Illinois. El tráfico controlado de la prueba se
aplicó de octubre de 1958 a noviembre de
1960, o sea, durante más de dos años. El objetivo principal de las pruebas consistía
en determinar relaciones significativas entre
el comportamiento de varias secciones
de pavimento y las cargas aplicadas sobre
ellas, o bien para determinar las relaciones
significativas entre un número de repeticiones
de ejes con cargas, de diferente magnitud y
disposición, y el comportamiento de diferente
espesores de pavimentos, conformados con
bases y sub-bases, colocados en suelos de
características conocidas. C A P Í T U LO 2 . D I S E Ñ O
38
El sitio cerca de Ottawa, seleccionado para
la prueba, tiene condiciones climáticas
y de suelo típicas de algunas áreas de
Estados Unidos y Canadá. Esto hace que la
aplicabilidad del método deba utilizarse con
criterio para otras partes del mundo. Los pavimentos se construyeron en
circuitos a lo largo de una sección de 8 millas
de una futura autopista interestatal. Se realizaron 6 circuitos de prueba, todos
eran tramos de dos carriles y tenían la mitad
del tramo en pavimento de concreto y la
otra en pavimento flexible. El Circuito 1
se dejo sin cargas para evaluar el impacto
del Medio Ambiente en los pavimentos.
El Circuito 2 se utilizó con aplicaciones de
cargas de camiones ligero. En los Circuitos
de 3 al 6 se realizaron aplicaciones de carga
con camiones pesados. Los circuitos 5
y 6 tuvieron idénticas configuraciones y
combinaciones de carga. Cada circuito consistía de dos largas
carreteras paralelas conectadas en los
extremos por retornos, las secciones
de prueba de los pavimentos estaban
localizadas en las rectas o tangentes de cada
circuito. Geometría de los Circuitos La sección estructural de prueba tenía
una longitud de 30 m en pavimentos
flexibles, 36 m en pavimentos de
concreto simple y 80 m en pavimentos
continuamente reforzados. Las secciones
de prueba tanto de flexible como de
pavimento rígido fueron construidas
sobre idénticos terraplenes. También se
examinaron bajo las mismas condiciones
climáticas, por el mismo número de
cargas aplicadas, el mismo tráfico y
velocidades de operación.
En total se examinaron 368 secciones
de pavimento rígido y 468 secciones de
pavimento flexible.
El tráfico que se utilizó en la prueba, estaba
perfectamente controlado, se iniciaron
las repeticiones de carga en noviembre de
1958, de la siguiente manera:
En los circuitos de camiones pesados,
Circuitos 3-6: - inicialmente 6 vehículos por carril -posteriormenteseaumentoa10vehículos
por carril (en enero 1960) El tiempo de Operación de los vehículos
fue de:
- 18 horas 40 minutos - 6 días de la semana En Total se aplicaron: - 1,114,000
Repeticiones de Carga Normal
- Corresponiendo aproximandamente
a 6.2 millones de ESAL´s
b) CONCLUSIONES OBTENIDAS
DE LA PRUEBA
Los principales experimentos sobre
pavimentos fueron diseñados de modo
que los resultados de las pruebas fueran
estadísticamente
significativas.
Las
secciones de prueba de los pavimentos de
varios espesores fueron sometidas a tráfico
controlado. Las secciones examinadas
representaban todas las combinaciones
de los factores de diseño para concreto y
asfalto. Cada circuito de tráfico contenia
algunas secciones que no formaban parte
de los principales experimentos sobre
pavimentos. Estas secciones se incluyeron
para estudios especiales tales como los
efectos de acotamientos pavimentados y
bases estabilizadas en el comportamiento
del pavimento. Dos de las técnicas aleatorias y de réplica
estadísticas que se emplearon al diseñar
los experimentos principales fueron
la aplicación aleatoria que garantizó
que un diseño dado tuviera la misma
oportunidad de estar localizado en un
lugar en un tramo recto de prueba, que
una sección de cualquiera de los diseños.
Las posiciones de los cuatro circuitos de
prueba más importantes se localizaron al
azar. La réplica garantizó que varios de los
diseños aparecieran en dos secciones en
el mismo para verificar la Confiabilidad.
Las mediciones del comportamiento de
un pavimento en términos de su capacidad
para soportar el tráfico con seguridad y
comodidad en la esencia del concepto de
capacidad de servicio. Su desarrollo para
convertirlo en un procedimiento trabajable
por parte del personal de la Prueba de
Carreteras constituyó una aportación muy
importante a la ingeniería de carreteras.
El nivel requerido de servicio de un
pavimento depende de la función que
requiera dársele al pavimento. Los factores que tuvieron mayor peso en la
determinación de la capacidad de servicio
fueron: - Variaciones en el perfil longitudinal
- Mediciones de la aspereza del pavimento
en la dirección del movimiento. - Profundidad promedio de las roderas
medida con regla de 1.20 m - Medidas de Agrietamientos severos
- Medidas de Baches
Las mediciones físicas de las secciones
de prueba se transfirieron a fórmulas que
podían dar nuevamente valores numéricos
de capacidad de servicio. Estos valores
graficados contra las aplicaciones de carga
forman una historia de comportamiento
para cada sección de prueba que permiten
la evaluación de cada uno de los diversos
diseños. Tres comparaciones que pueden usarse para evaluar el comportamiento de las secciones
de prueba son: - El número de aplicaciones de carga sobre un eje
- El índice de capacidad de servicio de la sección en un momento determinado
- La tendencia hacia la capacidad de servicio vs la capacidad de servicio
Los resultados que se obtuvieron en los circuitos se muestran a continuación:
39
Circuito 2 – Tráfico Ligero
Se muestran las diferentes secciones probadas tanto de concreto como de asfalto con las
diferentes combinaciones de sub-base, base y carpeta.
La nomenclatura utilizada es la siguiente:
Secciones que permanecieron en buenas condiciones, el número interior
corresponde al índice de servicio al final de la prueba.
Secciones que permanecieron en regulares condiciones, el número interior
corresponde al índice de servicio al final de la prueba.
Secciones que llegaron a la falla, el número interior corresponde al numero de
aplicaciones de carga con el que llegaron a la falla.
Las secciones de la parte superior corresponden al concreto y las de la parte inferior
corresponden al asfalto.
A continuación se muestran los resultados de los otros circuitos:
Circuito 3 – Cargas Pesadas
CIRCUITO
40
3
CIRCUITO
4
41
En general se puede observar que el comportamiento que mostraron los pavimentos de concreto fue sustancialmente mejor que
el de los pavimentos flexibles. El índice de servicio general que tuvieron los principales tramos de prueba y su comportamiento fue como se muestra a continuación:
42
Comportamiento General del Circuito 3
Comportamiento General del Circuito 4 Comportamiento General del Circuito 5
Comportamiento General del Circuito 6 Como se muestra a continuación, el acero de refuerzo en los pavimentos de concreto prácticamente no incrementa su capacidad portante,
debido a que el pavimento se apoya en toda la superficie de la sub-base y por lo tanto no existen las deformaciones que harían que el acero
de refuerzo trabajara para dar una contribución significativa.
43
Otra de las conclusiones que se obtuvieron durante la prueba de pavimentos es con referencia a los pavimentos con acero de refuerzo.
Por lo anterior no es recomendable la utilización de acero de refuerzo en los pavimentos de concreto hidráulico.
c) EVOLUCIÓN DE LA GUÍA AASHTO
Aproximadamente después de un año de terminar la prueba AASHO para 1961 salió publicada la primer “Guía AASHO para Diseño de
Pavimentos Rígidos y Flexibles”. Posteriormente para 1972 se realizó una revisión y se publicó como la “Guía AASHTO para Diseño de
Estructuras de Pavimento – 1972”; Para 1981 se hizo una Revisión al Capítulo III, correspondiente al Diseño de Pavimentos de Concreto
con Cemento Portland.
Para 1986 se publicó una revisión de la “Guía para el Diseño de Estructuras de Pavimento”; En 1993 se realizó una Revisión del Diseño de
Sobrecarpetas de pavimento; Para 1998 se publicó un método alternativo para diseño de pavimentos, que corresponde a un “Suplemento
a la guía de diseño de estructuras de pavimento”.
d) FORMULACIÓN
La formula general a la que llegó al AASHTO para el diseño de pavimetos rígidos, basada en los resultados obtenidos de la prueba AASHO
es la siguiente:
44
1986-93 Ecuación de Diseño de Pavimentos Rígidos
Las variables que intervienen en el diseño
de los pavimentos constituyen en realidad
la base del diseño del pavimento por lo que
es importante conocer las consideraciones
más importantes que tienen que ver con
cada una de ellas para así poder realizar
diseños confiables y óptimos al mismo
tiempo.
El procedimiento de diseño normal
es suponer un espesor de pavimento e
iniciar a realizar tanteos, con el espesor
supuesto calcular los Ejes Equivalentes y
posteriormente evaluar todos los factores
adicionales de diseño, si se cumple el
equilibrio en la ecuación el espesor
supuesto es resultado del problema,
en caso de no haber equilibrio en la
ecuación se deberán seguir haciendo
tanteos para tomando como valor
semilla el resultado del tanteo anterior.
La convergencia del método es muy rápida.
Variables de diseño de Pavimentos Rígidos
- Espesor
- Serviciabilidad
- Tráfico
- Transferencia de Carga
- Propiedades del Concreto
- Resistencia de la Subrasante
- Drenaje
- Confiabilidad
1. Espesor
El espesor del pavimento de concreto es
la variable que pretendemos determinar al
realizar un diseño, el resultado del espesor
se ve afectado por todas las demás variables
que intervienen en los cálculos.
Es importante especificar lo que se diseña,
ya que a partir de espesores regulares una
pequeña variación en el espesor puede
significar una variación importante en la
vida útil.
2. Serviciabilidad
El procedimiento de Diseño AASHTO
predice el porcentaje de pérdida de
serviciabilidad (Δ PSI) para varios niveles
de tráfico y cargas de ejes. Entre mayor sea
el Δ PSI, mayor será la capacidad de carga
del pavimento antes de fallar.
3. Tráfico
Serviciabilidad Inicial (Po). – Es la
condición que tiene un pavimento
inmediatamente después de la construcción
del mismo. Los valores recomendados por
AASHTO para este parámetro son:
- Para pavimento de Concreto = 4.5
- Para pavimento de Asfalto = 4.2
Usando buenas técnicas de construcción,
el pavimento de concreto puede tener una
serviciabilidad Po = 4.7 ó 4.8
Mientras mejor se construya inicialmente
un pavimento, o bien, mientras mejor
índice de serviciabilidad inicial tenga
mayor será su vida útil, esto es debido a que
las curvas de deterioro se comportan de
manera paralela o con el mismo gradiente
para unas condiciones determinadas, como
se muestra a continuación:
Serviciabilidad Final (Pt). - La
serviciabilidad final tiene que ver con
la calificación que esperamos tenga el
pavimento al final de su vida útil.
Los valores recomendados de Serviciabilidad
Final Pt para el caso de México, son:
- Para Autopistas 2.5
- Para Carreteras 2.0
El Tráfico es una de las variables más
significativas del diseño de pavimentos
y sin embargo es una de las que más
incertidumbre presenta al momento de
estimarse. Es importante hacer notar que
debemos contar con la información más
precisa posible del tráfico para el diseño, ya
que de no ser así podríamos tener diseños
inseguros o con un grado importante de
sobre diseño.
La metodología AASHTO considera la
vida útil de un pavimento relacionada
el número de repeticiones de carga que
podrá soportar el pavimento antes de
llegar a las condiciones de servicio final
predeterminadas para el camino. El método
AASHTO utiliza en su formulación el
número de repeticiones esperadas de carga
de Ejes Equivalentes, es decir, que antes de
entrar a las fórmulas de diseño, debemos
transformar los Ejes de Pesos Normales de
los vehículos que circularán por el camino,
en Ejes Sencillos Equivalentes de 18 kips
(8.2 Ton) también conocidos como
ESAL’s.
Lo conducente es realizar los cálculos para
el carril de diseño, seleccionado para estos
fines por ser el que mejor representa las
condiciones críticas de servicio de la calle
o camino. Existen algunos factores que
nos ayudan a determinar con precisión el
tráfico que circulará por el carril de diseño.
Los pavimentos de concreto el AASHTO
los diseña por fatiga. La fatiga la podemos
entender como el número de repeticiones
ó ciclos de carga y descarga que actúan
sobre un elemento. En realidad al establecer
una vida útil de diseño, en realidad lo que
estamos haciendo es tratar de estimar,
en un período de tiempo, el número de
repeticiones de carga a las que estará
sometido el pavimento.
La vida útil mínima con la que se debe
diseñar un pavimento rígido es de 20 años,
es común realizar diseños para 30, 40 ó
más de 50 años. Adicionalmente se deberá
contemplar el crecimiento del tráfico
durante su vida útil, que depende en gran
medida del desarrollo económico - social
de la zona en cuestión, del mejoramiento
de las características del pavimento se
puede generar tráfico atraído e igualmente
se debe considerar la capacidad de tráfico
de la vía.
Tvu = Tpa x FCT
Donde:
Tvu = Tráfico en la vida útil
Tpa = Tráfico durante el primer año
FCT = Factor de crecimiento del tráfico,
que depende de la Tasade Crecimiento
Anual y de la Vida Util
Tasa de Crecimiento Anual
Dependiendo de muchos factores, tales
como el desarrollo económico - social, la
capacidad de la vía, etc. Es normal que el
tráfico vehicular vaya aumentando con el
- Para Zonas Industriales 1.8
- Pavimentos Urbanos Principales 1.8
- Pavimentos Urbanos Secundarios 1.5
45
La serviciabilidad se define como la habilidad
del pavimento de servir al tipo de tráfico
(autos y camiones) que circulan en la vía, se
mide en una escala del 0 al 5 en donde 0 (cero)
significa una calificación para pavimento
intransitable y 5 (cinco) para un pavimento
excelente. La serviciabilidad es una medida
subjetiva de la calificación del pavimento, sin
embargo la tendencia es poder definirla con
parámetros medibles como los son: el índice
de perfil, índice de rugosidad internacional,
coeficiente de fricción, distancias de frenado,
visibilidad, etc.
paso del tiempo, hasta que llega a un punto tal de saturación en el que el tráfico se mantiene
prácticamente sin crecer.
Es conveniente preever este crecimiento del tráfico, tomando en consideración una tasa
de crecimiento anual con la que se calcula un factor de crecimiento del tráfico. La tasa de
crecimiento pudiera variar de acuerdo a los tipos de vehículos, pueden crecer más unos
tipos que otros.
A medida que un camino se va congestionando de tráfico su crecimiento se va haciendo
mas lento, este efecto debemos considerarlo pudiendo estimar una Tasa de Crecimiento
Equivalente, para considerar las variaciones en el crecimiento durante la vida útil.
Es importante investigar adecuadamente la tasa de crecimiento apropiada para el caso en
particular que se este considerando. A continuación se muestran algunos valores típicos de
tasas de crecimiento, sin embargo estos pueden variar según el caso.
Valores comunes de tasas de crecimiento
46
Caso
Tasa de Crecimiento
Crecimiento Normal Vías Completamente Saturadas Con tráfico inducido* Alto crecimiento** 1% a 3%
0% a 1%
4% a 5%
mayor al 5%
solamente durante 3 a 5 años
Factor de Crecimiento del Tráfico.- El factor de crecimiento del tráfico considera los años
de vida útil más un número de años adicionales debidos al crecimiento propio de la vía.
FCT =
(1+g)n-1
g
Donde:
g = Tasa de Crecimiento
n = Años de Vida Util
Factor de Sentido.- Del total del tráfico que se estima para el diseño del pavimento deberá
determinarse el correspondiente a cada sentido de circulación, esto se realiza mediante la
introducción del Factor de Sentido, cuyos valores recomendados son:
- Un sentido de Circulación 1.0
- Doble sentido de Circulación 2.0
Factor de Carril. - El factor de Carril es un coeficiente que nos permite estimar que tanto
del tráfico en el sentido de diseño circula por el carril de diseño. En una vía de un solo
carril en el sentido de circulación de diseño, obviamente el 100% del tráfico circulará por
ese carril que al mismo tiempo será nuestro carril de diseño. Una vía con dos carriles en
el sentido de diseño, dependiendo del tipo de camino: carretero ó urbano, y de que tan
saturada esté la vía, pueda ser que sobre el carril de diseño circule entre un 50% a un 80%
del tráfico en ese sentido.
El AASHTO recomienda algunos valores, sin embargo no necesariamente deben utilizarse.
Número de Carriles
1
2
3
4
Factor de Carril
1.00
0.80 a 1.00
0.60 a 0.80
0.50 a 0.75
Nota: estos se asemejan más a los de carreteras
Factor de Equivalencia del Tráfico. - Las fórmulas que permiten convertir el número de ejes de pesos normales a ejes equivalentes
dependen del espesor del pavimento, de la carga del eje, del tipo de eje y de la serviciabilidad final que pretendemos para el pavimento. A
continuación se muestran dichas fórmulas:
Fec = -
Wtx
Wtx
= 4.62 Log (18+1) - 4.62 Log (Lx + L2) + 3.28 Log (L2) +
Wt18
Gt
βx
-
Gt
β18
47
Log
Wt18
4.5 - Pt
4.5 - 1.5
βx = 1 +
3.63 (Lx + L2) 5.20
( D + 1 ) 8.46 ( L2 ) 3.52
En Donde:
Wtx = # Aplicaciones de carga definida al
final del tiempo t
Wt18 = # Aplicaciones de carga equivalente
al final del tiempo t
Lx = Carga del eje en kips
L2 = Código de eje cargado:
L2 = 1 Para eje Sencillo
L2 = 2 Para eje Tandem
L2 = 3 Para eje Tridem
Gt = f ( Pt )
β18 =Valor de βx cuando Lx=18 y L2 = 1
Ton. equivale al daño que producen 9,523
repeticiones de carga de un vehículo tipo
automóvil.
La efectividad de la Transferencia de Carga
entre losas adyacentes depende de varios
factores:
Otro factor importante a considerar es la
sobrecarga, debemos conocer con la mayor
certeza posible los pesos de los ejes de los
vehículos que estarán circulando sobre
el pavimento que estamos diseñando, ya
que las sobrecargas generan un daño muy
importante al pavimento y su crecimiento
es de orden exponencial.
- Cantidad de Tráfico
- Utilización de Pasajuntas
- Soporte Lateral de las Losas
Es importante hacer notar que los ejes
equivalentes se calculan de manera
diferente para un pavimento rígido que
para un flexible. Cuando se multiplica
el tráfico por las diferentes factores de
equivalencias, se obtienen los ESAL’s (Ejes
Sencillos Equivalentes).
4. Transferencia de Cargas
El tráfico pesado es el que mayor daño
produce a los pavimentos por lo que deberá
estimarse con la mayor precisión posible.
Como ejemplo podemos mencionar que
el daño que produce una sola aplicación de
carga de un camión semi-remolque de 36
La transferencia de carga es la capacidad
que tiene una losa del pavimento de
transmitir fuerzas cortantes con sus losas
adyacentes, con el objeto de minimizar
las deformaciones y los esfuerzos en la
estructura del pavimento, mientras mejor
sea la transferencia de cargas mejor será el
comportamiento de las losas del pavimento.
El método AASHTO considera la
transferencia de cargas mediante el factor
de transferencia de cargas J.
Una manera de transferir la carga de una losa
a otra es mediante la trabazón de agregados
que se genera en la grieta debajo del corte de
la junta, sin embargo esta forma de transferir
carga solamente se recomienda para vías con
tráfico ligero.
La utilización de pasajuntas es la manera
mas conveniente de lograr la efectividad en
la transferencia de cargas, los investigadores
recomiendan evaluar dos criterios para
determinar la conveniencia de utilizar
pasajuntas. Utilizar pasajuntas cuando:
a) El tráfico pesado sea mayor al 25%
del tráfico total.
b) El número de Ejes Equivalentes de
diseño sea mayor de 5.0 millones de Esal’s.
Gt = Log
El Coeficiente de Transferencia de Carga considera el esfuerzo de transferencia a través de la junta o grieta.
48
Soporte Lateral.- El confinamiento que produce el soporte lateral contribuye a reducir los esfuerzos máximos que se generan en el concreto
por efecto de las cargas. Un pavimento de concreto puede considerarse lateralmente soportado cuando tenga algunas de las siguientes
características en su sección:
- Confinamiento con Guarniciones o Banquetas
- Con Acotamientos Laterales
- Carril Ancho >= 4.0 m
Pasajuntas.- Barra de acero redondo liso fy = 4,200 kg/cm2 la cual no se debe de adherir al concreto permitiendo el libre movimiento
de losas longitudinalmente, pero si debe de transferir verticalmente parte de la carga aplicada en una losa a la adyacente. Se colocan
perfectamente alineadas a la mitad del espesor de la losa.
El diámetro, longitud y separación de las pasajuntas esta en función de el espesor de las losas principalmente. Algunas recomendaciones
prácticas para la selección de la Barra son las siguientes:
Espesor de Losa
Diámetro
cm
in mm
13 a 15 5 a 6 19 15 a 20
6a8 25
20 a 30 8 a 12 32
30 a 43 12 a 17 38
43 a 50 17 a 20 45
in
3/4 1
1 1/4
1 1/2
1 3/4
Barras Pasajuntas
Longitud
cm
41
46
46
51
56
in
16
18
18
20
22
Separación
cm
30
30
30
38
46
in
12
12
12
15
18
- Resistencia a la tensión por flexión (Sć)
ó Módulo de Ruptura (MR)
- Módulo de Elasticidad del Concreto (Ec)
Módulo de Ruptura (MR).- Debido a
que los pavimentos de concreto trabajan
principalmente a flexión es recomendable
que su especificación de resistencia sea
acorde con ello, por eso el diseño considera
la resistencia del concreto trabjando a
flexión, que se le conoce como resistencia
a la flexión por tensión (S’c) o Módulo de
Ruptura (MR) normalmente especificada
a los 28 días.
Módulo de Ruptura Promedio.- La metodología de diseño de AASHTO permite utilizar
la resistencia a la flexión promedio, que se haya obtenido del resultado de ensayos a flexión
de las mezclas diseñadas para cumplir la resistencia especificada del proyecto. Estos
resultados dependen de las condiciones de control y calidad que tenga el fabricante del
concreto en sus procesos. En todos los casos se recomienda que sea Concreto Premezclado
Profesionalmente.
MR promedio = MR especificado + Zr x ( Desviación Estándar* del MR )
* Valores típicos de la Desviación Estándar Promedio
Concreto Premezclado
6% a 12% 9.0 %
Mezclado Central
5% a 10%
7.5 %
Módulo de Elasticidad.- El Módulo de Elasticidad del concreto esta íntimamente
relacionado con su Módulo de Ruptura y se determina mediante la norma ASTM C469.
Existen varios criterios con los que se puede estimar el Módulo de Elasticidad a partir del
Módulo de Ruptura. Los dos más utilizados son:
Ec = 6,750 * MR / Ec = 26,454 * MR ^ 0.77. Estas formulas aplican con unidades inglesas.
6. Resistencia de la Subrasante
La resistencia de la subrasante es considerada dentro del método por medio del Módulo
de Reacción del Suelo K que se puede obtener directamente mediante la prueba de placa.
El módulo de ruptura se mide mediante
ensayos de vigas de concreto aplicándoles
cargas en los tercios de su claro de apoyo.
Esta prueba esta normalizada por la ASTM
C78. Existe una prueba similar con la
aplicación de la carga al centro del claro que
genera resultados diferentes de resistencia
a la flexión (aproximadamente 15% a
20% mayores) pero que no son los que
considera AASHTO para el diseño.
El módulo de reacción de suelo corresponde a la capacidad portante que tiene el terreno
natural en donde se soportará el cuerpo del pavimento. El valor del módulo de reacción
(K) se puede obtener directamente del terreno mediante la prueba de placa ASTM D1195
y D1196. El valor de K representa el soporte (terreno natural y terraplén si lo hay) y se
puede incrementar al tomar la contribución de la sub-base.
Cuando se diseña un pavimento es probable que se tengan diferentes valores de K a lo
largo del tramo por diseñar, el método AASHTO recomienda utilizar el valor promedio
de los módulos K para el diseño estructural.
Módulo de Ruptura Recomendado
Tipo de Pavimento
Autopistas
Carreteras
Zonas Industriales
Urbanas Principales
Urbanas Secundarias
MR Recomendado
Kg/cm2
psi
48.0
48.0
45.0
45.0
42.0
682.7
682.7
640.1
640.1
597.4
k (psi/in) = carga unitaria por placa / deflexión de la placa
Esquema de la prueba de placa
Estimaciones y Correlaciones de K
En base a una gran número de muestras y estudios se han podido desarrollar algunos
valores estimativos del módulo de reacción del suelo en función a diferentes propiedades.
Diferentes autores han publicado sus resultados y en general no difieren notablemente.
49
Son dos las propiedades del concreto que
influyen en el diseño de un pavimento de
concreto y en su comportamiento a lo largo
de su vida útil:
Los valores recomendados para el Módulo de Ruptura varían desde los 41 kg/cm2 (583
psi) hasta los 50 kg/cm2 (711 psi) a 28 días dependiendo del uso que vayan a tener. En
seguida se muestran valores recomendados, sin embargo el diseñador deberá elegir de
acuerdo a un buen criterio.
5. Propiedades del Concreto
50
Correlación 1 con SUCS y VRS
Correlación 2 con SUCS y VRS
7. Drenaje
En cualquier tipo de pavimento, el drenaje, es un factor determinante en el comportamiento de la estructura del pavimento a lo largo de
su vida útil, y por lo tanto lo es también en el diseño del mismo. Es muy importante evitar que exista presencia de agua en la estructura de
soporte, dado que en caso de presentarse esta situación afectará en gran medida la respuesta estructural del pavimento.
Aspectos que debemos de cuidar para evitar que el agua penetre en la estructura de soporte:
- Mantener perfectamente selladas las juntas del pavimento.
- Sellar las juntas entre pavimento y acotamiento o cuneta.
- Colocar barreras rompedoras de capilaridad (en donde se requiera)
- Utilizar cunetas, bordillos, lavaderos, contracunetas, subdrenajes, etc.
- Construir o aprovechar los drenajes pluviales en las ciudades.
Tener agua atrapada en la estructura del Pavimento produce efectos nocivos en el mismo, como pueden ser:
Los valores recomendados para el coeficiente de drenaje deberán estar entre 1.0 y 1.10
8. Confiabilidad
Los factores estadísticos que influyen el comportamiento de los pavimentos son:
- Confiabilidad R
- Desviación Estándar
Confiabilidad.- La confiabilidad esta definida como “la probabilidad de que un pavimento desarrolle su función durante su vida útil en
condiciones adecuadas para su operación”
Otra manera de entender la confiabilidad, por ejemplo es: si se considera una confiabilidad “R” del 80% estaríamos permitiendo que el
20% de las losas del pavimento alcancen al final de su vida útil una serviciabilidad igual a la serviciabilidad final seleccionada en el diseño.
También podemos entender a la confiabilidad como un Factor de Seguridad y ante esa situación debemos reflexionar en los valores de
confiabilidad que debemos utilizar en México, con el mejor de los criterios, al hacer un diseño para un pavimento.
Confiabilidad recomendada para México
Confiabilidad recomendada por AASHTO *
Clasificación Funcional
Autopistas
Arterias Principales
Colectoras
Locales
Urbano
85% - 99.9%
80% - 99%
80% - 95%
50% - 80%
Rural
80% - 99.9%
75% - 99%
75% - 95%
50% - 80%
* Valida para Estados Unidos
Tipo de Pavimento
Autopistas
Carreteras
Rurales
Zonas Industriales
Urbanas Principales
Urbanas Secundarias
Confiabilidad R
95 %
80 %
70 %
65 %
60 %
50 %
Como se menciona anteriormente la confiabilidad puede relacionarse con un Factor de Seguridad, a continuación se presentan los
factores de seguridad aproximados a los que corresponde la confiabilidad. Estos factores de seguridad van asociados con la Desviación
Estándar “So”.
Algunos de estos fenómenos se pueden minimizar cuando se utilizan bases estabilizadas con cemento o bases de relleno fluido.
51
- Reducción de la resistencia de materiales granulares no ligados.
- Reducción de la resistencia de la subrasante.
- Expulsión de finos
- Levantamientos diferenciales de suelos expansivos
- Expansión por congelamiento del suelo
Factor de seguridad AASHTOO
Confiabilidad “R”
70%
80%
1.44
1.79
1.53
1.97
1.60
2.13
1.62
2.17
90%
2.42
2.81
3.16
3.26
95.00%
3.12
3.76
4.38
4.55
FS AASHTO = 10 ( - Zr x So )
Donde:
Zr = desviación normal estandar para “R”
So = desviación estándar
52
Desviación
Estándar So
50%
60%
0.30
1.00
1.19
0.35
1.00
1.23
0.39
1.00
1.26
0.40
1.00
1.26
d) EJEMPLO RESUELTO
Diseñar el espesor de un pavimento de concreto para una vialidad urbana de doble sentido y con 2 carriles por sentido. Los datos y los
principales parámetros de diseño se detallan a continuación:
Servicibilidad:
Serviciabilidad Inicial: = 4.5
Serviciabilidad Final = 1.8
Tráfico:
TPDA = 4,302 vehículos
Factor de sentido = 0.5
Factor de carril = 0.80
Composición del tráfico:
Período de diseño: = 20 años
Crecimiento Anual: = 3.0 %
Tipo de Vehículo
A2
B2
B3
C3
C4
T2-S2
T3-S2
T3-S3
T3-S2-R2
T3-S2-R3
Peso (TON)
Cargados
Vacíos
2.00
15.47
19.46
23.45
27.94
33.43
41.41
45.90
61.37
69.36
1.60
10.4
11.9
8.4
12.4
11.4
11.9
12.9
15.9
16.9
%
Composición
%
Cargados
Vacíos
70.2%
81.2%
85.1%
87.3%
70.7%
81.1%
84.2%
73.1%
74.6%
62.6%
100.0%
75.0%
75.0%
75.0%
75.0%
75.0%
75.0%
75.0%
75.0%
75.0%
0%
25%
25%
25%
25%
25%
25%
25%
25%
25%
100.0%
Total
Diarios
3,018
51
218
312
30
48
180
135
197
113
4,302
Transferencia de Carga:
Se emplean pasajuntas y se supone soporte lateral de las losas debido a guarniciones y banquetas a los costados de la vialidad. Por lo tanto
el coeficiente de transferencia de carga es igual a 2.7.
Propiedades del Concreto:
Emplear un concreto con modulo de ruptura de 45 kg/cm2 (640 psi)
Subrasante:
Se determinó mediante pruebas de placa realizadas sobre la base un módulo de reacción del suelo (k) igual a 300 pci
Condiciones de Drenaje:
Se suponen condiciones normales de
drenaje en la vialidad, por lo que se emplea
un coeficiente de drenaje igual a 1.0
Confiabilidad:
Por tratarse de una vialidad urbana de cierta
importancia se considera usar un valor de
confiabilidad del 60%.
considerados se debe obtener en primera
instancia el número de repeticiones en toda
la vida útil de cada tipo de vehículo que
va a circular sobre el pavimento (sencillo,
tandem ó tridem) y dentro de cada tipo de
eje, también se desgloza por peso del eje.
Con el Factor de equivalencia de carga
calculado para cada tipo y peso de ejes
se convierten el número de repeticiones
esperadas de cada tipo de eje, en la vida útil
del proyecto, en el número de repeticiones
esperadas de ejes equivalente (ó ESAL’s).
El número de repeticiones esparadas
durante la vida útil y sus respectivos ESAL’s
en este ejemplo de diseño se presentan a
continuación:
EJES EQUIVALENTES Y ESPESOR.
Sencillo
Sencillo
Sencillo
Sencillo
Sencillo
Sencillo
2.20
4.84
5.06
7.70
8.80
9.90
Repeticiones Repeticiones
al año
en la vida útil
881,256
7,191
11,315
3,614
43,910
1,095
23,679,679
193,225
304,038
97,110
1,179,878
29,423
Ejes Equivalentes
de 18 kips
6,367
837
1,562
2,652
55,842
2,276
Con los datos y parámetros de diseño establecidos se encontró un total de 24’860,542 Ejes Sencillos Equivalentes de 18 kips en
el periodo de diseño y para ese número de ESAL’S, el espesor encontrado es de 8.52” (aproximadamente 22 centímetros). 2.5
MÉTODO DE LA
ASOCIACION
DEL CEMENTO
PORTLAND
(PCA).
A continuación se describen
los lineamientos generales del método
del Portland Cement Association
(PCA).
a) FACTORES DE DISEÑO
1. Resistencia a la Flexión
del Concreto La consideración de la resistencia a la
flexión del concreto es aplicable en el
procedimiento de diseño para el criterio
de fatiga, que controla el agrietamiento del
pavimento bajo la repetición de cargas. El alabeo del pavimento de concreto bajo
las cargas del tráfico provoca esfuerzos
tanto de compresión como de flexión. Sin
embargo la proporción de los esfuerzos
a compresión contra la resistencia a la
compresión del concreto es mínima
como para influir en el diseño de espesor
de la losa. En cambio la relación de los
esfuerzos a flexión contra la resistencia
a la flexión del concreto es mucho más
alta y frecuentemente excede valores de
0.5. Por este motivo los esfuerzos y la
resistencia a la flexión son los empleados
para el diseño de espesores. La resistencia
a la flexión del concreto es determinada
por la prueba del modulo de ruptura,
realizada en vigas de 6x6x30 pulgadas. El módulo de ruptura puede encontrase
aplicando la carga en cantiliver, punto medio
ó en 3 puntos. Una diferencia importante en
estos métodos de prueba es que al aplicar
la carga en 3 puntos se obtiene la mínima
resistencia del tercio medio de la viga de
prueba, mientras que los otros 2 métodos
muestran la resistencia en un solo punto.
El valor determinado por el método de
aplicación de carga de 3 puntos (American
Society for Testing and Materials,
ASTM C78) es el empleado en este
método de diseño1. 1 Para una viga estándar de 30”, los valores de la
prueba aplicando ala carga en el punto central serán de
aproximadamente 75 psi más altos, y si se aplica la carga
en cantiliver los valores serán de aproximadamente
160 psi más altos que aplicando la carga en 3 puntos.
No se recomienda usar estos valores altos para
propósitos de diseño. Si se usan otros métodos
de prueba se deberá hacer un ajuste de reducción
estableciendo una correlación a los resultados de
la prueba aplicando la carga en 3 puntos.
53
Para convertir a ejes equivalentes los
ejes de pesos normales de los vehículos
Peso del Eje
(kips) C A P Í T U LO 2 . D I S E Ñ O
Sabemos que es necesario transformar los
ejes de pesos normales de los vehículos que
circularán sobre el camino, en ejes sencillo
equivalentes de 18 kips (8.2 ton) para poder
resolver la ecuación de diseño de espesores.
Tipo
de Eje
54
La prueba del módulo de ruptura es
comúnmente realizada a los 7, 14, 28 y 90
días. Los resultados a los 7 y 14 días son
comparados contra especificaciones de
control de calidad y para determinar cuando
puede ser abierto al tránsito un pavimento.
Los resultados a los 28 días se han usado
generalmente para el diseño de espesores
de autopistas y calles; mientras que los
resultados a los 90 días son usados para
el diseño de aeropistas, esto es debido a
que se presentan muy pocas repeticiones
de esfuerzos durante los primeros 28
ó 90 días del pavimento comparado
contra los millones de repeticiones de
esfuerzos que ocurrirán posteriormente.
Sabemos que el concreto continua
ganando resistencia con el paso del tiempo,
como lo muestra la figura 2.5.1. Esta
ganancia de resistencia es mostrada en la
curva que representa valores de módulo de
ruptura (MR) promedios para varias series
de pruebas de laboratorio, pruebas de vigas
curadas en campo y secciones de concreto
tomadas de pavimentos en servicio. En este procedimiento de diseño los efectos
de las variaciones en la resistencia del
concreto de punto a punto del pavimento
y el incremento de resistencia con el paso
del tiempo están incorporados en las
gráficas y tablas de diseño. El diseñador
no aplica directamente estos efectos, sino
que simplemente ingresa el valor de la
resistencia promedio a los 28 días, que en
nuestro país se recomienda como mínimo
41 kg/cm2 (583 psi) y como máximo 50
kg/cm2 (711 psi). 2. Terreno de Apoyo ó Base
El soporte dado a los pavimentos de concreto por la base y la sub-base, es el segundo factor en
el diseño de espesores. El terreno de apoyo esta definido en términos del módulo de reacción
de la subrasante de Westergaard (k). Es igual a la carga en libras por pulgada cuadrada de un
área cargada (un plato de 30” de diámetro) dividido entre la deformación en pulgadas que
provoca dicha carga. Los valores de k son expresados como libras por pulgada cuadrada
por pulgada (psi / in) ó más comúnmente, por libras por pulgada cúbica (pci). La figura 2.5.2 nos muestra una ilustración de la prueba de placa regulada por la norma
ASTM D1195 y D1196. k (psi/in) = carga unitaria por placa / deflexión de la placa
Figura 2.5.2.
Prueba de Placa (ASTM D1195 y D1196).
Dado que la prueba de placa lleva tiempo y dinero, los valores de k son usualmente
estimados mediante una correlación a pruebas más simples como la del VRS (valor
Relativo de Soporte). El resultado es válido por que no se requiere una exacta determinación
del valor k; ya que variaciones normales del valor k no afecta significativamente
los requerimientos del espesor del pavimento. La relación mostrada en la figura 2.5.3
es correcta para estos propósitos. La prueba de caminos AASHTO comprobó convincentemente que la reducción
de perdida de terreno de soporte durante los períodos de descongelamiento tienen
ningún ó muy poco efecto en el espesor requerido de los pavimentos de concreto.
Esto es cierto por que los pocos períodos en que los valores de k son bajos durante
el descongelamiento de la primavera se compensan con los largos períodos en que
se congelan y los valores de k son mucho mayores que los asumidos para el diseño.
Para evitar métodos tediosos que requieren de diseño para las variaciones de k en las épocas
del año, lo valores recomendables como valores promedio son los de verano u otoño. El contar con una sub-base permite incrementar en parte el valor de k del
suelo que deberá usarse en el diseño de espesor. Si la base es de material
granular no tratada ó mejorada el incremento puede no ser muy significativo
como se aprecia en los valores presentados en la tabla 2.5.1. Figura 2.5.1.
Curva de desarrollo de resistencia
a la flexión a través del tiempo.
Los valores mostrados en la tabla 2.5.1. son basados del análisis de Burmister de
un sistema de dos capas y cargado en pruebas de placa hechas para determinar los
valores k del conjunto suelo - subbase en losas de prueba completas. Las bases mejoradas ó tratadas con cemento aportan mayor capacidad de carga y su
comportamiento a largo plazo es mucho mejor y son ampliamente empleadas para
pavimentos de concreto con tráfico pesado.
Se construyen con materiales granulares
como los tipos de suelos AASHTO A-1,
A-2-4, A-2-5 y A-3, el contenido de cemento
es determinado mediante las pruebas de
Congelación - Descongelación y Mojado Secado y el criterio de pérdidas admisibles
de la PCA. 3. Período de Diseño El término de período de diseño es algunas
veces considerado sinónimo del término
período de análisis de tráfico. Dado que el
tráfico muy probablemente no puede ser
supuesto con precisión por un período
muy largo, el período de diseño de 20
años es el comúnmente empleado en el
procedimiento de diseño de pavimentos.
El período de diseño seleccionado afecta
el espesor de diseño ya que determina por
cuantos años y por ende cuantos camiones
deberá servir el pavimento. C A P Í T U LO 2 . D I S E Ñ O
55
Los valores de diseño de módulo de sub-
reacción (k) para bases cementadas que
cumplen con éste criterio se muestran en la
tabla 2.5.2. Figura 2.5.3
Relación aproximada entre las clasificaciones del suelo y sus valores de resistencia.
Tabla 2.5.1
Incremento en el valor de k del suelo, según el espesor de una base granular
Tabla 2.5.2
Incremento en el valor de k del suelo, según el espesor de una base granular cementada
4. Número de repeticiones esperadas
para cada eje
Toda la información referente al tráfico
termina siendo empleada para conocer el
número de repeticiones esperadas durante
todo el período de diseño de cada tipo de eje.
Para poder conocer estos valores tendremos
que conocer varios factores referentes al
tránsito como lo es el tránsito promedio
diario anual (TPDA), el % que representa
cada tipo de eje en el TPDA, el factor de
crecimiento del tráfico, el factor de sentido,
el factor de carril y el período de diseño.
Repeticiones Esperadas.
56
Re = TPDA x %Te x FS x FC x Pd x FCA x 365
Donde:
TPDA % Te FS FC Pd FCA
365 = Tránsito Promedio Diario Anual.
= % del TPDA para cada tipo de eje.
= Factor de Sentido.
= Factor de Carril.
= Período de Diseño.
= Factor de Crecimiento Anual.
= Días de un año.
Tránsito promedio diario anual.
(TPDA)
El TPDA puede obtenerse de aforos
especializados ó de algún organismo
relacionado con el transporte, ya sea
municipal, estatal ó federal. Lo importante
es que se especifique la composición
de este tráfico, es decir que se detalle el
tráfico por tipo de vehículo, para que de
esta manera se pueda identificar los tipos y
pesos de los ejes que van a circular sobre el
pavimento. El método de diseño de la PCA recomienda
que considera únicamente el tráfico pesado,
es decir que se desprecie todo el tráfico
ligero como automóviles y pick-ups de 4
llantas. Sin embargo no es tan importante
el hacer caso a esta recomendación
debido a que el tráfico ligero no influye
demasiado en el diseño de espesores. Factor de Crecimiento Anual
(FCA)
Para conocer el factor de crecimiento anual
se requiere únicamente del período de
diseño en años y de la tasa de crecimiento
anual. Con estos datos podemos saber
el factor de crecimiento de manera rápida
con la ayuda de la tabla 2.5-3 que presenta
relaciones entre tasas de crecimiento
anual y factores de crecimiento anual para
períodos de diseño de 20 y 40 años. Si se desea obtener el factor de crecimiento
anual del tráfico (FCA) de manera más
exacta, se puede obtener a partir de la
siguiente formula:
Tasas de Crecimiento Anual de Tráfico y sus correspondientes factores de crecimiento
Tasa de Crecimiento
Anual del Tráfico, % 1
1 ½
2
2 ½
3
3 ½
4
4 ½
5
5 ½
6
Factor de Crecimiento Anual para 20 años
1.1
1.2
1.2
1.3
1.3
1.4
1.5
1.6
1.6
1.7
1.8
Factor de Proyección
Anual para 40 años
1.2
1.3
1.5
1.6
1.8
2.0
2.2
2.4
2.7
2.9
3.2
Tabla 2.5.3
Factores de Crecimiento Anual, según la tasa de crecimiento anual.
FC =
(1+g)n-1
(g)(n)
Donde:
FC = Factor de Crecimiento Anual.
n = Vida útil en años.
g = Tasa de crecimiento anual, en %
En un problema de diseño el factor de
proyección se multiplica por el TPDA
presente para obtener el TPDA de diseño
representando el valor promedio para el
período de diseño.
Los siguientes factores influyen en las tasas
de crecimiento anual y proyecciones de
tráfico:
1. El tráfico atraído ó desviado.
El incremento del tráfico existente
debido a la rehabilitación de algún
camino existente.
2. Crecimiento normal de tráfico.
El crecimiento normal provocado por el
incremento del número de vehículos.
3. Tráfico generado.
El incremento provocado por los
vehículos que no circularían por la vía si la
nueva facilidad no se hubiese construido.
4. Tráfico por desarrollo.
El incremento provocado por cambios en
el uso del suelo debido a la construcción
de la nueva facilidad.
Los efectos combinados provocan tasas de
crecimiento anual de 2 al 6%. Estas tasas
corresponden como se muestra en la tabla
2.5.3 a factores de crecimiento del tráfico de
1.2 a 1.8, diseñando a 20 años.
Factor de Sentido.
El factor de sentido se emplea para
diferenciar las vialidades de un sentido de
las de doble sentido, de manera que para
vialidades en doble sentido se utiliza un
factor de sentido de 0.5 y para vialidades en
un solo sentido un factor de 1.0
En el caso de vialidades de doble sentido
generalmente se asume que el tránsito ( en
sus diferentes tipos y pesos) viajan en igual
cantidad para cada dirección (FS=0.5).
Después de verse afectado el tráfico por
el factor de sentido, también debemos de
analizar el número de carriles por sentido
mediante el factor de carril. El factor de
carril nos va a dar el porcentaje de vehículos
que circulan por el carril de la derecha, que
es el carril con más tráfico. Para esto, la
PCA recomienda emplear la figura 2.5.4 en
donde este factor depende del número de
carriles por sentido ó dirección del tráfico
y del tránsito promedio diario anual en un
solo sentido.
Figura 2.5.4
Proporción de Vehículos circulando por el carril
de baja velocidad en una vialidad de 2 ó 3 carriles.
5. Factor de Seguridad de Carga
Una vez que se conoce la distribución de
carga por eje, es decir ya que se conoce
cuantas repeticiones se tendrán para cada
tipo y peso de eje, se utiliza el factor de
seguridad de carga para multiplicarse por
las cargas por eje.
Los factores de seguridad de carga
recomendados son:
1.3 Casos especiales con muy altos
volúmenes de tráfico pesado y cero
mantenimiento.
1.2 Para Autopistas ó vialidades de
varios carriles en donde se presentará un
flujo ininterrumpido de tráfico y altos
b) PROCEDIMIENTO DE DISEÑO
El método descrito en ésta sección es
empleado una vez que ya tenemos los datos
del tráfico esperado, como lo es el tránsito
díario promedio anual, la composición
vehícular del tráfico y de esta información
obtenemos el numero de repeticiones
esperadas para cada tipo de eje durante el
período de diseño.
En la figura 2.5.5 se presenta un formato
empleado para resolver el diseño de
pavimentos, el cuál requiere de conocer
algunos factores de diseño, como:
• Tipo de junta y acotamiento.
• Resistencia a la flexión del concreto (MR)
a 28 días.
• El valor del módulo de reacción K del
terreno de apoyo.
• Factor de seguridad de la carga (LSF)
• Número de repeticiones esperadas
durante el período de diseño, para cada tipo
y peso de eje.
El método considera dos criterios de
diseño:
• Fatiga
• Erosión
El Análisis por fatiga (para controlar
el agrietamiento por fatiga) influye
principalmente en el diseño de pavimentos
de tráfico ligero (calles residenciales y
caminos secundarios independientemente
de si las juntas tienen ó o pasajuntas) y
pavimentos con tráfico mediano con
pasajuntas en las juntas.
El análisis por erosión (el responsable de
controlar la erosión del terreno de soporte,
bombeo y diferencia de elevación de las
juntas) influye principalmente el diseño de
pavimentos con tráfico mediano a pesado
con transferencia de carga por trabazón de
agregados (sin pasajuntas) y pavimentos de
tráfico pesado con pasajuntas.
57
Factor de Carril.
volúmenes de tráfico pesado.
1.1 Autopistas y vialidades urbanas con
volúmenes moderados de tráfico pesado.
1.0 Caminos y calles secundarias con muy
poco tráfico pesado.
Sin embargo esto puede no aplicar en
algunos casos especiales en que muchos
de los camiones viajan cargados en una
dirección y regresan vacíos, Si éste es el caso,
se deberá hacer el ajuste apropiado y tomar
en cuenta el sentido con mayor tráfico.
Para pavimentos que tienen una mezcla
normal de pesos de ejes, las cargas en los
ejes sencillos son usualmente más severas
en el análisis por fatiga y las cargas en ejes
tandem son más severas en el análisis por
erosión.
El diseño del espesor se calcula por tanteos
con ayuda del formato de diseño de
espesores por el método de la PCA que se
presenta en la tabla 2.5.4. Los pasos en el
procedimiento de diseño son como siguen:
primero cargamos los datos de entrada que
se presentan en la tabla 2.5.4 (columna 1
a la 3), los datos de la columna 2 son las
cargas por eje multiplicadas por el factor de
seguridad de carga.
58
Análisis por Fatiga.
Se emplean las mismas tablas y figuras para
pavimentos con ó sin pasajuntas, mientras
que la única variable es si se cuenta ó no con
apoyo lateral, de manera que:
Sin apoyo lateral.
• Use la tabla 2.5.5 y la figura 2.5.5
Con apoyo lateral.
• Use la tabla 2.5.6 y la figura 2.5.5
Procedimiento:
1. Introducir como datos los valores de
esfuerzo equivalente en las celdas 8, 11, 14
del formato de diseño de espesores. Estos
valores se obtienen de las tablas apropiadas
de factores de esfuerzos equivalentes
(tablas 2.5.5 y 2.5.6), dependiendo del
espesor inicial y el valor de k.
2. Dividir los valores de esfuerzo
equivalente entre el módulo de ruptura del
concreto, al resultado le llamamos relación
de esfuerzos y vamos a obtener una para
cada tipo de eje (sencillo, tándem y tridem).
Estos valores los anotamos en el formato
de diseño de espesores (tabla 2.5.4) en las
celdas 9, 12 y 15.
3. Llenar la columna 4 de “repeticiones
permisibles” obtenidas en la figura 2.5.5
4. Obtener el % de fatiga de cada eje. El % de
fatiga se anota en la columna 5 y se obtiene
dividiendo las repeticiones esperadas
(columna 3) entre las repeticiones
permisibles (columna 4) por 100; esto
se hace para cada eje y posteriormente se
suman todos los porcentajes de daño por
fatiga para obtener el porcentaje total de
daño por fatiga. Análisis por Erosión.
Sin apoyo lateral.
• Para pavimentos con pasajuntas, emplear
la tabla 2.5.7 y la figura 2.5.6
• En los pavimentos en que la transferencia
de carga se realiza exclusivamente mediante
la trabazón de los agregados, use la tabla
2.5.8 y la figura 2.5.6
Con apoyo lateral.
• Para pavimentos con pasajuntas ó
continuamente reforzados, emplear la tabla
2.5.9 y la figura 2.5.7
• En los pavimentos en que la transferencia
de carga se realiza exclusivamente mediante
la trabazón de los agregados, use la tabla
2.5.10 y la figura 2.5.7
Procedimiento:
1. Anote en las celdas 10,13 y 16 del
formato de diseño de espesores, los
correspondientes factores de erosión
obtenidos de las tablas adecuadas (tablas
2.5.7 a 2.5.10)
2. Calcule las “repeticiones permisibles”
con ayuda de la figura 2.5.6 y la figura 2.5.7,
y anótelos en la columna 6 del formato de
diseño de espesores.
3. Calcule el porcentaje de daño por erosión
(columna 7) para cada eje dividiendo las
repeticiones esperadas (columna 3) entre
las repeticiones permitidas (columna
6) y multiplicando el resultado por 100,
para posteriormente totalizar el daño por
erosión.
Al emplear las gráficas no es necesario una
exacta interpolación de las repeticiones
permisibles. Si la línea de intersección corre
por encima de la parte superior de la gráfica,
se considera que las repeticiones de carga
permisibles son ilimitadas. CÁLCULO DE ESPESOR DEL PAVIMENTO
PROYECTO:
ESPESOR INICIAL:
MÓDULO DE REACCION K, DE LA SUBRASANTE:
MÓDULO DE RUPTURA, MR:
FACTOR DE SEGURIDAD DE CARGA, LSF:
Diseño Carretera inter-estatal de 4 carriles.
9.5 in
PASAJUNTAS: 130 pci
APOYO LATERAL: 650 psi
PERÍODO DE DISEÑO(AÑOS):
1.2
COMENTARIOS:
Análisis de Fatiga
Carga del eje,
Multiplicada
Repeticiones Repeticiones Permisibles
en kips
por LSF
Esperadas
% de Fatiga
(Fig. 2.5.5)
1
2
3
4
SI NO
SI NO
20
4” de base cementada
Análisis de Erosión
Repeticiones Permisibles
(Fig. 2.5.6 ó 2.5.7)
5
% de Daño
6
7
Ejes Sencillos
6,310
27,000
23.4
1,500,000
0.4
28
33.6
14,690 77,000
19.1
2,200,000 0.7
26
31.2
30,140 230,000
13.1
3,500,000 0.9
24
28.8
64,410 1,200,000
5.4
5,900,000 1.1
22
26.4
106,900
ilimitado
0
11,000,000 1.0
20
24.0
235,800
ilimitado
0
23,000,000 1.0
18
21.6
301,200
ilimitado
0
64,000,000 0.5
16
19.2
422,500
ilimitado
0
ilimitado
0
14
16.8
586,900
ilimitado
0
ilimitado
0
12
14.4
1,837,000
ilimitado
0
ilimitado
0
8. Esfuerzo equivalente
9. Factor de relación de esfuerzo
10. Factor de Erosion
206
0.317
2.59
192
0.295
2.79
148
0.228
2.95
59
36.0
Ejes Tandem
52
62.4
21,320 1,100,000
1.9
920,000
2.3
48
57.6
42,870 ilimitado
0
1,500,000 2.9
44
52.8
124,900 ilimitado
0
2,500,000 5.0
40
48.0
372,900
ilimitado
0
4,600,000 8.1
36
43.2
885,800 ilimitado
0
9,500,000 9.3
32
38.4
930,100 ilimitado
0
24,000,000 3.9
28
33.6
1,656,000 ilimitado
0
92,000,000 1.8
24
28.8
984,900 ilimitado
0
ilimitado
0
20
24.0
1,227,000 ilimitado
0
ilimitado
0
16
19.2
1,356,000 ilimitado
0
ilimitado
0
250,000 ilimitado
0
2,700,000 9.3
TOTAL
62.9
TOTAL
48.0
Ejes Tridem
18
21.6
Tabla 2.5.4
Formato para el diseño de espesores por el método de la PCA
30
60
Tabla 2.5.5
Esfuerzo Equivalente para Pavimentos Sin Apoyo Lateral
Tabla 2.5.6
Esfuerzo Equivalente para Pavimentos Con Apoyo Lateral
61
Figura 2.5.5.
Análisis de fatiga
(Repeticiones permisibles basadas
en el factor de relación de esfuerzo,
con ó sin apoyo lateral).
Tabla 2.5.7
Factores de Erosión, para Pavimentos con Pasajuntas y Sin Apoyo Lateral
62
Tabla 2.5.8
Factores de Erosión, para Pavimentos sin Pasajuntas y Sin Apoyo Lateral
Figura 2.5.6.
Análisis de Erosión.
(Repeticiones permisibles basadas en
el factor de erosión, sin apoyo lateral).
63
Tabla 2.5.10
Factores de Erosión, para Pavimentos sin Pasajuntas y Con Apoyo Lateral
Tabla 2.5.9
Factores de Erosión, para Pavimentos con Pasajuntas y Con Apoyo Lateral
64
Figura 2.5.7.
Análisis de Erosión. (Repeticiones permisibles basadas en el factor de erosión, con apoyo lateral).
EJEMPLO DE DISEÑO POR EL MÉTODO DE LA PCA.
DATOS:
Vialidad Urbana de 2 sentidos y de 2 carriles por sentido.
Sin Apoyo Lateral.
Módulo de Ruptura (MR) del concreto = 650 psi
Módulo de Sub-reacción del Suelo (k) = 100 pci
Base granular de 20 cms
Factor de seguridad de carga de 1.1
Datos del Tráfico:
Período de diseño: 20 años
Tasa de crecimiento anual del tráfico: 3.0 %
Se realizó un aforo durante varios días y además se promedio con
el tráfico (ya conocido) de otras vialidades de condiciones muy
similares, resultando un tránsito promedio diario anual (TPDA) de
2,267 vehículos en una sola dirección, con la siguiente composición:
Tipo de Vehículo
Total
Diarios
% del
TPDA
Cargados
Vacíos
A2
A´2
B2
B4
C2
C3
T2-S2
T3-S2
T3-S3
1,315 433 168 52
202 25 4
56 10 58.0%
19.1%
7.4%
2.3%
8.9%
1.1%
0.2%
2.5%
0.4%
100%
100%
60%
60%
60%
60%
60%
60%
60%
0%
0%
40%
40%
40%
40%
40%
40%
40%
T3-S2-R4
2
0.1%
60%
40%
2,267
100.0%
Tabla 2.5.11.
Tránsito promedio diario anual y su composición para el ejemplo de diseño PCA
Figura 2.5.8.
Cálculo del factor de carril para el ejemplo de diseño PCA
1a) Tránsito Pesado Promedio Diario
Anual.
El método de la PCA descarta el tráfico
ligero como los vehículos A’ y A’2, sin
embargo para efectos de este ejemplo si
los vamos a considerar en el diseño, aún
sabiendo que su impacto es mínimo. Por lo
que el ADTT equivale al tránsito promedio
diario anual (TPDA) dado.
1b) Factor de Sentido.
Dado que los datos del aforo son en un solo
sentido, entonces el factor de sentido a emplear
será de 1.00.
1c) Factor de Carril.
En los datos generales del proyecto
se menciona que la vialidad cuenta
con 2 carriles por sentido, así que para
determinar el factor de carril a emplear
se utilizará la figura 2.5-4 entrando con
el TPDA de 2,267 vehículos (incluyendo
los ligeros) hasta encontrar la línea de 2
carriles en una dirección, de manera que
obtenemos un 94% vehículos circulando
por el carril de la derecha; es decir un
factor de carril de 0.94.
es separar la repetición para cada tipo de
eje, es decir para cada peso de eje (recordar
que tenemos unos cargados y otros vacíos)
y para cada tipo como lo son ejes sencillos,
tándem ó tridem.
1d) Factor de Crecimiento Anual.
Para efectos del ejemplo únicamente
analizaremos un tipo de eje y presentaremos
más adelante los resultados de todos los
tipos de ejes.
Para el calculo del factor del crecimiento
anual se emplean los datos de período
de diseño igual a 20 años y la tasa de
crecimiento anual de 3%, resultando un
factor de crecimiento anual de 1.3435
FCA =
( 1 + 0.03 ) 20 - 1
( 0.03 ) ( 20 )
= 1.3435
1e) Repeticiones esperadas para cada tipo
de eje.
Dado que conocemos los tipos de vehículos
y la cantidad de ellos (repeticiones
esperadas) que van a circular sobre el
pavimento, lo que se hace a continuación
El eje sencillo de 6.6 kips únicamente
interviene en el conjunto de ejes traseros
del camión de 2 ejes (C2), cuando este
circula vacío, por lo que las repeticiones
esperadas de este tipo de eje será:
En el primer año:
Rep. Esperadas =
(Rep. Diarias del eje) x (% Cargado ó
Vacío) x (Factor de Sentido) x (Factor de
Carril) x (365)
Rep. Esperadas =
202 x 0.40 x 1.0 x 0.94 x 365
Rep. Esperadas = 27,722.48
65
SOLUCIÓN:
1. Análisis del tráfico para conocer el número de repeticiones esperadas para cada eje.
En toda la vida útil:
Rep. Esperadas = (Rep. 1er año) x (Período
de diseño) x (Factor de Crecimiento
Anual)
Rep. Esperadas = 27,722.48 x 20 x 1.3435
Rep. Esperadas = 744,903
De igual manera de como se calculó las
repeticiones permisibles para el eje sencillo
de 6.6 kips, se deberá analizar todos los
tipos de ejes derivados de la composición
vehicular del tránsito promedio diario
anual. Los resultados de las repeticiones
esperadas para todos los tipos de ejes que
intervienen en nuestro proyecto se presenta
en la siguiente tabla:
66
* El peso por eje de los ejes tridem, se deberá dividir entre tres para poder emplear
la escala de los ejes sencillos en los nomogramas de repeticiones permisibles tanto de
fatiga como de erosión (figuras 2.5.5, 2.5.6 y 2.5.7).
Tabla 2.5.11.
Repeticiones esperadas para cada tipo de eje en el ejemplo de diseño PCA
2. Cálculo del módulo de sub-reacción
(k) de diseño.
El valor de k = 100 pci es del terreno natural
y como tenemos una base granular de 20
cms, la k se modifica , resultando la k del
conjunto suelo - subbase a un valor de
153.33 pci (=150 pci para simplificar el
ejemplo), de acuerdo a la siguiente tabla:
k Suelo - Sub-base (pci)
k del Suelo (pci)
Espesor de la sub-base
4”
6”
9”
12”
50
100
200
300
65
130
220
320
75
140
230
330
85
160
270
370
110
190
320
430
Tabla 2.5.12.
Cálculo de la k de conjunto suelo-subbase para el ejemplo de diseño PCA
3. Esfuerzo Equivalente.
Con los datos de un espesor inicial de 8.5”
y una k de diseño de 150 pci, entramos a la
siguiente tabla para encontrar los esfuerzos
equivalentes para los ejes sencillo, tándem
y tridem, resultando de 234, 208 y 158
respectivamente.
de esfuerzos para los ejes sencillos será de
0.36, para los ejes tándem será de 0.32 y
finalmente para los ejes tridem de 0.24
5. Análisis por Fatiga.
4. Relación de Esfuerzos.
Para calcular las repeticiones permisibles
para cada tipo de eje por el análisis por fatiga
se emplea un nomograma, el peso y tipo del
eje, así como su relación de esfuerzos.
La relación de esfuerzos se calcula
dividiendo el esfuerzo equivalente entre el
módulo de ruptura, por lo que la relación
En el caso del eje sencillo de 22 kips, se entra
a la figura con la carga ya multiplicada por
su factor de seguridad; es decir que la carga
en el eje será de 24.2 kips, se une con el valor
de relación de esfuerzo de 0.36, de manera
que uniendo los dos puntos con una línea
recta y extendiéndola hasta la escala de
repeticiones permisibles, encontramos
el valor de 3’000,000 de repeticiones
permisibles para eje en específico.
Este mismo procedimiento se hace
para todos los ejes y se van anotando las
repeticiones permisibles encontradas en la
columna 4 del formato de hoja de calculo
para el diseño de espesores que se presenta
en la figura 2.5.9.
67
A continuación se detalla de manera
gráfica las repeticiones permisibles para
un solo tipo de eje (el eje sencillo de 24.2
kips). El resto de los ejes ya se presentan los
resultados de repeticiones permisibles en la
columna 4 de la figura 2.5.9.
En el caso de los ejes tridem, la carga total
del eje tridem se divide entre tres y el
resultado es el valor de carga que se unsa
en la escala de ejes sencillos para el calculo
de repeticiones permisibles, usando
su correspondiente factor de esfuerzo
equivalente.
Una vez calculadas todas las repeticiones
permisibles, se procede a calcular el % de
daño por fatiga. Esto se hace expresando
como porcentaje la relación entre las
repeticiones esperadas y las repeticiones
permisibles, por ejemplo para el caso del
eje sencillo de 24.2 kips tenemos 2’067,675
repeticiones esperadas contra un total de
3’000,000 de repeticiones permisibles, por
lo que el % de daño de ese eje equivale a un
68.9% de daño por fatiga.
Figura 2.5.9.
Repeticiones esperadas
para el eje sencillo de
24.2 kips, en el ejemplo
de diseño PCA
Tabla 2.5.12.
Cálculo del esfuerzo equivalente para los ejes sencillos, tandem y tridem en el ejemplo de diseño PCA.
68
6. Análisis por Erosión.
Tabla 2.5.13.
Cálculo del factor de erosión para un pavimento con pasajuntas y sin apoyo lateral, para el ejemplo de diseño PCA
En el análisis por erosión se calcula primero el factor de erosión, y para esto
se emplean las tablas correspondientes dependiendo de si se cuenta ó no con
pasajuntas y además si se tiene ó no apoyo lateral, encontrandose un factor de
erosión para cada tipo de eje (sencillo, tandem y tridem).
En este ejemplo se utiliza la tabla 2.5.7 que le corresponde a los pavimentos con
pasajuntas y sin apoyo lateral. Con los datos de espesor igual a 8.5” y un k = 150
encontramos como se muestra en la tabla 2.5.13 los valores de factor de erosión
de 2.73 para los ejes sencillos, de 2.90 para los ejes tándem y 3.03 para los ejes
tridem.
Ahora con los valores de factor de erosión y con las diferentes cargas en el
eje y con ayuda de la figura correspondiente (que en este ejemplo es la figura
para pavimentos sin apoyo lateral) encontramos las diferentes repeticiones
permisibles por erosión.
Para efectos del ejemplo, únicamente se explicará el caso del eje sencillo de 24.2
kips y con su correspondiente factor de erosión de 2.73, obtiene un número de
repeticiones esperadas igual 7’500,000 como podemos ver en la figura 2.5.10
Empleando la misma figura (figura 2.5.6 para el cálculo de las repeticiones
permisibles por el análisis de erosión, para pavimentos sin apoyo lateral)
se deberán determinar las repeticiones esperadas para el resto de los ejes,
recordando que en el caso de los ejes tridem, la carga total del eje se deberá dividir
entre 3, después multiplicar por el factor de seguridad de carga y el resultado es la
carga que se considera en la gráfica, en la escala de los ejes sencillos.
Figura 2.5.10.
Cálculo de las repeticiones permisibles por erosión para el eje sencillo de 24.2 kips en el ejemplo de diseño de la PCA
7. Resultados.
Los resultados de todas las repeticiones permisibles de todos los tipos de ejes y los totales de daño tanto por fatiga como por erosión, se
muestran a continuación:
CÁLCULO DE ESPESOR DEL PAVIMENTO
PROYECTO:
ESPESOR INICIAL:
MÓDULO DE REACCION K, DE LA SUBRASANTE:
MÓDULO DE RUPTURA, MR:
FACTOR DE SEGURIDAD DE CARGA, LSF:
Ejemplo de Diseño PCA.
8.5 in
PASAJUNTAS: 150 pci
APOYO LATERAL: 650 psi
PERÍODO DE DISEÑO(AÑOS):
1.1
COMENTARIOS:
Análisis de Fatiga
Carga del eje,
Multiplicada
Repeticiones Repeticiones Permisibles
en kips
por LSF
Esperadas
% de Fatiga
(Fig. 2.5.5)
1
2
3
4
5
SI NO
SI NO
20
8” de base granular
Repeticiones Permisibles
% de Daño
(Fig. 2.5.6)
6
7
Ejes Sencillos
24,246,563
ilimitadas
0
ilimitadas
0
3.74
4.1
3,991,917 ilimitadas
0
ilimitadas
0
6.6
7.3
744,903 ilimitadas
0
ilimitadas
0
7.7
8.5
1,378,450
ilimitadas
0
ilimitadas
0
8.36
9.2
0
ilimitadas
0
8.8
9.7
355,871 ilimitadas
0
ilimitadas
0
12.1
13.3
0
ilimitadas
0
15.4
16.9
619,523 ilimitadas
0
ilimitadas
0
22
24.2
2,067,675 3,000,000.00
68.92
7,500,000
27.57
Ejes Tandem
Sub Total Ejes Sencillos
68.92
27.57
7.04
7.7
7,739 ilimitadas
0
ilimitadas
0
7.26
8.0
7,739
ilimitadas
0
ilimitadas
0
7.7
8.5
7,739 ilimitadas
0
ilimitadas
0
8.8
9.7
471,656 ilimitadas
0
ilimitadas
0
9.9
10.9
90,714 ilimitadas
0
ilimitadas
0
11
12.1
192,499 ilimitadas
0
ilimitadas
0
15.4
16.9
288,749
ilimitadas
0
ilimitadas
0
17.6
19.4
192,499 ilimitadas
0
ilimitadas
0
30.8
33.9
288,749 ilimitadas
0
2,300,000
12.55
39.6
43.6
878,419 ilimitadas
0
3,500,000
25.10
Sub Total Ejes Tandem
0.00
37.65
Ejes Tridem
= 11.00 / 3
4.0
37,619
ilimitadas
0
ilimitadas
0
= 49.5 / 3
18.2 56,428
ilimitadas
0
5,000,000 1.13
1.13
Sub Total Ejes Tridem
0.00
TOTAL FATIGA
68.9
TOTAL EROSIÓN 66.35
234
0.360
2.73
208
0.320
2.90
158
0.243
2.55
69
2.4
Tabla 2.5.4
Formato para el diseño de espesores
por el método de la PCA
2.2
Dado que los daños totales por fatiga y por
erosión son ambos inferiores al 100%, el
diseño es adecuado. Sin embargo se deberá
realizar otro tanteo con un espesor menor
al de este tanteo para revisar si los daños por
fatiga y por erosión son ó no superiores al
100%, es decir que se deben hacer varios
tanteos para optimizar el diseño del espesor,
siendo el adecuado aquél espesor que
provoque daños lo más cercano posible al
100% sin rebasarlo.
Se realizó otro tanteo con un espesor de 8”
y se pudo conocer que con tal espesor los
daños son superiores al 100%, por lo que el
espesor de 8.5” es correcto.
70
c) DESARROLLO DEL
PROCEDIMIENTO DE DISEÑO
El método de diseño de la PCA incluye un
aspecto novedoso en el procedimiento de
diseño, el criterio de erosión, que es ahora
tomado en cuenta, junto con el criterio de
fátiga.
El criterio de erosión reconoce que el
pavimento puede fallar por un excesivo
bombeo, erosión del terreno de soporte
y diferencias de elevaciones en las juntas.
El criterio del esfuerzo de fátiga reconoce
que el pavimento pueda fallar, presentando
agrietamiento derivado de excesivas
repeticiones de carga.
Esta sección explica las bases de estos
criterios y el desarrollo del procedimiento
de diseño.
Análisis de pavimentos de concreto.
El procedimiento de diseño esta basado
en un minucioso análisis de esfuerzos
en el concreto y deformaciones en las
juntas, esquinas y bordes del pavimento,
por un programa de computadora de
elemento finito. El análisis consideró
losas con dimensiones finitas, colocación
variable de las cargas por eje y el modelaje
de la transferencia de carga en las juntas
transversales ó grietas, así como también en
las juntas ubicadas entre el pavimento y el
acotamiento.
Después de analizar diferentes posiciones
de los ejes en la losa, se ha encontrado la
posición crítica y se muestra en la figura
2.5.11, con las siguientes conclusiones:
1. Los esfuerzos críticos en el pavimento
ocurren cuándo el camión es colocado
cerca ó sobre los bordes del pavimento y a
la mitad de las juntas transversales (figura
2.5.11). Dado que las juntas se encuentran
a la misma distancia de esta ubicación, el
espaciamiento de las juntas transversales y
el tipo de transferencia de carga tienen muy
poco efecto en la magnitud de los esfuerzos.
En el procedimiento de diseño, debido a
eso, el análisis basado en los esfuerzos de
flexión y fatiga producen los mismos valores
para diferentes espaciamientos de juntas y
diferentes mecanismos de transferencia de
carga en las juntas transversales. Cuando el
pavimento central se apoya lateralmente en
un carril de acotamiento, la magnitud de los
esfuerzos críticos se ve considerablemente
reducida.
2. Las deformaciones más críticas del
pavimento ocurren en las esquinas de las
losas cuando una carga es colocada sobre
la junta con las ruedas cerca ó sobre la
esquina (figura 2.5.11 inciso b)2. En esta
situación, el espaciamiento de las juntas
transversales no tiene efecto en la magnitud
de las deformaciones en las esquinas pero
el mecanismo de transferencia de carga
si tiene un gran efecto. Esto significa que
los resultados del diseño basados en el
criterio de erosión (deformaciones) puede
ser substancialmente afectado por el tipo
de transferencia de carga seleccionado,
especialmente cuando se tiene un alto
volumen de tráfico pesado. El tener apoyo
lateral también reduce considerablemente
las deformaciones en las esquinas de las
losas.
Ubicación de las cargas.
Las cargas de los camiones ubicados en el
borde exterior del pavimento provoca las
condiciones más severas que cualquier otra
ubicación de las cargas. Sí esta ubicación del
2 Las deformaciones más grandes para ejes tridem ocurren cuando dos ejes son colocados de un lado de la junta
y el otro eje se encuentra del otro lado.
a) Ubicación de las cargas de eje críticas
para los esfuerzos a flexión.
b) Ubicación de las cargas de eje críticas
para las deformaciones.
Figura 2.5.10.
Posición crítica de las cargas del eje.
camión la movemos unas cuantas pulgadas
al interior del pavimento, el efecto decrece
substancialmente.
Solamente una pequeña fracción de todos
los camiones circulan con sus llantas
exteriores sobre los bordes del pavimento.
La mayoría de los camiones circulando
sobre el pavimento se ubican con sus
llantas exteriores aproximadamente a una
distancia de 60 centímetros del borde del
pavimento.
Para el procedimiento de diseño de
este método, la condición más severa
es supuesta con un 6 % de camiones en
el borde3, esto para estar del lado de la
seguridad. Al incrementar la distancia hacia
el interior del pavimento, la frecuencia de
las repeticiones de carga aumenta mientras
que disminuye la magnitud de los esfuerzos
y las deformaciones.
La información sobre la distribución de
las ubicaciones de los camiones y de los
3 El término de “porcentaje de camiones en el borde del
pavimento” como se emplea aquí, es definido como el
porcentaje total de camiones circulando con el exterior
del área de contacto de la llanta exterior, sobre ó mas allá
del borde del pavimento.
Para ahorrar un paso en el cálculo del
diseño, los efectos de (C/Ni) se encuentran
en las figuras 2.5.6 y 2.5.7 y las tablas 2.5.7 a
la 2.5.10
Variación en la resistencia del
concreto.
El procedimiento de diseño reconoce que
puede haber variaciones en la resistencia
del concreto y así lo manifiesta en sus
ecuaciones, nomogramas y tablas de
diseño, al reducir en un 15% el módulo de
ruptura del concreto. Es importante aclarar
que el diseñador no aplica esta reducción
directamente al módulo de ruptura,
ya que el método automáticamente lo
considera. Desarrollo de la resistencia a través
del tiempo.
Figura 2.5.12.
Factores de esfuerzo de borde equivalentes
dependiendo del porcentaje de camiones en el borde.
Para el análisis de erosión que involucra las
deformaciones en la esquina de la losa, el
caso más severo (6% de camiones sobre el
borde) es nuevamente supuesto. Cuando
no existe apoyo lateral, las cargas en las
esquinas (6% de los camiones) son críticas,
y cuando no se cuenta con apoyo lateral, el
mayor número de cargas hacia el interior
de la esquina del pavimento (94% de los
camiones) son críticas. Estos factores son
incorporados a las gráficas de diseño de la
siguiente manera:
Porcentaje de daño de erosión =
100 Σni (C/Ni)
La resistencia a los 28 días (modulo de
ruptura) es usada como la resistencia de
diseño. Sin embargo, este procedimiento de
diseño incorpora el efecto de la resistencia
del concreto ganado a después de 28
días. Esta modificación esta basada en un
análisis que, la resistencia incrementada y
las repeticiones de carga mes por mes por
20 y 40 años de periodos de diseño.
El efecto está incluido en las gráficas y tablas
de diseño para que el usuario simplemente
dé el valor de 28 días como la resistencia de
diseño.
Alabeo del concreto por gradientes
de temperatura y humedad.
Además de las cargas del tráfico, las losas
de concreto también están sometidas
a alabeos. El alabeo por humedad es la
deformación cóncava hacia arriba de la losa
debido a las variaciones de contenido de
humedad con la profundidad de la losa y
tiene 2 efectos: provoca perdida de soporte
a lo largo de los bordes de la losa y además
provoca una restricción en el esfuerzo de
compresión en el fondo de la losa. Debido
a que el pandeo es un fenómeno a largo
plazo, sus efectos avanzan lentamente.
El alabeo de las losas de concreto por
variaciones de temperatura se manifiesta
durante el día, cuando la superficie está más
caliente que la parte inferior, desarrollando
esfuerzos de tensión en la parte inferior de
la losa. Durante la noche, la distribución de
la temperatura se revierte y los esfuerzos de
tensión se desarrollan en la parte superior
de la losa, además que la distribución
de la temperatura no es lineal y cambia
constantemente.
Sin embargo, dado que los efectos
combinados de los alabeos por variaciones
de temperatura y de humedad son muy
difícil de medir ó evaluar, no se incorporan
en este método de diseño.
Esfuerzo Equivalente:
En el procedimiento de diseño de la PCA,
la determinación del esfuerzo equivalente
esta basado en el esfuerzo máximo de
flexión de borde del análisis de elemento
finito del software J-Slab, bajo la carga de un
eje sencillo y la carga de un eje tandem para
diferentes profundidades en el espesor de la
losa y modulos de reacción del suelo.
Los parámetros básicos de entrada asumidos
son:
Módulo de elasticidad de la losa, E =
4’000,000 psi
Módulo de Poisson μ = 0.15
Longitud finita de la losa, L = 180 pulgadas.
Ancho finita de la losa, W = 144 pulgadas.
Eje estandar sencillo de 18 kips de carga del
eje (llantas dual), con una carga por llanta
de 4,500 lbs, llanta con área de contacto
de 7*10 in2 (radio de carga equivalente
de 4.72”), separación entre llantas de 12”
y ancho del eje (distancia entre el centro
de las llantas dual) D = 72” fue usado para
el análisis, así como también se usó un eje
estándar tandem de 36 kips de carga en el
eje (llantas dual) con separación entre ejes
71
Para análisis de esfuerzo por fatiga, la fatiga
fue calculada en incrementos de fracciones
de pulgadas hacia el interior desde el borde
de la losa, para diferentes distribuciones de
ubicación del camión; obteniéndose los
factores de esfuerzo de borde equivalente
como se muestra en la figura 2.5.12 (Este
factor, al multiplicarse por esfuerzos de
borde nos da el mismo grado de consumo
de fatiga que resultaría de una distribución
de ubicación del camión específica.) La
condición más severa de 6% de intromisión
de los camiones ha sido incorporada en las
tablas de diseño.
Donde:
ni = número esperado de repeticiones de
carga para cada grupo de ejes i.
Ni = número permitido de repeticiones de
carga para cada grupo de ejes i.
C = 0.06 para pavimentos sin apoyo lateral.
0.94 para pavimentos con apoyo lateral.
esfuerzos y deformaciones provocados por
las cargas colocadas sobre o cerca del borde
del pavimento es muy difícil de emplear
directamente en un procedimiento de
diseño. Como resultado de esto, las
distribuciones fueron analizadas y se
prepararon técnicas de fácil aplicación para
propósitos de diseño.
de t = 50” y el resto de las especificaciones
idénticas al eje sencillo.
En los casos que se asumió un acotamiento
de concreto, se supuso una trabazón de
agregado de 25,000 psi. La PCA incorporó
además los resultados de un programa
de computadora llamado “MATS”,
desarrollado para el análisis y diseño de
losas de cimentación, para estimar el
soporte proporcionado por la subrasante,
extendiéndose más allá de los bordes de la
losa, para una losa sin apoyo lateral.
72
Lo anterior junto con otros factores
de ajuste, concluye en la definición del
esfuerzo equivalente (σeq) como se presenta
a continuación:
σeq =
6 * Me
h2
* f1 * f2 * f3 * f4
Eje Sencillo sin Apoyo Lateral (SA/NS):
-1600 + 2525*log(l) + 24.42*l + 0.204*l2
Eje Tandem sin Apoyo Lateral (TA/NS):
3029–2966.8*log(l)+133.69*l–0.0632*l2
Me= Eje Sencillo con Apoyo Lateral
(SA/WS):
(-970.4 + 1202.6*log(l) + 53.87*l) *
(0.8742 + 0.01088 * k0.447)
Eje Tandem con Apoyo Lateral (TA/
WS):
(2005.4 – 1980.9*log(l) + 99.008*l) *
(0.8742 + 0.01088 * k0.447)
Eje Sencillo:
(24/SAL)0.06 * (SAL/18)
Sin Apoyo Lateral:
0.892 + h/85.71 – h2/3000
f1 = Eje Tándem: (48/TAL) 0.06 * (SAL/36)
f2 = Con Apoyo Lateral: 1
f3 = 0.894 para un 6 % de camiones en el
borde de la losa
f4 = 1 / [1.235*(1 - CV)]
Donde:
σeq= Esfuerzo equivalente
f1 = Factor de ajuste debido al efecto de las
cargas del eje y áreas de contacto.
f2 = Factor de ajuste para una losa sin
apoyo lateral, basado en los resultados del
programa de computadora MATS.
f3= Factor de ajuste para valorar el efecto de
la ubicación del camión en los esfuerzos
de borde (la PCA recomienda un 6 % de
intromisión de camiones, lo que resulta un
f3 = 0.894)
f4= Factor de ajuste para tomar en cuenta el
incremento en la resistencia del concreto
a través del tiempo después de los 28 días,
además de una reducción de la resistencia
por un coeficiente de variación (CV); (la
PCA usa un CV = 15%, f4 = 0.953) y de
las cargas por eje sencillo (SAL) y tándem
(TAL), en kips.
Análisis de Fatiga.
El concepto de análisis de fatiga de la
PCA es las fallas del pavimento (ó los
agrietamientos iniciales) por la fatiga
del concreto debido a los esfuerzos de
repeticiones de carga. Basándose en
la hipótesis de Miner, es decir, que la
resistencia a la fatiga no consumida por
la repetición de una carga está disponible
para las repeticiones de otras cargas, el
procedimiento de diseño de la PCA permite
que el diseñador eliga un espesor inicial,
calcule la relación de esfuerzos, es decir la
relación entre el esfuerzo equivalente y el
módulo de ruptura del concreto ( relación
de esfuerzos= σeq / MR ) para cada carga
de eje y tipo de eje, para después determinar
el número máximo de repeticiones
permisibles (Nf ), dependiendo del rango
de relación de esfuerzos.
Para σeq / MR ≥ 0.55
Log Nf = 11.737 – 12.077 * (σeq / MR)
Para 0.45 < σeq / MR > 0.55
Nf = 4.2577
(σeq / MR) - 0.4325
Para σeq / MR ≤ 0.45
Nf = ilimitado
3.268
El procedimiento de diseño continua
dividiendo el número esperado de
repeticiones de carga entre las repeticiones
permisibles (Nf ) para de esa manera
obtener el daño por fatiga para cada carga
y tipo de eje. Posteriormente se sumarizan
los daños provocados por cada tipo de eje
y el daño total por fatiga deberá ser inferior
al 100 %, por lo que se deberán hacer varios
tanteos de espesor y el óptimo será aquel
que provoque el daño más cercano al 100
% sin sobrepasarse.
Las fallas del pavimento tales como
bombeo, erosión del terreno de soporte
y diferencia de elevación en las juntas son
relacionadas más a las deflecciones del
pavimento que a sus esfuerzos a flexión.
La deflección más crítica en la esquina de
la losa cuando la carga del eje se ubica en la
junta cerca de la esquina como lo muestra
la figura 2.5.11 inciso b.
La falla principal en la prueba AASHTO
de camino fué el bombeo ó la erosión de la
base granular bajo la losa. Sin embargo no se
pudieron obtener correlaciones confiables
entre las deflecciones de la esquina de
la losa y el comportamiento de estos
pavimentos, se encontró que para predecir
el comportamiento de los pavimentos
se deben aplicar diferentes criterios de
deflección, dependiendo del espesor de la
losa y un poco en el módulo de reacción
del suelo. Una correlación mejor se obtuvo
relacionando el comportamiento de los
pavimentos con su valor de trabajo definido
como un producto de la deflección en la
esquina (w) y la presión (p) en la interfase
de la losa con el suelo, dividido por la
longitud de la cavidad de la deflección, la
cuál es función del valor de rígidez relativa
(l).
El concepto es que una losa delgada con
una deflección pequeña recibe más rápido
el golpe de la carga que una losa con mayor
espesor. Las siguientes ecuaciones fueron
desarrolladas para calcular el número
permisible de repeticiones de carga:
Log N = 14.524 – 6.777 (C1P – 9.0)0.103
Donde:
N = Numero de repeticiones permisibles
de carga basadas en un índice de
serviciabilidad presente de 3.0
C1 = Factor de ajuste con valor de 1.0
para bases granulares y de 0.9 para bases
mejoradas con cemento
P = Trabajo, definido por la siguiente
ecuación:
P = 268.7
p2
h * k0.73
% de daño por erosión = 100 Σ
m
C2 ni
i=1
Ni
Donde:
C2 = 0.06 para pavimentos sin apoyo
lateral y 0.94 para pavimentos con apoyo
lateral. Con apoyo lateral, la deflección en
la esquina no se afecta significativamente
por la ubicación de los camiones y por esa
razón se puede usar un C2 mayor.
ni = Repeticiones esperadas para el eje i.
Ni = Repeticiones permisibles para el eje i.
La ecuación anterior es en donde se
sumarizan los porcentajes de daño de cada
tipo de eje y el análisis de erosión también
debe arrojar un resultado final inferior al
100 %.
2.6
ASPECTOS
COMPLEMENTARIOS
AL DISEÑO
En esta sección detallaremos
algunos aspectos que hemos llamado
complementarios al diseño, por no estar
directamente en el rubro del diseño
de espesores, pero que en todo diseño
de pavimentos estamos obligados
también a estudiar para complementar
el proyecto de un pavimento.
Son aspectos complementarios
al diseño de un pavimento, el diseño
de las barras de amarre, el diseño
de las pasajuntas y la modulación
de losas.
a) BARRAS DE AMARRE
Las barras de amarre se colocan a lo largo
de la junta longitudinal para amarrar dos
losas, con la finalidad de que se mantengan
juntas y de que se asegure que la carga se
transfiera a través de la junta.
La cantidad de acero requerido para
las barras de amarre se determina de la
siguiente manera:
As =
γc h L´ fa
fs
En donde:
As= Área requerida de acero por unidad de
longitud de la losa.
γc= Peso volumétrico del concreto
h= Espesor del pavimento.
fa= Coeficiente promedio de fricción
entre la losa y el terreno de soporte, que
normalmente se considera de 1.5
fs= Esfuerzo permisible en el acero.
L´= Distancia desde la junta longitudinal
hasta el borde libre donde no existe
barra de amarre. Para autopistas de 2 o
3 carriles, L´ es el ancho del carril. Si las
barras de amarre se usan en las tres juntas
longitudinales de una carretera de 4 carriles,
L´ es igual al ancho del carril para las dos
juntas exteriores y el doble del ancho para
la junta interna. La longitud de la barra de amarre, está
controlada por el esfuerzo de adhesión
permitido. El esfuerzo de adhesión
permitido para barras corrugadas se puede
asumir en 350 psi. La longitud de la barra,
se debe basar en la resistencia total de la
barra. t = 2 (A1*fs / μ*Σo)
Donde:
t = Longitud de la barra de amarre.
μ = Esfuerzo permisible.
A1 = Área transversal de una barra.
Σo = Perímetro de la barra.
Para un diámetro de barra d, A1= π d2/ 4
y Σo = π d, así que la ecuación anterior se
simplifica a:
t = ½ [ (fs*d) / μ]
73
Donde:
p = Presión en la base, bajo la esquina de
la losa, igual a k*w para una cimentación
líquida y sus unidades son psi.
h = Espesor de la losa en pulgadas.
k = Módulo de rección del suelo en pci
(libras sobre pulgada cúbica)
La ecuación para obtener el daño por
erosión es:
La longitud “t” se debe incrementar en 3 in.
por desalineamiento. Varios organismos usan el diseño
estándar de barras de amarre para
simplificar la construcción. Las barras
de 0.5 in de diámetro por 36 in de
longitud y separación de 30 a 40 in son
las que comúnmente se usan. Ejemplo 2.6.1: Un pavimento de 2 carriles, 8 “ de espesor,
18.3 metros de largo y 7.3 metros (24 pies)
de ancho, con una junta longitudinal al
centro. Determinar el diámetro, separación
y longitud requerido de las barras de amarre,
como se muestra en la figura 2.6.1 Tabla 2.6.1.
Recomendaciones de Espaciamiento máximo
74
Suponer para el acero un fs = 27,000 psi y para el concreto un γc = 0.0868 pci (23.6 kN/m3) y un esfuerzo permisible μ= 350psi (24 Mpa).
Solución: L´ = 24/2 = 12 ft = 144 in (3.66 m)
As = 0.0868 X 8 X 144 X 1.5 / 27,000= 0.00556 in2 /in.
Si se usan barras del No 4 (0.5 in o 1.2 mm), el área transversal de una barra es de 0.2 in2
(129 mm2). La separación de la barra será = 0.2/0.00556 = 36 in (914 mm). t = 0.5 x 27,000 x 0.5/350 = 19.3 in (353 mm) después de sumarle las 3 in (76 mm), t =
19.3 + 3 22.3 in (usar 24 in o 610 mm). Figura 2.6.1.
b) PASAJUNTAS
El diseño de pasajuntas se basa mucho en la experiencia, aunque algunos métodos teóricos sobre el diseño de pasajuntas están disponibles.
El tamaño de las pasajuntas depende del espesor de la losa. La tabla 2.6-1 muestra el diámetro y longitud de las pasajuntas para diferentes
espesores de losa como lo recomienda la PCA (1975). Se puede apreciar que el diámetro de las pasajuntas es igual a un octavo del espesor
de la losa. En una edición reciente de diseño de juntas, la PCA (1991) recomienda el uso de pasajuntas de 1.25 in de diámetro para
pavimentos de autopistas con espesores menores a 10 in y pasajuntas de diámetro de 1.5 in para pavimentos con espesores mayores a 10
in. Se necesitan pasajuntas con un diámetro mínimo de 1.25 a 1.5 in para controlar fallas mediante la reducción del esfuerzo de carga en
el concreto.
Tabla 2.6.2.
Diámetros y longitudes recomendadas en pasajuntas.
Debido a que el concreto es más débil
que el acero, el tamaño y separación que
se requiere de pasajuntas, se controla por
el esfuerzo de carga entre el concreto y la
pasajunta. El esfuerzo de carga permitido se
determina de la siguiente manera:
fb = (4-d) I fć
3
Dónde
fb= Esfuerzo permisible de carga (psi)
d= Diámetro de las pasajuntas en pulgadas
fć= Resistencia a la compresión del
concreto.
2.6/b.2 Esfuerzo de carga en un
pasajuntas.
Si la carga que se aplica en la pasajuntas
se conoce, el esfuerzo máximo de carga
se puede determinar teóricamente
asumiendo que las pasajuntas sea una viga
y que el concreto sea una cimentación
Winkler. Basado en la solución original de
Timoshenko, Friberg (1940) indica que la
máxima deformación del concreto debajo
de la pasajunta se puede expresar de la
siguiente manera
y0 = Pt (2 + β z)
4 β3 Ed Id
Dónde:
y0= Deformación de la pasajunta en la cara
de la junta
Pt= Carga sobre la pasajunta,
Z= Ancho de la junta
Ed= Módulo de Young de la pasajunta
Id= Momento de inercia de la pasajunta
Nótese que
Id = 1/64 π d4
Β=
4
Kd / 4 Ed Id
Dónde:
K= Módulo de soporte de la pasajunta, el
cual varía de 300,000 a 1,500,000 pci
d= es el diámetro de la pasajunta.
El esfuerzo de carga σb es proporcional a la
deformación:
σb = k y0 = KPt (2 + β z)
4 β3 Ed Id
El esfuerzo de carga se debe comparar
con el esfuerzo de carga permisible. Si el
esfuerzo de carga es mayor al permisible,
entonces se deben de usar pasajuntas más
grandes o separaciones más pequeñas.
Estudios recientes han demostrado que el
esfuerzo de carga se relaciona a la falla de
la losa. Si se limita el esfuerzo de carga, el
grado de la falla se puede reducir a un límite
permisible.
Cuando una carga W se aplica en una losa
cerca de la junta como se muestra en la
figura 2.6.3 parte de la carga se transfiere a
la losa adyacente a través de las pasajuntas.
Si la eficiencia de las pasajuntas es del
100%, ambas losas se deflexionan la misma
cantidad y las fuerzas debajo de las losas
serán las mismas. Cada una siendo de
0.5w, la cual es también el total de la fuerza
cortante que se transfiere mediante las
pasajuntas. Si la eficiencia de las pasajuntas
es menor de 100%, como en el caso para
pavimentos viejos donde algunas pasajuntas
se desprenden, las fuerzas que reaccionan
bajo la losa serán menores a 0.5W. Como
resultado, el total del esfuerzo cortante sobre
las pasajuntas es menor a 05W. Por lo tanto,
el uso de 0.5W para el diseño de pasajuntas
es más conservativo.
Basado en la solución de Westergard,
Frierberg (1940) encontró que el
momento máximo negativo, tanto para
cargas internas o externas ocurre a una
75
2.6/b.1 Esfuerzo de carga permisible.
Β= Rigidez relativa de un pasajunta
embebida en el concreto.
Las pasajuntas se usan en las juntas
transversales para transferir las cargas a las
losas adyacentes. El esfuerzo y la deflexión
en la junta son mucho más pequeños
cuando las cargas son soportadas por dos
losas que cuando es por una sola. El uso
de pasajuntas puede minimizar las fallas
de bombeo y de diferencia de elevación
de juntas, las cuales han sido considerados
por la PCA como factores importantes en
el diseño de espesor.
distacia de 1.8 L desde la carga donde L es el radio de rigidez relativa. Cuando el momento
es máximo, la fuerza cortante es igual a cero. Por lo tanto, es razonable asumir que el
cortante en cada pasajunta se reduce inversamente con la distancia de la pasajunta desde
el punto de carga, siendo el máximo para la pasajunta debajo o cerca al punto de la carga y
cero a una distancia de 1.8L.
Figura 2.6.2.
Deformación de la pasajunta debido a una carga
Figura 2.6.3.
Transferencia de carga de las pasajuntas
76
Ejemplo 2.6.2:
La figura 2.6.4 muestra un pavimento de concreto de 8 in de espesor, teniendo un ancho
de junta de 0.125 in, un módulo de reacción de la subrasante de 100 pci y un módulo de
soporte de la pasajunta de 1.5 x 106 pci. Una carga de 12000 lb se aplica sobre la pasajunta
exterior a una distancia de 6 in desde el borde. Las pasajuntas son de 1 in de diámetro y
14 in sobre los centros. Determinar el esfuerzo máximo de carga entre la pasajuntas y el
concreto.
Figura 2.6.4 .
Solución:
L = [Eh3 / 12k(1-μ2)].25
μ=.15
L= [4 x 106 x (8)3 / (12 x (1-(0.15)2) x
100)]0.25= 36.35 in
Si la pasajunta está directamente debajo
de la carga, está sujeta a una carga cortante
Pt, las fuerzas sobre las pasajuntas dentro
de una distancia de 1.8 L, L=1.8 x 36.35=
66 in se puede determinar asumiendo
una variación lineal como se muestra
en la figura 4.24. La suma de las fuerzas
sobre todas las pasajuntas es de 2.86 Pt, la
cual debe ser igual a la mitad de la carga
aplicada basándose en una eficiencia de
un 100% de las juntas, o
Pt = 6000 / 2.86 = 2097 lb
Id = 1/64 π d4
Id = π (1)4 /64 = 0.0491 in4
β = ( Kd / 4 Ed Id).25
β = [1.5 x 106 x 1 / (4 x 29 x106 x 0.0491)]0.25
= 0.7163 in
KPt (2 + β z)
σb = k y0 =
4 β3 Ed Id
σb = [1.5 x 106 x 2097 (2 + (.71637 x
.125))] / (4 x (.71637)3 x29 x 106 x .0491)
= 3138psi
Ejemplo 2.6.3
La figura 2.6.5 muestra una losa de 10 in
sobre una cimentación con k = 60 pci.
Doce pasajuntas con separación de 12 in en
los centros están colocadas en la junta sobre
un carril de 12 ft. Dos cargas de 18000 lb se
aplican en los puntos A y B. Determinar la
carga máxima sobre una de las pasajuntas.
Primero, considerar la carga de 18000 lb
sobre A. Si la pasajunta sobre el punto A
tiene un factor de carga de 1, los factores
de carga en las otras pasajuntas se pueden
determinar por triángulos similares, como
se muestra en la figura 2.6.6. El resultado de la
suma de estos factores es de 4.18 pasajuntas
efectivas, por lo tanto la carga soportada
por la pasajunta en A es de 9000/4.18
= 2153 lb. Las cargas soportadas por las
otras pasajuntas se pueden determinar por
proporción. Lo siguiente es considerar
la carga de 18000 lb sobre el punto B. Si
la pasajunta en el punto B tiene un factor
de carga de 1, los factores de carga en las
otras pasajuntas se pueden determinar
mediante una distribución triangular como
se muestra en la figura 2.6.7. La suma de
estos factores resulta en 7.08 pasajuntas
efectivas. Se puede notar que las pasajuntas
en el otro lado de la junta longitudinal no
se consideran efectivas en soportar la carga.
La carga soportada por la pasajuntas B es de
9000/7.08 = 1271 lb y las soportadas por
Figura 2.6.5.
Localización de las cargas y de las pasajuntas
Figura 2.6.7.
Fuerzas en las pasajuntas debido a la carga B
las otras pasajuntas se pueden determinar
por proporción. La figura 2.6.8 muestra
las fuerzas en cada pasajunta debido al
efecto combinado de ambas cargas. Se
puede ver que la pasajunta más cerca al
borde del pavimento es la más crítica y
se debe usar para propósitos de diseño.
La carga soportada por esta pasajunta se
puede determinar directamente pro Pt =
9000/4.18 +0.18 x 9000/7.08 = 2381 lb.
Los ejemplos anteriores se basan en la
suposición de que el momento máximo
negativo ocurra a una distancia de 1.8L
desde la carga. Estudios recientes por
Heinrichs et al (1989) han demostrado
que el momento máximo negativo ocurre
a 1.0 L por lo que la carga soportada por la
pasajunta crítica debe ser mayor que las que
se muestran en los ejemplos. c) MODULACIÓN DE LOSAS
La modulación de losas se refiere a definir
la forma que tendrán los tableros de losas
del pavimento. Esta forma se da en base a
las dimensiones de tableros, o dicho de otra
forma, a la separación entre juntas tanto
transversales como longitudinales.
Figura 2.6.6.
Fuerzas de las pasajuntas debido a la carga A
Figura 2.6.8.
Fuerzas en las pasajuntas debido a las dos cargas
77
Debido a que el esfuerzo actual es menor
que el permisible, el diseño es satisfactorio.
En este ejemplo, sólo la carga de la llanta
izquierda cerca del borde es considerada.
La carga de la llanta derecha esta cuando
menos a 6 ft de la carga de la llanta izquierda,
la cual es más que 1.8L, por lo tanto, la llanta
derecha no tiene efecto en la fuerza máxima
Pt sobre la pasajuntas cerca del borde del
pavimento. Si la losa fuera más resistente y
con mayor espesor, y la cimentación más
débil la L se volvería mucho mayor y ambas
llantas se deberían de considerar para
determinar la fuerza Pt en la pasajunta más
crítica.
Solución:
L = [4 x106 x (10)3 / (12 x 0.9775 x
60)]0.25 = 49 in
Por lo tanto 1.8L= 88 in
Para un concreto de 4000 Psi el esfuerzo de
carga permisible es de fb = (4 - 1) x 4000/3
= 4000 psi.
La modulación de losas va a estar regida por
la separación de las juntas transversales que
a su vez depende del espesor del pavimento.
Existe una regla práctica que nos permite
dimensionar los tableros de losas para
inducir el agrietamiento controlado bajo
los cortes de losas, sin necesidad de colocar
acero de refuerzo continuo:
0.71 < x / y < 1.4
y
x
SJT = (21 a 24) D
78
Donde:
SJT = Separación de Juntas Transversales
(<= 5.5 m)
D = Espesor del Pavimento
Normalmente se utiliza el 21 cuando
tenemos mayor fricción entre la subbase y el pavimento de concreto, como
en los casos en donde tenemos bases
estabilizadas, bases con textura muy cerrada
o whitetopping.
El valor de 24 se utiliza cuando la
fricción entre la sub-base y el pavimento
corresponde valores normales, como en el
caso de sub-bases granulares.
La separación de juntas transversales que
arroja esta fórmula no debe ser mayor de
5.5 m, en tal caso deberá limitarse a este
valor de 5.5 m.
Ejemplo:
Para un espesor D = 20 cm apoyado sobre
una base granular
SJT = (24) x 20
SJT = 480 cm < 550 cm (OK!)
La separación de Juntas será de 4.8 m
La otra dimensión que tiene que ver con
la modulación de losas es la separación de
juntas longitudinales, sin embargo esta está
referenciada a la forma de los tableros de
losas.
losas no deberá estar fuera de estos límites:
0.71 a 1.4.
d) RECOMENDACIONES
GENERALES
bordes de las juntas por impactos del
equipo o de la herramienta que se esté
utilizando en la obra.
e) POZOS DE VISITA
Y ALCANTARILLAS
Cuando por causas de fuerza mayor sea
suspendido el colado un tiempo tal que
sea necesario el realizar una junta fría, se
procederá a construir una junta transversal
de emergencia con la que se suspenderá
el colado hasta que sea posible reiniciarlo.
Esta junta deberá llevar pasajuntas.
Las
ranuras
aserradas
deberán
inspeccionarse para asegurar que el corte
se haya efectuado hasta la profundidad
deseada. Toda materia extraña que se
encuentre dentro de cualquier tipo de
junta deberá extraerse mediante aire,
agua o arena a presión; cualquiera de
estos procedimientos deberá garantizar la
limpieza total de la junta.
La longitud de las losas en el sentido
longitudinal estará marcado en la secciones
Tipo correspondientes, con una tolerancia
de diez (10) centímetros en más o menos.
Se deberá realizar un estudio de
escurrimientos y drenaje existente, a fin
de garantizar que el agua de las lluvias
será desalojada oportunamente a la red de
alcantarillado. Se deberán detectar a su vez
los pozos de visita y bocas de tormenta que
será necesario renivelar.
Será conveniente aislar de la estructura del
pavimento los pozos de visita y alcantarillas,
construidas para captar los escurrimientos
pluviales. Para esto se construirán anillos
perimetrales de concreto de 20 cm de
espesor, con una profundidad igual al
espesor de la losa del pavimento.
Se colocará un material aislante alrededor
de los anillos, con la finalidad de absorber
los movimientos de la losa y de los pozos de
visita, este material podrá ser como el cartón
asfaltado tipo FEXPAN ó CELOTEX.
Deberán tomarse las precauciones
necesarias para evitar que se dañen los
La forma ideal de un tablero de losa es
la cuadrada, sin embargo no siempre
es posible y conveniente tener las losas
perfectamente cuadradas, por lo que nos
vemos obligados a considerar un cierto
grado de rectangularidad.
La relación entre largo y ancho de un tablero de
Detalle de junta de aislamiento de alcantarillas y pozos de visita
C A P í T U LO T R ES
PROCESO CONSTRUCTIVO
3.1
3.2
3.3
3.4
PRELIMINARES
CIMBRA DESLIZANTE
CIMBRA FIJA
PAV I M E N T O S D E C O N C R E T O E S TA M P A D O
C A P í T U LO T R ES
PROCESO CONSTRUCTIVO
Las nuevas tecnologías de construcción de pavimentos rígidos, se han desarrollado para cubrir diferentes necesidades de pavimentación
y mejorar sustancialmente el comportamiento y confort de los caminos. Estas tecnologías las podemos clasificar de la siguiente
manera: - Pavimentación con Cimbra Deslizante
- Pavimentación con Cimbra Fija
3.1
PRELIMINARES
En la construcción
de pavimentos de concreto
se requieren de algunas actividades
previas que son necesarias para el
desarrollo del proyecto.
Estas actividades pueden corresponder
tanto para un pavimento nuevo como
para una sobrecarpeta de concreto.
A continuación se describen
de manera breve algunas de las
actividades previas a la colocación del
pavimento de concreto.
a) TERRACERÍAS Para el caso de pavimentos nuevos es
normal que se requiera de la formación de
cuerpos de terracerías como la construcción
de un terraplén y capa subrasante. Estos
elementos deberán apegarse a las Normas
de Construcción vigentes de la Entidad
Especificadora. b) BASE ESTABILIZADA
CON CEMENTO
Sobre la capa subrasante debidamente
terminada, y según indiquen los planos del
proyecto se podrá construir una capa de
base estabilizada del espesor indicado en
planos, compactada al 100% de su PVSM.
La construcción de la base estabilizada se
ejecutará con las características y materiales
indicados en las Especificaciones para
Bases del Especificador. La proporción
de cemento portland a utilizar deberá
determinarse mediante pruebas de
laboratorio esto con el fin de obtener una
resistencia a la compresión axial simple de
21 kg/cm2 como mínimo a los 7 días. El
porcentaje de cemento portland será como
mínimo 4% en peso del PVSM del material
pétreo. c) BASE DE RELLENO FLUIDO
De acuerdo con la especificado en planos
en los sitios donde corresponda se colocará
una base de relleno fluido de resistencia,
tiempo de apertura, revenimiento y espesor
especificada en planos. La colocación de
la base se hace directamente del camión
revolvedor sobre la subrasante ayudando a
su colocación con herramientas manuales,
no deberá ser vibrado para evitar que
salga el aire incluido que tiene la mezcla,
no requiere ser compactado con medios
mecánicos ya que es auto compactable
al 100%, así mismo no requiere de
curado. Dependiendo del revenimiento
especificado se requerirán cimbras para
darle la forma especificada.
En Rellenos Fluidos convencionales
la apertura al tráfico se deberá dar
hasta después de 24 horas de haberlo
colocado. d) RIEGO DE IMPREGNACIÓN Sobre la base estabilizada debidamente
terminada, superficialmente seca y barrida,
se aplicará en todo el ancho de la corona
y en los taludes del material que forme
dicha capa, un riego de imprimación
con emulsión asfáltica catiónica de
rompimiento lento o super estable a
razón de 1.0 lts/m2 aproximadamente.
El producto asfáltico deberá cumplir
con las Normas de Calidad establecidas
por la Entidad Especificadora. C A P Í T U LO 3 . P RO C ES O CO N ST RU C T I VO
81
Ambos esquemas de pavimentación se pueden utilizar indistintamente, sin embargo, es mas común que las Autopistas, Carreteras y
Avenidas Urbanas Importantes utilicen primordialmente la cimbra deslizante y que en pavimentos urbanos en calles se utilice con mayor
frecuencia la pavimentación con cimbra fija.
e) BACHEO DE CAJA C A P Í T U LO 3 . P RO C ES O CO N ST RU C T I VO
82
Para la ejecución del trabajo se requieren
taladros neumáticos, picos, escarificador
de motoconformadora u otro equipo
apropiado para remover las capas de la
estructura existente, cargador, vehículos
de transporte de materiales, elementos
adecuados para la compactación del
fondo de la excavación y herramientas
menores. La excavación deberá tener bordes
verticales bien definidos, sus caras
longitudinales y transversales deberán ser
paralelas y perpendiculares al eje de la vía,
respectivamente; su fondo deberá ser plano,
uniforme y firme. El fondo de la excavación
deberá ser compactado en un espesor
no menor de 15 cm. de acuerdo con los
niveles de compactación que se indican
a continuación. Si la superficie expuesta
corresponde a una subrasante o una subbase granular, ningún ensayo podrá dar
lugar a un porcentaje de compactación
inferior al noventa y cinco por ciento
(95%) con respecto a la densidad máxima
del ensayo proctor modificado. Cuando
se trate de una capa de base granular, la
exigencia se incrementará al cien por ciento
(100%). Deberán retirarse todos los materiales
inadecuados, los cuales deberán ser
cargados en camiones cubriéndolos con
lonas u otros protectores adecuados,
debidamente asegurados a la carrocería y
transportados a los sitios de disposición
indicados en los documento del proyectos
o definidos por el Especificador. Los materiales deberán disponerse
de manera que cumplan todas las
reglamentaciones legales vigentes al
respecto, en especial las referentes a la
protección del medio ambiente. Una vez terminada la compactación de
la capa del fondo se deberá reponer el
material desalojado con Relleno Fluido
auto-compactable con una resistencia a
la compresión no menor a los 30 kg/cm2.
El relleno fluido deberá colocarse con las
recomendaciones descritas anteriormente
en el tema de Bases de Relleno Fluido y se
deberá rellenar con este material hasta el
nivel original del pavimento existente. El
relleno fluido se podrá colocar en una sola
capa. plan de trabajo. Si durante el transcurso
de los trabajos el Supervisor observa
deficiencias o mal funcionamiento de la
máquina, ordenará su inmediata reparación
o reemplazo.
El bacheo se debe realizar en los sitios en
donde existen huecos que comprometan la
integridad de la base. El procedimiento es el
siguiente : El fresado se efectuará sobre el área que
determine el Especificador, a temperatura
ambiente y sin adición de solventes u
otros productos ablandadores que puedan
afectar la granulometría de los agregados
o las propiedades del asfalto existente. El
espesor del mismo será el indicado en las
especificaciones del proyecto.
- Identificación de la falla
- Demarcación de la caja, alrededor del
bache
- Demolición y retiro de la carpeta asfáltica,
excavación y retiro del material de base,
hasta encontar material sano.
- Compactación de la base remanente
- Colocación de Relleno Fluido hasta el
nivel superior de la carpeta asfáltica.
f) FRESADO DE PAVIMENTO
ASFÁLTICO
Este trabajo consiste en la obtención de
un nuevo perfil longitudinal y transversal
de un pavimento asfáltico existente,
mediante su fresado en frío, de acuerdo
con los alineamientos y dimensiones
indicados en los documentos del proyecto
y las instrucciones de el Especificador,
para lograr la colocación de un espesor de
pavimento constante que es más fácil de
cuantificar.
El equipo para la ejecución de los trabajos
deberá ser una máquina fresadora cuyo
estado, potencia y capacidad productiva
garanticen el correcto cumplimiento del
Inmediatamente antes de las operaciones
de fresado, la superficie de pavimento
deberá encontrarse limpia y, por lo tanto,
deberán adelantarse las operaciones de
barrido y/o soplado que se requieran para
lograr tal condición.
El material extraído deberá ser transportado
y acopiado en los lugares que indiquen
los documentos del proyecto. Durante la
manipulación del material fresado, deberá
evitarse su contaminación con suelos u
otros materiales extraños.
En caso de requerirse el fresado en
proximidades de guarniciones y en otros
sitios inaccesibles al equipo de fresado, el
pavimento deberá removerse empleando
otros métodos que den lugar a una
superficie apropiada.
La pavimentación en concreto con cimbra
deslizante debe estar precedida de una
planeación minuciosa de la actividad diaria,
es muy importante tomar en consideración
todos los aspectos que intervienen al momento
de planear para lograr proyectos exitosos.
Por lo general este tipo de pavimentaciones
manejan grandes volúmenes de concreto
y producciones diarias que pueden variar
entre los 1,500 m3 a los 2,800 m3. Esta
productividad apoyada con una buena
planeación, han hecho posible optimizar los
recursos y eficientar
el proceso constructivo.
Antes de iniciar el proceso de elaboración
de concreto, se deberán estudiar las
características de los bancos de materiales
disponibles en la zona para la elaboración
del concreto. Además, deberá de seleccionarse
el sitio apropiado para la ubicación
de la planta de mezclado central buscando
minimizar las distancias de acarreo tanto
de los agregados para el concreto como
del propio concreto elaborado.
Dependiendo de la naturaleza y
magnitud del proyecto, su ubicación y las
condiciones del lugar, el concreto podrá
ser elaborado en:
- Plantas de Mezclado Central
- Plantas Dosificadoras
Su uso en proyectos de gran magnitud es
indispensable, ya que pueden producir en
un período muy corto, de alrededor de 1.5
minutos, una cantidad de concreto entre
los 7 m3 y 9 m3 de manera automatizada.
Estas plantas son generalmente plantas
móviles y son diseñadas para lograr un
rápido montaje, desmontaje y son de fácil
transporte, elaboradas con materiales de
altas especificaciones para soportar la
carga diaria de trabajo. Su operación es
relativamente sencilla y práctica. Son de fácil
mantenimiento y limpieza, con accesibilidad
de sus componentes para mantener una
rutina diaria y continua de limpieza.
Los concretos para proyectos carreteros
son producidos con las características que
se requieren para ser colocados en la vía,
siendo solo afectados por el clima y la edad,
y son transportados en camiones de volteo
ó tipo “Flow Boy” .
Dentro de las variedades de plantas de
mezclado central, encontramos plantas
simples con un sistema de dosificación
y una olla de mezclado o las que tienen
la inclusión de un tambor premezclador
anterior a la mezcladora, este recibe la
dosis de materia prima mientras la olla esta
descargando el concreto homogeneizado,
también conocidas como de producción
continua en una sola línea. Esto implica una
mayor capacidad de producción.
Con el fin de incrementar la producción,
existen plantas de mezclado central “doble
mezcladora” lo que permite hacer mas
eficiente el sistema de dosificación, pues
mientras una mezcladora homogeneiza el
concreto, la segunda esta siendo dosificada,
las cuales cuentan con dos líneas de carga.
Un paso adicional en la búsqueda de
incrementar la producción es contar con
dos sistemas de dosificación, uno para cada
mezcladora, este es el caso de las plantas de
doble línea de carga.
Los pasos principales para la habilitación
y producción en una planta de mezclado
central son:
- Selección del Sitio
- Cimentación de la planta
- Movilización e Instalación de la planta
Las plantas móviles son transportadas en
partes, manteniendo en cada transporte una
sección completa de la planta de tal forma
que la instalación se hará manteniendo un
orden y secuencia. Normalmente para su
instalación se debe contar con una o dos
grúas de tamaño suficiente para garantizar
el montaje seguro de los equipos (80 – 100
ton) y con el apoyo de personal capacitado
y supervisado para hacer un trabajo seguro
y estable.
- Calibración y Ajustes
Antes de iniciar la producción de concreto
se deben calibrar los elementos de medida
de la planta y mantener este control
periódicamente.
Los elementos que se calibran son:
- Básculas (Carátulas, celdas mecánicas o de
carga)
- Medidores de agua
- Dosificadores de aditivos
- Ajuste de las tolerancias de las dosis
- Ajuste de las señales y la información
entregada por las computadoras
- Ajuste de los controles automáticos
Para la alimentación de agregados a la
planta, se debe contar con el numero de
cargadores frontales que garanticen una
operación sin interrupciones, o sea que se
requerirán al menos uno o dos cargadores
alimentando dos o más tipos de agregados.
Estas plantas cuentan por lo general con
silos horizontales móviles de 150 toneladas
de capacidad para almacenamiento de
cemento a granel. La ubicación de los silos
con respecto a la planta debe ser siempre
lateral y buscando reducir al máximo el
trabajo necesario para su alimentación a la
planta, la descarga de las pipas ya sea a los
silos horizontales o al silo de la planta, se
hace mientras la planta esta en operación
y puede haber varias pipas descargando
al mismo tiempo mientras otras están
esperando turno.
83
En pavimentos de concreto se considera
el uso de la cimbra deslizante como la
herramienta necesaria para la formación de
una figura geométrica consolidada mediante
el deslizamiento continuo de una cimbra
alrededor de la masa plástica del concreto,
la pavimentadora de cimbra deslizante
es la maquinaria autopropulsada en la
cual va montada la cimbra. El efecto que
la pavimentadora hace sobre el concreto
se conoce formalmente como extrusión,
el ejemplo mas simple de extrusión es el
realizado sobre la pasta de dientes al salir
del tubo bajo presión, es claro que el material
toma la forma de la boquilla la cual haría
las veces de la cimbra que se desliza.
a) PLANTAS DE MEZCLADO
CENTRAL
C A P Í T U LO 3 . P RO C ES O CO N ST RU C T I VO
3.2
CIMBRA
DESLIZANTE
84
El agua es necesaria no solo para la mezcla
de concreto sino que se requiere una
cantidad para el lavado de los camiones y
para la limpieza de la planta. La limpieza
de los camiones es importante para evitar
que el concreto se contamine y para retirar
restos de concreto que se hayan quedado
adheridos en la anterior descarga. Estas
necesidades de la planta pueden requerir
aproximadamente de 500 a 600 metros
cúbicos de agua potable por día. Es
fundamental tener almacenados por lo
menos el 20% del consumo diario.
En la producción de concretos para
pavimentos se utilizan diversos tipos de
aditivos con el fin de lograr las condiciones
de mezcla requeridas por el tipo de
transporte y la forma de colocación con
la pavimentadora. Es usual contar con
depósitos móviles de aditivos fáciles de
instalar y con capacidad de almacenamiento
lo suficientemente grande para garantizar el
suministro de producto al proyecto.
Otros elementos que forman parte de la planta
son:
- Caseta de operación y generador de
energía.
- Area de maniobras de los camiones en su
acceso, espera, carga y salida.
- Almacén de insumos, almacén de
refacciones y taller.
- Báscula (opcional).
- Laboratorio de planta.
- Area para ubicación de desperdicios.
El tráfico dentro de la planta y el que circula
en dirección al frente de pavimentación
debe ser cuidadosamente analizado, para
lograr completar adecuadamente el ciclo
de suministro de concreto, buscando
minimizar los tiempos de recorrido y
garantizando la seguridad en planta. Es
fundamental desarrollar los patrones de
flujo de tránsito interno para todos los
vehículos, en ellos se debe separar el tráfico
de entrega de materiales y el de acarreo de
concreto, además se deben incluir áreas
de espera, zonas de lavado de camiones y
estacionamientos.
Se deben instalar y construir todos
los drenajes que permitan el correcto
manejo de las aguas de lavado, limpieza,
desperdicios de producción y de servicio
humano así como las de lluvia.
b) PLANTAS DOSIFICADORAS
CON CAMIÓN REVOLVEDOR
Se recomienda su uso en proyectos de
mediana y pequeña magnitud, donde los
equipos de colocación no requieran de
un gran volumen de concreto, pero que
aseguren la calidad en la consistencia y
trabajabilidad de la mezcla.
El rendimiento que se puede lograr con
estas plantas es de aproximadamente 40 a 50
m3 por hora.
En este caso los materiales que conforman
el concreto son dosificados por la planta
directamente en un camión revolvedor
por el operador de la planta y el camión
revolvedor será el encargado de hacer el
mezclado adecuado de los elemento para
la elaboración del concreto. A este tipo
de concreto también se le conoce como
Concreto Premezclado y permite producir
concretos para pavimentos de alta calidad
que garantizan un rendimiento constante y
de buena calidad para el pavimento.
Estas plantas también las hay del tipo móvil,
las cuales se pueden transportar y montar
fácilmente para cumplir las necesidades de
un proyecto en particular.
c) PROCESO DE PAVIMENTACIÓN
1. Tendido de Línea Guía
Con la información del cadenamiento
y cotas de los puntos que sirven para
la localización de las barras de soporte
de la línea, se procede a colocar cada
barra o “pin” en su sitio correspondiente.
Estos puntos físicos normalmente están
marcados con elementos como clavos
metálicos en trozos de madera y pintados
para su fácil reconocimiento, normalmente
están localizados a una distancia de 150 cm
del borde de la losa. La barra o “pin” debe
quedar a una distancia aproximada de 25
cm del punto proyectado y debe estar
clavada lo suficiente dentro de la base como
Después de localizadas todas las barras
o “pines” se procede a colocar los brazos
que soportan la línea guía, estos brazos son
metálicos con la forma adecuada para no
interrumpir el tránsito libre de los sensores
de la pavimentadora y la texturizadora
sobre la línea guía, también debe contar con
el mecanismo para ajuste de altura sobre
la barra y de prolongación para ajustar la
distancia de la línea respecto de la barra y
permitir localizar la línea sobre el punto
correcto. Los brazos tienen la posibilidad
de asegurar la línea guía para que esta no
se suelte al paso de los sensores o por el
movimiento del personal cercano. Una vez tensionada la cuerda o hilo e
insertada en el brazo soporte se procede a
plomar el punto de contacto entre la cuerda
y el brazo con el punto físico dado por
topografía, esta actividad se inicia soltando
las tuercas de ajuste del brazo al “pin” y
mediante una plomada de mampostero o un
nivel de burbuja se determina el punto al cual
debe quedar para proceder a fijar las tuercas.
Los hilos o cuerdas de la línea pueden
ser de alambre, cable, nylon tejido,
cuerda de poliestireno o cualquier otro
material similar, por un lado deben ser
suficientemente fuertes como para resistir
la tensión a que se somete y debe ser liviano
para que no mueva el alineamiento. La
razón de la tensión es reducir las catenarias
entre apoyos, el tensionamiento se realiza
manualmente o con la ayuda de un carrete
metálico que se monta sobre barras o
“pines” y debe hacerse antes de insertar
o montar el hilo en los soportes a fin de
garantizar un tensionamiento uniforme. En
esta actividad es importante usar elementos
de seguridad ante posibles rompimientos
de la cuerda o hilo, ya que normalmente
Es importante aclarar que la varilla del
sensor de dirección de la máquina corre
contra el interior de la línea guía y la varilla
del sensor de altura o elevación corre
bajo la línea guía, esto para que no haya
elementos que desvíen ninguna de las
varillas, excepto la misma línea y puedan
transitar libremente, por otro lado las
varillas no deben flexionar la línea en forma
notoria. La longitud de la cuerda que se
tensiona no debe ser mayor a 200 metros,
esto para reducir errores, el traslape de las
cuerdas se debe hacer en una longitud de
por lo menos 20 metros.
El ajuste en altura se puede realizar
simultáneamente con la anterior y se realiza
con los datos entregados por la comisión
topográfica, se realiza soltando la tuerca
de ajuste en altura y con ayuda del nivel de
burbuja y un flexómetro se determina la
altura de cada punto.
Una vez que se tiene instalada la línea guía
debe ser verificada visualmente, cualquier
duda o error debe ser verificada o corregida
con topografía.
2. Preparación de equipos Todos los equipos que participan en el
tirado o extendido del concreto en la obra
deben ser probados en vacío antes de
iniciar la recepción del concreto.
En el caso de la pavimentadora, deben
activarse sus sistemas hidráulicos tanto
motrices como de transporte, compactación
y vibrado del concreto detectando fugas
y conductos en mal estado y con énfasis
en la respuesta a las indicaciones de los
sensores tanto en altura como en dirección.
Es muy importante prevenir la acción de
fragmentos de concreto que no hayan
sido eliminados en la limpieza diaria y
que obstaculicen el desplazamiento de
algunas de las partes de la pavimentadora,
es recomendable que la pavimentadora
cuente con un sistema neumático que
permita el uso de pistolas rompedoras de
concreto con el fin de facilitar su limpieza
y de suministro de agua a presión, de igual
forma debe revisarse la calidad de elementos
de acabado del concreto para verificar el
tipo de acabado que pueden ofrecer tanto
en textura como en uniformidad. Es muy
importante conocer que el perfil de la vía
obtenido por la pavimentadora será el
definitivo para el proyecto.
Los vibradores deben estar correctamente
localizados, respetando el área frente a cada
vibrador o zona de influencia entregado
por el fabricante y ajustado de acuerdo
a la cabeza hidrostática proyectada en la
colocación y el tipo de concreto a colocar,
esto ultimo solo influirá de acuerdo a la
experiencia del operario o el constructor
con mezclas similares.
La apariencia de un vibrador en mal estado
es diferente a la de sus vecinos, la alta
temperatura alcanzada por el aceite en el
interior de un vibrador defectuoso provoca
cambios en el aspecto externo. De igual
forma se deben identificar fugas de aceite
en sus mangueras o uniones.
Un vibrador en mal estado definitivamente
debe cambiarse, no se debe permitir
pavimentar con vibradores defectuosos.
Otros vibradores presentes en la
pavimentadora son los vibradores de
piso, estos van localizados sobre las placas
metálicas (float-pan) que se instalan a la
salida del concreto de la placa de extrusado
o profile-pan, estos vibradores y las placas
que conforman el float-pan deben revisarse
tanto en su estado como en su limpieza para
garantizar un buen acabado del pavimento.
85
los brazos metálicos traen rebabas en
los puntos de inserción del cable, es
conveniente limarlas. Si una cuerda se
rompe es señal de que debe ser cambiada,
no la añada, es mejor conseguir una nueva.
para garantizar la estabilidad de la línea ante
el paso de la pavimentadora, la texturizadora
y el personal de obra. Esta barra o “pin” debe
ser metálica y lo suficientemente rígida para
soportar los golpes de martillo usados para
su clavado en la base y su uso prolongado en
la obra. La línea que une todos los “pines” se
conoce como línea de “pines”, la distancia
entre “pines” en un trazo plano debe ser
entre 8 y 10 metros, en curvas horizontales
o verticales se deben colocar más próximos,
con una separación máxima de 5.0 m.
La separación de los “pines” no debe ser
igual que la de los sensores de altura de la
máquina, esto para reducir la sincronización
de los movimientos en altura de la
pavimentadora. Con el fin de tener mayor
precisión en el perfil y en los espesores es
importante tener líneas guías a ambos lados
de la pavimentadora.
86
El float pan igualmente debe tener la
posibilidad de dar el bombeo de la vía,
su sistema de soporte para que quede
“flotando” y el ajuste hidráulico para
las pendientes debe ser igualmente
revisado. El dispositivo para formar la corona o
bombeo de la carretera se debe probar en
todo su conjunto, aunque no todos los
proyectos lo requieran, tanto la formación
del bombeo a la entrada (en el strike
off) como en la placa de extrusado y en
las indicaciones que el operador de la
máquina recibe de la localización de estos
elementos. En la sección de la placa o
molde de extrusado (profile-pan), el ajuste
se hace liberando cada tuerca de fijación de
las planchas de extrusado y alineándolas
de acuerdo a la pendiente o pendientes
transversales requeridas para una sección,
esta alineación se puede hacer mediante
un ajuste hidráulico que poseen algunas
máquinas o manualmente si no se cuenta
con él, y alineando con la ayuda de un hilo o
lamina metálica recta, finalmente se asegura
todo el sistema.
Se debe recordar que en caso de coronas o
bombeos de la losa, otros elementos deben
ser ajustados para dar la forma, entre estos
se encuentran los vibradores y el tornillo
repartidor, este último no tiene ajuste
pero se recortan la longitud de los pasos
centrales.
El mecanismo hidráulico de ajuste es
fundamental para dar la forma correcta en
tramos de transición de recto con doble
pendiente a curvo con una sola y en este
sentido debe haber un apoyo continuo de
la comisión topográfica del proyecto.
Posteriormente se encuentra el final finisher
o llana metálica de la pavimentadora, su
revisión se hace en cuanto a la calidad del
movimiento en zigzag y el estado de la
superficie. Este es un elemento que da un
buen acabado siempre que se encuentre en
perfecto estado siempre que el concreto sea
muy homogéneo. La decisión de utilizar
esta llana ó de dejarle todo el trabajo a
los llanas manuales se debe tomar en los
primeros metros de pavimento.
En cuanto a los sensores, hay que tener
en cuenta que existen muchos tipos de
sensores y aunque los mas usados en
pavimentos son los hidráulicos existen
también eléctricos, láser y sónicos. Cada
tipo de sensor debe ser usado e instalado
de acuerdo a las recomendaciones del
fabricante y contando con personal
de experiencia. Normalmente las
pavimentadoras usan cuatro sensores de
altura, aunque algunas solo usan dos, con
cuatro se puede tener un mayor control
del espesor de la losa, sin embargo con
dos sensores y un excelente trabajo de
topografía y perfilado de la rasante, se
pueden lograr muy buenos resultados.
Los sensores de altura están localizados
adelante y atrás de la maquina y haciendo
contacto en cada extremo con la línea guia.
En este caso es importante anotar que
algunas pavimentadoras traen los sensores
traseros unos metros atrás de profile pan
o molde de extrusion y en caso de curvas
verticales cerradas, se corre riesgo de una
variación fuerte del espesor de la losa.
Las varillas de los sensores de altura deben
fijarse tan cerca de la horizontal como sea
posible y a la misma distancia del equipo
a la línea guía, esta distancia normalmente
debe ser entre 20 y 25 cm. La presión de la
varilla a la línea guía se podrá ajustar cuando
sea necesario durante la pavimentación, el
sensor tiene o debe tener una contrabalanza
a fin de ajustar la presión y con esta y el
ajuste del tornillo amortiguador se controla
la “sensibilidad” y precisión del sensor,
esto con el fin de reducir los movimientos
bruscos y continuos del sensor y de la
maquina.
La separación de los pines de la línea guía
no debe corresponder a la separación
entre sensores, con esto se logrará que los
dos sensores no estén al mismo tiempo en
valles o en picos de las catenarias formadas
en la línea guía y mejorar así el perfil de la
vía. En cuanto a la texturizadora se debe probar
la respuesta de los sensores a las variaciones
de la línea guía, el estado de los elementos
de texturizado (tanto yute como peine
de cerdas metálicas o plásticas según sea
el proyecto) y el estado de los orificios de
las espreas o aspersores de membrana de
curado, así como el estado del deposito de
membrana y de los tubos conductores.
Otros equipos que deben ser probados
son las cortadoras de discos para el
concreto y los reflectores de emergencia.
En algunos proyectos se cuenta con
equipos esparcidores o colocadores del
concreto con el fin de facilitar la labor
de la pavimentadora y lograr un mayor
rendimiento. 3. Inicio de los Trabajos Antes de iniciar la jornada de pavimentación
deben revisarse todas las medidas de
seguridad y tomar todas las precauciones
para el personal de la obra.
Para iniciar se deberán revisar los siguientes
puntos:
- Revisión de todo el equipo involucrado
en la pavimentación.
- Que se cuenta con una distancia
aceptable de tramo a pavimentar.
- Disponibilidad de materiales tanto en
volumen como en calidad.
- Reservas en almacén y obra.
- Equipos de ensayo en buen estado y con
personal disponible
- Herramientas necesarias para la
colocación del concreto:
- Flotadores manuales.
- Aspersores.
- Vibradores manuales.
- Comunicación por radio entre el frente de
trabajo y planta.
- Equipo y agua suficiente para humedecer
la rasante.
- Colocación de la línea guía.
- Verificar la junta fría y la correcta
colocación de las pasajuntas.
- Revisar el pronostico del tiempo.
Es importante tener la base o rasante
saturada para recibir el concreto, las bases
con falta de agua pueden absorber agua
del concreto y reducir la hidratación del
cemento ocasionando bajas resistencias.
4. Pavimentación con cimbra
deslizante:
La distribución del concreto al frente de
la pavimentadora es el primer contacto
entre el concreto y la pavimentadora y se
logra mediante un tornillo sinfín o gusano
que, controlado por el operador permite
transportar el concreto en el frente de la
máquina a fin de repartirlo y dosificarlo
hacia los lados la maquina, este trabajo es
complementado posteriormente por el
“tamper bar”. Los vibradores tienen dos funciones,
consolida el concreto y hacerlo fluido para
que pase por el molde o caja extrusora.
Físicamente el efecto deseado es lograr la
frecuencia de resonancia de las partículas
dentro de la mezcla o sea que se exciten y
se junten logrando eliminación de vacíos.
Importante, esta frecuencia es diferente
para cada tamaño de partícula y diferente
para cada gradación en particular y del
diseño de la mezcla.
Algunas pavimentadoras cuentan con
un receptáculo entre el gusano y el panel
o plancha de cimbrado y que contiene
los vibradores, que se denomina caja de
vibradores o de lechada. Esta caja esta
cerrada frontalmente por el strike-off y
eventualmente la viga estructural o chasis
de la maquina.
En las maquinas que cuentan con caja de
lechada encontramos inmediatamente
después del tornillo repartidor una lamina
metálica horizontal o strike-off que sube
o baja de acuerdo a las indicaciones del
operador con el fin de ampliar o reducir la
cabeza estática del concreto dentro de la
maquina y que se antepone a la viga frontal
estructural de la maquina. El strike-off debe
ser ajustado a las condiciones de pendiente
transversal de la vía, bombeo o corona.
En las pavimentadoras de cimbra deslizante
encontramos dos tipos de vibradores, los
primeros o internos se localizan en la caja
de vibradores o de lechada, los segundos o
vibradores de piso se usan para mejorar el
acabado.
En las pavimentadoras que no cuentan
con caja de lechada encontramos los
vibradores inmediatamente después del
tornillo repartidor y antes del molde o placa
extrusora.
En las zonas adyacentes a los vibradores
excéntricos internos o zona de influencia de
los vibradores se produce la energizaciòn
Un vibrador es un émbolo que gira en el
interior de un tubo o cubierta, el émbolo
esta apoyado en el extremo del que se
produce el giro, quedando el otro extremo
o cabeza libre, el giro libre de la cabeza
(envuelto en aceite) produce la vibración. La
energía transmitida por el vibrador (fuerza
centrifuga) es directamente proporcional a el
peso de la cabeza y a la velocidad de rotación,
la velocidad es la única variable que se puede
controlar y se hace variando la velocidad de
giro del motor del vibrador, esta velocidad se
mide en VPM y se controla desde el puesto
de mando de la pavimentadora. En general la
energía requerida varia entre 7.000 y 9.000
VPM.
Con la variación de la energía transmitida
por el vibrador varia la zona de influencia.
Otras variables que afectan esta zona de
influencia son:
- La velocidad de la pavimentadora
- La calidad del montaje aislado del vibrador
- Las distancias entre la cabeza y el punto de
aseguramiento al tubo soporte La separación de los vibradores debe
hacerse de tal forma que haya un pequeño
traslape de las zonas de influencia, el
posicionamiento de los vibradores en el
tubo soporte debe hacerse de acuerdo a las
recomendaciones de los fabricantes y de la
experiencia con el tipo de mezcla a usar.
La distancia de traslape entre las zonas de
influencia es normalmente de 50 a 75 mm,
no traslapar implica segregar la mezcla.
Debe tenerse especial cuidado con el
vibrado en el borde de la losa.
Cualquier falla en un vibrador se manifestará
inmediatamente en el aspecto de la losa de
concreto, en este caso debe apoyarse en
vibradores manuales y ampliando la zona
de influencia de los adyacentes.
El vibrado no es la solución para todos los
problemas de la mezcla e incluso pueden ser
causa de problemas en la mezcla, excesiva
vibración causara segregación y reducción
del contenido de aire, poca vibración
causara un mal acabado y un volumen alto
de vacíos reduciendo su resistencia.
En este mismo receptáculo se encuentra
el tamper-bar, barra o cuchilla
compactadora, característico solo de
algunas pavimentadoras, que se usa para
profundizar fragmentos de grava que hayan
quedado expuestos superficialmente,
aunque para algunos fabricantes su función
es mantener el movimiento dentro de la caja
de vibradores y de esta forma mantener un
flujo continuo y no se pegue a las paredes.
Finalmente encontramos la placa extrusora
del concreto (Profile pan), en la cual el
concreto toma la forma de la losa, en
esta sección es importante el perfecto
alineamiento de las planchas que la
conforman y el perfecto estado, libre de
abolladuras o deformaciones que incidan
en el perfil, por insignificantes que parezcan.
La cimbra deslizante de la máquina se
encuentra en los lados, misma que los
elementos superiores confina al concreto.
Se puede dividir en dos secciones, una
que confina el concreto para lograr que
el gusano lo pueda exparcir y otra que va
desde el strike-off hasta la salida posterior
del concreto. La primera normalmente va
siendo arrastrada sobre la base o puede
ser de altura variable según la variación
del perfil del suelo; La segunda puede ser
completamente levantada para facilitar su
limpieza y puede ser ajustada mediante
pernos para mejorar la acción de los
vibradores laterales y permitir un hombro
de losa con un mejor terminado.
87
del concreto, esto es la movilización de las
partículas del concreto, las burbujas de agua
y aire suben a la superficie explotan y el
volumen de la mezcla se reduce, facilitando
su entrada al panel de extrusado.
Las pavimentadoras modernas cuentan con
un mecanismo para manejo del concreto,
este se puede dividir en recepción y
acomodamiento, vibrado y compactación,
y perfilado ó extrusado. El resultado de un buen trabajo con el
equipo de cimbra deslizante es una forma
geométrica y superficie uniforme tanto
en las dimensión horizontal como en
la vertical, para esto es fundamental un
suministro continuo y homogéneo del
concreto y lograr movimientos uniformes
de la máquina. C A P Í T U LO 3 . P RO C ES O CO N ST RU C T I VO
88
Las pasajuntas pueden ser colocados
mediante su montaje en canastas metálicas
que garantizan su correcta disposición
en la losa de concreto y que permiten un
libre movimiento de las losas de concreto,
ó pueden insertarse mediante elementos
mecánicos que aseguren su correcta
posición.
Los pasajuntas deben haber sido bañados
con grasa, diesel o pintura para evitar que
se adhieran al concreto. La canasta se debe
colocar en el lugar indicado por la comisión
de tendido de la línea guía y debe ser fijada a
la base mediante pernos de fijación bien sea
con ayuda de pistola de impacto o mediante
golpes de martillo, también se pueden usar
ganchos metálicos o laminas y clavos. Es
importante garantizar la correcta fijación
de la canasta y evitar su movimiento ante
la presión de la máquina, si la canasta se
mueve al momento de colocar el concreto,
la losa no tendrá la libertad para moverse
longitudinalmente, lo puede ocasionar
fisuramientos y fracturas de los bordes de
la misma.
Los insertadores automáticos de barras
hacen el trabajo completo de localización
de barras después del vibrado y antes de
que se le dé el acabado a la losa, reduciendo
costos al eliminar el esqueleto de la canasta
y evitando el riesgo de movimiento de la
canasta por la presión de la pavimentadora.
Es importante la labor de dirección del
jefe de pavimentación y su continua
comunicación con el operador de la
pavimentadora, esto con el fin de lograr
una buena repartición del concreto y
un movimiento mínimo de las canastas
pasajuntas. En esta tarea juega un papel muy
importante la labor de los coordinadores
de descarga y de colocación de canastas, y
sus indicaciones deben ser conocidas por
todos los conductores y personal que se
localice en este sector y supervisadas por el
operador de la pavimentadora y el jefe de
pavimentación.
La seguridad se impondrá en todo
momento, es prudente considerar alarmas
de retroceso, procedimiento de descarga
(orden de entrada, salida y señales para
avance y parado) y control del trafico para
la entrada y salida de camiones de vías
transitadas al sector de cargue entre otros.
Cuando se tiene tirada y posicionada la
línea guia en una longitud importante al
frente de la pavimentadora, esta se puede
soltar de los brazos en un tramo de 50
metros aproximadamente y tenerla en el
piso sin distensionarla asegurada por dos
elementos pesados (grupo de barras de
amarre), todo esto para facilitar la entrada y
salida de los camiones al tramo.
Las operaciones de pavimentación del día
se deben iniciar con la producción de dos
o tres bachadas, que por el tipo de equipos
usados en estos proyectos, corresponden
a dos o tres camiones. El concreto de
estos camiones debe ser revisado por el
laboratorio con las pruebas de revenimiento,
contenido de aire y peso volumétrico para
ser enviados a la obra, en este momento
se inicia la labor de pavimentación
propiamente dicha, es decir, se continua
produciendo concreto y enviándolo al
frente de pavimentación. El concreto una vez que llega al frente
de pavimentación, debe ser revisado,
primeramente por el jefe de pavimentación
para determinar rápidamente si se puede
descargar, y de ser así, una vez descargados,
deberán ser revisados por el laboratorio,
de esta forma se determina la pérdida de
trabajabilidad que ha sufrido el concreto
durante el viaje y se procede a ajustar la
producción de la planta.
La uniformidad es el factor mas importante
para obtener un buen trabajo, si no se
cumple la uniformidad en todas las fases, se
dificultará obtener un buen perfil.
La distancia de la planta de producción
al sitio de colocación es un factor que
determina una entrega oportuna de
concreto a la pavimentadora. El tiempo de
viaje hacia y desde la entrega del concreto
se determina también por las condiciones
del trafico y del estado de la vía y esto debe
tenerse en cuenta para ajustar el numero de
unidades de transporte.
Es práctica común que los primeros viajes
de concreto, este se envíe ligeramente alto en
revenimiento para después ir reduciendolo.
Este concreto que se conoce como
concreto de carga de la pavimentadora se
puede enviar con 8 cm para ajustar en 6 ó
5 cm, con el fin de sobreponerse a pérdidas
de trabajabilidad mayores a las esperadas
y es válido si se tiene en cuenta que es
concreto que será prácticamente colocado
a mano pues la máquina no habría podido
llenar sus cimbras completamente y es
necesario llevar concreto en un cargador
para completar el faltante.
Como los dos o tres primeros viajes
normalmente no son suficientes para llenar
las cimbras y cajas de la pavimentadora, y
lograr una carga hidrostática dentro de la
máquina, es conveniente contar con una
cargador o retroexcavadora para introducir
y repartir el concreto frente al gusano de la
pavimentadora.
Los puntos a cuidar en esta etapa son:
- Controlar la trabajabilidad de la mezcla
- Mantener la relación Agua / Cemento de
diseño
- Ajustar los volúmenes suministrados en
cada viaje
- Verificar el espesor colocado
- Evaluar la calidad de la superficie dejada
por la pavimentadora
- Ajustar la velocidad de avance del tren con
respecto al suministro de concreto
(recordar que los equipos de pavimentación
en lo posible no deben parar)
- Iniciar la rutina de calculo de rendimiento
Las barras de amarre prácticamente se
instalan en todas las juntas longitudinales,
la altura de colocación es a la mitad del
espesor de la losa incluso en las juntas
machimbradas. En construcción con
Las barras de amarre que se utilizan para las
juntas longitudinales de carriles adicionales
o sobreanchos normalmente se instalan
con insertadores laterales automáticos
o manuales, se acostumbra colocar las
barras dobladas para ser enderezadas una
vez el concreto este endurecido y ya no
entorpezca las labores.
También se pueden colocar estas
barras manualmente a la salida de la
pavimentadora, obviamente previniendo
al personal de posibles accidentes con las
barras laterales, es probable que al proponer
esta practica el calculista solicite una
longitud mayor de anclaje de la barra
5. Acabado superficial del pavimento
Es el acabado de la superficie del concreto al
proceso de obtener una textura acorde a las
especificaciones del proyecto, homogénea,
segura y durable, mediante técnicas
sencillas y de rápida ejecución y usando las
herramientas adecuadas.
Primero se realiza el afine, con el afine se
busca conseguir una superficie adecuada
para obtener un buen texturizado,
resistente a la fricción del trafico y sin
afectar la geometría dejada por el extrusado.
No se debe hacer el terminado mientras se
observe la presencia de agua en la superficie.
Para lograr un buen acabado existen en
el mercado multitud de herramientas
montadas en la pavimentadora, en montaje
independiente y guiadas con la línea guía de
la pavimentadora o manuales, el éxito en el
En cuanto a herramientas manuales se
cuenta con una gran variedad y su uso
depende de las condiciones del proyecto.
En pavimentaciones con cimbra deslizante
es necesario usar llanas de gran dimensión
para cubrir un gran espacio y mantener el
ritmo y la velocidad de la pavimentadora,
normalmente son llanas a las que se les
monta un largo mango para cubrir todo
el ancho de la carretera desde uno solo
de los lados, en la unión entre mango
y llana se instala un pivote que permite
ajustar el ángulo de ataque de la llana y
evitar que penetre la losa. Sin embargo
es muy importante aclarar que su diseño
incluye un peso adecuado para obtener
un acabado acorde con su uso, por esto
no se recomienda incluir mangos de
materiales distintos al incluido en su diseño,
ocasionalmente es necesario adicionar
algún elemento metálico a la llana para
incrementar su peso y obtener un mayor
efecto; también se recuerda que obtener
un buen acabado en el borde contrario al
usado por el operario o finishero es difícil,
si el ancho de la losa es importante, por
esto se recomienda un finishero a cada lado
como mínimo.
Las llanas metálicas mas comúnmente
usadas son las tipo perfil acanalado y
tratadas con tungsteno o material similar, se
conocen como llanas canal o aviones si su
dimensión es importante.
El trabajo del finishero termina cuando
obtiene una superficie pareja y sin marcas
de la placa extrusora ni de las llanas.
El proceso experimentado superficialmente
por el concreto una vez que sale de la
pavimentadora, es la liberación del agua
de sangrado y posteriormente seca esta
superficie, adquiere un tono mate que
indica el momento del texturizado. Los
concretos para pavimentos sangran
poco o nada como se vio en la sección
correspondiente y una buena labor de
vibrado deja una superficie con suficiente
mortero como para que no haya ninguna
dificultad en obtener un buen acabado, el
exceso de vibrado creara superficies con
exceso de mortero lo que a su vez ocasiona
baja resistencia a la fricción.
Normalmente la primera pasada de la llana
abre poros y permite salida de pequeñas
cantidades de agua y aire presente cerca
a la superficie, la segunda pasada o el uso
de otra herramienta busca cerrar los poros
abiertos y sacar a la superficie granos de
arena, esta otra herramienta puede se una
llana fina tipo fresno.
Un buen diseño de concreto debe tener en
cuenta la producción de suficiente mortero
superficial que de un buen acabado.
6. Microtexturizado Longitudinal
Buena parte de la seguridad que una
carretera nos pueda ofrecer esta dada
por la correcta ejecución de esta etapa, la
distancia de frenado de los vehículos tiene
relación directa con el grado de adherencia
o fricción que hay entre la superficies de
contacto neumatico - concreto.
El microtexturizado se realiza corriendo
una tela de yute húmeda a lo largo del
tramo de concreto una vez que se ha
logrado un buen afinado y que la superficie
esta seca para que permita la presencia de
granos de arena después del paso de la
tela. Las texturizadoras vienen equipadas
con soportes y ganchos para colgar la tela,
el soporte puede bajar para que entre en
contacto con la superficie y subir cuando se
realiza otra actividad.
Las variables a controlar son: la humedad
de la tela, el tiempo de aplicación y la
velocidad de aplicación. El exceso de
humedad se percibe con la presencia de
burbujas de agua detrás del paso de la
manta, por el contrario la falta de humedad
causa levantamiento de concreto. El agua
se puede aplicar, rociando con la ayuda de
una bomba manual. Algunas texturizadoras
vienen acondicionadas con irrigadorres
89
Los insertadores automáticos de barras de
amarre vienen acondicionados en la parte
posterior de la pavimentadora, requieren
entonces de una placa flotante que borre la
huella de la inserción, cuando el insertador
esta en el centro de la losa y el pavimento
tiene bombeo, esta placa flotante debe
tener la forma para no dañar el ángulo o del
bombeo. intento de obtener un buen acabado radica
en buena parte en el criterio de elección
del equipo mas adecuado, las variables mas
comunes son el tipo de concreto, el clima
reinante y la velocidad y condición del
concreto dejada por la máquina.
cimbra deslizante estas barras pueden ser
colocadas mediante extensiones ó silletas
antes de la colocación del concreto o bien
insertadas en el concreto en estado plástico
con un insertador automático.
que mantienen húmeda la tela.
El tiempo de aplicación debe ser al cambio
de tono del concreto de brillante a mate,
la velocidad debe ser suficiente para no
levantar concreto. Otros aspectos que
deben tenerse en cuenta es la limpieza de la
tela y procurar que el tejido sea continuo y
no coser tramos de yute para dar la longitud,
por un lado una tela con fragmentos de
concreto adheridos marcara excesivamente
en el concreto y lo mismo ocurre con las
costuras de la tela. 90
7. Macrotexturizado Transversal C A P Í T U LO 3 . P RO C ES O CO N ST RU C T I VO
Alternativamente se puede utilizar pasto
sintético o cuero para realizar esta actividad
en sustitución de la tela de yute.
El macrotexturizado o texturizado
transversal que normalmente se realiza
con peine metálico, permite la rápida
evacuación de agua de la superficie del
pavimento, permitiendo el contacto
entre los neumáticos de los vehículos a
alta velocidad y el pavimento y evitando
el peligroso acuaplaneo. El proceso
constructivo se logra mediante el uso
de una texturizadora. Los sensores de
la texturizadora usan como referencia
para su movimiento las línea guía de la
pavimentadora lo que le permite obtener
un correcto manejo de los traslapes y
separaciones de las líneas sobretodo en las
curvas horizontales.
La variables a tener en cuenta son el
tiempo de aplicación, la profundidad del
texturizado y la separación de las cerdas.
El tiempo de aplicación depende de la
experiencia del operador de la texturizadora
bajo el control del jefe de pavimentación,
sin embargo una idea es que el
microtexturizado avanza unos cien metros
y al regreso a su punto inicial la superficie
estará lista para recibir el peine, debe
evitarse su aplicación tardía ya que obligaría
a una mayor presión o profundidad lo que
terminaría sacando agregado del concreto y
dejando un acabado irregular.
La profundidad de texturizado debe estar
entre los 3 mm y los 6 mm que es suficiente
como para que se marque suficientemente
el peine, pero de tal forma que el agregado
grueso no se levante o se mueva y no se
marque en exceso.
Es importante utilizar peines de texturizado
en buen estado, con todos sus dientes,
limpios y bien alineados a fin de no producir
un efecto irregular.
8. Curado del Concreto Esta operación se efectuará aplicando en
la superficie una membrana de curado a
razón de un litro por metro cuadrado (1 lt/
m2), para obtener un espesor uniforme de
aproximadamente un milímetro (1 mm),
que deje una membrana impermeable
y consistente de color claro que impida
la evaporación del agua que contiene la
mezcla del concreto fresco. La aplicación de la membrana de curado se
hace mediante la irrigación de compuestos
curadores sobre la losa de concreto fresco
con ayuda de la texturizadora – curadora.
Este trabajo se hace en la texturizadora
donde hay un depósito de membrana de
curado y conductos que llevan el liquido
hasta los aspersores o espreas. Los depósitos
de las texturizadoras algunas veces cuentan
con agitadores de aire o agitadores de
paletas, si el equipo no tiene estos accesorios
deben agitarse manual y continuamente,
esto para evitar taponamientos de los
conductos y las espreas.
Los compuestos curadores mas adecuados
tienen un pigmento de color blanco, esto les
da la ventaja de no concentrar el calor en el
concreto y permiten distinguir las zonas ya
tratadas y la uniformidad de su aplicación.
El compuesto curador se aplica
inmediatamente después de efectuarse
el texturizado transversal, aunque en
ocasiones y con el fin de proteger el
concreto de la acción del sol y vientos
fuertes rasantes, se puede hacer en dos
etapas aplicando la primera antes del
microtexturizado y la segunda después de
el texturizado transversal. Es importante
realizar la aplicación de la membrana
también sobre los bordes verticales de la
losa.
El espesor de la membrana podrá reducirse
si de acuerdo con las características del
producto que se use se puede garantizar su
integridad, cubrimiento de la losa y duración
de acuerdo con las especificaciones del
fabricante de la membrana de curado.
Durante el tiempo de endurecimiento del
concreto, deberá protegerse la superficie
de las losas contra acciones accidentales
de origen climático, de herramientas o del
paso del equipo o seres vivos. 9. Modulación de las Losas La modulación de las losas es proveer
la geometría de tableros diseñada por el
Especificador para inducir el agrietamiento
de manera controlada. El mayor cuidado se
debe tener en garantizar que la junta quede
en el mismo sitio donde fueron colocadas
las pasajuntas y donde fue indicado
inicialmente.
La señal para la localización de las canastillas
y de la junta debe quedar suficientemente
separada de la losa y del sector de tránsito
de la maquina para que no sea borrada en
el trabajo de pavimentación y revise que la
modulación se haga con base a las marcas
de los dos extremos de la losa y que la señal
se haga siempre de la misma forma a fin de
evitar confusiones.
La modulación se debe hacer con polvo
mineral de un color que permita ser
observada fácilmente por el operario del
equipo de corte en la noche y a la luz del
mismo equipo.
Las pavimentadoras equipadas con
insertador automático de pasajuntas
(DBI) tienen un dispositivo que marca la
ubicación de la pasajuntas con pintura.
10. Juntas Frías Es necesario realizar una planeación
adecuada de juntas frías, para mantener
la uniformidad en el pavimento y evitar
desperdicios o faltantes de concreto.
El corte de las losas de concreto es una
generalidad de todos los pavimentos de
concreto, en pavimentos construidos con
cimbra deslizante se debe hacer énfasis en
el estado, el tipo y el numero de equipos
necesarios para garantizar un trabajo de
buena calidad, continuo y principalmente
que permita que se alcance a cortar toda el
área pavimentada en una jornada.
La clasificación de las cortadoras se
hace normalmente por la potencia de su
motor en kW y es conveniente que sean
autopropulsadas. En proyectos carreteros
las cortadoras deben ser con potencias del
orden de los 50 a 60 kW, autopropulsadas
y diseñadas para hacer corte en húmedo,
o sea que el disco de corte es enfriado
continuamente por agua.
La profundidad del corte es de un tercio del
espesor de la losa.
Este corte deberá realizarse cuando el
concreto presente las condiciones de
endurecimiento propicias para su ejecución
y antes de que se produzcan agrietamientos
no controlados. Es importante iniciar el
corte en el momento adecuado, ya que de
empezar a cortar antes de tiempo podemos
generar despostillamientos de las losas, en
el caso de realizar el corte en forma tardía
se estaría permitiendo que el concreto
definiera los patrones de agrietamiento y
de nada servirían los cortes por realizar.
Este tiempo depende de las condiciones
de humedad y clima en la zona, así como
de la mezcla de concreto, por lo general el
proceso de corte debe iniciar deberá iniciar
entre las 4 ó 6 horas de haber colocado el
concreto y deberá terminar antes de 12
Deberán realizarse primero los cortes
transversales y posteriormente los
longitudinales.
Para realizar los cortes longitudinales es
común utilizar una guía ajustable a los
bordes de la losa y de esta forma garantizar
un correcto seguimiento del alineamiento
de la vía.
El tipo de disco de corte debe ser escogido
dependiendo del tipo de agregado a fin de
determinar que composición de material
abrasivo cortador es el mas indicado.
12. Ensanche de Juntas 91
11. Corte de Juntas en el Concreto: horas después del colado del pavimento.
El ensanche de la junta o segundo corte
se realiza para obtener suficiente espacio
donde alojar el material que se usara en
el sello y de esta forma ofrecer un factor
de forma apropiado (en profundidad y
ancho) para el correcto desempeño del
sellador.
El factor de forma especificado para
cada proyecto debe ser incluido en las
especificaciones constructivas. El corte de
ensanche se hace con cortadoras de corte
húmedo y la forma se obtiene ya sea con un
disco de 6 mm de espesor o apilando dos
discos de 3 mm de espesor y cortando a
una profundidad menor. 13. Limpieza y Sello de Juntas La limpeza de juntas es necesaria para evitar
que dentro de la junta se alojen materiales
incompresibles y permitir una perfecta
adherencia entre el sellador y el concreto.
Las actividades generales de esta etapa son:
- Lavado de la junta con agua a presión
- Limpieza de la junta o rasqueteo
- Secado con aire a presión.
- Inserción de la Cintilla de Respaldo o BackerRod
- Aplicación del material de sello
Los equipos requeridos para estas actividades
son:
La junta fría se debe construir en todo el
ancho de colado, se deben utilizar canastas
de barras pasajuntas para garantizar la
transferencia de cargas entre las losas. La
alineación de las pasajuntas y su correcta
instalación dependen en gran medida de
la cimbra utilizada para formar la junta.
Siempre que sea posible se deberá de tratar
de hacer coincidir la junta fría con una junta
de contracción. - Tanque de agua con bomba para
suministrar agua a presión
- Compresor para limpieza y aplicación del
material de sello
- Herramientas para limpieza y para insertar
el cordón o baker-rod
- Bomba de silicón para la aplicación del
material de sello
encargados de vigilar el tránsito normal de
los sensores por la línea guía y de la cimbra
lateral, su función es de vital importancia,
no solo para obtener un buen acabado sino
para producir un pavimento de concreto
durable y respetar la geometría del proyecto.
La bomba de silicón es un equipo de pistón
que se introduce dentro del deposito de
material de sello.
Responde por la obtención de un buen
acabado superficial de la losa antes de
iniciar su texturizado, interactua con el
jefe de pavimentación para que a su vez
le de instrucciones al operador de la
pavimentadora en caso que se presenten
problemas en el acabado dejado por la
máquina, por problemas en los insertadores
de pasajuntas o barras de amarre (en caso
de que se utilicen) o por problemas en el
acabado del hombro o borde de la losa. El
jefe de finishers debe coordinar al personal
de herramientas de acabado.
14. Personal Especializado Necesario
92
- Jefe de Pavimentación.
Es el responsable de la colocación del
concreto y de todas las etapas siguientes en
la obra.
Responde por todas las actividades
ejecutadas en el tramo y en ellas se
incluyen las previas al inicio de la
pavimentación, como revisión de los datos
topográficos, hasta la apertura al trafico de
la vía. Su principal función es coordinar
las actividades del equipo de trabajo en el
tramo y mantener la comunicación con la
planta y con los otros involucrados en el
proyecto.
El jefe de pavimentación coordina al grupo
de personas que trabajan en equipo y
capacitados para las diferentes actividades.
- Jefe de Línea.
Responde por la interpretación y evaluación
de los datos topográficos entregados por
el constructor de la base y por el tendido
de la línea guia para la pavimentadora y
texturizadora. Su importancia radica en la
coordinación con el personal de topografía
del proyectos para hacer los ajustes del
trazado requeridos y de esta forma reducir
las variaciones en los espesores de la losa.
- Operador de Pavimentadora.
Interactúa continuamente con el operador
de planta de concreto, con el coordinador
de descarga de camiones y colocación de
canastas y con los tornilleros quienes están
- Jefe de Finishers ó Jefe de Terminado.
- Operador de Texturizadora – Curadora.
Se encarga del microtexturizado
longitudinal con tela de yute, del
texturizado transversal y de la aplicación de
la membrana de curado, lo mas importante
de su trabajo es conocer el momento en el
cual debe iniciar su labor, la texturizadora
debe ser guiada por el mismo tendido de la
línea guía que uso la pavimentadora.
Jefe de Corte y Sello.
El trabajo de corte esta a cargo del jefe de
corte, el cual se hace acompañar de un
grupo de operarios y equipos de corte al
igual que un continuo suministro de agua.
Este grupo igualmente le reporta al jefe de
pavimentación. Sobre esto hay que tener en
cuenta que contamos con variables como
la dureza de los agregados, la calidad de
los discos, la potencia de los equipos y el
suficiente suministro de agua.
En las responsabilidades del jefe de corte
esta el ensanche de la junta, la limpieza y
aplicación del sello.
En proyectos de tamaños menores
tal como los proyectos denominados
urbanos, en donde la producción
del concreto se realiza en las plantas
dosificadoras que se tienen instaladas
en las ciudades, el procedimiento
de construcción de pavimentos que
comúnmente se utiliza es el de cimbra
fija, apoyados con rodillos y reglas
vibratorias para su ejecución.
El procedimiento constructivo
con ambos equipos es prácticamente
el mismo y en general es muy parecido
al de cimbra deslizante con algunas
variantes propiciadas por las diferencias
en equipos y por el menor tamaño
de las obras.
a) ELABORACIÓN DE
CONCRETO HIDRÁULICO
El Concreto se recomienda que sea
Premezclado
Profesionalmente
de
resistencia a la Flexión Sć ó Módulo
de Ruptura igual a la especificada en el
proyecto.
El Revenimiento apropiado para
colocación del concreto con cimbra fija es:
- En superficies planas con pendientes
ligeras. 10 ± 2 cm
- En superficies con pendientes mayores al
8% 8 ± 1 cm
Es importante garantizar la calidad
del concreto y que el suministro sea
constante y continuo para mantener
la homogeneidad del pavimento, se
recomienda que entre el tendido de una
olla mezcladora y otra no transcurran más
25 minutos, aunque de preferencia este
tiempo deberá ser menor.
b) CIMBRADO DEL PAVIMENTO
El cimbrado consiste en colocar Montenes
metálicos calibre 10 cuyo peralte
corresponda con el espesor del pavimento.
Estos deberán ser reforzados con soleras @
30 cm para darle rigidez. La colocación de la
cimbra deberá ir siguiendo el alineamiento
y niveles que nos indique la brigada de
topografía, se sujetan con troqueles de
varilla #3 a #5 cuya longitud mínima es
igual al doble del espesor del pavimento
y se colocan @ 1.0 m aproximadamente.
Es conveniente revisar los niveles de la
cimbra con topógrafo después de colocada
la misma para garantizar un buen perfil
longitudinal del pavimento. Se deberá
de contar con una cantidad suficiente de
tramos de cimbra para alcanzar avances
significativos de colado continuo durante
varias jornadas de trabajo.
La cimbra deberá realizarse en franjas
previamente establecidas para mantener las
condiciones de igualdad superficial entre
losa y losa.
c) COLADO DEL PAVIMENTO
El concreto se que se mezcla en ollas
revolvedoras se vacía sobre la sub-base, se
esparce a lo todo lo ancho del pavimento
a paleo manual. Deberá limpiarse y
humedecerse previamente la superficie que
recibe al concreto para evitar que se absorba
el agua de la mezcla. Se deberán colar franjas
longitudinales de longitud correspondiente
a un día de pavimentación.
Barras de Amarre.- En las juntas que muestre
el proyecto y/o en los sitios que indique el
Supervisor del proyecto se colocarán barras
de amarre, con el propósito de evitar el
corrimiento o desplazamiento de las franjas
de losas. Las barras serán corrugadas, de
acero estructural con un límite de fluencia
(Fy) de cuatro mil doscientos (4200)
kilogramos por centímetro cuadrado,
debiendo quedar ahogadas en las losas a la
mitad del espesor y en la posición indicada
en el proyecto. Todas las barras corrugadas
deberán protegerse contra la corrosión
si es que los estudios climatológicos
y químicos del lugar demuestran que
puede presentarse este fenómeno. Las
barras de amarre se colocan en las juntas
longitudinales, independientemente de
si son juntas frías o de corte, el diámetro,
longitud y separación serán los mostrados
en el proyecto.
Pasajuntas.- En el caso de que el proyecto
considere la colocación de barras pasajuntas
en las juntas de contracción transversales,
estás se colocarán perfectamente alineadas
al sentido longitudinal del pavimento y a la
mitad del espesor del mismo. La función
de estas barras es la de garantizar una
efectiva transferencia de fuerzas cortantes
en losas adyacentes, permitiendo el libre
movimiento de las franjas de losas en el
sentido longitudinal. Las barras serán
lisas, de acero estructural con un límite
de fluencia (Fy) de cuatro mil doscientos
(4200) kilogramos por centímetro
cuadrado, debiendo estar engrasadas
en toda su longitud para evitar que se
adhieran al concreto. Las barras pasajuntas
se colocan en las juntas transversales de
contracción cuando así están especificadas
y consideradas en el diseño, sin embargo
93
CIMBRA FIJA
3.3
deberán colocarse en todas las juntas
transversales de construcción para
garantizar la transferencia de cargas entre
colados de días distintos.
94
d) VIBRADO Y PERFILADO
Una vez colocado el concreto se deberá
acomodar en las orillas cercanas a la
cimbra utilizando un vibrador manual,
posteriormente se pasa la regla o el rodillo
vibratorio que le dan el vibrado final a
la masa del concreto, si en el proyecto
se especificaron barras de amarre estas
deberán colocarse inmediatamente antes
de que pase la regla ó el rodillo, en los lugares
especificados en proyecto, con ayuda de un
escantillón para colocarlas exactamente a
la mitad del espesor. Después de pasado el
rodillo deberá utilizarse una flotadora de
aluminio o magnesio en sentido transversal
para dar el perfilado definitivo al pavimento.
e) MICROTEXTURIZADO
LONGITUDINAL
El acabado superficial longitudinal
del concreto recién colado podrá
proporcionarse después de la aplicación
de las flotadoras mecánicas, mediante el
arrastre de tela de yute húmeda o pasto
sintético en sentido longitudinal del
pavimento. Este proceso se puede realizar
para este tipo de pavimentos de manera
muy sencilla y en forma prácticamente
manual, se fija perfectamente la tela de yute a
un tubo o solera que mida un poco más que
el ancho de pavimentación, se humedece y
se arrastra en sentido longitudinal con el
apoyo de 2 personas, uno a cada lado del
pavimento.
f) MACROTEXTURIZADO
TRANSVERSAL
Posteriormente se realiza el texturizado
transversal mediante un peine que tiene
una rastra de alambre en forma de peine,
con una separación entre dientes de
acuerdo con la especificación del proyecto,
con una profundidad entre los 3.0 mm y
los 6.0 mm a todo lo ancho de la superficie
pavimentada. Esta operación se realizará,
cuando el concreto esté lo suficientemente
plástico para permitir el texturizado pero
lo suficientemente seco para evitar que el
concreto fluya hacia los surcos formados
por esta operación y que pudieran cerrarse
debido a esto perdiendo su funcionalidad.
Durante el tiempo de endurecimiento del
concreto, deberá protegerse la superficie
de las losas contra acciones accidentales de
origen climático, de herramientas y/o del
paso de equipo o seres vivos.
g) APLICACIÓN DE MEMBRANA
DE CURADO
El curado deberá hacerse inmediatamente
después del texturizado transversal cuando
el concreto empiece a perder su brillo
superficial. Esta condición se efectúa
aplicando en la superficie una membrana
de curado en la cantidad adecuada para
el correcto curado, obteniendo así, un
espesor uniforme, que deje una membrana
impermeable y consistente y que evite
la evaporación del agua que contiene la
mezcla de concreto fresco. Su aplicación
deberá hacerse preferentemente con
aspersores manuales con irrigadores a
presión.
El espesor de la membrana se fijará
de acuerdo con las características del
producto que se utilice y deberá garantizar
su integridad, cubrimiento de la losa y
cumplimiento de las especificaciones del
fabricante de la membrana de curado.
Las membranas de curado que se aplican
adecuadamente cubren perfectamente
toda la superficie del concreto dejando una
película de color blanco que minimiza el
aumento en la temperatura de la superficie
del concreto.
El proceso de curado es importantísimo
para la obtención de resistencias, ya que
un como todo concreto, si no se cura
adecuadamente puede dejar de ganar hasta
el 50% de la resistencia especificada.
h) FORMACIÓN DE JUNTAS
El concreto durante su etapa de fraguado
se contrae y por estar apoyado en toda
sobre una superficie fija, se generan
esfuerzos de tensión que a su vez producen
agrietamientos. La función de realizar juntas
de contracción cortadas con disco es para
indicarle al concreto la ruta que deben de
seguir sus agrietamientos por contracción
y evitar que las grietas se propaguen en
cualquier dirección.
Las juntas de contracción se realizan
con equipo de corte con discos de
diamante cuando el concreto tiene un
cierto grado de endurecimiento y las
contracciones son inferiores a aquellas
que causan el agrietamiento (4 a 6 hrs.
aproximadamente).
Después del curado de las losas se
procederá al corte de las juntas transversales
y longitudinales con discos con punta
de diamante. Este corte deberá realizarse
cuando el concreto presente características
de endurecimiento propicias para su
ejecución y antes de que se produzcan
agrietamientos no controlados. Las juntas de
contracción se realizan con equipo de corte
con discos de diamante cuando el concreto
tiene un cierto grado de endurecimiento
y las contracciones son inferiores a
aquellas que causan el agrietamiento (4 a
6 hrs. aproximadamente). Las cortadoras
utilizadas en este tipo de proyectos deberán
ser autopropulsadas y con una potencia
que esté entre los 20 HP y los 40 HP. Las
juntas deberán ajustarse a las dimensiones
y características mostradas en el proyecto.
Los cortes deben realizarse a una
profundidad de un tercio del espesor. No
debe cortarse toda la profundidad de la losa
ó todo su espesor. Cortar la parte superior
le permite que en al parte inferior se genere
una grieta que le permite transmitir fuerzas
cortantes por la trabazón que existe entre
los agregados del concreto entre una losa
y otra.
La relación de Largo / Ancho de las losas debe estar entre los límites de 1.0 a 1.4, relaciones
mayores originan que se generen grietas en la mitad de las losas.
i) LIMPIEZA Y SELLO DE JUNTAS
La función del sellador es la de evitar
que partículas incompresibles (piedras)
penetren en la junta y puedan generar
despostilladuras en los bordes de las losas
debido al movimiento de las mismas. Otra
función es la de impedir que el agua de la
superficie pueda penetrar a la estructura de
soporte y evitar problemas de expulsión de
finos, pérdida de soporte y reducción de
resistencia del material de sub-base.
La limpieza de juntas se hará con agua a
presión y apoyados con una rastra para
dejar perfectamente limpia de material
la totalidad de la junta, posteriormente
se realizará el secado de la junta con
aire a presión, una vez seca la junta y
perfectamente libre de polvo en sus
paredes, se procederá a colocar una cintilla
de respaldo (Backer Rod) cuya función
principal es la de minimizar la utilización
del sellador e inmediatamente después
se coloca el sellador dentro de la junta
respetando las indicaciones del fabricante
en cuanto a su factor de forma y modo de
aplicación.
Nota: Dibujo fuera de escala
Es importante que el sellador sea un material
autonivelante de un solo componente,
elástico, resistente a los efectos de
combustibles y aceites automotrices, con
propiedades adherentes al concreto y que
permita las dilataciones y contracciones
que se presenten en las losas, sin agrietarse,
debiéndose emplear productos que
cumplan con lo anteriormente expuesto, los
cuales deberán solidificarse a temperatura
ambiente. Es necesario que la superficie del
95
sellador se aloje por debajo de la superficie
de rodamiento entre 3 mm y 6 mm con el
fin de evitar que entre en contacto con los
neumáticos de los vehículos y se pueda
deteriorar.
Deberá realizarse un primer corte para
garantizar la inducción adecuada de las
grietas de contracción, con un ancho de 3
mm (1/8 de pulgada) utilizando un solo
disco de corte y cortando a una profundidad
de un tercio del espesor. Posteriormente
se deberá hacer el ensanche de las juntas
a 6 mm (1/4 de pulgada) utilizando para
esto dos discos de corte empalmados y la
profundidad de este corte será menor de
un tercio del espesor y estará regida por
el factor de forma que se le vaya a dar al
sellador de las juntas.
96
3.4
PAVIMENTOS
DE CONCRETO
ESTAMPADO
a) PRELIMINARES
El Especificador deberá garantizar la calidad
de los materiales químicos necesarios para
el pavimento estampado.
Las actividades preliminares a la colocación
del pavimento estampado tales como el
diseño y especificaciones de construcción
de la estructura soporte, espesores, niveles,
calidades y tipo de concreto hidráulico,
espaciamiento y tipo de juntas, etc. Deberá
seguirse de acuerdo a las especificaciones
generales mencionadas en este manual y
deberán responder a las pruebas de control
de calidad, aceptación y supervisión,
realizadas por la entidad responsable según
los alcances establecidos.
Una vez garantizado lo anterior se podrá
proceder a la iniciación de las actividades
propias del pavimento estampado. Será
conveniente realizar muestras de las figuras,
colores y desmoldante elegidos según
la especificación, las cuales se deberán
autorizar por el Supervisor para poder
proceder con la ejecución.
b) INSTALACIÓN DEL
PAVIMENTO ESTAMPADO
1. Aplicación de Colorante - Endurecedor
Asegúrese de que las áreas adyacentes se
encuentren protegidas, luego emplee el
siguiente procedimiento:
- Vacíe el concreto con el espesor
especificado en el proyecto estructural,
vibre y garantice su perfecta colocación.
- Utilice las herramientas de terminado
adecuadas (llanas de fierro, magnesio y
aluminio) y despegue todos bordes que se
pegan a la formaleta con una ribeteadora o
volteador.
- Proceda a la apertura de las latas de
colorante endurecedor mismas que tienen
un peso aproximado de 60 lbs.
- Una vez que el agua ha desaparecido
de la superficie es el tiempo preciso
para espolvorear el color - endurecedor,
la distribución deberá ser de manera
uniforme, rápida y eficiente, requiere dos
aplicaciones, la primera deslizando la llana
en un sentido para iniciar la integración
del color en la superficie y la segunda en
sentido perpendicular a la anterior para
lograr una completa integración del mismo.
- El primer 80% se efectúa después de que
el concreto está alisado y uniformizado
con la llana, después disperse el otro 20
% para cubrir las partes donde la primer
aplicación no cubrió lo suficiente. Pase la
llana nuevamente esta vez cuidando que
la llana pase una sola vez por cada parte
de la superficie y deslícela suavemente, en
caso contrario se corre el riesgo de perder
el color, debiendo emplear más color lo
cual va en contra de los rendimientos y
trabajo, si hay alguna dificultad en correr la
llana para homogeneizar el enlucido con el
color, ponga un peso en la llana, esto puede
ayudarlo a correr la llana. Nunca utilice
agua para integrar el color.
Cuando el concreto está muy blando por
exceso de agua, requiere mas colorante endurecedor, pues ésta superficie absorbe
el color hacia abajo desapareciéndolo de
la superficie. Una vez que el color está en
la superficie de la losa, intégrelo lo antes
posible. Espere hasta que la losa este en
estado plástico y lisa para flotar antes de
estampar.
El rendimiento usual de 60 lbs. de colorante
– endurecedor es para 9.0 m2 de superficie,
puede disminuir con algunos colores claros,
y otros factores como el viento u otras
condiciones, por lo que se recomienda
establecer un monitoreo al consumo.
2. Desmoldante de color (Release)
El desmoldante es un material especialmente
formulado, para dar un efecto de contraste
con el color - endurecedor y también evita
que los moldes ó la piel de textura del
estampado se adhieran a la superficie del
concreto.
- No aplique el desmoldante hasta que el
agua de la superficie haya desaparecido.
- Siempre aplique el desmoldante
justo y el necesario para evitar que los
moldes se peguen al concreto, se usa
aproximadamente una caja de 20 lbs. por
cada 90 m2 de superficie.
3. Equipo y Procedimiento
Es de vital importancia tener tanto el equipo
de trabajo que aplica en el concreto, como
conocer el proceso y herramientas para
el estampado dado que estas actividades
están muy relacionadas entre si.
a) Después que se ha tomado la decisión
de donde comenzar a aplicar el concreto,
se debe de decidir donde comenzar a
estampar. Es conveniente que se comience
a estampar por el mismo lado por donde se
comenzó a aplicar el concreto.
b) Coloque el lado abierto de los moldes
con la figura de textura hacia la superficie
de la losa, luego coloque todos los moldes
para el estampado en fila a lo ancho de al
losa con los lados abiertos coincidiendo
con los cerrados.
c) Siempre revise que los límites de la losa
estén a escuadra y en el peor de los casos,
fije su propia escuadra.
d) Estampe el primer molde, teniendo
precaución de obtener un buen estampado
y textura en los bordes y en los perímetros.
e) Verifique la profundidad del estampado
y textura adquirida en la superficie. El
desmoldante (Release) muchas veces
resalta u oculta visualmente una impresión,
para asegurarse de ésta quede bien hecha,
cuando retire el molde sople el desmoldante
inicial para observar la calidad de la textura.
También puede ocurrir que al retirar el
molde se observen áreas húmedas, o donde
aparece el color - endurecedor. Ante eso
es necesario colocar más desmoldante y
volver a colocar el molde.
f ) Coloque cada molde en forma
consecutiva. Tome el último molde
y colóquelo justo junto del primero.
Recuerde que el primer molde es cuadrado,
por lo tanto es vital que el último molde sea
4. Corte de juntas de control
Haga las juntas de control por tipo y
espaciamiento, según especificaciones, el
tratamiento de juntas en una estructura
de pavimento de concreto hidráulico
estampado deberá ser idéntico al de una
de pavimento de concreto hidráulico
convencional.
Considere que en algunos casos en el
proceso de colado podrá y deberá colocar
elementos de refuerzo especificados, de
juntas de control (pasa juntas, y/o barras
de amarre).
En juntas frías, es recomendable procurar
que éstas coincidan con el molde, con el fin
de incrementar la calidad del trabajo.
5. Limpieza y sellado de superficie
Después de 24 horas o al día siguiente
de colado el elemento estampado puede
iniciar el retiro de desmoldante y lavado de
superficie.
a) Lave el exceso de desmoldante y retire
el plástico empleado para proteger las
estructuras adyacentes.
b) Lave toda la superficie con una solución
de agua y ácido muriático en proporción
1:10 (diez partes de agua por una de ácido).
Escobille bien la superficie, cuidando no
retirar el desmoldante de las boquillas, pues
se busca una apariencia natural y luego
enjuague cuidadosamente con abundante
agua.
c) Cuide no dejar ningún área obscura
que pueda desmerecer el aspecto final del
trabajo.
d) Pula y afile las líneas de concreto
excedente producto del movimiento de
moldes. Este trabajo podrá realizarse con
un esmeril convencional.
e) Previa a la aplicación del sellador, con la
finalidad de eliminar el polvo que pudiera
haber en el piso, es recomendable soplar la
superficie con compresor. La manera más
eficiente de aplicar el sellador, es hacerlo
con rodillo. Asegúrese de que no queden
marcas del rodillo, así como de sellar la
mayor superficie posible de una sola vez
con el fin de evitar diferencias visibles en
tono.
f ) Una vez que la superficie esté seca por
lo menos 48 Hrs., debe aplicarse el sellador
transparente (clear seal).
6. Sellado de juntas de control
Por tratarse de un pavimento de concreto
hidráulico, las juntas de expansión y
contracción deberán ser selladas con un
producto propio para ese fin para evitar
posible debilitación de la estructura de
soporte.
Existen productos base silicón los cuales
tienen pigmentos similares a los elegidos en
el pavimento de concreto. Es recomendable
la utilización de éstos en el sello de juntas
para conservar la apariencia natural del
pavimento estampado.
El sellador deberá ser apoyado sobre una
tirilla de respaldo la cual tendrá como fin
evitar el consumo excesivo de sellador y
evitar que éste trabaje inadecuadamente.
97
Cuando se aplica en forma apropiada, el
desmoldante deja una película uniforme, no
use excesivo material que deje cúmulos en
la superficie. El desmoldante es muy volátil,
por lo que es recomendable aplicarlo a la
vez, dos filas o líneas de moldes adelante.
puesto junto a este para lograr una perfecta
alineación. Asegúrese que el lado cerrado
del primer molde mire y esté alineado con
el lado abierto del molde siguiente. Siempre
debe coincidir negro de un lado, y blanco
de el otro. Asegúrese también que la altura
de los moldes adyacentes sea la misma, de
esta manera se asegura una profundidad de
impresión pareja.
g) Posteriormente tome el último molde
y colóquelo alineado junto al siguiente.
Regrese al sitio de donde lo sacó, y con la
herramienta “S“ borre o aplane todos los
residuos dejados por las marcas entre los
moldes. Asegure también que las líneas de
textura sean continuas en todos los bordes.
En el caso de que la textura o las líneas se
pierdan, presione con la “piel de textura” y
con la herramienta “S” haga las líneas.
h) Continúe el proceso hasta que haya
finalizado de estampar la losa.
- La colocación del desmoldante, debe
distribuirse manualmente con un
movimiento de remolino.
C A P í T U L O C U AT R O
DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE JUNTAS
4.1
4.2
4.3
4.4
C O N S I D E R A C I O N E S PA R A E L D I S E Ñ O D E J U N TA S
E S P E C I F I C A C I O N E S D E M AT E R I A L E S
H E R R A M I E N TA S
EQUIPOS
C A P í T U L O C U AT R O
DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE JUNTAS
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.
4.1
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:
• 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
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.
C A P Í T U L O 4 . D I S E Ñ O Y C O N S T R U C C I Ó N D E J U N TA S
Además las juntas tienen funciones más específicas, como lo 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)
• Absorver 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.
101
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. • 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.
102
• 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.
4.1.2. 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.
a) 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 cuáles 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.
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.
b) 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
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 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.
significa que ninguna parte de la carga es
transferida a través de la junta.
La evaluación en campo de la transferencia
de carga se realiza midiendo las deflexiones
en cada lado de la junta dada una aplicación
de carga.
De manera que conociendo las deflexiones
en las junta, por medio de la siguiente
ecuación podemos conocer el % de
eficiencia de la junta (E):
E=
2ΔU
ΔL+ΔU
100
Donde:
ΔL = Deflección del lado cargado de la junta.
ΔU = Deflección del lado no cargado de la
junta.
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 ibicación y geometría
de las grietas en un pavimento de concreto.
4.1.4. FACTORES
QUE CONTRIBUYEN
A LA TRANSFERENCIA
DE CARGA
a) TRABAZÓN DE AGREGADOS
4.1.3. 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
La trabazón de agregados depende de la
resistencia al cortante entre las partículas
del agregado en las caras de la junta, debajo
del corte inducido en la junta. Este sistema
de transferencia de carga es más efectivo
para pavimentos construidos con una corta
separación de las juntas y bases estabilizadas
no erosionables o bases permeables que
experimenten bajos volúmenes de tráfico
pesado.
Para incrementar la trabazón de agregados
y minimizar la diferencia de elevación en las
juntas, se recomienda:
• Losas con espesores grandes, ya que una
mayor área para trabazón de
agregado provee una mejor transferencia
de carga.
• Poca separación de juntas, menor a 4.5
metros.
• Bases rígidas (estabilizadas) con valores
altos de módulo de subreacción del
suelo (k).
• Apoyo lateral mediante acotamientos de
concreto.
• Subrasantes con suelos de agregado
grueso (drenaje).
• Mejoras al drenaje, mediante drenes
colectores y subrasantes permeables.
Para un medio ambiente con clima
seco, árido y sin nieve las variaciones de
temperatura y los movimientos de las juntas
serán pequeñas por lo que la transferencia
de carga a través de la trabazón de agregados
puede comportarse bien siempre y cuando
no se tengan muy altos volúmenes de
tráfico pesado, sin embargo si se requerirá
una corta separación de las juntas.
El agregado en sí es también importante
para la transferencia de carga, por
ejemplo sabemos que las grava triturada
se comporta mejor que la no triturada
debido a que éste provoca que las caras de
las juntas sean más ásperas por lo que se
desgastan menos que las caras redondeadas
de los agregados no triturados. De la
misma manera el agrietamiento inicial
del concreto incrementa la aspereza de las
caras de las juntas debido a que las grietas
103
Figura 4.3.1.
Eficiencia de las juntas
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 central del pavimento.
se forman alrededor del agregado en vez de
a través de él.
104
En general se recomienda dejar la
transferencia de carga únicamente a la
trabazón de agregados para proyectos con
menos de 5 millones de ESAL’s rígidos
(Ejes Sencillos Equivalentes de 18 kips
ó 8.2 ton) ó con un tráfico inferior a los
80 ó 120 vehículos pesados diarios, ya
que se ha encontrado con la experiencia
que un tráfico mayor a este ya produce
molestas fallas en las juntas, como lo son
las diferencias de elevación, es decir que no
empatan ambos lados de la junta.
b) TRANSFERENCIA DE CARGA
MECÁNICA – PASAJUNTAS –
La trabazón de agregados por sí sola no
provee la suficiente transferencia de carga
para un buen comportamiento a largo
plazo en la mayoría de los pavimentos,
principalmente en los proyectos carreteros
donde se tienen altos volúmenes de tráfico
pesado. Por lo que en caso inverso a las
cantidades de tráfico mencionadas para la
trabazón de agregados, se recomienda usar
las barras pasajuntas y dejar la transferencia
de carga en las juntas a medios mecánicos
como lo son las barras pasajuntas en
proyectos con un trafico superior a los
120 vehículos pesados diarios ó más
de 5 millones de ESAL’s rígidos (Ejes
Equivalentes Sencillos de 18 kips).
a través de las juntas) y rupturas en las
esquinas. Por lo que toda esta reducción
de deflexiones y esfuerzos en las losas al
transmitir efectivamente la carga a lo largo
de las juntas se traduce en un incremento
en la vida de servicio del pavimento. El diseño de las barras pasajuntas forma
parte de un capitulo especial de este
manual, en donde se explican como
calcular y se dan recomendaciones de
diámetros de acero, longitud de la barra, así
como la separación entre cada pasajunta.
Esto se detalla en el capitulo 2, sección 2.6
de aspectos complementarios al diseño.
c) BASES ESTABILIZADAS
Las bases estabilizadas reducen las
deflexiones en las juntas, mejoran y
mantienen la efectividad de la junta bajo la
repetición de las cargas del tráfico. Además
son una muy estable y suave plataforma de
apoyo para los trabajos de pavimentación.
La figura 4.4.1 muestra como una base
cementada ó de concreto pobre presenta
más del doble de efectividad de la junta y
que la perdida de transferencia de carga
ocurre más lentamente que con las bases
convencionales para pavimentos.
Las pasajuntas son barras de acero liso y
redondo colocadas transversalmente a las
juntas para transferir las cargas del tráfico
sin restringir los movimientos horizontales
de las juntas. Además mantienen a las
losas alineadas horizontal y verticalmente.
Dado que las pasajuntas llegan de un lado
a otro de la junta, las aperturas diarias y de
temporadas no afectan la transferencia de
carga a lo largo de las juntas con pasajuntas
como si lo hace en el caso de las juntas que
no cuentan con pasajuntas.
Las pasajuntas reducen las deflexiones y los
esfuerzos en las losas de concreto, así como
el potencial de diferencias de elevación
en las juntas, bombeo (expulsión de finos
Figura 4.4.1.
Eficiencia de la junta para varios tipos de terrenos de apoyo
(basada en una losa de 9” de espesor después
de 1 millón de aplicaciones de carga).
4.1.5. TIPOS DE JUNTAS
Los tipos de juntas más comunes en los
pavimentos de concreto son:
3. Junta Transversal de Expansión/
Aislamiento: Estas juntas son colocadas
en donde se permita el movimiento del
pavimento sin dañar estructuras adyacentes
(puentes, estructuras de drenaje, etc.) ó el
mismo pavimento.
4. Junta Longitudinal de Contracción: Son
las juntas que dividen los carriles e tránsito
y controlan el agrietamiento donde van
a ser colados en una sola franja dos ó más
carriles.
5. Junta Longitudinal de Construcción:
Estas juntas unen carriles adyacentes
cuando van a ser pavimentados en tiempos
diferentes.
a) JUNTA TRANSVERSAL
DE CONTRACCIÓN
Las juntas transversales de contracción
principalmente controlan el agrietamiento
natural de los pavimentos de concreto. Su
espaciamiento, profundidad del corte y el
tiempo en que se deba realizar son factores
críticos para el comportamiento de las
juntas, por lo que un adecuado diseño
especificará el intervalo de juntas que va a
controlar las grietas y proveer una adecuada
transferencia de carga entre las juntas.
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.
Existe una regla práctica que nos permite
dimensionar los tableros de losas para inducir
el agrietamiento controlado bajo los cortes
de losas, sin necesidad de colocar acero de
refuerzo continuo: SJT = (21 a 24) D
Donde:
SJT = Separación de Juntas Transversales
(<= 5.5 m) D = Espesor del Pavimento
Normalmente se utiliza el 21 cuando
tenemos mayor fricción entre la sub-
Figura 4.5.2.
Relación Largo
– Ancho de losa.
base y el pavimento de concreto, como
en los casos en donde tenemos bases
estabilizadas, bases con textura muy cerrada
o whitetopping.
El valor de 24 se utiliza cuando la
fricción entre la sub-base y el pavimento
corresponde valores normales, como en el
caso de sub-bases granulares.
La separación de juntas transversales que
arroja esta fórmula no debe ser mayor de
5.0 m, en tal caso deberá limitarse a este
valor de 5.0 m.
La otra dimensión que tiene que ver con
la modulación de losas es la separación de
juntas longitudinales, sin embargo esta está
referenciada a la forma de los tableros de
losas.
La forma ideal de un tablero de losa es
la cuadrada, sin embargo no siempre
es posible y conveniente tener las losas
perfectamente cuadradas, por lo que nos
vemos obligados a considerar un cierto
grado de rectangularidad.
La relación entre largo y ancho de un
tablero de losas no deberá estar fuera de
estos límites: 0.71 a 1.4.
0.71 < x / y < 1.4
105
2. Juntas Transversales de Construcción:
Son las juntas colocadas al final de un día
de pavimentación ó por cualquier otra
interrupción a los trabajos (por ejemplo los
accesos ó aproches a un puente).
Figura 4.5.1.
Croquis de los
tipos de juntas
en un pavimento
de concreto.
1. Juntas Transversales de Contracción:
Son las juntas que son construidas
transversalmente al eje central del
pavimento y que son espaciadas para
controlar el agrietamiento provocado
por los efectos de las contracciones
como por los cambios de temperatura y
de humedad.
Formación de la junta de contracción.
106
El método más común para la formación
de juntas transversales es mediante el corte
con discos de diamante y es esencial que se
cuente con buena mano de obra para que
se obtenga una superficie suave y durable
libre de despostillamientos.
Primeramente se realiza un corte inicial
cuando el concreto tiene un cierto grado
de endurecimiento y las contracciones
son inferiores a aquellas que causan el
agrietamiento, este corte inicial proporciona
un plano de debilidad donde se iniciará el
agrietamiento.
El corte deberá ser de al menos un tercio del
espesor de la losa (D/3) y tener un ancho
mínimo de 1/8 de pulgada (3 mm).
Elegir bien el momento para entrar a
realizar este corte es crítico, ya que un
corte temprano ó prematuro provoca
despostillamientos y desmoronamientos a
lo largo de la cara de la junta, mientras que
un corte tardío provoca agrietamientos en
otras partes de la losa. El corte se iniciará tan
pronto como el concreto haya desarrollado
la suficiente resistencia para resistir los
desmoronamientos en los bordes de la
junta, que en nuestro país esto sucede de 6
a 8 horas después de colocado el concreto.
Las condiciones ambientales como lo
son la temperatura ambiente, el cambio
ó gradiente de temperatura, el viento, la
humedad y la luz del sol directa tienen
una gran influencia en el desarrollo de la
resistencia del concreto y por lo tanto en
el tiempo óptimo para realizar el corte.
Además el diseño de la mezcla de concreto
también influye, por ejemplo mezclas
con agregados suaves requieren menos
desarrollo de resistencia para realizar el
corte que los agregados más duros.
b) JUNTA TRANSVERSAL
DE CONSTRUCCIÓN
Las juntas transversales de construcción
son las empleadas en interrupciones ya
planeadas de los trabajos de pavimentación
a) Junta de contracción
sin pasajuntas
Figura 4.5.3.
Sección de
una junta transversal
de contracción con y sin
pasajuntas.
b) Junta de contracción
con pasajuntas
como lo son el final de un día de
pavimentación, en accesos ó aproches
de un puente y también en donde
interrupciones no planeadas suspenden
los trabajos de pavimentación por algún
período de tiempo considerable.
Las juntas de construcción previamente
planeadas como las del final de un día
de pavimentación son construídas en las
ubicaciones normales de las juntas y al ser
estas juntas empalmadas a tope requieren
de pasajuntas (de acero liso redondo) ya
que no podrán contar con la trabazón de
agregado para la transferencia de carga.
En el caso de las juntas de construcción no
planeadas se presentan justamente en una
junta de contracción ya planeada ó muy
cerca de ella, se recomienda que la junta se
empalme a tope con pasajuntas, mientras
que si la interrupción no planeada se presenta
en los dos primeros tercios de la separación
normal de las juntas, la junta deberá ser
endientada con barras de amarre (barras de
acero corrugado), con el objeto de prevenir
que la junta no agriete la losa adyacente.
Formación de la junta de construcción.
El método más común de construir una
junta transversal de construcción es
terminando los trabajos de pavimentación
en una cimbra cabezera. Sin embargo como
la colocación de esta cimbra requerirá de
mano de obra, esto puede provocar que
en esa zona la superficie del pavimento
quede un poco más áspera, por lo que
se recomienda un cuidado especial a los
trabajos de terminado en esta zona para
asegurarnos de tener una superficie suave.
Las Pasajuntas se colocan a través de la
cimbra en unos agujeros previamente
perforados en la cimbra y se recomienda
dar una consolidación adicional al
concreto para asegurar un satisfactorio
encajonamiento de las pasajuntas. Antes de
reanudar los trabajos de pavimentación se
deberá quitar la cimbra cabezera.
Las juntas transversales de construcción que
caigan en donde originalmente se planeó
construir una junta de contracción ó de
aislamiento se deberá sellar de acuerdo a las
especificaciones de la junta originalmente
planeada, con la excepción de que las
juntas transversales de construcción no
requieren de un corte inicial. Para junta de
construcción de emergencia (endientada
y amarrada) se realiza y se sella un corte de
1”(25mm).
c) JUNTAS LONGITUDINALES.
Las juntas longitudinales evitan la
formación del agrietamiento longitudinal
que de lo contrario se presentarían como
se muestra en la figura 4.2-1. Estas grietas
normalmente se desarrollan por los
efectos combinados de las cargas y las
restricciones del alabeo de la losa una vez
que el pavimento esta sujeto al tránsito.
En las pavimentaciones de proyectos de
dos ó más carriles un espaciamiento de 3 a
4.0 metros tiene un propósito doble, el del
control del agrietamiento y la delineación
de los carriles.
Los dos tipos de juntas longitudinales que
se pueden presentar en un pavimento de
concreto, la junta longitudinal en el eje
central del camino ó en la junta que divide
Formación de las juntas
longitudinales.
Las juntas longitudinales de construcción
como ya se mencionó anteriormente son
la empleadas en el medio de los carriles ó
franjas de construcción y generalmente son
juntas endientadas.
Una junta endientada se forma en el borde
de la losa ya sea por una protuberancia con
una pavimentadora de cimbra deslizante ó
uniéndole a la cimbra una cuña ó diente de
metal ó madera de la forma, dimensiones y
profundidad adecuada.
Las formas más comunes del endientado
en la junta se muestran en la figura 4.5-5, las
cuáles son en forma de un medio círculo y
en forma trapezoidal con las dimensiones
mostradas.
movimiento de contracción longitudinal
no es tan grande como la contracción
transversal.
El corte de las juntas longitudinales deberá
realizarse antes de 48 horas y antes de
que cualquier equipo pesado ó vehículo
circule sobre el pavimento. Sin embargo,
bajo ciertas condiciones, como una fuerte
caída en la temperatura ambiente durante
la primera ó segunda noche, se pueden
presentar agrietamientos longitudinales
más temprano, por lo que es una buena
práctica el realizar el corte tan pronto como
sea pueda hacer.
107
En la parte superior de la figura se muestra
una junta longitudinal usada cuando se
pavimenta de franja en franja (ó carril).
Esta junta tambien aplica para carriles
adyacentes, acotamientos, guarniciones y
cunetas. La junta podrá ó no estar edientada
dependiendo del espesor de la losa y de los
volúmenes del tráfico. La junta longitudinal
mostrada al fondo de la figura es la usada
cuando el ancho de pavimentación es tal
que incluye dos ó varios carriles en una
sola pasada. Estas juntas dependen de la
barra de amarre para mantener la trabazón
de agregado, su capacidad estructural y su
serviciabilidad.
En el capitulo 2 de Diseño, sección 2.6 de
Aspectos complementarios al diseño, se
detalla el calculo del diámetro, longitud
y separación de las barras de amarre, las
cuáles no deberán ser cubiertas con grasa,
aceite ó cualquier otro material que impida
la liga con el concreto.
d) JUNTAS DE AISLAMIENTO
Y DE EXPANSIÓN.
Las juntas de aislamiento y de expansión
permiten que se presente diferenciales
anticipados de movimientos verticales y
horizontales entre un pavimento y otra
estructura sin dañar al pavimento ó la
estructura y dado que el comportamiento
puede afectarse significativamente por
el uso y la ubicación planeada de estas
juntas, se deberá tener mucho cuidado
en el proceso de diseño y aunque con
frecuencia los términos se intercambien
frecuentemente, las juntas de aislamiento
no son iguales que las juntas de expansión.
Juntas de Aislamiento.
Figura 4.5.4.
Secciones de juntas longitudinales, para cuando
se pavimenta por franjas y a todo lo ancho del área
Figura 4.5.5.
Secciones Endientadas Estandar para Juntas Longirudinales.
En la mayoria de las calles el
pavimento es lateralmente restringido
mediante un relleno por detrás de
las guarniciones y no hay necesidad
de amarrar las juntas longitudinales
con barras de amarre, sin embargo, en
calles que no tengan restricciones de
movimiento lateral, las barras de amarre
serán colocadas a la mitad del espesor de la
losa para evitar que se abra la junta debido
a la contracción de las losas de concreto.
Las juntas longitudinales de contracción
cortando con disco en el concreto
endurecido ó formando una ranura en
el concreto fresco, de una manera muy
similar al caso de las juntas transversales de
contracción, sin embargo la profundidad
del corte ó de la ranura deberá ser de un
tercio del espesor (D/3) y el tiempo ó el
momento para hacer el corte inicial no es
tan crítico como en el caso de las juntas
transversales de contracción ya que el
Su objetivo principal es aislar el pavimento
de una estructura, otra área pavimentada
ó cualquier objeto inamovible. El uso
adecuado de estas juntas disminuye los
esfuerzos a compresión que se presentan
entre el pavimento y una estructura ó entre
dos secciones de pavimento. Las juntas
de aislamiento incluyen las juntas a toda
la profundidad y a todo lo ancho sobre los
apoyos ó estribos del puente, intersecciones
“T” ó asimétricas, rampas, entre pavimentos
existentes y pavimentos nuevos, así como
también para juntas alrededor de estructuras
en el interior del pavimento como pozos
de visita, alcantarillas y estructuras del
alumbrado público.
Las juntas de aislamiento en intersecciones
los carriles de circulación, se presentan en
la figura 4.5.5.
“T”, intersecciones asimétricas y en rampas no deberán tener pasajuntas debido a que se
debe permitir el movimiento horizontal sin dañar el pavimento colindante.
En el caso de las juntas de aislamiento sin pasajuntas son construidas generalmente con
ensanchamiento de bordes (figura 4.5-6 inciso b) para reducir los esfuerzos desarrollados
al fondo de la losa. Los bordes colindantes de ambos pavimentos son ensanchados en un
20% iniciando a una distancia 1.5 metros de la junta y el material de filtro en la junta deberá
extenderse completamente por todo el borde ensanchado de la losa.
Las juntas de aislamiento usadas en pozos de visita, alcantarillas, estructuras del alumbrado
y edificios no tienen ni bordes ensanchados ni pasajuntas debido a que éstas son colocadas
alrededor de otros objetos y no requieren transferencia de carga. Ver figura 4.5.6.
108
El ancho de las juntas de aislamiento se recomienda entre ½” a 1” (12 a 25 mm), ya que con
anchos superiores se pueden presentar movimientos excesivos.
Se usa un material prefabricado como relleno de la abertura entre las losas. Este relleno es
un material no absorvente ni reactivo, que normalmente es celotex. El relleno ó el celotex
será colocado mediante estacas en la base y una vez que el concreto ha endurecido se
retirarán ¾” (20 mm) del relleno para dejar espacio al sello de la junta.
Figura 4.5.6.
Secciones de Juntas de Aislamiento.
Juntas de Expansión.
Un buen diseño, construcción y
mantenimiento de las juntas de
construcción ha prácticamente eliminado
la necesidad de las juntas de expansión,
excepto en algunos casos especiales y un
uso incorrecto de las juntas de expansión
trae consigo altos costos de construcción
y de mantenimiento, a la apertura de las
juntas de contracción adyacentes, perdida
de la trabazón de agregado, a las falla en el
sellado de las juntas, infiltración en las juntas
y en general al buen comportamiento de
los pavimentos.
En los pavimentos de concreto, solo son
necesarias las juntas de expansión cuando:
1. El pavimento es construido a temperatura
ambiente inferior a los 4 °C.
2. Las juntas de contracción permiten la
infiltración de materiales incompresibles.
3. Los materiales usados en el pavimento
han mostrado con experiencias pasadas,
notorias características expansivas.
Sin embargo, bajo condiciones normales
de trabajo estas condiciones no aplican,
normalmente no es necesaria la utilización
de las juntas de expansión.
Figura 4.5.7.
Pozos de Visita.
Figura 4.5.8.
Alcantarillas.
1. Evite losas de forma irregular.
2. La separación máxima entre juntas
transversales deberá ser de 24 veces el
espesor ó 5.0 metros, la que sea menor.
3. Mantenga losas tan cuadradas como
sea posible, ya que losas angostas y largas
tienden a agrietarse en mayor cantidad que
las cuadradas.
4. Todas las juntas de contracción
transversales deberán ser continuas a través
de la guarnición y tener una profundidad
igual a 1/3 del espesor del pavimento.
5. En las juntas de aislamiento, el relleno
deberá ser a toda la profundidad y
extenderse por la guarnición.
6. Si no se cuenta con guarniciones, las
juntas longitudinales deberán amarrarse
con barras de amarre.
7. Ajustes menores en la ubicación de
las juntas, desplazando ó inclinando
algunas juntas para que coincidan con los
pozos de visita ó alcantarillas mejoran el
comportamiento del pavimento.
8. Cuando el área pavimentada cuenta
con estructuras de drenaje, coloque si le es
posible las juntas de manera que coincidan
con las estructuras.
4.1.6. SELLADO DE JUNTAS
El objetivo del sellado de juntas es
minimizar la infiltración del agua superficial
y de materiales incompresibles al interior de
la junta del pavimento y por ende al interior
del pavimento y de su estructura.
Otra de las características que deben
satisfacer las juntas selladas es la capacidad
de resistir las repeticiones de contracción
y expansión, al contraer y expanderse
el pavimento debido a los cambios de
temperatura y humedad.
El problema que puede presentarse con la
infiltración de agua al interior del pavimento
es el efecto conocido como “bombeo”.
El bombeo es la expulsión de material
por agua a través de las juntas. Mientras
Los materiales contaminantes incompresibles
causan presiones de apoyo puntuales,
que pueden llevar a despostillamientos y
desprendimientos. Además al no permitir
la expansión de las losas de concreto se
pueden presentar levantamientos de las
losas de concreto en la zona de la junta.
Limpieza Previa
Previo al sellado, la abertura de la junta
deberá ser limpiada a fondo de compuestos
de curado, residuos, natas y cualquier
otro material ajeno. La limpieza de las
caras de la junta afecta directamente la
adherencia del sellante al concreto. Una
limpieza pobre reduce la adherencia del
sellador a la interfase con la junta, lo que
reduce significativamente la efectividad del
sellador. Por lo tanto la correcta limpieza es
esencial para obtener una superfice de junta
que no perjudicará el lazo ó adhesión con
el sellador.
La limpieza se puede hacer con sandblast, agua, aire a presión, cepillado de
alambre ó de varias otras maneras, esto
dependiendo de las condiciones de la junta
y las recomendaciones del fabricante del
sellador.
parte de la recuperación de la compresión
para un sellado satisfactorio.
El diseño del depósito y la selección del
sello a compresión deberá asegurar que
el sello se mantenga siempre a un nivel
de compresión entre el 20 y el 50%. La
profundidad del depósito debe exceder
de la profundidad del sello a compresión,
pero no se relaciona directamente con el
ancho del depósito. En general, el ancho
del sello pre-moldeado puede ser de
aproximadamente el doble del ancho
del depósito, si el sello le queda chico, la
apertura puede ser muy ancha y se perderá
la compresión.
Una correcta instalación del sello a
compresión depende exclusivamente de la
recuperación de la compresión del sellador.
A diferencia de los sellos líquidos que sufren
tanto de compresión como de tensión,
los sellos pre-moldeados ó a compresión
son diseñados para estar a tensión durante
toda su vida. Estos sellos requieren de un
lubricante que aunque cuenta con algunas
propiedades adhesivas, su principal función
es lubricar durante la instalación.
El mejor comportamiento de sellos premoldeados es con aquellos que cuentan
con al menos 5 celdas. La figura 4.61 muestra una sección de este tipo de
selladores.
Tipos de Selladores.
Existen muchos materiales aceptados para
el sellado de juntas en los pavimentos de
concreto. La clasificación más simple los
divide como líquidos (ó moldeados en el
campo) y los pre-moldeados (compresión).
Sellos líquidos.
Los sellantes líquidos pueden ser colocados
en frío, con un solo componente;
autonivelables, toman la forma del depósito
y dependen en gran parte de la adhesión
de las caras de la junta para un sellado
satisfactorio.
Sellos a compresión.
Los sellantes pre-moldeados son moldeados
durante su fabricación y dependen en gran
Figura 4.6.1.
Sección de un sellador a compresión de cinco celdas.
109
Las siguientes recomendaciones de hacen
para un correcto diseño de juntas:
el agua es expulsada, se lleva partículas de
grava, arena, arcilla, etc… resultando una
progresiva perdida de apoyo del pavimento.
e) RECOMENDACIONES
Cintilla de Respaldo.
110
La cintilla de respaldo es un componente
muy importante en la instalación de los
sellos líquidos, ya que impide que el sello
líquido fluya hasta el fondo de la junta,
evitando la adhesión del sello con el fondo
del depósito de la junta, además la cintilla
de respaldo sirve para definir el factor de
forma y optimizar la cantidad de sellador
empleado.
Se instalan en el depósito de la junta antes
que se coloque el sello líquido, mediante
una herramienta que presiona a la cintilla
a la profundidad requerida para obtener
el factor de forma deseado. Su diámetro
deberá ser un 25% más grande que el
ancho del depósito para asegurar que entre
ajustado.
Depósito para el sello de la junta.
El factor de forma es crítico para el buen
comportamiento a largo plazo de un
sellador.
Debido a que la sección del sello de las
juntas cambia durante la expansión y
contracción del pavimento de concreto, se
desarrollarán esfuerzos en el interior del
sellador y a lo largo de la linea de unión del
sellador con el depósito de la junta. Estos
esfuerzos pueden ser excesivos si el factor
de forma no es el apropiado para el material
de sello.
Tipo de Sellador Factor de Forma Común
Silicón Compresión 2
*
* No se basa en el factor de forma
La figura 4.6.2 muestra factores de forma
comunes para sellos líquidos y para sellos
a compresión. Un depósito para sello de
junta con factor de forma igual ó menor
a uno desarrolla menos esfuerzos en el
sellado de la junta que si tuviera un factor
de forma superior a uno. El diseño del
factor de forma incluye el tomar en cuenta
que el depósito no se debe llenar a tope ó al
nivel del pavimento, el sello se deberá hacer
de 6mm antes del nivel del pavimento, con
el objeto de evitar futuros problemas con la
extrusión del sello.
Factor de Forma =
Ancho
Profundidad
Figura 4.6.2.
Factores de Forma Comunes en el Sellado de juntas.
CROQUIS No. 1
CORTE Y SELLADO DE JUNTA DE
CONTRACCION LONGITUDINAL
CON BARRA DE AMARRE (TIPO A)
NOTA:
La relación ancho / profundidad del
sellador de slilicón deberá ser como
mínimo 1:1 y como máximo 2:1.
La ranura inicial de 3 mm para deb ilitar la
sección deberá ser hecha en el momento
oportuno p a ra evitar el agretamiento de
la losa, la pérdida de agregados en la junta,
o el despostillamiento. El corte a d iciona l
p a ra formar el depósito de la junta deberá
efectuarse cuando menos 72 horas después
del colado.
Figura 4.6.3.
Corte y sellado de junta de contracción longitudinal (Con barra de amarre)
CROQUIS No. 2
CORTE Y SELLADO DE JUNTA DE
CONTRACCION
TRANSVERSAL
CON PASAJUNTAS (TIPO B)
NOTA:
La relación ancho / profundidad del
sellador de silicón deberá ser como mínimo
1:1 y como máximo 2:1.
Figura 4.6.4.
Corte y sellado de junta de contracción transversal (Con pasajuntas Tipo B)
CROQUIS No. 3
CORTE Y SELLADO DE JUNTA
TRANSVERSAL DE CONSTRUCCIÓN
CON PASAJUNTAS(TIPO C) NOTA:
La relación ancho / p rofundidad del
Figura 4.6.
Corte y sellado de junta de contracción transversal (Con pasajuntas Tipo C)
111
La ranura inicial de 3 mm para debilitar la
sección deberá ser hecha en el momento
oportuno para evitar el agretamiento de
la losa, la pérdida de agregados en la junta,
o el despostillamiento. El corte adicional
para formar el depósito de la junta deberá
efectuarse cuando menos 72 horas después
del colado.
CROQUIS No. 4
CORTE Y SELLADO DE JUNTA
TRANSVERSAL DE CONSTRUCCIÓN
CON PASAJUNTAS (TIPO D) NOTA:
112
La relación ancho / p rofundidad del
Figura 4.6.7.
Corte y sellado de junta de contracción transversal de construcción (Con pasajuntas Tipo D)
Figura 4.6.8.
Canastas pasajuntas en juntas
transversales de contraccion
El cemento a utilizar para la elaboración
del concreto será preferentemente
Portland, de marca aprobada oficialmente,
el cual deberá cumplir lo especificado
en las normas NMX - C-414 - 1999
- ONNCCE. Si los documentos del
proyecto o una especificación particular
no señalan algo diferente, se emplearán los
denominados CPO (Cemento Portland
Ordinario) y CPP (Cemento Portland
Puzolánico) dependiendo del caso y con
sub - clasificaciones 30R, 40 y 40R. Estos
cementos corresponden principalmente
a los que anteriormente se denominaban
como Tipo I y Tipo IP.
Es importante que se cumplan
respectivamente con los requisitos físicos
y químicos que se señalan en las cláusulas
4.01.02.004-B y 4.01.02.004-C de las
Normas de Calidad de los Materiales
de la Secretaría de Comunicaciones y
Transportes.
El cemento en sacos se deberá almacenar en
sitios secos y aislados del suelo, en acopios
de no más de siete metros (7 m) de altura.
Si el cemento se suministra a granel, se
deberá almacenar en sitios aislados de
la humedad. La capacidad mínima de
almacenamiento deberá ser la suficiente
para el consumo de un día ó una jornada de
producción normal.
Todo cemento que tenga más de dos (2)
meses de almacenamiento en sacos o tres
(3) en silos, deberá ser examinado por el
Supervisor del proyecto, para verificar si
aún es susceptible de utilización.
b) AGUA
El agua que se emplee en la fabricación
del concreto deberá cumplir con la norma
NMX-C-122, debe ser potable, y por lo
tanto, estar libre de materiales perjudiciales
tales como aceites, grasas, materia orgánica,
etc. En general, se considera adecuada el
agua que sea apta para el consumo humano.
Así mismo, no deberá contener cantidades
mayores de las substancias químicas que
las que se indican en la siguiente tabla, en
partes por millón:
Tabla 4.2.1.
Sustancias Perjudiciales en el Agua
113
“Para la elaboración de un pavimento
de concreto hidráulico es primordial
contar con materiales de la mas alta
calidad que garanticen su durabilidad
y perfecto funcionamiento”
a) CEMENTO
El pH, medido según norma ASTM
D-1293, no podrá ser inferior a cinco (5).
El contenido de sulfatos, expresado como
SO4=, no podrá ser mayor de un gramo
por litro (1g/l). Su determinación se hará
de acuerdo con la norma ASTM D-516.
Su contenido de ión cloro, determinado
según norma ASTM D-512, no podrá
exceder de seis gramos por litro (6 g/l).
c) MATERIALES PETREOS
Estos materiales se sujetarán al tratamiento
o tratamientos necesarios para cumplir con
los requisitos de calidad que se indican en
cada caso, debiendo el contratista prever
las características en el almacén y los
tratamientos necesarios para su ulterior
utilización. El manejo y/o almacenamiento
subsecuente de los agregados, deberá
hacerse de tal manera que se eviten
segregaciones o contaminaciones con
substancias u otros materiales perjudiciales
y de que se mantenga una condición de
humedad uniforme, antes de ser utilizados
en la mezcla.
1. Grava
El agregado grueso será grava triturada
totalmente con tamaño máximo de treinta
y ocho (38) milímetros, resistencia superior
a la resistencia del concreto señalada en el
proyecto, y con la secuencia granulométrica
que se indica a continuación:
4.2
ESPECIFICACIONES
DE MATERIALES
2. Arena
Tabla 4.2.2.
Granulometría de la Grava
El agregado fino o arena deberá tener
un tamaño máximo de nueve punto
cincuenta y un milímetros (9.51 mm) con
la secuencia granulométrica que se indica a
continuación:
114
El contenido de substancias perjudiciales
en el agregado grueso no deberá exceder
los porcentajes máximos que se indican en
la siguiente tabla:
Tabla 4.2.3.
Sustancias Perjudiciales en Grava
El agregado grueso además, deberá cumplir
con los siguientes requisitos de calidad:
- Desgaste “Los Angeles” 40% máximo
- Intemperismo Acelerado 12% máximo
(utilizando sulfato de sodio)
Cuando la muestra esté constituida por
material heterogéneo y se tengan dudas de
su calidad, el Especificador podrá ordenar
se efectúen pruebas de desgaste de los
Angeles, separando el material sano del
material alterado o de diferente origen, así
como pruebas en la muestra constituida
por ambos materiales, en la que estén
representados en la misma proporción en
que se encuentren en los almacenamientos
de agregados ya tratados o en donde
vayan a ser utilizados. En ninguno de los
casos mencionados se deberán obtener
desgastes mayores que cuarenta por ciento
(40%).
En el caso de que se tengan dudas acerca
de la calidad del agregado grueso, a
juicio del Supervisor se llevará a cabo
la determinación de la pérdida por
intemperismo acelerado, la cual no deberá
se mayor de doce por ciento (12%), en el
entendido que el cumplimiento de esta
característica no excluye las mencionadas
anteriormente.
Tabla 4.2.4.
Granulometría de la Arena
La arena deberá estar dentro de la zona
que establece esta tabla excepto en los
siguientes casos:
• Cuando se tengan antecedentes de
comportamientos aceptables, en el
concreto elaborado con ellos, o bien, que
los resultados de las pruebas realizados
a estos concretos sean satisfactorios; en
este caso, los agregados se pueden usar
siempre que se haga el ajuste apropiado
al proporcionamiento del concreto,
para compensar las deficiencias en la
granulometría.
• El porcentaje de material que pasa la malla
#200 esta modificado según los límites de
consistencia lo cual se indica en la siguiente
tabla:
La arena no deberá tener un retenido
mayor de cuarenta y cinco por ciento
(45%), entre dos (2) mallas consecutivas;
además, deberá cumplir con los siguientes
requisitos de calidad:
- Equivalente de arena**
- Módulo de finura - Intemperismo Acelerado
80% máximo
2.30 mínimo
y 3.10 máximo
10% máximo
(Empleando sul. sodio)
1. Resistencia
Tabla 4.2.5.
Ajuste granulométrico de la Arena
** Al ser modificado el porcentaje de
material que pasa la malla #200 según los
límites de consistencia el equivalente de
arena también debe de ser modificado.
El contenido de substancias perjudiciales en
la arena, no deberá exceder los porcentajes
máximos siguientes:
Tabla 4.2.6.
Sustancias Perjudiciales de la Arena
En el caso de que se tengan dudas acerca
de la calidad del agregado fino, a juicio de la
Secretaría se llevará a cabo la determinación
de la pérdida por intemperismo acelerado,
la cual no deberá ser mayor de 10%, en
el entendido de que esta condición no
excluye las mencionadas anteriormente.
3. Reactividad
Deberá verificarse mediante análisis
petrográficos y/o la prueba química rápida
que los agregados (grueso y fino) para la
elaboración de la mezcla de concreto no
sean potencialmente reactivos.
d) ADITIVOS
Deberán emplearse aditivos del tipo
“D” reductores de agua y retardantes
con la dosificación requerida para
que la manejabilidad de la mezcla
permamezca durante dos (2) horas a
partir de la finalización del mezclado
a la temperatura estándar de veintitrés
grados centígrados (23° C) y no se
produzca el fraguado después de cuatro
(4) horas a partir de la finalización del
mezclado.. Los aditivos deberán ser
certificados por la casa productora. Para
asegurar la trabajabilidad de la mezcla,
también se utilizara un agente inclusor
de aire, con los requisitos que señala la
norma ASTM C 260.
Estos aditivos se transportaran desde
la fabrica hasta la planta de concreto en
camiones cisternas y se depositaran en
tanques especialmente diseñados para su
almacenamiento y dosificación.
La resistencia de diseño especificada a
la tensión por flexión (S’c) o Módulo de
Ruptura (MR) a los 28 días, se verificará en
especímenes moldeados durante el colado
del concreto, correspondientes a vigas
estándar de quince por quince por cincuenta
(15 x 15 x 50) centímetros, compactando
el concreto por vibro compresión y una
vez curados adecuadamente, se ensayarán a
los 3, 7 y 28 días aplicando las cargas en los
tercios del claro. (ASTM C 78).
Especímenes de prueba
Se deberán tomar muestras de concreto
para hacer especímenes de prueba para
determinar la resistencia a la flexión durante
el colado del concreto. Especímenes de
prueba adicionales podrán ser necesarios
para determinar adecuadamente la
resistencia del concreto cuando la
resistencia del mismo a temprana edad
límite la apertura del pavimento al tránsito.
El procedimiento seguido para el muestreo
del concreto deberá cumplir con la norma
ASTM C 172.
La frecuencia de muestreo será de 6
especímenes para prueba de módulo
de ruptura y 3 especímenes más para
determinar el módulo elástico y resistencia
a la compresión por cada 150 m3 de
producción de concreto. En el caso de la
determinación del módulo de ruptura,
El diseño de la mezcla, utilizando los
agregados provenientes de los bancos
ya tratados, será responsabilidad del
productor de concreto quien tienen la
obligación de obtener la resistencia y
todas las demás características para el
concreto fresco y endurecido, así como
las características adecuadas para lograr
los acabados del pavimento. Durante la
construcción, la dosificación de la mezcla
de concreto hidráulico se hará en peso y su
control durante la elaboración se hará bajo
la responsabilidad exclusiva del Proveedor,
es conveniente que el suministro se realice
por proveedores profesionales de concreto.
115
e) CONCRETO
116
se ensayarán dos especímenes a los 3 y 7
días de colado, y los otros dos restantes a
los 28 días. en el caso de la determinación
del módulo de elasticidad, resistencia a la
compresión, se ensayará un espécimen
por cada prueba a los 3 y 7 días de colado,
y el restante a los 28 días de transcurrido el
colado.
La apertura al tránsito vehicular del
pavimento no podrá realizarse antes de que
el concreto haya alcanzado una resistencia a
la tensión por flexión o Módulo de Ruptura
del setenta y cinco por ciento (75%) de la
especificada de proyecto como mínimo.
En caso de ser necesario, con ayuda de un
consultor capacitado, se podrán revisar
los esfuerzos actuantes a los que estará
sometido el pavimento y se permitirá abrir
al tráfico cuando la relación entre esfuerzo
actuante entre resistente sea de 0.5.
Tabla 4.2.7.
Resistencia de Concreto Recomenda
2. Trabajabilidad
El revenimiento promedio de la mezcla de
concreto deberá especificarse de acuerdo
con el procedimiento de colocación a
utilizar:
- Para Tendido con Cimbra Deslizante
deberá ser de cinco centímetros (5 cm)
mas – menos uno punto cinco centímetros
(1.5 cm) al momento de su colocación.
- Para Colados con Cimbra Fija debera ser
de diez centímetros (10 cm) mas – menos
dos centímetros (2 cm) ) al momento de su
colocación.
Las mezclas que no cumplan con este
requisito deberán ser destinadas a otras
obras de concreto como cunetas y drenajes,
y no se permitirá su colocación para la losa
de concreto.
El concreto deberá de ser uniformemente
plástico, cohesivo y manejable. El concreto
trabajable es definido como aquel que
puede ser colocado sin que se produzcan
demasiados vacíos en su interior y en la
superficie del pavimento, así como el que
no presente una apariencia pastosa.
Cuando aparezca agua en la superficie
del concreto en cantidades excesivas
después del acabado se deberá efectuar
inmediatamente una corrección por medio
de una o más de las siguientes medidas:
a) Rediseño de la mezcla
b) Adición de relleno mineral o de
agregados finos
c) Incremento del contenido de cemento
d) Uso de un aditivo inclusor de aire o
equivalente, previamente aprobado.
e) MEMBRANA DE CURADO
Para el curado de la superficie del concreto
recién colada deberá emplearse una
Membrana de Curado de emulsión en agua
y base parafina de color claro, el que deberá
cumplir con los requisitos de calidad que
se describen en la normas ASTM C171,
ASTM C309, Tipo 2, Clase A, AASHTO
M 148, Tipo 2, Clase A, FAA Item P-6102.10. Este tipo de membranas evitan que se
tapen las espreas de los equipos de rociado.
Deberá aplicarse apropiadamente para
proveer un sello impermeable que
optimiza la retención del agua de la mezcla.
El pigmento blanco refleja los rayos solares
ayudando a mantener la superficie más
fresca y prevenir la acumulación de calor.
f) ACERO DE REFUERZO
El acero de refuerzo necesario para la
construcción del pavimento se utiliza en las
juntas, ya sea como pasadores de cortante
ó pasajuntas o como barras de amarre
para mantener los cuerpos del pavimento
unidos.
1. Barras de amarre
En la juntas que muestre el proyecto y/o
en los sitios que indique el Especificador
del proyecto, se colocarán barras de amarre
con el propósito de evitar el corrimiento o
desplazamiento de las losas en el sentido
perpendicular al de circulación. Las barras
de amarre serán de varilla corrugada, de
acero estructural, con límite de fluencia
(fy) de cuatro mil doscientos kilogramos
por centímetro cuadrado (4,200 kg/cm2),
debiendo quedar ahogadas en las losas, con
las dimensiones y en la posición indicada en
el proyecto. Estas barras siempre deberán
estar colocadas a la mitad del espesor del
pavimento.
CANASTAS PASAJUNTAS EN JUNTAS TRANSVERSALES DE CONTRACCION
En las juntas transversales de contracción,
en las juntas de construcción, en
las juntas de emergencia y/o en los
sitios que indique el Supervisor del
proyecto se colocarán barras pasajuntas
como mecanismos para garantizar la
transferencia efectiva de carga entre las
losas adyacentes. Las barras serán de
acero redondo liso y deberán quedar
ahogadas en las losas en la posición y
con las dimensiones indicadas por el
proyecto.
Estas barras deberán estar perfectamente
alineadas con el sentido longitudinal del
pavimento y con su plano horizontal,
colocándose a la mitad del espesor de la losa.
Ambos extremos de las pasajuntas deberán
ser lisos y estar libres de rebabas cortantes.
El acero deberá cumplir con la norma
ASTM A 615 Grado 60 (fy=4,200 kg/
cm2), y deberá ser recubierta con asfalto,
parafina, grasa o cualquier otro medio que
impida efectivamente la adherencia del
acero con el concreto y que sea aprobado
por el Especificador del proyecto.
Las pasajuntas podrán ser instaladas en
la posición indicada en el proyecto por
medios mecánicos, o bien por medio de
la instalación de canastas metálicas de
sujeción. Las canastas de sujeción deberán
asegurar las pasajuntas en la posición
correcta como se indica en el proyecto
durante el colado y acabado del concreto,
mas no deberán impedir el movimiento
longitudinal de la misma.
g) SELLADOR PARA JUNTAS
El material sellante para las juntas
transversales y longitudinales deberá
ser elástico, resistente a los efectos de
combustibles y aceites automotrices, con
propiedades adherentes con el concreto y
que permita las dilataciones y contracciones
que se presenten en las losas de concreto
sin degradarse, debiéndose emplear
productos a base de silicona, poliuretano
- asfalto o similares, los cuales deberán ser
autonivelantes, de un solo componente y
solidificarse a temperatura ambiente.
A menos de que se especifique lo contrario,
el material para el sellado de juntas deberá
de cumplir con los requerimientos aquí
indicados. El material se deberá adherir a
los lados de la junta o grieta con el concreto
y deberá formar un sello efectivo contra
la filtración de agua o incrustación de
materiales incompresibles. En ningún caso
se podrá emplear algún material sellador no
autorizado por el Especificador.
Para todas las juntas de la losa de concreto
se deberá emplear un sellador de silicón o
similar de bajo módulo autonivelable. Este
sellador deberá ser un compuesto de un
solo componente sin requerir la adición de
un catalizador para su curado. El sellador
deberá presentar fluidez suficiente para
autonivelarse y no requerir de formado
adicional, adicionalmente se deberá
colocar respetando el factor de forma
(altura de silicón / ancho del silicón en el
depósito) mismo que deberá proporcionar
o recomendar el fabricante del sellador.
117
2. Barras pasajuntas
El sellador de silicón de bajo módulo
deberá cumplir con los siguientes requisitos
y especificaciones de calidad:
118
La tirilla de respaldo a emplear deberá
impedir efectivamente la adhesión del
sellador a la superficie inferior de la junta. La
tirilla de respaldo deberá ser de espuma de
polietileno y de las dimensiones indicadas
en los documentos de construcción. La
tirilla de respaldo deberá ser compatible
con el sellador de silicón a emplear y no se
deberá presentar adhesión alguna entre el
silicón y la tirilla de respaldo.
Tabla 4.2.8.
Especificaciones del Silicón
4.3
HERRAMIENTAS
A continuación se recomiendan las
herramientas que se utilizan en la
construcción de pavimentos de concretos.
Las claves de los productos son con base al
catálogo de productos.
a) FLOTAS DE MAGNESIO
La finalidad para la cual se usa el flotado
es de abrir poros en el concreto recién
colado y sacar el agua hacia la superficie
con el objeto de dar un mejor acabado
al pavimento de concreto. Se pueden
encontrar en dos formas con ángulos a 90°
ó con ángulos redondeados para evitar que
se clave en el concreto.
los pavimentos.
No
CC-289s
CC-289
CC-292
Tamaño
6´ ahusado
6´ con inserto
12´
c) LLANAS TIPOS FRESNO
Su cabezal giratorio de 360° le da una
flexibilidad de trabajar en cualquier ángulo.
Esquinas Redondeadas Esquinas Cuadradas
No
No
Tamaño
CC-850 CC-907
30” X 5”
CC-853 CC-910
48” X 5”
Esquinas Cuadradas Esquinas Redondeadas
No
Tamaño No
Tamaño
CC-801 42” X 8” CC-803
48” X 8”
CC-802 48” X 8”
d) CABEZAL EZY-TILT
PARA FLOTADORA
Y LLANAS CON EXTENSIÓN
b) FLOTAS DE MAGNESIO
TIPO CANAL
Elimina tener que levantar y bajar la
extensión para cambiar el ángulo de ataque
de la flotadora o llana sobre el concreto,
controlando dicho ángulo sólo con un giro
en el tubo de extensión. Acepta entrada de
1” – ¾” y 3/8”.
No C-290
La finalidad es la misma nada más que
da una mayor estabilidad que permite
dar un acabado de excelente calidad en
No
CC-105
CC-902
Tamaño
20” X 4”
20” X 4”
Calibre
14
12
f) CEPILLO DE
MICROTEXTURIZADO
LONGITUDINAL
El cepillo de microtexturizado longitudinal
es una herramienta de cerdas que da una
textura adecuada para lograr una superficie
friccionante a la losa de concreto.
8´
CC-412
CC-414
12´
14´
2” x 5”
No
Tamaño
CC-419
16´
CC-420
20´
CC-424
24´
j) EQUIPO PARA ASPERSIÓN
Estos se usan para aplicar compuestos de
curado y membranas. Con las siguientes
características:
• Bomba de latón sólido, 24” de extensión y
boquilla de ½ galón por minuto, manguera
de 1.21 mts de longitud.
• Cabeza de abertura de 4.5” para permitir
el rápido llenado y limpieza.
g) CEPILLO TEXTURIZADOR
DE ALAMBRE TRANSVERSAL k) TEXTURIZADOR DE YUTE
El cepillo texturizador de alambre es una
herramienta que da una textura rugosa a
la losa de concreto para proporcionar una
mayor tracción. Estos cepillos se fabrican con
dos diferentes espaciamientos, de ½” y ¾”.
No
CC-196
CC-198
CC-199
CC-200
Tamaño
36”
48”
60”
Alambres de repuesto
h) CEPILLO TEXTURIZADOR
DE CERDAS
Da la textura tipo cepillado al concreto
inmediatamente después del flotado
i) REGLAS DE MAGNESIO
Se usan para rellenar las juntas frías de inicio
y terminación del pavimento. Sección Transversal
1” x 4” 2” x 4”
No
Tamaño No
Tamaño
CC-506
6´
CC-410
10´
Esta herramienta se utiliza para dar el
texturizado longitudinal al concreto
inmediatamente después del flotado. Esta
herramienta se usa en pavimentos urbanos.
Para la construcción con las nuevas
tecnologías de los pavimentos de concreto
hidráulico se requieren una serie de equipos
especializados para lograr una calidad
adecuada en el proceso.
Estos equipos los podemos enlistar de la
siguiente manera:
- Plantas de Concreto de Mezclado Central
- Plantas de Dosificadoras de Concreto
- Estaciones Ambientales Portátiles
- Equipos de Transporte de Concreto
+ Camiones de Volteo
+ Camiones Tipo “Flow-Boy”
+ Camiones Revolvedores
- Pavimentadoras de Cimbra Deslizante
+ Carreteras
+ Urbanos
- Texturizadora – Curadora
- Equipos de Pavimentación de Cimbra Fija
- Cortadoras de Concreto Fresco
- Bomba de Silicón
- Perfilógrafo Computarizado
- Medidores de Fricción
119
La función de esta herramienta es distribuir
el concreto de manera más fácil y rápida
que utilizando una pala cuando se cuela la
losa de concreto.
CC-508
e) JALADORES DE CONCRETO
120
4.4
EQUIPOS
a) PLANTAS DE MEZCLADO
CENTRAL
que son los que hacen el mezclado de los
materiales convirtiéndolos en concreto.
Las plantas de Mezclado Central son plantas
que permiten la elaboración de concreto
con altos rendimientos y capacidades
de producción. Las especificaciones y
características generales de este tipo de
plantas son las siguientes:
Las especificaciones y características
generales de este tipo de plantas son las
siguientes:
- Producción promedio de 150 m3/hr. a
250 m3/hr.
- Capacidad de Almacenamiento en Silos
de 500 a 800 ton
- Móviles (opcional)
- Automatizadas y Computarizadas
- Potencia requerida 120 HP
- Con caseta de control con temperatura
controlada
- Con Sistema automático de Bachadas
Múltiples
- Con Tambores Mezcladores de 10 a 12
yds cúbicas
- Con capacidad de manejar 2 o 3 tipos de
agregados
- Con Sistema Colector de Polvos
- Tiempos de mezclado por bachada de 60
seg a 90 seg.
- Sistema de Básculas de Precisión
- Con sistema automático de corrección de
humedad
- Con sistema de generación de energía
propio
- Con cargadores frontales para alimentación
de agregados
- Depósito de almacenamiento de agua
- Depósitos para almacenamientos de aditivos
- Con báscula para pesado de materiales y
concreto (opcional)
A continuación se muestran algunos
ejemplos de Plantas de Mezclado Central y
de sus componentes principales.
b) PLANTAS DOSIFICADORAS
DE CONCRETO
Las plantas dosificadoras de concreto,
permiten tener un control adecuado de las
cantidades de materiales que se van a utilizar
para la mezcla, sin embargo estas plantas
no realizan el mezclado del concreto, sino
que se apoyan en camiones revolvedores
- Producción promedio de 30 m3/hr a 70
m3/hr.
- Capacidad de Almacenamiento en Silos
de 60 a 150 ton
- Computarizadas
- Con caseta de control
- Móviles (opcional)
- De fácil y rápida instalación y desmontaje
- Con capacidad de manejar 2 a 3 tipos de
agregados
- Tiempos de mezclado por bachada de 60
seg a 90 seg.
- Con capacidad de carga en 1 o 2 ciclos
- Con sistema de generación de energía
propio
- Con cargadores frontales para alimentación
de agregados
- Depósito de almacenamiento de agua
- Depósitos para almacenamientos de aditivos
c) ESTACIONES AMBIENTALES
PORTÁTIL
Las estaciones ambientales son necesarias
para controlar el buen comportamiento de
la mezcla de concreto a edades tempranas,
sobretodo en climas donde la humedad es
baja y los vientos y el calor alto.
Los aspectos relevantes de las estaciones
ambientales son:
- Que sea Portátil
- Que permita medir las condiciones climáticas
+ Temperatura
+ Humedad
+ Velocidad del Viento
+ Etc.
- Calcule y pueda monitorear la tasa de
evaporación del agua del concreto
- Mantenga control de los problemas por
contracción del concreto
- Conectividad a una computadora
- Software de cálculo apropiado
- Completamente Automatizada
- Con sistemas de alarmas durante el colado
1. Camiones de Volteo
- Chasis – Cabina 6 x 4 (opcional)
+ Distancia entre ejes 5.54 m
+ Ancho Total 2.46 m
+ Altura Total 3.02 m
+ Longitud 8.38 m
- Peso Vehicular Bruto 29.9 Ton
- Peso Vehicular 8.4 Ton
- Motor de 305 HP a 335 HP a 2,100 rpm
- Frenos dos posiciones
- Sistema de enfriamiento con agua
- Transmisión de 9 a 10 Velocidades
- Tanque de combustible 379 lts
- Sistema de encendido eléctrico
- Eje delantero sencillo
- Eje trasero tandem
- Capacidad 14 m3
2. Camiones Tipo “Flow-Boy”
- Dimensiones aproximadas
+ Distancia entre ejes 7.9 m
+ Ancho Total 2.43 m
+ Altura Total 3.12 m
+ Longitud 9.40 m
- Peso Vehicular 7.2 Ton
- Sistema de Aislamiento de la caja
- Tapa trasera especial para concreto
- Banda Transportadora de descarga horizontal
- Sección Transversal de la caja Trapezoidal
(60°)
- Adaptable a diferentes tipos de cabinas
- Diferentes configuraciones de ejes
- Posibilidad de levantar uno o varios ejes
(opcional)
- Capacidad 15 m3
+ Camiones Revolvedores
e) PAVIMENTADORAS DE
CIMBRA DESLIZANTE
Existen en el mercado diferentes tipos
de pavimentadoras de cimbra deslizante
1. Pavimentadoras de Carreteras
Pavimentadora de 4 Tracks
(Tipo SF-550 con DBI)
- Apoyada en 4 Orugas
- Motor de 400 HP a 2,100 rpm
- Transmisión hidráulica hacia adelante y
atrás
- Velocidad de pavimentación hasta 9.14
metros por minuto
- Velocidad de transportación hasta 18.3
metros por minuto
- Dirigida por sensores
- Ancho de pavimentación variable de 5.5
m hasta 15.2 m
- Espesor máximo de pavimento 61.0 cm
- Altura de pavimentadora 4.42 m
- Sistema Hidráulico
- Operación Manual ó Automática
- Con insertador de barras de amarre
(opcional)
- Con Sistema automático de inserción de
pasajuntas
- Con Grúa para el manejo de paquetes de
pasajuntas
- Con Gusano Frontal para movilización de
cargas de concreto
- Con vibradores de inmersión 10,000 rpm
- Ajustable a pendiente transversal en uno
o dos sentidos
- Con Flotadora Oscilante Final
- Peso aproximado 65.5 Ton
- Tanque de combustible de 700 lts
- Tanque de Aceite Hidráulico 250 lts
- Aceite de Motor 34 lts
- Anticongelante del motor 76 lts
- Dimensiones durante el transporte
+ Ancho 3.15 m
+ Largo 22.2 m
+ Altura 2.96 m
El Insertador de Barra Pasajuntas DBI por
sus siglas en Inglés (“Dowel Bar Inserter”) es
la parte de la pavimentadora que se encarga
de alimentar, depositar e insertar las barras
de las juntas transversal en el concreto y
está compuesto de un alimentador y un
insertador accionados por un controlador
electrónico con “PLC“. Para accionar el
DBI deberán encenderse los interruptores
de la caja principal del DBI, del alimentador
de barras y del insertador. Este equipo
se puede trabajar en dos modalidades:
automático y manual.
Funcionamiento automático:
El ciclo inicia al recibir la señal del “mark
joint” ( la cual puede estar programada con
el sensor de velocidad o puede ser detectada
por marcas a lo largo del tendido), en éste
momento son descargadas las barras sobre
el concreto.
Cuando la máquina se desplaza y el
insertador queda colocado sobre las
barras el “PLC “ envía la señal para que el
insertador baje, en ése momento la válvula
de alivio de desplazamiento longitudinal
es accionada para que el insertador se
detenga
En su recorrido descendente el insertador
acciona el interruptor de los vibradores
para facilitar la inserción.
El insertador baja la posición que
previamente fue ajustada en los
interruptores límite inferiores. En ése
momento es accionada la válvula hidráulica
que sube el insertador.
En su recorrido ascendente el insertador
acciona el interruptor que detiene los
vibradores.
El insertador se desplaza hasta la parte
superior accionando los interruptores límite
superiores y la válvula de desplazamiento
longitudinal que regresa el insertador a su
posición original.
Mientras que el insertador hace su trabajo,
el alimentador realiza un ciclo alimentando
un juego de barras para una junta.
Funcionamiento manual :
Todos los pasos anteriores se pueden
121
Dependiendo de el tipo de planta a utilizar
se podrán utilizar diferentes tipos de
transporte para el concreto, sin embargo
en el caso de las plantas dosificadoras
únicamente se podrán utilizar los camiones
revolvedores.
y diferentes proveedores, dentro de
estas especificaciones mostraremos las
pavimentadoras que se diferencian por
su tamaño y habilidades, así como las que
se utilizan normalmente en proyectos
carreteros y urbanos, sin que ello signifique
que no puedan utilizarse indistintamente.
d) EQUIPOS DE TRANSPORTE
DE CONCRETO
realizar de manera manual colocando los
interruptores de “MANUAL - AUTO
“ en posición manual y accionando los
interruptores para cada función.
El insertador DBI es el encargado de
insertar las varillas que sustituyen a las
canastas usadas en otros modelos de
pavimentadoras.
122
La secuencia de operación es como sigue :
- Se detecta “mark joint“ en la línea que
corre al centro del alimentador de varillas.
Se depositan el número de barras sobre
la superficie del concreto, en este caso 40
piezas.
- La máquina sigue avanzando hasta que el
insertador queda sobre las varillas.
- Se accionan los cilindros que bajan el
insertador y este desciende hasta que es
detectado por ambos sensores de posición
“baja“ del insertador. Al momento de
empezar a bajar el insertador se encienden
también los vibradores del insertador y se
liberan los cilindros de recuperación del
insertador.
- Se accionan los cilindros para subir el
insertador hasta que es detectado por
ambos sensores de posición de “alta“ . En
ése momento se apagan los vibradores y
se accionan los cilindros de recuperación
para regresar el insertador a su posición de
origen, contrarrestando el deslizamiento
que haya habido al insertar.
- Al tiempo que se descargan las varillas
(paso 1) se arranca el alimentador
nuevamente si es que éste está en
automático, para que cargue las siguientes
40 barras. Cada barra se detecta y cuenta
por medio del sensor de conteo.
Nota.- Los pasos anteriores se realizan en
cada “ mark joint “.
Ventajas que Presenta La Pavimentadora
Con DBI
- Se minimizan desperdicios de material,
como se tiene en el caso en el que se utiliza
las canastillas, que al momento que se
transportan o manejan se deforman o se
desoldan y en ocasiones se descuadran.
- Debido a su sistema de incado, se asegura
el movimiento longitudinal libre de la barra
durante su funcionamiento, a diferencia
de cuando esta soldada en un extremo
de la canasta que queda embebida en el
concreto e impide de cierta manera dichos
movimientos.
- Se tiene mejor distribución del concreto
al frente de la máquina, ya que el sistema
permite tener libertad de colocar el
concreto según las necesidades del proceso
ya que los camiones pueden circular
libremente al frente de la pavimentadora
dado que no hay canastillas colocadas que
se lo impidan, haciendo mas productivo el
proceso.
- Se elimina el impacto del concreto sobre
canastillas al momento de la descarga, que
en ocasiones doblan las canastillas, que se
tienen que cambiar en el mismo momento
perdiendo tiempo y rendimientos
importantes.
- En la Pavimentadora con DBI se pueden
bajar los vibradores de inmersión sin tener
la limitante de las canastillas obteniendo un
mejor vibrado en el concreto, además que
la Pavimentadora con DBI cuenta con una
barra de cilindros vibratorios que le dan al
concreto un segundo vibrado superficial
mejorando así la resistencia y acabado del
concreto.
(Tipo SF-450 ó SF-6004)
- Motor de 325 HP a 2,100 rpm
atrás
metros por minuto
metros por minuto
m hasta 12.0 m
(opcional)
cargas de concreto
o dos sentidos
- Aceite de Motor 34 lts
+ Ancho 3.05 m
+ Largo 15.4 m
+ Altura 3.2 m
(Tipo SF-350)
- Motor de 175 HP y 128 KW a 2,800 rpm
- Transmisión hidráulica hacia adelante y atrás
metros por minuto
metros por minuto
m hasta 9.0 m
- Altura de pavimentadora 3.53m
(opcional)
cargas de concreto
o dos sentidos
- Aceite de Motor 13.2 lts
+ Ancho 3.65 m
+ Largo 9.26 m
+ Altura 2.99 m
- Capacidad de apoyarse en 3 o 4 Orugas
- Posibilidad de cero libramiento para
colado contra guarniciones
- Colado monolítico de Guarnición y/o
Banqueta (opcional)
- Colado de Barrera Central (opcional)
- Con banda de alimentación de 61 cm de
ancho (opcional)
- Motor de 152 HP y 113 KW a 2,500 rpm
metros por minuto
m hasta 5.49 m
cargas de concreto
- Con vibradores de inmersión
+ Ancho 2.44 m
+ Largo 6.48 m
+ Altura 2.54 m
(Tipo Power Curber 5700-B)
- Se apoya en 3 Orugas
Banqueta (opcional)
- Colado de Barrera Central hasta 1.22 m
(opcional)
- Motor de 83 HP 63 kW a 2,500 rpm
atrás hasta 15 metros por minuto
- Ancho de pavimentación variable hasta 2.5 m
- Capacidad del tanque 114 lts
- Dimensiones
+ Ancho 2.5 m
+ Largo 5.4 m
+ Altura 2.60 m
f) TEXTURIZADORA – CURADORA
Equipo que provee el texturizado
longitudinal y transversal, así como la
aplicación de la membrana de curado.
(Tipo Power Curber 8700)
Texturizadora – Curadora (tipo TC250)
- Capacidad de apoyarse en 3 o 4 Orugas
- Posibilidad de cero libramiento para
colado contra guarniciones
Banqueta (opcional)
- Colado de Barrera Central hasta 1.83 m de
altura (opcional)
- Ancho de pavimentación variable hasta
3.0 m con 3 orugas y 5.0 m con 4 orugas
- Se apoya en 4 Ruedas Neumáticas
- Con marco para soporte de yute
- Con sistema de aspersión para el yute
- Con control de profundidad de texturizado
- Con marco para colocación del peine
metálico
- Para Anchos de pavimentación hasta de
15.2 m
- Sistema de aspersión para membrana de
curado
+ Ancho 2.44 m
+ Largo 8.85 m
+ Altura 2.49 m
Texturizadora (Mecánica)
- Se apoya en 4 Ruedas Neumáticas
- Sin motor
- Se opera manualmente mediante manivela
- Es impulsada por el operador
- Con marco para colocación del peine
metálico
- Para Anchos de pavimentación hasta de
12.0 m
- Sistema Mecánico Manual
- Dimensiones variables
g) EQUIPOS DE PAVIMENTACIÓN
DE CIMBRA FIJA
Rodillos Vibratorios (tipo Allen)
- Se apoya sobre cimbra metálica
- Motor 32 HP a 3,000 rpm
- Autopropulsados
- Cuenta con Marco de Rigidez
- Con Gato Hidráulico para acomodo del
rodillo
- Con 3 cilindros metálicos a 180 rpm
- Anchos desde 3 m hasta 11 m
- Con sistema de aspersión para limpieza de
tu frontal
- Diámetro rodillo: 8” (20.3 cm)
- Encendido electrónico
- Accesorios opcionales:
+ Puente trasero
+ Barandal
Rodillos Vibratorios (tipo JD)
- Se apoya sobre cimbra metálica
- Motor 10 HP
- Autopropulsados
- Con 3 cilindros metálicos
- Anchos desde 3 m hasta 11 m
- Sistema Mecánico Manual a base de Palancas
- Diámetro rodillo: 21 cm
123
(Tipo Challenger 2000)
- Peso aproximado 11.3 Ton a 18.1 Ton
+ Ancho 2.59 m
+ Largo 6.92 m
+ Altura 2.74 m
2. Pavimentadoras de Proyectos
Urbanos
124
h) CORTADORAS DE CONCRETO
FRESCO
- Autopropulsadas
- Motores de 20 HP, 35 HP y 65 HP a 2750
rpm
- Profundidad Máxima de corte 6.5 pulg
- Baleros y flecha sellados
- Control de disco: Electro - Hidráulico
- Enfriado de Disco: Con agua
- Encendido Eléctrico
- Motor enfriado por aire
- Peso: variable desde 280 kg a 660 kg
- Accesorios:
+ Kit de bomba de agua eléctrica
+ Kit de alumbrado
+ Varilla de referencia
+ Mofle silenciador vertical
+ Guarda - disco de protección de 18”
+ Llave Adicional Para Eje De Disco
- Velocidad de avance 220 pies por minuto
- Avance hacia adelante y en reversa
- Se alimenta con discos de diamante
- Separación máxima entre ruedas extremas
10.1 m
- Ruedas a 0.31m de la estructura
- Diámetro de la rueda móvil mínimo
6” (0.1524 m) colocada al centro de la
estructura
- Peso aproximado 204.5 kg
- Escala vertical 1”:1” y horizontal 1”:25pies.
- Puede ser desarmado y transportado en
un remolque o camioneta.
k) MEDIDORES DE FRICCIÓN
Existe una gran variedad de medidores
de fricción en la actualidad. La variación
en cuanto a los métodos de medición
y los tipos de aparatos es sumamente
grande. Existe un tipo de medidor de
fricción que puede obtener un espectro
de resultados que permite tener resultados
correspondientes a los obtenidos con dos ó
más equipos diferentes, este tipo de aparato
es el que vamos a describir más adelante.
i) BOMBA DE SILICÓN
Norsemeter
La bomba de silicón permite utilizar los
tambos de 208 lts de sellado y ahorrar en la
instalación del sello.
El equipo de Norsemeter especialmente
diseñado para la medición de fricción y el
análisis de las características de la superficie
del pavimento en caminos es la unidad
ROAR Mark II (Road Analyzer and
Recorded) y tiene sus principales usos las
siguientes áreas:
j) PERFILÓGRAFO
COMPUTARIZADO
Existen varios tipos de perfilografos en
el mercado, sin embargo en este caso
nos vamos a referir al Perfilógrafo tipo
California.
Este aparto permite medir el perfil
longitudinal del pavimento.
- Armadura de aluminio
- Longitud 7.62 m
- Ancho 0.40 m
- Altura 1.40 m
- Con computadora de uso rudo y estuche
- Con Impresora y estuche
- Utiliza Rollo de papel térmico
- Equipado con freno de estacionamiento
- Con Trailer de 6’ x 10’ x 5’-6” (opcional)
- Generador de 120 VAC
- Incluye Software para medición de perfil
- Sistema métrico o inglés
- Separación no uniforme de las ruedas
- Administración de pavimentos.
- Mediciones para la operación del
pavimento
- Aprobación de pavimentos nuevos.
- Investigación de pavimentos.
- Mediciones de servicio.
- Investigación de accidentes de tráfico.
- Aseguramiento de calidad en pavimentos.
- Pistas de prueba de vehículos.
- Análisis de pistas de carreras.
Algunas de las características generales que
describen al equipo son:
- Medición de Fricción, Textura y Drenaje.
- Mediciones en condiciones húmedas ó
secas, en cualquier época del año.
- Reporta el Indice Internacional de
Fricción (IFI) y la fricción máxima (peak
friction).
- Al medir la fricción con el método de
deslizamiento fijo, se obtiene:
+ Valor promedio de fricción para la
sección seleccionada.
+ Temperatura ambiente.
+ Hora y fecha de medición. El Software que la unidad ROAR tiene
como default trabajar con el nuevo modo
de derrapamiento variable, en el cuál el
ROAR trabaja ejerciendo una fuerza de
frenado al neumático, la cuál al principio
rueda ó gira libremente sobre la superficie,
se va frenando hasta llegar a la etapa en que
esta completamente frenada y ya no rueda,
solo se desliza sobre la superficie. Se mide la
fuerza de fricción al frenaje que la superficie
ejerce sobre el neumático. Cada prueba de
frenaje solamente tarda 0.5 segundos y es
desarrollada con una fuerza de frenaje muy
controlada.
La otra opción es el modo anteriormente
usado CFME (Continuos Friction
Measurament Equipment) en donde el
neumático estándar es deslizado a un
l) INSERTADOR DE PASAJUNTAS
Este es un equipo muy sencillo que permite
insertar las barras pasajuntas en los bordes
de losas del pavimento, es una especie de
taladro especial para colocar las pasajuntas
en los bordes del concreto ya endurecido.
125
- Al medir la fricción con el método de
deslizamiento variable, se obtiene:
+ μMax ó fricción máxima (Peak
Friction Number)
+ Velocidad de deslizamiento crítica
(Critical Slip Speed)
+ Indice Internacional de Fricción, IFI
(International friction number)
+ Factor de forma, de acuerdo al
Modelo de fricción Rado.
+ Temperatura ambiente
+ Hora y fecha de medición.
porcentaje constante de la velocidad. En
este modo de medición (derrapamiento
fijo) el ROAR ofrece fijar al operador el
valor de derrapamiento constante como un
porcentaje entre el 2 y el 100%.
- Mediciones a velocidades entre 20 y 130
km/h.
- Con software análisis para interpretar y
presentar las mediciones
- Genera el espectro completo de la fricción
- La unidad puede ser montada en la
parte trasera de un vehículo ó remolcada
en un trailer con su propio sistema de
humedecimiento.
- Ofrece distintos modos de operación,
ya que puede hacer mediciones bajo los
métodos de deslizamiento fijo (fixed slip),
deslizamiento variable (variable slip) ó
ambos.
C A P í T U LO C I N CO
PRODUCTOS Y SERVICIOS
DE CEMEX CONCRETOS
5.1 SERVICIOS
5 . 2 C A M I N O S R U R A L E S D E PAV I M E N TA C I Ó N P R O G R E S I V A
5 . 3 F U T U RO S D E LO S M É TO D O S D E D I S E Ñ O
C A P í T U LO C I N CO
Hasta hace algunos años
en México solo se construían pavimentos
con carpeta asfáltica que significaban
una vida útil corta y representaban altos
costos de mantenimiento.
En 1993, CEMEX
introduce en México los pavimentos
de concreto hidráulico, en su afán
de brindar una mayor durabilidad
a la red carretera nacional.
Se crea así la división de
Pavimentos de CEMEX Concretos,
cuyo fin es la implementación
y difusión de novedosas técnicas
de diseño, construcción y rehabilitación
de pavimentos rígidos. A la fecha
se cuenta en México con distintas
alternativas de pavimentación que
cubren las necesidades específicas
de la población, brindando seguridad,
comodidad y ahorros importantes en
costos de mantenimiento.
a) PAVIMENTOS DE CONCRETO
HIDRÁULICO
Anteriormente se pensaba que construir
un pavimento de concreto hidráulico
representaba largos tiempos de ejecución,
estructuras de carpetas robustas, grandes
cantidades de acero de refuerzo y superficies
de rodamiento que al cabo de algún tiempo,
se tornaban propensas al derrapamiento de
los vehículos. Atendiendo a lo anterior el
equipo de expertos designado a este fin,
diseña y asesora a los constructores de
acuerdo a las necesidades particulares de
cada proyecto, en los cuales se cuida cada
detalle con el fin de eficientizar los recursos
y garantizar la confortabilidad y seguridad
del usuario. VENTAJAS - Velocidad en su construcción
- Mayor vida útil con alto índice de servicio
- Mantenimiento mínimo
- No se deforma ni deteriora con el tiempo
- Requiere menor estructura de soporte
INVESTIGACIÓN
A través de la investigación continua se
analizan y desarrollan los diferentes tipos
de pavimentos para estar a la vanguardia en
cuanto a tecnología de diseño y construcción
y desarrollo de alternativas de solución para
proyectos específicos mediante pruebas
en laboratorio y en tramos de prueba
experimentales para estudiar y comprobar
cada una de las propuestas.
b) CEMEX PAVIMENTOS
CEMEX Concretos ofrece a sus clientes
a través de su división de Pavimentos los
siguientes servicios :
- Cursos de capacitación
- Diseño de estructuras de pavimentos
- Asesoría técnica y constructiva
- Proyectos ejecutivos
- Equipos de pavimentación urbana
CURSOS DE CAPACITACION
El equipo de Pavimentos ofrece cursos de
capacitación que incluyen los siguientes temas :
- Diseño, técnicas de construcción
- Utilización de equipos automatizados para
el tendido de carpetas - Alternativas de pavimentación con concreto
hidráulico
- Capacitación de personal de obra para
el manejo de herramientas y equipos de
pavimentación
DISEÑO
Con el fin de optimizar los espesores de
las estructuras, CEMEX Concretos utiliza
programas que permiten diseñar en forma
eficiente las estructuras de los pavimentos
de concreto hidráulico, logrando así
construir pavimentos que combinen
economía y durabilidad.
Se han desarrollado diferentes alternativas
de pavimentación, que se proponen
dependiendo de las necesidades de cada
proyecto :
- Pavimento Convencional
- Rehabilitación de Pavimentos Asfálticos
( Whitetopping)
- Pavimento Estampado
- Concreto Compactado con Rodillos ( C.C.R.)
- Suelo Cemento
C A P Í T U LO 5 . P RO D U C TO S Y S E RV I C I O S D E C E M E X CO N C R E TO S
5.1
SERVICIOS
129
PRODUCTOS Y SERVICIOS
DE CEMEX CONCRETOS
130
De acuerdo a la técnica de construcción se
elabora un diseño, obteniendo la estructura
óptima. Los diseños se obtienen utilizando
métodos internacionales utilizando las
más estrictas normas de calidad (Método
AASHTO, Métodos PCA, Elementos
Finitos).
Adicionalmente contamos con el Centro
de Tecnología del Cemento y del Concreto
en donde un distinguido equipo de
especialistas desarrollan e investigan
concretos especiales, para resolver los
problemas propios de cada uno de los
proyectos, desarrollando así “concretos a la
medida” .
El Centro de Tecnología del Cemento y del
Concreto es único en Latinoamérica.
CICLO DE VIDA
El pavimento de concreto hidráulico,
evaluado en contra de una estructura
equivalente de asfalto resulta ser la mejor
inversión dado su costo competitivo de
construcción, su mantenimiento mínimo
5.2
CAMINOS
RURALES DE
PAVIMENTACIÓN
PROGRESIVA
y sus bajos costos de operación durante su
vida útil.
SERVICIOS PROPORCIONADOS
AL CLIENTE
- Diseño de pavimentos y pisos para cada
proyecto específico con los modelos más
avanzados y de mayor aceptación.
- Asistencia técnica en el campo para el
aseguramiento de la calidad de la obra
terminada
- Alternativas para la rehabilitación y
reparación de pavimentos deteriorados.
CONCRETO PROFESIONAL
ESPECIFICADO A LA FLEXION
El pavimento y los pisos trabajan a flexión
por lo que se requiere de un Concreto
Profesional diseñado específicamente para
los esfuerzos a los que serán sometidos estos
elementos. Fabricado con los materiales
adecuados y con un estricto control de
producción, encontrando un concreto
óptimo para cada proyecto en particular :
- Normal
México es un país que cuenta con una
superficie territorial de aproximadamente
2 millones de Km2, tiene un gran potencial
para el desarrollo al contar con importantes
recursos naturales que necesariamente
se tienen que aprovechar para alcanzar
el grado de desarrollo que actualmente
se necesita para poder satisfacer las
necesidades que la población requiere.
Hoy en día, se cuenta con una extensa red
de caminos que resulta insuficiente para
realizar el transporte de las materias primas
- De apertura rápida al tránsito
MAQUINARIA Y EQUIPOS
CEMEX Concretos, cuenta con equipos
de pavimentación disponible para sus
clientes, cuya utilización varía desde un
simple camino vecinal hasta una autopista
de altas especificaciones.
Algunos de nuestros equipos disponibles son :
- Pavimentadoras de Cimbra deslizante
- Texturizadoras Curadoras
- Reglas Vibratorias
- Rodillos Vibratorios
- Cortadoras
- Cortadoras en Fresco
- Herramientas de Acabado
ASESORIA
El equipo de Pavimentos brinda asesoría
continua antes, durante y después de los
proyectos de pavimentación para lograr
obras duraderas que cumplan con las
especificaciones técnicas y económicas
requeridas.
y de los productos que de ellas se elaboran,
lo que constituye un freno para la actividad
económica del país.
La infraestructura vial actual, resulta
insuficiente por dos causas principales:
• Cantidad de los caminos.
• Estado físico de los caminos existentes.
Ambos problemas se encuentran ligados
estrechamente dado que mientras más
cantidad de caminos se requieran, mayor
será la cantidad de recursos necesarios para
Figura 5.2.1.
Situación de la Red Carretera en México
Los caminos secundarios y rurales,
generalmente
reciben
constantes
mantenimientos que se traducen en gastos
que no benefician a la región, dichos
gastos, a través de una correcta planeación,
se pueden convertir en inversiones que
redituarían en el corto plazo al mantener
el camino en buenas condiciones de
servicio y en el mediano y largo plazo al
dejar una estructura preparada recibir
mayor volumen y peso de tránsito al
colocar sobre de lo que ya se construyó
una superficie de rodamiento con un
material que garantizaría una vida útil
mayor y finalmente a menor costo que las
alternativas que comúnmente se utilizan
con lo que se solucionarían los problemas
de servicio del camino y la inversión
adecuada de los recursos realizada en el
momento en el que la región lo demande.
La alternativa clara para este tipo de
caminos, es la de realizar la construcción
En nuestro país durante los últimos años
se ha incrementado la utilización del
cemento y el concreto en la construcción
de pavimentos especialmente en carreteras
federales y zonas urbanas, sin embargo
siguen existiendo más de 229,000
Km de caminos sin pavimentar que se
deterioran notablemente después de la
temporada de lluvias y que son sujetos de
ser reconstruidos o rehabilitados mediante
pavimentos progresivos.
El método de pavimentación progresiva
rompe con el paradigma del alto costo de
construcción inicial para lograr durabilidad
en los caminos rurales y permite
aprovechar las inversiones futuras para
continuar con las etapas constructivas del
pavimento en vez de erogar esos recursos
en el mantenimiento propio de la vía. Por
lo que viene a resolver la situación actual de
los caminos rurales y secundarios.
Figura 5.2.2.
Círculo vicioso de mantenimiento de un pavimento.
131
Lo anterior, obliga a tomar decisiones que
no necesariamente son las más adecuadas
dado que se invierten grandes cantidades
de recursos en un mantenimiento que no
soluciona los problemas fundamentales de
los caminos en operación y son recursos
que deberían estar siendo utilizados para
la creación de infraestructura nueva de
acuerdo con las demandas que hoy en día
se tienen en el país.
de los pavimentos a medida que su
importancia lo amerite disponiendo de los
recursos a medida que se vayan necesitando
sin tener que realizar grandes inversiones
en una estructura que posiblemente se
encuentre sobrada para los requerimientos
del momento, pudiendo disponer de
los recursos adicionales para invertirlos
en obras nuevas o de mayor prioridad,
teniendo a fin de cuentas ahorros en los
flujos de efectivo del momento y en los flujos
futuros al reducir de manera considerable
los gastos de mantenimiento, conservando
en todo momento los caminos en buenas
condiciones de servicio y construyendo
nueva infraestructura vial de calidad a
través de una buena planeación. Éste es el
concepto de los pavimentos progresivos.
invertir en la creación de infraestructura vial
nueva, pero se tiene el problema de que los
caminos que ya se encuentran en operación
demandan una importante cantidad de
recursos para mantenerlos en condiciones
de servicio.
La recomendación de un camino rural de pavimentación progresiva aplica cuando:
- Hay un alto potencial de crecimiento en volumen y peso del tránsito.
- Esta ligado a un esquema de financiamiento a futuro.
- Se requiere diferir la inversión inicial.
- Se quiere evitar el círculo vicioso de gastos de mantenimiento.
Dentro del concepto de pavimentos progresivos, se tienen una gran cantidad de alternativas
para satisfacer las necesidades de un proyecto en particular.
132
A continuación se presenta una gráfica comparativa de los costos relativos de inversión
inicial, para diferentes alternativas, donde se puede apreciar que una reducción considerable
en los costos de pavimentos progresivos tanto a corto como a largo plazo.
Figura 5.2.3.
Comparativa de costos típicos relativos de diferentes alternativas.
También, mediante un análisis de proyecto a Valor Presente Neto (VPN) se puede reflejar
que el costo relativo total del proyecto se reduce considerablemente durante el período
de diseño. Este análisis incluye los costos de mantenimientos en los que se pueda incurrir
para cada tipo de pavimentación. (El período de análisis es de 20 años con una tasa de 5%).
En este análisis se puede apreciar que el concreto en sus diferentes alternativas, sigue siendo
y por mucho, una mejor opción económicamente hablando, ya que existe una diferencia
que representa, en la opción más económica, el 65% del costo de la de asfalto.
Figura 5.2.4.
Costos a Valor Presente Neto.
Alternativa 1:
Pavimento de Concreto
Hidráulico (año 5)
Sello (año 0)
Suelo - Cemento (año 0)
133
Figura 5.2.5.
Alternativa 1.
A continuación se ilustra el procedimiento
para la construcción del suelo-cemento.
Figura 5.2.6.
Proceso constructivo del suelo-cemento.
Alternativa 2:
Para la alternativa 2 al igual que la
alternativa 1 se coloca en el primer año
(año 0) en este caso una base tratada con
cemento recubierta de un riego de sello,
posteriormente entre el año 4 y 5 se coloca
un pavimento de concreto.
Se ilustra a continuación el procedimiento
de construcción de una base tratada con
cemento.
Finalmente, en cualquiera de las alternativas
antes mencionadas se coloca una superficie
de rodamiento de pavimento de concreto
hidráulico, en el año que corresponda, para
terminar la construcción del pavimento
progresivo, aprovechando siempre la
estructura construida previamente para
de ésta manera concluir el proceso de
mejoramiento de la infraestructura que
quedará en excelentes condiciones de
operación para prestar un buen servicio
durante largo tiempo con mínimos
costos de mantenimiento durante su
vida útil, resolviendo así el conflicto de
la especificación técnica con los montos
de recursos disponibles para su inversión,
que con seguridad, será la mejor. Se
ilustra a continuación, la construcción del
pavimento de concreto hidráulico como
etapa final de un pavimento progresivo.
Pavimento de Concreto
Hidráulico (año 5)
Sello (año 0)
Base Tratada con Cemento
(año 0)
Figura 5.2.7.
Alternativa 2.
Figura 5.2.8.
Procedimiento constructivo de una base tratada con cemento.
Figura 5.2.9.
Procedimiento constructivo de un pavimento de concreto hidráulico.
La alternativa Uno es la aplicación en el
primer año (año 0) de una base de suelocemento cuyo espesor depende del diseño
del mismo (usualmente entre 15 cm y
20 cm) recubierta de un riego de sello.
Posteriormente, aproximadamente entre
el año 4 y 5 se le coloca un pavimento de
concreto hidráulico diseñado con el espesor
adecuado para soportar el tráfico vehicular
futuro (generalmente entre 10 cm y 15
cm) quedando así, un camino con mayor
capacidad de carga y de tránsito vehicular.
5.3
FUTUROS
DE LOS METODOS
DE DISEÑO
Actualmente se esta desarrollando una revisión a los métodos de diseño del AASHTO, se espera
que La Guía de diseño de AASHTO salga en el año 2002 con los nuevos métodos y criterios para
el Diseño Estructural de los Pavimentos.
Los encargados de realizar estas investigaciones con los resultados de más de 300 tramos de
pavimentos de concreto son:
- Investigador Principal: Sr. John P. Hallin
- Pavimentos de Concreto: Dr. Michael I. Darter
134
El Objetivo es desarrollar y entregar la guía AASHTO 2002 para el diseño de pavimentos nuevos
y así como para la rehabilitación de pavimentos, basado en métodos mecanicistas – empíricos, y
desarrollando un programa computacional (software) que apoye en el diseño.
Los Alcances de estos trabajos son:
- El diseño de pavimentos nuevos
- La evaluación y la rehabilitación de los pavimentos existentes
- Los costos del ciclo de vida, tránsito y confiabilidad
- La calibración de los modelos
Los Beneficios de Seleccionar un método de diseño mecanicista son:
- Que puede tomar en cuenta todos tipos de carga, gradientes térmicos, y variaciones en la subrasante
con temporada
- Que puede incorporar parámetros específicos (losa con sobreancho, base tratada, transferencia de
carga, dimensiones de la losa)
- Cambios en la resistencia del concreto con edad
- El efecto de sistemas de drenaje
En general se pueden disenar pavimentos de concreto para todos niveles de tránsito, vida útil y de
costo reducido.
Algunas de las consideraciones tomadas en el desarrollo del método son:
Figura 5.3.1.
La influencia del espesor de la losa
135
Figura 5.3.3.
El comportamiento de las Juntas
Figura 5.3.2.
La influencia del tamaño de las losas
PAV I M E N T O S D E C O N C R E T O C E M E X
BIBLIOGRAFÍA
3. PIARC.
“Memorias del Octavo Simposium
Internacional de Pavimentos de Concreto”.
Permanent International Association of Roads
Congress, Portugal, Lisboa 1998.
4. PURDUE.
”Proceedings of Sixth International Purdue
Conference on Concrete Pavement - Design
and Materials for High Performance” Purdue
University Indianapolis, USA 1997.
5. Yang. H. Huang.
“Pavement Analysis and Design” Prentice Hall
Inc., New Jersey 1993.
6. TAC.
“Pavement Design and Management Guide”
Transportation Association of Canada. Ontario
1997.
7. IMCYC – FICEM.
“Primer Foro Interamericano de Pavimentos
de Concreto Hidráulico” Instituto Mexicano
del Cemento y el Concreto – Federación
Interamericana del Cemento. México 1998
8. Salazar, Aurelio.
“Guía para el diseño y construcción de
pavimentos rígidos” IMCYC México 1998.
10. ASTM.
“Road and Paving Materials” American Society
for Testing and Materials. Volume 04.03 USA
1997.
11. ACPA.
“Pathways of the future” American Concrete
Pavement Association. Concrete Paving
Restoration, Resurfacing and Reconstruction.
1994.
12. Darter, Michael.
“Avances en la Guía de Diseño AASHTO del
2002” ERES Consultant Inc. México 1999.
13. PIARC.
“Memorias del Vigésimo-primer Congreso
Internacional de Carreteras”. Permanent
International Association of Roads Congress,
Kuala-Lumpur, Malaysia 1999.
14. AASHTO.
“Suplement to the guide for design of
pavement structures” American Association
of State Highway and Transportation Officials,
1998.
15. Crespo, Carlos.
“Mecánica de suelos y cimentaciones” Editorial
Limusa, México 1991.
16. Cal y Mayor, Rafael.
“Ingeniería de Tránsito, Fundamentos y
Aplicaciones” Alfaomega Grupo Editor,
México 1998.
Para mayor información sobre el uso de nuestros productos, favor
de llamar al Centro de Servicio Cemex Concretos, Tel. 01 800 266 27 386.
137
2. PCA.
“Thickness design for Concrete Highways
and street Pavements”. Portland Cement
Association 1984.
9. ACPA.
“Pavement Analysis Software” American
Concrete Pavement Association” Illinois 1993.
BIBLIOGRAFÍA
1. AASHTO. “AASHTO
Guide for Design of Pavement Structures
1993” American Association of State Highway
and Transportation Officials, 1993.
Pavimentos de Concreto CEMEX
Impulsando el Desarrollo de México
www.cemexmexico.com
Copyright © 2010
Impreso por: Talleres Gráficos Imprenta Print S.A. de C.V.
Diseño Editorial: Amarillo AM
Impreso en México
Primera edición: 2010
1,000 ejemplares
Todos los derechos reservados. Esta obra es distribuida sin fines de lucro, por lo tanto se
encuentra prohibida su venta. Los textos e imagenes son propiedad de CEMEX México.
No está permitida la reproducción de parte alguna de esta obra, ni su almacenamiento
o transmisión por ningún medio, ya sea mecánico o electrónico, incluída su fotocopia,
grabación o almacenamiento de información sin el permiso expreso y por escrito de
CEMEX México.

Manual de Pavimentos de concreto

Transcripción

Documentos relacionados

T E S I S

folleto ceramico 2015