Pavimentos Rígidos Vías de Comunicación 2
Antecedentes
El hormigón se emplea desde hace más de un siglo en pavimentaciones de diversa índole.
Su primera aplicación tuvo lugar en algunas calles de ciudades europeas, pasando después a Estados Unidos donde en 1909 se construye la primera carretera con firme rígido para vehículos automóviles en Michigan.
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Antecedentes
Primera carretera con pavimento pavimento rígido en USA. Detroit, Michigan. 1909
Antecedentes
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Antecedentes
Primera carretera con pavimento pavimento rígido en USA. Detroit, Michigan. 1909
Antecedentes
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Antecedentes
En este país se desarrolla rápidamente la tecnología, con estudios, ensayos de laboratorio y tramos de ensayo a escala natural, al tiempo que la construcción adquiere un gran auge, como prueban los 600 millones de metros cuadrados existentes ya en 1925.
Antecedentes
En el continente americano, Chile y Argentina tienen también una larga experiencia y muchas realizaciones.
En Europa se emplea mucho en Alemania, Bélgica, Suiza, Gran Bretaña, Francia, etc.
Se destaca, por ejemplo, la construcción acelerada de autopistas en Alemania antes de la Segunda Guerra Mundial, en un 90 % de su longitud (más de 3400 km) con pavimento de hormigón.
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Pavimentos de Hormigón
Pavimentos de Hormigón
Ruta IV San Ignacio Pilar
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Pavimentos de Hormigón
Características Generales
Son estructuras plásticamente indeformables, o sea que poseen alta resistencia a la flexión.
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Características Generales
Esta resistencia permite que los efectos de las cargas de rueda se repartan sobre una extensión relativamente grande de la subrasante. En estos pavimentos, las deflexiones son pequeñas y las presiones transmitidas a la subrasante, relativamente reducidas.
Características Generales
Los pavimentos rígidos no requieren subrasante de alto valor soporte, pero si, razonablemente uniforme. No obstante, suele incluirse una capa de subbase por lo siguiente:
a) Reducir los efectos nocivos de los suelos arcillosos.
b) Mejorar las condiciones de drenaje de la subrasante.
c) Prevenir el fenómeno de bombeo
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Características Generales
Sobre el pavimento de hormigón recae la responsabilidad estructural y funcional, mientras que las capas inferiores tienen por misión asegurar un apoyo uniforme y estable para aquél.
El espesor de la losa de hormigón puede ser inferior a 20 cm, si el tráfico es muy ligero, o llegar a 40 cm. en algunos casos como en aeropuertos.
Constitución del Pavimento
Está constituido por una losa de Hormigón, estructura relativamente delgada, con soluciones de continuidad (juntas) a distancias relativamente cercanas.
El pavimento no es continuo, estando constituido por placas seguidas, hormigonadas in situ sobre la subrasante o sobre la subbase.
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Constitución del Pavimento
Las soluciones de continuidad, llamadas juntas son necesarias debido a la deformación de la estructura por causas independientes a las cargas del tránsito.
Constitución del Pavimento
Las variaciones de temperatura y de humedad de la masa de hormigón y que se traduce en dilataciones, contracciones, o alabeos de la estructura, sometiendo a la misma a tensiones que podrían no ser resistidas por el hormigón.
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Comportamiento del Hormigón
Para comprender su comportamiento, tengamos en cuenta el comportamiento del hormigón antes, durante y después del periodo de endurecimiento.
A fin de obtener la trabajabilidad necesaria, el hormigón para pavimentos se prepara con asentamientos de 2.5 a 7.5 cm.; lo que significa que la cantidad de agua de mezclado es de un 50 a un 100% superior a la requerida para la sola hidratación del cemento.
Comportamiento del Hormigón
Durante el proceso de endurecimiento se evapora la mayor parte del agua del hormigón, además, el calor generado por la hidratación durante ese proceso, es seguido por temperaturas mas bajas, luego que el ha tenido lugar.
Como resultado de esto la masa de hormigón ocupa menos volumen después de endurecido. La contracción produce como efecto la aparición de fisuras transversales en los pavimentos de hormigón sin juntas.
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Comportamiento del Hormigón
Una vez endurecido, el pavimento está sujeto a tensiones de tracción o compresión debidas a variaciones de temperatura de la losa originadas en los cambios atmosféricos y que se traducen en contracciones y dilataciones de la losa.
Comportamiento del Pavimento
El estudio del desempeño de antiguos pavimentos construidos sin juntas ha ayudado al análisis e interpretación con sentido práctico del fenómeno del alabeo restringido.
El efecto combinado de las cargas del tránsito y del alabeo restringido originan una fisura longitudinal irregular aproximadamente a lo largo de la linea central de los pavimentos construidos sin junta longitudinal.
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Comportamiento del Pavimento
La misma combinación de agentes exteriores causará también fisuras transversales adicionales entre aquellas formadas inicialmente por la retracción del hormigón.
La separación entre fisuras puede aumentarse controlando el agrietamiento por medio de armadura distribuida.
El objeto de la armadura no es el de evitar el agrietamiento sino el de mantener firmemente unidos los fragmentos de la losa luego de formadas las fisuras. Tanto los pavimentos sin y con armadura distribuida, tienen un comportamiento equivalente para condiciones de servicio comparables.
Comportamiento del Pavimento
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Tipos de Pavimentos Rígidos
Los pavimentos rígidos de carretera se dividen en tres tipos generales: Pavimentos de hormigón simple; con o sin pasadores. Pavimentos de hormigón con refuerzo simple; armadas y con juntas. Pavimentos de hormigón con refuerzo continuo: con armadura continua y sin juntas.
La definición de cada tipo se relaciona con la cantidad de refuerzo que se usa.
Pavimento
de Hormigón Simple
El pavimento de hormigón simple no tiene armaduras, pudiendo tener pasadores para transferir la carga.
Se utilizan estribos de acero para tener un efecto de bisagra en las juntas longitudinales, y para evitar que se abran esas juntas. Las juntas se colocan a distancias relativamente cortas (3 a 7 m) para evitar la aparición de fisuras.
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Pavimento de Hormigón Simple
Pavimento de Hormigón Simple
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Pavimento de Hormigón Simple
Pavimento
de Hormigón con Refuerzo Simple
Los pavimentos de hormigón armado con refuerzo simple tienen pasadores para transferir las cargas de transito por medio de las juntas; esas juntas están separadas mayores distancias (8 a 30m).
En toda la losa se usa acero de refuerzo, cuya cantidad depende de la longitud de la losa. También se usan varillas de estribo en las juntas longitudinales.
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Pavimento
Pavimento
de Hormigón con Refuerzo Simple
de Hormigón con Refuerzo Simple
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Pavimento
de Hormigón con Refuerzo Continuo
Los pavimentos de hormigón con refuerzo continuo no tienen juntas transversales, excepto las de construcción o las de dilatación, cuando son necesarias en posiciones específicas, por ejemplo en los puentes.
Esos pavimentos tienen un porcentaje de acero relativamente alto. También tienen estribos en las juntas longitudinales.
Pavimento
de Hormigón con Refuerzo Contínuo
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Juntas en los Pavimentos
Las juntas delimitan las dimensiones de la losa y son necesarias para controlar la aparición de grietas debidas a los esfuerzos originados en las causas antes a puntadas.
De acuerdo a su ubicación se clasifican en:
Longitudinales
Transversales
Juntas en los Pavimentos
Juntas longitud inales , son necesarias en calzadas cuyo ancho es mayor a 5 mts. y tienen por objeto controlar los efectos de flexión originados por las cargas próximas a los bordes del pavimento, así como también relajar los efectos de retracción por temperatura o humedad. Son también juntas de construcción cuando el proceso de su colocación se realiza por media calzada.
Juntas transversales , tienen distintos fines, son delicadas y costosas de construir.
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Juntas longitudinales Junta longitudinal con estribos de amarre
Juntas longitudinales
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Juntas longitudinales
Juntas en los Pavimentos
De acuerdo a su funci ón se clasifican en:
Juntas de contracción: Tiene por función la de relajar las tensiones de tracción, ubicando un plano de debilitamiento en el sitio donde se quiere que aparezca la fisura.
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Juntas en los Pavimentos Junta transversal de contracción
Juntas de Contracción
La forma constructiva clásica es producir el debilitamiento durante el proceso de hormigonado y conformación de la losa, introduciendo una regla en el hormigón fresco; inconvenientes de segregación al introducir la regla y de variación de la relación aguacemento, crean una zona de hormigón mas débil en la vecindad de la junta.
También se puede producir artificialmente la junta cuando el hormigón ya ha iniciado su endurecimiento; esto se efectúa por medio de una sierra circular cuya hoja es de un material abrasivo muy duro.
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Construcción de las Juntas de Contracción
Colocación de barras de traspaso de cargas en juntas transversales
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Juntas de dilatación
Aparte de permitir también la contracción, su objeto principal es el de permitir la expansión de la losa.
Para permitir la dilatación, debe tener un espacio libre de materiales rígidos en todo el espesor de la losa.
La dilatación se produce debido al aumento de la temperatura.
El espesor de la junta es de 2 a 2.5 cm. y abarca todo el espesor de la losa; la junta se rellena con un material elástico.
Juntas de dilatación
Deben colocarse barras de transferencia de carga debido a que no existe rozamiento interno que pueda proporcionar un mecanismo de transferencia de carga. La barra de transferencia de carga debe estar empotrada en uno de sus lados y lisa y lubricada en el otro, con un espacio para la expansión de la barra durante la dilatación.
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Juntas de dilatación
Juntas de Alabeo
También denominadas bisagras o rótulas.
Sirven para controlar el agrietamiento tanto en la linea central (junta longitudinal) como transversalmente debido a las tensiones de alabeo.
También pueden llevar pasadores ubicados a la altura media y anclados en ambas losas.
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Juntas de Alabeo
Juntas de Construcción
Se emplean en las uniones entre losas ya hormigonadas y endurecidas y otra nueva, como unión entre losas hormigonadas en diferentes jornadas de trabajo.
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Juntas de Construcción
Junta de construcción con pasadores
Problemas de las Juntas de Dilatación
Las juntas en gral. representan un problema en los pavimentos, más aún si son juntas abiertas; los mayores inconvenientes son: 1.
Costosas de construir y mantener.
2.
Cualquier irregularidad de nivel en la junta, produce un incremento notable del efecto de impacto.
3.
El trabajo de hormigonado continuo (moldes deslizantes) se ve complicado.
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Problemas de las Juntas de Dilatación 4.
La obturación de las juntas mal conservadas debido a materiales rígidos infiltrados desde la superficie, o eyectados de la subrasante (fenómeno de bombeo) anula el objeto de la junta.
5.
La infiltración del agua superficial en la subrasante. Si el suelo de ella es susceptible del fenómeno de bombeo, la junta sirve como acceso del agente productor y como eyector del material en suspensión, reduciéndose las condiciones de sustentación en esa zona.
Efecto de Bombeo
El bombeo es un fenómeno importante relacionado con los pavimentos rígidos. Es la salida del agua y del material del terreno (o de la sub base) a través de las juntas, grietas y a lo largo de los bordes del pavimento.
Es causado principalmente por la flexión repetida de la losa de pavimento en presencia del agua que se acumula bajo ella.
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Efecto de Bombeo
Primeramente se forma un espacio vacío bajo el pavimento.
El agua se acumula entonces en el hueco después de muchas repeticiones de carga de tránsito.
Efecto de Bombeo
Si el material de la subrasante o de la base es granular, el agua se drenará libremente hacia el suelo.
Sin embargo, si el material es de grano fino, el agua no drena con facilidad y las repeticiones de carga harán que el suelo entre en suspensión en el agua, formando un lodo.
Las repeticiones de carga y flexiones de la losa harán que el lodo sea expulsado hacia la superficie (bombeo).
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Efecto de Bombeo
La acción de bombeo continuara, y el resultado será que se forme un espacio hueco relativamente grande bajo la losa. Esto ocasiona la falla de las juntas y al final, la formación de grietas transversales o la rotura de as esquinas de la losa.
Efecto de Bombeo
Escalonamiento producido por el efecto de bombeo
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Agentes Exteriores productores de Tensión
Temperatura 1.
2.
3.
Disminución uniforme en toda la losa, que produce la contacción de la misma. Aumento uniforme en toda la losa, que produce la dilatación de ellla. Variación de la temperatura entre ambas caras de la losa, que produce el alabeo de la misma.
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Agentes Exteriores productores de Tensión
Humedad 1. 2. 3.
Disminución uniforme del contenido de humedad en toda la losa, que produce contracción de la losa. Aumento uniforme, que produce la dilatación de la losa. Variación del contenido de humedad, entre ambas caras de la losa, que produce el alabeo de la misma.
Cargas d e Tránsi to Que producen la flexión de la losa.
Alabeo de la Losa
El régimen variable de la temperatura interna de la losa produce en una cara de la losa dilataciones y contracciones distintas a la de la otra cara, lo que origina la combadura de ella.
Entrando a actuar el peso propio y las cargas del tránsito, aparecen esfuerzos de flexión en la losa.
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Alabeo de la Losa
Durante el día, la superficie de la losa está mas caliente que la cara inferior y aquella adquiere la forma de la figura.
Alabeo de la Losa
Por la noche, suele ocurrir a la inversa, la superficie se enfría adquiriendo la losa la forma de la figura.
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Alabeo de la Losa
Como se ha apuntado, el régimen variable de humedad entre ambas caras de la losa, produce también la combadura de ella aunque el fenómeno no se presenta simultáneamente en el mismo sentido que el debido a la temperatura, sino en casos excepcionales.
La combadura se traduce en un cambio de estado de sustentación de la losa, llegándose en ciertas zonas de ella a la ausencia de presión sobre la base, recargándose por tanto en otras zonas.
Alabeo de la Losa
Por tanto, el fenómeno del alabeo tiene dos consecuencias:
1.
El peso de la losa se opone al libre alabeo, originando tensiones de tracción en la cara superior durante el combado cóncavo y de compresión durante el combado convexo.
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Alabeo de la Losa
Combado cónvexo
Combado cóncavo
Alabeo de la Losa 2.
Debido a este estado de tensiones, la distancia de fisuras producidas por el alabeo son menores que las indicadas para la contracción de la losa; la teoría y la investigación experimental sobre este fenómeno, dan como distancia entre fisuras, de 4.6 a 6 mts. para pavimentos de 15 cm. o más de espesor.
La variación del estado de sustentación de la losa implica que las hipótesis para el cálculo de tensiones originadas por la acción de las cargas del tránsito deben contemplar para cada punto de la losa, el estado más desfavorable de deformación de la misma.
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Alabeo de la Losa
Se ha considerado en los estudios teóricos, como crítica la tensión producida por la carga, cuando ésta se ubica en la esquina exterior de la losa y ella se encuentra en combado cóncavo.
Sin embargo, en la actualidad tal situación se produce en un porcentaje ínfimo de número de vehículos que circulan sobre pavimentos suficientemente anchos, tornándose más crítica la posición de carga cuando las ruedas más pesadas del vehículo se encuentran en el borde de una junta transversal.
Tensiones a que está sometida la losa
Tracción: Por resistencia a la fricción en el apoyo de la losa, cuando esta se contrae uniformemente.
Compresión : Por falta de espacio para la libre dilatación de la losa.
Flexión: A. B.
Por alabeo restringido de la losa debido al peso de la misma. Por deformación de la losa debido al efecto de las cargas del tránsito.
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Tensiones a que está sometida la losa
En los pavimentos rígidos se desarrollan esfuerzos como resultado de varios factores, que incluyen: la acción de cargas trasmitidas por las ruedas del tránsito, la dilatación y la contracción del hormigón debido a cambios de temperatura, trasmitiéndolas a la sub base o a la subrasante que son las que soportan el pavimento de hormigón, y los cambios volumétricos.
Tensiones a que está sometida la losa
Las cargas de tránsito transmitidas por las ruedas inducen esfuerzos de flexión que dependen de la ubicación de las ruedas del vehículo con relación al borde del pavimento.
La expansión y la contracción pueden inducir esfuerzos de tensión y de compresión, que dependen de la variación de temperatura en el pavimento.
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