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• Hector Adrián Figueroa

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UANCV – CAP INGENIERIA CIVIL - VI - A CONSTRUCCIÓN DE OBRAS VIALES

2017

CONTENIDO

I.

II.

III.

GENERALIDADES 1.1 INTRODUCCIÓN ............................................................................................ 3 1.2 OBJETIVOS ...................................................................................................... 4 MARCO TEÓRICO 2.1 DEFINICIÓN DE PAVIMENTO RÍGIDO.................................................. 2.2 REQUERIMIENTOS MÍNIMOS.................................................................. 2.3 DISEÑO CONSTRUCTIVO........................................................................... 2.4 DISEÑO ESTRUCTURAL ............................................................................. FACTORES DE DISEÑO ............................................................................. 2.5 TIPOS DE PAVIMENTO DE CONCRETO ............................................ 2.6 VENTAJAS DEL PAVIMENTO RÍGIDO ................................................. 2.7 DETERIOROS FRECUENTES................................................................... 2.8 DOSIFICACIÓN DE CONCRETO .............................................................

6 7 7 9 10 11 12 14 17

ANEXOS ........................................................................................................

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I

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GENERALIDADES

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1.1 INTRODUCCIÓN

El pavimento, es una estructura formada por una o más capas de material pétreo tratado, cuya función es la de proporcionar al usuario un tránsito cómodo, seguro y rápido, al costo más bajo posible. Los tipos de Pavimento existentes son: Flexibles, rígidos y otros (Empedrados, adoquín, estampado, etc.). En Perú, la mayor parte de los pavimentos son flexibles estando estos constituidos en su forma más sencilla por la sub-rasante, una capa sub-base, una capa base y una carpeta asfáltica de rodamiento, pero también existen pavimentos rígidos, los cuales están constituidos en su forma más sencilla; por una sub-rasante, una capa subbase, una capa base y una capa de concreto; este tipo de pavimento actualmente es poco utilizado en nuestro país debido a su alto costo y a su tedioso proceso constructivo, pero el mismo debe ser empleado en carreteras en donde el tránsito vehicular sea elevado, en especial los vehículos pesados, ya que este tipo de pavimento tiende a ser más duradero en el tiempo que los pavimentos flexibles, y requieren de menos mantenimiento. En tanto que los Pavimentos Rígidos: Son aquellos formados por una losa de concreto Pórtland sobre una base, o directamente sobre la sub-rasante. Transmite directamente los esfuerzos al suelo en una forma minimizada, es autoresistente, y la cantidad de concreto debe ser controlada. Pavimento, es una estructura formada por una o más capas de material pétreo tratado, cuya función es la de proporcionar al usuario un tránsito cómodo, seguro y rápido, al costo más bajo posible. Son aquellos formados por una losa de concreto Pórtland sobre una base, o directamente sobre la sub-rasante. Transmite directamente los esfuerzos al suelo en una forma minimizada, es auto-resistente, y la cantidad de concreto debe ser controlada.

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1.2 OBJETIVOS



Afianzar el nivel de conocimiento del curso de Construcción de Obras Viales.

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Conocer, saber e identificar las etapas de construcción de un pavimento rígido.



Complementar los conocimientos aprendidos en clases, con los conocimientos que se aprenden en el campo a medida que se desarrolla en curso.



Con el desarrollo del presente informe buscamos poder motivarnos en la investigación.

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Saber que la importancia de la práctica en cada uno de sus aspectos tiene el fin de lograr un mejor conocimiento de los pavimentos rígidos.

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MARCO TEÓRICO

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2.1 DEFINICIÓN El pavimento rígido se compone de losas de concreto hidráulico que en algunas ocasiones presenta un armado de acero, tiene un costo inicial más elevado que el flexible, su periodo de vida varía entre 20 y 40 años; el mantenimiento que requiere es mínimo y solo se efectúa (comúnmente) en las juntas de las losas. El comportamiento del concreto ante el ataque del agua es mejor que el que presentan las mezclas asfálticas, por lo cual es una buena opción utilizarlo en zonas donde estará en contacto continuo con el agua, como por ejemplo en zonas bajas o de frecuente inundación. También su uso es conveniente en cruces vehiculares, en donde se tiene un TDPA (tránsito diario promedio anual) elevado y el tiempo de concentración de las cargas de los vehículos pesados es prolongado. También su periodo de mantenimiento es más espaciado, por lo que se evitan los problemas generados como el congestionamiento de tránsito, costos de operación y contaminación. Las capas que conforman el pavimento rígido son la subrasante, subbase, y losa o superficie de rodadura, como se muestra en la siguiente figura:

1.- Losa de Hormigón (MR=4.5MPa).

2.- Sub-base de suelo seleccionado.

3.- Subrasante.

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2.2 REQUERIMENTOS MÍNIMOS PARA LA CONSTRUCCIÓN DE PAVIMENTOS RÍGIDOS       

Requisitos de los Materiales. Dosificación. Equipos Necesarios. Procedimiento Constructivo. Juntas de Concreto. Sellos de Juntas. Prevención y Corrección de Defectos.

2.3 PROCESO CONSTRUCTIVO Antes de construir la losa de concreto que va a representar el pavimento rígido, se debe acondicionar la base de apoyo mediante el siguiente procedimiento:   

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Se escarificará la base del terraplén hasta 20 centímetros. Se coloca el material apilonado a lo largo de la carretera. Con una motoniveladora se tumba el material apilonado, formando un camellón a lo largo de la carretera. Mezclar material e incorporar la humedad óptima y compactar, aplicando la siguiente ecuación: Humedad Optima = Humedad del agregado + Humedad higroscópica del material.





Colocación de capas sueltas que al compactarla quedan con un espesor de 20-30 centímetros. La compactación se hace por capas, por ello se debe escarificar la capa inmediata inferior 5.00 centímetros, para lograr un buen adosamiento entre la capa inferior y superior evitando así planos de falla. En la última capa debemos darle a la sección transversal una pendiente de 2%, esto con el fin de garantizar que el espesor de la capa del pavimento sea igual en toda la sección transversal de la carretera. Esto se hace con una motoniveladora, la cual hace el perfilado y el acabado o conformación final se realiza con el compactado de rodillo liso; la tolerancia admisible será de ± 3 centímetros con respecto a la cota del proyecto.

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Para el acondicionamiento de la superficie de apoyo, y lograr que la misma sea eficiente, se utilizan los siguientes equipos:     

Motoniveladoras y equipos complementarios. Compactadora vibradora o aplanadora de ruedas neumáticas autopropulsada. Camiones volteo. Camiones tanque. Herramientas generales de trabajo.

Luego sobre la base compactada, la que deberá estar limpia, se recomienda aplicar una membrana asfáltica del tipo MC30 o similar, con el objetivo de crear un puente de adherencia entre la base y el concreto fresco. Además, sirve para minimizar problemas de alabeo de losas y evitar la pérdida de agua de amasado. Deberán verificarse los requisitos topográficos, ya sea de la base, como así mismo del trazado, pendientes y peraltes, una vez colocado se deja entre 24 horas y 48 horas al aire libre, para la evaporación de los volátiles. Posteriormente se hace el vaciado del concreto, y el mismo se hace por paños, los cuales están previamente encofrados; la composición del concreto dependerá de cómo se vaya a efectuar el encofrado.

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El concreto debe cumplir con dos propiedades fundamentales como lo son el módulo de Resistencia a la ruptura y módulo de elasticidad. RESISTENCIA A LA RUPTURA: 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 trabajando a flexión, que se le conoce como resistencia a la flexión por tensión (S´c) ó Modulo de Ruptura (MR) normalmente especificada a los 28 días. Los valores recomendados para el módulo de ruptura varían desde 41 Kg/cm2 (583 psi) hasta los 50 Kg/cm2 (711 psi) a los 28 días dependiendo del uso que vayan a tener. A continuación, se presenta el módulo de ruptura recomendado según el tipo de pavimento:

2.4 DISEÑO ESTRUCTURAL DEL PAVIMENTO RÍGIDO La loza de un pavimento de hormigón es un elemento estructural que puede y debe ser diseñado para soportar cargas de transito previsto. Para que el pavimento de hormigón rinda un servicio satisfactorio y económico durante los años de veda asignada requiere:    

Valor soporte de la subrasante razonablemente uniforme. Eliminación de bombeo cuando la calidad del suelo de la subrasante lo exija mediante la construcción de una sub-base. Distribución adecuada de las juntas. Resistencia estructural adecuada para las solicitaciones a que estará expuesto.

Para facilitar el cálculo y verificar el espesor adoptado puede emplearse a los valores siguientes:

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DIMENSIONAMIENTO Módulo de rotura del Hormigón = 45 (Kg/cm2) Módulo de reacción de la subrasante = 2,8 (Kg/cm3) Factor de Seguridad F.S. = 1,2 Modulo de reacción combinado = 3,6 (Kg/cm3) FACTORES DE DISEÑO Después de la selección previa del tipo de pavimento de concreto, el tipo de base necesaria y el tipo de berma (de concreto o no), el espesor de diseño se determina en función de cuatro factores:    

Resistencia a flexo-tracción del concreto (módulo de rotura MR) mediante el ensayo de carga en los tercios medios de la luz. Capacidad de soporte conjunta de la subrasante y de la base (módulo de reacción k). Periodo de diseño, usualmente 20 años, si bien puede ser mayor o menor. Tráfico: Pesos, frecuencia y tipos de ejes que el pavimento va a soportar.

En lo que se refiere al segundo de ellos, es decir, el módulo de reacción conjunto del apoyo de las losas, se dan unas tablas para la obtención del mismo cuando sobre la subrasante se disponga una subbase granular o bien tratada con cemento. Se proporcionan también unos criterios para el diseño de pavimentos sobre bases de concreto pobre. En este método se desarrollan dos procedimientos de cálculo distintos según haya datos o no del número y tipo de ejes pesados. En el caso de que se conozcan los mismos, las cargas por eje se multiplican por un "factor de seguridad de carga" (L.S.F.) que toma los siguientes valores:  L-S-F- = 1,2 Para pavimentos de varios carriles, con tránsito ininterrumpido y elevada intensidad de tránsito pesado.  L-S-F- = 1,1 Para carreteras y calles arteriales con una moderada intensidad de tránsito pesado.  L-S-F- = 1,0 Para carreteras, calles residenciales u otro tipo de calles con poco tránsito pesado.  En casos especiales puede justificarse el uso de un L-S-F- > 1,2, sobre todo cuando se quiere una seguridad más alta de lo normal, a fin de reducir las posibles interrupciones de tránsito los gastos de conservación.

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2.5 TIPOS DE PAVIMENTO DE CONCRETO A) Pavimentos de concreto simple, sin gravilla pasajuntas. B) Pavimentos de concreto simple, con gravillas pasajuntas. C) Pavimentos de concreto reforzado (refuerzo continuo) D) Pavimentos de concreto preesforzado. E) Pavimentos de concreto reforzado con fibras cortas de acero. El caso más común y corriente, es el “A”, de pavimentos de concreto simple sin varillas pasajuntas. Estos son los pavimentos que aquí se presentarán y se les llamará simplemente, pavimentos de concreto. El talón de Aquiles de los pavimentos de concreto, son las juntas que tienen que diseñar y construir para controlar los cambios de volumen, inevitables, que se producen en ellos por cambios temperatura. Los pavimentos de refuerzo continuo y los presforzados, se diseñan y construyen sin juntas transversales de contracción y expansión excepto al llegar a un cruce o a una estructura fija. Sólo se construyen juntas de construcción. Estos pavimentos son muy y de tecnología muy avanzada. Los pavimentos de concreto son muy adecuados para calles de ciudades o plantas industriales. El diseño estructural de pavimentos de concreto es eminente racional, a diferencia de los de tipo flexible, que es empírico. En los de concreto, se aplica la teoría de elasticidad. Técnicamente, los pavimentos de concreto deben diseñarse y controlarse para una resistencia a la flexión del concreto usado. Se han obtenido en nuestro país algunas correlaciones entre las resistencias a la compresión y la resistencia a la flexión.

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2.6 VENTAJAS COMPARATIVAS ENTRE PAVIMENTOS RIGIDOS Y PAVIMENTOS DE ASFALTO (FLEXIBLES)

En el pavimento rígido hay un mayor rango y una mejor distribución de esfuerzos hacia la base.

El pavimento flexible o asfaltico presenta desfragmentaciones externas debido a la circulación vehicular por lo que requiere un mayor número de mantenimiento a comparación del pavimento rígido.

El pavimento rígido genera un mayor grado de reflexión de luz, generando una mejor luminiscencia de tal manera que puede generar ahorro energético (hasta un 50%) en iluminación

El costo inicial del pavimento rígido es mas elevado, comparado con el de asfalto, pero a la larga su mantenimiento es menor cantidad y en menor costo.

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Entre otras ventajas tenemos:  Costo de Operación de la Carretera: Los pavimentos de concreto al tener una superficie plana alargan la vida de los vehículos evitando que se dañen y minimizando su mantenimiento. El costo de consumo de combustible se reduce hasta en un 20% para camiones tipo trailer.  Costo Social de Mantenimiento: En el recapado de los pavimentos asfalto, se ejecutan desvíos y habilitan rutas alternativas, aspectos que perjudican a vecinos y usuarios. En las construcciones con concreto se minimizan estos aspectos.  Facilidad de Construcción: Se ha llegado a abaratar los costos a la construcción de pavimentos de concreto, con plantas de hormigón premezclado de alto rendimiento y maquinaria altamente especializada. En calles se usan encofrados fijos, y en carreteras maquinaria con encofrados deslizantes.  Durabilidad: Las superficies de concreto duran más. Estadísticamente se ha demostrado que las carreteras de concreto han soportado hasta tres veces su capacidad de carga de diseño y en pavimentos de aeropuertos, el doble. El concreto gana resistencia con el tiempo, el asfalto no.  Resistencia: El concreto resiste sin sufrir deterioros los derrames de gasolina y diesel, así mismo, los efectos de la intemperie. Los pavimentos de concreto resisten mejor las cargas transmitidas por los vehículos pesados. Por otra parte, al paso del tiempo, el concreto gana resistencia y el asfalto, al perder algunas emulsiones de petróleo, cambia su color de negro a gris y se vuelve frágil.  Resistencia a altas temperaturas: El concreto hidráulico no es afectado por el calor, no se vuelve pegajoso, ni se volatilizan algunos de sus ingredientes (no es contaminante). En zonas calurosas, (especialmente en áreas urbanas) se mantiene fresco, reduciendo la temperatura del entorno.  Indeformabilidad: En las zonas de frenado y arranque de vehículos pesados, el concreto no se deforma.  Drenaje: Al no deformarse ni encharcarse las superficies de concreto proporcionan un buen drenaje superficial para el agua de lluvia.  Seguridad: El fenómeno del acuaplaneo de vehículos (deslizamiento en superficies mojadas), tiene menores posibilidades de que se produzca en superficies de concreto.  Estética y seguridad peatonal: Para dirigir el tráfico peatonal y vehicular por rutas más seguras, el estampado en el concreto permite marcas duraderas.  Economía en capa base: No se requieren trabajos de excavación y construcción de capas base y sub-base para construir las losas de concreto, generalmente para apoyar la superficie de concreto se puede utilizar la superficie existente debidamente conformada o una capa base con material drenante. El pavimento flexible debe construirse en capas y cada capa (carpeta, base y sub-base), a su vez

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debe construirse también en capas debido a restricciones de espesores para lograr las compactaciones especificadas. Limpieza: La superficie de concreto es muy plana y fácil de limpiar. Contaminación: La mezcla asfáltica siempre contamina al ser colocada, no importando si se trata de mezclas en caliente o en frío e independientemente de una carpeta o de un bacheo rutinario. El concreto no contamina durante su colocación. Facilidad de reparaciones: En el concreto, bajo cualquier condición climática, se pueden emplear una gran cantidad de aditivos que permiten efectuar todo tipo de trabajo o reparaciones con gran rapidez y eficiencia. El asfalto, no se puede reparar abajo de ciertas temperaturas mínimas. Textura: La superficie del pavimento de concreto se puede hacer tan segura (antiderrapante) como se quiera, gracias a las diversas técnicas disponibles para darle textura, ya sea durante la construcción o una vez que el pavimento ha estado en servicio y requiera de una mayor resistencia al deslizamiento. Señalización: Todo tipo de marcas, pinturas y señalamientos duran más cuando se colocan sobre hormigón. Tecnología: Existen equipos de pavimentación con concreto muy diversos, de manera que se puede llegar a emplear muy poca mano de obra, aspecto que acelera los tiempos de obra. El pavimento de concreto puede construirse en una sola pasada, ya que no es una estructura multicapa.

2.7 DETERIOROS FRECUENTES  Escalonamiento: Debido a la erosión de la base por flujo de agua en la proximidad de las juntas o grietas. También puede ocasionarlo un asentamiento diferencial en la capa subrasante.  Agrietamiento de esquina: Se origina por la erosión de la base, lo que ocasiona una falta de apoyo de la losa, así como por sobrecargas en las esquinas o una deficiente transmisión de carga entre juntas.  Agrietamiento transversal y longitudinal: En el sentido transversal es debido a una longitud excesiva en la losa y en la longitudinal un a excesivo; además de que carezca de una junta longitudinal. También es debido en ambos casos a un diseño deficiente (menor espesor del requerido). Otro aspecto a considerar es la recuperación de la rugosidad: Obtener la rugosidad inicial de la losa de concreto después de un periodo de puesta en servicio se torna más difícil y costoso, por lo que implica el rayado de las losas con discos de diamante.

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2.8 PAVIMENTOS DE HORMIGÓN REFORZADO CON FIBRA RECRON (DOSIFICACIÓN DEL CONCRETO)

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ANEXOS BIBLIOGRAFIA  

Fredy Reyes L.: Pavimentos: Materiales, construcción y diseño Carlos Kraemer, Ingeniería de Carreteras (Vol. II)

BIBLIOGRAFIA ELECTRÓNICA 

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CONSTRUCCIÓN DE PAVIMENTOS CON EQUIPOS DE ENCOFRADO DESLIZANTES, se encuentra en: http://www.aci-peru.org/eventos/IX_Conv_Nov/05_Edgardo_Becker__Construccion_Pavimentos_Equipos_Encofrado_Deslizante.pdf RECRON FIBRE REINFORCED CONCRETE PAVEMENTS, se encuentra en: https://www.ijedr.org/papers/IJEDR1604112.pdf PAVIMENTOS RÍGIDOS: http://oswaldodavidpavimentosrigidos.blogspot.pe/ DISEÑO DE PAVIMENTOS RÍGIDOS: https://es.slideshare.net/henryj20/diseo-pavimento-rigido

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