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• Camilo Pereira

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ESFUERZOS EN PAVIMENTOS RIGIDOS INTRODUCCIÓN Los esfuerzos generados en los pavimentos de concreto tienen diferentes orígenes.  Algunos se deben a las características mismas del concreto y se presentan como consecuencia de las reacciones del cemento con el agua y se conocen como esfuerzos de retracción por secado, otros esfuerzos que se presentan en las losas se deben a las cargas a que se ven sometidas durante la vida útil, otro tipo de esfuerzos son los que se presentan por los cambios térmicos y de humedad en las losas. Pavimentos rígidos Son aquellos que fundamentalmente están constituidos por una losa de concreto hidráulico, apoyada sobre la subrasante o sobre una capa, bien sea de material seleccionado, la cual se denomina subbase del pavimento rígido (ver Figura 1.2).

Debido a la alta rigidez del concreto hidráulico así como de su elevado coeficiente de elasticidad, la distribución de los esfuerzos se produce en una zona muy amplia. Además como el concreto es capaz de resistir, en cierto grado, esfuerzos a la tensión, el comportamiento de un pavimento rígido es suficientemente satisfactorio aun cuando existan zonas débiles en la subrasante. La capacidad estructural de un pavimento rígido depende de la resistencia de las losas. ESFUERZOS PRODUCIDOS EN PAVIMENTOS RIGIDOS Ahora bien, los esfuerzos que se presentan en los pavimentos rígidos están asociados a:  Cambios de temperatura  Alabeo por gradiente térmico  Contracción durante el fraguado  Expansión y contracción por cambios uniformes de temperatura Alabeo por gradiente térmico: El alabeo hace referencia a la curvatura que toma la losa. Al cambiar la temperatura ambiente durante el día, también lo hace la temperatura del pavimento, generándose así un ciclo térmico que produce un gradiente térmico (variación de temperatura por unidad de

distancia.) en la losa. Dicho gradiente produce un alabeo en la losa, que como ya se mencionó el alabeo hace referencia a la curvatura que toma la losa. ¿Entonces, que pasa?

Gradiente positivo:

Durante el día cuando la temperatura en la parte superior de la losa es más alta que en la inferior, la superficie superior tiende a expandirse con respecto al eje neutro mientras que la inferior tiende a contraerse. Sin embargo, el peso de la losa restringe tanto la expansión como la contracción; entonces, se inducen esfuerzos de compresión y de tracción como se puede observar en la figura. 

Gradiente negativo: Análogamente, en la noche la temperatura en la parte superior de la losa es más baja que la de la inferior, y así se inducen esfuerzos de tensión en la parte inferior y de compresión en la superior.

Bueno importante mencionar que dependiendo de la hora del día estos esfuerzos se pueden sumar o restar de los efectos producidos por las cargas del transito.

Westergaard (1926) desarrolló las ecuaciones para determinar los esfuerzos por alabeo en los pavimentos de concreto basado en la teoría de placa. 

Con base en el análisis de Westergaard, Bradbury, en el año 1938, desarrolló un ábaco para determinar los valores C, C1 y C2.  Ese ábaco se muestra en la Figura 

Radiode rigidez relativa: Mide la rigidez de la losa de concreto respecto al suelo de soporte, es decir, con respecto a la subrasante.

Donde K es el modulo de reacción del soporte. La filosofía que gobierna el diseño es que las juntas y el acero se emplean para aliviar o cuidar los esfuerzos por alabeo, y el espesor se determina con base en las cargas del tránsito ESFUERZOS POR CONTRACCIÓN DURANTE EL FRAGAUDO

En el concreto recién colocado (periodo comprendido entre las dos y 16 horas), antes de su endurecimiento, se pueden generar grietas por retracción plástica y por asentamiento plástico, puesto que la resistencia a la tracción, pero también a la deformabilidad son muy bajas.

La fricción entre la losa y la fundación, debido a la caída de temperatura durante el fraguado de concreto, produce esfuerzos en el concreto y en la armadura que Contenga. El esfuerzo en el concreto debido a la fricción está dado por:

Donde Fa coeficiente de fricción entre la losa y la subrasante (generalmente 1.5)

El diseño de la armadura de refuerzo de un pavimento rígido se basa en la consideración de los esfuerzos de fricción. EXPANSIÓN Y CONTRACCIÓN DE LAS LOSAS Bueno no necesariamente se habla de esfuerzos en este ítem, pero importante tenerlo en cuenta