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TECNOLÓGICO NACIONAL DE MÉXICO Instituto Tecnológico Superior De Apatzingán Unidad IV.- Pavimentos Rígidos

“Investigación"

Alumno Gómez García Salomón Sánchez López José Luis Carrera Ingeniería Civil

Profesor Ing. Edgar Jesús López Rosales

MATERIA Diseño y Construcción de Pavimentos Apatzingán, Michoacán; 25 de Mayo del 2018

Contenido Introducción .......................................................................................................................... 4 4.1.- Modulo de Ruptura del Concreto. .................................................................................. 5 Ventajas .............................................................................................................................. 6 Historia ............................................................................................................................... 6 4.2.- Método de Diseño del PCA............................................................................................ 8 Aplicaciones del Método PCA ......................................................................................... 10 Bases para el diseño. ......................................................................................................... 12 4.3.- Método de la AASHTO. .............................................................................................. 15 Criterios de diseño. ........................................................................................................... 15 Variables de tiempo. ......................................................................................................... 16 Tránsito. ............................................................................................................................ 16 Confiabilidad. ................................................................................................................... 17 Criterios de comportamiento ............................................................................................ 17 Serviciabilidad. ............................................................................................................. 17 Propiedades de los materiales. ...................................................................................... 20 Módulo de reacción de la subrasante. ........................................................................... 20 Módulo de rotura del concreto...................................................................................... 20 Módulo de elasticidad del concreto. ................................................................................. 21 Drenaje.......................................................................................................................... 21 Transferencia de carga. ................................................................................................. 22 4.4.- Diseño y Construcción de Juntas. ................................................................................ 23 CONSIDERACIONES PARA EL DISEÑO DE JUNTAS. ............................................ 23 EFICIENCIA DE LA JUNTA. ......................................................................................... 26 TIPOS DE JUNTAS ......................................................................................................... 27 4.5.- Procedimientos de Construcción y Control de Calidad de los Pavimentos Rígidos. ... 28 Ensayos de geotecnia ........................................................................................................ 28 Granulometría. .............................................................................................................. 28 Desgaste de los ángeles. ............................................................................................... 28 Cuarteo de muestras...................................................................................................... 28 Relación Humedad -densidad ........................................................................................... 30

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PROCTOR modificado ................................................................................................ 30 CONO DE ARENA ...................................................................................................... 30 Ensaye CBR .................................................................................................................. 30 Tecnología del concreto................................................................................................ 30 Cono de Abrams. .......................................................................................................... 30 Probetas de concreto fresco. ......................................................................................... 31 Control del concreto ......................................................................................................... 31 ENDURECIDO ............................................................................................................ 31 Extracción de testigos ....................................................................................................... 31 DIAMANTINAS .......................................................................................................... 31 4.6.- Software para el Diseño de Pavimentos Rígidos. ........................................................ 32 4.7.- Conservación de los Pavimentos Rígidos. ................................................................... 34 Diseño y Conservación de Pavimentos Rígidos Factores que intervienen en el diseño. (1) Kip=1000kgf =10kN. ....................................................................................................... 37 PESO AUTORIZADO (TONELADAS) EN VEHÍCULOS POR TIPO DE EJE ........... 38 Conclusión ............................................................................................................................ 40 Mesografia ............................................................................................................................ 41

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Introducción Se llama pavimento al conjunto de capas de material seleccionado que reciben en forma directa las cargas del tránsito y las transmiten a los estratos inferiores en forma disipada, proporcionando una superficie de rodamiento, la cual debe funcionar eficientemente. Puesto que los esfuerzos en un pavimento decrecen con la profundidad, se deberán colocar los materiales de, mayor capacidad de carga en las capas superiores, siendo de menor calidad los que se colocan en las terracerías además de que son los materiales es que más comúnmente se encuentran en la naturaleza, y por consecuencia resultan los más económicos. Entre los pavimentos existentes se encuentra el rígidos que están formados por una losa de concreto hidráulico y la sub base que sirve de apoyo y se construye sobre la

capa

subrasante.

Antes la losa se construía sobre las terracerías sin importar la calidad que tuvieran; esto dio lugar a que un gran número de pavimentos fallaran al parecer grietas transversales o longitudinales cerca de las orillas. Al investigar el fenómeno, se encontró que la causa había sido lo que se ha llamado ``fenómeno de bombeo´´, el cual consiste en el ascenso de materiales finos y húmedos hacia la superficie de rodamiento a través de la juntas, en virtud de la deformación y recuperación de las losas en las orillas, al paso de los vehículos.

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4.1.- Modulo de Ruptura del Concreto. El Concreto Profesional Resistente a la Flexión o Módulo de Ruptura es el concreto ideal para las condiciones de carga más comunes en la estructura de concreto soportadas sobre terreno. CEMEX Concretos pone a tu disposición una gama diversa de concretos de Resistencia a la flexión, que cumplirá con las necesidades estructurales y de comportamiento en estado fresco y endurecido.

Usos



Patios de maniobra



Lotes de autos



Pavimentos para vivienda



Estacionamientos



Pisos industriales



Calles



Plataformas



Terminales de tránsito aéreo y terrestre



Puertos



Carreteras



Pistas y plataformas de aeropuertos

Datos Técnicos:

Concreto Fresco:

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

Asentamiento 1 O cm {4") y 12 cm (5")



Masa Unitaria de 2,300 a 2,450 kg/m3

Concreto Endurecido:



38 kg/cm2 {540 psi) y 45 kg/cm2 {640 psi) a 28 días



Tamaño máximo de agregado 1"



Características antiderrapantes y reflejantes

Ventajas 

Tiene una vida útil mayor que un concreto diseñado a la compresión, ya que está diseñado para resistir los esfuerzos de compresión y tensión que resultan de la flexión de las losas



Más resistente a los esfuerzos causados por la combadura (alabeo) de las losas por efectos de los cambios de temperatura



Mayor resistencia al desgaste por el paso de los vehículos ya que, sometiendo la losa a cargas dinámicas, los esfuerzos de flexión internos en una losa de concreto se encuentran más cercanos a su resistencia última a la flexión (), que los esfuerzos internos de compresión contra su resistencia última a la compresión (f'c)



Este concreto cuenta con características sustentables

Historia La historia de los pavimentos de concreto o pavimentos rígidos puede dividirse en dos épocas: la antigua, donde se pueden encontrar los primeros desarrollos de la Diseño y Construcción de Pavimentos

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humanidad en la construcción de vías, en las que se utilizaron materiales a base de piedra caliza. En el año 500 a.C. los Romanos desarrollaron pavimentos con los cuales lograron consolidar su imperio y algunos de ellos existen hoy en día, conservándose bastante bien después de 23 siglos de existencia. La época moderna de los pavimentos de concreto tuvo sus inicios a finales del Siglo XIX con la construcción de la primera estructura moderna de este tipo en la ciudad de Inverness, Escocia, en 1865. En ese momento el pavimento de concreto no contaba con la tecnología que se tiene hoy en día, pero indudablemente fue el inicio de una cadena de avances, desarrollos y aplicaciones, que casi alcanzan 150 años. A partir de ese momento fueron sucediendo avances significativos en la tecnología de diseño y construcción, así como gran diversidad de aplicaciones en todo el mundo. En América Latina, el primer pavimento de concreto se construyó en la ciudad de Bellefontaine, Ohio, en 1891. Con más de 120 años de construida, hoy aún presta servicio. En Colombia, el primer pavimento de concreto data de 1928 en el Parque de Barrio, en la ciudad de Medellín.

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4.2.- Método de Diseño del PCA. En 1920 se produjeron las primeras ecuaciones para el diseño de pavimentos y en 1926 el profesor Westergaard publicó las ecuaciones de esfuerzo y deformación. En 1933 la Portland Cement Association (PCA) publicó el procedimiento para el diseño de espesores de concreto correlacionado con el tráfico, e introdujo los primeros conceptos de fatiga así como las primeras ecuaciones empíricas. Posteriormente, en 1966 y 1984, la PCA actualizó su método de diseño, siendo esta última la versión que rige en la actualidad. Este método de diseño está basado en las teorías de Westergaard, Pickett y Ray, y se complementa con base en elementos finitos con los que se estudió el comportamiento de una losa de concreto de espesor variable y dimensiones establecidas, a la cual se le aplicaron cargas en el centro, bordes y esquinas, considerando diferentes condiciones de apoyo y soporte. Se deben controlar especialmente la fatiga (para prevenir el agrietamiento debido a las cargas) y la erosión (para limitar la deflexión en los bordes de la losa). La vida útil del pavimento termina cuando se da la ruptura del concreto por las repeticiones de carga. El propósito de este método es obtener el espesor mínimo de la losa, para soportar las cargas que se le impondrán en determinado período de tiempo. Si el espesor es mayor de lo necesario, el pavimento prestará un buen servicio con bajos costos de mantenimiento, pero el costo inicial será alto. En caso de que el espesor no sea el adecuado, los costos prematuros y elevados de mantenimiento e interrupciones en el tráfico sobrepasarán los bajos costos iniciales. Una correcta ingeniería requiere

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que los diseños de espesores balanceen apropiadamente el costo inicial y los costos de mantenimiento. Mientras que el método PCA 84 se centra en el tópico del diseño de espesores, otros aspectos de diseño son igualmente importantes para asegurar el buen funcionamiento y la duración del pavimento de concreto: 

Provisión para un soporte razonablemente uniforme.



Prevención del bombeo de material de base en caso de que el tráfico esperado sea suficientemente alto como para causarlo.



Diseño de juntas que garantice una adecuada transferencia de cargas y facilite el uso de sellos si son requeridos para hacerlas efectivas y prevenga daños de las mismas debido a filtraciones.



Uso de mezclas que proporcionen un concreto de buena calidad con la resistencia y durabilidad necesarias, según las condiciones de exposición.



Los criterios de diseño de espesores de este método están basados en la experiencia del comportamiento general de pavimentos. Si se dispone de experiencia del comportamiento específico regional o local en condiciones más favorables o adversas, los criterios de diseño pueden ser apropiadamente modificados. Estas condiciones particulares pueden ser de clima, suelos, drenaje e innovaciones futuras en los diseños.

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Aplicaciones del Método PCA 

Los procedimientos de diseño ofrecidos por el Método PCA se aplican a los pavimentos de concreto simple, simple con pasa-juntas, con refuerzo discontinuo y con refuerzo continuo.



Los pavimentos de concreto simple se construyen sin acero de refuerzo y sin dovelas de transferencia de carga en las juntas. La transferencia de carga es obtenida por una trabazón de agregados entre las caras agrietadas debajo de las juntas aserradas o formadas. Para que esta transferencia sea efectiva, es necesario que se use un espaciamiento corto entre juntas.



Los pavimentos de concreto simple con pasa-juntas se construyen sin acero de refuerzo; sin embargo, se instalan barras de acero lisas (pasa-juntas) como elementos de transferencia de cargas en cada junta de contracción. En este caso se emplean espaciamientos relativamente cortos entre juntas para controlar el agrietamiento.



Los pavimentos reforzados contienen además del acero de refuerzo, barras pasa-juntas para la transferencia de cargas en las juntas de contracción. Estos pavimentos son construidos con espaciamientos de juntas mayores que los utilizados en pavimentos reforzados. Usualmente se desarrollan una o más fisuras transversales entre las juntas de contracción, las cuales se mantienen cerradas por el acero de refuerzo, consiguiéndose proveer una buena transferencia de cargas.

Los espaciamientos de juntas comúnmente utilizados y que trabajan bien, son de 4,6 m para pavimentos de concreto simple, no más de 6 m para pavimentos con

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pasa-juntas, y no más de 12 m para pavimentos reforzados. Espaciamientos mayores han sido utilizados, pero han sido causa de daños en las juntas y de la formación de fisuras intermedias entre ellas. Los pavimentos con refuerzo continuo se construyen sin juntas de contracción. Debido al refuerzo del acero continuo relativamente denso en la dirección longitudinal, ellos desarrollan fisuras transversales a intervalos cercanos. Se desarrolla un alto grado de transferencia de cargas en las caras de esas fisuras, que se mantienen firmemente unidas por el acero de refuerzo. Los procedimientos de diseño que se dan en este método, cubren las condiciones que no han sido directamente tratadas por otros procedimientos. Estos incluyen el reconocimiento de:

1. El grado de transferencia de carga en las juntas proporcionado por los diferentes tipos de pavimentos descritos. 2. El efecto de utilizar una berma de concreto adyacente al pavimento. Las bermas reducen los efectos de flexión y las deflexiones causadas por las cargas. 3. El efecto de usar una subbase de concreto pobre, la cual reduce esfuerzos y deflexiones del pavimento, dotando de un soporte considerable cuando los camiones pasan sobre las juntas y de resistencia a la erosión de la subbase causadas por las deflexiones repetidas del pavimento. 4. Dos criterios de diseño:

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4.1.- Fatiga: Para mantener los esfuerzos del pavimento debidos a la acción de cargas repetidas, dentro de límites seguros previniendo así el agrietamiento por fatiga. 4.2.- Erosión: Para limitar los efectos de las deflexiones del pavimento en el borde de las losas, juntas y esquinas, controlando así la erosión de la cimentación y de los materiales de las bermas. El criterio por erosión es necesario ya que algunas formas de daños del pavimento tales como bombeo, fallas y daños de las bermas no son debidas a la fatiga.

1. Los ejes triples pueden ser considerados en el diseño. Mientras que las configuraciones convencionales para ejes simples y tándem son aún las cargas predominantes en las carreteras, el uso de ejes triples (tridem) va en aumento. Ellos se observan en algunas carreteras especiales. Los ejes tridem pueden ser más dañinos por el criterio de erosión que por el de fatiga.

La selección de un espesor adecuado está condicionado a la elección de otras características de diseño como el sistema de juntas, tipo de subbase si es necesaria, y tipo de berma.

Bases para el diseño. Los métodos para el diseño de espesores del Método PCA se basan en el conocimiento de la teoría de pavimentos, en su comportamiento y en experiencias de investigación de:

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1. Como se mencionó al inicio del artículo, en estudios técnicos de comportamiento de las losas de pavimento realizados por Westergaard, Picket y Ray, y recientes análisis de cómputo desarrollados por elementos finitos, uno de los cuales es usado como la base para este método. 2. Pruebas y modelos a escala natural tales como los ensayos de Arlington y varios proyectos de investigación conducidos por la PCA y otras agencias sobre subbases, juntas y bermas de concreto. 3. Pavimentos experimentales sujetos a pruebas de tráfico controlado y estudios de pavimentos de carreteras en servicio realizados por departamentos estatales de transporte de Estados Unidos. 4. El comportamiento de pavimentos construidos normalmente, sujetos a tráfico mixto normal. 5. Todas estas fuentes de conocimiento con útiles. Sin embargo, el conocimiento obtenido del comportamiento de pavimentos construidos normalmente es la más importante. De acuerdo a ello, es esencial examinar la relación de los roles que el comportamiento y la teoría juegan en el procedimiento de diseño. Métodos teóricos sofisticados desarrollados en años recientes permiten que la respuesta pavimento – esfuerzos, deflexiones, presiones, sean modelados con más precisión. Estos análisis teóricos son parte necesaria de un proceso de diseño mecanicista, porque ellos permiten la consideración de un rango completo de combinaciones de las variables de diseño. 6. Un segundo aspecto importante es el criterio aplicado a los valores teóricos, valores limitantes permisibles de esfuerzos, deflexiones o presiones. Definiendo así el criterio de que los resultados de diseño son reflejo de la experiencia del

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comportamiento del pavimento y que los datos de investigaciones son fundamentales en el desarrollo de un procedimiento de diseño. 7. Las partes teóricas de los procedimientos de diseño proporcionados por este método se basan en un análisis comprensivo de los esfuerzos y deflexiones del concreto mediante un programa de cómputo de elementos finitos. El programa modela los factores convencionales de diseño, propiedades del concreto, soporte y cargas, más la transferencia de carga en las juntas mediante barras pasa-juntas o trabazón de agregados y berma de concreto, para ubicaciones de carga axiales en el interior, borde, junta y esquina de la losa.

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4.3.- Método de la AASHTO. El método de diseño AASHTO, originalmente conocido como AASHO, fue desarrollado en Estados Unidos en la década de 1960, basándose en un ensayo a escala real realizado durante dos años en el estado de Illinois, con el fin de desarrollar tablas, gráficos y fórmulas que representen las relaciones deterioro – solicitación de las distintas secciones ensayadas. A partir de la última actualización, en 1993, el método AASHTO comenzó a introducir conceptos mecanicistas para adecuar algunos parámetros a condiciones diferentes a las que imperaron en el lugar del ensayo original. Es importante resaltar que los modelos matemáticos utilizados en el método AASHTO, requieren una calibración de acuerdo a las condiciones particulares de cada proyecto, para determinar el espesor de la losa de concreto en milímetros.

Criterios de diseño. El método AASHTO introduce el concepto de serviciabilidad en el diseño de pavimentos como una medida de su capacidad para brindar una superficie lisa y suave al usuario. Su ecuación de diseño se basa en la pérdida del índice de serviciabilidad (APSI) durante la vida de servicio del pavimento. Se sabe que un pavimento rígido no sufre un deterioro solo por la aplicación de cargas vehiculares, sino que también se deben tener en cuenta otras variables como la temperatura, pluviosidad, drenaje superficial y subsuperficial y la calidad de los materiales, entre otros.

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Variables de tiempo. Se consideran dos variables: período de análisis y vida útil del pavimento. La vida útil se refiere al tiempo transcurrido entre la puesta en operación del camino y el momento en el que el pavimento requiera rehabilitarse, es decir, cuando éste alcanza un grado de serviciabilidad mínimo. El período de análisis se refiere al período de tiempo para el cual va a ser conducido el análisis, es decir, el tiempo que puede ser cubierto por cualquier estrategia de diseño. Para el caso en el que no se consideren rehabilitaciones, el período de análisis es igual al período de vida útil; pero si se considera una planificación por etapas, es decir, una estructura de pavimento seguida por una o más operaciones de rehabilitación, el período de análisis comprende varios períodos de vida útil, el del pavimento y el de los distintos refuerzos.

Tránsito. En el método AASHTO los pavimentos se proyectan para que éstos resistan determinado número de cargas durante su vida útil. El tránsito está compuesto por vehículos de diferente peso y número de ejes que producen diferentes tensiones y deformaciones en el pavimento, lo cual origina distintas fallas en éste. Para tener en cuenta esta diferencia, el tránsito se transforma a un número de cargas por eje simple equivalente de 18 kips (80 kN) o ESAL (Equivalent Single Axle Load), de tal manera que el efecto dañino de cualquier eje pueda ser representado por un número de cargas por eje simple. La información de tráfico requerida por la ecuación de diseño utilizado en este método son: cargas por eje, configuración de ejes y número de aplicaciones.

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Confiabilidad. La confiabilidad es la probabilidad de que el pavimento se comporte satisfactoriamente durante su vida útil o período de diseño, resistiendo las condiciones de tráfico y medio ambiente dentro de dicho período. Cabe resaltar, que cuando hablamos del comportamiento del pavimento nos referimos a la capacidad estructural y funcional de éste, es decir, a la capacidad de soportar las cargas impuestas por el tránsito, y asimismo de brindar seguridad y confort al usuario durante el período para el cual fue diseñado. Por lo tanto, la confiabilidad está asociada a la aparición de fallas en el pavimento.

Criterios de comportamiento

Serviciabilidad. La serviciabilidad se usa como una medida del comportamiento del pavimento, la misma que se relaciona con la seguridad y comodidad que puede brindar al usuario (comportamiento funcional), cuando éste circula por la vialidad. También se relaciona con las características físicas que puede presentar el pavimento como grietas, fallas, peladuras, etc. que podrían afectar la capacidad de soporte de la estructura (comportamiento estructural). El concepto de serviciabilidad está basado en cinco aspectos fundamentales resumidos como sigue:

1. Las carreteras están hechas para el confort y conveniencia del público usuario.

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2. El confort, o calidad de la transitabilidad, es materia de una respuesta subjetiva de la opinión del usuario. 3. La serviciabilidad puede ser expresada por medio de la calificación hecha por los usuarios de la carretera y se denomina la calificación de la serviciabilidad. 4. Existen características físicas de un pavimento que pueden ser medidas objetivamente y que pueden relacionarse a las evaluaciones subjetivas. Este procedimiento produce un índice de serviciabilidad objetivo. 5. El comportamiento puede representarse por la historia de la serviciabilidad del pavimento.

Cuando el conductor circula por primera vez o en repetidas ocasiones sobre una vialidad, experimenta la sensación de seguridad o inseguridad dependiendo de lo que ve y del grado de dificultad para controlar el vehículo. El principal factor asociado a la seguridad y comodidad del usuario es la calidad de rodamiento que depende de la regularidad o rugosidad superficial del pavimento. La valoración de este parámetro define el concepto de Índice de Serviciabilidad Presente (PSI, por sus siglas en ingles).

El PSI califica a la superficie del pavimento de acuerdo a una escala de valores de 0 a 5. Claro está, que si el usuario observa agrietamientos o deterioros sobre la superficie del camino aún sin apreciar deformaciones, la clasificación decrece. El diseño estructural basado en la serviciabilidad, considera necesario determinar el

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índice de serviciabilidad inicial (P0) y el índice de serviciabilidad final (Pt), para la vida útil o de diseño del pavimento. a) Índice de serviciabilidad inicial (P0). El índice de serviciabilidad inicial (P0) se establece como la condición original del pavimento inmediatamente después de su construcción o rehabilitación. AASHTO estableció para pavimentos rígidos un valor inicial deseable de 4.5, si es que no se tiene información disponible para el diseño. b) Índice de serviciabilidad final (Pt) El índice de serviciabilidad final (Pt), ocurre cuando la superficie del pavimento ya no cumple con las expectativas de comodidad y seguridad exigidas por el usuario. La pérdida de serviciabilidad se define como la diferencia entre el índice de servicio inicial y terminal.

ΔPSI = P0 – Pt

Los factores que influyen mayormente en la pérdida de serviciabilidad de un pavimento son: tráfico, medio ambiente y edad del pavimento Los efectos que causan éstos factores en el comportamiento del pavimento han sido considerados en este método. El factor edad (tiempo) no está claramente definido. Sin embargo, en la mayoría de los casos es un factor negativo neto que contribuye a la reducción

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de la serviciabilidad. El efecto del medio ambiente considera situaciones donde se encuentran arcillas expansivas o levantamientos por helada. Así, el cambio total en el PSI en cualquier momento puede ser obtenido.

Propiedades de los materiales. Debemos tener en cuenta diversas características como el módulo de reacción de la

subrasante

(K),

el módulo

de

rotura del concreto,

el módulo

de

elasticidad del concreto.

Módulo de reacción de la subrasante. La resistencia de la subrasante es considerada dentro del método por medio del módulo de reacción del suelo, que se puede obtener directamente mediante la prueba de placa. El módulo de reacción de suelo corresponde a la capacidad portante que tiene el terreno natural en donde se soportará el cuerpo del pavimento. Es posible que se obtengan diversos valores de K a lo largo del tramo a diseñar, por lo que el método AASHTO recomienda utilizar valores promedio para el diseño estructural.

Módulo de rotura del concreto. Debido a que los pavimentos 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 o módulo de rotura. Normalmente se especifica a los 28 días.

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Módulo de elasticidad del concreto. El módulo de elasticidad del concreto está íntimamente relacionado con el módulo rotura 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 rotura. Características estructurales

Drenaje. Los efectos del drenaje sobre el comportamiento del pavimento han sido considerados en el método AASHTO 93 por medio de un coeficiente de drenaje (Cd). El drenaje es tratado considerando el efecto del agua sobre las propiedades de las capas del pavimento y sus consecuencias sobre la capacidad estructural de éste; y además el efecto que tiene sobre el coeficiente de transferencia de carga en pavimentos rígidos. Para elegir el coeficiente de drenaje se debe calcular el tiempo de drenaje de la subbase, seleccionar una calidad de drenaje en función del tiempo de drenaje calculado y estimar el tiempo en que la estructura del pavimento está expuesta a niveles de humedad próximos a la saturación.

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Transferencia de carga. La capacidad de una estructura de pavimento de concreto para transferir (distribuir) cargas a través de juntas o grietas es tomado en cuenta en el método AASHTO 93 por medio del coeficiente de transferencia de carga J. Los dispositivos de transferencia de carga, trabazón de agregados y la presencia de bermas de concreto tienen efecto sobre éste valor.

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4.4.- Diseño y Construcción de Juntas. El diseño de juntas en los pavimentos de concreto es el responsable del control del agrietamiento, así como de mantener la capacidad estructural del pavimento y su calidad de servicio en los más altos niveles al menor costo anual. Además las juntas tienen funciones más específicas, como lo son: El

control

del agrietamiento transversal y

longitudinal provocado por las

restricciones de contracción combinándose con los efectos de pandeo o 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) Absorber los esfuerzos provocados por los movimientos de las losas. Proveer una adecuada transferencia de carga. Darle

forma

al

depósito

para

el

sellado

de

la

junta.

Una

construcción adecuada y a tiempo, así como un diseño apropiado de las juntas incluyendo un efectivo sellado, son elementos claves para el buen comportamiento del sistema de juntas.

CONSIDERACIONES PARA EL DISEÑO DE JUNTAS.

Como ya se mencionó en los párrafos anteriores la necesidad del sistema de juntas es el resultado del deseo de controlar el agrietamiento transversal y longitudinal. Este agrietamiento se presenta por la combinación de varios efectos, entre los que podemos mencionar la contracción por secado del concreto, los cambios de

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humedad y de temperatura, la aplicación de las cargas del tráfico, las restricciones de la subrasante o 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 o pasa-juntas, 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

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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 o terreno de apoyo: Los valores de soporte y las características friccionantes en la interface del pavimento con el terreno de apoyo para diferentes tipos de suelos afectan los movimientos y el soporte de las losas. Características del sellador: El espaciamiento de las juntas influye en la selección del tipo de sellador. Otras consideraciones, tales como adecuados factores de forma y costos ciclos de vida también afecta la selección del sellador. Apoyo lateral: El tipo de acotamiento (de concreto y amarrado, de asfalto, de material granular) afecta el soporte de la orilla del pavimento y la habilidad de las juntas centrales para realizar la transferencia de carga. Experiencia pasada: Los datos locales del comportamiento de los pavimentos son una excelente fuente para establecer un diseño de juntas, sin embargo las mejoras a los diseños del pasado con la tecnología actual puede mejorar significativamente su comportamiento.

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EFICIENCIA DE LA JUNTA. La transferencia de carga es la habilidad de la junta de transferir una parte de la carga aplicada de uno al otro lado de la junta (figura 4) y se mide por lo que llamamos como “eficiencia de la junta”. Una junta es 100 % efectiva si logra transferir la mitad de la carga aplicada al otro lado de la junta, mientras que un 0% de efectividad significa que ninguna parte de la carga es transferida a través de la junta.

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 juntas, por medio de la siguiente ecuación podemos conocer el % de eficiencia de la junta (E):2

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TIPOS DE JUNTAS Los tipos de juntas más comunes en los pavimentos de concreto son: 1. Juntas Transversales de Contracción: Son las juntas que son construidastransv ersalmente 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. 2. Juntas Transversales de Construcción: Son las juntas colocadas al final deun día de pavimentación o por cualquier otra interrupción a los trabajos (por ejemplo los accesos o aproches a un puente). 3.

Junta Transversal de Expansión/Aislamiento: Estas juntas son colocadasen

donde se permita el movimiento del pavimento sin dañar estructuras adyacentes (puentes, estructuras de drenaje, etc.) o el mismo pavimento. 4. Junta Longitudinal de Contracción: Son las juntas que dividen loscarriles

e

tránsito y controlan el agrietamiento donde van a ser colados en una sola franja dos o más carriles. 5. Junta Longitudinal de Construcción: Estas juntas unen carrilesadyacentes cuando van a ser pavimentados en tiempos diferentes.

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4.5.- Procedimientos de Construcción y Control de Calidad de los Pavimentos Rígidos. El pavimento rígido se compone de losas de concreto hidráulico 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

Ensayos de geotecnia

Granulometría. Determinar la distribución por tamaño de las partículas mayores que 0.08 mm de una muestra de suelo, mediante tamizado.

Desgaste de los ángeles. El método consiste en analizar granulométricamente un árido grueso, para preparar una muestra de ensayo que será sometida a abrasión en la máquina de Los Ángeles para luego expresar la pérdida de material o desgaste como el porcentaje de pérdida de masa de la muestra con respecto a su masa inicial.

Cuarteo de muestras. El objetivo de este ensayo es reducir y homogenizar la muestra ya sea de suelo, áridos y agregados pétreos en general, para lograr la mayor representatividad posible, el cual puede ser mediante dos procedimiento, uno es manual y otro mecánico.

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Los ensayos geotécnicos de laboratorio son pruebas realizadas para la determinación de las características de un terreno, como parte de las técnicas de reconocimiento o bien para el chequeo del cumplimiento de un material que se está comprado o confeccionando. Estos ensayos se ejecutan sobre las muestras previamente obtenidas en el terreno y, dependiendo del tipo de ensayo, se exigen distintas calidades de muestra. Los ensayos básicos realizados en todas las construcciones de pavimentos rígidos son: Limite líquido: Encontrar el contenido de agua para un material dado, fijando la división entre el estado casi líquido y plástico de un suelo, definiéndolo mediante la máquina de Casagrande Limite plástico: El objetivo de éste ensayo es determinar el porcentaje de humedad del suelo que ha producido un cilindro de aproximadamente 3 mm de diámetro. Es decir, el porcentaje o contenido de agua que limita el estado plástico del estado resistente semisólido. Al mismo tiempo nos indica el índice de plasticidad el cual está dado por la diferencia con el límite líquido.

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Relación Humedad -densidad

PROCTOR modificado Determinar la humedad óptima para lograr la densidad máxima compactada seca.

CONO DE ARENA Determinar en terreno la densidad de suelo, nos ayuda a conocer la compactibilidad natural a la que está sometido el suelo esto se puede realizar para saber si es necesario hacer un mejoramiento de suelo al terreno donde se pretende construir.

Ensaye CBR Determinar la capacidad de soporte en el laboratorio, preparando tres probetas de suelo con la humedad óptima arrojada en el proctor y niveles de energía variables.

Tecnología del concreto  Control de materiales que llegan a la obra.  Control de materiales que se elaboran en obra.  Control de ejecución.  Control de terminación en obra.

Cono de Abrams. Este procedimiento establece el método para determinar la docilidad del concreto fresco, mediante el asentamiento del cono de Abrams.

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Probetas de concreto fresco. Establece los procedimientos para confeccionar y curar en obra las probetas de concreto fresco que se destinan a ensayos de compresión y tracción por flexión o por hendimiento

Control del concreto

ENDURECIDO Ensaye a la compresión de probetas cúbicas o cilíndricas.

Extracción de testigos

DIAMANTINAS  Para evaluar la resistencia del concreto en una estructura:  Cuando la resistencia de las probetas, modelados al pie de obre es baja.  Cuando han ocurrido anomalías en el desarrollo de la construcción.  Fallas de curado.  Aplicación temprana de cargas.  Incendio.  Estructuras antiguas.  No se cuenta con registros de resistencia, etc. Ensaye a la tracción por flexión de probetas prismáticas.

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4.6.- Software para el Diseño de Pavimentos Rígidos. El Dispav-5 es un programa interactivo que utiliza conceptos teórico-empíricos para diseñar secciones estructurales de pavimentos flexibles de caminos normales y de grandes especificaciones. Como variables de entrada, el programa utiliza la información de tránsito del proyecto y las características de los materiales de cada una de las capas que conforman la estructura. Una vez concluida la entrada de información, el programa calcula los espesores requeridos para evitar la falla por deformación de las capas no estabilizadas con asfalto y por fatiga de las capas asfálticas. Adicionalmente, dicho programa permite revisar el desempeño por fatiga y deformación de secciones estructurales de pavimentos flexibles a partir de información de tránsito, geometría y características de materiales.

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La principal ventaja del Dispav-5 versión 3.0 es que este programa ofrece una interfaz amigable y cómoda de ejecutar. En esta versión, el usuario puede navegar de manera fácil y rápida a través de todas las pantallas, ya sea por medio del teclado o con el ratón (mouse). Asimismo, la posibilidad de ir hacia adelante y atrás en el programa, permite la modificación de valores específicos conservando todos los demás intactos, sin necesidad de reescribirlos, ni de ejecutar el programa nuevamente. El método DISPAV-5 está basado en el extenso programa de investigación patrocinado por la actual Secretaría de Comunicaciones y Transportes, SCT, y con el Instituto de Ingeniería, UNAM. Los conceptos generales, desarrollados en las investigaciones realizadas de 1965 a la fecha (informes 325 y 444) son compatibles con el nuevo método de diseño, que incluye tanto carreteras de altas especificaciones como carreteras normales. El método comprende los dos modelos mecanicistas establecidos en el informe 325:



Deformación permanente



Fatiga

En lo que se refiere a fatiga de las capas asfálticas se considera la investigación internacional así como la realizada en el Instituto, de 1985 a la fecha, en la cual se basan las ecuaciones de fatiga. Para el cálculo de fatiga, los esfuerzos y deformaciones unitarias se estiman con el programa CHEV5, que es una modificación del II del programa Chev4, desarrollado por la compañía petrolera CHEVRON. El CHEV4 fue proporcionado al II en 1977 por el NITRR de Sudáfrica (M.- P4).

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4.7.- Conservación de los Pavimentos Rígidos. Factores que intervienen en el diseño de pavimentos.

Los principales factores que intervienen en el diseño de un pavimento se consideran: 1.- Efectos de tránsito. 2.- La influencia de la plasticidad, resistencia, deformación de los materiales y los efectos con medio ambiente.

1.- Efectos de tránsito.

La técnica más utilizada para el diseño de estructuras de pavimento con capas finales de rodadura tanto asfálticas como de concreto hidráulico, siempre se refiere a la AASHTO, en este método la información requerida en las ecuaciones de diseño incluye:

Carga por eje y configuración del mismo. Número de aplicaciones o paso de éste sobre la superficie del pavimento. Un tránsito mixto está compuesto de vehículos de diferente peso y número de ejes y que para efectos de cálculo se les transforma en un número de ejes equivalentes de 80kN o 18kips (1), que se les denomina “Equivalente simple axial load” o ESAL (ejes equivalentes).

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El tránsito debe subdividirse en un cierto número de grupos, cada uno con diferentes configuraciones:

1.- Tipos de vehículos.

2.- Configuración y número de llantas por eje.

3.- Número de repeticiones de carga por cada punto en la superficie de rodamiento.

Tipos de vehículos.  Configuración y número de llantas por eje.  Configuración y número de llantas por eje.

Número de repeticiones de carga por cada punto en la superficie de rodamiento.

Para el diseño de estructuras de pavimento es necesario conocer el número de vehículos que pasan por un punto dado, por lo que se deben de realizar estudios de volumen de tránsito, los cuales pueden variar desde los más amplios en un sistema de caminos, hasta el recuento en lugares específicos tales como: puentes, túneles o intersecciones de carreteras. Estos aforos se realizan con el objeto de:  Determinar la composición y volumen de tránsito.

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 Evaluar índices de accidentes.  Datos útiles para planeación de rutas y determinación de proyectos geométricos.  Elaborar sistemas de mantenimiento.  Establecer prioridades y técnicas de construcción.  Determinar el tránsito futuro.

La fatiga producida por más de 3000 vehículos pesados por efecto de la repetición constante de cargas dadas por el tránsito, deteriora la sección estructural, es decir, que se produce una falla de la estructura derivado de las excesivas repeticiones de carga. Existen diversos factores que propician la variación de las características de resistencia y deformación en los materiales que conforman una sección estructural, como son:

Lluvia. Cambio en el nivel de aguas freáticas e Intemperismo por cambios de clima.

Cuando el terreno natural está formado por materiales finos es probable que los cambios de humedad a los cuales está sujeto, modifiquen el volumen, la resistencia y la

deformabilidad

o

variación

volumétrica

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de

la

sección

estructural.

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Los cambios en los contenidos de agua pueden ser producidos por alguna de las siguientes causas:

Infiltraciones propiciadas por agua de lluvia. Ascensión capilar del nivel de aguas freáticas. Flujo interno en la masa del suelo o roca por un drenaje o subdrenaje inadecuado.

Diseño y Conservación de Pavimentos Rígidos Factores que intervienen en el diseño. (1) Kip=1000kgf =10kN.

La clasificación de ejes será como sigue:

Más del 50% de los vehículos que pasan por un lugar corresponden a Tipo A, es decir, vehículos con capacidad de hasta 3 toneladas y sigue incrementando conforme la población aumenta, lo que repercute en el comportamiento de la sección estructural, así como también en el volumen máximo de tránsito que puede admitir un camino sin congestionarse. La construcción de carriles adicionales y el incremento de repeticiones de carga ligera propician un envejecimiento acelerado del pavimento. Ante esta problemática se puede optar por implementar transporte masivo cómodo, seguro y económico para descongestionar la sección estructural e incrementar la vida útil de la sección.

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PESO AUTORIZADO (TONELADAS) EN VEHÍCULOS POR TIPO DE EJE

2.- La influencia de la plasticidad, resistencia, deformación de los materiales y los efectos con medio ambiente.

El agua sobre la superficie de rodamiento tiene un efecto denominado de bombeo, el cual se produce a través de agrietamiento de la carpeta. Al estar una grieta llena de agua, la presión de las llantas de los vehículos se transmite a las capas inferiores como la base y la subbase; si estas contienen finos, al ejercer la presión, se arrastran dichos finos, junto con la expulsión de agua creándose un vacío o cavidad que posteriormente se transformará en bache, con una destrucción paulatina de la estructura del pavimento.

Dado que la base y la subbase son capas que están cercanas a la superficie de rodamiento y que deben resistir a la acción del tránsito, éstas deben ser formadas por materiales granulares.

Los materiales pétreos que se utilizan para formar la base y la subbase no deben de estar contaminados con materiales plásticos ya que éstos propician una disminución en el Valor Relativo de Soporte (VRS), entendiéndose por VSR a la resistencia que presenta un suelo al esfuerzo cortante en condiciones determinadas de compactación y humedad. En consecuencia la deformación incrementa, así

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como también los cambios volumétricos con el aumento de contenido natural de agua.

La elección de los materiales de terracería y de la capa subrasante, son parte fundamental para la construcción de caminos, de forma tal que se pueden usar aquellos que sean poco deformables, tengan estabilidad volumétrica y no disminuyan su resistencia con el incremento de contenido natural de agua. Los materiales granulares sufren menores variaciones en su resistencia cuando están sujetos a la acción del agua. Su resistencia está en función de la forma de las partículas, distribución granulométrica, resistencia propia de las partículas y de su compacidad.

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Conclusión Para poder diseñar y construir un pavimento rígido se deben tomar en cuenta los factores que influyen en el proyecto ya que debe ser analizado a conciencia todos los factores que intervienen en el proyecto.

También ay que tomar en cuenta todos los métodos y técnicas de diseño para poder realizar un proyecto y su construcción de juntas para que sea un proyecto de primera ya que existen muchos factores que pueden afectar nuestro proyecto como puede ser la influencia de la plasticidad, resistencia, deformación de los materiales y los efectos con medio ambiente la influencia de la plasticidad, resistencia, deformación de los materiales y los efectos en el medio ambiente.

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Mesografia  http://www.cemexpanama.com/Productos/ModuloRuptura.aspx  http://blog.360gradosenconcreto.com/diseno-de-pavimentos-de-concretometodo-pca/  http://blog.360gradosenconcreto.com/diseno-de-pavimentos-de-concretometodo-aashto/  https://es.scribd.com/doc/2539829/Pavimentos-Diseno-y-Construccion-deJuntas  https://prezi.com/a9awz8rmmaqq/diseno-y-conservacion-de-pavimentosrigidos/  https://civilgeeks.com/2014/07/12/programa-para-diseno-estructural-depavimentos-asfalticos-dispav-5-version-3-0/

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