Cemex - Manual de Pavimentos de Concreto

CAPITULO 1 - INTRODUCCION 1.1 ANTECDENTES Y EVOLUCION DE LOS PAVIMENTOS DE CONCRETO “Las crecientes necesidades de desarrollo, la búsqueda de soluciones perdurables y la demanda de contar más y mejores caminos han contribuido para lograr que en la modernización y ampliación de la red carretera de México se esté especificando el uso de pavimentos del concreto hidráulico bajo estándares internacionales de calidad.” a).- ANTECEDENTES La extensión territorial de México cuenta con una gran diversidad de climas, tipos de suelos, zonas ambientales y etnias, su heterogeneidad nos ha ido marcando el camino del desarrollo y crecimiento, de alguna manera esta diversidad ha influido en la conformación de nuestra infraestructura carretera. En México tenemos aproximadamente 95,000 km de caminos pavimentados cuyas condiciones de servicio no son las óptimas, de hecho la mayoría de ellos esta catalogado por las propias autoridades como pavimentos en regulares y malas condiciones. Una razón importante del bajo nivel de servicio es debido a que estas carreteras se proyectaron, diseñaron y construyeron en su mayoría entre los años de 1925 a 1970. La red estuvo proyectada para soportar cargas vehiculares que varían entre las 6 y 8 toneladas y en la actualidad llega a tener camiones cargados los cuales en algunos casos alcanzan a pesar hasta 60 toneladas. Además de no considerar el aumento en los pesos de los vehículos, no se consideró tampoco el crecimiento del tránsito de camiones pesados en la red, ya que se considero en el diseño el tráfico diario que anteriormente se tenía y que variaba entre los 500 y 1,000 vehículos, sin embargo en la actualidad se tienen valores significativamente mayores de hasta 15,000 vehículos. Antes del año de 1993 la especificación y construcción de pavimentos de concreto hidráulico en México fue relativamente escasa. Se considera que esto se debió principalmente a que nuestro país es un importante productor de petróleo y por consiguiente de asfalto y como anteriormente existía un subsidio importante en el precio del asfalto, los pavimentos asfálticos en nuestro país resultaban en costo muy inferiores a los del concreto hidráulico. Adicionalmente existía una gran desinformación y desconocimiento sobre el diseño y construcción con nuevas tecnologías de los pavimentos de concreto hidráulico. Otro factor importante es que cuando se diseñaron los caminos de México para el tránsito que se pensaba tenían que soportar, los pavimentos de asfalto parecían ser una alternativa suficiente.

1.1 ANTECDENTES Y EVOLUCION DE LOS PAVIMENTOS DE CONCRETO PAVIMENTOS DE CONCRETO CEMEX

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Ante la preocupación acerca del deterioro de las carreteras en la red y considerando los puntos anteriormente planteados la Secretaría de Comunicaciones y Transportes (SCT) se dio a la tarea de buscar soluciones alternativas a tal situación que pudieran soportar adecuadamente las cargas y el volumen de tráfico pesado buscando que los niveles de servicio permanecieran en buen nivel durante períodos mayores. Tales exigencias orientaron a la SCT a la solución con pavimentos de concreto hidráulico, que representaban un costo razonable, con una capacidad estructural adecuada tanto para el volumen de tránsito como para la intensidad del mismo y un período de vida costeable de acuerdo a la magnitud de la inversión.

b).- TECNOLOGIA Para satisfacer la demanda de diseñar, especificar y construir los pavimentos de concreto hidráulico con las mejores tecnologías a nivel mundial y con altos estándares en sus especificaciones, tubo que llevarse a cabo un programa de capacitación intensivo y avanzado para los técnicos e ingenieros especificadores, esto se logró con el apoyo de la iniciativa privada mexicana interesada en el desarrollo de la infraestructura del país con base en este tipo de pavimentos. Este tipo de capacitaciones se ha seguido desarrollando tanto en México como en el extranjero. Se realizó una revisión exhaustiva sobre los tipos de maquinaria que estaban disponibles en el mercado internacional para realizar estas tareas, tanto plantas de mezclado central para la elaboración del concreto con la calidad y en las cantidades necesarias para lograr altos rendimientos en la pavimentación, así como pavimentadoras de cimbra deslizante con las características necesarias para lograr altos niveles de servicio, seguridad y confort. Se analizaron también las ventajas y desventajas de unas marcas de equipos con respecto a otras, la experiencia de las empresas dedicadas a la fabricación de estos equipos, la facilidad con la que dichas empresas podrían ofrecer los servicios de capacitación, refacciones y mantenimiento para dichos equipos, e incluso la posibilidad de desarrollar representantes locales de dichas empresas para dar servicio en México. De igual forma se trabajo en lo referente a equipos para dar el texturizado final al pavimento de concreto, las maquinas cortadoras para conformar los tableros de losas, los diferentes tipos de discos para estos cortes, y algunos otros equipos de medición de las características físicas de los pavimentos. Terminados los análisis anteriores se importaron los equipos seleccionados a nuestro país y se dio inicio propiamente al desarrollo de este tipo de soluciones.


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Figura 1.1 – 1 Introducción – Tecnología – Pavimentadora de Cimbra Deslizante

c).- EVOLUCION Ante la globalización se hicieron más imperantes las necesidades de contar con una infraestructura que permita el desarrollo de la actividad económica y social del país. En el año de 1993 la SCT con el apoyo de Cementos Mexicanos construyó la primera carretera de concreto hidráulico con el uso de especificaciones internacionales y las nuevas tecnologías de pavimentación, siguiendo estrictas normas de calidad tanto en la producción como en el tendido del concreto y contemplando una serie de alternativas en las especificaciones que permitirían establecer posteriormente situaciones comparativas que permitirían establecer adecuadamente las características ideales en las especificaciones de los pavimentos de concreto hidráulico. Así en 1993 el libramiento Ticumán ya era una realidad en concreto hidráulico, con una longitud de 8.5km. A partir de este proyecto y con los resultados programados que se fueron obteniendo del mismo, se continuo con la especificación y construcción de algunas otras carreteras de concreto hidráulico en el país, de tal forma que al final de 1994 ya se habían iniciado los trabajos en los tramos de las Autopistas Guadalajara – Tepic, Tuxpan – Tihuatlán y Tihuatlán – Poza Rica, así como el primer tramo de la Cárdenas – Agua Dulce. A pesar de la crisis económica que sufrió el país, para el año de 1995 ya se estaban realizando los trabajos de algunas carreteras como: Yautepec - Jojutla, Atlapexco – Tianguistengo, Jiutepec – Zapata y un tramo de la Autopista Querétaro – San Luis Potosí. 1.1 ANTECDENTES Y EVOLUCION DE LOS PAVIMENTOS DE CONCRETO PAVIMENTOS DE CONCRETO CEMEX

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Durante el año de 1996 se construyeron también de concreto los tramos: Entronque Aeropuerto de San Luis Potosí – Entronque Libramiento de San Luis Potosí, Libramiento de San Luis Potosí – El Huizache y el tramo Aeropuerto de Ixtapa – Zihuatanejo. Para los años de 1997 y 1998 se especificaron y construyeron los siguientes tramos: Autopista Pirámides – Tulancingo, un segundo tramo de Ixtapa – Aeropuerto, el Libramiento Ruta Dos en Nuevo Laredo, la Autopista Cancún – Tulum, la Autopista Huizache – Matehuala, tres tramos de la Autopista Querétaro – Palmillas, el Libramiento Uman en el estado de Yucatán, el Libramiento Rincón de Romos en el estado de Aguascalientes, Boulevard Aeropuerto La Paz y el tramo de Chihuahua – Aldama. En este período se realizó una ampliación a la aeropista del aeropuerto de Mérida con la tecnología del concreto hidráulico. Para 1999 se estuvieron realizando ó por iniciar los trabajos de construcción de los tramos de: la Autopista Rosario – Escuinapa en el estado de Sinaloa, Aeropuerto Vallarta – Río Ameca en Jalisco, Río Ameca - Cruz de Huanacaxtle en Nayarit, el segundo tramo de la Cárdenas – Agua Dulce en Tabasco, la carretera Yautepec – Oacalco, el tramo Poxila – Límite de Estados en Yucatán, Libramiento de Colima, Chajul – Flor de Café en el estado de Chiapas, Entronque Feliciano – Lázaro Cárdenas Michoacán, Acceso al Puerto Fronterizo Laredo puente Internacional III, Matehuala – San Roberto y San Roberto – Puerto México en el estado de Nuevo León, el acceso al puerto de Altamira (API), las laterales del Paseo Tollocán en Toluca Estado de México, los tramos de Huayacocotla y la Chinantla en Veracruz, el Libramiento Nororiente de Querétaro, así como la aeropista del aeropuerto de Kaua en el estado de Yucatán.


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Figura 1.1 – 2 Introducción – Evolución – Autopista de Concreto Hidráulico

Como se ha descrito en la información presentada anteriormente el crecimiento y evolución de los pavimentos de concreto hidráulico ha aumentado de una manera que resulta muy favorable para el país, por las ventajas que los mismos representan, esto ha propiciado que la demanda de caminos de excelente calidad haya ido en aumento. En la siguiente gráfica se muestra el comportamiento del consumo de concreto hidráulico para la construcción de carreteras.


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VOLUMEN DE CONCRETO EN CARRETERAS 1,500.0

1,496.3

1,250.0 1,192.2

Miles de m3

1,000.0

908.4

750.0 500.0

543.8

250.0

293.4

243.9

18.3

-

1993

1994

1995

1996

1997

1998

1999

Año

Nota: el volumen de 1999 incluye tramos terminados, en ejecución y licitados.

Figura 1.1 – 3 Introducción – Evolución – Volumen de Concreto en Carreteras

d).- VENTAJAS Entre las principales ventajas de un pavimento de concreto hidráulico podemos enumerar las siguientes: -

Durabilidad Bajo Costo de Mantenimiento Seguridad Altos Indices de Servicio Mejor Distribución de Esfuerzos bajo las Losas

1. Durabilidad Una de las ventajas más significativas de los pavimentos de concreto hidráulico es la durabilidad del concreto, para lograr esta durabilidad es importante considerar además de la resistencia adecuada del concreto ante las solicitaciones mecánicas todos los agentes externos de exposición a los que estará sujeto el pavimento para elaborar la mezcla apropiada y definir las recomendaciones para la colocación del concreto hidráulico. Se deben de realizar los proporcionamientos de mezcla adecuados, con ciertas relaciones agua / cemento, utilizando aditivos que permitan una reducción de agua en la mezcla y que den la trabajabilidad adecuada al concreto aun con revenimientos bajos como los utilizados en autopistas. 1.1 ANTECDENTES Y EVOLUCION DE LOS PAVIMENTOS DE CONCRETO PAVIMENTOS DE CONCRETO CEMEX

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Otro aspecto importante para lograr esta durabilidad tiene que ver con los materiales que forman la estructura de soporte, es importante conocer con detalle las características de los mismos y sus grados de compactación apoyados con los estudios de mecánica de suelos de la ruta. Es importante que el diseñador cuente con la suficiente información para poder estimar de forma precisa el volumen de tráfico y las cargas vehiculares que estarán transitando por el pavimento con el objeto de realizar un diseño estructural adecuado para las cubrir adecuadamente la durabilidad del proyecto por efectos de fatiga. 2. Bajo Costo de Mantenimiento Los pavimentos de concreto hidráulico se han caracterizado por requerir de un mínimo mantenimiento a lo largo de su vida útil. Esto es sin duda una de las ventajas mayores que ofrecen estas alternativas de pavimentación. La significativa reducción en los costos de mantenimiento de una vía permite que el concreto sea una opción muy económica. Esto normalmente se puede visualizar al realizar una análisis del costo ciclo de vida que puede ser comparado con algunas otras alternativas de pavimentación. El análisis del costo ciclo de vida es una herramienta que nos ayuda para soportar la toma de decisiones. El mantenimiento que requieren los pavimentos rígidos es mínimo, sin embargo es muy importante que el mismo se provea en tiempo y forma adecuados para garantizar las propiedades del pavimento. 3. Seguridad El concreto hidráulico colocado bajo las especificaciones y con los equipos mencionados anteriormente permite lograr una superficie de rodamiento con alto grado de planicidad y dada su rigidez esta superficie permanece plana durante toda su vida útil, evitando la formación de roderas las cuales disminuyen el área de contacto entre llanta y pavimento produciendo el efecto de acuaplaneo en los días de lluvia. Otro fenómeno que se evita con la utilización del concreto hidráulico es la formación de severas deformaciones en las zonas de arranque y de frenado que hacen a los pavimentos ser mas inseguros y maltratan fuertemente los vehículos. Por el color claro del pavimento de concreto hidráulico se tiene una mejor visibilidad en caso de transitar de noche o en la oscuridad de días nublados. 4. Altos Indices de Servicio Los pavimentos de concreto hidráulico permiten ser construidos con altos índices de servicio, como se menciona en el punto anterior se puede lograr un alto grado de planicidad o un índice de perfil muy bueno, adicionalmente siguiendo las recomendaciones de construcción adecuadas se puede proveer al pavimento de una superficie altamente antiderrapante.


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La utilización de pasajuntas permite mantener estos índices de servicio, evitando la presencia de escalonamientos en las losas sobretodo en tramos donde el tráfico es significativamente pesado. 5. Mejor Distribución de Esfuerzos bajo las Losas Dada la rigidez de la losa los esfuerzos que se transmiten a las capas inferiores del pavimento se distribuyen de una manera prácticamente uniforme, cosa contraria a lo que sucede con los pavimentos flexibles en donde las cargas vehiculares concentran un gran porcentaje de su esfuerzo exactamente debajo del punto de aplicación de la carga y que se van disminuyendo conforme se alejan de la misma. La distribución uniforme de las cargas permite que los esfuerzos máximos que se transmiten al cuerpo de soporte sean significativamente menores en magnitud, lo que permite una mejor condición y menor deterioro de los suelos de soporte.

e).- TRABAJO CONTINUO Poco a poco se ha ido logrando tener una mayor experiencia en el diseño, especificación y construcción de pavimentos de concreto hidráulico en México, estas experiencias han ido mostrando las ventajas de este tipo de soluciones, de tal modo que cada vez son mas las entidades gubernamentales responsables de la construcción, mantenimiento y operación de las vías que están interesadas en proveer a sus caminos de las características de un pavimento de concreto hidráulico lo que les significa ahorros sustanciales en mantenimiento, mejores niveles de servicio del camino, mayor vida útil y consecuentemente economía de los recursos. Podemos afirmar que la alternativa de pavimentación con concreto hidráulico es una realidad en nuestro país y el siguiente paso, en el que estamos trabajando a pesar de que son mínimas las necesidades, es el de dar a conocer a los especificadores y constructores los métodos de rehabilitación, reparación y mantenimiento que se deben de seguir en los pavimentos rígidos para aprovechar de mejor forma todas sus ventajas.

1.2 MARCO DE REFERENCIA “El desarrollo de los pavimentos de Concreto Hidráulico se ha incrementado notablemente en Latinoamérica en la década de los 90’s, gracias a las ventajas que ofrecen para el desarrollo económico de los países del tercer mundo” a).- EXPERIENCIA INTERNACIONAL

1.2 MARCO DE REFERENCIA PAVIMENTOS DE CONCRETO CEMEX

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En muchos países del mundo se han utilizado por muchos años los pavimentos de concreto hidráulico tanto para proyectos carreteros como para vías de comunicación urbanas, tal es el caso de Estados Unidos, Canadá, Alemania, España, Francia, Italia, Bulgaria, Etc. De diferentes formas estos países han contribuido para que los métodos de diseño se hayan ido perfeccionando en base a los estudios realizados en el tiempo, así mismo se ha evolucionado en las técnicas de construcción y de evaluación de los pavimentos de concreto hidráulico. Todas las experiencias recopiladas durante más de 50 años han servido de base para la tecnología actual de pavimentos y obviamente se sigue experimentando e investigando para mejorar y perfeccionar las técnicas actuales. b).- CASO DE LATINOAMERICA En los países de América Latina se han utilizado los pavimentos de concreto principalmente para vialidades urbanas, sin embargo las tecnologías de diseño y construcción utilizadas normalmente no habían sido las más actualizadas. El país de Latinoamérica que más pronto inició su incursión en las nuevas tecnologías de pavimentación fue Panamá esto en consecuencia de la fuerte influencia tecnológica que tuvieron de los Estados Unidos por su presencia en el Canal. Posteriormente algunos otros países empezaron a utilizar estas tecnologías tanto en especificaciones como en procedimientos constructivos, sin embargo el desarrollo más importante se ha dado durante la última década, la de los noventas. Países como: Brasil, Chile, México, Argentina, han empezado a utilizar ampliamente estas nuevas tecnologías en el desarrollo de sus Carreteras, Autopistas y Vialidades Urbanas. En menor escala pero con una fuerte tendencia de crecimiento lo están haciendo países como Venezuela, Colombia, Uruguay, Guatemala, El Salvador y Bolivia, sin embargo está tendencia parece estar ampliándose a todos los países de América Latina. En las gráficas siguientes podemos observar de manera aproximada el porcentaje de la red carretera pavimentada de estos países que ya cuenta con concreto hidráulico como superficie de rodamiento, así como el número de kilómetros construidos por país con estas nuevas tecnologías en Carreteras y Autopistas. Como puede observarse, el crecimiento es importante y el potencial de desarrollo es aún mayor.


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4,000 3,600

2,450

2,500

2,468

3,045

3,000 2,000

251

250

Fuente: 2do Foro Interamericano de Pavimentos de Concreto, Brasil agosto de 1999.

Uruguay

Venezuela

Guatemala *

Panamá *

27

94

Bolivia *

México

Brasil

19

Chile

Colombia

-

Argentina

500

El Salvador

1,000

1,275

1,500 234

Km en Concreto

3,500

* Datos aproximados

Figura 1.2 – 1 Introducción – Marco de Referencia – Km de Concreto en Carreteras

21.0%

15.0%

Fuente: 2do Foro Interamericano de Pavimentos de Concreto, Brasil agosto de 1999.

Uruguay

0.3%

Venezuela

Guatemala *

Panamá *

0.1%

0.5%

2.4%

Bolivia *

Brasil

Chile

El Salvador

Argentina

Colombia

0.0%

México

2.3%

0.9%

1.3%

5.0%

2.9%

10.0% 1.5%

% de Red en Concreto

20.0%

23.5%

25.0%

* Datos aproximados

Figura 1.2 – 1 Introducción – Marco de Referencia – Porcentaje de la Red en Concreto Hidráulico


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2. DISEÑO 2.1 INTRODUCCION A LOS METODOS DE DISEÑO

Las metodologías de diseño de pavimentos consideradas en este manual son las más utilizadas a nivel internacional y son aplicables a los siguientes tipos de pavimentos:

a). Pavimentos Convencionales b). Sobrecarpetas de Concreto (Whitetopping)

Dentro de la gama de pavimentos disponibles para ciertas aplicaciones de tráfico ligero, se encuentran las sobrecarpetas de concreto ultradelgado (whitetopping ultradelgado). Los métodos presentados en este manual no son aplicables al diseño de este tipo de soluciones especificas.

a). Pavimentos Convencionales

Los pavimentos convencionales se consideran para la construcción de tramos nuevos de pavimentación en donde las actividades de construcción tienen que ver con los trabajos preliminares propios a las características de los suelos de soporte y conformación de las terracerías y sub-base para el pavimento. Así como lo referente a la propia estructura de concreto hidráulico y sus características. diseño aplican íntegramente a este tipo de pavimentos.

Los métodos de

b). Sobrecarpetas de Concreto (Whitetopping)

Los pavimentos denominados Whitetopping, corresponden a rehabilitaciones de pavimentos asfálticos deteriorados.

El término aquí utilizado corresponde a

rehabilitaciones con pavimentos de concreto convencional tomando como estructura de soporte el pavimento asfáltico que se tiene en el lugar. Los métodos de diseño toman en cuenta esta solución, considerando las características de soporte de la estructura existente que normalmente tiene capa de sub-base, base y asfalto.

Algunos de los trabajos preliminares que se deben considerar para la colocación del pavimento Whitetopping difieren de los que se aplican a los pavimentos convencionales.

Los aspectos que se evalúan en el diseño para la determinación de la factibilidad técnica de que un pavimento sea rehabilitado mediante la técnica de Whitetopping son:

•

Daños estructurales

•

Daños asociados a la fatiga de las capas asfálticas

•

Daños asociados a la alteración del perfil por deformaciones plásticas acumuladas

•

Daños asociados a la inestabilidad de la banca

•

Daños superficiales

•

Daños asociados s las deficiencias en el diseño o fabricación de la mezcla asfáltica

•

Daños asociados a la calidad de los materiales

1. Superficie de Asfalto Existente

Las fallas que se consideran en una superficie de asfalto son las siguientes : a). Huecos o baches abiertos Cavidades o depresiones producidas por desprendimiento de la carpeta asfáltica y de capas granulares. Se consideran 3 tipos de huecos :

•

Superficiales : solo comprometen la capa de rodadura y su profundidad es menor a 3 cm.

•

Medios : Comprometen parte o la totalidad de la carpeta asfáltica y su profundidad oscila entre 3 y 10 cm.

•

Profundos : Profundidad superior a 10 cm, con expulsión de material y compromiso de la base granular.

b). Fisuras longitudinales y transversales Son agrietamientos longitudinales y/o transversales que no constituyen una malla, sino que se presentan en forma aislada o continua y son producidas por deficiencia en las juntas de construcción, por contracción de la mezcla o desplazamiento de los bordes. Se consideran 3 tipos de fisuras :

•

Longitudinales

•

Transversales

•

En bloque

c). Desgaste superficial Son las irregularidades que se observan en la superficie, en áreas aisladas o en forma generalizada y son el producto del desgaste de las partículas superficiales o el

desprendimiento de alguna de ellas por acción del tránsito o inclemencias del tiempo. El desgaste se clasifica en :

•

Ligero : Perdida de textura uniforme, mostrando rugosidad e irregularidades hasta de 5 mm de profundidad

•

Medio : Cuando las irregularidades están entre 5 mm y 15 mm de profundidad. Las partículas de agregado están expuestas y se siente vibración al circular.

•

Severo : Desintegración superficial de la carpeta, con desprendimientos evidentes y partículas sueltas sobre la vía.

d). Piel de Cocodrilo Son agrietamientos en forma de malla que inicialmente se presenta en cuadros más o menos regulares con lados entre 25 y 30 cm, que presentan fracturamientos progresivos en forma de piel de cocodrilo. Posteriormente estas fisuras se ensanchan y profundizan ocasionando desprendimientos. Se consideran 3 tipos de fallas :

•

Ligero : Cuando los agrietamientos son muy delgados y el tamaño de los cuadros tienen dimensiones próximas a 25 cm por lado. No existe deformación superficial.

•

Medio : Cuando los bloques se han reducido de tamaño y presentan aristas redondeadas por perdida de partículas, las grietas que los separan son mayores de 1 cm, se advierten deformaciones y movimientos relativos y puede existir desprendimiento de algunos bloques.

•

Severo : Cuando las deformaciones son grandes y se presenta perdida del material asfáltico y se presenta aparición del material de base.

e). Ondulaciones Son deformaciones grandes y notorias de la plataforma de la vía, que alteran su perfil longitudinal, por efecto de asentamientos del terraplén o por levantamientos causados por las raíces de arboles.

De acuerdo con los daños encontrados en la vía, así como la capacidad estructural residual del pavimento, se consideran desde la etapa de diseño algunas actividades correctivas.

2. Reparación de Fallas Para garantizar la uniformidad en el soporte de la estructura asfáltica, se deben realizar correcciones en los sitios en donde se presenten las siguientes irregularidades, de acuerdo con la siguiente tabla :

TIPO DE FALLA

REPARACION REQUERIDA

Rodera menor a 50 mm

Ninguna

Rodera mayor a 50 mm

Fresado o Nivelación

Deformación plástica excesiva

Fresado

Baches

Reparar

Falla de subrasante

Remoción y preparación

Fisuras en general, fatiga en

Ninguna

bloque, transversales y longitudinales

Exudación

Ninguna

Degradación superficial

Ninguna

2.2 SUELOS

En el diseño de pavimentos, es fundamental conocer algunas propiedades de los suelos que nos permiten conocer sus características generales y sus comportamientos.

Algunas de estas propiedades se obtienen mediante las pruebas que se describen a continuación:

a). Plasticidad

La plasticidad es la propiedad que presentan los suelos de poder deformarse, hasta cierto límite, sin romperse. Por medio de ella se mide el comportamiento de los suelos en todas las épocas. Las arcillas presentan esta propiedad en grado variable. Para conocer la plasticidad de un suelo se hace el uso de los límites de Atterberg.

Estos límites son: Limite Líquido (LL), Limite Plástico (LP) y Limite de Contracción (LC) y mediante ellos se puede conocer el tipo de suelo en estudio. Todos los limites de consistencia se determinan empleando suelo que pasa por la malla No. 40. La diferencia entre los valores del límite líquido y del límite plástico da como resultado el índice plástico (IP) del suelo.

1. Límite Liquido.

El límite líquido se define como el contenido de humedad expresado en porciento con respecto al peso seco de la muestra, con el cual el suelo cambia del estado líquido al plástico. De esta forma, los suelos plásticos tienen en el límite líquido una resistencia muy pequeña al esfuerzo de corte y según Atterberg es de 25 g/cm2. Para determinar el límite líquido de un suelo se hace el siguiente procedimiento.

a) Se toman unos 100 g de material que pasa la malla No 40, se colocan en una cápsula de porcelana y con una espátula se hace una mezcla pastosa, homogénea y de consistencia suave agregándole una pequeña cantidad de agua durante el mezclado. b) Se coloca una poca de esta mezcla en la copa de Casagrande, formando una masa alisada de un espesor de 1 cm en la parte de máxima profundidad. c) El suelo colocado en la copa de Casagrande se divide en la parte media en dos porciones, utilizando un ranurador. d) Se acciona la copa a razón de dos golpes por segundo, contado el número de golpes necesarios para que la parte inferior del talud de la ranura hecha se cierre precisamente a 1.27 cm (1/2”). Si no se cierra entre los 6 y 35 golpes, se recoge el material y se le añade agua y se vuelve a mezclar. e) Cuando se ha obtenido un valor consistente del número de golpes, comprendido entre 6 y 35 golpes, se toman 10 g aproximadamente de suelo de la zona próxima a la ranura cerrada y se determina el contenido de agua de inmediato. Se repite el ensaye y si se obtiene el mismo número de golpes que el primero o no hay diferencia en más de un golpe, se repite el ensaye hasta que tres ensayes consecutivos den una conveniente serie de números. f)

Se repiten los pasos del 2 al 5, teniendo el suelo otros contenidos de humedad. De este modo se deben tener, por lo menos, dos grupos de dos a tres contenidos de humedad, uno entre los 25 y 35 golpes y otro entre los 6 y los 10 golpes con el fin de

que la curva de fluidez no se salga del intervalo en que puede considerarse recta, según lo indica Casagrande. g) Se unen los tres puntos marcados par el intervalo de 6 a 20 golpes con una línea recta y se señala el punto medio. Se repite para los dos o tres puntos dentro del intervalo de 25 a 35 golpes. h) Se conectan los puntos medios con una línea recta que se llama curva de fluidez. El contenido de humedad indicado por la intersección de esta línea a 25 golpes es el límite líquido del suelo.

2. Límite Plástico.

Es el contenido de humedad, expresado en porciento con respecto al peso seco de la muestra secada al horno, para el cual los suelos cohesivos pasan de un estado semisólido a un estado plástico. El límite plástico se determina con el material sobrante del límite líquido y al cual se le evapora humedad por mezclado hasta obtener una mezcla plástica que sea moldeable. Se forma una pequeña bola que deberá rodillarse enseguida aplicando la suficiente presión a efecto de formar filamentos. Cuando el diámetro del filamento resultante sea de 3.17 mm (1/8”) sin romperse, se debe de continuar hasta que cuando al rodillar la bola de suelo se rompa el filamento al diámetro de 1/8” se toman los pedacitos, se pesan, se secan al horno en un vidrio, vuelven a pesarse ya secos y se determina la humedad correspondiente al límite plástico.

L.P.= Ph - Ps X 100

Ps

L.P. = Humedad correspondiente al límite plástico en % Ph

= Peso de los filamentos húmedos en gramos

Ps

= Peso de los filamentos secos en gramos.

b). Prueba Proctor.

La prueba Proctor se refiere a la determinación del peso por unidad de volumen de un suelo que ha sido compactado por el procedimiento definido para diferentes contenidos de humedad. Su objetivo es:

Determinar el peso volumétrico seco máximo γmáx que puede alcanzar un material, así como la humedad optima wo que deberá hacerse la compactación. Determinar el grado de compactación alcanzado por el material durante la construcción o cuando ya se encuentran construidos los caminos, relacionando el peso volumétrico obtenido en el lugar con el peso volumétrico máximo Proctor. La prueba Proctor está limitada a los suelos que pasen totalmente la malla No 4, o que cuando mucho tengan un retenido de 10 % en esta malla, pero que pase dicho retenido totalmente por la malla 3/8”. Cuando el material tenga retenido en la malla 3/8” debe determinarse la humedad óptima y el peso volumétrico seco máximo con la prueba de Porter estándar. También debe efectuarse la prueba Porter estándar en arenas de río, arenas de minas, arenas producto de trituración, tezontles arenosos y en general en todos aquellos materiales que carezcan de cementación.

Procedimiento: Se obtienen 3 kg de material previamente secado al sol. Se tamiza por la malla No 10, y los grumos que se hayan retenido se disgregan perfectamente y se vuelve a tamizar por la misma malla, continuándose este proceso hasta que las partículas que se retengan en la malla no se puedan disgregar. Terminada esta operación se mezcla perfectamente todo el material y se adiciona el material y se adiciona la cantidad de agua necesaria para iniciar la prueba. La cantidad de agua que se adiciona deberá ser la necesaria para que una vez repartida uniformemente presente el material una consistencia tal que al ser comprimido en la palma de la mano no deje partículas adheridas a ella ni la humedezca, y que a la vez el material comprimido pueda tomarse con dos dedos sin que se desmorone.

El material que contiene ya la humedad necesaria para iniciar la prueba se tamiza por la malla No 4, se mezcla para homogeneizarlo y se compacta en el molde cilíndrico en tres capas aproximadamente iguales.

El pisón metálico de 2.5 kg se deja caer desde una altura de 30 cm. Deberán de darse 30 golpes repartidos uniformemente para apisonar cada capa. Una vez apisonada la última capa se remueve la extensión y se elimina el excedente de material del molde cilíndrico y se pesa éste con todo y su contenido. A continuación se extrae la muestra compactada del cilindro y se pone a secar una pequeña cantidad del corazón de la muestra para determinar su humedad.

La muestra que ha sido removida del molde cilíndrico se desmenuza hasta que pasa la malla No 4, se añaden 60 cc (2% en peso de agua) y se repite el procedimiento descrito. Esta serie de determinaciones continúan hasta que la muestra esté muy húmeda y se presente una disminución apreciable en el peso del suelo compactado.

El peso volumétrico húmedo para cada contenido de humedad se calcula con la siguiente fórmula:

γ h = Ph Vt

γ h = Peso volumétrico húmedo en g/cm3 Ph = Peso del material húmedo compactado en el molde, en gramos. Vt = Volumen del molde en cm3

El contenido de humedad se calcula con la siguiente fórmula

w = Ph –Ps

X

100

Ps

El peso volumétrico seco para cada peso volumétrico húmedo y su correspondiente humedad se calculan por la siguiente fórmula:

γ s=

γh

1+ w 100

w = Contenido de la humedad en porcentaje Pw = Peso de la muestra húmeda, en gramos Ps = Peso de la muestra seca, en gramos γs = Peso volumétrico seco, en g/cm3 γh = Peso volumétrico húmedo, en g/cm3

Los peso volumétrico secos y las humedades correspondientes se utilizan para trazar la curva peso volumétrico seco - humedad, marcando en el eje de las abscisas los contenidos de humedad. La humedad que genera mayor peso volumétrico es la que permite la mayor compactación del material y se le conoce como humedad óptima de compactación.

En la misma gráfica se dibuja la curva de saturación teórica. Esta curva representa la humedad para cualquier peso volumétrico, que sería necesaria para que todos los vacíos que dejan entre sí las partículas sólidas estuvieran llenos de agua.

Prueba Proctor 2050

Curva de saturación Teórica

kg/m3

2000 1950 1900 1850 1800 1750 0

2

4

6

8

10

12

14

16

w%

El peso volumétrico seco correspondiente a la curva de saturación teórica para la humedad dada se calcula con la fórmula:

γscs =

100 D a

X 100 (kg / m3)

100 + wDr

γscs = Peso volumétrico seco de la curva de saturación (kg / m3) Da = Densidad absoluta del material que pasa la malla No 400 en g/cm3 Dr = Densidad relativa del material que pasa por la malla No 40

La curva de saturación teórica tiene por objeto comprobar si la prueba Proctor fue correctamente efectuada, ya que la curva de saturación y la curva Proctor nunca deben cortarse dado que es imposible en la práctica llenar totalmente con agua los huecos que dejan las partículas del suelo compactado.

La curva de saturación teórica sirve para determinar si un suelo, en el estado en que se encuentra en el lugar, es susceptible de adquirir mayor humedad o mayor peso volumétrico fácilmente.

Así, una vez hecha la determinación del peso volumétrico y humedad en el lugar se calcula el porciento de huecos llenos de aire con la siguiente fórmula:

Va = γscs - γs

X 100

γs

Va = Volumen de huecos llenos de aire % γscs = Peso volumétrico seco de suelo compactado correspondiente a la humedad w γs = peso volumétrico de la curva de saturación teórica correspondiente a la humedad w

Si este valor es mayor de 6.5%, el suelo se encuentra en condiciones de adquirir un peso volumétrico mayor con la humedad que contiene, o bien, sin variar su peso volumétrico seco, incrementar su humedad.

c). Prueba Porter Estándar.

Esta prueba tiene como finalidad determinar el peso volumétrico seco máximo de compactación Porter y la humedad óptima en los suelos con material mayor de 3/8” y los cuales no se les puede hacer la prueba Proctor. Esta prueba sirve también para determinar la calidad de los suelos en cuanto a valor de soporte se refiere, midiendo la resistencia a la penetración del suelo compactado y sujeto a un determinado periodo de saturación.

Esta prueba se lleva a cabo de la siguiente forma:

La humedad óptima de Porter es la humedad mínima requerida por el suelo para alcanzar su peso volumétrico seco máximo cuando es compactado con una carga unitaria de 140.6 kg/cm2. Para obtener la humedad óptima y el peso volumétrico seco máximo se obtiene una muestra de 4 kg de material secado, disgregado y cuarteado. Cuando se ha logrado la disgregación de los grumos se tamiza la muestra por la malla ¾”. Se le incorpora cierta cantidad de agua, cuyo volumen se anota, y una vez lograda la distribución homogénea de la humedad se coloca en tres capas dentro del molde de prueba, y cada una de ellas se les da 25 golpes con la varilla metálica. Al terminar la colocación de la última capa se compacta el material aplicando cargas uniformes y lentamente procurando alcanzar la presión de 140.6 kg/cm2 en un tiempo de 5 minutos, la que debe mantenerse durante 1 minuto, e inmediatamente hacer la descarga en otro minuto.

Si al llegar a la carga máxima no se humedece la base del molde, la humedad de la muestra es inferior a la óptima. A otra porción de 4 kg de material se le adiciona una cantidad de agua igual a la anterior más 80 cc y se repite el proceso. Si al aplicar la

carga máxima se observa que se humedece la base del molde, el material muestra una humedad ligeramente mayor que la óptima de Porter. Para fines prácticos es conveniente considerar que el espécimen se encuentra con su humedad óptima cuando se inicia el humedecimiento de la base del molde, siendo esta la más adecuada para su compactación.

Se determina la altura del espécimen restando la altura entre la cara superior de éste y el borde del molde de la altura total del molde, y con este dato se calcula el volumen del espécimen. Se pesa el espécimen con el molde de compactación, se le resta el peso del molde y se calcula el peso volumétrico.

γh = Ph Vt

γh = Peso volumétrico húmedo, en g/cm3 o kg/m3 Ph = Peso del material húmedo compactado dentro del cilindro Porter, en gr o Kg Vt = Volumen del espécimen en cm3 o m3

Se extrae el material del molde y se pone a secar a una temperatura constante de 100 a 110 °C hasta peso constante. Se deja enfriar el material y se pesa y se calcula la humedad y el peso volumétrico seco máximo.

w = Ph –Ps Ps

X

100

γ s=

γh

1+ w 100

d). Valor Relativo de Soporte

Es un índice de resistencia al esfuerzo cortante en condiciones determinadas de compactación y humedad, y se expresa como el tanto porciento de la carga necesaria para introducir un pistón de sección circular en una muestra de suelo, respecto a la profundidad de penetración del pistón en una piedra tipo triturada. Por lo tanto, si P2 es la carga en kg necesaria para hacer penetrar el pistón en el suelo en estudio, y Px=1360 kg, la precisa para penetrar la misma cantidad en la muestra tipo de piedra triturada, el valor Relativo de Soporte del suelo es de

VRS = (P2/1360) * 100

e). Módulo de Reacción (k)

Es una característica de resistencia que se considera constante, lo que implica elasticidad del suelo. Su valor numérico depende de la textura, compacidad, humedad y otros factores que afectan la resistencia del suelo. La determinación de k se hace

mediante una placa circular de 30” de diámetro bajo una presión tal que produzca una deformación del suelo de 0.127 cm (0.05”). En general se puede decir que el módulo de reacción k es igual al coeficiente del esfuerzo aplicado por la placa entre la deformación correspondiente

producida

por

este

esfuerzo.

Mas adelante se hace referencia a esta propiedad tan importante para el diseño de pavimentos.

NOMBRES TÍPICOS

GW

Gravas bien graduadas, mezclas de grava y arena con poco ó nada de finos

GP

Gravas mal graduadas, mezclas de grava y arena con poco ó nada de finos

P GM

d u

Gravas limosas, mezclas de grava, arena y limo.

GC

Gravas arcillosas, mezclas de grava, arena y arcilla.

SW

Arenas bien graduadas, arenas con gravas con poco ó nada de finos

SP

Arenas mal graduadas, arenas con gravas con poco ó nada de finos

d s SM u

Arenas limosas, mezclas de arenas y limo.

SC

Arenas arcillosas, mezclas arenas y arcilla.

ML

Limos inorgánicos, polvo de roca, limos arenosos ó arcillosos ligeramente plásticos

CL

Arcillas inorgánicas de baja a media plasticidad, arcillas con grava, arcillas arenosas, arcillas limosas, arcillas pobres

OL

Limos inorgánicos y arcillas limosas orgánicas de baja plasticidad

MH

Limos inorgánicos, limos micaceos ó diatomaceos, limos elásticos

CH

Arcillas inorgánicas de alta plasticidad, arcillas francas.

OH

Arcillas orgánicas ó alta plasticidad, limos orgánicos de media plasticidad

CRITERIO DE CLASIFICACIÓN EN EL LABORATORIO Coeficiente de uniformidad Cu: mayor de 4. Coeficiente de curvatura Cc: entre 1 y 3. Cu= (D60/D10) Cc = [ (D30)2 / (D10 x D60) ] NO SATISFACEN TODOS LOS REQUISITOS DE GRADUACIÓN PARA GW Límites de Atterberg abajo de la "línea A" ó I.P. menor que 4 Límites de Atterberg arriba de la "línea A" ó I.P. mayor que 7

Arriba de la "línea A" y con I.P. entre 4 y 7 son casos de frontera que requieren el uso de símbolos dobles.

Cu = ( D60 / D10 ) mayor que 6 Cc = [ (D30)2 / (D10 x D60) ] entre 1 y 3 No satisfacen todos los requisitos de graduación para SW

Límites de Atterberg abajo de la "línea A" ó I.P. menor que 4 Límites de Atterberg arriba de la "línea A" ó I.P. mayor que 7

Arriba de la "línea A" y con I.P. entre 4 y 7 son casos de frontera que requieren el uso de símbolos dobles.

EQUIVALENCIA DE SÍMBOLOS G = Gravas, M = Limo, O = Suelos orgánicos; W = Bien graduados. S = Arenas; C = Arcilla; P.I. = Turbo; P = Mal graduados; L = Baja compresibilidad; H = Alta compresibilidad. CARTA DE PLASTICIDAD Para la Clasificación de Suelos en Partículas Finas en el Lab. 60 50 ÍNDICE PLÁSTICO

Símbolo

DETERMÍNESE LOS PORCENTAJES DE GRAVA Y ARENA DE LA CURVA GRANULOMÉTRICA, DEPENDIENDO DEL PORCENTAJE DE FINOS (Fracción que pasa por la malla No. 200) LOS SUELOS GRUESOS SE CLASIFICAN COMO SIGUE: Menos del 5%: GW, GO, SW, SP, Más de 12%: Casos de frontera que requieren el uso de símbolos dobles.**

GRAVAS CON ARENAS CON ARENAS GRAVAS FINOS (cantidad LIMPIAS (Poco FINOS (cantidad LIMPIAS (Poco apreciable de apreciable de ó nada de ó nada de partículas finas) partículas finas) partículas finas) partículas finas)

PARA CLASIFICACIÓN VISUAL PUEDE USARSE 1/2 CM COMO EQUIVALENTE A LA ABERTURA DE LA MALLA No. 4)

LIMOS Y ARCILLAS Límite-líquido menor de 50 LIMOS Y ARCILLAS Límite-líquido mayor de 50

GRAVAS Más de la mitad de la fracción gruesa es retenida por la malla No. 4 ARENAS Más de la mitad de la fracción gruesa pasa por la malla No. 4

Las partículas de 0.074 mm de diámetro (la malla No. 200) son aproximadamente, las más pequeñas a simple vista)

SUELO DE PARTÍCULAS FINAS Más de la mitas del material pasa por la malla número 200 ~

SUELO DE PARTÍCULAS GRUESAS Más de la mitad del material es retenido en la malla número 200~

DIVISIÓN MAYOR

LÍNEA “A”

40 CH

30 20

CL

10 0

I.P. = 0.73 (L.L. – 20)

OH ó MH

CL ML ML ML ó OL

0

20

40

60

80

100

SUELOS ALTAMENTE LÍMITE LIQUIDO Turbas y otros suelos altamente PI orgánicos ORGÁNICOS ** Clasificación de frontera -Los suelos que poseen las características de dos grupos se designan con la combinación de los dos simbolos. Por ejemplo GW-GC, mezcla de arena y grava bien graduadas con cementante arcilloso. ~ Todos los tamaños de las mallas en esta carta son los U.S. Standard * La subdivisión de los grupos GM y SM en subdivisiones d. y u. Son para caminos y aeropuertos únicamente, la subdivisión esta basada en los límites de Atterberg. El sufijo d se usa cuando L.L. es de 28 ó menos y el I.P. es de 6 ó menos. El sufijo u es usado cuando el L.L. es mayor que 28

FIGURA 2.2-1 Sistema unificado de clasificación de suelos (SUCS), inluyendo su identificación y descripción.

2.3 TRÁFICO. En esta sección mencionaremos algunos aspectos referentes al tráfico y a la ingeniería de tránsito que debemos tomar en cuenta en el proyecto de una vialidad. No se trata de realizar una presentación exhaustiva del transporte, pero sí conceptuar de una manera muy general y clara sobre algunos de los aspectos de su estructura básica, sus sistemas y sus modos, de manera que el diseñador conozca los fundamentos de la ingeniería de tránsito y que cuando sea necesario profundizar en estos temas para completar el diseño de una vialidad, ya se tengan las bases y sea más fácil las consultas en publicaciones especializadas en el tema.

a). Ingeniería de Tránsito El Instituto de Ingenieros del Transporte (ITE) define a la Ingeniería del Transporte y la Ingeniería de Tránsito de la siguiente manera: Ingeniería de Transporte: Es la aplicación de los principios tecnológicos y científicos a la planeación, al proyecto funcional, a la operación y a la administración de las diversas partes de cualquier modo de transporte, con el fin de proveer la movilización de personas y mercancías de una manera segura, rápida, confortable, conveniente, económica y compatible con el medio ambiente. Ingeniería de Tránsito: Es aquella fase de la ingeniería de transporte que tiene que ver con la planeación, el proyecto geométrico y la operación del tránsito por calles y carreteras, sus redes, terminales, tierras adyacentes y su relación con otros modos de transporte. Es decir que la Ingeniería de Tránsito es un subconjunto de la Ingeniería de Transporte, y a su vez el Proyecto Geométrico es una etapa de la Ingeniería de Tránsito. El Proyecto Geométrico de calles y carreteras, es el proceso de correlación entre sus elementos físicos y las características de operación de los vehículos, mediante el uso de las matemáticas, la física y la geometría. En este sentido, vialidad queda definida geométricamente por el proyecto de su eje en planta (alineamiento horizontal) y en perfil (alineamiento vertical), y por el proyecto de su sección transversal.

b). Volumen de Tránsito Al proyectar una calle ó carretera, la selección del tipo de vialidad, las intersecciones, los accesos y los servicios, dependen fundamentalmente del volumen de tránsito o demanda que circulará durante un intervalo de tiempo dado, de su variación, de su tasa de crecimiento y de su composición. Los errores que se cometan en la determinación de estos datos, ocasionará que la carretera o calle funcione durante el periodo de proyecto, bien con volúmenes de

tránsito muy inferiores a aquellos para los que se proyectó, ó mal con problemas de congestionamiento por volúmenes de tránsito altos muy superiores a los proyectados. Los estudios sobre volúmenes de tránsito son realizados con el propósito de obtener información relacionada con el movimiento de vehículos sobre puntos ó secciones específicas dentro de un sistema vial. Estos datos de volúmenes de tránsito son expresados con respecto al tiempo, y de su conocimiento se hace posible el desarrollo de estimaciones razonables de la calidad de servicio prestado a los usuarios. Se define como volumen de tránsito al número de vehículos que pasan por un punto ó sección transversal dados, de un carril ó de una calzada, durante un periodo determinado y se expresa como: N Q= T Donde: Q = Vehículos que pasan por unidad de tiempo (Vehículos / periodo). N = Número total de vehículos que pasan (vehículos) T = Período determinado (unidades de tiempo) 1 VOLÚMENES DE TRÁNSITO ABSOLUTOS Ó TOTALES. Es el número total de vehículos que pasan durante el lapso de tiempo determinado, dependiendo de la duración del lapso de tiempo determinado, se tienen los siguientes volúmenes de tránsito totales ó absolutos: - Tránsito anual (TA). Es el número total de vehículos que pasan durante un año, en este caso T = 1 año. - Tránsito mensual (TM). Es el número total de vehículos que pasan durante un mes, en este caso T = 1 mes. - Tránsito semanal (TS). Es el número total de vehículos que pasan durante una semana, en este caso T = 1 semana. - Tránsito diario (TD). Es el número total de vehículos que pasan durante un día, en este caso T = 1 día. - Tránsito horario (TH). Es el número total de vehículos que pasan durante una hora, en este caso T = 1 hora. - Tasa de flujo ó flujo (q). Es el número total de vehículos que pasan durante un período inferior a una hora, en esta caso T < 1 hora.

2 VOLÚMENES DE TRÁNSITO PROMEDIO DIARIOS. Se define el volumen de tránsito promedio diario (TPD), como el número total de vehículos que pasan durante un periodo dado (en días completos) igual ó menor a un año y mayor que un día, dividido entre el número de días del periodo. De acuerdo al número de días de este período, se presentan los siguientes volúmenes de tránsito promedio diarios, dados en vehículos por día: - Tránsito promedio diario anual (TPDA) TA TPDA = 365 - Tránsito promedio diario mensual (TPDM) TPDM =

TM 30

- Tránsito promedio diario semanal (TPDS) TPDM =

TS 7

3 CARACTERISTICAS DE LOS VOLUMENES DE TRÁNSITO. Los volúmenes de tránsito siempre deben ser considerados como dinámicos, por lo que solamente son precisos para el periodo de duración de los aforos. Sin embargo, debido a que sus variaciones son generalmente rítmicas y repetitivas, es importante tener un conocimiento de sus características, para así programar aforos, relacionar volúmenes en un tiempo y lugar con volúmenes de otro tiempo y lugar, y prever con la debida anticipación la actuación de las fuerzas dedicadas al control del tránsito y labor preventiva, así como las de conservación. Por lo tanto, es fundamental, en la planeación y operación de la circulación vehicular, conocer las variaciones periódicas de los volúmenes de tránsito dentro de las horas de máxima demanda, en las horas de día, en los días de la semana y en los meses del año. Aún más, también es importante conocer las variaciones de los volúmenes de tránsito en función de su distribución por carriles, su distribución direccional y su composición. Distribución y composición del volumen de tránsito. La distribución de los volúmenes de tránsito por carriles debe ser considerada, tanto en el proyecto como en la operación de calles y carreteras. Tratándose de tres o más carriles de operación en un sentido, el flujo se asemeja a una corriente hidráulica. Así, al medir los volúmenes de tránsito por carril, en zona urbana, la mayor velocidad y

capacidad, generalmente se logran en el carril del medio; las fricciones laterales, como paradas de autobuses y taxis y las vueltas izquierdas y derechas causan un flujo más lento en los carriles extremos, llevando el menor volumen el carril cercano a la acera. En carretera, a volúmenes bajos y medios suele ocurrir lo contrario, por lo que se reserva el carril cerca de la faja separadora central para vehículos más rápidos y para rebases, y se presentan mayores volúmenes en el carril inmediato al acotamiento. En autopistas de tres carriles con altos volúmenes de tránsito, rurales o urbanas, por lo general hay mayores volúmenes en el carril inmediato a la faja separadora central. En cuanto a la distribución direccional, en las calles que comunican el centro de la ciudad con la periferia de la misma, el fenómeno común que se presenta en el flujo de tránsito es de volúmenes máximos hacia el centro en la mañana y hacia la periferia en las tardes y noches. Es una situación semejante al flujo y reflujo que se presenta los fines de semana cuando los vacacionistas salen de la ciudad el viernes y sábado y regresan el domingo en la tarde. Este fenómeno se presenta especialmente en arterias del tipo radial. En cambio, ciertas arterias urbanas que comunican centros de gravedad importantes, no registran variaciones direccionales muy marcadas en los volúmenes de tránsito. Un ejemplo de éstos puede citarse en el caso del Anillo Periférico de la Ciudad de México, en su tramo entre el Viaducto y Naucalpan, donde la distribución direccional es bastante equilibrada, tanto en las horas de máxima demanda de la mañana, como en las de la tarde, es decir, no hay mucha diferencia entre los volúmenes en uno u otro sentido. En los estudios de volúmenes de tránsito es muy útil conocer la composición y variación de los distintos tipos de vehículos. La composición vehicular se mide en términos de porcentajes sobre el volumen total. Por ejemplo, porcentaje de automóviles, de autobuses y de camiones. En los países más adelantados, con un mayor grado de motorización, los porcentajes de autobuses y camiones en los volúmenes de tránsito son bajos. En cambio, en países con menor grado de desarrollo, el porcentaje de estos vehículos grandes y lentos es mayor. En nuestro medio, como es el caso de México, a nivel rural, es muy común encontrar porcentajes típicos o medios del orden de 60% automóviles, 10% autobuses y 30% camiones, con variaciones de ± 10%, dependiendo del tipo de carretera, la hora del día y el día de la semana. Variación diaria del volumen de tránsito. Se han estudiado cuáles son los días de la semana que llevan los volúmenes normales de tránsito. Así, para carreteras principales de lunes a viernes los volúmenes son muy estables los máximos, generalmente se registran durante el fin de semana, ya sea el sábado o el domingo, debido a que durante estos días por estas carreteras circula una alta demanda de usuarios de tipo turístico y recreacional. En carreteras secundarias de tipo agrícola, los máximos volúmenes se presentan entre semana. En las calles de la ciudad, la variación de los volúmenes de tránsito diario no es muy pronunciada entre semana, esto es que están más o menos distribuidos en los días laborales, sin embargo, los más altos volúmenes ocurren el viernes. También vale

la pena mencionar, con referencia a la variación diaria de los volúmenes de tránsito tanto a nivel urbano como rural, que se presentan máximos en aquellos días de eventos especiales como Semana Santa, Navidad, fin de año, competencias deportivas nacionales e internacionales, etc. Variación mensual del volumen de tránsito. Hay meses que las calles y carreteras llevan mayores volúmenes que, presentando variaciones notables. Los más altos volúmenes de tránsito se registran en Semana Santa, en las vacaciones escolares y a fin de año por las fiestas y vacaciones navideñas del mes de diciembre. Por razón los volúmenes de tránsito promedio diarios que caracterizan cada mes son diferentes, dependiendo también, en cierta manera, de la categoría y del tipo de servicio que presten las calles y carreteras. Sin embargo, el patrón de variación de cualquier vialidad no cambia grandemente de año a año, a menos que ocurran cambios importantes en suelo, en los usos de la tierra, o se construyan nuevas calles o carreteras que funcionen como alternas. 4 VOLÚMENES A FUTURO. Relación entre los volúmenes de tránsito promedio diario, anual y semanal. El comportamiento de cualquier fenómeno ó suceso estará naturalmente mucho mejor caracterizado cuando se analiza todo su universo. En este caso, el tamaño de su población está limitada en el espacio y en el tiempo por las variables asociadas al mismo. Con respecto a volúmenes de tránsito, para obtener el tránsito promedio diario anual, TPDA, es necesario disponer del número total de vehículos que pasan durante el año por el punto de referencia, mediante aforos continuos a lo largo de todo el año, ya sea en periodos horarios, diarios, semanales ó mensuales. Muchas veces esta información anual es díficil de obtener, al menos en todas las vialidades por los costos que ello implica, sin embargo se pueden obtener datos en las casetas de cobro para las carreteras de cuota y mediante contadores automáticos instalados en estaciones maestras de la gran mayoría de las carreteras de la red vial primaria de la nación. En estos casos, muestras de los datos sujetas a las mismas técnicas de análisis permiten generalizar el comportamiento de la población. No obstante, antes de que los resultados se puedan generalizar, se debe analizar la variabilidad de la muestra para así estar seguros, con cierto nivel de confiabilidad, que ésta se puede aplicar a otro número de casos no incluidos, y que forman parte de las características de la población. Por lo anterior, en el análisis de volúmenes de tránsito, la media poblacional o tránsito promedio diario anual, TPDA, se estima con base en la media muestral ó tránsito promedio diario semanal, TPDS, según la siguiente expresión: TPDA = TPDS ± A Donde: A = Máxima diferencia entre el TPDA y el TPDS

El valor de A, sumado ó restado del TPDS, define el intervalo de confianza dentro del cuál se encuentra el TPDA. Para un determinado nivel de confianza, el valor de A es: A=KE Donde: K = Número de desviaciones estándar correspondiente al nivel de confiabilidad deseado. E = error estándar de la media Estadísticamente se ha demostrado que las medias de diferentes muestras, tomadas de la misma población, se distribuyen normalmente alrededor de la media poblacional con una desviación estándar equivalente al error estándar. Por lo tanto también se puede expresar que: E = σ’ Donde: σ’ = estimador de la desviación estándar poblacional (σ)

σ’ =

S

(N – n) ½

(n)

½

(N – 1)

Donde: S = Desviación estándar de la distribución de los volúmenes de tránsito ó desviación estándar muestral. n = Tamaño de la muestra en número de días del aforo. N = Tamaño de la población en número de días del año. La desviación estándar muestral, S, se calcula como: n

S=

Σ

i=1

½ ( Tdi – TPDS) 2 n-1

Donde: TDi = Volumen de tránsito del día i. Finalmente la relación entre los volúmenes de tránsito promedio diario anual y semanal es: TPDA = TPDS ± A

TPDA = TPDS ± K E TPDA = TPDS ± K σ’ Pronóstico del volumen de tránsito futuro. El Pronóstico del volumen de tránsito futuro, por ejemplo el TPDA del año de proyecto, en el mejoramiento de una carretera existente o en la construcción de una nueva carretera, deberá basarse no solamente en los volúmenes normales actuales, sino también en los incrementos del tránsito que se espera utilicen la nueva carretera. Tránsito actual. El tránsito actual (TA) es el volumen de tránsito que usará la carretera mejorada o la nueva carretera en el momento de quedar completamente en servicio. En el mejoramiento de una carretera existente, el tránsito actual se compone del tránsito existente (TE) antes de la mejora, más el tránsito atraído (TAt) a ella de otras carreteras una vez finalizada su reconstrucción total. En el caso de la apertura de una nueva carretera, el tránsito actual se compone completamente de tránsito atraído. El tránsito actual (TA) se puede establecer a partir de aforos vehiculares sobre las vialidades de la región que influyan en la nueva carretera, estudios de origen y destino, ó utilizando parámetros socioeconómicos que se identifiquen plenamente con la economía de la zona. En áreas rurales cuando no se dispone de estudios de origen y destino ni datos de tipo económico, para estudios preliminares es suficiente la utilización de las series históricas de los aforos vehiculares en términos de los volúmenes de tránsito promedio diario anual (TPDA) representativos de cada año. De esta manera, el tránsito actual (TA) se expresa como: TA = TE + TAt Para la estimación del tránsito atraído (TAt) se debe tener un conocimiento completo de las condiciones locales, de los orígenes y destinos vehiculares y del grado de atracción de todas las vialidades comprendidas. A su vez, la cantidad de tránsito atraído depende de la capacidad y de los volúmenes de las carreteras existentes, así por ejemplo, si están saturadas ó congestionadas, la atracción será mucho más grande. Los usuarios, componentes del tránsito atraído a una nueva carretera, no cambian ni su origen, ni su destino, ni su modo de viaje, pero la eligen motivados por una mejora en los tiempos de recorrido, en la distancia, en las características geométricas, en la comodidad y en la seguridad. Como no se cambia su modo de viaje, a este volumen de tránsito también se le denomina tránsito desviado. Incremento del tránsito. El incremento del tránsito (IT) es el volumen de tránsito que se espera use la nueva carretera en el año futuro seleccionado como de proyecto. Este incremento se compone del crecimiento normal del tránsito (CNT) del tránsito generado (TG) y del tránsito desarrollado (TD).

El crecimiento normal del tránsito (CNT) es el incremento del volumen de tránsito debido al aumento normal en el uso de los vehículos. El deseo de las personas por movilizarse, la flexibilidad ofrecida por el vehículo y la producción industrial de más vehículos cada día, hacen que esta componente del tránsito siga aumentando. Sin embargo, deberá tenerse gran cuidado en la utilización de los indicadores del crecimiento del parque vehicular nacional para propósitos de proyecto, ya que no necesariamente reflejan las tasas de crecimiento en el área local bajo estudio, aunque se ha comprobado que existe cierta correlación entre el crecimiento del parque vehicular y el crecimiento del TPDA. El tránsito generado (TG) consta de aquellos viajes vehiculares, distintos a los del transporte público, que no se realizarían si no se construye la nueva carretera. El tránsito generado se compone de tres categorías: el tránsito inducido, o nuevos viajes no realizados previamente por ningún modo de transporte; el tránsito convertido, o nuevos viajes que previamente se hacían masivamente en taxi, autobús, tren, avión o barco, y que por razón de la nueva carretera se harían en vehículos particulares; y el tránsito trasladado, consistente en viajes previamente hechos a destinos completamente diferentes, atribuibles a la atracción de la nueva carretera y no al cambio en el uso del suelo. Al tránsito generado se le asignan tasas de incremento entre el 5 y el 25 % del tránsito actual, con un periodo de generación de uno ó dos años después de que la carretera ha sido abierta al servicio. El tránsito desarrollado (TD) es el incremento del volumen de tránsito debido a las mejoras en el suelo adyacente a la carretera. A diferencia del tránsito generado, el tránsito desarrollado continua actuando por mucho años después que la nueva carretera ha sido puesta al servicio. El incremento del tránsito debido al desarrollo normal del suelo adyacente forma parte del crecimiento normal del tránsito, por lo tanto, éste no se considera como una parte del tránsito desarrollado. Pero la experiencia indica que en carreteras construidas con altas especificaciones, el suelo lateral tiende a desarrollarse más rápidamente de lo normal, generando valores del orden del 5 % del tránsito actual. El incremento del tránsito (IT) se expresa así: IT = CNT + TG + TD Tránsito a futuro. Los volúmenes de tránsito futuro (TF), para efectos de proyecto se derivan a partir del tránsito actual (TA) y del incremento del tránsito (IT), esperado al final del periodo ó año meta seleccionado. De acuerdo a esto, se puede plantear la siguiente expresión: TF = TA + IT Sustituyendo en la ecuación del tránsito futuro (TF), encontramos que: TF = TA + IT TF = (TE + TAt) + (CNT + TG + TD)

TG

IT

AÑOS

AÑO FUTURO

Figura 2.3-1 Componentes del volumen de tránsito futuro.

TA

Tránsito Actual (TA) = Existente (TE) + Atraído (TAt)

TE + TAt

TF

Crecimiento Normal del Tránsito (CNT)

CNT

Tránsito Generado (TG)

AÑO PRESENTE

VOLUMEN DE TRÁNSITO

Tránsito Desarrollado (TD)

TD

En la figura 2.3-1 se presenta de manera gráfica los componentes del volumen de tránsito futuro.

2.4 METODO DE DISEÑO AASHTO “El método de diseño AASHTO es uno de métodos más utilizados a nivel internacional para el diseño de pavimentos de concreto hidráulico.” a).- ANTECEDENTES – PRUEBA AASHO La prueba de pavimentación que en su momento se conoció como AASHO, por sus siglas en inglés y debido a que en aquel entonces no estaba integrado el departamento del transporte de EU a esta organización. Fue concebida y promovida gracias a la organización que ahora conocemos como AASHTO (“American Association of State Highway and Transportation Officials”) para estudiar el comportamiento de estructuras de pavimento de espesores conocidos, bajo cargas móviles de magnitudes y frecuencias conocidas y bajo el efecto del medio ambiente. Fue formulada por el consejo de investigación de carreteras de la academia nacional de ciencias – consejo nacional para la investigación, la planeación empezó en 1951, la construcción del proyecto comenzó en 1956 muy cerca de Ottawa, Illinois. EL tráfico controlado de la prueba se aplicó de octubre de 1958 a noviembre de 1960, o sea, durante más de dos años. El objetivo principal de las pruebas consistía en determinar relaciones significativas entre el comportamiento de varias secciones de pavimento y las cargas aplicadas sobre ellas, o bien para determinar las relaciones significativas entre un número de repeticiones de ejes con cargas, de diferente magnitud y disposición, y el comportamiento de diferente espesores de pavimentos, conformados con bases y sub-bases, colocados en suelos de características conocidas. El sitio cerca de Ottawa, seleccionado para la prueba, tiene condiciones climáticas y de suelo típicas de algunas áreas de Estados Unidos y Canadá. Esto hace que la aplicabilidad del método deba utilizarse con criterio para otras partes del mundo. Los pavimentos se construyeron en circuitos a lo largo de una sección de 8 millas de una futura autopista interestatal. Se realizaron 6 circuitos de prueba, todos eran tramos de dos carriles y tenían la mitad del tramo en pavimento de concreto y la otra en pavimento flexible. El Circuito 1 se dejo sin cargas para evaluar el impacto del Medio Ambiente en los pavimentos. El Circuito 2 se utilizó con aplicaciones de cargas de camiones ligero. En los Circuitos de 3 al 6 se realizaron aplicaciones de carga con camiones pesados. Los circuitos 5 y 6 tuvieron idénticas configuraciones y combinaciones de carga. Cada circuito consistía de dos largas carreteras paralelas conectadas en los extremos por retornos, las secciones de prueba de los pavimentos estaban localizadas en las rectas o tangentes de cada circuito.

2.4 METODO DE DISEÑO AASHTO PAVIMENTOS DE CONCRETO CEMEX

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Geometría de los Circuitos Circuito 1

Circuito 2

Asfalto Circuitos 3 a 6 Concreto

La sección estructural de prueba tenía una longitud de 30 m en pavimentos flexibles, 36 m en pavimentos de concreto simple y 80 m en pavimentos continuamente reforzados. Las secciones de prueba tanto de flexible como de pavimento rígido fueron construidas sobre idénticos terraplenes. También se examinaron bajo las mismas condiciones climáticas, por el mismo número de cargas aplicadas, el mismo tráfico y velocidades de operación. En total se examinaron 368 secciones de pavimento rígido y 468 secciones de pavimento flexible. El tráfico que se utilizó en la prueba, estaba perfectamente controlado, se iniciaron las repeticiones de carga en noviembre de 1958, de la siguiente manera: En los circuitos de camiones pesados, Circuitos 3-6: - inicialmente 6 vehículos por carril - posteriormente se aumento a 10 vehículos por carril (en enero 1960) El tiempo de Operación de los vehículos fue de: - 18 horas 40 minutos - 6 días de la semana En Total se aplicaron: - 1,114,000 Repeticiones de Carga Normal - Corresponiendo aproximandamente a 6.2 millones de ESAL´s


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b).- CONCLUSIONES OBTENIDAS DE LA PRUEBA Los principales experimentos sobre pavimentos fueron diseñados de modo que los resultados de las pruebas fueran estadísticamente significativas. Las secciones de prueba de los pavimentos de varios espesores fueron sometidas a tráfico controlado. Las secciones examinadas representaban todas las combinaciones de los factores de diseño para concreto y asfalto. Cada circuito de tráfico contenia algunas secciones que no formaban parte de los principales experimentos sobre pavimentos. Estas secciones se incluyeron para estudios especiales tales como los efectos de acotamientos pavimentados y bases estabilizadas en el comportamiento del pavimento. Dos de las técnicas aleatorias y de réplica estadísticas que se emplearon al diseñar los experimentos principales fueron la aplicación aleatoria que garantizó que un diseño dado tuviera la misma oportunidad de estar localizado en un lugar en un tramo recto de prueba, que una sección de cualquiera de los diseños. Las posiciones de los cuatro circuitos de prueba más importantes se localizaron al azar. La réplica garantizó que varios de los diseños aparecieran en dos secciones en el mismo para verificar la Confiabilidad. Las mediciones del comportamiento de un pavimento en términos de su capacidad para soportar el tráfico con seguridad y comodidad en la esencia del concepto de capacidad de servicio. Su desarrollo para convertirlo en un procedimiento trabajable por parte del personal de la Prueba de Carreteras constituyó una aportación muy importante a la ingeniería de carreteras. El nivel requerido de servicio de un pavimento depende de la función que requiera dársele al pavimento. Los factores que tuvieron mayor peso en la determinación de la capacidad de servicio fueron: - Variaciones en el perfil longitudinal - Mediciones de la aspereza del pavimento en la dirección del movimiento. - Profundidad promedio de las roderas medida con regla de 1.20 m - Medidas de Agrietamientos severos - Medidas de Baches Las mediciones físicas de las secciones de prueba se transfirieron a fórmulas que podían dar nuevamente valores numéricos de capacidad de servicio. Estos valores graficados contra las aplicaciones de carga forman una historia de comportamiento para cada sección de prueba que permiten la evaluación de cada uno de los diversos diseños. Tres comparaciones que pueden usarse para evaluar el comportamiento de las secciones de prueba son: -

El número de aplicaciones de carga sobre un eje El índice de capacidad de servicio de la sección en un momento determinado La tendencia hacia la capacidad de servicio vs la capacidad de servicio

Los resultados que se obtuvieron en los circuitos se muestran a continuación: Circuito 2 – Tráfico Ligero 2.4 METODO DE DISEÑO AASHTO PAVIMENTOS DE CONCRETO CEMEX

PÁG. 3

2000 2000

2.5” Carril 2 ESPESOR DE CONCRETO

6000

Carril 1

Circuito

CONCRETO

2

ASFALTO

3.5”

2000 2000 6000

Carril 2

6”

SIMPLE

REFORZADO

SIMPLE

REFORZADO

SIMPLE

REFORZADO

4.3

4.2

4.4

4.2

4.4

4.4

555

469

2.2

840

3.1

3.8

4.2

4.4

4.0

4.1

4.2

4.5

3.7

4.1

4.0

4.1

4.0

4.6

4.1

4.3

3.9

4.6

4.1

4.3

4.1

4.5

4.1

4.6

4.0

4.3

5”

ESPESOR DE ASFALTO

1”

2”

3”

0”

BASE SUB-BASE

Carril 1

3”

0”

SUB-BASE

6”

0”

4”

0”

4”

0”

4”

52

80

552

2.5

2.8

3.2

2

2

70

73

106

570

645

1.7

3.8

3.5

3.4

3.6

74

87

250

582

3.5

3.2

3.0

3.3

3.8

3.8

3.6

3.9

104

106

710

2.7

3.1

3.6

3”

Se muestran las diferentes secciones probadas tanto de concreto como de asfalto con las diferentes combinaciones de sub-base, base y carpeta. La nomenclatura utilizada es la siguiente: Secciones que permanecieron en buenas condiciones, el número interior corresponde al índice de servicio al final de la prueba. Secciones que permanecieron en regulares condiciones, el número interior corresponde al índice de servicio al final de la prueba. Secciones que llegaron a la falla, el número interior corresponde al numero de aplicaciones de carga con el que llegaron a la falla. Las secciones de la parte superior corresponden al concreto y las de la parte inferior corresponden al asfalto. A continuación se muestran los resultados de los otros circuitos:


PÁG. 4

Circuito 3 – Cargas Pesadas

12000

12000

Carril 1 24000

Carril 2

3

12000

CONCRETO

REFORZADO

SIMPLE

REFORZADO

315

278

289

273

289

324

318

278

210

295

297

294

3.7

2.8

3.5

725

3.7

3.3

705

1100

2.8

631

771

793

4.4

4.2

4.1

4.3

4.2

4.4

4.2

4.1

4.1

4.3

4.0

4.4

4.4

4.3

4.3

4.2

4.0

4.1

4.3

4.1

4.3

4.0

4.2

4.3

SUB-BASE

12000

0”

4”

8”

64

4

73

65

73

64

3

74

70

77

87

100

72

80

78 72

2” ESPESOR DE ASFALTO

Carril 2

3”

3”

0”

BASE

ASFALTO

24000

SIMPLE

6.5”

Carril 1 24000

REFORZADO

5”

8” Circuito

9”

SIMPLE

3.5” ESPESOR DE CONCRETO

24000

6”

3”

SUB-BASE

6”

0”

4”

8”

0”

4”

8”

88

77

90

722

76

80

72

81

555

72

87

561

87

589

1.6

91

75

86

111

80

102

614

78

109

80

109

611

178

2.3

3.6

80

88

88

100

588

175

627

3.3

4”


PÁG. 5


18000

18000

Carril 1 32000

Carril 2

Circuito

4

REFORZADO

SIMPLE

REFORZADO

SIMPLE

REFORZADO

716

415

353

325

291

592

343

304

328

175

289

408

3.8

3.8

4.4

3.4

3.0

1.8

687

2.6

3.4

796

722

1036

4.4

3.9

4.4

4.4

4.3

4.3

4.1

4.0

4.2

4.4

4.1

4.2

4.2

4.0

4.5

4.5

4.1

4.8

4.0

4.0

4.2

4.3

4.2

4.2

6.5”

8”

9.5” CONCRETO

18000

18000

32000

32000

SUB-BASE Carril 1

ESPESOR DE ASFALTO

4”

6”

4”

8”

12”

4”

8”

12”

2

72

82

74

82

12

74

106

76

78

107

426

83

102

88

119

102

126

3” Carril 2

3”

0”

BASE

ASFALTO

9”

SIMPLE

5” ESPESOR DE CONCRETO

32000

6”

3”

SUB-BASE

4”

8”

12”

583

80

92

1.6

86

601

80

570

618

87

100

1110

90

1.9

1.9

576

93

151

796

120

2.0

3.1

676

125

589

592

641

3.6

3.3

151

752

2.2

734

2.7

2.7

5” 850


PÁG. 6


22400

22400

Carril 1 40000

Carril 2

Circuito

5

9.5”

CONCRETO

22400

22400

40000

40000

REFORZADO

SIMPLE

REFORZADO

760

898

898

369

705

708

335

705

369

305

698

618

4.2

1104

4.2

4.0

1111

4.6

4.2

915

3.7

901

898

3.2

4.4

4.3

3.7

4.5

4.5

4.4

4.3

4.1

4.0

4.3

3.8

4.6

4.1

4.1

4.5

4.4

4.5

4.4

4.3

4.3

4.5

4.3

4.4

4.4

8”

11”

SUB-BASE Carril 1


Carril 2

4”

REFORZADO

SIMPLE

6”

3”

BASE

ASFALTO

9”

SIMPLE

6.5” ESPESOR DE CONCRETO

40000

6”

3”

SUB-BASE

9”

4”

8”

12”

4”

8”

12”

70

72

87

72

76

4

74

114

75

71

82

104

66

82

78 90

4”

8”

12”

408

81

87

2.9

77

555

82

106

655

80

109

605

102

490

2.4

102

82

330

549

111

401

3.0

103

756

101

652

2.0

624

2.7

3.5

129

1.9

113

1.9

2.4

627

2.6

3.2

5”


PÁG. 7


30000

SIMPLE

30000

Carril 1 48000

Circuito

6

Carril 2

11”

CONCRETO

48000

48000

REFORZADO

3.9

974

3.4

768

1.8

618

4.1

415

1114

624

3.6

4.5

4.3

4.0

4.2

2.2

3.1

4.4

4.3

4.0

4.3

912

4.2

4.4

4.2

4.0

4.3

4.2

4.3

4.4

4.3

4.1

4.3

4.1

4.2

4.4

4.0

4.2

4.2

4.5

4.3

4.3

4.2

4.4

4.4

4.2

SUB-BASE Carril 1


Carril 2

5”

SIMPLE

6”

3”

BASE

ASFALTO 30000

SIMPLE

782

9.5”

12.5”

30000

REFORZADO

9”

878

8” ESPESOR DE CONCRETO

48000

6”

3”

SUB-BASE

8”

12”

16”

8”

12”

72

373

134

82

83

80

573

621

373

78

101

573

103

419

141 579

REFORZADO

9” 16”

8”

12”

16”

552

82

353

2.0

100

621

242

737

3.2

100

634

1.8

595

719

3.3

652

105

595

809

624

722

3.5

113

627

106

1.6

3.2

624

2.8

2.7

485

2.4

250

3.0

3.9

2.6

2.6

3.6

6”

En general se puede observar que el comportamiento que mostraron los pavimentos de concreto fue sustancialmente mejor que el de los pavimentos flexibles.


PÁG. 8

El índice de servicio general que tuvieron los principales tramos de prueba y su comportamiento fue como se muestra a continuación: Comportamiento General del Circuito 3

Circuito 3 5

CONCRETO

Indice de servicio

Muy bueno 4

ASFALTO

Bueno 3 Regular 2 Malo

1.5 0

250

500

750

1000

1250

Aplicaciones de carga (miles)

Comportamiento General del Circuito 4

Circuito 4 5

Indice de servicio

Muy bueno

CONCRETO 4

Bueno

ASFALTO 3 Regular 2 Malo

1.5 0

250

500

750

1000

1250



PÁG. 9


Circuito 5 5

Indice de servicio

Muy bueno

CONCRETO

4

ASFALTO

Bueno 3 Regular 2 Malo

1.5 0

250

500

750

1000

1250



Circuito 6 5

Indice de servicio

Muy bueno 4

CONCRETO Bueno 3

ASFALTO Regular 2 Malo

1.5 0

250

500

750

1000

1250



PÁG. 10

Otra de las conclusiones que se obtuvieron durante la prueba de pavimentos es con referencia a los pavimentos con acero de refuerzo. Como se muestra a continuación, el acero de refuerzo en los pavimentos de concreto prácticamente no incrementa su capacidad portante, debido a que el pavimento se apoya en toda la superficie de la sub-base y por lo tanto no existen las deformaciones que harían que el acero de refuerzo trabajara para dar una contribución significativa. Pavimentos de Espesor Mayor

100

5

80

4

Indice de Servicio

Porcentaje

Pavimentos de Espesor Intermedio

60

40

3

2

1

20 3.9

3.5

0

0

Simple

Reforzado

Porcentaje de sobrevivientes e índice de servicio promedio

Simple

Reforzado

Indice de Servicio al final de la Prueba.

Por lo anterior no es recomendable la utilización de acero de refuerzo en los pavimentos de concreto hidráulico.

c).- EVOLUCION DE LA GUIA AASHTO Aproximadamente después de un año de terminar la prueba AASHO para 1961 salió publicada la primer “Guía AASHO para Diseño de Pavimentos Rígidos y Flexibles”. Posteriormente para 1972 se realizó una revisión y se publicó como la “Guía AASHTO para Diseño de Estructuras de Pavimento – 1972”; Para 1981 se hizo una Revisión al Capítulo III, correspondiente al Diseño de Pavimentos de Concreto con Cemento Portland; 2.4 METODO DE DISEÑO AASHTO PAVIMENTOS DE CONCRETO CEMEX

PÁG. 11

Para 1986 se publicó una revisión de la “Guía para el Diseño de Estructuras de Pavimento”; En 1993 se realizó una Revisión del Diseño de Sobrecarpetas de pavimento; Para 1998 se publicó un método alternativo para diseño de pavimentos, que corresponde a un “Suplemento a la guía de diseño de estructuras de pavimento”.

d).- FORMULACION La formula general a la que llegó al AASHTO para el diseño de pavimetos rígidos, basada en los resultados obtenidos de la prueba AASHO es la siguiente:

1986-93 Ecuación de Diseño de Pavimentos Rígidos Diferencia de Serviciabilidad Error Estándar Combinado

Desviación Estándar Normal

Espesor

Zr x So + 7.35 x log10 (D+1)- 0.06 + 1+ log10 ( E18 ) =

Serviciabilidad Final

Módulo de Ruptura

PSI

log10

Coeficiente de Drenaje

4.5-1.5

1.624 x 10 7 (D+1) 8.46 0.75

Tráfico

+ (4.22- 0.32 x pt) pt) x log10

Sć x Cd x ( D -1.132) 0.75

215.63 x J D Coeficiente de Transferencia de Carga

Módulo de Elasticidad

18.42 (Ec/k) Ec/k)

0.25

Módulo de Reacción

Las variables que intervienen en el diseño de los pavimentos constituyen en realidad la base del diseño del pavimento por lo que es importante conocer las consideraciones más importantes que tienen que ver con cada una de ellas para así poder realizar diseños confiables y óptimos al mismo tiempo. El procedimiento de diseño normal es suponer un espesor de pavimento e iniciar a realizar tanteos, con el espesor supuesto calcular los Ejes Equivalentes y posteriormente evaluar todos los factores adicionales de diseño, si se cumple el equilibrio en la ecuación el espesor supuesto es resultado del problema, en caso de no haber equilibrio en la ecuación se deberán seguir haciendo tanteos para tomando como valor semilla el resultado del tanteo anterior. La convergencia del método es muy rápida. 2.4 METODO DE DISEÑO AASHTO PAVIMENTOS DE CONCRETO CEMEX

PÁG. 12

Variables de diseño de Pavimentos Rígidos - Espesor - Serviciabilidad - Tráfico - Transferencia de Carga - Propiedades del Concreto - Resistencia de la Subrasante - Drenaje - Confiabilidad

1. Espesor El espesor del pavimento de concreto es la variable que pretendemos determinar al realizar un diseño, el resultado del espesor se ve afectado por todas las demás variables que intervienen en los cálculos. Es importante especificar lo que se diseña, ya que a partir de espesores regulares una pequeña variación en el espesor puede significar una variación importante en la vida útil. 2. Serviciabilidad El procedimiento de Diseño AASHTO predice el porcentaje de pérdida de serviciabilidad (∆ PSI) para varios niveles de tráfico y cargas de ejes. Entre mayor sea el ∆ PSI, mayor será la capacidad de carga del pavimento antes de fallar.

Serviciabilidad

Capacidad Original

∆ PSI

Capacidad de falla

ESALS


PÁG. 13

Indice de Servicio

Calificación

5

Excelente

4

Muy Bueno

3

Bueno

2

Regular

1

Malo

La serviciabilidad se define como la habilidad del pavimento de servir al tipo de tráfico (autos y camiones) que circulan en la vía, se mide en una escala del 0 al 5 en donde 0 (cero) significa una calificación para pavimento intransitable y 5 (cinco) para un pavimento excelente. La serviciabilidad es una medida subjetiva de la calificación del pavimento, sin embargo la tendencia es poder definirla con parámetros medibles como los son: el índice de perfil, índice de rugosidad internacional, coeficiente de fricción, distancias de frenado, visibilidad, etc.

Intransitable

Serviciabilidad Inicial (Po). – Es la condición que tiene un pavimento inmediatamente después de la construcción del mismo. Los valores recomendados por AASHTO para este parámetro son: - Para pavimento de Concreto = 4.5 - Para pavimento de Asfalto = 4.2 Usando buenas técnicas de construcción, el pavimento de concreto puede tener una serviciabilidad Po = 4.7 ó 4.8 Mientras mejor se construya inicialmente un pavimento, o bien, mientras mejor índice de serviciabilidad inicial tenga mayor será su vida útil, esto es debido a que las curvas de deterioro se comportan de manera paralela o con el mismo gradiente para unas condiciones determinadas, como se muestra a continuación:

Po = 4.8 (3 pulg./milla) Po = 4.5 (7 pulg./milla)

Po Indice de Servicio

Po = 4.3 (12pulg./milla)

Pt Rehabilitación Requerida

Vida Util (Tráfico Acumulado)


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Serviciabilidad Final (Pt). - La serviciabilidad final tiene que ver con la calificación que esperamos tenga el pavimento al final de su vida útil. Los valores recomendados de Serviciabilidad Final Pt para el caso de México, son: - Para Autopistas 2.5 - Para Carreteras 2.0 - Para Zonas Industriales 1.8 - Pavimentos Urbanos Principales 1.8 - Pavimentos Urbanos Secundarios 1.5

3. Tráfico El Tráfico es una de las variables más significativas del diseño de pavimentos y sin embargo es una de las que más incertidumbre presenta al momento de estimarse. Es importante hacer notar que debemos contar con la información más precisa posible del tráfico para el diseño, ya que de no ser así podríamos tener diseños inseguros o con un grado importante de sobre diseño. La metodología AASHTO considera la vida útil de un pavimento relacionada el número de repeticiones de carga que podrá soportar el pavimento antes de llegar a las condiciones de servicio final predeterminadas para el camino. El método AASHTO utiliza en su formulación el número de repeticiones esperadas de carga de Ejes Equivalentes, es decir, que antes de entrar a las fórmulas de diseño, debemos transformar los Ejes de Pesos Normales de los vehículos que circularán por el camino, en Ejes Sencillos Equivalentes de 18 kips (8.2 Ton) también conocidos como ESAL’s. Lo conducente es realizar los cálculos para el carril de diseño, seleccionado para estos fines por ser el que mejor representa las condiciones críticas de servicio de la calle o camino. Existen algunos factores que nos ayudan a determinar con precisión el tráfico que circulará por el carril de diseño. Los pavimentos de concreto el AASHTO los diseña por fatiga. La fatiga la podemos entender como el número de repeticiones ó ciclos de carga y descarga que actúan sobre un elemento. En realidad al establecer una vida útil de diseño, en realidad lo que estamos haciendo es tratar de estimar, en un período de tiempo, el número de repeticiones de carga a las que estará sometido el pavimento. La vida útil mínima con la que se debe diseñar un pavimento rígido es de 20 años, es común realizar diseños para 30, 40 ó más de 50 años. Adicionalmente se deberá contemplar el crecimiento del tráfico durante su vida útil, que depende en gran medida del desarrollo económico - social de la zona en cuestión, del mejoramiento de las características del pavimento se puede generar tráfico atraído e igualmente se debe considerar la capacidad de tráfico de la vía.


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Tvu = Tpa x FCT donde:

Tvu = Tráfico en la vida útil Tpa = Tráfico durante el primer año FCT = Factor de crecimiento del tráfico, que depende de la Tasa de Crecimiento Anual y de la Vida Util

Tasa de Crecimiento Annual Dependiendo de muchos factores, tales como el desarrollo económico - social, la capacidad de la vía, etc. Es normal que el tráfico vehicular vaya aumentando con el paso del tiempo, hasta que llega a un punto tal de saturación en el que el tráfico se mantiene prácticamente sin crecer. Es conveniente preever este crecimiento del tráfico, tomando en consideración una tasa de crecimiento anual con la que se calcula un factor de crecimiento del tráfico. La tasa de crecimiento pudiera variar de acuerdo a los tipos de vehículos, pueden crecer más unos tipos que otros. A medida que un camino se va congestionando de tráfico su crecimiento se va haciendo mas lento, este efecto debemos considerarlo pudiendo estimar una Tasa de Crecimiento Equivalente, para considerar las variaciones en el crecimiento durante la vida útil. Es importante investigar adecuadamente la tasa de crecimiento apropiada para el caso en particular que se este considerando. A continuación se muestran algunos valores típicos de tasas de crecimiento, sin embargo estos pueden variar según el caso. Valores comunes de tasas de crecimiento Caso Tasa de Crecimiento Crecimiento Normal 1% a 3% Vías Completamente Saturadas 0% a 1% Con tráfico inducido * 4% a 5% Alto crecimiento * mayor al 5% * solamente durante 3 a 5 años

Factor de Crecimiento del Tráfico.- El factor de crecimiento del tráfico considera los años de vida útil más un número de años adicionales debidos al crecimiento propio de la vía.

FCT =

( 1 + g )n - 1 g donde:

g = Tasa de Crecimiento n = Años de Vida Util


PÁG. 16

Factor de Sentido.- Del total del tráfico que se estima para el diseño del pavimento deberá determinarse el correspondiente a cada sentido de circulación, esto se realiza mediante la introducción del Factor de Sentido, cuyos valores recomendados son: - Un sentido de Circulación 1.0 - Doble sentido de Circulación 2.0 Factor de Carril. - El factor de Carril es un coeficiente que nos permite estimar que tanto del tráfico en el sentido de diseño circula por el carril de diseño. En una vía de un solo carril en el sentido de circulación de diseño, obviamente el 100% del tráfico circulará por ese carril que al mismo tiempo será nuestro carril de diseño. Una vía con dos carriles en el sentido de diseño, dependiendo del tipo de camino: carretero ó urbano, y de que tan saturada esté la vía, pueda ser que sobre el carril de diseño circule entre un 50% a un 80% del tráfico en ese sentido. El AASHTO recomienda algunos valores, sin embargo no necesariamente deben utilizarse. Número de Carriles 1 2 3 4

Factor de Carril 1.00 0.80 a 1.00 0.60 a 0.80 0.50 a 0.75

Nota: estos se asemejan más a los de carreteras

Factor de Equivalencia del Tráfico. - Las fórmulas que permiten convertir el número de ejes de pesos normales a ejes equivalentes dependen del espesor del pavimento, de la carga del eje, del tipo de eje y de la serviciabilidad final que pretendemos para el pavimento. A continuación se muestran dichas fórmulas:

Wt18

Fec = -

Log

Wtx Wt18

Wtx = 4.62 Log (18+1) - 4.62 Log (Lx + L2) + 3.28 Log (L2) +

Gt = Log

4.5 - Pt 4.5 - 1.5

βx = 1 +

Gt βx

-

Gt β18

3.63 (Lx + L2) 5.20 ( D + 1 ) 8.46 ( L2 ) 3.52

En Donde:

Wtx = # Aplicaciones de carga definida al final del tiempo t Wt18 = # Aplicaciones de carga equivalente al final del tiempo t 2.4 METODO DE DISEÑO AASHTO PAVIMENTOS DE CONCRETO CEMEX

PÁG. 17

Lx = Carga del eje en kips L2 = Código de eje cargado: L2 = 1 Para eje Sencillo L2 = 2 Para eje Tandem L2 = 3 Para eje Tridem Gt = f ( Pt ) β18 =Valor de βx cuando Lx=18 y L2 = 1 Es importante hacer notar que los ejes equivalentes se calculan de manera diferente para un pavimento rígido que para un flexible. Cuando se multiplica el tráfico por las diferentes factores de equivalencias, se obtienen los ESAL’s (Ejes Sencillos Equivalentes). El tráfico pesado es el que mayor daño produce a los pavimentos por lo que deberá estimarse con la mayor precisión posible. Como ejemplo podemos mencionar que el daño que produce una sola aplicación de carga de un camión semi-remolque de 36 Ton. equivale al daño que producen 9,523 repeticiones de carga de un vehículo tipo automóvil. Otro factor importante a considerar es la sobrecarga, debemos conocer con la mayor certeza posible los pesos de los ejes de los vehículos que estarán circulando sobre el pavimento que estamos diseñando, ya que las sobrecargas generan un daño muy importante al pavimento y su crecimiento es de orden exponencial.

4. Transferencia de Cargas La transferencia de carga es la capacidad que tiene una losa del pavimento de transmitir fuerzas cortantes con sus losas adyacentes, con el objeto de minimizar las deformaciones y los esfuerzos en la estructura del pavimento, mientras mejor sea la transferencia de cargas mejor será el comportamiento de las losas del pavimento. El método AASHTO considera la transferencia de cargas mediante el factor de transferencia de cargas J. La efectividad de la Transferencia de Carga entre losas adyacentes depende de varios factores: - Cantidad de Tráfico - Utilización de Pasajuntas - Soporte Lateral de las Losas Una manera de transferir la carga de una losa a otra es mediante la trabazón de agregados que se genera en la grieta debajo del corte de la junta, sin embargo esta forma de transferir carga solamente se recomienda para vías con tráfico ligero. La utilización de pasajuntas es la manera mas conveniente de lograr la efectividad en la transferencia de cargas, los investigadores recomiendan evaluar dos criterios para determinar la conveniencia de utilizar pasajuntas. Utilizar pasajuntas cuando: 2.4 METODO DE DISEÑO AASHTO PAVIMENTOS DE CONCRETO CEMEX

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a) El tráfico pesado sea mayor al 25% del tráfico total. b) El número de Ejes Equivalentes de diseño sea mayor de 5.0 millones de Esal's. El Coeficiente de Transferencia de Carga considera el esfuerzo de transferencia a través de la junta o grieta. Junta 0% efectiva

∆x

"La carga la soporta una sola Losa"

Junta 100% efectiva "La carga la soportan entre las dos Losas"

∆ x/2

Soporte Lateral . - El confinamiento que produce el soporte lateral contribuye a reducir los esfuerzos máximos que se generan en el concreto por efecto de las cargas. Un pavimento de concreto puede considerarse lateralmente soportado cuando tenga algunas de las siguientes características en su sección: -

Carril Ancho >= 4.0 m

0.5 m

3.5 m

3.5 m

0.5 m

- Confinamiento con Guarniciones o Banquetas

Guarnición o Bordillo


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- Con Acotamientos Laterales

Acotamientos

Pasajuntas.- Barra de acero redondo liso fy = 4,200 kg/cm2 la cual no se debe de adherir al concreto permitiendo el libre movimiento de losas longitudinalmente, pero si debe de transferir verticalmente parte de la carga aplicada en una losa a la adyacente. Se colocan perfectamente alineadas a la mitad del espesor de la losa. El diámetro, longitud y separación de las pasajuntas esta en función de el espesor de las losas principalmente. Algunas recomendaciones prácticas para la selección de la Barra son las siguientes: Barras Pasajuntas

Espesor de Losa Diámetro

Longitud

Separación

cm

in

mm

in

cm

in

cm

in

13 a 15

5a6

19

3/4

41

16

30

12

15 a 20

6a8

25

1

46

18

30

12

20 a 30

8 a 12

32

1 1/4

46

18

30

12

30 a 43

12 a 17

38

1 1/2

51

20

38

15

43 a 50

17 a 20

45

1 3/4

56

22

46

18

5. Propiedades del Concreto Son dos las propiedades del concreto que influyen en el diseño de un pavimento de concreto y en su comportamiento a lo largo de su vida útil: - Resistencia a la tensión por flexión (Sć) ó Módulo de Ruptura (MR) - Módulo de Elasticidad del Concreto (Ec) Módulo de Ruptura (MR) .- Debido a que los pavimentos de concreto trabajan principalmente a flexión es recomendable que su especificación de resistencia sea acorde con ello, por eso el diseño considera la resistencia del concreto trabjando a flexión, que se le conoce como resistencia a la flexión por tensión (S'c) o Módulo de Ruptura (MR) normalmente especificada a los 28días.


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El módulo de ruptura se mide mediante ensayos de vigas de concreto aplicándoles cargas en los tercios de su claro de apoyo. Esta prueba esta normalizada por la ASTM C78. Existe una prueba similar con la aplicación de la carga al centro del claro que genera resultados diferentes de resistencia a la flexión (aproximadamente 15% a 20% mayores) pero que no son los que considera AASHTO para el diseño. Cabeza de Máquina Universal

ASTM C78

d=L/3

L/3

L/3

L/3

LONGITUD DE LA VIGA = L

Los valores recomendados para el Módulo de Ruptura varían desde los 41 kg/cm2 (583 psi) hasta los 50 kg/cm2 (711 psi) a 28 días dependiendo del uso que vayan a tener. En seguida se muestran valores recomendados, sin embargo el diseñador deberá elegir de acuerdo a un buen criterio. Módulo de Ruptura Recomendado Tipo de Pavimento Autopistas Carreteras Zonas Industriales Urbanas Principales Urbanas Secundarias

MR recomendado Kg/cm2

psi

48.0 48.0 45.0 45.0 42.0

682.7 682.7 640.1 640.1 597.4

Módulo de Ruptura Promedio La metodología de diseño de AASHTO permite utilizar la resistencia a la flexión promedio, que se haya obtenido del resultado de ensayos a flexión de las mezclas diseñadas para cumplir la resistencia especificada del proyecto. Estos resultados dependen de las condiciones de control y calidad que tenga el fabricante del concreto en sus procesos. En todos los casos se recomienda que sea Concreto Premezclado Profesionalmente. MR promedio = MR especificado + Zr x ( Desviación Estándar* del MR )


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* Valores típicos de la Desviación Estándar Concreto Premezclado 6% a 12% Mezclado Central 5% a 10%

Promedio 9.0% 7.5%

Módulo de Elasticidad. - El Módulo de Elasticidad del concreto esta íntimamente relacionado con su Módulo de Ruptura y se determina mediante la norma ASTM C469. Existen varios criterios con los que se puede estimar el Módulo de Elasticidad a partir del Módulo de Ruptura. Los dos más utilizados son: - Ec = 6,750 * MR - Ec = 26,454 * MR ^ 0.77 Estas formulas aplican con unidades inglesas.

6. Resistencia de la Subrasante La resistencia de la subrasante es considerada dentro del método por medio del Módulo de Reacción del Suelo K que se puede obtener directamente mediante la prueba de placa. El módulo de reacción de suelo corresponde a la capacidad portante que tiene el terreno natural en donde se soportará el cuerpo del pavimento. El valor del módulo de reacción (K) se puede obtener directamente del terreno mediante la prueba de placa ASTM D1195 y D1196. El valor de K representa el soporte (terreno natural y terraplén si lo hay) y se puede incrementar al tomar la contribución de la sub-base. Cuando se diseña un pavimento es probable que se tengan diferentes valores de K a lo largo del tramo por diseñar, el método AASHTO recomienda utilizar el valor promedio de los módulos K para el diseño estructural. Esquema de la prueba de placa Reacción Gato Hidráulico

Receptor de Reacción

Indicador de Presión

Placas Apiladas Suelo

Carátula de Deflexión

k (psi/in) = carga unitaria por placa / deflexión de la placa


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Estimaciones y Correlaciones de K En base a una gran número de muestras y estudios se han podido desarrollar algunos valores estimativos del módulo de reacción del suelo en función a diferentes propiedades. Diferentes autores han publicado sus resultados y en general no difieren notablemente. Correlación 1 con SUCS y VRS CALIFORNIA BEARING RATIO - CBR (%) 2

3

4

5

6

7

8

9 10

15

20

25

30

40

50

60

70

80

90100

GW

GP GM ASTM SOIL CLASSIFICATION SYSTEM (United Classification)

GC SW SM SP SC

OH CH

ML CL OL MH

100

150

200

250

300

400

500

600

700

MODULUS OF SUBGRADE REACTION - K (PCI)

Correlación 2 con SUCS y VRS


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Tipo de Suelo

Grava Arena Gruesa Arena Fina

SUCS

Densidad Seca

CRB

K*

lb/ft3

%

pci

60 a 80 35 a 60 20 a 40 15 a 25

300 a 450 300 a 400 200 a 400 150 a 300

Suelos Granulares 125 a 140 GW, GP 120 a 130 SW 110 a 130 SP 105 a 120

Suelos de Material Granular con Alto Contenido de Finos Grava - Limosa GM 130 a 145 40 a 80 Grava - Areno - Limosa Arena - Limosa 20 a 40 SM 120 a 135 Arena - Limo - Gravosa Grava - Arcillosa 120 a 140 20 a 40 GC Grava - Areno - Arcillosa SC 10 a 20 Arena - Arcillosa 105 a 130 Limo Limo - Arenoso Limo - Gravoso Limo Mal Graduado Arcilla Plástica Arcila Medianamente Plástica Arcilla Altamente Plástica

Suelos de Material Fino ** 90 a 105 ML, OL 100 a 125 MH CL CL, OL CH, OH

80 a 100 100 a 125 95 a 125 80 a 110

300 a 500 300 a 400 200 a 450 150 a 350

4a8

25 a 165

5 a 15

40 a 220

4a8 5 a 15 4 a 15 3a5

25 a 190 25 a 255 25 a 215 40 a 220

* estos rangos de K aplican para estratos homogéneos de suelo de por lo menos 3 metros de espesor. Si un estrato de suelo de menos de 3 metros existe sobre un suelo más blando, el valor de K deberá corresponder al del suelo blando inferior y se podrá considerar el incremento de K debido al estrato superior. Si por el contrario existiera un estrato de roca el valor de K deberá ser ajustado. ** el valor de K de los suelos finos depende en gran medida del grado de saturación, por lo que se recomienda realizar una corrección de por este efecto.

7. Drenaje En cualquier tipo de pavimento, el drenaje, es un factor determinante en el comportamiento de la estructura del pavimento a lo largo de su vida útil, y por lo tanto lo es también en el diseño del mismo. Es muy importante evitar que exista presencia de agua en la estructura de soporte, dado que en caso de presentarse esta situación afectará en gran medida la respuesta estructural del pavimento. Aspectos que debemos de cuidar para evitar que el agua penetre en la estructura de soporte: - Mantener perfectamente selladas las juntas del pavimento. - Sellar las juntas entre pavimento y acotamiento o cuneta. - Colocar barreras rompedoras de capilaridad (en donde se requiera) - Utilizar cunetas, bordillos, lavaderos, contracunetas, subdrenajes, etc. 2.4 METODO DE DISEÑO AASHTO PAVIMENTOS DE CONCRETO CEMEX

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-

Construir o aprovechar los drenajes pluviales en las ciudades.

Tener agua atrapada en la estructura del Pavimento produce efectos nocivos en el mismo, como pueden ser: - Reducción de la resistencia de materiales granulares no ligados. - Reducción de la resistencia de la subrasante. - Expulsión de finos - Levantamientos diferenciales de suelos expansivos - Expansión por congelamiento del suelo Algunos de estos fenómenos se pueden minimizar cuando se utilizan bases estabilizadas con cemento o bases de relleno fluido. Los valores recomendados para el coeficiente de drenaje deberán estar entre 1.0 y 1.10

8. Confiabilidad Los factores estadísticos que influyen el comportamiento de los pavimentos son: - Confiabilidad R - Desviación Estándar Confiabilidad.- La confiabilidad esta definida como "la probabilidad de que un pavimento desarrolle su función durante su vida útil en condiciones adecuadas para su operación" Otra manera de entender la confiabilidad, por ejemplo es: si se considera una confiabilidad "R" del 80% estaríamos permitiendo que el 20% de las losas del pavimento alcancen al final de su vida útil una serviciabilidad igual a la serviciabilidad final seleccionada en el diseño. Confiabilidad recomendada por AASHTO * Clasificación Funcional Urbano Autopistas 85% - 99.9% Arterias Principales 80% - 99% Colectoras 80% - 95% Locales 50% - 80%

Rural 80% - 99.9% 75% - 99% 75% - 95% 50% - 80%

* Valida para Estados Unidos

También podemos entender a la confiabilidad como un Factor de Seguridad y ante esa situación debemos reflexionar en los valores de confiabilidad que debemos utilizar en México, con el mejor de los criterios, al hacer un diseño para un pavimento. Confiabilidad Recomendada para México


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Tipo de Pavimento

Confiabilidad R

Autopistas Carreteras Rurales Zonas Industriales Urbanas Principales Urbanas Secundarias

95 % 80 % 70 % 65 % 60 % 50 %

Como se menciona anteriormente la confiabilidad puede relacionarse con un Factor de Seguridad, a continuación se presentan los factores de seguridad aproximados a los que corresponde la confiabilidad. Estos factores de seguridad van asociados con la Desviación Estándar "So". Factor de Seguridad AASHTO Desviación Confiabilidad "R" Estándar 50% 60% 70% 80% So 0.30 1.00 1.19 1.44 1.79 0.35 1.00 1.23 1.53 1.97 0.39 1.00 1.26 1.60 2.13 0.40 1.00 1.26 1.62 2.17

FS AASHTO = 10

90%

95.00%

2.42 2.81 3.16 3.26

3.12 3.76 4.38 4.55

( - Zr x So )

donde:

Zr = desviación normal estandar para "R" So = desviación estándar


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Representación Gráfica Serviciabilidad

Po Curva de Comportamiento R = 50%

Curva de Diseño

Pt Zr x So

Log (ESAL’s)

d).- Ejemplo resuelto.

Diseñar el espesor de un pavimento de concreto para una vialidad urbana de doble sentido y con 2 carriles por sentido. Los datos y los principales parámetros de diseño se detallan a continuación: Servicibilidad: Serviciabilidad Inicial: = 4.5 Serviciabilidad Final = 1.8 Tráfico: TPDA = 4,302 vehículos Factor de sentido = 0.5 Factor de carril = 0.80 Composición del tráfico: TIPO DE VEHÍCULO

PESO (TON) CARGADOS

COMPOSICIÓN

VACIOS

%

% CARGADOS

TOTAL VACIOS

DIARIOS

A2

2.00

1.60

70.2%

100.0%

0%

B2

15.47

10.48

1.2%

75.0%

25%

51

B3

19.46

11.98

5.1%

75.0%

25%

218

C3

23.45

8.48

7.3%

75.0%

25%

312

C4

27.94

12.47

0.7%

75.0%

25%

30

T2-S2

33.43

11.48

1.1%

75.0%

25%

48

T3-S2

41.41

11.98

4.2%

75.0%

25%

180

T3-S3

45.90

12.97

3.1%

75.0%

25%

135

T3-S2-R2

61.37

15.97

4.6%

75.0%

25%

197

T3-S2-R3

69.36

16.96

2.6%

75.0%

25%

113

100.0%

3,018

4,302


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Período de diseño: Crecimiento Anual:

= 20 años = 3.0 %

Transferencia de Carga: Se emplean pasajuntas y se supone soporte lateral de las losas debido a guarniciones y banquetas a los costados de la vialidad. Por lo tanto el coeficiente de transferencia de carga es igual a 2.7. Propiedades del Concreto: Emplear un concreto con modulo de ruptura de 45 kg/cm2 (640 psi) Subrasante: Se determinó mediante pruebas de placa realizadas sobre la base un módulo de reacción del suelo (k) igual a 300 pci Condiciones de Drenaje: Se suponen condiciones normales de drenaje en la vialidad, por lo que se emplea un coeficiente de drenaje igual a 1.0 Confiabilidad: Por tratarse de una vialidad urbana de cierta importancia se considera usar un valor de confiabilidad del 60% EJES EQUIVALENTES Y ESPESOR. Sabemos que es necesario transformar los ejes de pesos normales de los vehículos que circularán sobre el camino, en ejes sencillo equivalentes de 18 kips (8.2 ton) para poder resolver la ecuación de diseño de espesores. Para convertir a ejes equivalentes los ejes de pesos normales de los vehículos considerados se debe obtener en primera instancia el número de repeticiones en toda la vida útil de cada tipo de vehículo que va a circular sobre el pavimento (sencillo, tandem ó tridem) y dentro de cada tipo de eje, también se desgloza por peso del eje. Con el Factor de equivalencia de carga calculado para cada tipo y peso de ejes se convierten el número de repeticiones esperadas de cada tipo de eje, en la vida útil del proyecto, en el número de repeticiones esperadas de ejes equivalente (ó ESAL’s). El número de repeticiones esparadas durante la vida útil y sus respectivos ESAL’s en este ejemplo de diseño se presentan a continuación:

Tipo de Eje

Peso del Eje (kips)

Repeticiones Repeticiones en Ejes Equivalentes al Año la vida útil de 18 kips

2.4 METODO AASHTO Sencillo DE DISEÑO 2.20 Sencillo 4.84 PAVIMENTOS CEMEX SencilloDE CONCRETO 5.06 Sencillo 7.70 Sencillo 8.80

881,256 7,191 11,315 3,614 43,910

23,679,679 193,225 304,038 97,110 1,179,878

6,367 837 1,562 2,652 55,842

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Con los datos y parámetros de diseño establecidos se encontró un total de 24’860,542 Ejes Sencillos Equivalentes de 18 kips en el periodo de diseño y para ese número de ESAL’S, el espesor encontrado es de 8.52” (aproximadamente 22 centímetros).


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2.5 MÉTODO DE LA ASOCIACION DEL CEMENTO PORTLAND (PCA). A continuación se describen los lineamientos generales del método del Portland Cement Association (PCA). a) FACTORES DE DISEÑO.

1.- Resistencia a la Flexión del Concreto.

La consideración de la resistencia a la flexión del concreto es aplicable en el procedimiento de diseño para el criterio de fatiga, que controla el agrietamiento del pavimento bajo la repetición de cargas.

El alabeo del pavimento de concreto bajo las cargas del tráfico provoca esfuerzos tanto de compresión como de flexión. Sin embargo la proporción de los esfuerzos a compresión contra la resistencia a la compresión del concreto es mínima como para influir en el diseño de espesor de la losa. En cambio la relación de los esfuerzos a flexión contra la resistencia a la flexión del concreto es mucho más alta y frecuentemente excede valores de 0.5. Por este motivo los esfuerzos y la resistencia a la flexión son los empleados para el diseño de espesores. La resistencia a la flexión del concreto es determinada por la prueba del modulo de ruptura, realizada en vigas de 6x6x30 pulgadas.

El módulo de ruptura puede encontrase aplicando la carga en cantiliver, punto medio ó en 3 puntos. Una diferencia importante en estos métodos de prueba es que al aplicar la carga en 3 puntos se obtiene la mínima resistencia del tercio medio de la viga de prueba, mientras que los otros 2 métodos muestran la resistencia en un solo punto.

El valor determinado por el método de aplicación de carga de 3 puntos (American Society for Testing and Materials, ASTM C78) es el empleado en este método de diseño1.

La prueba del módulo de ruptura es comúnmente realizada a los 7, 14, 28 y 90 días. Los resultados a los 7 y 14 días son comparados contra especificaciones de control de calidad y para determinar cuando puede ser abierto al tránsito un pavimento. Los resultados a los 28 días se han usado generalmente para el diseño de espesores de autopistas y calles; mientras que los resultados a los 90 días son usados para el diseño de aeropistas, esto es debido a que se presentan muy pocas repeticiones de esfuerzos durante los primeros 28 ó 90 días del pavimento comparado contra los millones de repeticiones de esfuerzos que ocurrirán posteriormente.

Sabemos que el concreto continua ganando resistencia con el paso del tiempo, como lo muestra la figura 2.5-1. Esta ganancia de resistencia es mostrada en la curva que representa valores de módulo de ruptura (MR) promedios para varias series de pruebas de laboratorio, pruebas de vigas curadas en campo y secciones de concreto tomadas de pavimentos en servicio.

En este procedimiento de diseño los efectos de las variaciones en la resistencia del concreto de punto a punto del pavimento y el incremento de resistencia con el paso del tiempo están incorporados en las gráficas y tablas de diseño. El diseñador no aplica directamente estos efectos, sino que simplemente ingresa el valor de la resistencia 1

Para una viga estándar de 30”, los valores de la prueba aplicando ala carga en el punto central serán de aproximadamente 75 psi más altos, y si se aplica la carga en cantiliver los valores serán de aproximadamente 160 psi más altos que aplicando la carga en 3 puntos. No se recomienda usar estos valores altos para propósitos de diseño. Si se usan otros métodos de prueba se deberá hacer un ajuste de reducción estableciendo una correlación a los resultados de la prueba aplicando la carga en 3 puntos.

promedio a los 28 días, que en nuestro país se recomienda como mínimo 41 kg/cm2

130

A LOS 28 DIAS

% DE RESISTENCIA A LA FLEXIÓN

(583 psi) y como máximo 50 kg/cm2 (711 psi).

120

110

100

28días 90días 6mes 1año 3 EDAD

5

10

20 30 50

Figura 2.5-1 Curva de desarrollo de resistencia a la flexión a través del tiempo.

2.- Terreno de Apoyo ó Base.

El soporte dado a los pavimentos de concreto por la base y la sub-base, es el segundo factor en el diseño de espesores. El terreno de apoyo esta definido en términos del módulo de reacción de la subrasante de Westergaard (k). Es igual a la carga en libras por pulgada cuadrada de un área cargada (un plato de 30” de diámetro) dividido entre la deformación en pulgadas que provoca dicha carga. Los valores de k son expresados como libras por pulgada cuadrada por pulgada (psi / in) ó más comúnmente, por libras por pulgada cúbica (pci).

La figura 2.5.2 nos muestra una ilustración de la prueba de placa regulada por la norma ASTM D1195 y D1196.

Gato Placas Hidráulico Apiladas

Reacción Indicador de Presión

Suelo

Receptor de Reacción Carátula de Deflexión

k (psi/in) = carga unitaria por placa / deflexión de la placa

Figura 2.5.2 Prueba de Placa (ASTM D1195 y D1196).

Dado que la prueba de placa lleva tiempo y dinero, los valores de k son usualmente estimados mediante una correlación a pruebas más simples como la del VRS (valor Relativo de Soporte). El resultado es válido por que no se requiere una exacta determinación del valor k; ya que variaciones normales del valor k no afecta

significativamente los requerimientos del espesor del pavimento. La relación mostrada en la figura 2.5-3 es correcta para estos propósitos.

La prueba de caminos AASHTO comprobó convincentemente que la reducción de perdida de terreno de soporte durante los períodos de descongelamiento tienen ningún ó muy poco efecto en el espesor requerido de los pavimentos de concreto. Esto es cierto por que los pocos períodos en que los valores de k son bajos durante el descongelamiento de la primavera se compensan con los largos períodos en que se congelan y los valores de k son mucho mayores que los asumidos para el diseño.

Para evitar métodos tediosos que requieren de diseño para las variaciones de k en las épocas del año, lo valores recomendables como valores promedio son los de verano u otoño.

El contar con una sub-base permite incrementar en parte el valor de k del suelo que deberá usarse en el diseño de espesor. Si la base es de material granular no tratada ó mejorada el incremento puede no ser muy significativo como se aprecia en los valores presentados en la tabla 2.5-1.

Los valores mostrados en la tabla 2.5-1 son basados del análisis de Burmister de un sistema de dos capas y cargado en pruebas de placa hechas para determinar los valores k del conjunto suelo - subbase en losas de prueba completas.

Las bases mejoradas ó tratadas con cemento aportan mayor capacidad de carga y su comportamiento a largo plazo es mucho mejor y son ampliamente empleadas para pavimentos de concreto con tráfico pesado. Se construyen con materiales granulares

como los tipos de suelos AASHTO A-1, A-2-4, A-2-5 y A-3, el contenido de cemento es determinado mediante las pruebas de Congelación - Descongelación y Mojado - Secado y el criterio de pérdidas admisibles de la PCA.

Los valores de diseño de módulo de sub-reacción (k) para bases cementadas que cumplen con éste criterio se muestran en la tabla 2.5-2.

3- Período de Diseño.

El término de período de diseño es algunas veces considerado sinónimo del término período de análisis de tráfico. Dado que el tráfico muy probablemente no puede ser supuesto con precisión por un período muy largo, el período de diseño de 20 años es el comúnmente empleado en el procedimiento de diseño de pavimentos.

El período de diseño seleccionado afecta el espesor de diseño ya que determina por cuantos años y por ende cuantos camiones deberá servir el pavimento.

CALIFORNIA BEARING RATIO - CBR

2

3

4

5

6

7

8 9

10

15

20

25

30

ASTM SOIL CLASSIFICATION SYSTEM (United Classification)

40

SC

ML CL

OL MH

GW GM

SM

SP

A-1-d

AASHTO SOIL CLASIFICATION

A-1-b A-2-4, A-2-5

A-2-6, A-2-7 A-5

60 70 80 90 100

GP GC SW

OH CH

50

A-3

A-4 A-6 A-7-5, A-7-6

RESISTANCE VALUE - R

5

10

30

20

40

50

60

70

MODULUS OF SUBGRADE REACTION - K PSI PER IN.

100

150

200

250

300

400

500

600

700

Figura 2.5-3 Relación aproximada entre las clasificaciones del suelo y sus valores de resistencia.

Tabla 2.5-1 Incremento en el valor de k del suelo, según el espesor de una base granular k Suelo - Sub-base (pci) Espesor de la sub-base

k del Suelo (pci) 4"

6"

9"

12"

50

65

75

85

110

100

130

140

160

190

200

220

230

270

320

300

320

330

370

430

Tabla 2.5-2 Incremento en el valor de k del suelo, según el espesor de una base granular cementada. k Suelo - Subbase (pci) Espesor Subbase


6"

8"

10"

50

170

230

310

390

100

280

400

520

640

200

470

640

830

--

4- Numero de repeticiones esperadas para cada eje.

Toda la información referente al tráfico termina siendo empleada para conocer el número de repeticiones esperadas durante todo el período de diseño de cada tipo de eje.

Para poder conocer estos valores tendremos que conocer varios factores

referentes al tránsito como lo es el tránsito promedio diario anual (TPDA), el % que representa cada tipo de eje en el TPDA, el factor de crecimiento del tráfico, el factor de sentido, el factor de carril y el período de diseño.

Repeticiones Esperadas.

Re = TPDA x %Te x FS x FC x Pd x FCA x 365

Donde: TPDA = Tránsito Promedio Diario Anual.

% Te = % del TPDA para cada tipo de eje. FS

= Factor de Sentido.

FC

= Factor de Carril.

Pd

= Período de Diseño.

FCA

= Factor de Crecimiento Anual.

365

= días de un año.

Tránsito promedio diario anual. (TPDA)

El TPDA puede obtenerse de aforos especializados ó de algún organismo relacionado con el transporte, ya sea municipal, estatal ó federal. Lo importante es que se especifique la composición de este tráfico, es decir que se detalle el tráfico por tipo de vehículo, para que de esta manera se pueda identificar los tipos y pesos de los ejes que van a circular sobre el pavimento.

El método de diseño de la PCA recomienda que considera únicamente el tráfico pesado, es decir que se desprecie todo el tráfico ligero como automóviles y pick-ups de 4 llantas. Sin embargo no es tan importante el hacer caso a esta recomendación debido a que el tráfico ligero no influye demasiado en el diseño de espesores.

Factor de Crecimiento Anual (FCA)

Para conocer el factor de crecimiento anual se requiere únicamente del período de diseño en años y de la tasa de crecimiento anual. Con estos datos podemos saber el factor de crecimiento de manera rápida con la ayuda de la tabla 2.5-3 que presenta

relaciones entre tasas de crecimiento anual y factores de crecimiento anual para períodos de diseño de 20 y 40 años. Si se desea obtener el factor de crecimiento anual del tráfico (FCA) de manera más exacta, se puede obtener a partir de la siguiente formula:

(1+g)n - 1 FC = (g)(n)

donde: FC = Factor de Crecimiento Anual. n = Vida útil en años. g = Tasa de crecimiento anual, en %

Tabla 2.5-3 Factores de Crecimiento Anual, según la tasa de crecimiento anual. TASAS DE CRECIMIENTO ANUAL DE TRAFICO Y SUS CORRESPONDIENTES FACTORES DE CRECIMIENTO TASA DE FACTOR DE CRECIMIENTO ANUAL CRECIMIENTO ANUAL DEL TRAFICO, % PARA 20 AÑOS

FACTOR DE PROYECCIÓN ANUAL PARA 40 AÑOS

1

1.1

1½

1.2

1.2 1.3

2

1.2

1.5

2½

1.3

1.6

3

1.3

1.8

3½

1.4

2.0

4

1.5

2.2

4½

1.6

2.4

5

1.6

2.7

5½

1.7

2.9

6

1.8

3.2

En un problema de diseño el factor de proyección se multiplica por el TPDA presente para obtener el TPDA de diseño representando el valor promedio para el período de diseño.

Los siguientes factores influyen en las tasas de crecimiento anual y proyecciones de tráfico: 1. El tráfico atraído ó desviado. El incremento del tráfico existente debido a la rehabilitación de algún camino existente. 2. Crecimiento normal de tráfico. El crecimiento normal provocado por el incremento del número de vehículos. 3. Tráfico generado. El incremento provocado por los vehículos que no circularían por la vía si la nueva facilidad no se hubiese construido. 4. Tráfico por desarrollo. El incremento provocado por cambios en el uso del suelo debido a la construcción de la nueva facilidad.

Los efectos combinados provocan tasas de crecimiento anual de 2 al 6%. Estas tasas corresponden como se muestra en la tabla 2.5.3 a factores de crecimiento del tráfico de 1.2 a 1.8, diseñando a 20 años.

Factor de Sentido.

El factor de sentido se emplea para diferenciar las vialidades de un sentido de las de doble sentido, de manera que para vialidades en doble sentido se utiliza un factor de sentido de 0.5 y para vialidades en un solo sentido un factor de 1.0

En el caso de vialidades de doble sentido

generalmente se asume que el

tránsito ( en sus diferentes tipos y pesos) viajan en igual cantidad para cada dirección (FS=0.5). Sin embargo esto puede no aplicar en algunos casos especiales en que muchos de los camiones viajan cargados en una dirección y regresan vacíos, Si éste es el caso, se deberá hacer el ajuste apropiado y tomar en cuenta el sentido con mayor tráfico.

Factor de Carril.

Después de verse afectado el tráfico por el factor de sentido, también debemos de analizar el número de carriles por sentido mediante el factor de carril. El factor de carril nos va a dar el porcentaje de vehículos que circulan por el carril de la derecha, que es el carril con más tráfico. Para esto, la PCA recomienda emplear la figura 2.5.4 en donde este factor depende del número de carriles por sentido ó dirección del tráfico y

TPDA (En una dirección), en miles

del tránsito promedio diario anual en un solo sentido. 100 80 60 40 2 carriles en una dirección

20 10 8 6 4

3 carriles en una dirección

Figura 2.5-4 Proporción de Vehículos circulando por el carril de baja velocidad en una vialidad de 2 ó 3 carriles.

5- Factor de Seguridad de Carga.

Una vez que se conoce la distribución de carga por eje, es decir ya que se conoce cuantas repeticiones se tendrán para cada tipo y peso de eje, se utiliza el factor de seguridad de carga para multiplicarse por las cargas por eje.

Los factores de seguridad de carga recomendados son: 1.3

Casos especiales con muy altos volúmenes de tráfico pesado y cero mantenimiento.

1.2

Para Autopistas ó vialidades de varios carriles en donde se presentará un flujo ininterrumpido de tráfico y altos volúmenes de tráfico pesado.

1.1

Autopistas y vialidades urbanas con volúmenes moderados de tráfico pesado.

1.0

Caminos y calles secundarias con muy poco tráfico pesado.

b) PROCEDIMIENTO DE DISEÑO.

El método descrito en ésta sección es empleado una vez que ya tenemos los datos del tráfico esperado, como lo es el tránsito díario promedio anual, la composición vehícular del tráfico y de esta información obtenemos el numero de repeticiones esperadas para cada tipo de eje durante el período de diseño.

En la figura 2.5-5 se presenta un formato empleado para resolver el diseño de pavimentos, el cuál requiere de conocer algunos factores de diseño, como: •

Tipo de junta y acotamiento.

•

Resistencia a la flexión del concreto (MR) a 28 días.

•

El valor del módulo de reacción K del terreno de apoyo.

•

Factor de seguridad de la carga (LSF)

•

Número de repeticiones esperadas durante el período de diseño, para cada tipo y peso de eje.

El método considera dos criterios de diseño: •

Fatiga

•

Erosión

El Análisis por fatiga (para controlar el agrietamiento por fatiga) influye principalmente en el diseño de pavimentos de tráfico ligero (calles residenciales y caminos secundarios independientemente de si las juntas tienen ó o pasajuntas) y pavimentos con tráfico mediano con pasajuntas en las juntas.

El análisis por erosión (el responsable de controlar la erosión del terreno de soporte, bombeo y diferencia de elevación de las juntas) influye principalmente el diseño de pavimentos con tráfico mediano a pesado con transferencia de carga por trabazón de agregados (sin pasajuntas) y pavimentos de tráfico pesado con pasajuntas.

Para pavimentos que tienen una mezcla normal de pesos de ejes, las cargas en los ejes sencillos son usualmente más severas en el análisis por fatiga y las cargas en ejes tandem son más severas en el análisis por erosión.

El diseño del espesor se calcula por tanteos con ayuda del formato de diseño de espesores por el método de la PCA que se presenta en la tabla 2.5.4. Los pasos en el procedimiento de diseño son como siguen: primero cargamos los datos de entrada que se presentan en la tabla 2.5.4 (columna 1 a la 3), los datos de la columna 2 son las cargas por eje multiplicadas por el factor de seguridad de carga.

Análisis por Fatiga.

Se emplean las mismas tablas y figuras para pavimentos con ó sin pasajuntas, mientras que la única variable es si se cuenta ó no con apoyo lateral, de manera que:

Sin apoyo lateral. •

Use la tabla 2.5.5 y la figura 2.5.5

Con apoyo lateral. •

Use la tabla 2.5.6 y la figura 2.5.5

Procedimiento: 1. Introducir como datos los valores de esfuerzo equivalente en las celdas 8, 11, 14 del formato de diseño de espesores. Estos valores se obtienen de las tablas apropiadas de factores de esfuerzos equivalentes (tablas 2.5.5 y 2.5.6), dependiendo del espesor inicial y el valor de k. 2. Dividir los valores de esfuerzo equivalente entre el módulo de ruptura del concreto, al resultado le llamamos relación de esfuerzos y vamos a obtener una para cada tipo de eje (sencillo, tándem y tridem). Estos valores los anotamos en el formato de diseño de espesores (tabla 2.5.4) en las celdas 9, 12 y 15. 3. Llenar la columna 4 de “repeticiones permisibles” obtenidas en la figura 2.5.5 4. Obtener el % de fatiga de cada eje. El % de fatiga se anota en la columna 5 y se obtiene dividiendo las repeticiones esperadas (columna 3) entre las repeticiones permisibles (columna 4) por 100; esto se hace para cada eje y posteriormente se suman todos los porcentajes de daño por fatiga para obtener el porcentaje total de daño por fatiga.

Análisis por Erosión.

Sin apoyo lateral.

•

Para pavimentos con pasajuntas, emplear la tabla 2.5.7 y la figura 2.5.6

•

En los pavimentos en que la transferencia de carga se realiza exclusivamente mediante la trabazón de los agregados, use la tabla 2.5.8 y la figura 2.5.6

Con apoyo lateral. •

Para pavimentos con pasajuntas ó continuamente reforzados, emplear la tabla 2.5.9 y la figura 2.5.7

•

En los pavimentos en que la transferencia de carga se realiza exclusivamente mediante la trabazón de los agregados, use la tabla 2.5.10 y la figura 2.5.7

Procedimiento: 1. Anote en las celdas 10,13 y 16 del formato de diseño de espesores, los correspondientes factores de erosión obtenidos de las tablas adecuadas (tablas 2.5.7 a 2.5.10) 2. Calcule las “repeticiones permisibles” con ayuda de la figura 2.5.6 y la figura 2.5.7, y anótelos en la columna 6 del formato de diseño de espesores. 3. Calcule el porcentaje de daño por erosión (columna 7) para cada eje dividiendo las repeticiones esperadas (columna 3) entre las repeticiones permitidas (columna 6) y multiplicando el resultado por 100, para posteriormente totalizar el daño por erosión.

Al emplear las gráficas no es necesario una exacta interpolación de las repeticiones permisibles. Si la línea de intersección corre por encima de la parte

superior de la gráfica, se considera que las repeticiones de carga permisibles son ilimitadas.

Tabla 2.5.4 Formato para el diseño de espesores por el método de la PCA

CALCULO DE ESPESOR DEL PAVIMENTO PROYECTO: Diseño Carretera inter-estatal de 4 carriles. ESPESOR INICIAL: MÓDULO DE REACCION K, DE LA SUBRASANTE: MÓDULO DE RUPTURA, MR: FACTOR DE SEGURIDAD DE CARGA, LSF:

9.5 in 130 pci 650 psi 1.2

PASAJUNTAS: SI ____ NO _____ APOYO LATERAL: SI ____ NO _____ PERÍODO DE DISEÑO(AÑOS): 20 COMENTARIOS: 4" de base cementada

Análisis de Fatiga

Análisis de Erosión

Carga del eje, en kips

Multiplicada por LSF

Repeticiones Esperadas

Repeticiones Permisible (FIG.2.5.5)

% de Fatiga

Repeticiones permisibles (FIG 2.5.6 ó 2.5.7)

% de Daño

1

2

3

4

5

6

7

8. Esfuerzo equivalente

206

9. Factor de relación de esfuerzo

10. Factor de Erosion

2.59

0.317

Ejes Sencillos 30

36.0

6,310

27,000

23.4

1,500,000

0.4

28

33.6

14,690

77,000

19.1

2,200,000

0.7

26

31.2

30,140

230,000

13.1

3,500,000

0.9

24

28.8

64,410

1,200,000

5.4

5,900,000

1.1

22

26.4

106,900

ilimitado

0

11,000,000

1.0

20

24.0

235,800

ilimitado

0

23,000,000

1.0

18

21.6

301,200

ilimitado

0

0.5

16

19.2

422,500

ilimitado

0

64,000,000 ilimitado

14

16.8

586,900

ilimitado

0

ilimitado

0

12

14.4

1,837,000

ilimitado

0

ilimitado

0



192


0

2.79

0.295

Ejes Tandem 52

62.4

21,320

1,100,000

1.9

920,000

2.3

48

57.6

42,870

ilimitado

0

1,500,000

2.9

44

52.8

124,900

ilimitado

0

2,500,000

5.0

40

48.0

372,900

ilimitado

0

4,600,000

8.1

36

43.2

885,800

ilimitado

0

9,500,000

9.3

32

38.4

930,100

ilimitado

0

24,000,000

3.9

28

33.6

1,656,000

ilimitado

0

1.8

24

28.8

984,900

ilimitado

0

92,000,000 ilimitado

20

24.0

1,227,000

ilimitado

0

ilimitado

0

16

19.2

1,356,000

ilimitado

0

ilimitado

0



148


0

2.95

0.228

Ejes Tridem 18

21.6

250,000 ilimitado TOTAL

0 62.9

2,700,000 TOTAL

9.3 48.0

Tabla 2.5.5 Esfuerzo Equivalente para Pavimentos Sin Apoyo Lateral. Esfuerzo equivalente - Sin Apoyo Lateral Eje Sencillo / Eje Tandem / Eje Tridem Espesor de Losa, (pulgadas)

k de la subrasante, pci 50

100

300

200

150

500

700

Sen Tán

Tri

Sen Tán

Tri

Sen Tán

Tri

Sen Tán

Tri

Sen Tán

Tri

Sen Tán

Tri

Sen Tán

Tri

4.0

825

679

510

726

585

456

671

542

437

634

516

428

584

486

419

523

457

414

484

443

412

4.5

699

586

439

616

500

380

571

460

359

540

435

349

498

406

339

448

378

331

417

363

328

5.0

602

516

387

531

436

328

493

399

305

467

376

293

432

349

282

390

321

272

363

307

269

5.5

526

461

347

464

387

290

431

353

266

409

331

253

379

305

240

343

278

230

320

264

226

6.0

465

416

315

411

348

261

382

316

237

362

296

223

336

271

209

304

246

198

285

232

193

6.5

417

380

289

367

317

238

341

286

214

324

267

201

300

244

186

273

220

173

256

207

168

7.0

375

349

267

331

290

219

307

262

196

292

244

183

272

222

167

246

199

154

231

186

148

7.5

340

323

247

300

268

203

279

241

181

265

224

168

246

203

153

224

181

139

210

169

132

8.0

311

300

230

274

249

189

255

223

168

242

208

156

225

188

141

205

167

126

192

155

120

8.5

285

281

215

252

232

117

234

208

158

222

193

145

206

174

131

188

154

116

177

143

109

9.0

264

264

200

232

218

166

216

195

148

205

181

136

190

163

122

174

144

108

163

133

101

9.5

245

248

187

215

205

157

200

183

140

190

170

129

176

153

115

161

134

101

151

124

93

10.0

228

235

174

200

193

148

186

173

132

177

160

122

164

144

108

150

126

95

141

117

87

10.5

213

222

163

187

183

140

174

164

125

165

151

115

153

136

103

140

119

89

132

110

82

11.0

200

211

153

175

174

132

163

155

119

154

143

110

144

129

98

131

113

85

123

104

78

11.5

188

201

142

165

165

125

153

148

113

145

136

104

135

122

93

123

107

80

116

98

74

12.0

177

192

133

155

158

119

144

141

108

137

130

100

127

116

89

116

102

77

109

93

70

12.5

168

183

123

147

151

113

136

135

103

129

124

95

120

111

85

109

97

73

103

89

67

13.0

159

176

114

139

144

107

129

129

98

122

119

91

113

106

81

103

93

70

97

85

64

13.5

152

168

105

132

138

101

122

123

93

116

114

87

107

102

78

98

89

67

92

81

61

14.0

144

162

97

125

133

96

116

118

89

110

109

83

102

98

75

93

85

65

88

78

59

Tabla 2.5.6 Esfuerzo Equivalente para Pavimentos Con Apoyo Lateral. Esfuerzo equivalente - Con Apoyo Lateral. Eje Sencillo / Eje Tandem / Eje Tridem Espesor de Losa, (pulgadas)


150

100

200

300

500

700

Sen Tán

Tri

Sen Tán

Tri

Sen Tán

Tri

Sen Tán

Tri

Sen Tán

Tri

Sen Tán

Tri

Sen Tán

Tri

4.0

640

534

431

559

468

392

517

439

377

489

422

369

452

403

362

409

388

360

383

384

359

4.5

547

461

365

479

400

328

444

372

313

421

356

305

390

338

297

355

322

292

333

316

291

5.0

475

404

317

417

349

281

387

323

266

367

308

258

341

290

250

311

274

244

294

267

242

5.5

418

360

279

368

309

246

342

285

231

324

271

223

302

254

214

276

238

208

261

231

206

6.0

372

325

249

327

277

218

304

255

204

289

241

96

270

225

187

247

210

180

234

203

178

6.5

334

295

225

294

251

196

274

230

183

260

218

175

243

203

166

223

188

159

212

180

156

7.0

302

270

204

266

230

178

248

210

165

236

198

158

220

184

149

203

170

142

192

162

138

7.5

275

250

187

243

211

162

226

193

151

215

182

143

201

168

135

185

155

127

176

148

124

8.0

252

232

172

222

196

149

207

179

138

197

168

131

185

155

123

170

142

116

162

135

112

8.5

232

216

159

205

182

138

191

166

128

182

156

121

170

144

113

157

131

106

150

125

102

9.0

215

202

147

190

171

128

177

155

119

169

146

112

158

134

105

146

122

98

139

116

94

9.5

200

190

137

176

160

120

164

146

111

157

137

105

147

126

98

136

114

91

129

108

87

10.0

186

179

127

164

151

112

153

137

104

146

129

98

137

118

91

127

107

84

121

101

81

10.5

174

170

119

154

143

105

144

130

97

137

121

92

128

111

86

119

101

79

113

95

76

11.0

164

161

111

144

135

99

135

123

92

129

115

87

120

105

81

112

95

74

106

90

71

11.5

154

153

104

136

128

93

127

117

86

121

109

82

113

100

76

105

90

70

100

85

67

12.0

145

146

97

128

122

88

120

111

82

114

104

78

107

95

72

99

86

66

95

81

63

12.5

137

139

91

121

117

83

113

106

78

108

99

74

101

91

68

94

82

63

90

77

60

13.0

130

133

85

115

112

79

107

101

74

102

95

70

96

86

65

89

78

60

85

73

57

13.5

124

124

80

109

107

75

102

97

70

97

91

67

91

83

62

85

74

57

81

70

54

14.0

118

122

75

104

103

71

97

93

67

93

87

63

87

79

59

81

71

54

77

67

51

120 0.15

58

10,000,000 6

4

2

56 54

110

1,000,000 8 6 4

52

100

0.20

46 44

90

42

40

80

38 36 34

70

32

30

60

28 26 24

0.25

0.30

0 40

50

0.50

FACTOR DE RELACIÓN DE ESFUERZO

2

48

CARGAS DE EJES TANDEM, EN KIPS

CARGAS DE EJES SENCILLOS, EN KIPS

50

100,000 8 6 4

2

10,000 8 6 4

2

22

20

40

0.60

8

18 16 14

1000

0.70 30

0.80 0.90 1.00

12

10

20

8

16

1.50

6 4

2

100

FIGURA 2.5.5. Análisis de fatiga (Repeticiones permisibles basadas en el factor de relación de esfuerzo, con ó sin apoyo lateral).

REPETICIONES PERMISIBLES

60

Tabla No. 2.5.7- Factores de Erosión, para Pavimentos con Pasajuntas y Sin Apoyo Lateral. Factores de Erosión - Con Pasajuntas - Sin Apoyo Lateral Eje Sencillo / Eje Tandem / Eje Tridem k de la subrasante, pci

Espesor de Losa, (pulgadas)

Sen

Tán

Tri

Sen

Tán

Tri

Sen

Tán

Tri

Sen

Tán

Tri

Sen

Tán

Tri

Sen

Tán

Tri

4.0

3.74

3.83

3.89

3.73

3.79

3.82

3.72

3.75

3.75

3.71

3.73

3.70

3.70

3.70

3.61

3.68

3.67

3.53

4.5

3.59

3.70

3.78

3.57

3.65

3.69

3.56

3.61

3.62

3.55

3.58

3.57

3.54

3.55

3.50

3.52

3.53

3.44

5.0

3.45

3.58

3.68

3.43

3.52

3.58

3.42

3.48

3.50

3.41

3.45

3.46

3.40

3.42

3.40

3.38

3.40

3.34

5.5

3.33

3.47

3.59

3.31

3.41

3.49

3.29

3.36

3.40

3.28

3.33

3.36

3.27

3.30

3.30

3.26

3.28

3.25

6.0

3.22

3.38

3.51

3.19

3.31

3.40

3.18

3.26

3.31

3.17

3.23

3.26

3.15

3.20

3.21

3.14

3.17

3.16

6.5

3.11

3.29

3.44

3.09

3.22

3.33

3.07

3.16

3.23

3.06

3.13

3.18

3.05

3.10

3.12

3.03

3.07

3.08

7.0

3.02

3.21

3.37

2.99

3.14

3.26

2.97

3.08

3.16

2.96

3.05

3.10

2.95

3.01

3.04

2.94

2.98

3.00

7.5

2.93

3.14

3.31

2.91

3.06

3.20

2.88

3.00

3.09

2.87

2.97

3.03

2.86

2.93

2.97

2.84

2.90

2.93

8.0

2.85

3.07

3.26

2.82

2.99

3.14

2.80

2.93

3.03

2.79

2.89

2.97

2.77

2.85

2.90

2.76

2.82

2.86

8.5

2.77

3.01

3.20

2.74

2.93

3.09

2.72

2.86

2.97

2.71

2.82

2.91

2.69

2.78

2.84

2.68

2.75

2.79

9.0

2.70

2.96

3.15

2.67

2.87

3.04

2.65

2.80

2.92

2.63

2.76

2.86

2.62

2.71

2.78

2.61

2.68

2.73

9.5

2.63

2.90

3.11

2.60

2.81

2.99

2.58

2.74

2.87

2.56

2.70

2.81

2.55

2.65

2.73

2.54

2.62

2.68

10.0

2.56

2.85

3.06

2.54

2.76

2.94

2.51

2.68

2.83

2.50

2.64

2.76

2.48

2.59

2.68

2.47

2.56

2.63

10.5

2.50

2.81

3.02

2.47

2.71

2.90

2.45

2.63

2.78

2.44

2.59

2.72

2.42

2.54

2.64

2.41

2.51

2.58

11.0

2.44

2.76

2.98

2.42

2.67

2.86

2.39

2.58

2.74

2.38

2.54

2.68

2.36

2.49

2.59

2.35

2.45

2.54

11.5

2.38

2.72

2.94

2.36

2.62

2.82

2.33

2.54

2.70

2.32

2.49

2.64

2.30

2.44

2.55

2.29

2.40

2.50

12.0

2.33

2.68

2.91

2.30

2.58

2.79

2.28

2.49

2.67

2.26

2.44

2.60

2.25

2.39

2.51

2.23

2.36

2.46

12.5

2.28

2.64

2.87

2.25

2.54

2.75

2.23

2.45

2.63

2.21

2.40

2.56

2.19

2.35

2.48

2.18

2.31

2.42

13.0

2.23

2.61

2.84

2.20

2.50

2.72

2.18

2.41

2.60

2.16

2.36

2.53

2.14

2.30

2.44

2.13

2.27

2.39

13.5

2.18

2.57

2.81

2.15

2.47

2.68

2.13

2.37

2.56

2.11

2.32

2.49

2.09

2.26

2.41

2.08

2.23

2.35

14.0

2.13

2.54

2.78

2.11

2.43

2.65

2.08

2.34

2.53

2.07

2.29

2.46

2.05

2.23

2.38

2.03

2.19

2.32

50

200

100

30

500

700

Tabla No. 2.5.8- Factores de Erosión, para Pavimentos sin Pasajuntas y Sin Apoyo Lateral.

Factores de Erosión - Sin Pasajuntas - Sin Apoyo Lateral Eje Sencillo / Eje Tandem / Eje Tridem Espesor de Losa, (pulgadas)


100

200

30

500

700

Sen

Tán

Tri

Sen

Tán

Tri

Sen

Tán

Tri

Sen

Tán

Tri

Sen

Tán

Tri

Sen

Tán

Tri

4.0

3.94

4.03

4.06

3.91

3.95

3.97

3.88

3.89

3.88

3.86

3.86

3.82

3.82

3.83

3.74

3.77

3.80

3.67

4.5

3.79

3.91

3.95

3.76

3.82

3.85

3.73

3.75

3.76

3.71

3.72

3.70

3.68

3.68

3.63

3.64

3.65

3.56

5.0

3.66

3.81

3.85

3.63

3.72

3.75

3.60

3.64

3.66

3.58

3.60

3.60

3.55

3.55

3.52

3.52

3.52

3.46

5.5

3.54

3.72

3.76

3.51

3.62

3.66

3.48

3.53

3.56

3.46

3.49

3.51

3.43

3.44

3.43

3.41

3.40

3.37

6.0

3.44

3.64

3.68

3.40

3.53

3.58

3.37

3.44

3.48

3.35

3.40

3.42

3.32

3.34

3.35

3.30

3.30

3.29

6.5

3.34

3.56

3.61

3.30

3.46

3.50

3.26

3.36

3.40

3.25

3.31

3.34

3.22

3.25

3.27

3.20

3.21

3.21

7.0

3.26

3.49

3.54

3.21

3.39

3.43

3.17

3.29

3.33

3.15

3.24

3.27

3.13

3.17

3.20

3.11

3.13

3.14

7.5

3.18

3.43

3.48

3.13

3.32

3.37

3.09

3.22

3.26

3.07

3.17

3.20

3.04

3.10

3.13

3.02

3.06

3.08

8.0

3.11

3.37

3.42

3.05

3.26

3.31

3.01

3.16

3.20

2.99

3.10

3.14

2.96

3.03

3.07

2.94

2.99

3.01

8.5

3.04

3.32

3.37

2.98

3.21

3.25

2.93

3.10

3.15

2.91

3.04

3.09

2.88

2.97

3.01

2.87

2.93

2.96

9.0

2.98

3.27

3.32

2.91

3.16

3.20

2.86

3.05

3.09

2.84

2.99

3.03

2.81

2.92

2.95

2.79

2.87

2.90

9.5

2.92

3.22

3.27

2.85

3.11

3.15

2.80

3.00

3.04

2.77

2.94

2.98

2.75

2.86

2.90

2.73

2.81

2.85

10.0

2.86

3.18

3.22

2.79

3.06

3.11

2.74

2.95

3.00

2.71

2.89

2.93

2.68

2.81

2.85

2.66

2.76

2.80

10.5

2.81

3.14

3.18

2.74

3.02

3.06

2.68

2.91

2.95

2.65

2.84

2.89

2.62

2.76

2.81

2.60

2.72

2.76

11.0

2.77

3.10

3.14

2.69

2.98

3.02

2.63

2.86

2.91

2.60

2.80

2.84

2.57

2.72

2.77

2.54

2.67

2.71

11.5

2.72

3.06

3.10

2.64

2.94

2.98

2.58

2.82

2.87

2.55

2.76

2.80

2.51

2.68

2.72

2.49

2.63

2.67

12.0

2.68

3.03

3.07

2.60

2.90

2.95

2.53

2.78

2.83

2.50

2.72

2.76

2.46

2.64

2.68

2.44

2.59

2.63

12.5

2.64

2.99

3.03

2.55

2.87

2.91

2.48

2.75

2.79

2.45

2.68

2.73

2.41

2.60

2.65

2.39

2.55

2.59

13.0

2.60

2.96

3.00

2.51

2.83

2.88

2.44

2.71

2.76

2.40

2.65

2.69

2.36

2.56

2.61

2.34

2.51

2.56

13.5

2.56

2.93

2.97

2.47

2.80

2.84

2.40

2.68

2.73

2.36

2.61

2.66

2.32

2.53

2.58

2.30

2.48

2.52

14.0

2.53

2.90

2.94

2.44

2.77

2.81

2.36

2.65

2.69

2.32

2.58

2.63

2.28

2.50

2.54

2.25

2.44

2.49

100,000,000

120

8 6 4

110 50

100 90

40

2.2

80

40

18

35 16

30 14

12

25

4 2

2.8

1,000,000 8 6

3.0 FACTOR DE EROSIÓN

20

50

8 6

2.6



25

60

10,000,000

2.4

70 30

2

2.0

4

3.2 2

3.4 100,000

3.6

8 6

3.8 4.0

4

2

10,000 10 9

8

8 6

20 18 16

4 2

REPETICINES DE CARGA PERMISIBLES

60

Figura 2.5.6 Análisis de Erosión. (Repeticiones permisibles basadas en el factor de erosión, sin apoyo lateral).

Tabla No. 2.5.9- Factores de Erosión, para Pavimentos con Pasajuntas y Con Apoyo Lateral. Factores de Erosión - Con Pasajuntas - Con Apoyo Lateral Eje Sencillo / Eje Tandem / Eje Tridem Espesor de Losa, (pulgadas)

k de la subrasante, pci Sen

50 Tán

Sen

100 Tán

Sen

200 Tán

Tri

Tri

Tri

Sen

30 Tán

Tri

Sen

500 Tán

Tri

Sen

700 Tán

4.0

3.28

3.30

3.33

3.24

3.20

Tri

3.20

3.21

3.13

3.13

3.19

3.10

3.10

3.15

3.09

3.05

3.12

3.08

3.00

4.5

3.13

5.0

3.01

3.19

3.24

3.09

3.09

3.16

2.97

3.08

3.10

3.06

3.00

2.99

3.04

2.96

2.95

3.01

2.93

2.91

2.98

2.91

2.87

2.98

3.01

2.93

2.89

2.89

2.90

2.84

2.83

2.87

2.79

2.79

2.85

2.77

5.5

2.90

3.01

3.09

2.75

2.85

2.89

2.94

2.81

2.79

2.80

2.79

2.74

2.74

2.76

2.68

2.67

2.73

2.65

6.0

2.79

2.93

2.64

3.03

2.75

2.82

2.87

2.70

2.71

2.73

2.68

2.65

2.66

2.65

2.58

2.58

2.62

2.54

6.5

2.70

2.54

2.86

2.97

2.65

2.75

2.82

2.61

2.63

2.67

2.58

2.57

2.59

2.55

2.50

2.50

2.52

2.45

7.0

2.45

2.61

2.79

2.92

2.56

2.68

2.76

2.52

2.56

2.61

2.49

2.50

2.53

2.46

2.42

2.43

2.43

2.38

2.37

7.5

2.53

2.73

2.87

2.48

2.62

2.72

2.44

2.50

2.56

2.41

2.44

2.47

2.38

2.36

2.37

2.35

2.31

2.31

8.0

2.46

2.68

2.83

2.41

2.56

2.67

2.36

2.44

2.51

2.33

2.38

2.42

2.30

2.30

2.32

2.27

2.24

2.25

8.5

2.39

2.62

2.79

2.34

2.51

2.63

2.29

2.39

2.47

2.26

2.32

2.38

2.22

2.24

2.27

2.20

2.18

2.20

9.0

2.32

2.57

2.75

2.27

2.46

2.59

2.22

2.34

2.43

2.19

2.27

2.34

2.16

2.19

2.23

2.13

2.13

2.15

9.5

2.26

2.52

2.71

2.21

2.41

2.55

2.16

2.29

2.39

2.13

2.22

2.30

2.09

2.14

2.18

2.07

2.08

2.11

10.0

2.20

2.47

2.67

2.15

2.36

2.51

2.10

2.25

2.35

2.07

2.18

2.26

2.03

2.09

2.15

2.01

2.03

2.07

10.5

2.15

2.43

2.64

2.09

2.32

2.48

2.04

2.20

2.32

2.01

2.14

2.23

1.97

2.05

2.11

1.95

1.99

2.04

11.0

2.10

2.39

2.60

2.04

2.28

2.45

1.99

2.16

2.29

1.95

2.09

2.20

1.92

2.01

2.08

1.89

1.95

2.00

11.5

2.05

2.35

2.57

1.99

2.24

2.42

1.93

2.12

2.26

1.90

2.05

2.16

1.87

1.97

2.05

1.84

1.91

1.97

12.0

2.00

2.31

2.54

1.94

2.20

2.39

1.88

2.09

2.23

1.85

2.02

2.13

1.82

1.93

2.02

1.79

1.87

1.94

12.5

1.95

2.27

2.51

1.89

2.16

2.36

1.84

2.05

2.20

1.81

1.98

2.11

1.77

1.89

1.99

1.74

1.84

1.91

13.0

1.91

2.23

2.48

1.85

2.13

2.33

1.79

2.01

2.17

1.76

1.95

2.08

1.72

1.86

1.96

1.70

1.80

1.88

13.5

1.86

2.20

2.46

1.81

2.09

2.30

1.75

1.98

2.14

1.72

1.91

2.05

1.68

1.83

1.93

1.65

1.77

1.86

14.0

1.82

2.17

2.43

1.76

2.06

2.28

1.71

1.95

2.12

1.67

1.88

2.03

1.64

1.80

1.91

1.61

1.74

1.83

Tabla No. 2.5.10- Factores de Erosión, para Pavimentos sin Pasajuntas y Con Apoyo Lateral. Factores de Erosión - Sin Pasajuntas - Con Apoyo Lateral Eje Sencillo / Eje Tandem / Eje Tridem Espesor de Losa, (pulgadas)


100

200

30

500

700

Sen

Tán

Tri

Sen

Tán

Tri

Sen

Tán

Tri

Sen

Tán

Tri

Sen

Tán

Tri

Sen

Tán

Tri

4.0

3.46

3.49

3.50

3.42

3.39

3.38

3.38

3.32

3.30

3.36

3.29

3.25

3.32

3.26

3.21

3.28

3.24

3.16

4.5

3.32

3.39

3.40

3.28

3.28

3.28

3.24

3.19

3.18

3.22

3.16

3.13

3.19

3.12

3.08

3.15

3.09

3.04

5.0

3.20

3.30

3.32

3.16

3.18

3.19

3.12

3.09

3.08

3.10

3.05

3.03

3.07

3.00

2.97

3.04

2.97

2.93

5.5

3.10

3.22

3.26

3.05

3.10

3.11

3.01

3.00

3.00

2.99

2.95

2.94

2.96

2.90

2.87

2.93

2.86

2.83

6.0

3.00

3.15

3.20

2.95

3.02

3.05

2.90

2.92

2.92

2.88

2.87

2.86

2.86

2.81

2.79

2.83

2.77

2.74

6.5

2.91

3.08

3.41

2.86

2.96

2.99

2.81

2.85

2.86

2.79

2.79

2.79

2.76

2.73

2.72

2.74

2.68

2.67

7.0

2.83

3.02

3.09

2.77

2.90

2.94

2.73

2.78

2.80

2.70

2.72

2.73

2.68

2.66

2.65

2.65

2.61

2.60

7.5

2.76

2.97

3.05

2.70

2.84

2.89

2.65

2.72

2.75

2.62

2.66

2.67

2.60

2.59

2.59

2.57

2.54

2.54

8.0

2.69

2.92

3.01

2.63

2.79

2.84

2.57

2.67

2.70

2.55

2.61

2.62

2.52

2.53

2.54

2.50

2.48

2.48

8.5

2.63

2.88

2.97

2.56

2.74

2.80

2.51

2.62

2.65

2.48

2.55

2.58

2.45

2.48

2.49

2.43

2.43

2.43

9.0

2.57

2.83

2.94

2.50

2.70

2.77

2.44

2.57

2.61

2.42

2.51

2.53

2.39

2.43

2.44

2.36

2.38

2.38

9.5

2.51

2.79

2.91

2.44

2.65

2.73

2.38

2.53

2.58

2.36

2.46

2.49

2.33

2.38

2.40

2.30

2.33

2.34

10.0

2.46

2.75

2.88

2.39

2.61

2.70

2.33

2.49

2.54

2.30

2.42

2.46

2.27

2.34

2.36

2.24

2.28

2.29

10.5

2.41

2.72

2.85

2.33

2.58

2.67

2.27

2.45

2.51

2.24

2.38

2.42

2.21

2.30

2.32

2.19

2.24

2.26

11.0

2.36

2.68

2.83

2.28

2.54

2.65

2.22

2.41

2.48

2.19

2.34

2.39

2.16

2.26

2.29

2.14

2.20

2.22

11.5

2.32

2.65

2.80

2.24

2.51

2.62

2.17

2.38

2.45

2.14

2.31

2.36

2.11

2.22

2.26

2.09

2.16

2.19

12.0

2.28

2.62

2.78

2.19

2.48

2.59

2.13

2.34

2.43

2.10

2.27

2.33

2.06

2.19

2.23

2.04

2.13

2.16

12.5

2.24

2.59

2.76

2.15

2.45

2.57

2.09

2.31

2.40

2.05

2.24

2.31

2.02

2.15

2.20

1.99

2.10

2.13

13.0

2.20

2.56

2.74

2.11

2.42

2.55

2.04

2.28

2.38

2.01

2.21

2.28

1.98

2.12

2.17

1.95

2.06

2.10

13.5

2.16

2.53

2.72

2.08

2.39

2.53

2.00

2.25

2.35

1.97

2.18

2.26

1.93

2.09

2.15

1.91

2.03

2.07

14.0

2.13

2.51

2.70

2.04

2.36

2.51

1.97

2.23

2.33

1.93

2.15

2.24

1.89

2.06

2.12

1.87

2.00

2.05

120

1.6

100,000,000 4 2

110

90

2.0

80 70

30

25

20 18

60

50

40 35

10,000,000 6 4 2

2.2

1,000,000

8

6

2.4 FACTOR DE EROSION

CARGAS DE EJE SENCILLO, EN KIPS

40

100

1.8


50

4

2.6 2

2.8 100,000 8

3.0 3.2 3.4

6

4

16

30

3.6 2

14

25 12

10,000 8

10

20

9

18

8

16

6 4

REPETICIONES DE CARGA PERMISIBLES

60

Figura 2.5.7 Análisis de Erosión. (Repeticiones permisibles basadas en el factor de erosión, con apoyo lateral).

EJEMPLO DE DISEÑO POR EL METODO DE LA PCA.

DATOS: Vialidad Urbana de 2 sentidos y de 2 carriles por sentido. Sin Apoyo Lateral. Módulo de Ruptura (MR) del concreto = 650 psi Módulo de Sub-reacción del Suelo (k) = 100 pci Base granular de 20 cms Factor de seguridad de carga de 1.1 Datos del Tráfico: Período de diseño:

20 años

Tasa de crecimiento anual del tráfico:

3.0 %

Se realizó un aforo durante varios días y además se promedio con el tráfico (ya conocido) de otras vialidades de condiciones muy similares, resultando un tránsito promedio diario anual (TPDA) de 2,267 vehículos en una sola dirección, con la siguiente composición:

Tabla 2.5.11 Tránsito promedio diario anual y su composición para el ejemplo de diseño PCA TIPO DE VEHICULO

% DEL TPDA

CARGADOS

VACIOS

1,315

58.0%

100%

0%

A´2

433

19.1%

100%

0%

B2

168

7.4%

60%

40%

A2

TOTAL DIARIOS

B4

52

2.3%

60%

40%

C2

202

8.9%

60%

40%

C3

25

1.1%

60%

40%

T2-S2

4

0.2%

60%

40%

T3-S2

56

2.5%

60%

40%

T3-S3

10

0.4%

60%

40%

2

0.1%

60%

40%

T3-S2-R4

2,267

100.0%

SOLUCION:

1.- Análisis del tráfico para conocer el número de repeticiones esperadas para cada eje.

1.a) Tránsito Pesado Promedio Diario Anual. El método de la PCA descarta el tráfico ligero como los vehículos A’ y A’2, sin embargo para efectos de este ejemplo si los vamos a considerar en el diseño, aún sabiendo que su impacto es mínimo. Por lo que el ADTT equivale al tránsito promedio diario anual (TPDA) dado.

1.b) Factor de Sentido: Dado que los datos del aforo son en un solo sentido, entonces el factor de sentido a emplear será de 1.00.

1.c) Factor de Carril. En los datos generales del proyecto se menciona que la vialidad cuenta con 2 carriles por sentido, así que para determinar el factor de carril a emplear se utilizará la figura 2.5-4 entrando con el TPDA de 2,267 vehículos (incluyendo los ligeros) hasta encontrar la línea de 2 carriles en una dirección, de manera que obtenemos un 94% vehículos circulando por el carril de la derecha; es decir un factor de carril de 0.94

TPDA (En una dirección), en miles

100 80 60 40 20


10 8 6 4


2

2,267 vehículos 1 0.50

0.60

0.70

0.80

0.90

1.00

PROPORCION DE VEHICULOS EN EL CARRIL DE LA DERECHA

0.94 Factor de Carril

Figura 2.5.8 Cálculo del factor de carril para el ejemplo de diseño PCA.

1.d) Factor de Crecimiento Anual. Para el calculo del factor del crecimiento anual se emplean los datos de período de diseño igual a 20 años y la tasa de crecimiento anual de 3%, resultando un factor de crecimiento anual de 1.3435

( 1 + 0.03 ) 20 - 1 FCA =

= 1.3435 ( 0.03 ) ( 20 )

1.e) Repeticiones esperadas para cada tipo de eje. Dado que conocemos los tipos de vehículos y la cantidad de ellos (repeticiones esperadas) que van a circular sobre el pavimento, lo que se hace a continuación es separar la repetición para cada tipo de eje, es decir para cada peso de eje (recordar que tenemos unos cargados y otros vacíos) y para cada tipo como lo son ejes sencillos, tándem ó tridem. Para efectos del ejemplo únicamente analizaremos un tipo de eje y presentaremos más adelante los resultados de todos los tipos de ejes. El eje sencillo de 6.6 kips únicamente interviene en el conjunto de ejes traseros del camión de 2 ejes (C2), cuando este circula vacío, por lo que las repeticiones esperadas de este tipo de eje será:

En el primer año: Rep. Esperadas = (Rep. Diarias del eje) x (% Cargado ó Vacío) x (Factor de Sentido) x (Factor de Carril) x (365) Rep. Esperadas = 202 x 0.40 x 1.0 x 0.94 x 365 Rep. Esperadas = 27,722.48

En toda la vida útil: Rep. Esperadas = (Rep. 1er año) x (Período de diseño) x

(Factor de Crecimiento Anual) Rep. Esperadas = 27,722.48 x 20 x 1.3435 Rep. Esperadas = 744,903

De igual manera de como se calculó las repeticiones permisibles para el eje sencillo de 6.6 kips, se deberá analizar todos los tipos de ejes derivados de la composición vehicular del tránsito promedio diario anual. Los resultados de las repeticiones esperadas para todos los tipos de ejes que intervienen en nuestro proyecto se presenta en la siguiente tabla:

Tabla 2.5.11 Repeticiones esperadas para cada tipo de eje en el ejemplo de diseño PCA TIPO DE EJE

PESO EN KIPS

Sencillo Sencillo Sencillo Sencillo Sencillo Sencillo Sencillo Sencillo Sencillo Tándem Tándem Tándem Tándem Tándem Tándem Tándem Tándem Tándem Tándem

2.20 3.74 6.60 7.70 8.36 8.80 12.10 15.40 22.00 7.04 7.26

902,353 148,562 27,723 51,300 148,562 13,244 96,075 23,056 76,950 288 288

24,246,563 3,991,917 744,903 1,378,450 3,991,917 355,871 2,581,571 619,523 2,067,675 7,739 7,739

7.70 8.80 9.90 11.00 15.40 17.60 30.80 39.60 *11.00 *49.50

288 17,553 3,376 7,164 10,746 7,164 10,746 32,691 1,400 2,100

7,739 471,656 90,714 192,499 288,749 192,499 288,749 878,419 37,619 56,428

Tridem Tridem

REPETICIONES REPETICIONES AL AÑO EN LA VIDA ÚTIL

* El peso por eje de los ejes tridem, se deberá dividir entre tres para poder emplear la escala de los ejes sencillos en los nomogramas de repeticiones permisibles tanto de fatiga como de erosión (figuras 2.5.5, 2.5.6 y 2.5.7).

2.- Cálculo del Modulo de sub-reacción (k) de diseño.

El valor de k = 100 pci es del terreno natural y como tenemos una base granular de 20 cms, la k se modifica , resultando la k del conjunto suelo - subbase a un valor de 153.33 pci (=150 pci para simplificar el ejemplo), de acuerdo a la siguiente tabla:

Tabla 2.5.12 Cálculo de la k de conjunto suelo-subbase para el ejemplo de diseño PCA k Suelo - Sub-base (pci) Espesor de la sub-base


6"

9"

12"

50

65

75

85

110

100

130

140

160

190

200

220

230

270

320

300

320

330

370

430

3.- Esfuerzo Equivalente. Con los datos de un espesor inicial de 8.5" y una k de diseño de 150 pci, entramos a la siguiente tabla para encontrar los esfuerzos equivalentes para los ejes sencillo, tándem y tridem, resultando de 234, 208 y 158 respectivamente.

Tabla 2.5.12 Cálculo del esfuerzo equivalente para los ejes sencillos, tandem y tridem en el ejemplo de diseño PCA. Esfuerzo equivalente - Sin Apoyo Lateral Eje Sencillo / Eje Tandem / Eje Tridem Espesor de Losa, (pulgadas)


100

200

150

300

500

700

Sen Tán

Tri

Sen Tán

Tri

Sen Tán

Tri

Sen Tán

Tri

Sen Tán

Tri

Sen Tán

Tri

Sen Tán

Tri

4.0

825

679

510

726

585

456

671

542

437

634

516

428

584

486

419

523

457

414

484

443

412

4.5

699

586

439

616

500

380

571

460

359

540

435

349

498

406

339

448

378

331

417

363

328

5.0

602

516

387

531

436

328

493

399

305

467

376

293

432

349

282

390

321

272

363

307

269

5.5

526

461

347

464

387

290

431

353

266

409

331

253

379

305

240

343

278

230

320

264

226

6.0

465

416

315

411

348

261

382

316

237

362

296

223

336

271

209

304

246

198

285

232

193

6.5

417

380

289

367

317

238

341

286

214

324

267

201

300

244

186

273

220

173

256

207

168

7.0

375

349

267

331

290

219

307

262

196

292

244

183

272

222

167

246

199

154

231

186

148

7.5

340

323

247

300

268

203

279

241

181

265

224

168

246

203

153

224

181

139

210

169

132

8.0

311

300

230

274

249

189

255

223

168

242

208

156

225

188

141

205

167

126

192

155

120

8.5

285

281

215

252

232

117

234

208

158

222

193

145

206

174

131

188

154

116

177

143

109

9.0

264

264

200

232

218

166

216

195

148

205

181

136

190

163

122

174

144

108

163

133

101

9.5

245

248

187

215

205

157

200

183

140

190

170

129

176

153

115

161

134

101

151

124

93

10.0

228

235

174

200

193

148

186

173

132

177

160

122

164

144

108

150

126

95

141

117

87

10.5

213

222

163

187

183

140

174

164

125

165

151

115

153

136

103

140

119

89

132

110

82

11.0

200

211

153

175

174

132

163

155

119

154

143

110

144

129

98

131

113

85

123

104

78

11.5

188

201

142

165

165

125

153

148

113

145

136

104

135

122

93

123

107

80

116

98

74

12.0

177

192

133

155

158

119

144

141

108

137

130

100

127

116

89

116

102

77

109

93

70

12.5

168

183

123

147

151

113

136

135

103

129

124

95

120

111

85

109

97

73

103

89

67

13.0

159

176

114

139

144

107

129

129

98

122

119

91

113

106

81

103

93

70

97

85

64

4.- Relación de Esfuerzos. La relación de esfuerzos se calcula dividiendo el esfuerzo equivalente entre el módulo de ruptura, por lo que la relación de esfuerzos para los ejes sencillos será de 0.36, para los ejes tándem será de 0.32 y finalmente para los ejes tridem de 0.24

5.- Análisis por Fatiga.

Para calcular las repeticiones permisibles para cada tipo de eje por el análisis por fatiga se emplea un nomograma, el peso y tipo del eje, así como su relación de esfuerzos. En el caso del eje sencillo de 22 kips, se entra a la figura con la carga ya multiplicada por su factor de seguridad; es decir que la carga en el eje será de 24.2 kips, se une con el valor de relación de esfuerzo de 0.36, de manera que uniendo los dos puntos con una línea recta y extendiéndola hasta la escala de repeticiones permisibles, encontramos el valor de 3’000,000 de repeticiones permisibles para eje en específico. Este mismo procedimiento se hace para todos los ejes y se van anotando las repeticiones permisibles encontradas en la columna 4 del formato de hoja de calculo para el diseño de espesores que se presenta en la figura 2.5.9. A continuación se detalla de manera gráfica las repeticiones permisibles para un solo tipo de eje (el eje 60 24.2 120kips). El sencillo de

48 46 44 42

40 38 36 34

permisibles en la columna 4 de la figura 2.5.9. 110

100

90

80

70

32

30 28

60

26 24

24.2

1,000,000

0.25

14

0.50 0.60 0.70

40

0.80 30

10 8

16

2 10,000

8 6 4 2

1000 8 6 4

0.90 20

8 6 4

0.36

50

12

100,000

0.30

18 16

4 2

22

20

8 6

0.20

0.40

1.00

3’000,000

2

2 100


50

4

REL A CI O N D E ES F UE RZ O S

54 52

0.15ejes ya se10,000,000 resto de los presentan los resultados de 6



58 56 repeticiones

Figura No. 2.5.9 Repeticiones esperadas para el eje sencillo de 24.2 kips, en el ejemplo de diseño PCA.

En el caso de los ejes tridem, la carga total del eje tridem se divide entre tres y el resultado es el valor de carga que se unsa en la escala de ejes sencillos para el calculo de repeticiones permisibles, usando su correspondiente factor de esfuerzo equivalente.

Una vez calculadas todas las repeticiones permisibles, se procede a calcular el % de daño por fatiga. Esto se hace expresando como porcentaje la relación entre las repeticiones esperadas y las repeticiones permisibles, por ejemplo para el caso del eje sencillo de 24.2 kips tenemos 2’067,675 repeticiones esperadas contra un total de 3’000,000 de repeticiones permisibles, por lo que el % de daño de ese eje equivale a un 68.9% de daño por fatiga.

6.- Análisis por Erosión.

En el análisis por erosión se calcula primero el factor de erosión, y para esto se emplean las tablas correspondientes dependiendo de si se cuenta ó no con pasajuntas y además si se tiene ó no apoyo lateral, encontrandose un factor de erosión para cada tipo de eje (sencillo, tandem y tridem).

En este ejemplo se utiliza la tabla 2.5.7 que le corresponde a los pavimentos con pasajuntas y sin apoyo lateral. Con los datos de espesor igual a 8.5” y un k = 150 encontramos como se muestra en la tabla 2.5.13 los valores de factor de erosión de 2.73 para los ejes sencillos, de 2.90 para los ejes tándem y 3.03 para los ejes tridem.

Factores de Erosión - Con Pasajuntas - Sin Apoyo Lateral Eje Sencillo / Eje Tandem / Eje Tridem k de la subrasante, pci

Espesor de Losa, (pulgadas)

Sen

Tán

Tri

Sen

Tán

Tri

Sen

Tán

Tri

Sen

Tán

Tri

Sen

Tán

Tri

Sen

Tán

Tri

4.0

3.74

3.83

3.89

3.73

3.79

3.82

3.72

3.75

3.75

3.71

3.73

3.70

3.70

3.70

3.61

3.68

3.67

3.53

4.5

3.59

3.70

3.78

3.57

3.65

3.69

3.56

3.61

3.62

3.55

3.58

3.57

3.54

3.55

3.50

3.52

3.53

3.44

5.0

3.45

3.58

3.68

3.43

3.52

3.58

3.42

3.48

3.50

3.41

3.45

3.46

3.40

3.42

3.40

3.38

3.40

3.34

5.5

3.33

3.47

3.59

3.31Eje3.41 3.49 Tándem

3.29

3.36

3.40

3.28

3.33

3.36

3.27

3.30

3.30

3.26

3.28

3.25

6.0

3.22

3.38

3.51

3.19

3.31

3.18

3.26

3.31

3.17

3.23

3.26

3.15

3.20

3.21

3.14

3.17

3.16

6.5

3.11

3.29

3.44

3.09

3.22

3.33

3.07

3.16

3.23

3.06

3.13

3.18

3.05

3.10

3.12

3.03

3.07

3.08

7.0

3.02

3.21

3.37

2.99

3.14

3.26

2.97

3.08

3.16

2.96

3.05

3.10

2.95

3.01

3.04

2.94

2.98

3.00

7.5

2.93

3.14

3.31

2.91

3.06

3.20

2.88

3.00

3.09

2.87

2.97

3.03

2.86

2.93

2.97

2.84

2.90

2.93

8.0

2.85

3.07

3.26

2.82

2.99

3.14

2.80

2.93

3.03

2.79

2.89

2.97

2.77

2.85

2.90

2.76

2.82

2.86

8.5

2.77

3.01

3.20

2.74

2.93

3.09

2.72

2.86

2.97

2.71

2.82

2.91

2.69

2.78

2.84

2.68

2.75

2.79

9.0

2.70

2.96

3.15

2.67

2.87

3.04

2.65

2.80

2.92

2.63

2.76

2.86

2.62

2.71

2.78

2.61

2.68

2.73

9.5

2.63

2.90

3.11

2.60

2.81

2.99

2.58

2.74

2.87

2.56

2.70

2.81

2.55

2.65

2.73

2.54

2.62

2.68

10.0

2.56

2.85

3.06

2.54

2.76

2.94

2.51

2.68

2.83

2.50

2.64

2.76

2.48

2.59

2.68

2.47

2.56

2.63

10.5

2.50

2.71

2.90

2.45 2.63 2.78 Interpolado

2.44

2.59

2.72

2.42

2.54

2.64

2.41

2.51

2.58

11.0

2.44

Interpolado 2.81 3.02 2.47 Eje Sencillo

2.67

2.86

Eje Tridem 2.39 2.58 2.74

2.38

2.54

2.68

2.36

2.49

2.59

2.35

2.45

2.54

50

2.76

100

2.98

200

Interpolado

2.42

2.903.40

500

30

700

Tabla 2.5.13 Cálculo del factor de erosión para un pavimento con pasajuntas y sin apoyo lateral, para el ejemplo de diseño PCA

Ahora con los valores de factor de erosión y con las diferentes cargas en el eje y con ayuda de la figura correspondiente (que en este ejemplo es la figura para pavimentos sin apoyo lateral) encontramos las diferentes repeticiones permisibles por erosión.

Para efectos del ejemplo, únicamente se explicará el caso del eje sencillo de 24.2 kips y con su correspondiente factor de erosión de 2.73, obtiene un número de repeticiones esperadas igual 7'500,000 como podemos ver en la figura 2.5.10

Empleando la misma figura (figura 2.5.6 para el cálculo de las repeticiones permisibles por el análisis de erosión, para pavimentos sin apoyo lateral) se deberán determinar las repeticiones esperadas para el resto de los ejes, recordando que en el caso de los ejes tridem, la carga total del eje se deberá dividir entre 3, después multiplicar por 50

120

100,000,000

el110factor

4

100

considera en la gráfica, en la escala de los ejes 2.0 sencillos.

70 30 60 25

24.2 kips

50

20 18 16 14

40 35

2.2

2 10,000,000

2.4

FACTOR DE EROSION

80



90

40

8 6

2.6

2

2.73 2.8

1,000,000

3.0

8 6 4

3.2 3.4

2 100,000

3.6

8 6 4

3.8

30

25

2 10,000

8 6 4

10 20 9 8

18 16

7'500,000

4

4.0 12

8

de seguridad de carga y el resultado es 6 la carga que se

2 1000


60

Figura 2.5.10 Cálculo de las repeticiones permisibles por erosión para el eje sencillo de 24.2 kips en el ejemplo de diseño de la PCA.

7.- RESULTADOS. Los resultados de todas las repeticiones permisibles de todos los tipos de ejes y los totales de daño tanto por fatiga como por erosión, se muestran a continuación:

Tabla 2.5.14 Resultados del tanteo con 8.5" de espesor de pavimento, para el ejemplo de diseño del método PCA.

CALCULO DE ESPESOR DEL PAVIMENTO PROYECTO: Ejemplo de Diseño PCA ESPESOR INICIAL: MÓDULO DE REACCION K, DE LA SUBRASANTE: MÓDULO DE RUPTURA, MR: FACTOR DE SEGURIDAD DE CARGA, LSF:

Carga del eje, en kips

Multiplicada por LSF

Repeticiones Esperadas

1

2

3

8.5 in 150 pci 650 psi 1.1 Análisis de Fatiga Repeticiones % de Permisible Fatiga (FIG.2.5.5) 4 5

8. Esfuerzo equivalente 234 9. Factor de relación de esfuerzo 0.360 Ejes Sencillos 2.2 2.4 24,246,563 ilimitadas 3.74 4.1 3,991,917 ilimitadas 6.6 7.3 744,903 ilimitadas 7.7 8.5 ilimitadas 1,378,450 8.36 9.2 ilimitadas 3,991,917 8.8 9.7 ilimitadas 355,871 12.1 13.3 ilimitadas 2,581,571 15.4 16.9 ilimitadas 619,523 22 24.2 3,000,000.00 2,067,675 Sub Total Ejes Sencillos 11. Esfuerzo equivalente 12. Factor de relación de esfuerzo Ejes Tandem 7.04 7.26 7.7 8.8 9.9 11 15.4 17.6 30.8 39.6

7.7 8.0 8.5 9.7 10.9 12.1 16.9 19.4 33.9 43.6

Ejes Tridem = 11.00 / 3 = 49.5 / 3

4.0 18.2

Análisis de Erosión Repeticiones permisibles (FIG 2.5.6)

% de Daño

6

7


2.73

0 0 0 0 0 0 0 0 68.92 68.92

ilimitadas ilimitadas ilimitadas ilimitadas ilimitadas ilimitadas ilimitadas ilimitadas 7,500,000


208 0.320

7,739 ilimitadas 7,739 ilimitadas 7,739 ilimitadas ilimitadas 471,656 ilimitadas 90,714 ilimitadas 192,499 ilimitadas 288,749 ilimitadas 192,499 ilimitadas 288,749 ilimitadas 878,419 Sub Total Ejes Tandem

14. Esfuerzo equivalente 15. Factor de relación de esfuerzo

PASAJUNTAS: SI ____ NO _____ APOYO LATERAL: SI ____ NO _____ PERÍODO DE DISEÑO(AÑOS): 20 COMENTARIOS: 8" de base granular

0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0.00

2.90

ilimitadas ilimitadas ilimitadas ilimitadas ilimitadas ilimitadas ilimitadas ilimitadas 2,300,000 3,500,000


158 0.243

37,619 ilimitadas 56,428 ilimitadas Sub Total Ejes Tridem

0 0 0.00

TOTAL FATIGA

68.9

0 0 0 0 0 0 0 0 27.57 27.57

ilimitadas 5,000,000

TOTAL EROSIÓN

0 0 0 0 0 0 0 0 12.55 25.10 37.65 2.55

0 1.13 1.13 66.35

Dado que los daños totales por fatiga y por erosión son ambos inferiores al 100%, el diseño es adecuado. Sin embargo se deberá realizar otro tanteo con un espesor menor al de este tanteo para revisar si los daños por fatiga y por erosión son ó no superiores al 100%, es decir que se deben hacer varios tanteos para optimizar el diseño del espesor, siendo el adecuado aquél espesor que provoque daños lo más cercano posible al 100% sin rebasarlo.

Se realizó otro tanteo con un espesor de 8" y se pudo conocer que con tal espesor los daños son superiores al 100%, por lo que el espesor de 8.5" es correcto.

c) DESARROLLO DEL PROCEDIMIENTO DE DISEÑO.

El método de diseño de la PCA incluye un aspecto novedoso en el procedimiento de diseño, el criterio de erosión, que es ahora tomado en cuenta, junto con el criterio de fátiga.

El criterio de erosión reconoce que el pavimento puede fallar por un excesivo bombeo, erosión del terreno de soporte y diferencias de elevaciones en las juntas. El criterio del esfuerzo de fátiga reconoce que el pavimento pueda fallar, presentando agrietamiento derivado de excesivas repeticiones de carga.

Esta sección explica las bases de estos criterios y el desarrollo del procedimiento de diseño. Análisis de pavimentos de concreto.

El procedimiento de diseño esta basado en un minucioso análisis de esfuerzos en el concreto y deformaciones en las juntas, esquinas y bordes del pavimento, por un programa de computadora de elemento finito. El análisis consideró losas con dimensiones finitas, colocación variable de las cargas por eje y el modelaje de la transferencia de carga en las juntas transversales ó grietas, así como también en las juntas ubicadas entre el pavimento y el acotamiento.

Después de analizar diferentes posiciones de los ejes en la losa, se ha encontrado la posición crítica y se muestra en la figura 2.5.11, con las siguientes conclusiones:

1. Los esfuerzos críticos en el pavimento ocurren cuándo el camión es colocado cerca ó sobre los bordes del pavimento y a la mitad de las juntas transversales (figura 2.5.11). Dado que las juntas se encuentran a la misma distancia de esta ubicación, el espaciamiento de las juntas transversales y el tipo de transferencia de carga tienen muy poco efecto en la magnitud de los esfuerzos. En el procedimiento de diseño, debido a eso, el análisis basado en los esfuerzos de flexión y fatiga producen los mismos valores para diferentes espaciamientos de juntas y diferentes mecanismos de transferencia de carga en las juntas transversales. Cuando el pavimento central se apoya lateralmente en un carril de acotamiento, la magnitud de los esfuerzos críticos se ve considerablemente reducida.

2. Las deformaciones más críticas del pavimento ocurren en las esquinas de las losas cuando una carga es colocada sobre la junta con las ruedas cerca ó sobre la esquina (figura 2.5.11 inciso b)2. En esta situación, el espaciamiento de las juntas transversales no tiene efecto en la magnitud de las deformaciones en las esquinas pero el mecanismo de transferencia de carga si tiene un gran efecto. Esto significa que los resultados del diseño basados en el criterio de erosión (deformaciones) puede ser substancialmente afectado por el tipo de transferencia de carga seleccionado, especialmente cuando se tiene un alto volumen de tráfico pesado. El

2

Las deformaciones más grandes para ejes tridem ocurren cuando dos ejes son colocados de un lado de la junta y el otro eje se encuentra del otro lado.

tener apoyo lateral también reduce considerablemente las deformaciones en las esquinas de las losas.

a) Ubicación de las cargas de eje críticas para los esfuerzos a flexión.

Carga en eje tándem

Borde libre ó Junta con el acotamiento

Junta Transversal

Acotamiento de concreto (opcional)

b) Ubicación de las cargas de eje críticas para las deformaciones.

Ancho de Carril

Figura 2.5.11 Posición crítica de las cargas del eje.

Ubicación de las cargas.

Las cargas de los camiones ubicados en el borde exterior del pavimento provoca las condiciones más severas que cualquier otra ubicación de las cargas. Sí esta ubicación del camión la movemos unas cuantas pulgadas al interior del pavimento, el efecto decrece substancialmente.

Solamente una pequeña fracción de todos los camiones circulan con sus llantas exteriores sobre los bordes del pavimento. La mayoría de los camiones circulando sobre el pavimento se ubican con sus llantas exteriores aproximadamente a una distancia de 60 centímetros del borde del pavimento.

Para el procedimiento de diseño de este método, la condición más severa es supuesta con un 6 % de camiones en el borde3, esto para estar del lado de la seguridad. Al incrementar la distancia hacia el interior del pavimento, la frecuencia de las repeticiones de carga aumenta mientras que disminuye la magnitud de los esfuerzos y las deformaciones.

La información sobre la distribución de las ubicaciones de los camiones y de los esfuerzos y deformaciones provocados por las cargas colocadas sobre o cerca del borde del pavimento es muy difícil de emplear directamente en un procedimiento de

3

El término de “porcentaje de camiones en el borde del pavimento” como se emplea aquí, es definido como el porcentaje total de camiones circulando con el exterior del área de contacto de la llanta exterior, sobre ó mas allá del borde del pavimento.

diseño. Como resultado de esto, las distribuciones fueron analizadas y se prepararon técnicas de fácil aplicación para propósitos de diseño.

Para análisis de esfuerzo por fatiga, la fatiga fue calculada en incrementos de fracciones de pulgadas hacia el interior desde el borde de la losa, para diferentes distribuciones de ubicación del camión; obteniéndose los factores de esfuerzo de borde equivalente como se muestra en la figura 2.5.12 (Este factor, al multiplicarse por esfuerzos de borde nos da el mismo grado de consumo de fatiga que resultaría de una distribución de ubicación del camión específica.) La condición más severa de 6% de

VALOR DE ESFURZO DE BORDE PARA LA MISMA FATIGA

intromisión de los camiones ha sido incorporada en las tablas de diseño.

0.95 0.90 0.85 0.80 0.75 0.70 0

1

2

3

4

5

6

7

PORCENTAJE DE CAMIONES EN EL BORDE

8

Figura 2.5.12 Factores de esfuerzo de borde equivalentes dependiendo del porcentaje de camiones en el borde.

Para el análisis de erosión que involucra las deformaciones en la esquina de la losa, el caso más severo (6% de camiones sobre el borde) es nuevamente supuesto. Cuando no existe apoyo lateral, las cargas en las esquinas (6% de los camiones) son críticas, y cuando no se cuenta con apoyo lateral, el mayor número de cargas hacia el interior de la esquina del pavimento (94% de los camiones) son críticas. Estos factores son incorporados a las gráficas de diseño de la siguiente manera:

Porcentaje de daño de erosión = 100 ∑ni (C/Ni)

Donde: ni = número esperado de repeticiones de carga para cada grupo de ejes i. Ni = número permitido de repeticiones de carga para cada grupo de ejes i. C = 0.06 para pavimentos sin apoyo lateral. 0.94 para pavimentos con apoyo lateral.

Para ahorrar un paso en el cálculo del diseño, los efectos de (C/Ni) se encuentran en las figuras 2.5.6 y 2.5.7 y las tablas 2.5.7 a la 2.5.10

Variación en la resistencia del concreto. El procedimiento de diseño reconoce que puede haber variaciones en la resistencia del concreto y así lo manifiesta en sus ecuaciones, nomogramas y tablas de diseño, al reducir en un 15% el módulo de ruptura del concreto. Es importante aclarar

que el diseñador no aplica esta reducción directamente al módulo de ruptura, ya que el método automáticamente lo considera.

Desarrollo de la resistencia a través del tiempo. La resistencia a los 28 días (modulo de ruptura) es usada como la resistencia de diseño. Sin embargo, este procedimiento de diseño incorpora el efecto de la resistencia del concreto ganado a después de 28 días. Esta modificación esta basada en un análisis que, la resistencia incrementada y las repeticiones de carga mes por mes por 20 y 40 años de periodos de diseño. El efecto está incluido en las gráficas y tablas de diseño para que el usuario simplemente dé el valor de 28 días como la resistencia de diseño.

Alabeo del concreto por gradientes de temperatura y humedad.

Además

de las cargas del tráfico, las losas de concreto también están

sometidas a alabeos. El alabeo por humedad es la deformación cóncava hacia arriba de la losa debido a las variaciones de contenido de humedad con la profundidad de la losa y tiene 2 efectos: provoca perdida de soporte a lo largo de los bordes de la losa y además provoca una restricción en el esfuerzo de compresión en el fondo de la losa. Debido a que el pandeo es un fenómeno a largo plazo, sus efectos avanzan lentamente.

El alabeo de las losas de concreto por variaciones de temperatura se manifiesta durante el día, cuando la superficie está más caliente que la parte inferior, desarrollando esfuerzos de tensión en la parte inferior de la losa. Durante la noche, la distribución de

la temperatura se revierte y los esfuerzos de tensión se desarrollan en la parte superior de la losa, además que la distribución de la temperatura no es lineal y cambia constantemente.

Sin embargo, dado que los efectos combinados de los alabeos por variaciones de temperatura y de humedad son muy difícil de medir ó evaluar, no se incorporan en este método de diseño.

Esfuerzo Equivalente:

En el procedimiento de diseño de la PCA, la determinación del esfuerzo equivalente esta basado en el esfuerzo máximo de flexión de borde del análisis de elemento finito del software J-Slab, bajo la carga de un eje sencillo y la carga de un eje tandem para diferentes profundidades en el espesor de la losa y modulos de reacción del suelo.

Los parámetros básicos de entrada asumidos son: Módulo de elasticidad de la losa, E = 4’000,000 psi Módulo de Poisson µ = 0.15 Longitud finita de la losa, L = 180 pulgadas. Ancho finita de la losa, W = 144 pulgadas. Eje estandar sencillo de 18 kips de carga del eje (llantas dual), con una carga por llanta de 4,500 lbs, llanta con área de contacto de 7*10 in2 (radio de carga equivalente de 4.72”), separación entre llantas de 12” y ancho del eje (distancia entre el centro de las llantas dual) D = 72” fue usado para el análisis, así como también se usó un eje

estándar tandem de 36 kips de carga en el eje (llantas dual) con separación entre ejes de t = 50” y el resto de las especificaciones idénticas al eje sencillo.

En los casos que se asumió un acotamiento de concreto, se supuso una trabazón de agregado de 25,000 psi. La PCA incorporó además los resultados de un programa de computadora llamado “MATS”, desarrollado para el análisis y diseño de losas de cimentación, para estimar el soporte proporcionado por la subrasante, extendiéndose más allá de los bordes de la losa, para una losa sin apoyo lateral.

Lo anterior junto con otros factores de ajuste, concluye en la definición del esfuerzo equivalente (σeq) como se presenta a continuación:

6 * Me σeq=

* f1 * f2 * f3 * f4 h2

Eje Sencillo sin Apoyo Lateral (SA/NS): -1600 + 2525*log(l) + 24.42*l + 0.204*l2 Eje Tandem sin Apoyo Lateral (TA/NS): 3029 – 2966.8*log(l) + 133.69*l – 0.0632*l2 Me=

Eje Sencillo con Apoyo Lateral (SA/WS): (-970.4 + 1202.6*log(l) + 53.87*l) * (0.8742 + 0.01088 * k0.447) Eje Tandem con Apoyo Lateral (TA/WS): (2005.4 – 1980.9*log(l) + 99.008*l) * (0.8742 + 0.01088 * k0.447)

f1=

Eje Sencillo:

Sin Apoyo Lateral:

(24/SAL)0.06 * (SAL/18)

0.892 + h/85.71 – h2/3000

Eje Tándem: (48/TAL) 0.06 * (SAL/36)

f2 =

Con Apoyo Lateral 1

f3 = 0.894 para un 6 % de camiones en el borde de la losa f4 = 1 / [1.235*(1 - CV)]

Donde: σeq= Esfuerzo equivalente f1 = Factor de ajuste debido al efecto de las cargas del eje y áreas de contacto. f2 = Factor de ajuste para una losa sin apoyo lateral, basado en los resultados del programa de computadora MATS. f3= Factor de ajuste para valorar el efecto de la ubicación del camión en los esfuerzos de borde (la PCA recomienda un 6 % de intromisión de camiones, lo que resulta un f3 = 0.894) f4= Factor de ajuste para tomar en cuenta el incremento en la resistencia del concreto a través del tiempo después de los 28 días, además de una reducción de la resistencia por un coeficiente de variación (CV); (la PCA usa un CV = 15%, f4 = 0.953) y de las cargas por eje sencillo (SAL) y tándem (TAL), en kips. Análisis de Fatiga.

El concepto de análisis de fatiga de la PCA es las fallas del pavimento (ó los agrietamientos iniciales) por la fatiga del concreto debido a los esfuerzos de repeticiones de carga. Basándose en la hipótesis de Miner, es decir, que la resistencia a la fatiga no consumida por la repetición de una carga está disponible para las repeticiones de otras cargas, el procedimiento de diseño de la PCA permite que el diseñador eliga un espesor inicial, calcule la relación de esfuerzos, es decir la relación entre el esfuerzo equivalente y el módulo de ruptura del concreto ( relación de esfuerzos= σeq / MR ) para cada carga de eje y tipo de eje, para después determinar el número máximo de repeticiones permisibles (Nf), dependiendo del rango de relación de esfuerzos.

Para σeq / MR ≥ 0.55 Log Nf = 11.737 – 12.077 * (σeq / MR) Para 0.45 < σeq / MR > 0.55 4.2577

3.268

Nf = (σeq / MR) - 0.4325

Para σeq / MR ≤ 0.45 Nf = ilimitado

El procedimiento de diseño continua dividiendo el número esperado de repeticiones de carga entre las repeticiones permisibles (Nf) para de esa manera obtener el daño por fatiga para cada carga y tipo de eje.

Posteriormente se sumarizan los daños

provocados por cada tipo de eje y el daño total por fatiga deberá ser inferior al 100 %, por lo que se deberán hacer varios tanteos de espesor y el óptimo será aquel que provoque el daño más cercano al 100 % sin sobrepasarse. Análisis de Erosión

Las fallas del pavimento tales como bombeo, erosión del terreno de soporte y diferencia de elevación en las juntas son relacionadas más a las deflecciones del pavimento que a sus esfuerzos a flexión. La deflección más crítica en la esquina de la losa cuando la carga del eje se ubica en la junta cerca de la esquina como lo muestra la figura 2.5.11 inciso b.

La falla principal en la prueba AASHTO de camino fué el bombeo ó la erosión de la base granular bajo la losa. Sin embargo no se pudieron obtener correlaciones confiables entre las deflecciones de la esquina de la losa y el comportamiento de estos pavimentos, se encontró que para predecir el comportamiento de los pavimentos se deben aplicar diferentes criterios de deflección, dependiendo del espesor de la losa y un poco en el módulo de reacción del suelo. Una correlación mejor se obtuvo relacionando el comportamiento de los pavimentos con su valor de trabajo definido como un producto de la deflección en la esquina (w) y la presión (p) en la interfase de la losa con el suelo, dividido por la longitud de la cavidad de la deflección, la cuál es función del valor de rígidez relativa (l).

El concepto es que una losa delgada con una deflección pequeña recibe más rápido el golpe de la carga que una losa con mayor espesor. Las siguientes ecuaciones fueron desarrolladas para calcular el número permisible de repeticiones de carga:

Log N = 14.524 – 6.777 (C1P – 9.0)0.103 Donde: N = Numero de repeticiones permisibles de carga basadas en un índice de serviciabilidad presente de 3.0 C1 = Factor de ajuste con valor de 1.0 para bases granulares y de 0.9 para bases mejoradas con cemento P = Trabajo, definido por la siguiente ecuación:

p2 P = 268.7 h * k0.73 Donde: p = Presión en la base, bajo la esquina de la losa, igual a k*w para una cimentación líquida y sus unidades son psi. h = Espesor de la losa en pulgadas. k = Módulo de rección del suelo en pci (libras sobre pulgada cúbica)

La ecuación para obtener el daño por erosión es:

m

C2 ni

% de daño por erosión = 100 ∑ i=1

Donde:

Ni

C2 = 0.06 para pavimentos sin apoyo lateral y 0.94 para pavimentos con apoyo lateral. Con apoyo lateral, la deflección en la esquina no se afecta significativamente por la ubicación de los camiones y por esa razón se puede usar un C2 mayor. ni = Repeticiones esperadas para el eje i. Ni = Repeticiones permisibles para el eje i.

La ecuación anterior es en donde se sumarizan los porcentajes de daño de cada tipo de eje y el análisis de erosión también debe arrojar un resultado final inferior al 100 %.

2.6 ASPECTOS COMPLEMENTARIOS AL DISEÑO. En esta sección detallaremos algunos aspectos que hemos llamado complementarios al diseño, por no estar directamente en el rubro del diseño de espesores, pero que en todo diseño de pavimentos estamos obligados también a estudiar para complementar el proyecto de un pavimento. Son aspectos complementarios al diseño de un pavimento, el diseño de las barras de amarre, el diseño de las pasajuntas y la modulación de losas. a) BARRAS DE AMARRE. Las barras de amarre se colocan a lo largo de la junta longitudinal para amarrar dos losas, con la finalidad de que se mantengan juntas y de que se asegure que la carga se transfiera a través de la junta. La cantidad de acero requerido para las barras de amarre se determina de la siguiente manera: As =

γc h L´ fa fs

En donde: As= Área requerida de acero por unidad de longitud de la losa. γc= Peso volumétrico del concreto h= Espesor del pavimento. fa= Coeficiente promedio de fricción entre la losa y el terreno de soporte, que normalmente se considera de 1.5 fs= Esfuerzo permisible en el acero. L´= Distancia desde la junta longitudinal hasta el borde libre donde no existe barra de amarre. Para autopistas de 2 o 3 carriles, L´ es el ancho del carril. Si las barras de amarre se usan en las tres juntas longitudinales de una carretera de 4 carriles, L´ es igual al ancho del carril para las dos juntas exteriores y el doble del ancho para la junta interna. La longitud de la barra de amarre, está controlada por el esfuerzo de adhesión permitido. El esfuerzo de adhesión permitido para barras corrugadas se puede asumir en 350 psi. La longitud de la barra, se debe basar en la resistencia total de la barra. t = 2 (A1*fs / µ*Σo) Donde: t = Longitud de la barra de amarre. µ = Esfuerzo permisible. A1 = Área transversal de una barra. Σo = Perímetro de la barra.

Para un diámetro de barra d, A1= π d2/ 4 y Σo = π d, así que la ecuación anterior se simplifica a: t = ½ [ (fs*d) / µ] La longitud "t" se debe incrementar en 3 in. por desalineamiento. Varios organismos usan el diseño estándar de barras de amarre para simplificar la construcción. Las barras de 0.5 in de diámetro por 36 in de longitud y separación de 30 a 40 in son las que comúnmente se usan. Tabla 2.6-1 Recomendaciones de Espaciamiento máximo. Espesor Tamaño Pavimento de varilla (cm) (cm) 12.7 14.0 15.2 16.5 17.8 19.1 20.3 21.6 22.9 24.1 25.4 26.7 27.9 29.2 30.5

1.27 x 61 1.27 x 64 1.27 x 66 1.27 x 69 1.27 x 71 1.27 x 74 1.27 x 76 1.27 x 79 1.59 x 76 1.59 x 79 1.59 x 81 1.59 x 84 1.59 x 86 1.59 x 89 1.59 x 91

Distancia al extremo libre. 305 cm

366 cm

427cm

732 cm

76 cm 76 cm 76 cm 76 cm 76 cm 76 cm 76 cm 76 cm 91 cm 91 cm 91 cm 91 cm 91 cm 91 cm 91 cm




Ejemplo 2.6.1: Un pavimento de 2 carriles, 8 “ de espesor, 18.3 metros de largo y 7.3 metros (24 pies) de ancho, con una junta longitudinal al centro. Determinar el diámetro, separación y longitud requerido de las barras de amarre, como se muestra en la figura 2.6.1 Suponer para el acero un fs = 27,000 psi y para el concreto un γc = 0.0868 pci (23.6 kN/m3) y un esfuerzo permisible µ= 350psi (24 Mpa). Solución: L´ = 24/2 = 12 ft = 144 in (3.66 m) As = 0.0868 X 8 X 144 X 1.5 / 27,000= 0.00556 in2 /in. Si se usan barras del No 4 (0.5 in o 1.2 mm), el área transversal de una barra es de 0.2 in2 (129 mm2). La separación de la barra será = 0.2/0.00556 = 36 in (914 mm). t = 0.5 x 27,000 x 0.5/350 = 19.3 in (353 mm) después de sumarle las 3 in (76 mm), t = 19.3 + 3 22.3 in (usar 24 in o 610 mm).

h = 8 in

Var No.4, 61 cm long, @ 91 cm

24 ft

Figura 2.6.1

b) PASAJUNTAS. El diseño de pasajuntas se basa mucho en la experiencia, aunque algunos métodos teóricos sobre el diseño de pasajuntas están disponibles. El tamaño de las pasajuntas depende del espesor de la losa. La tabla 2.6-1 muestra el diámetro y longitud de las pasajuntas para diferentes espesores de losa como lo recomienda la PCA (1975). Se puede apreciar que el diámetro de las pasajuntas es igual a un octavo del espesor de la losa. En una edición reciente de diseño de juntas, la PCA (1991) recomienda el uso de pasajuntas de 1.25 in de diámetro para pavimentos de autopistas con espesores menores a 10 in y pasajuntas de diámetro de 1.5 in para pavimentos con espesores mayores a 10 in. Se necesitan pasajuntas con un diámetro mínimo de 1.25 a 1.5 in para controlar fallas mediante la reducción del esfuerzo de carga en el concreto. Tabla 2.6-2 Diámetros y longitudes recomendadas en pasajuntas. Barras Pasajuntas

Espesor de Losa Diámetro

Longitud

Separación

cm

in

mm

in

cm

in

cm

in

13 a 15

5a6

19

3/4

41

16

30

12

15 a 20

6a8

25

1

46

18

30

12

20 a 30

8 a 12

32

1 1/4

46

18

30

12

30 a 43

12 a 17

38

1 1/2

51

20

38

15

43 a 50

17 a 20

45

1 3/4

56

22

46

18

Las pasajuntas se usan en las juntas transversales para transferir las cargas a las losas adyacentes. El esfuerzo y la deflexión en la junta son mucho más pequeños cuando las cargas son soportadas por dos losas que cuando es por una sola. El uso de pasajuntas puede minimizar las fallas de bombeo y de diferencia de elevación de juntas, las cuales han sido considerados por la PCA como factores importantes en el diseño de espesor. 2.6.b.1 Esfuerzo de carga permisible. Debido a que el concreto es más débil que el acero, el tamaño y separación que se requiere de pasajuntas, se controla por el esfuerzo de carga entre el concreto y la pasajunta. El esfuerzo de carga permitido se determina de la siguiente manera:

fb = (4-d) I fć 3 Dónde fb= Esfuerzo permisible de carga (psi) d= Diámetro de las pasajuntas en pulgadas fć= Resistencia a la compresión del concreto. 2.6.b.2 Esfuerzo de carga en un pasajuntas. Si la carga que se aplica en la pasajuntas se conoce, el esfuerzo máximo de carga se puede determinar teóricamente asumiendo que las pasajuntas sea una viga y que el concreto sea una cimentación Winkler. Basado en la solución original de Timoshenko, Friberg (1940) indica que la máxima deformación del concreto debajo de la pasajunta se puede expresar de la siguiente manera y0 = Pt (2 + β z) 4 β3 Ed Id Dónde: y0= Deformación de la pasajunta en la cara de la junta Pt= Carga sobre la pasajunta, Z= Ancho de la junta Ed= Módulo de Young de la pasajunta Id= Momento de inercia de la pasajunta Β= Rigidez relativa de un pasajunta embebida en el concreto. Nótese que Id = 1/64 π d4 Y Β=

4

Kd / 4 Ed Id

Dónde: K= Módulo de soporte de la pasajunta, el cual varía de 300,000 a 1,500,000 pci d= es el diámetro de la pasajunta. El esfuerzo de carga σb es proporcional a la deformación: σb = k y0 = KPt (2 + β z) 4 β3 Ed Id El esfuerzo de carga se debe comparar con el esfuerzo de carga permisible. Si el esfuerzo de carga es mayor al permisible, entonces se deben de usar pasajuntas más grandes o separaciones más pequeñas. Estudios recientes han demostrado que el esfuerzo de carga se relaciona a la falla de la losa. Si se limita el esfuerzo de carga, el grado de la falla se puede reducir a un límite permisible. Cuando una carga W se aplica en una losa cerca de la junta como se muestra en la figura 2.6.3 parte de la carga se transfiere a la losa adyacente a través de las pasajuntas. Si la eficiencia de las pasajuntas es del 100%, ambas losas se deflexionan la misma cantidad y las fuerzas debajo de las losas serán las mismas. Cada una siendo

de 0.5w, la cual es también el total de la fuerza cortante que se transfiere mediante las pasajuntas. Si la eficiencia de las pasajuntas es menor de 100%, como en el caso para pavimentos viejos donde algunas pasajuntas se desprenden, las fuerzas que reaccionan bajo la losa serán menores a 0.5W. Como resultado, el total del esfuerzo cortante sobre las pasajuntas es menor a 05W. Por lo tanto, el uso de 0.5W para el diseño de pasajuntas es más conservativo. Basado en la solución de Westergard, Frierberg (1940) encontró que el momento máximo negativo, tanto para cargas internas o externas ocurre a una distacia de 1.8 L desde la carga donde L es el radio de rigidez relativa. Cuando el momento es máximo, la fuerza cortante es igual a cero. Por lo tanto, es razonable asumir que el cortante en cada pasajunta se reduce inversamente con la distancia de la pasajunta desde el punto de carga, siendo el máximo para la pasajunta debajo o cerca al punto de la carga y cero a una distancia de 1.8L.

Figura 2.6.2 Deformación de la pasajunta debido a una carga

Figura 2.6.3 Transferencia de carga de las pasajuntas

Ejemplo 2.6.2: La figura 2.6.4 muestra un pavimento de concreto de 8 in de espesor, teniendo un ancho de junta de 0.125 in, un módulo de reacción de la subrasante de 100 pci y un módulo de soporte de la pasajunta de 1.5 x 106 pci. Una carga de 12000 lb se aplica sobre la pasajunta exterior a una distancia de 6 in desde el borde. Las pasajuntas son de 1 in de diámetro y 14 in sobre los centros. Determinar el esfuerzo máximo de carga entre la pasajuntas y el concreto. 1200 lb 6 in 8 in

1.8 L= 66 in

0.78 Pt

Pt Figura 2.6.4

0.57 Pt

0.36 Pt

0.15 Pt

Sum= 2.86Pt

Solución: L = [Eh3 / 12k(1-µ2)].25 µ=.15 L= [4 x 106 x (8)3 / (12 x (1-(0.15)2) x 100)]0.25= 36.35 in Si la pasajunta está directamente debajo de la carga, está sujeta a una carga cortante Pt, las fuerzas sobre las pasajuntas dentro de una distancia de 1.8 L, L=1.8 x 36.35= 66 in se puede determinar asumiendo una variación lineal como se muestra en la figura 4.24. La suma de las fuerzas sobre todas las pasajuntas es de 2.86 Pt, la cual debe ser igual a la mitad de la carga aplicada basándose en una eficiencia de un 100% de las juntas, o Pt = 6000 / 2.86 = 2097 lb Id = 1/64 π d4 Id = π (1)4 /64 = 0.0491 in4 β = ( Kd / 4 Ed Id).25 β = [1.5 x 106 x 1 / (4 x 29 x106 x 0.0491)]0.25 = 0.7163 in σb = k y0 = KPt (2 + β z) 4 β3 Ed Id

σb = [1.5 x 106 x 2097 (2 + (.71637 x .125))] / (4 x (.71637)3 x29 x 106 x .0491) = 3138psi Para un concreto de 4000 Psi el esfuerzo de carga permisible es de fb = (4 - 1) x 4000/3 = 4000 psi. Debido a que el esfuerzo actual es menor que el permisible, el diseño es satisfactorio. En este ejemplo, sólo la carga de la llanta izquierda cerca del borde es considerada. La carga de la llanta derecha esta cuando menos a 6 ft de la carga de la llanta izquierda, la cual es más que 1.8L, por lo tanto, la llanta derecha no tiene efecto en la fuerza máxima Pt sobre la pasajuntas cerca del borde del pavimento. Si la losa fuera más resistente y con mayor espesor, y la cimentación más débil la L se volvería mucho mayor y ambas llantas se deberían de considerar para determinar la fuerza Pt en la pasajunta más crítica.

Ejemplo 2.6.3 La figura 2.6.5 muestra una losa de 10 in sobre una cimentación con k = 60 pci. Doce pasajuntas con separación de 12 in en los centros están colocadas en la junta sobre un carril de 12 ft. Dos cargas de 18000 lb se aplican en los puntos A y B. Determinar la carga máxima sobre una de las pasajuntas. Solución: L = [4 x106 x (10)3 / (12 x 0.9775 x 60)]0.25 = 49 in Por lo tanto 1.8L= 88 in Primero, considerar la carga de 18000 lb sobre A. Si la pasajunta sobre el punto A tiene un factor de carga de 1, los factores de carga en las otras pasajuntas se pueden determinar por triángulos similares, como se muestra en la figura 2.6.6. El resultado de la suma de estos factores es de 4.18 pasajuntas efectivas, por lo tanto la carga soportada por la pasajunta en A es de 9000/4.18 = 2153 lb. Las cargas soportadas por las otras pasajuntas se pueden determinar por proporción. Lo siguiente es considerar la carga de 18000 lb sobre el punto B. Si la pasajunta en el punto B tiene un factor de carga de 1, los factores de carga en las otras pasajuntas se pueden determinar mediante una distribución triangular como se muestra en la figura 2.6.7. La suma de estos factores resulta en 7.08 pasajuntas efectivas. Se puede notar que las pasajuntas en el otro lado de la junta longitudinal no se consideran efectivas en soportar la carga. La carga soportada por la pasajuntas B es de 9000/7.08 = 1271 lb y las soportadas por las otras pasajuntas se pueden determinar por proporción. La figura 2.6.8 muestra las fuerzas en cada pasajunta debido al efecto combinado de ambas cargas. Se puede ver que la pasajunta más cerca al borde del pavimento es la más crítica y se debe usar para propósitos de diseño. La carga soportada por esta pasajunta se puede determinar directamente pro Pt = 9000/4.18 +0.18 x 9000/7.08 = 2381 lb. Los ejemplos anteriores se basan en la suposición de que el momento máximo negativo ocurra a una distancia de 1.8L desde la carga. Estudios recientes por Heinrichs et al (1989) han demostrado que el momento máximo negativo ocurre a 1.0 L por lo que la carga soportada por la pasajunta crítica debe ser mayor que las que se muestran en los ejemplos.

Figura 2.6.5 Localización de las cargas y de las pasajuntas

Figura 2.6.6 Fuerzas de las pasajuntas debido a la carga A

Figura 2.6.7 Fuerzas en las pasajuntas debido a la carga B

Figura 2.6.8 Fuerzas en las pasajuntas debido a las dos cargas

c) MODULACIÓN DE LOSAS La modulación de losas se refiere a definir la forma que tendrán los tableros de losas del pavimento. Esta forma se da en base a las dimensiones de tableros, o dicho de otra forma, a la separación entre juntas tanto transversales como longitudinales. La modulación de losas va a estar regida por la separación de las juntas transversales que a su vez depende del espesor del pavimento. Existe una regla práctica que nos permite dimensionar los tableros de losas para inducir el agrietamiento controlado bajo los cortes de losas, sin necesidad de colocar acero de refuerzo continuo: SJT = (21 a 24) D Donde: SJT = Separación de Juntas Transversales (<= 5.5 m) D = Espesor del Pavimento

Normalmente se utiliza el 21 cuando tenemos mayor fricción entre la sub-base y el pavimento de concreto, como en los casos en donde tenemos bases estabilizadas, bases con textura muy cerrada o whitetopping. El valor de 24 se utiliza cuando la fricción entre la sub-base y el pavimento corresponde valores normales, como en el caso de sub-bases granulares. La separación de juntas transversales que arroja esta fórmula no debe ser mayor de 5.5 m, en tal caso deberá limitarse a este valor de 5.5 m. Ejemplo: Para un espesor D = 20 cm apoyado sobre una base granular SJT = (24) x 20 SJT = 480 cm < 550 cm (OK!) La separación de Juntas será de 4.8 m La otra dimensión que tiene que ver con la modulación de losas es la separación de juntas longitudinales, sin embargo esta está referenciada a la forma de los tableros de losas. La forma ideal de un tablero de losa es la cuadrada, sin embargo no siempre es posible y conveniente tener las losas perfectamente cuadradas, por lo que nos vemos obligados a considerar un cierto grado de rectangularidad. La relación entre largo y ancho de un tablero de losas no deberá estar fuera de estos límites: 0.71 a 1.4. 0.71 < x / y < 1.4

y x d) Recomendaciones Generales Cuando por causas de fuerza mayor sea suspendido el colado un tiempo tal que sea necesario el realizar una junta fría, se procederá a construir una junta transversal de emergencia con la que se suspenderá el colado hasta que sea posible reiniciarlo. Esta junta deberá llevar pasajuntas.

Las ranuras aserradas deberán inspeccionarse para asegurar que el corte se haya efectuado hasta la profundidad deseada. Toda materia extraña que se encuentre dentro de cualquier tipo de junta deberá extraerse mediante aire, agua o arena a presión; cualquiera de estos procedimientos deberá garantizar la limpieza total de la junta. La longitud de las losas en el sentido longitudinal estará marcado en la secciones Tipo correspondientes, con una tolerancia de diez (10) centímetros en más o menos. Deberán tomarse las precauciones necesarias para evitar que se dañen los bordes de las juntas por impactos del equipo o de la herramienta que se esté utilizando en la obra. e) Pozos de Visita y Alcantarillas Se deberá realizar un estudio de escurrimientos y drenaje existente, a fin de garantizar que el agua de las lluvias será desalojada oportunamente a la red de alcantarillado. Se deberán detectar a su vez los pozos de visita y bocas de tormenta que será necesario renivelar. Será conveniente aislar de la estructura del pavimento los pozos de visita y alcantarillas, construidas para captar los escurrimientos pluviales. Para esto se construirán anillos perimetrales de concreto de 20 cm de espesor, con una profundidad igual al espesor de la losa del pavimento. Se colocará un material aislante alrededor de los anillos, con la finalidad de absorber los movimientos de la losa y de los pozos de visita, este material podrá ser como el cartón asfaltado tipo FEXPAN ó CELOTEX

Material Aislante (Fexpan)

20 cm

Detalle de junta de aislamiento de alcantarillas y pozos de visita

20 cm

3. PROCESO CONSTRUCTIVO Las nuevas tecnologías de construcción de pavimentos rígidos, se han desarrollado para cubrir diferentes necesidades de pavimentación y mejorar sustancialmente el comportamiento y confort de los caminos. Estas tecnologías las podemos clasificar de la siguiente manera: -

Pavimentación con Cimbra Deslizante Pavimentación con Cimbra Fija

Ambos esquemas de pavimentación se pueden utilizar indistintamente, sin embargo, es mas común que las Autopistas, Carreteras y Avenidas Urbanas Importantes utilicen primordialmente la cimbra deslizante y que en pavimentos urbanos en calles se utilice con mayor frecuencia la pavimentación con cimbra fija.

3.1 PRELIMINARES En la construcción de pavimentos de concreto se requieren de algunas actividades previas que son necesarias para el desarrollo del proyecto. Estas actividades pueden corresponder tanto para un pavimento nuevo como para una sobrecarpeta de concreto. A continuación se describen de manera breve algunas de las actividades previas a la colocación del pavimento de concreto. a). Terracerías Para el caso de pavimentos nuevos es normal que se requiera de la formación de cuerpos de terracerías como la construcción de un terraplén y capa subrasante. Estos elementos deberán apegarse a las Normas de Construcción vigentes de la Entidad Especificadora. b). Base Estabilizada con Cemento Sobre la capa subrasante debidamente terminada, y según indiquen los planos del proyecto se podrá construir una capa de base estabilizada del espesor indicado en planos, compactada al 100% de su PVSM. La construcción de la base estabilizada se ejecutará con las características y materiales indicados en las Especificaciones para Bases del Especificador. La proporción de cemento portland a utilizar deberá determinarse mediante pruebas de laboratorio esto con el fin de obtener una resistencia a la compresión axial simple de 21 kg/cm2 como mínimo a los 7 días. El porcentaje de cemento portland será como mínimo 4% en peso del PVSM del material pétreo.

c). Base de Relleno Fluido De acuerdo con la especificado en planos en los sitios donde corresponda se colocará una base de relleno fluido de resistencia, tiempo de apertura, revenimiento y espesor especificada en planos. La colocación de la base se hace directamente del camión revolvedor sobre la subrasante ayudando a su colocación con herramientas manuales, no deberá ser vibrado para evitar que salga el aire incluido que tiene la mezcla, no requiere ser compactado con medios mecánicos ya que es auto compactable al 100%, así mismo no requiere de curado. Dependiendo del revenimiento especificado se requerirán cimbras para darle la forma especificada. En Rellenos Fluidos convencionales la apertura al tráfico se deberá dar hasta después de 24 horas de haberlo colocado. d). Riego de Impregnación Sobre la base estabilizada debidamente terminada, superficialmente seca y barrida, se aplicará en todo el ancho de la corona y en los taludes del material que forme dicha capa, un riego de imprimación con emulsión asfáltica catiónica de rompimiento lento o super estable a razón de 1.0 lts/m2 aproximadamente. El producto asfáltico deberá cumplir con las Normas de Calidad establecidas por la Entidad Especificadora. e). Bacheo de Caja Para la ejecución del trabajo se requieren taladros neumáticos, picos, escarificador de motoconformadora u otro equipo apropiado para remover las capas de la estructura existente, cargador, vehículos de transporte de materiales, elementos adecuados para la compactación del fondo de la excavación y herramientas menores. La excavación deberá tener bordes verticales bien definidos, sus caras longitudinales y transversales deberán ser paralelas y perpendiculares al eje de la vía, respectivamente; su fondo deberá ser plano, uniforme y firme. El fondo de la excavación deberá ser compactado en un espesor no menor de 15 cm. de acuerdo con los niveles de compactación que se indican a continuación. Si la superficie expuesta corresponde a una subrasante o una sub-base granular, ningún ensayo podrá dar lugar a un porcentaje de compactación inferior al noventa y cinco por ciento (95%) con respecto a la densidad máxima del ensayo proctor modificado. Cuando se trate de una capa de base granular, la exigencia se incrementará al cien por ciento (100%). Deberán retirarse todos los materiales inadecuados, los cuales deberán ser cargados en camiones cubriéndolos con lonas u otros protectores adecuados, debidamente asegurados a la carrocería y transportados a los sitios de disposición indicados en los documento del proyectos o definidos por el Especificador. Los materiales deberán disponerse de manera que cumplan todas las reglamentaciones legales vigentes al respecto, en especial las referentes a la protección del medio ambiente.

Una vez terminada la compactación de la capa del fondo se deberá reponer el material desalojado con Relleno Fluido auto-compactable con una resistencia a la compresión no menor a los 30 kg/cm2. El relleno fluido deberá colocarse con las recomendaciones descritas anteriormente en el tema de Bases de Relleno Fluido y se deberá rellenar con este material hasta el nivel original del pavimento existente. El relleno fluido se podrá colocar en una sola capa. El bacheo se debe realizar en los sitios en donde existen huecos que comprometan la integridad de la base. El procedimiento es el siguiente : -

Identificación de la falla Demarcación de la caja, alrededor del bache Demolición y retiro de la carpeta asfáltica, excavación y retiro del material de base, hasta encontar material sano. Compactación de la base remanente Colocación de Relleno Fluido hasta el nivel superior de la carpeta asfáltica.

Paso 1

Paso 2 Demarcación y corte

Paso 4 Compactación de la base

Paso 3 Demolición, excavación

Paso 5 Colocación Relleno Fluido

f). Fresado de Pavimento Asfáltico Este trabajo consiste en la obtención de un nuevo perfil longitudinal y transversal de un pavimento asfáltico existente, mediante su fresado en frío, de acuerdo con los alineamientos y dimensiones indicados en los documentos del proyecto y las

instrucciones de el Especificador, para lograr la colocación de un espesor de pavimento constante que es más fácil de cuantificar. El equipo para la ejecución de los trabajos deberá ser una máquina fresadora cuyo estado, potencia y capacidad productiva garanticen el correcto cumplimiento del plan de trabajo. Si durante el transcurso de los trabajos el Supervisor observa deficiencias o mal funcionamiento de la máquina, ordenará su inmediata reparación o reemplazo. Inmediatamente antes de las operaciones de fresado, la superficie de pavimento deberá encontrarse limpia y, por lo tanto, deberán adelantarse las operaciones de barrido y/o soplado que se requieran para lograr tal condición. El fresado se efectuará sobre el área que determine el Especificador, a temperatura ambiente y sin adición de solventes u otros productos ablandadores que puedan afectar la granulometría de los agregados o las propiedades del asfalto existente. El espesor del mismo será el indicado en las especificaciones del proyecto El material extraído deberá ser transportado y acopiado en los lugares que indiquen los documentos del proyecto. Durante la manipulación del material fresado, deberá evitarse su contaminación con suelos u otros materiales extraños. En caso de requerirse el fresado en proximidades de guarniciones y en otros sitios inaccesibles al equipo de fresado, el pavimento deberá removerse empleando otros métodos que den lugar a una superficie apropiada.

3.2 CIMBRA DESLIZANTE En pavimentos de concreto se considera el uso de la cimbra deslizante como la herramienta necesaria para la formación de una figura geométrica consolidada mediante el deslizamiento continuo de una cimbra al rededor de la masa plástica del concreto, la pavimentadora de cimbra deslizante es la maquinaria autopropulsada en la cual va montada la cimbra. El efecto que la pavimentadora hace sobre el concreto se conoce formalmente como extrusión, el ejemplo mas simple de extrusión es el realizado sobre la pasta de dientes al salir del tubo bajo presión, es claro que el material toma la forma de la boquilla la cual haría las veces de la cimbra que se desliza. La pavimentación en concreto con cimbra deslizante debe estar precedida de una planeación minuciosa de la actividad diaria, es muy importante tomar en consideración todos los aspectos que intervienen al momento de planear para lograr proyectos exitosos. Por lo general este tipo de pavimentaciones manejan grandes volúmenes de concreto y producciones diarias que pueden variar entre los 1,500 m3 a los 2,800 m3. Esta productividad apoyada con una buena planeación, han hecho posible optimizar los recursos y eficientar el proceso constructivo. Antes de iniciar el proceso de elaboración de concreto, se deberán estudiar las características de los bancos de materiales disponibles en la zona para la elaboración del concreto. Además, deberá de seleccionarse el sitio apropiado para la ubicación de la planta de mezclado central buscando minimizar las distancias de acarreo tanto de los agregados para el concreto como del propio concreto elaborado. Dependiendo de la naturaleza y magnitud del proyecto, su ubicación y las condiciones del lugar, el concreto podrá ser elaborado en: -

Plantas de Mezclado Central Plantas Dosificadoras

a). Plantas de Mezclado Central Su uso en proyectos de gran magnitud es indispensable, ya que pueden producir en un período muy corto, de alrededor de 1.5 minutos, una cantidad de concreto entre los 7 m3 y 9 m3 de manera automatizada. Estas plantas son generalmente plantas móviles y son diseñadas para lograr un rápido montaje, desmontaje y son de fácil transporte, elaboradas con materiales de altas especificaciones para soportar la carga diaria de trabajo. Su operación es relativamente sencilla y práctica. Son de fácil mantenimiento y limpieza, con accesibilidad de sus componentes para mantener una rutina diaria y continua de limpieza. Los concretos para proyectos carreteros son producidos con las características que se requieren para ser colocados en la vía, siendo solo afectados por el clima y la edad, y son transportados en camiones de volteo ó tipo “Flow Boy” .

Dentro de las variedades de plantas de mezclado central, encontramos plantas simples con un sistema de dosificación y una olla de mezclado o las que tienen la inclusión de un tambor premezclador anterior a la mezcladora, este recibe la dosis de materia prima mientras la olla esta descargando el concreto homogeneizado, también conocidas como de producción continua en una sola línea. Esto implica una mayor capacidad de producción. Con el fin de incrementar la producción, existen plantas de mezclado central “doble mezcladora” lo que permite hacer mas eficiente el sistema de dosificación, pues mientras una mezcladora homogeneiza el concreto, la segunda esta siendo dosificada, las cuales cuentan con dos líneas de carga. Un paso adicional en la búsqueda de incrementar la producción es contar con dos sistemas de dosificación, uno para cada mezcladora, este es el caso de las plantas de doble línea de carga. Los pasos principales para la habilitación y producción en una planta de mezclado central son: - Selección del Sitio - Cimentación de la planta - Movilización e Instalación de la planta Las plantas móviles son transportadas en partes, manteniendo en cada transporte una sección completa de la planta de tal forma que la instalación se hará manteniendo un orden y secuencia. Normalmente para su instalación se debe contar con una o dos grúas de tamaño suficiente para garantizar el montaje seguro de los equipos (80 – 100 ton) y con el apoyo de personal capacitado y supervisado para hacer un trabajo seguro y estable. - Calibración y Ajustes Antes de iniciar la producción de concreto se deben calibrar los elementos de medida de la planta y mantener este control periódicamente. Los elementos que se calibran son: - Básculas (Carátulas, celdas mecánicas o de carga) - Medidores de agua - Dosificadores de aditivos - Ajuste de las tolerancias de las dosis - Ajuste de las señales y la información entregada por las computadoras - Ajuste de los controles automáticos Para la alimentación de agregados a la planta, se debe contar con el numero de cargadores frontales que garanticen una operación sin interrupciones, o sea que se requerirán al menos uno o dos cargadores alimentando dos o más tipos de agregados. Estas plantas cuentan por lo general con silos horizontales móviles de 150 toneladas de capacidad para almacenamiento de cemento a granel. La ubicación de los silos con respecto a la planta debe ser siempre lateral y buscando reducir al máximo el trabajo necesario para su alimentación a la planta, la descarga de las pipas ya sea a los silos horizontales o al silo de la planta, se hace mientras la planta esta en operación y puede haber varias pipas descargando al mismo tiempo mientras otras están esperando turno.

El agua es necesaria no solo para la mezcla de concreto sino que se requiere una cantidad para el lavado de los camiones y para la limpieza de la planta. La limpieza de los camiones es importante para evitar que el concreto se contamine y para retirar restos de concreto que se hayan quedado adheridos en la anterior descarga. Estas necesidades de la planta pueden requerir aproximadamente de 500 a 600 metros cúbicos de agua potable por día. Es fundamental tener almacenados por lo menos el 20% del consumo diario. En la producción de concretos para pavimentos se utilizan diversos tipos de aditivos con el fin de lograr las condiciones de mezcla requeridas por el tipo de transporte y la forma de colocación con la pavimentadora. Es usual contar con depósitos móviles de aditivos fáciles de instalar y con capacidad de almacenamiento lo suficientemente grande para garantizar el suministro de producto al proyecto. Otros elementos que forman parte de la planta son: - Caseta de operación y generador de energía. - Area de maniobras de los camiones en su acceso, espera, carga y salida. - Almacén de insumos, almacén de refacciones y taller. - Báscula (opcional). - Laboratorio de planta. - Area para ubicación de desperdicios. El tráfico dentro de la planta y el que circula en dirección al frente de pavimentación debe ser cuidadosamente analizado, para lograr completar adecuadamente el ciclo de suministro de concreto, buscando minimizar los tiempos de recorrido y garantizando la seguridad en planta. Es fundamental desarrollar los patrones de flujo de tránsito interno para todos los vehículos, en ellos se debe separar el tráfico de entrega de materiales y el de acarreo de concreto, además se deben incluir áreas de espera, zonas de lavado de camiones y estacionamientos. Se deben instalar y construir todos los drenajes que permitan el correcto manejo de las aguas de lavado, limpieza, desperdicios de producción y de servicio humano así como las de lluvia.

b). Plantas Dosificadoras con Camión Revolvedor Se recomienda su uso en proyectos de mediana y pequeña magnitud, donde los equipos de colocación no requieran de un gran volumen de concreto, pero que aseguren la calidad en la consistencia y trabajabilidad de la mezcla. El rendimiento que se puede lograr con estas plantas es de aproximadamente 40 a 50 m3 por hora. En este caso los materiales que conforman el concreto son dosificados por la planta directamente en un camión revolvedor por el operador de la planta y el camión revolvedor será el encargado de hacer el mezclado adecuado de los elemento para la elaboración del concreto. A este tipo de concreto también se le conoce como Concreto

Premezclado y permite producir concretos para pavimentos de alta calidad que garantizan un rendimiento constante y de buena calidad para el pavimento. Estas plantas también las hay del tipo móvil, las cuales se pueden transportar y montar fácilmente para cumplir las necesidades de un proyecto en particular.

c). Proceso de Pavimentación

1. Tendido de Línea Guía Con la información del cadenamiento y cotas de los puntos que sirven para la localización de las barras de soporte de la línea, se procede a colocar cada barra o “pin” en su sitio correspondiente. Estos puntos físicos normalmente están marcados con elementos como clavos metálicos en trozos de madera y pintados para su fácil reconocimiento, normalmente están localizados a una distancia de 150 cm del borde de la losa. La barra o “pin” debe quedar a una distancia aproximada de 25 cm del punto proyectado y debe estar clavada lo suficiente dentro de la base como para garantizar la estabilidad de la línea ante el paso de la pavimentadora, la texturizadora y el personal de obra. Esta barra o “pin” debe ser metálica y lo suficientemente rígida para soportar los golpes de martillo usados para su clavado en la base y su uso prolongado en la obra. La línea que une todos los “pines” se conoce como línea de “pines”, la distancia entre “pines” en un trazo plano debe ser entre 8 y 10 metros, en curvas horizontales o verticales se deben colocar más próximos, con una separación máxima de 5.0 m. La separación de los “pines” no debe ser igual que la de los sensores de altura de la máquina, esto para reducir la sincronización de los movimientos en altura de la pavimentadora. Con el fin de tener mayor precisión en el perfil y en los espesores es importante tener líneas guías a ambos lados de la pavimentadora.

Después de localizadas todas las barras o “pines” se procede a colocar los brazos que soportan la línea guía, estos brazos son metálicos con la forma adecuada para no interrumpir el tránsito libre de los sensores de la pavimentadora y la texturizadora sobre la línea guía, también debe contar con el mecanismo para ajuste de altura sobre la barra y de prolongación para ajustar la distancia de la línea respecto de la barra y permitir localizar la línea sobre el punto correcto. Los brazos tienen la posibilidad de asegurar la línea guía para que esta no se suelte al paso de los sensores o por el movimiento del personal cercano.

Los hilos o cuerdas de la línea pueden ser de alambre, cable, nylon tejido, cuerda de poliestireno o cualquier otro material similar, por un lado deben ser suficientemente fuertes como para resistir la tensión a que se somete y debe ser liviano para que no mueva el alineamiento. La razón de la tensión es reducir las catenarias entre apoyos, el tensionamiento se realiza manualmente o con la ayuda de un carrete metálico que se monta sobre barras o “pines” y debe hacerse antes de insertar o montar el hilo en los soportes a fin de garantizar un tensionamiento uniforme. En esta actividad es importante usar elementos de seguridad ante posibles rompimientos de la cuerda o hilo, ya que normalmente los brazos metálicos traen rebabas en los puntos de inserción del cable, es conveniente limarlas. Si una cuerda se rompe es señal de que debe ser cambiada, no la añada, es mejor conseguir una nueva. Es importante aclarar que la varilla del sensor de dirección de la máquina corre contra el interior de la línea guía y la varilla del sensor de altura o elevación corre bajo la línea guía, esto para que no haya elementos que desvíen ninguna de las varillas, excepto la misma línea y puedan transitar libremente, por otro lado las varillas no deben flexionar la línea en forma notoria. La longitud de la cuerda que se tensiona no debe ser mayor a 200 metros, esto para reducir errores, el traslape de las cuerdas se debe hacer en una longitud de por lo menos 20 metros.

Una vez tensionada la cuerda o hilo e insertada en el brazo soporte se procede a plomar el punto de contacto entre la cuerda y el brazo con el punto físico dado por topografía, esta actividad se inicia soltando las tuercas de ajuste del brazo al “pin” y mediante una plomada de mampostero o un nivel de burbuja se determina el punto al cual debe quedar para proceder a fijar las tuercas.

El ajuste en altura se puede realizar simultáneamente con la anterior y se realiza con los datos entregados por la comisión topográfica, se realiza soltando la tuerca de ajuste en altura y con ayuda del nivel de burbuja y un flexómetro se determina la altura de cada punto.

Una vez que se tiene instalada la línea guía debe ser verificada visualmente, cualquier duda o error debe ser verificada o corregida con topografía.

2. Preparación de equipos Todos los equipos que participan en el tirado o extendido del concreto en la obra deben ser probados en vacío antes de iniciar la recepción del concreto En el caso de la pavimentadora, deben activarse sus sistemas hidráulicos tanto motrices como de transporte, compactación y vibrado del concreto detectando fugas y conductos en mal estado y con énfasis en la respuesta a las indicaciones de los sensores tanto en altura como en dirección.

Es muy importante prevenir la acción de fragmentos de concreto que no hayan sido eliminados en la limpieza diaria y que obstaculicen el desplazamiento de algunas de las partes de la pavimentadora, es recomendable que la pavimentadora cuente con un sistema neumático que permita el uso de pistolas rompedoras de concreto con el fin de facilitar su limpieza y de suministro de agua a presión, de igual forma debe revisarse la calidad de elementos de acabado del concreto para verificar el tipo de acabado que pueden ofrecer tanto en textura como en uniformidad. Es muy importante conocer que el perfil de la vía obtenido por la pavimentadora será el definitivo para el proyecto.

Los vibradores deben estar correctamente localizados, respetando el área frente a cada vibrador o zona de influencia entregado por el fabricante y ajustado de acuerdo a la cabeza hidrostática proyectada en la colocación y el tipo de concreto a colocar, esto ultimo solo influirá de acuerdo a la experiencia del operario o el constructor con mezclas similares. La apariencia de un vibrador en mal estado es diferente a la de sus vecinos, la alta temperatura alcanzada por el aceite en el interior de un vibrador defectuoso provoca cambios en el aspecto externo. De igual forma se deben identificar fugas de aceite en sus mangueras o uniones. Un vibrador en mal estado definitivamente debe cambiarse, no se debe permitir pavimentar con vibradores defectuosos. Otros vibradores presentes en la pavimentadora son los vibradores de piso, estos van localizados sobre las placas metálicas (float-pan) que se instalan a la salida del concreto de la placa de extrusado o profile-pan, estos vibradores y las placas que conforman el float-pan deben revisarse tanto en su estado como en su limpieza para garantizar un buen acabado del pavimento. El float pan igualmente debe tener la posibilidad de dar el bombeo de la vía, su sistema de soporte para que quede "flotando" y el ajuste hidráulico para las pendientes debe ser igualmente revisado

El dispositivo para formar la corona o bombeo de la carretera se debe probar en todo su conjunto, aunque no todos los proyectos lo requieran, tanto la formación del bombeo a la entrada (en el strike off) como en la placa de extrusado y en las indicaciones que el operador de la máquina recibe de la localización de estos elementos. En la sección de la placa o molde de extrusado (profile-pan), el ajuste se hace liberando cada tuerca de

fijación de las planchas de extrusado y alineándolas de acuerdo a la pendiente o pendientes transversales requeridas para una sección, esta alineación se puede hacer mediante un ajuste hidráulico que poseen algunas máquinas o manualmente si no se cuenta con él, y alineando con la ayuda de un hilo o lamina metálica recta, finalmente se asegura todo el sistema Se debe recordar que en caso de coronas o bombeos de la losa, otros elementos deben ser ajustados para dar la forma, entre estos se encuentran los vibradores y el tornillo repartidor, este último no tiene ajuste pero se recortan la longitud de los pasos centrales. El mecanismo hidráulico de ajuste es fundamental para dar la forma correcta en tramos de transición de recto con doble pendiente a curvo con una sola y en este sentido debe haber un apoyo continuo de la comisión topográfica del proyecto. Posteriormente se encuentra el final finisher o llana metálica de la pavimentadora, su revisión se hace en cuanto a la calidad del movimiento en zigzag y el estado de la superficie. Este es un elemento que da un buen acabado siempre que se encuentre en perfecto estado siempre que el concreto sea muy homogéneo. La decisión de utilizar esta llana ó de dejarle todo el trabajo a los llanas manuales se debe tomar en los primeros metros de pavimento.

En cuanto a los sensores, hay que tener en cuenta que existen muchos tipos de sensores y aunque los mas usados en pavimentos son los hidráulicos existen también eléctricos, láser y sónicos. Cada tipo de sensor debe ser usado e instalado de acuerdo a las recomendaciones del fabricante y contando con personal de experiencia. Normalmente las pavimentadoras usan cuatro sensores de altura, aunque algunas solo usan dos, con cuatro se puede tener un mayor control del espesor de la losa, sin embargo con dos sensores y un excelente trabajo de topografía y perfilado de la rasante, se pueden lograr muy buenos resultados. Los sensores de altura están localizados adelante y atrás de la maquina y haciendo contacto en cada extremo con la línea guia. En este caso es importante anotar que algunas pavimentadoras traen los sensores traseros unos metros atrás de profile pan o molde de extrusion y en caso de curvas verticales cerradas, se corre riesgo de una variación fuerte del espesor de la losa. Las varillas de los sensores de altura deben fijarse tan cerca de la horizontal como sea posible y a la misma distancia del equipo a la línea guía, esta distancia normalmente debe ser entre 20 y 25 cm. La presión de la varilla a la línea guía se podrá ajustar cuando sea necesario durante la pavimentación, el sensor tiene o debe tener una contrabalanza a fin de ajustar la presión y con esta y el ajuste del tornillo amortiguador se controla la "sensibilidad" y precisión del sensor, esto con el fin de reducir los movimientos bruscos y continuos del sensor y de la maquina. La separación de los pines de la línea guía no debe corresponder a la separación entre sensores, con esto se logrará que los dos sensores no estén al mismo tiempo en valles o en picos de las catenarias formadas en la línea guía y mejorar así el perfil de la vía. En cuanto a la texturizadora se debe probar la respuesta de los sensores a las variaciones de la línea guía, el estado de los elementos de texturizado (tanto yute como peine de cerdas metálicas o plásticas según sea el proyecto) y el estado de los orificios

de las espreas o aspersores de membrana de curado, así como el estado del deposito de membrana y de los tubos conductores.

Otros equipos que deben ser probados son las cortadoras de discos para el concreto y los reflectores de emergencia. En algunos proyectos se cuenta con equipos esparcidores o colocadores del concreto con el fin de facilitar la labor de la pavimentadora y lograr un mayor rendimiento. 3. Inicio de los Trabajos. Antes de iniciar la jornada de pavimentación deben revisarse todas las medidas de seguridad y tomar todas las precauciones para el personal de la obra. Para iniciar se deberán revisar los siguientes puntos: - Revisión de todo el equipo involucrado en la pavimentación. - Que se cuenta con una distancia aceptable de tramo a pavimentar. - Disponibilidad de materiales tanto en volumen como en calidad. - Reservas en almacén y obra. - Equipos de ensayo en buen estado y con personal disponible - Herramientas necesarias para la colocación del concreto: - flotadores manuales. - aspersores. - vibradores manuales. - Comunicación por radio entre el frente de trabajo y planta. - Equipo y agua suficiente para humedecer la rasante. - Colocación de la línea guía. - Verificar la junta fría y la correcta colocación de las pasajuntas. - Revisar el pronostico del tiempo. Es importante tener la base o rasante saturada para recibir el concreto, las bases con falta de agua pueden absorber agua del concreto y reducir la hidratación del cemento ocasionando bajas resistencias.

4. Pavimentación con cimbra deslizante: Las pavimentadoras modernas cuentan con un mecanismo para manejo del concreto, este se puede dividir en recepción y acomodamiento, vibrado y compactación, y perfilado ó extrusado. La distribución del concreto al frente de la pavimentadora es el primer contacto entre el concreto y la pavimentadora y se logra mediante un tornillo sinfín o gusano que, controlado por el operador permite transportar el concreto en el frente de la máquina a fin de repartirlo y dosificarlo hacia los lados la maquina, este trabajo es complementado posteriormente por el “tamper bar”.

Algunas pavimentadoras cuentan con un receptáculo entre el gusano y el panel o plancha de cimbrado y que contiene los vibradores, que se denomina caja de vibradores o de lechada. Esta caja esta cerrada frontalmente por el strike-off y eventualmente la viga estructural o chasis de la maquina.

En las maquinas que cuentan con caja de lechada encontramos inmediatamente después del tornillo repartidor una lamina metálica horizontal o strike-off que sube o baja de acuerdo a las indicaciones del operador con el fin de ampliar o reducir la cabeza estática del concreto dentro de la maquina y que se antepone a la viga frontal estructural de la maquina. El strike-off debe ser ajustado a las condiciones de pendiente transversal de la vía, bombeo o corona. En las pavimentadoras de cimbra deslizante encontramos dos tipos de vibradores, los primeros o internos se localizan en la caja de vibradores o de lechada, los segundos o vibradores de piso se usan para mejorar el acabado.

En las pavimentadoras que no cuentan con caja de lechada encontramos los vibradores inmediatamente después del tornillo repartidor y antes del molde o placa extrusora. En las zonas adyacentes a los vibradores excéntricos internos o zona de influencia de los vibradores se produce la energizaciòn del concreto, esto es la movilización de las partículas del concreto, las burbujas de agua y aire suben a la superficie explotan y el volumen de la mezcla se reduce, facilitando su entrada al panel de extrusado. Los vibradores tienen dos funciones, consolida el concreto y hacerlo fluido para que pase por el molde o caja extrusora. Físicamente el efecto deseado es lograr la frecuencia de resonancia de las partículas dentro de la mezcla o sea que se exciten y se junten logrando eliminación de vacíos. Importante, esta frecuencia es diferente para cada tamaño de partícula y diferente para cada gradación en particular y del diseño de la mezcla. Un vibrador es un émbolo que gira en el interior de un tubo o cubierta, el émbolo esta apoyado en el extremo del que se produce el giro, quedando el otro extremo o cabeza libre, el giro libre de la cabeza (envuelto en aceite) produce la vibración. La energía transmitida por el vibrador (fuerza centrifuga) es directamente proporcional a el peso de la cabeza y a la velocidad de rotación, la velocidad es la única variable que se puede controlar y se hace variando la velocidad de giro del motor del vibrador, esta velocidad se mide en VPM y se controla desde el puesto de mando de la pavimentadora. En general la energía requerida varia entre 7.000 y 9.000 VPM. Con la variación de la energía transmitida por el vibrador varia la zona de influencia. Otras variables que afectan esta zona de influencia son: - La velocidad de la pavimentadora - La calidad del montaje aislado del vibrador - Las distancias entre la cabeza y el punto de aseguramiento al tubo soporte

La separación de los vibradores debe hacerse de tal forma que haya un pequeño traslape de las zonas de influencia, el posicionamiento de los vibradores en el tubo soporte debe hacerse de acuerdo a las recomendaciones de los fabricantes y de la experiencia con el tipo de mezcla a usar. La distancia de traslape entre las zonas de influencia es normalmente de 50 a 75 mm, no traslapar implica segregar la mezcla. Debe tenerse especial cuidado con el vibrado en el borde de la losa. Cualquier falla en un vibrador se manifestará inmediatamente en el aspecto de la losa de concreto, en este caso debe apoyarse en vibradores manuales y ampliando la zona de influencia de los adyacentes. El vibrado no es la solución para todos los problemas de la mezcla e incluso pueden ser causa de problemas en la mezcla, excesiva vibración causara segregación y reducción del contenido de aire, poca vibración causara un mal acabado y un volumen alto de vacíos reduciendo su resistencia.

En este mismo receptáculo se encuentra el tamper-bar, barra o cuchilla compactadora, característico solo de algunas pavimentadoras, que se usa para profundizar fragmentos de grava que hayan quedado expuestos superficialmente, aunque para algunos fabricantes su función es mantener el movimiento dentro de la caja de vibradores y de esta forma mantener un flujo continuo y no se pegue a las paredes.

Finalmente encontramos la placa extrusora del concreto (Profile pan), en la cual el concreto toma la forma de la losa, en esta sección es importante el perfecto alineamiento de las planchas que la conforman y el perfecto estado, libre de abolladuras o deformaciones que incidan en el perfil, por insignificantes que parezcan.

La cimbra deslizante de la máquina se encuentra en los lados, misma que los elementos superiores confina al concreto. Se puede dividir en dos secciones, una que confina el concreto para lograr que el gusano lo pueda exparcir y otra que va desde el strike-off hasta la salida posterior del concreto. La primera normalmente va siendo arrastrada sobre la base o puede ser de altura variable según la variación del perfil del suelo; La segunda puede ser completamente levantada para facilitar su limpieza y puede ser ajustada mediante pernos para mejorar la acción de los vibradores laterales y permitir un hombro de losa con un mejor terminado. El resultado de un buen trabajo con el equipo de cimbra deslizante es una forma geométrica y superficie uniforme tanto en las dimensión horizontal como en la vertical, para esto es fundamental un suministro continuo y homogéneo del concreto y lograr movimientos uniformes de la máquina.

Las pasajuntas pueden ser colocados mediante su montaje en canastas metálicas que garantizan su correcta disposición en la losa de concreto y que permiten un libre movimiento de las losas de concreto, ó pueden insertarse mediante elementos mecánicos que aseguren su correcta posición. Los pasajuntas deben haber sido bañados con grasa, diesel o pintura para evitar que se adhieran al concreto. La canasta se debe colocar en el lugar indicado por la comisión de tendido de la línea guía y debe ser fijada a la base mediante pernos de fijación bien sea con ayuda de pistola de impacto o mediante golpes de martillo, también se pueden usar ganchos metálicos o laminas y clavos. Es importante garantizar la correcta fijación de la canasta y evitar su movimiento ante la presión de la máquina, si la canasta se mueve al momento de colocar el concreto, la losa no tendrá la libertad para moverse longitudinalmente, lo puede ocasionar fisuramientos y fracturas de los bordes de la misma. Los insertadores automáticos de barras hacen el trabajo completo de localización de barras después del vibrado y antes de que se le dé el acabado a la losa, reduciendo costos al eliminar el esqueleto de la canasta y evitando el riesgo de movimiento de la canasta por la presión de la pavimentadora.

Es importante la labor de dirección del jefe de pavimentación y su continua comunicación con el operador de la pavimentadora, esto con el fin de lograr una buena repartición del concreto y un movimiento mínimo de las canastas pasajuntas. En esta tarea juega un papel muy importante la labor de los coordinadores de descarga y de colocación de canastas, y sus indicaciones deben ser conocidas por todos los conductores y personal que se localice en este sector y supervisadas por el operador de la pavimentadora y el jefe de pavimentación. La seguridad se impondrá en todo momento, es prudente considerar alarmas de retroceso, procedimiento de descarga (orden de entrada, salida y señales para avance y parado) y control del trafico para la entrada y salida de camiones de vías transitadas al sector de cargue entre otros. Cuando se tiene tirada y posicionada la línea guia en una longitud importante al frente de la pavimentadora, esta se puede soltar de los brazos en un tramo de 50 metros aproximadamente y tenerla en el piso sin distensionarla asegurada por dos elementos pesados (grupo de barras de amarre), todo esto para facilitar la entrada y salida de los camiones al tramo.

Las operaciones de pavimentación del día se deben iniciar con la producción de dos o tres bachadas, que por el tipo de equipos usados en estos proyectos, corresponden a dos o tres camiones. El concreto de estos camiones debe ser revisado por el laboratorio con las pruebas de revenimiento, contenido de aire y peso volumétrico para ser enviados a la obra, en este momento se inicia la labor de pavimentación propiamente dicha, es decir, se continua produciendo concreto y enviándolo al frente de pavimentación.

El concreto una vez que llega al frente de pavimentación, debe ser revisado, primeramente por el jefe de pavimentación para determinar rápidamente si se puede descargar, y de ser así, una vez descargados, deberán ser revisados por el laboratorio, de esta forma se determina la pérdida de trabajabilidad que ha sufrido el concreto durante el viaje y se procede a ajustar la producción de la planta. La uniformidad es el factor mas importante para obtener un buen trabajo, si no se cumple la uniformidad en todas las fases, se dificultará obtener un buen perfil. La distancia de la planta de producción al sitio de colocación es un factor que determina una entrega oportuna de concreto a la pavimentadora. El tiempo de viaje hacia y desde la entrega del concreto se determina también por las condiciones del trafico y del estado de la vía y esto debe tenerse en cuenta para ajustar el numero de unidades de transporte. Es práctica común que los primeros viajes de concreto, este se envíe ligeramente alto en revenimiento para después ir reduciendolo. Este concreto que se conoce como concreto de carga de la pavimentadora se puede enviar con 8 cm para ajustar en 6 ó 5 cm, con el fin de sobreponerse a pérdidas de trabajabilidad mayores a las esperadas y es válido si se tiene en cuenta que es concreto que será prácticamente colocado a mano pues la máquina no habría podido llenar sus cimbras completamente y es necesario llevar concreto en un cargador para completar el faltante. Como los dos o tres primeros viajes normalmente no son suficientes para llenar las cimbras y cajas de la pavimentadora, y lograr una carga hidrostática dentro de la máquina, es conveniente contar con una cargador o retroexcavadora para introducir y repartir el concreto frente al gusano de la pavimentadora. Los puntos a cuidar en esta etapa son: - Controlar la trabajabilidad de la mezcla - Mantener la relación Agua / Cemento de diseño - Ajustar los volúmenes suministrados en cada viaje - Verificar el espesor colocado - Evaluar la calidad de la superficie dejada por la pavimentadora - Ajustar la velocidad de avance del tren con respecto al suministro de concreto (recordar que los equipos de pavimentación en lo posible no deben parar) - Iniciar la rutina de calculo de rendimiento

Las barras de amarre prácticamente se instalan en todas las juntas longitudinales, la altura de colocación es a la mitad del espesor de la losa incluso en las juntas machimbradas. En construcción con cimbra deslizante estas barras pueden ser colocadas mediante extensiones ó silletas antes de la colocación del concreto o bien insertadas en el concreto en estado plástico con un insertador automático. Los insertadores automáticos de barras de amarre vienen acondicionados en la parte posterior de la pavimentadora, requieren entonces de una placa flotante que borre la huella de la inserción, cuando el insertador esta en el centro de la losa y el pavimento tiene bombeo, esta placa flotante debe tener la forma para no dañar el ángulo o del bombeo.

Las barras de amarre que se utilizan para las juntas longitudinales de carriles adicionales o sobreanchos normalmente se instalan con insertadores laterales automáticos o manuales, se acostumbra colocar las barras dobladas para ser enderezadas una vez el concreto este endurecido y ya no entorpezca las labores. También se pueden colocar estas barras manualmente a la salida de la pavimentadora, obviamente previniendo al personal de posibles accidentes con las barras laterales, es probable que al proponer esta practica el calculista solicite una longitud mayor de anclaje de la barra

5. Acabado superficial del pavimento Es el acabado de la superficie del concreto al proceso de obtener una textura acorde a las especificaciones del proyecto, homogénea, segura y durable, mediante técnicas sencillas y de rápida ejecución y usando las herramientas adecuadas Primero se realiza el afine, con el afine se busca conseguir una superficie adecuada para obtener un buen texturizado, resistente a la fricción del trafico y sin afectar la geometría dejada por el extrusado. No se debe hacer el terminado mientras se observe la presencia de agua en la superficie. Para lograr un buen acabado existen en el mercado multitud de herramientas montadas en la pavimentadora, en montaje independiente y guiadas con la línea guía de la pavimentadora o manuales, el éxito en el intento de obtener un buen acabado radica en buena parte en el criterio de elección del equipo mas adecuado, las variables mas comunes son el tipo de concreto, el clima reinante y la velocidad y condición del concreto dejada por la máquina. En cuanto a herramientas manuales se cuenta con una gran variedad y su uso depende de las condiciones del proyecto. En pavimentaciones con cimbra deslizante es necesario usar llanas de gran dimensión para cubrir un gran espacio y mantener el ritmo y la velocidad de la pavimentadora, normalmente son llanas a las que se les monta un largo mango para cubrir todo el ancho de la carretera desde uno solo de los lados, en la unión entre mango y llana se instala un pivote que permite ajustar el ángulo de ataque de la llana y evitar que penetre la losa. Sin embargo es muy importante aclarar que su diseño incluye un peso adecuado para obtener un acabado acorde con su uso, por esto no se recomienda incluir mangos de materiales distintos al incluido en su diseño, ocasionalmente es necesario adicionar algún elemento metálico a la llana para incrementar su peso y obtener un mayor efecto; también se recuerda que obtener un buen acabado en el borde contrario al usado por el operario o finishero es difícil, si el ancho de la losa es importante, por esto se recomienda un finishero a cada lado como mínimo. Las llanas metálicas mas comúnmente usadas son las tipo perfil acanalado y tratadas con tungsteno o material similar, se conocen como llanas canal o aviones si su dimensión es importante.

El trabajo del finishero termina cuando obtiene una superficie pareja y sin marcas de la placa extrusora ni de las llanas. El proceso experimentado superficialmente por el concreto una vez que sale de la pavimentadora, es la liberación del agua de sangrado y posteriormente seca esta superficie, adquiere un tono mate que indica el momento del texturizado. Los concretos para pavimentos sangran poco o nada como se vio en la sección correspondiente y una buena labor de vibrado deja una superficie con suficiente mortero como para que no haya ninguna dificultad en obtener un buen acabado, el exceso de vibrado creara superficies con exceso de mortero lo que a su vez ocasiona baja resistencia a la fricción. Normalmente la primera pasada de la llana abre poros y permite salida de pequeñas cantidades de agua y aire presente cerca a la superficie, la segunda pasada o el uso de otra herramienta busca cerrar los poros abiertos y sacar a la superficie granos de arena, esta otra herramienta puede se una llana fina tipo fresno Un buen diseño de concreto debe tener en cuenta la producción de suficiente mortero superficial que de un buen acabado.

6. Microtexturizado Longitudinal Buena parte de la seguridad que una carretera nos pueda ofrecer esta dada por la correcta ejecución de esta etapa, la distancia de frenado de los vehículos tiene relación directa con el grado de adherencia o fricción que hay entre la superficies de contacto neumatico - concreto.

El microtexturizado se realiza corriendo una tela de yute húmeda a lo largo del tramo de concreto una vez que se ha logrado un buen afinado y que la superficie esta seca para que permita la presencia de granos de arena después del paso de la tela. Las texturizadoras vienen equipadas con soportes y ganchos para colgar la tela, el soporte puede bajar para que entre en contacto con la superficie y subir cuando se realiza otra actividad. Las variables a controlar son: la humedad de la tela, el tiempo de aplicación y la velocidad de aplicación. El exceso de humedad se percibe con la presencia de burbujas de agua detrás del paso de la manta, por el contrario la falta de humedad causa levantamiento de concreto. El agua se puede aplicar, rociando con la ayuda de una bomba manual. Algunas texturizadoras vienen acondicionadas con irrigadorres que mantienen húmeda la tela. El tiempo de aplicación debe ser al cambio de tono del concreto de brillante a mate, la velocidad debe ser suficiente para no levantar concreto. Otros aspectos que deben tenerse en cuenta es la limpieza de la tela y procurar que el tejido sea continuo y no coser tramos de yute para dar la longitud, por un lado una tela con fragmentos de concreto adheridos marcara excesivamente en el concreto y lo mismo ocurre con las costuras de la tela.

Alternativamente se puede utilizar pasto sintético o cuero para realizar esta actividad en sustitución de la tela de yute.

7. Macrotexturizado Transversal El macrotexturizado o texturizado transversal que normalmente se realiza con peine metálico, permite la rápida evacuación de agua de la superficie del pavimento, permitiendo el contacto entre los neumáticos de los vehículos a alta velocidad y el pavimento y evitando el peligroso acuaplaneo. El proceso constructivo se logra mediante el uso de una texturizadora. Los sensores de la texturizadora usan como referencia para su movimiento las línea guía de la pavimentadora lo que le permite obtener un correcto manejo de los traslapes y separaciones de las líneas sobretodo en las curvas horizontales. La variables a tener en cuenta son el tiempo de aplicación, la profundidad del texturizado y la separación de las cerdas. El tiempo de aplicación depende de la experiencia del operador de la texturizadora bajo el control del jefe de pavimentación, sin embargo una idea es que el microtexturizado avanza unos cien metros y al regreso a su punto inicial la superficie estará lista para recibir el peine, debe evitarse su aplicación tardía ya que obligaría a una mayor presión o profundidad lo que terminaría sacando agregado del concreto y dejando un acabado irregular. La profundidad de texturizado debe estar entre los 3 mm y los 6 mm que es suficiente como para que se marque suficientemente el peine, pero de tal forma que el agregado grueso no se levante o se mueva y no se marque en exceso. Es importante utilizar peines de texturizado en buen estado, con todos sus dientes, limpios y bien alineados a fin de no producir un efecto irregular.

8. Curado del Concreto Esta operación se efectuará aplicando en la superficie una membrana de curado a razón de un litro por metro cuadrado (1 lt/m2), para obtener un espesor uniforme de aproximadamente un milímetro (1 mm), que deje una membrana impermeable y consistente de color claro que impida la evaporación del agua que contiene la mezcla del concreto fresco La aplicación de la membrana de curado se hace mediante la irrigación de compuestos curadores sobre la losa de concreto fresco con ayuda de la texturizadora – curadora. Este trabajo se hace en la texturizadora donde hay un depósito de membrana de curado y conductos que llevan el liquido hasta los aspersores o espreas. Los depósitos de las texturizadoras algunas veces cuentan con agitadores de aire o agitadores de paletas, si el equipo no tiene estos accesorios deben agitarse manual y continuamente, esto para evitar taponamientos de los conductos y las espreas. Los compuestos curadores mas adecuados tienen un pigmento de color blanco, esto les da la ventaja de no concentrar el calor en el concreto y permiten distinguir las zonas ya tratadas y la uniformidad de su aplicación. El compuesto curador se aplica inmediatamente después de efectuarse el texturizado transversal, aunque en ocasiones y con el fin de proteger el concreto de la acción del

sol y vientos fuertes rasantes, se puede hacer en dos etapas aplicando la primera antes del microtexturizado y la segunda después de el texturizado transversal. Es importante realizar la aplicación de la membrana también sobre los bordes verticales de la losa. El espesor de la membrana podrá reducirse si de acuerdo con las características del producto que se use se puede garantizar su integridad, cubrimiento de la losa y duración de acuerdo con las especificaciones del fabricante de la membrana de curado. Durante el tiempo de endurecimiento del concreto, deberá protegerse la superficie de las losas contra acciones accidentales de origen climático, de herramientas o del paso del equipo o seres vivos. 9. Modulación de las Losas La modulación de las losas es proveer la geometría de tableros diseñada por el Especificador para inducir el agrietamiento de manera controlada. El mayor cuidado se debe tener en garantizar que la junta quede en el mismo sitio donde fueron colocadas las pasajuntas y donde fue indicado inicialmente. La señal para la localización de las canastillas y de la junta debe quedar suficientemente separada de la losa y del sector de tránsito de la maquina para que no sea borrada en el trabajo de pavimentación y revise que la modulación se haga con base a las marcas de los dos extremos de la losa y que la señal se haga siempre de la misma forma a fin de evitar confusiones La modulación se debe hacer con polvo mineral de un color que permita ser observada fácilmente por el operario del equipo de corte en la noche y a la luz del mismo equipo. Las pavimentadoras equipadas con insertador automático de pasajuntas (DBI) tienen un dispositivo que marca la ubicación de la pasajuntas con pintura. 10. Juntas Frías Es necesario realizar una planeación adecuada de juntas frías, para mantener la uniformidad en el pavimento y evitar desperdicios o faltantes de concreto. La junta fría se debe construir en todo el ancho de colado, se deben utilizar canastas de barras pasajuntas para garantizar la transferencia de cargas entre las losas. La alineación de las pasajuntas y su correcta instalación dependen en gran medida de la cimbra utilizada para formar la junta. Siempre que sea posible se deberá de tratar de hacer coincidir la junta fría con una junta de contracción.

11. Corte de Juntas en el Concreto: El corte de las losas de concreto es una generalidad de todos los pavimentos de concreto, en pavimentos construidos con cimbra deslizante se debe hacer énfasis en el estado, el tipo y el numero de equipos necesarios para garantizar un trabajo de buena calidad, continuo y principalmente que permita que se alcance a cortar toda el área pavimentada en una jornada. La clasificación de las cortadoras se hace normalmente por la potencia de su motor en kW y es conveniente que sean autopropulsadas. En proyectos carreteros las cortadoras

deben ser con potencias del orden de los 50 a 60 kW, autopropulsadas y diseñadas para hacer corte en húmedo, o sea que el disco de corte es enfriado continuamente por agua. La profundidad del corte es de un tercio del espesor de la losa. Este corte deberá realizarse cuando el concreto presente las condiciones de endurecimiento propicias para su ejecución y antes de que se produzcan agrietamientos no controlados. Es importante iniciar el corte en el momento adecuado, ya que de empezar a cortar antes de tiempo podemos generar despostillamientos de las losas, en el caso de realizar el corte en forma tardía se estaría permitiendo que el concreto definiera los patrones de agrietamiento y de nada servirían los cortes por realizar. Este tiempo depende de las condiciones de humedad y clima en la zona, así como de la mezcla de concreto, por lo general el proceso de corte debe iniciar deberá iniciar entre las 4 ó 6 horas de haber colocado el concreto y deberá terminar antes de 12 horas después del colado del pavimento. Deberán realizarse primero los cortes transversales y posteriormente los longitudinales. Para realizar los cortes longitudinales es común utilizar una guía ajustable a los bordes de la losa y de esta forma garantizar un correcto seguimiento del alineamiento de la vía. El tipo de disco de corte debe ser escogido dependiendo del tipo de agregado a fin de determinar que composición de material abrasivo cortador es el mas indicado. 12. Ensanche de Juntas El ensanche de la junta o segundo corte se realiza para obtener suficiente espacio donde alojar el material que se usara en el sello y de esta forma ofrecer un factor de forma apropiado (en profundidad y ancho) para el correcto desempeño del sellador. El factor de forma especificado para cada proyecto debe ser incluido en las especificaciones constructivas. El corte de ensanche se hace con cortadoras de corte húmedo y la forma se obtiene ya sea con un disco de 6 mm de espesor o apilando dos discos de 3 mm de espesor y cortando a una profundidad menor. 13. Limpieza y Sello de Juntas La limpeza de juntas es necesaria para evitar que dentro de la junta se alojen materiales incompresibles y permitir una perfecta adherencia entre el sellador y el concreto. Las actividades generales de esta etapa son: - Lavado de la junta con agua a presión - Limpieza de la junta o rasqueteo - Secado con aire a presión. - Inserción de la Cintilla de Respaldo o Backer- Rod - Aplicación del material de sello Los equipos requeridos para estas actividades son: - Tanque de agua con bomba para suministrar agua a presión - Compresor para limpieza y aplicación del material de sello - Herramientas para limpieza y para insertar el cordón o baker-rod - Bomba de silicón para la aplicación del material de sello

La bomba de silicón es un equipo de pistón que se introduce dentro del deposito de material de sello. 14. Personal Especializado Necesario - Jefe de Pavimentación. – Es el responsable de la colocación del concreto y de todas las etapas siguientes en la obra. Responde por todas las actividades ejecutadas en el tramo y en ellas se incluyen las previas al inicio de la pavimentación, como revisión de los datos topográficos, hasta la apertura al trafico de la vía. Su principal función es coordinar las actividades del equipo de trabajo en el tramo y mantener la comunicación con la planta y con los otros involucrados en el proyecto. El jefe de pavimentación coordina al grupo de personas que trabajan en equipo y capacitados para las diferentes actividades. - Jefe de Línea. - Responde por la interpretación y evaluación de los datos topográficos entregados por el constructor de la base y por el tendido de la línea guia para la pavimentadora y texturizadora. Su importancia radica en la coordinación con el personal de topografía del proyectos para hacer los ajustes del trazado requeridos y de esta forma reducir las variaciones en los espesores de la losa. - Operador de Pavimentadora.- Interactúa continuamente con el operador de planta de concreto, con el coordinador de descarga de camiones y colocación de canastas y con los tornilleros quienes están encargados de vigilar el tránsito normal de los sensores por la línea guía y de la cimbra lateral, su función es de vital importancia, no solo para obtener un buen acabado sino para producir un pavimento de concreto durable y respetar la geometría del proyecto. - Jefe de Finishers ó Jefe de Terminado. - Responde por la obtención de un buen acabado superficial de la losa antes de iniciar su texturizado, interactua con el jefe de pavimentación para que a su vez le de instrucciones al operador de la pavimentadora en caso que se presenten problemas en el acabado dejado por la máquina, por problemas en los insertadores de pasajuntas o barras de amarre (en caso de que se utilicen) o por problemas en el acabado del hombro o borde de la losa. El jefe de finishers debe coordinar al personal de herramientas de acabado. - Operador de Texturizadora – Curadora.- Se encarga del microtexturizado longitudinal con tela de yute, del texturizado transversal y de la aplicación de la membrana de curado, lo mas importante de su trabajo es conocer el momento en el cual debe iniciar su labor, la texturizadora debe ser guiada por el mismo tendido de la línea guía que uso la pavimentadora. Jefe de Corte y Sello.- El trabajo de corte esta a cargo del jefe de corte, el cual se hace acompañar de un grupo de operarios y equipos de corte al igual que un continuo suministro de agua. Este grupo igualmente le reporta al jefe de pavimentación. Sobre esto hay que tener en cuenta que contamos con variables como la dureza de los

agregados, la calidad de los discos, la potencia de los equipos y el suficiente suministro de agua. En las responsabilidades del jefe de corte esta el ensanche de la junta, la limpieza y aplicación del sello.

3.3 CIMBRA FIJA En proyectos de tamaños menores tal como los proyectos denominados urbanos, en donde la producción del concreto se realiza en las plantas dosificadoras que se tienen instaladas en las ciudades, el procedimiento de construcción de pavimentos que comúnmente se utiliza es el de cimbra fija, apoyados con rodillos y reglas vibratorias para su ejecución. El procedimiento constructivo con ambos equipos es prácticamente el mismo y en general es muy parecido al de cimbra deslizante con algunas variantes propiciadas por las diferencias en equipos y por el menor tamaños de las obras. a). Elaboración de Concreto Hidráulico El Concreto se recomienda que sea Premezclado Profesionalmente de resistencia a la Flexión Sć ó Módulo de Ruptura igual a la especificada en el proyecto. El Revenimiento apropiado para colocación del concreto con cimbra fija es: - En superficies planas con pendientes ligeras. 10 ± 2 cm - En superficies con pendientes mayores al 8% 8 ± 1 cm Es importante garantizar la calidad del concreto y que el suministro sea constante y continuo para mantener la homogeneidad del pavimento, se recomienda que entre el tendido de una olla mezcladora y otra no transcurran más 25 minutos, aunque de preferencia este tiempo deberá ser menor.

b). Cimbrado del Pavimento El cimbrado consiste en colocar Montenes metálicos calibre 10 cuyo peralte corresponda con el espesor del pavimento. Estos deberán ser reforzados con soleras @ 30 cm para darle rigidez. La colocación de la cimbra deberá ir siguiendo el alineamiento y niveles que nos indique la brigada de topografía, se sujetan con troqueles de varilla #3 a #5 cuya longitud mínima es igual al doble del espesor del pavimento y se colocan @ 1.0 m aproximadamente. Es conveniente revisar los niveles de la cimbra con topógrafo después de colocada la misma para garantizar un buen perfil longitudinal del pavimento. Se deberá de contar con una cantidad suficiente de tramos de cimbra para alcanzar avances significativos de colado continuo durante varias jornadas de trabajo. La cimbra deberá realizarse en franjas previamente establecidas para mantener las condiciones de igualdad superficial entre losa y losa.

c). Colado del Pavimento El concreto se que se mezcla en ollas revolvedoras se vacía sobre la sub-base, se esparce a lo todo lo ancho del pavimento a paleo manual. Deberá limpiarse y

humedecerse previamente la superficie que recibe al concreto para evitar que se absorba el agua de la mezcla. Se deberán colar franjas longitudinales de longitud correspondiente a un día de pavimentación.

Barras de Amarre.- En las juntas que muestre el proyecto y/o en los sitios que indique el Supervisor del proyecto se colocarán barras de amarre, con el propósito de evitar el corrimiento o desplazamiento de las franjas de losas. Las barras serán corrugadas, de acero estructural con un límite de fluencia (Fy) de cuatro mil doscientos (4200) kilogramos por centímetro cuadrado, debiendo quedar ahogadas en las losas a la mitad del espesor y en la posición indicada en el proyecto. Todas las barras corrugadas deberán protegerse contra la corrosión si es que los estudios climatológicos y químicos del lugar demuestran que puede presentarse este fenómeno. Las barras de amarre se colocan en las juntas longitudinales, independientemente de si son juntas frías o de corte, el diámetro, longitud y separación serán los mostrados en el proyecto. Pasajuntas.- En el caso de que el proyecto considere la colocación de barras pasajuntas en las juntas de contracción transversales, estás se colocarán perfectamente alineadas al sentido longitudinal del pavimento y a la mitad del espesor del mismo. La función de estas barras es la de garantizar una efectiva transferencia de fuerzas cortantes en losas adyacentes, permitiendo el libre movimiento de las franjas de losas en el sentido longitudinal. Las barras serán lisas, de acero estructural con un límite de fluencia (Fy) de cuatro mil doscientos (4200) kilogramos por centímetro cuadrado, debiendo estar engrasadas en toda su longitud para evitar que se adhieran al concreto. Las barras pasajuntas se colocan en las juntas transversales de contracción cuando así están especificadas y consideradas en el diseño, sin embargo deberán colocarse en todas las juntas transversales de construcción para garantizar la transferencia de cargas entre colados de días distintos. d). Vibrado y Perfilado Una vez colocado el concreto se deberá acomodar en las orillas cercanas a la cimbra utilizando un vibrador manual, posteriormente se pasa la regla o el rodillo vibratorio que le dan el vibrado final a la masa del concreto, si en el proyecto se especificaron barras de amarre estas deberán colocarse inmediatamente antes de que pase la regla ó el rodillo, en los lugares especificados en proyecto, con ayuda de un escantillón para colocarlas exactamente a la mitad del espesor. Después de pasado el rodillo deberá utilizarse una flotadora de aluminio o magnesio en sentido transversal para dar el perfilado definitivo al pavimento.

e). Microtexturizado Longitudinal El acabado superficial longitudinal del concreto recién colado podrá proporcionarse después de la aplicación de las flotadoras mecánicas, mediante el arrastre de tela de yute húmeda o pasto sintético en sentido longitudinal del pavimento. Este proceso se

puede realizar para este tipo de pavimentos de manera muy sencilla y en forma prácticamente manual, se fija perfectamente la tela de yute a un tubo o solera que mida un poco más que el ancho de pavimentación, se humedece y se arrastra en sentido longitudinal con el apoyo de 2 personas, uno a cada lado del pavimento. f). Macrotexturizado Transversal Posteriormente se realiza el texturizado transversal mediante un peine que tiene una rastra de alambre en forma de peine, con una separación entre dientes de acuerdo con la especificación del proyecto, con una profundidad entre los 3.0 mm y los 6.0 mm a todo lo ancho de la superficie pavimentada. Esta operación se realizará, cuando el concreto esté lo suficientemente plástico para permitir el texturizado pero lo suficientemente seco para evitar que el concreto fluya hacia los surcos formados por esta operación y que pudieran cerrarse debido a esto perdiendo su funcionalidad. Durante el tiempo de endurecimiento del concreto, deberá protegerse la superficie de las losas contra acciones accidentales de origen climático, de herramientas y/o del paso de equipo o seres vivos.

g). Aplicación de Membrana de Curado El curado deberá hacerse inmediatamente después del texturizado transversal cuando el concreto empiece a perder su brillo superficial. Esta condición se efectúa aplicando en la superficie una membrana de curado en la cantidad adecuada para el correcto curado, obteniendo así, un espesor uniforme, que deje una membrana impermeable y consistente y que evite la evaporación del agua que contiene la mezcla de concreto fresco. Su aplicación deberá hacerse preferentemente con aspersores manuales con irrigadores a presión. El espesor de la membrana se fijará de acuerdo con las características del producto que se utilice y deberá garantizar su integridad, cubrimiento de la losa y cumplimiento de las especificaciones del fabricante de la membrana de curado. Las membranas de curado que se aplican adecuadamente cubren perfectamente toda la superficie del concreto dejando una película de color blanco que minimiza el aumento en la temperatura de la superficie del concreto. El proceso de curado es importantísimo para la obtención de resistencias, ya que un como todo concreto, si no se cura adecuadamente puede dejar de ganar hasta el 50% de la resistencia especificada. h). Formación de Juntas El concreto durante su etapa de fraguado se contrae y por estar apoyado en toda sobre una superficie fija, se generan esfuerzos de tensión que a su vez producen agrietamientos. La función de realizar juntas de contracción cortadas con disco es para

indicarle al concreto la ruta que deben de seguir sus agrietamientos por contracción y evitar que las grietas se propaguen en cualquier dirección. Las juntas de contracción se realizan con equipo de corte con discos de diamante cuando el concreto tiene un cierto grado de endurecimiento y las contracciones son inferiores a aquellas que causan el agrietamiento (4 a 6 hrs. aproximadamente). Después del curado de las losas se procederá al corte de las juntas transversales y longitudinales con discos con punta de diamante. Este corte deberá realizarse cuando el concreto presente características de endurecimiento propicias para su ejecución y antes de que se produzcan agrietamientos no controlados. Las juntas de contracción se realizan con equipo de corte con discos de diamante cuando el concreto tiene un cierto grado de endurecimiento y las contracciones son inferiores a aquellas que causan el agrietamiento (4 a 6 hrs. aproximadamente). Las cortadoras utilizadas en este tipo de proyectos deberán ser autopropulsadas y con una potencia que esté entre los 20 HP y los 40 HP. Las juntas deberán ajustarse a las dimensiones y características mostradas en el proyecto. Los cortes deben realizarse a una profundidad de un tercio del espesor. No debe cortarse toda la profundidad de la losa ó todo su espesor. Cortar la parte superior le permite que en al parte inferior se genere una grieta que le permite transmitir fuerzas cortantes por la trabazón que existe entre los agregados del concreto entre una losa y otra.

d/3 d

La relación de Largo / Ancho de las losas debe estar entre los límites de 1.0 a 1.4, relaciones mayores originan que se generen grietas en la mitad de las losas.

y x/y = 1 a 1.4 x

Deberá realizarse un primer corte para garantizar la inducción adecuada de las grietas de contracción, con un ancho de 3 mm (1/8 de pulgada) utilizando un solo disco de corte y cortando a una profundidad de un tercio del espesor. Posteriormente se deberá hacer el ensanche de las juntas a 6 mm (1/4 de pulgada) utilizando para esto dos discos de

corte empalmados y la profundidad de este corte será menor de un tercio del espesor y estará regida por el factor de forma que se le vaya a dar al sellador de las juntas.

i). Limpieza y Sello de Juntas La limpieza de juntas se hará con agua a presión y apoyados con una rastra para dejar perfectamente limpia de material la totalidad de la junta, posteriormente se realizará el secado de la junta con aire a presión, una vez seca la junta y perfectamente libre de polvo en sus paredes, se procederá a colocar una cintilla de respaldo (Backer Rod) cuya función principal es la de minimizar la utilización del sellador e inmediatamente después se coloca el sellador dentro de la junta respetando las indicaciones del fabricante en cuanto a su factor de forma y modo de aplicación. Es importante que el sellador sea un material autonivelante de un solo componente, elástico, resistente a los efectos de combustibles y aceites automotrices, con propiedades adherentes al concreto y que permita las dilataciones y contracciones que se presenten en las losas, sin agrietarse, debiéndose emplear productos que cumplan con lo anteriormente expuesto, los cuales deberán solidificarse a temperatura ambiente. Es necesario que la superficie del sellador se aloje por debajo de la superficie de rodamiento entre 3 mm y 6 mm con el fin de evitar que entre en contacto con los neumáticos de los vehículos y se pueda deteriorar. La función del sellador es la de evitar que partículas incompresibles (piedras) penetren en la junta y puedan generar despostilladuras en los bordes de las losas debido al movimiento de las mismas. Otra función es la de impedir que el agua de la superficie pueda penetrar a la estructura de soporte y evitar problemas de expulsión de finos, pérdida de soporte y reducción de resistencia del material de sub-base. 6 mm 3 mm 6 mm

Sellador Autonivelante Función: Sellar el corte

2.0 cm d/3

3 mm d

Grieta Inducida Nota: Dibujo fuera de escala

Sección

Backer-Rod (Cintilla de poliuretano) Función: Proporcionar cama de apoyo al silicón y evitar consumos innecesarios

3.4 PAVIMENTOS DE CONCRETO ESTAMPADO a). Preliminares El Especificador deberá garantizar la calidad de los materiales químicos necesarios para el pavimento estampado. Las actividades preliminares a la colocación del pavimento estampado tales como el diseño y especificaciones de construcción de la estructura soporte, espesores, niveles, calidades y tipo de concreto hidráulico, espaciamiento y tipo de juntas, etc. Deberá seguirse de acuerdo a las especificaciones generales mencionadas en este manual y deberán responder a las pruebas de control de calidad, aceptación y supervisión, realizadas por la entidad responsable según los alcances establecidos. Una vez garantizado lo anterior se podrá proceder a la iniciación de las actividades propias del pavimento estampado. Será conveniente realizar muestras de las figuras, colores y desmoldante elegidos según la especificación, las cuales se deberán autorizar por el Supervisor para poder proceder con la ejecución.

b). Instalación del Pavimento Estampado 1. Aplicación de Colorante - Endurecedor. Asegúrese de que las áreas adyacentes se encuentren protegidas, luego emplee el siguiente procedimiento: -

-

Vacíe el concreto con el espesor especificado en el proyecto estructural, vibre y garantice su perfecta colocación. Utilice las herramientas de terminado adecuadas (llanas de fierro, magnesio y aluminio) y despegue todos bordes que se pegan a la formaleta con una ribeteadora o volteador. Proceda a la apertura de las latas de colorante endurecedor mismas que tienen un peso aproximado de 60 lbs. Una vez que el agua ha desaparecido de la superficie es el tiempo preciso para espolvorear el color - endurecedor, la distribución deberá ser de manera uniforme, rápida y eficiente, requiere dos aplicaciones, la primera deslizando la llana en un sentido para iniciar la integración del color en la superficie y la segunda en sentido perpendicular a la anterior para lograr una completa integración del mismo. El primer 80% se efectúa después de que el concreto está alisado y uniformizado con la llana, después disperse el otro 20 % para cubrir las partes donde la primer aplicación no cubrió lo suficiente. Pase la llana nuevamente esta vez cuidando que la llana pase una sola vez por cada parte de la superficie y deslícela suavemente, en caso contrario se corre el riesgo de perder el color, debiendo emplear más color lo cual va en contra de los rendimientos y trabajo, si hay alguna dificultad en correr

la llana para homogeneizar el enlucido con el color, ponga un peso en la llana, esto puede ayudarlo a correr la llana. Nunca utilice agua para integrar el color. Cuando el concreto está muy blando por exceso de agua, requiere mas colorante endurecedor, pues ésta superficie absorbe el color hacia abajo desapareciéndolo de la superficie. Una vez que el color está en la superficie de la losa, intégrelo lo antes posible. Espere hasta que la losa este en estado plástico y lisa para flotar antes de estampar. El rendimiento usual de 60 lbs. de colorante – endurecedor es para 9.0 m2 de superficie, puede disminuir con algunos colores claros, y otros factores como el viento u otras condiciones, por lo que se recomienda establecer un monitoreo al consumo. 2. Desmoldante de color (Release). El desmoldante es un material especialmente formulado, para dar un efecto de contraste con el color - endurecedor y también evita que los moldes ó la piel de textura del estampado se adhieran a la superficie del concreto. -

No aplique el desmoldante hasta que el agua de la superficie haya desaparecido. Siempre aplique el desmoldante justo y el necesario para evitar que los moldes se peguen al concreto, se usa aproximadamente una caja de 20 lbs. por cada 90 m2 de superficie. La colocación del desmoldante, debe distribuirse manualmente con un movimiento de remolino.

Cuando se aplica en forma apropiada, el desmoldante deja una película uniforme, no use excesivo material que deje cúmulos en la superficie. El desmoldante es muy volátil, por lo que es recomendable aplicarlo a la vez, dos filas o líneas de moldes adelante. 3. Equipo y Procedimiento. Es de vital importancia tener tanto el equipo de trabajo que aplica en el concreto, como conocer el proceso y herramientas para el estampado dado que estas actividades están muy relacionadas entre si. a) Después que se ha tomado la decisión de donde comenzar a aplicar el concreto, se debe de decidir donde comenzar a estampar. Es conveniente que se comience a estampar por el mismo lado por donde se comenzó a aplicar el concreto. b) Coloque el lado abierto de los moldes con la figura de textura hacia la superficie de la losa, luego coloque todos los moldes para el estampado en fila a lo ancho de al losa con los lados abiertos coincidiendo con los cerrados. c) Siempre revise que los límites de la losa estén a escuadra y en el peor de los casos, fije su propia escuadra. d) Estampe el primer molde, teniendo precaución de obtener un buen estampado y textura en los bordes y en los perímetros. e) Verifique la profundidad del estampado y textura adquirida en la superficie. El desmoldante (Release) muchas veces resalta u oculta visualmente una impresión, para asegurarse de ésta quede bien hecha, cuando retire el molde sople el

desmoldante inicial para observar la calidad de la textura. También puede ocurrir que al retirar el molde se observen áreas húmedas, o donde aparece el color endurecedor. Ante eso es necesario colocar más desmoldante y volver a colocar el molde. f) Coloque cada molde en forma consecutiva. Tome el último molde y colóquelo justo junto del primero. Recuerde que el primer molde es cuadrado, por lo tanto es vital que el último molde sea puesto junto a este para lograr una perfecta alineación. Asegúrese que el lado cerrado del primer molde mire y esté alineado con el lado abierto del molde siguiente. Siempre debe coincidir negro de un lado, y blanco de el otro. Asegúrese también que la altura de los moldes adyacentes sea la misma, de esta manera se asegura una profundidad de impresión pareja. g) Posteriormente tome el último molde y colóquelo alineado junto al siguiente. Regrese al sitio de donde lo sacó, y con la herramienta “S“ borre o aplane todos los residuos dejados por las marcas entre los moldes. Asegure también que las líneas de textura sean continuas en todos los bordes. En el caso de que la textura o las líneas se pierdan, presione con la “piel de textura” y con la herramienta “S” haga las líneas. h) Continúe el proceso hasta que haya finalizado de estampar la losa.

4. Corte de juntas de control. Haga las juntas de control por tipo y espaciamiento, según especificaciones, el tratamiento de juntas en una estructura de pavimento de concreto hidráulico estampado deberá ser idéntico al de una de pavimento de concreto hidráulico convencional. Considere que en algunos casos en el proceso de colado podrá y deberá colocar elementos de refuerzo especificados, de juntas de control (pasa juntas, y/o barras de amarre). En juntas frías, es recomendable procurar que éstas coincidan con el molde, con el fin de incrementar la calidad del trabajo. 5. Limpieza y sellado de superficie Después de 24 horas o al día siguiente de colado el elemento estampado puede iniciar el retiro de desmoldante y lavado de superficie. a) Lave el exceso de desmoldante y retire el plástico empleado para proteger las estructuras adyacentes. b) Lave toda la superficie con una solución de agua y ácido muriático en proporción 1:10 (diez partes de agua por una de ácido). Escobille bien la superficie, cuidando no retirar el desmoldante de las boquillas, pues se busca una apariencia natural y luego enjuague cuidadosamente con abundante agua. c) Cuide no dejar ningún área obscura que pueda desmerecer el aspecto final del trabajo. d) 4. Pula y afile las líneas de concreto excedente producto del movimiento de moldes. Este trabajo podrá realizarse con un esmeril convencional. e) Previa a la aplicación del sellador, con la finalidad de eliminar el polvo que pudiera haber en el piso, es recomendable soplar la superficie con compresor. La manera

f)

más eficiente de aplicar el sellador, es hacerlo con rodillo. Asegúrese de que no queden marcas del rodillo, así como de sellar la mayor superficie posible de una sola vez con el fin de evitar diferencias visibles en tono. Una vez que la superficie esté seca por lo menos 48 Hrs., debe aplicarse el sellador transparente (clear seal).

6. Sellado de juntas de control. Por tratarse de un pavimento de concreto hidráulico, las juntas de expansión y contracción deberán ser selladas con un producto propio para ese fin para evitar posible debilitación de la estructura de soporte. Existen productos base silicón los cuales tienen pigmentos similares a los elegidos en el pavimento de concreto. Es recomendable la utilización de éstos en el sello de juntas para conservar la apariencia natural del pavimento estampado. El sellador deberá ser apoyado sobre una tirilla de respaldo la cual tendrá como fin evitar el consumo excesivo de sellador y evitar que éste trabaje inadecuadamente.

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 ó alabeo de las losas, así como las cargas del tráfico. • Dividir el pavimento en incrementos prácticos para la construcción (por ejemplo los carriles de circulación) • Absorver los esfuerzos provocados por los movimientos de las losas. • Proveer una adecuada transferencia de carga. • Darle forma al depósito para el sellado de la junta. Una construcción adecuada y a tiempo, así como un diseño apropiado de las juntas incluyendo un efectivo sellado, son elementos claves para el buen comportamiento del sistema de juntas.

4.1.- CONSIDERACIONES PARA EL DISEÑO DE JUNTAS. Como ya se mencionó en los párrafos anteriores la necesidad del sistema de juntas es el resultado del deseo de controlar el agrietamiento transversal y longitudinal. Este agrietamiento se presenta por la combinación de varios efectos, entre los que podemos mencionar la contracción por secado del concreto, los cambios de humedad y de temperatura, la aplicación de las cargas del tráfico, las restricciones de la subrasante ó terreno de apoyo y también por ciertas características de los materiales empleados. En orden para diseñar un adecuado sistema de juntas se recomienda evaluar las siguientes recomendaciones: • Consideraciones Ambientales: Los cambios en la temperatura y en la humedad inducen movimientos de la losa, resultando en concentraciones de esfuerzos y en alabeos. •

Espesor de losa: El espesor del pavimento afecta los esfuerzos de alabeo y las deflexiones para la transferencia de carga.

•

Transferencia de carga: La transferencia de carga es necesaria a lo largo de cualquier junta del pavimento, sin embargo la cantidad requerida de transferencia de carga varía para cada tipo de junta. Cuando se empleen barras de amarre ó pasajuntas, el tipo y el tamaño de las barras influyen en el diseño de juntas.

•

Tráfico. El tráfico es un factor extremadamente importante para el diseño de juntas. Su clasificación, canalización y la predominancia de cargas en el borde influyen en los requerimientos de transferencia de carga para el comportamiento a largo plazo.

•

Características del concreto: Los componentes de los materiales afectan la resistencia del concreto y los requerimientos de juntas. Los materiales seleccionados para el concreto determinan las contracciones de la losa, por ejemplo

del agregado grueso influye en el coeficiente térmico del concreto, en adición a esto los agregados finos tienen una influencia perjudicial en el comportamiento de las juntas. En muchas ocasiones el despostillamiento es resultado de concentraciones de materiales malos a lo largo de las juntas. •

Tipo de subrasante ó terreno de apoyo: Los valores de soporte y las características friccionantes en la interfase del pavimento con el terreno de apoyo para diferentes tipos de suelos afectan los movimientos y el soporte de las losas.

•

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.

4.2- Agrietamiento. Un adecuado sistema de juntas esta basado en controlar el agrietamiento que ocurre de manera natural en el pavimento de concreto y las juntas son colocadas en el pavimento precisamente para controlar su ubicación y su geometría. 4.2.a- Contracción. La mayor parte de la contracción anticipada del concreto ocurre a muy temprana edad en la vida del pavimento provocado principalmente por cambios de temperatura. El calor de hidratación y temperatura del pavimento normalmente alcanza su valor máximo muy poco tiempo después de su colocación y una vez alcanzado su valor máximo, la temperatura del concreto baja debido a la reducción de la actividad de hidratación y también debido al efecto de la baja temperatura ambiente durante la primer noche del pavimento. Otro factor que contribuye a la contracción inicial es la reducción de volumen a causa de la pérdida de agua en la mezcla. El concreto para aplicaciones de caminos requiere de mayor cantidad de agua de mezcla que la requerida para hidratar el cemento, esta agua extra ayuda a conseguir una adecuada trabajabilidad para la colocación y para las trabajos de terminado, sin embargo durante la consolidación y el fraguado la mayor parte del agua en exceso sangra a la superficie y se evapora provocando que con la perdida de agua el concreto ocupe menos volumen. La fricción de la subrasante ó terreno de apoyo se resiste a la contracción del pavimento por lo que se presentan en el interior del pavimento algunos esfuerzos de tensión, loa cuáles de no ser considerados pueden provocar grietas transversales como las mostradas en la figura 4.2-1.

Figura 4.2-1 Agrietamiento inicial en un pavimento de concreto sin juntas.

El espaciamiento de las grietas iniciales del pavimento varían entre 1.20 y 5.00 metros y dependen de las propiedades del concreto, espesor, fricción de la base y de las condiciones climáticas durante y después de la colocación. Los intervalos de las grietas son más cortos cuando los pavimentos se apoyan en bases rígidas ó estabilizadas por lo que hay menor abertura en cada grieta, mientras que la separación de las grietas será mucho mayor para pavimentos sobre bases granulares, por lo que al tener una separación mayor en las grietas iniciales se puede anticipar una mayor abertura y movimiento para cada grieta. 4.2.b- Gradientes. Los esfuerzos provocados por gradientes de temperatura y de humedad en el interior del pavimento también pueden contribuir al agrietamiento, la diferencia es que estos esfuerzos ocurren generalmente después de fraguado el concreto. La cara superior del pavimento (expuesta a la superficie) experimenta diariamente grandes variaciones en temperatura y en contenido de humedad, y estos cambios diarios son mucho menores en el fondo ó cerca del fondo del pavimento. El alabeo de las losas es principalmente el resultado del gradiente de temperatura a través de la profundidad de la estructura del pavimento. Estos gradientes de temperatura varían con las condiciones del clima y la hora del día, por ejemplo, el alabeo de las losas en el día se presenta cuando la porción superior se encuentra a una temperatura superior que la porción del fondo, la porción superior de la losa se expande más que en el fondo provocando una tendencia a pandearse. El peso propio de la losa opone resistencia al pandeo e induce esfuerzos de tensión en dirección al fondo de la losa y esfuerzos de compresión hacia la parte superior de la losa (figura 2). De noche el patrón de esfuerzos se presenta de manera inversa, es decir que se presentan esfuerzos de tensión hacia la parte superior de la losa y esfuerzos de compresión hacia el fondo del pavimento. El alabeo por humedad es un factor que intenta contrarrestar el alabeo por gradientes de temperatura de día. Este pandeo por humedad es provocado por un diferencial de humedad desde la parte superior hasta el fondo de la losa. La parte superior se encuentra más seca que el fondo de la losa y un decremento en el contenido de humedad provoca una contracción, mientras que un incremento provoca una expansión. El diferencial tiende a presentar esfuerzos de compresión en la base de la losa donde contrarresta a la carga y a los esfuerzos de tensión inducidos por el alabeo de día.

TENSION Peso Propio de la Losa

ALABEO DIURNO

COMPRESION Peso Propio de la Losa

ALABEO NOCTURNO Figura 4.2-2 Alabeo de las losas de los pavimentos de concreto.

Sin embargo es sumamente complicado evaluar el efecto combinado de los alabeos por temperatura y los provocados por gradientes de humedad debido a su natural contradicción. Es principalmente por esto que los esfuerzos de alabeo calculados con formulas que únicamente consideran gradientes de temperatura son muy altos comparados con valores medidos en el comportamiento de un pavimento. La combinación de las restricciones que provocan los cambios de humedad y de temperatura en combinación con las cargas también provocarán grietas transversales adicionales a las grietas iniciales y en pavimentos con dos carriles de circulación además se formará una grieta longitudinal a lo largo de la línea central del pavimento. La figura 4.2.3a muestra el resultado de un padrón natural de agrietamiento, mientras que un adecuado sistema de juntas (figura 4.2.3b) provee una serie de juntas espaciadas para controlar (ubicación y geometría) la formación de estas grietas.

(a)

(b)

Figura 4.2-3 (a) Patrón de agrietamiento provocado por el medio ambiente y los esfuerzos de las cargas en un pavimento de concreto sin juntas (b) Diseño adecuado de las juntas para controlar la ibicación y geometría de las grietas en un pavimento de concreto.

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

Carga de llanta ∆U= x/2 mm

∆L= x / 2 mm

Junta 100 % efectiva

Carga de llanta

∆L= x mm

∆U= 0 mm

Junta 0 % efectiva

Figura 4.3-1 Eficiencia de las juntas.

La evaluación en campo de la transferencia de carga se realiza midiendo las deflexiones en cada lado de la junta dada una aplicación de carga. De manera que conociendo las deflexiones en las junta, por medio de la siguiente ecuación podemos conocer el % de eficiencia de la junta (E): E=

2 ∆U

100

∆L + ∆U Donde: ∆ L = Deflección del lado cargado de la junta. ∆ U = Deflección del lado no cargado de la junta.

4.4- FACTORES QUE CONTRIBUYEN A LA TRANSFERENCIA DE CARGA. 4.4.a- Trabazón de agregados. La trabazón de agregados depende de la resistencia al cortante entre las partículas del agregado en las caras de la junta, debajo del corte inducido en la junta. Este sistema de transferencia de carga es más efectivo para pavimentos construidos con una corta separación de las juntas y bases estabilizadas no erosionables o bases permeables que experimenten bajos volúmenes de tráfico pesado. Para incrementar la trabazón de agregados y minimizar la diferencia de elevación en las juntas, se recomienda: • Losas con espesores grandes, ya que una mayor área para trabazón de agregado provee una mejor transferencia de carga. • Poca separación de juntas, menor a 4.5 metros. • Bases rígidas (estabilizadas) con valores altos de módulo de subreacción del suelo (k). • Apoyo lateral mediante acotamientos de concreto. • Subrasantes con suelos de agregado grueso (drenaje). • Mejoras al drenaje, mediante drenes colectores y subrasantes permeables. Para un medio ambiente con clima seco, árido y sin nieve las variaciones de temperatura y los movimientos de las juntas serán pequeñas por lo que la transferencia de carga a través de la trabazón de agregados puede comportarse bien siempre y cuando no se tengan muy altos volúmenes de tráfico pesado, sin embargo si se requerirá una corta separación de las juntas. El agregado en sí es también importante para la transferencia de carga, por ejemplo sabemos que las grava triturada se comporta mejor que la no triturada debido a que éste provoca que las caras de las juntas sean más ásperas por lo que se desgastan menos que las caras redondeadas de los agregados no triturados. De la misma manera el agrietamiento inicial del concreto incrementa la aspereza de las caras de las juntas debido a que las grietas se forman alrededor del agregado en vez de a través de él. En general se recomienda dejar la transferencia de carga únicamente a la trabazón de agregados para proyectos con menos de 5 millones de ESAL’s rígidos (Ejes Sencillos Equivalentes de 18 kips ó 8.2 ton) ó con un tráfico inferior a los 80 ó 120 vehículos pesados diarios, ya que se ha encontrado con la experiencia que un tráfico mayor a este ya produce molestas fallas en las juntas, como lo son las diferencias de elevación, es decir que no empatan ambos lados de la junta. 4.4.b- Transferencia de carga mecánica – Pasajuntas – La trabazón de agregados por sí sola no provee la suficiente transferencia de carga para un buen comportamiento a largo plazo en la mayoría de los pavimentos, principalmente en los proyectos carreteros donde se tienen altos volúmenes de tráfico pesado. Por lo que en caso inverso a las cantidades de tráfico mencionadas para la trabazón de agregados, se recomienda usar las barras pasajuntas y dejar la transferencia de carga en las juntas a medios mecánicos como lo son las barras

pasajuntas en proyectos con un trafico superior a los 120 vehículos pesados diarios ó más de 5 millones de ESAL’s rígidos (Ejes Equivalentes Sencillos de 18 kips). Las pasajuntas son barras de acero liso y redondo colocadas transversalmente a las juntas para transferir las cargas del tráfico sin restringir los movimientos horizontales de las juntas. Además mantienen a las losas alineadas horizontal y verticalmente. Dado que las pasajuntas llegan de un lado a otro de la junta, las aperturas diarias y de temporadas no afectan la transferencia de carga a lo largo de las juntas con pasajuntas como si lo hace en el caso de las juntas que no cuentan con pasajuntas. Las pasajuntas reducen las deflexiones y los esfuerzos en las losas de concreto, así como el potencial de diferencias de elevación en las juntas, bombeo (expulsión de finos a través de las juntas) y rupturas en las esquinas. Por lo que toda esta reducción de deflexiones y esfuerzos en las losas al transmitir efectivamente la carga a lo largo de las juntas se traduce en un incremento en la vida de servicio del pavimento. El diseño de las barras pasajuntas forma parte de un capitulo especial de este manual, en donde se explican como calcular y se dan recomendaciones de diámetros de acero, longitud de la barra, así como la separación entre cada pasajunta. Esto se detalla en el capitulo 2, sección 2.6 de aspectos complementarios al diseño. 4.4.c- Bases estabilizadas. Las bases estabilizadas reducen las deflexiones en las juntas, mejoran y mantienen la efectividad de la junta bajo la repetición de las cargas del tráfico. Además son una muy estable y suave plataforma de apoyo para los trabajos de pavimentación. La figura 4.4.c.1 muestra como una base cementada ó de concreto pobre presenta más del doble de efectividad de la junta y que la perdida de transferencia de carga ocurre más lentamente que con las bases convencionales para pavimentos. EFICIENCIA DE LA JUNTA

Tipo de Subrasante

Estabilizada ó de concreto pobre

Eficiencia Final Granular

Eficiencia Inicial

T. Natural

0

20

40

60

80

100

120

% de Eficiencia

Figura 4.4-1 Eficiencia de la junta para varios tipos de terrenos de apoyo (basada en una losa de 9” de espesor después de 1 millón de aplicaciones de carga).

4.5 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 construidas transversalmente al eje central del pavimento y que son espaciadas para controlar el agrietamiento provocado por los efectos de las contracciones como por los cambios de temperatura y de humedad. 2. Juntas Transversales de Construcción: Son las juntas colocadas al final de un día de pavimentación ó por cualquier otra interrupción a los trabajos (por ejemplo los accesos ó aproches a un puente). Estas juntas son colocadas 3. Junta Transversal de Expansión/Aislamiento: en donde se permita el movimiento del pavimento sin dañar estructuras adyacentes (puentes, estructuras de drenaje, etc.) ó el mismo pavimento. Son las juntas que dividen los 4. Junta Longitudinal de Contracción: carriles e tránsito y controlan el agrietamiento donde van a ser colados en una sola franja dos ó más carriles. 5. Junta Longitudinal de Construcción: Estas juntas unen adyacentes cuando van a ser pavimentados en tiempos diferentes. JUNTA TRANSVERSAL DE CONTRACCION

carriles

JUNTA TRANSVERSAL DE CONSTRUCCION (FIN DEL DIA)

JUNTA LONGITUDINAL DE CONTRACCION

SENTIDO DE LA PAVIMENTACION

JUNTA LONGITUDINAL DE CONSTRUCCION

ANCHO DE PAVIMENTACION

JUNTA LONGITUDINAL DE CONTRACCION

ESTRUCTURA FIJA

JUNTA DE EXPANSION / AISLAMIENTO

Figura 4.5-1 Croquis de los tipos de juntas en un pavimento de concreto.

4.5.a- Junta Transversal de Contracción. Las juntas transversales de contracción principalmente controlan el agrietamiento natural de los pavimentos de concreto. Su espaciamiento, profundidad del corte y el

tiempo en que se deba realizar son factores críticos para el comportamiento de las juntas, por lo que un adecuado diseño especificará el intervalo de juntas que va a controlar las grietas y proveer una adecuada transferencia de carga entre las juntas. Espaciamiento. En los pavimentos de concreto, la junta es diseñada para formar un plano de debilidad para controlar la formación de grietas transversales y la separación de las juntas se diseña para que no se formen grietas transversales intermedias ó aleatorias. Lo más recomendable es que el espaciamiento se base en las experiencias locales ya que un cambio en el tipo de agregado grueso puede tener un efecto significativo en el coeficiente térmico del concreto y por consecuencia en el espaciamiento adecuado para las juntas. La modulación de losas va a estar regida por la separación de las juntas transversales que a su vez depende del espesor del pavimento. Existe una regla práctica que nos permite dimensionar los tableros de losas para inducir el agrietamiento controlado bajo los cortes de losas, sin necesidad de colocar acero de refuerzo continuo: SJT = (21 a 24) D Donde:

SJT = Separación de Juntas Transversales (<= 5.5 m) D = Espesor del Pavimento

Normalmente se utiliza el 21 cuando tenemos mayor fricción entre la sub-base y el pavimento de concreto, como en los casos en donde tenemos bases estabilizadas, bases con textura muy cerrada o whitetopping. El valor de 24 se utiliza cuando la fricción entre la sub-base y el pavimento corresponde valores normales, como en el caso de sub-bases granulares. La separación de juntas transversales que arroja esta fórmula no debe ser mayor de 5.0 m, en tal caso deberá limitarse a este valor de 5.0 m. La otra dimensión que tiene que ver con la modulación de losas es la separación de juntas longitudinales, sin embargo esta está referenciada a la forma de los tableros de losas. La forma ideal de un tablero de losa es la cuadrada, sin embargo no siempre es posible y conveniente tener las losas perfectamente cuadradas, por lo que nos vemos obligados a considerar un cierto grado de rectangularidad. La relación entre largo y ancho de un tablero de losas no deberá estar fuera de estos límites: 0.71 a 1.4. 0.71 < x / y < 1.4

y x Fig. 4.5-2 Relación Largo – Ancho de losa.

Formación de la junta de contracción. El método más común para la formación de juntas transversales es mediante el corte con discos de diamante y es esencial que se cuente con buena mano de obra para que se obtenga una superficie suave y durable libre de despostillamientos. Primeramente se realiza un corte inicial cuando el concreto tiene un cierto grado de endurecimiento y las contracciones son inferiores a aquellas que causan el agrietamiento, este corte inicial proporciona un plano de debilidad donde se iniciará el agrietamiento. El corte deberá ser de al menos un tercio del espesor de la losa (D/3) y tener un ancho mínimo de 1/8 de pulgada (3 mm). Elegir bien el momento para entrar a realizar este corte es crítico, ya que un corte temprano ó prematuro provoca despostillamientos y desmoronamientos a lo largo de la cara de la junta, mientras que un corte tardío provoca agrietamientos en otras partes de la losa. El corte se iniciará tan pronto como el concreto haya desarrollado la suficiente resistencia para resistir los desmoronamientos en los bordes de la junta, que en nuestro país esto sucede de 6 a 8 horas después de colocado el concreto. Las condiciones ambientales como lo son la temperatura ambiente, el cambio ó gradiente de temperatura, el viento, la humedad y la luz del sol directa tienen una gran influencia en el desarrollo de la resistencia del concreto y por lo tanto en el tiempo óptimo para realizar el corte. Además el diseño de la mezcla de concreto también influye, por ejemplo mezclas con agregados suaves requieren menos desarrollo de resistencia para realizar el corte que los agregados más duros. 4.5.b- Junta Transversal de Construcción. Las juntas transversales de construcción son las empleadas en interrupciones ya planeadas de los trabajos de pavimentación como lo son el final de un día de pavimentación, en accesos ó aproches de un puente y también en donde interrupciones no planeadas suspenden los trabajos de pavimentación por algún período de tiempo considerable. Las juntas de construcción previamente planeadas como las del final de un día de pavimentación son construídas en las ubicaciones normales de las juntas y al ser estas juntas empalmadas a tope requieren de pasajuntas (de acero liso redondo) ya que no podrán contar con la trabazón de agregado para la transferencia de carga.

1

/8 ” d

/3

d

a) Junta de contracción sin pasajuntas 1

/8 ” Sello de Juntas d

d/ d

2

b) Junta de contracción con pasajuntas

/3 Extremo engrasado

Pasajunta de acero liso redondo

Figura 4.5-3 Sección de una junta transversal de contracción con y sin pasajuntas.

En el caso de las juntas de construcción no planeadas se presentan justamente en una junta de contracción ya planeada ó muy cerca de ella, se recomienda que la junta se empalme a tope con pasajuntas, mientras que si la interrupción no planeada se presenta en los dos primeros tercios de la separación normal de las juntas, la junta deberá ser endientada con barras de amarre (barras de acero corrugado), con el objeto de prevenir que la junta no agriete la losa adyacente. Formación de la junta de construcción. El método más común de construir una junta transversal de construcción es terminando los trabajos de pavimentación en una cimbra cabezera. Sin embargo como la colocación de esta cimbra requerirá de mano de obra, esto puede provocar que en esa zona la superficie del pavimento quede un poco más áspera, por lo que se recomienda un cuidado especial a los trabajos de terminado en esta zona para asegurarnos de tener una superficie suave. Las Pasajuntas se colocan a través de la cimbra en unos agujeros previamente perforados en la cimbra y se recomienda dar una consolidación adicional al concreto para asegurar un satisfactorio encajonamiento de las pasajuntas. Antes de reanudar los trabajos de pavimentación se deberá quitar la cimbra cabezera. Las juntas transversales de construcción que caigan en donde originalmente se planeó construir una junta de contracción ó de aislamiento se deberá sellar de acuerdo a las especificaciones de la junta originalmente planeada, con la excepción de que las juntas transversales de construcción no requieren de un corte inicial. Para junta de construcción de emergencia (endientada y amarrada) se realiza y se sella un corte de 1”(25mm). 4.5.c- Juntas Longitudinales. Las juntas longitudinales evitan la formación del agrietamiento longitudinal que de lo contrario se presentarían como se muestra en la figura 4.2-1. Estas grietas

normalmente se desarrollan por los efectos combinados de las cargas y las restricciones del alabeo de la losa una vez que el pavimento esta sujeto al tránsito. En las pavimentaciones de proyectos de dos ó más carriles un espaciamiento de 3 a 4.0 metros tiene un propósito doble, el del control del agrietamiento y la delineación de los carriles. Los dos tipos de juntas longitudinales que se pueden presentar en un pavimento de concreto, la junta longitudinal en el eje central del camino ó en la junta que divide los carriles de circulación, se presentan en la figura 4.5-5. En la parte superior de la figura se muestra una junta longitudinal usada cuando se pavimenta de franja en franja (ó carril). Esta junta tambien aplica para carriles adyacentes, acotamientos, guarniciones y cunetas. La junta podrá ó no estar edientada dependiendo del espesor de la losa y de los volúmenes del tráfico. La junta longitudinal mostrada al fondo de la figura es la usada cuando el ancho de pavimentación es tal que incluye dos ó varios carriles en una sola pasada. Estas juntas dependen de la barra de amarre para mantener la trabazón de agregado , su capacidad estructural y su serviciabilidad. PAVIMENTACIÓN POR FRANJAS

Barra de Amarre (opcional)

Barra de Amarre (opcional)

A TODO LO ANCHO DEL ÁREA POR PAVIMENTAR

Figura 4.5-4 Secciones de juntas longitudinales, para cuando se pavimenta por franjas y a todo lo ancho del área.

En la mayoria de las calles el pavimento es lateralmente restringido mediante un relleno por detrás de las guarniciones y no hay necesidad de amarrar las juntas longitudinales con barras de amarre, sin embargo, en calles que no tengan restricciones de movimiento lateral, las barras de amarre serán colocadas a la mitad del espesor de la losa para evitar que se abra la junta debido a la contracción de las losas de concreto. En el capitulo 2 de Diseño, sección 2.6 de Aspectos complementarios al diseño, se detalla el calculo del diámetro, longitud y separación de las barras de amarre, las cuáles no deberán ser cubiertas con grasa, aceite ó cualquier otro material que impida la liga con el concreto. Formación de las juntas longitudinales. Las juntas longitudinales de construcción como ya se mencionó anteriormente son la empleadas en el medio de los carriles ó franjas de construcción y generalmente son juntas endientadas. Una junta endientada se forma en el borde de la losa ya sea por una protuberancia con una pavimentadora de cimbra deslizante ó uniéndole a la cimbra una cuña ó diente de metal ó madera de la forma, dimensiones y profundidad adecuada. Las formas más comunes del endientado en la junta se muestran en la figura 4.5-5, las cuáles son en forma de un medio círculo y en forma trapezoidal con las dimensiones mostradas.

Pendiente 1:4

0.2 del Espesor

0.2 del Espesor

0.1 del Espesor

TRAPEZOIDAL

MEDIO CIRCULO

Figura 4.5-5 Secciones Endientadas Estandar para Juntas Longirudinales.

Las juntas longitudinales de contracción cortando con disco en el concreto endurecido ó formando una ranura en el concreto fresco, de una manera muy similar al caso de las juntas transversales de contracción, sin embargo la profundidad del corte ó de la ranura deberá ser de un tercio del espesor (D/3) y el tiempo ó el momento para hacer el corte inicial no es tan crítico como en el caso de las juntas transversales de contracción ya que el movimiento de contracción longitudinal no es tan grande como la contracción transversal.

El corte de las juntas longitudinales deberá realizarse antes de 48 horas y antes de que cualquier equipo pesado ó vehículo circule sobre el pavimento. Sin embargo, bajo ciertas condiciones, como una fuerte caída en la temperatura ambiente durante la primera ó segunda noche, se pueden presentar agrietamientos longitudinales más temprano, por lo que es una buena práctica el realizar el corte tan pronto como sea pueda hacer. 4.5.d- Juntas de Aislamiento y de Expansión. Las juntas de aislamiento y de expansión permiten que se presente diferenciales anticipados de movimientos verticales y horizontales entre un pavimento y otra estructura sin dañar al pavimento ó la estructura y dado que el comportamiento puede afectarse significativamente por el uso y la ubicación planeada de estas juntas, se deberá tener mucho cuidado en el proceso de diseño y aunque con frecuencia los términos se intercambien frecuentemente, las juntas de aislamiento no son iguales que las juntas de expansión. Juntas de Aislamiento. Su objetivo principal es aislar el pavimento de una estructura, otra área pavimentada ó cualquier objeto inamovible. El uso adecuado de estas juntas disminuye los esfuerzos a compresión que se presentan entre el pavimento y una estructura ó entre dos secciones de pavimento. Las juntas de aislamiento incluyen las juntas a toda la profundidad y a todo lo ancho sobre los apoyos ó estribos del puente, intersecciones “T” ó asimétricas, rampas, entre pavimentos existentes y pavimentos nuevos, así como también para juntas alrededor de estructuras en el interior del pavimento como pozos de visita, alcantarillas y estructuras del alumbrado público. Las juntas de aislamiento en intersecciones “T”, intersecciones asimétricas y en rampas no deberán tener pasajuntas debido a que se debe permitir el movimiento horizontal sin dañar el pavimento colindante. En el caso de las juntas de aislamiento sin pasajuntas son construidas generalmente con ensanchamiento de bordes (figura 4.5-6 inciso b) para reducir los esfuerzos desarrollados al fondo de la losa. Los bordes colindantes de ambos pavimentos son ensanchados en un 20% iniciando a una distancia 1.5 metros de la junta y el material de filtro en la junta deberá extenderse completamente por todo el borde ensanchado de la losa. Las juntas de aislamiento usadas en pozos de visita, alcantarillas, estructuras del alumbrado y edificios no tienen ni bordes ensanchados ni pasajuntas debido a que éstas son colocadas alrededor de otros objetos y no requieren transferencia de carga. Ver figura 4.5-6 El ancho de las juntas de aislamiento se recomienda entre ½” a 1” (12 a 25 mm), ya que con anchos superiores se pueden presentar movimientos excesivos. Se usa un material prefabricado como relleno de la abertura entre las losas. Este relleno es un material no absorvente ni reactivo, que normalmente es celotex. El relleno ó el celotex será colocado mediante estacas en la base y una vez que el concreto ha endurecido se retirarán ¾” (20 mm) del relleno para dejar espacio al sello de la junta.

Sello de la Junta Celotex h

h

2”

3

/4” Casquillo

/2 1

/2” Pasajunta (Acero liso redondo) Engrasar este extremo de la pasajunta. @ 30cms (A) JUNTA DE AISLAMIENTO CON PASAJUNTAS. 1.2 h

1

/2”

1

/8”

h

5” (B) JUNTA DE AISLAMIENTO CON ENSANCHAMIENTO DE BORDES. Sello de la Junta Celotex h 1

/2”

Estructuras de drenaje, pozos de visita, estructuras del alumbrado.

(C) JUNTA DE AISLAMIENTO SIN PASAJUNTAS.

Figura 4.5-6 Secciones de Juntas de Aislamiento.

Juntas de Expansión. Un buen diseño, construcción y mantenimiento de las juntas de construcción ha prácticamente eliminado la necesidad de las juntas de expansión, excepto en algunos casos especiales y un uso incorrecto de las juntas de expansión trae consigo altos costos de construcción y de mantenimiento, a la apertura de las juntas de contracción adyacentes, perdida de la trabazón de agregado, a las falla en el sellado de las juntas, infiltración en las juntas y en general al buen comportamiento de los pavimentos. En los pavimentos de concreto, solo son necesarias las juntas de expansión cuando: 1. El pavimento es construido a temperatura ambiente inferior a los 4 °C. 2. Las juntas de contracción permiten la infiltración de materiales incompresibles. 3. Los materiales usados en el pavimento han mostrado con experiencias pasadas, notorias características expansivas. Sin embargo, bajo condiciones normales de trabajo estas condiciones no aplican, normalmente no es necesaria la utilización de las juntas de expansión.

Figura 4.5-7 Pozos de Visita.

Junta Transversal

Figura 4.5-8 Alcantarillas. Junta Longitudinal

Guarnición Integrada

3’ a la junta más cercana

1’ mínimo 1’ mínimo

1

1” mínimo

½” de Junta de Aislamiento

/2” de Junta de Aislamiento Junta Transversal

3’ a la junta más cercana

1” mínimo 1’ mínimo 1


½” de Junta de Aislamiento

Junta Transversal

Junta Longitudinal Guarnición Integrada Junta Longitudinal

Junta Transversal

½” de Junta de Aislamiento 1

/2” de Junta de Aislamiento

1


1’ mínimo Junta Longitudinal

4.5.e- RECOMENDACIONES. Las siguientes recomendaciones de hacen para un correcto diseño de juntas: 1. Evite losas de forma irregular. 2. La separación máxima entre juntas transversales deberá ser de 24 veces el espesor ó 5.0 metros, la que sea menor. 3. Mantenga losas tan cuadradas como sea posible, ya que losas angostas y largas tienden a agrietarse en mayor cantidad que las cuadradas. 4. Todas las juntas de contracción transversales deberán ser continuas a través de la guarnición y tener una profundidad igual a 1/3 del espesor del pavimento. 5. En las juntas de aislamiento, el relleno deberá ser a toda la profundidad y extenderse por la guarnición. 6. Si no se cuenta con guarniciones, las juntas longitudinales deberán amarrarse con barras de amarre. 7. Ajustes menores en la ubicación de las juntas, desplazando ó inclinando algunas juntas para que coincidan con los pozos de visita ó alcantarillas mejoran el comportamiento del pavimento. 8. Cuando el área pavimentada cuenta con estructuras de drenaje, coloque si le es posible las juntas de manera que coincidan con las estructuras.

4.6 SELLADO DE JUNTAS. El objetivo del sellado de juntas es minimizar la infiltración del agua superficial y de materiales incompresibles al interior de la junta del pavimento y por ende al interior del pavimento y de su estructura. Otra de las características que deben satisfacer las juntas selladas es la capacidad de resistir las repeticiones de contracción y expansión, al contraer y expanderse el pavimento debido a los cambios de temperatura y humedad. El problema que puede presentarse con la infiltración de agua al interior del pavimento es el efecto conocido como “bombeo”. El bombeo es la expulsión de material por agua a través de las juntas. Mientras el agua es expulsada, se lleva partículas de grava, arena, arcilla, etc… resultando una progresiva perdida de apoyo del pavimento. Los materiales contaminantes incompresibles causan presiones de apoyo puntuales, que pueden llevar a despostillamientos y desprendimientos. Además al no permitir la expansión de las losas de concreto se pueden presentar levantamientos de las losas de concreto en la zona de la junta. Limpieza Previa Previo al sellado, la abertura de la junta deberá ser limpiada a fondo de compuestos de curado, residuos, natas y cualquier otro material ajeno. La limpieza de las caras de la junta afecta directamente la adherencia del sellante al concreto. Una limpieza pobre

reduce la adherencia del sellador a la interfase con la junta, lo que reduce significativamente la efectividad del sellador. Por lo tanto la correcta limpieza es esencial para obtener una superfice de junta que no perjudicará el lazo ó adhesión con el sellador. La limpieza se puede hacer con sand-blast, agua, aire a presión, cepillado de alambre ó de varias otras maneras, esto dependiendo de las condiciones de la junta y las recomendaciones del fabricante del sellador. Tipos de Selladores. Existen muchos materiales aceptados para el sellado de juntas en los pavimentos de concreto. La clasificación más simple los divide como líquidos (ó moldeados en el campo) y los pre-moldeados (compresión). Sellos líquidos. Los sellantes líquidos pueden ser colocados en frío, con un solo componente; autonivelables, toman la forma del depósito y dependen en gran parte de la adhesión de las caras de la junta para un sellado satisfactorio. Sellos a compresión. Los sellantes pre-moldeados son moldeados durante su fabricación y dependen en gran parte de la recuperación de la compresión para un sellado satisfactorio. El diseño del depósito y la selección del sello a compresión deberá asegurar que el sello se mantenga siempre a un nivel de compresión entre el 20 y el 50%. La profundidad del depósito debe exceder de la profundidad del sello a compresión, pero no se relaciona directamente con el ancho del depósito. En general, el ancho del sello pre-moldeado puede ser de aproximadamente el doble del ancho del depósito, si el sello le queda chico, la apertura puede ser muy ancha y se perderá la compresión. Una correcta instalación del sello a compresión depende exclusivamente de la recuperación de la compresión del sellador. A diferencia de los sellos líquidos que sufren tanto de compresión como de tensión, los sellos pre-moldeados ó a compresión son diseñados para estar a tensión durante toda su vida. Estos sellos requieren de un lubricante que aunque cuenta con algunas propiedades adhesivas, su principal función es lubricar durante la instalación. El mejor comportamiento de sellos pre-moldeados es con aquellos que cuentan con al menos 5 celdas. La figura 4.6-1 muestra una sección de este tipo de selladores.

Ancho

Profundidad

SELLO A COMPRESIÓN DE 5 CELDAS EN ESTADO RELAJADO Ancho

Profundidad

SELLO A COMPRESIÓN DE 5 CELDAS UNA VEZ INSTALADO.

Figura 4.6-1 Sección de un sellador a compresión de cinco celdas.

Cintilla de Respaldo. La cintilla de respaldo es un componente muy importante en la instalación de los sellos líquidos, ya que impide que el sello líquido fluya hasta el fondo de la junta, evitando la adhesión del sello con el fondo del depósito de la junta, además la cintilla de respaldo sirve para definir el factor de forma y optimizar la cantidad de sellador empleado. Se instalan en el depósito de la junta antes que se coloque el sello líquido, mediante una herramienta que presiona a la cintilla a la profundidad requerida para obtener el factor de forma deseado. Su diámetro deberá ser un 25% más grande que el ancho del depósito para asegurar que entre ajustado. Depósito para el sello de la junta. El factor de forma es crítico para el buen comportamiento a largo plazo de un sellador. Debido a que la sección del sello de las juntas cambia durante la expansión y contracción del pavimento de concreto, se desarrollarán esfuerzos en el interior del sellador y a lo largo de la linea de unión del sellador con el depósito de la junta. Estos esfuerzos pueden ser excesivos si el factor de forma no es el apropiado para el material de sello.

La figura 4.6-2 muestra factores de forma comunes para sellos líquidos y para sellos a compresión. Un depósito para sello de junta con factor de forma igual ó menor a uno desarrolla menos esfuerzos en el sellado de la junta que si tuviera un factor de forma superior a uno. El diseño del factor de forma incluye el tomar en cuenta que el depósito no se debe llenar a tope ó al nivel del pavimento, el sello se deberá hacer de 6mm antes del nivel del pavimento, con el objeto de evitar futuros problemas con la extrusión del sello. Ancho Factor de Forma = Profundidad Ancho

6 mm

Tipo de Sellador

Factor de Forma Común

Silicón Compresión

Profundidad

* No se basa en el factor de forma Sellador Cintilla de Respaldo

Figura 4.6-2 Factores de Forma Comunes en el Sellado de juntas.

2 *

CROQUIS No. 1 CORTE Y SELLADO DE JUNTA DE CONTRACCION LONGITUDINAL CON BARRA DE AMARRE (TIPO A)

D = Esp eso r d e la lo sa d e p a vimento Ver d eta lle d e c o nstruc c ió n d e la junta

D/ 3

D/ 2

Ba rra d e a ma rre c o rrug a d a

D

L/ 2

L/ 2

Deta lle de construcción de la junta 6 mm 6 mm.

Junta sella d a c o n silic ó n

31.0 mm

Sello d e p lá stic o no a d herente d e p o lietileno (9 mm d e d iá metro + - 1.5 mm)

D/ 3 3 mm.

NOTA: La rela c ió n a nc ho / p ro fund id a d d el sella d o r d e slilic ó n d eb erá ser c o mo mínimo 1:1 y c o mo má ximo 2:1. La ra nura inic ia l d e 3 mm p a ra d eb ilita r la sec c ió n d eb erá ser hec ha en el mo mento o p o rtuno p a ra evita r el a g reta miento d e la lo sa , la p érd id a d e a g reg a d o s en la junta , o el d esp o stilla miento . El c o rte a d ic io na l p a ra fo rma r el d ep ó sito d e la junta d eb erá efec tua rse c ua nd o meno s 72 ho ra s d esp ués d el c o la d o .

Fig 4.6-3 Corte y sellado de junta de contracción longitudinal (Con barra de amarre)

CROQUIS No. 2 CORTE Y SELLADO DE JUNTA DE CONTRACCION TRANSVERSAL CON PASAJUNTAS (TIPO B)


D/ 3

D/ 2

Pa sa junta s, red o nd o liso

D

23c m

23c m

Deta lle de construcción de la junta 6 mm

6m m +- 1.5 m m


31.0 mm


D/ 3 3 mm.

NOTA: La rela c ió n a nc ho / p ro fund id a d d el sella d o r d e slilic ó n d eb erá ser c o mo mínimo 1:1 y c o mo má ximo 2:1. La ra nura inic ia l d e 3 mm p a ra d eb ilita r la sec c ió n d eb erá ser hec ha en el mo mento o p o rtuno p a ra evita r el a g reta miento d e la lo sa , la p érd id a d e a g reg a d o s en la junta , o el d esp o stilla miento . El c o rte a d ic io na l p a ra fo rma r el d ep ó sito d e la junta d eb erá efec tua rse c ua nd o meno s 72 ho ra s d esp ués d el c o la d o .

Fig 4.6-4 Corte y sellado de junta de contracción transversal (Con pasajuntas Tipo B)

CROQUIS No. 3 CORTE Y SELLADO DE JUNTA TRANSVERSAL DE CONSTRUCCION CON PASAJUNTAS (TIPO C)


2c m D/ 2

Ba rra d e Ama rre Co rrug a d a

D

Pla no d e c o nstruc c ió n fo rma d o p o r c imb ra d o 45c m

45c m


6m m +- 1.5 m m


20.0 mm


30mm

Ta lud 1:4 60 mm

NOTA: La rela c ió n a nc ho / p ro fund id a d d el sella d o r d e slilic ó n d eb erá ser c o mo mínimo 1:1 y c o mo má ximo 2:1.

Fig 4.6- Corte y sellado de junta de contracción transversal (Con pasajuntas Tipo C)

CROQUIS No. 4 CORTE Y SELLADO DE JUNTA TRANSVERSAL DE CONSTRUCCION CON PASAJUNTAS (TIPO D)


3c m D/ 2

Pa sa junta s, red o nd o liso

D

Pla no d e c o nstruc c ió n fo rma d o p o r c imb ra d o 23c m

23c m


6m m +- 1.5 m m


20.0 mm


NOTA: La rela c ió n a nc ho / p ro fund id a d d el sella d o r d e slilic ó n d eb erá ser c o mo mínimo 1:1 y c o mo má ximo 2:1.

Fig 4.6-7 Corte y sellado de junta de contracción transversal de construcción (Con pasajuntas Tipo D)

ANCHO DE CANASTILLA ( 3.50 m ) 15 cm

15 cm

ANCHO DE CANASTILLA MENOS 30 cm

A B

B 4 ATIESADORES DE 3 / 16 “ POR CANASTILLA

30 cm

A

VISTA EN PLANTA φ DE BARRA PASAJUNTAS SEGUN PROYECTO

46 cm 1/8 “ de claro

extremo sin soldadura

D E L D E

1/2 E S P E S

φ 3/16 “

L O S A

3/3” mínimo

φ 5/16 “ 1 1/2 “ SOLDADURA DE ARCO

ANCLAJE

CORTE A - A ANCHO DE CANASTA ( 3.50 m )

11.4 cm

30 cm

30 cm

30 cm

30 cm

11.4 cm

15 cm

CORTE B - B

Fig 4.6-8CANASTAS PASAJUNTAS EN JUNTAS TRANSVERSALES DE CONTRACCION

4.2 ESPECIFICACIONES DE MATERIALES “Para la elaboración de un pavimento de concreto hidráulico es primordial contar con materiales de la mas alta calidad que garanticen su durabilidad y perfecto funcionamiento” a).- CEMENTO El cemento a utilizar para la elaboración del concreto será preferentemente Portland, de marca aprobada oficialmente, el cual deberá cumplir lo especificado en las normas NMX C-414 - 1999 - ONNCCE. Si los documentos del proyecto o una especificación particular no señalan algo diferente, se emplearán los denominados CPO (Cemento Portland Ordinario) y CPP (Cemento Portland Puzolánico) dependiendo del caso y con sub clasificaciones 30R, 40 y 40R. Estos cementos corresponden principalmente a los que anteriormente se denominaban como Tipo I y Tipo IP. Es importante que se cumplan respectivamente con los requisitos físicos y químicos que se señalan en las cláusulas 4.01.02.004-B y 4.01.02.004-C de las Normas de Calidad de los Materiales de la Secretaría de Comunicaciones y Transportes.

El cemento en sacos se deberá almacenar en sitios secos y aislados del suelo, en acopios de no más de siete metros (7 m) de altura. Si el cemento se suministra a granel, se deberá almacenar en sitios aislados de la humedad. La capacidad mínima de almacenamiento deberá ser la suficiente para el consumo de un día ó una jornada de producción normal. Todo cemento que tenga más de dos (2) meses de almacenamiento en sacos o tres (3) en silos, deberá ser examinado por el Supervisor del proyecto, para verificar si aún es susceptible de utilización.

b).- AGUA El agua que se emplee en la fabricación del concreto deberá cumplir con la norma NMXC-122, debe ser potable, y por lo tanto, estar libre de materiales perjudiciales tales como aceites, grasas, materia orgánica, etc. En general, se considera adecuada el agua que sea apta para el consumo humano. Así mismo, no deberá contener cantidades mayores de las substancias químicas que las que se indican en la siguiente tabla, en partes por millón:

Tabla 4.2 - 1 Especificaciones - Materiales - Sustancias Perjudiciales en el Agua

4.2 ESPECIFICACIONES DE MATERIALES PAVIMENTOS DE CONCRETO CEMEX

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SUBSTANCIAS PERJUDICIALES

ppm Máximo

Sulfatos (convertidos a Na2SO4) 1,000 Cloruros (convertidos a NaCI) 1,000 Materia Orgánica (óxido consumido en medio ácido) 50 Turbiedad y/o lignito 1,500 El pH, medido según norma ASTM D-1293, no podrá ser inferior a cinco (5). El contenido de sulfatos, expresado como SO4=, no podrá ser mayor de un gramo por litro (1g/l). Su determinación se hará de acuerdo con la norma ASTM D-516. Su contenido de ión cloro, determinado según norma ASTM D-512, no podrá exceder de seis gramos por litro (6 g/l).

c).- MATERIALES PETREOS Estos materiales se sujetarán al tratamiento o tratamientos necesarios para cumplir con los requisitos de calidad que se indican en cada caso, debiendo el contratista prever las características en el almacén y los tratamientos necesarios para su ulterior utilización. El manejo y/o almacenamiento subsecuente de los agregados, deberá hacerse de tal manera que se eviten segregaciones o contaminaciones con substancias u otros materiales perjudiciales y de que se mantenga una condición de humedad uniforme, antes de ser utilizados en la mezcla. 1. GRAVA El agregado grueso será grava triturada totalmente con tamaño máximo de treinta y ocho (38) milímetros, resistencia superior a la resistencia del concreto señalada en el proyecto, y con la secuencia granulométrica que se indica a continuación: Tabla 4.2 – 2 Especificaciones - Materiales – Granulometría de la Grava

MALLA 2” 1 1/2” 3/4” 3/8” Núm. 4

% QUE PASA 50.00 mm 37.50 mm 19.00 mm 9.50 mm 4.75 mm

100 95-100 35-70 10-30 0-5

El contenido de substancias perjudiciales en el agregado grueso no deberá exceder los porcentajes máximos que se indican en la siguiente tabla: Tabla 4.2 - 3 Especificaciones – Materiales - Sustancias Perjudiciales en Grava

SUBSTANCIAS PERJUDICIALES Partículas Deleznables

% 0.25


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Partículas Suaves Pedernal como impureza Carbón mineral y/o lignito

5.00 1.00 1.00

El agregado grueso además, deberá cumplir con los siguientes requisitos de calidad: ° °

Desgaste “Los Angeles” Intemperismo Acelerado

40% máximo 12% máximo (utilizando sulfato de sodio)

Cuando la muestra esté constituida por material heterogéneo y se tengan dudas de su calidad, el Especificador podrá ordenar se efectúen pruebas de desgaste de los Angeles, separando el material sano del material alterado o de diferente origen, así como pruebas en la muestra constituida por ambos materiales, en la que estén representados en la misma proporción en que se encuentren en los almacenamientos de agregados ya tratados o en donde vayan a ser utilizados. En ninguno de los casos mencionados se deberán obtener desgastes mayores que cuarenta por ciento (40%). En el caso de que se tengan dudas acerca de la calidad del agregado grueso, a juicio del Supervisor se llevará a cabo la determinación de la pérdida por intemperismo acelerado, la cual no deberá se mayor de doce por ciento (12%), en el entendido que el cumplimiento de esta característica no excluye las mencionadas anteriormente. 2. ARENA El agregado fino o arena deberá tener un tamaño máximo de nueve punto cincuenta y un milímetros (9.51 mm) con la secuencia granulométrica que se indica a continuación: Tabla 4.2 – 4 Especificaciones – Materiales – Granulometría de la Arena

MALLA 3/8” Núm. 4 Núm. 8 Núm. 16 Núm. 30 Núm. 50 Núm. 100 Núm. 200

% QUE PASA 9.50 mm 4.75 mm 2.36 mm 1.18 mm 600 µm 300 µm 150 µm 75 µm

100 95-100 80-100 50-85 25-60 10-30 2-10 4 máximo

La arena deberá estar dentro de la zona que establece esta tabla excepto en los siguientes casos: •

Cuando se tengan antecedentes de comportamientos aceptables, en el concreto elaborado con ellos, o bien, que los resultados de las pruebas realizados a estos concretos sean satisfactorios; en este caso, los agregados se pueden usar siempre que se haga el ajuste apropiado al proporcionamiento del concreto, para compensar las deficiencias en la granulometría.


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•

El porcentaje de material que pasa la malla #200 esta modificado según los límites de consistencia lo cual se indica en la siguiente tabla:


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Tabla 4.2 - 5 Especificaciones – Materiales Ajuste granulométrico de la Arena

Límite Líquido

Indice de Plástico

Hasta 25 Hasta 25 Hasta 25 Hasta 25 Hasta 25

Hasta 5 5-10 10-15 15-20 20-25

Material máximo permisible en masa que pasa por la criba 0.075 (#200), en porcentaje. 18.0 16.0 6.0 4.0 1.0

25-35 25-35 25-35 25-35 25-35

Hasta 5 5-10 10-15 15-20 20-25

16.0 14.0 11.0 8.0 1.0

35-45 35-45 35-45 35-45 35-45

Hasta 5 5-10 10-15 15-20 20-25

15.0 9.0 6.0 2.0 1.0

45-55 45-55 45-55 45-55 45-55

Hasta 5 5-10 10-15 15-20 20-25

9.0 8.0 5.0 4.0 1.0

La arena no deberá tener un retenido mayor de cuarenta y cinco por ciento (45%), entre dos (2) mallas consecutivas; además, deberá cumplir con los siguientes requisitos de calidad: ° Equivalente de arena** 80% máximo ° Módulo de finura 2.30 mínimo y 3.10 máximo ° Intemperismo Acelerado 10% máximo (Empleando sul. sodio) ** Al ser modificado el porcentaje de material que pasa la malla #200 según los límites de consistencia el equivalente de arena también debe de ser modificado. El contenido de substancias perjudiciales en la arena, no deberá exceder los porcentajes máximos siguientes: Tabla 4.2 - 6 Especificaciones – Materiales – Sustancias Perjudiciales de la Arena

SUBSTANCIAS PERJUDICIALES Partículas Deleznables Carbón mineral y/o lignito

% Máximo 1.00 1.00


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En el caso de que se tengan dudas acerca de la calidad del agregado fino, a juicio de la Secretaría se llevará a cabo la determinación de la pérdida por intemperismo acelerado, la cual no deberá ser mayor de 10%, en el entendido de que esta condición no excluye las mencionadas anteriormente. 3. REACTIVIDAD Deberá verificarse mediante análisis petrográficos y/o la prueba química rápida que los agregados (grueso y fino) para la elaboración de la mezcla de concreto no sean potencialmente reactivos.

d).- ADITIVOS Deberán emplearse aditivos del tipo “D” reductores de agua y retardantes con la dosificación requerida para que la manejabilidad de la mezcla permamezca durante dos (2) horas a partir de la finalización del mezclado a la temperatura estándar de veintitrés grados centígrados (23° C) y no se produzca el fraguado después de cuatro (4) horas a partir de la finalización del mezclado.. Los aditivos deberán ser certificados por la casa productora. Para asegurar la trabajabilidad de la mezcla, también se utilizara un agente inclusor de aire, con los requisitos que señala la norma ASTM C 260. Estos aditivos se transportaran desde la fabrica hasta la planta de concreto en camiones cisternas y se depositaran en tanques especialmente diseñados para su almacenamiento y dosificación.

e).- CONCRETO El diseño de la mezcla, utilizando los agregados provenientes de los bancos ya tratados, será responsabilidad del productor de concreto quien tienen la obligación de obtener la resistencia y todas las demás características para el concreto fresco y endurecido, así como las características adecuadas para lograr los acabados del pavimento. Durante la construcción, la dosificación de la mezcla de concreto hidráulico se hará en peso y su control durante la elaboración se hará bajo la responsabilidad exclusiva del Proveedor, es conveniente que el suministro se realice por proveedores profesionales de concreto. 1. RESISTENCIA La resistencia de diseño especificada a la tensión por flexión (S’c) o Módulo de Ruptura (MR) a los 28 días, se verificará en especímenes moldeados durante el colado del concreto, correspondientes a vigas estándar de quince por quince por cincuenta (15 x 15 x 50) centímetros, compactando el concreto por vibro compresión y una vez curados


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adecuadamente, se ensayarán a los 3, 7 y 28 días aplicando las cargas en los tercios del claro. (ASTM C 78). Especímenes de prueba Se deberán tomar muestras de concreto para hacer especímenes de prueba para determinar la resistencia a la flexión durante el colado del concreto. Especímenes de prueba adicionales podrán ser necesarios para determinar adecuadamente la resistencia del concreto cuando la resistencia del mismo a temprana edad límite la apertura del pavimento al tránsito. El procedimiento seguido para el muestreo del concreto deberá cumplir con la norma ASTM C 172. La frecuencia de muestreo será de 6 especímenes para prueba de módulo de ruptura y 3 especímenes más para determinar el módulo elástico y resistencia a la compresión por cada 150 m3 de producción de concreto. En el caso de la determinación del módulo de ruptura, se ensayarán dos especímenes a los 3 y 7 días de colado, y los otros dos restantes a los 28 días. en el caso de la determinación del módulo de elasticidad, resistencia a la compresión, se ensayará un espécimen por cada prueba a los 3 y 7 días de colado, y el restante a los 28 días de transcurrido el colado. La apertura al tránsito vehicular del pavimento no podrá realizarse antes de que el concreto haya alcanzado una resistencia a la tensión por flexión o Módulo de Ruptura del setenta y cinco por ciento (75%) de la especificada de proyecto como mínimo. En caso de ser necesario, con ayuda de un consultor capacitado, se podrán revisar los esfuerzos actuantes a los que estará sometido el pavimento y se permitirá abrir al tráfico cuando la relación entre esfuerzo actuante entre resistente sea de 0.5. Tabla 4.2 – 7 Especificaciones – Materiales – Resistencia de Concreto Recomenda

TIPO DE PROYECTO

MR Kg/cm2

Autopistas y Carreteras Zonas Industriales y Urbanos Principales Urbanos Secundarios

48.00 45.00 42.00

2. TRABAJABILIDAD El revenimiento promedio de la mezcla de concreto deberá especificarse de acuerdo con el procedimiento de colocación a utilizar: - Para Tendido con Cimbra Deslizante deberá ser de cinco centímetros (5 cm) mas – menos uno punto cinco centímetros (1.5 cm) al momento de su colocación. - Para Colados con Cimbra Fija debera ser de diez centímetros (10 cm) mas – menos dos centímetros (2 cm) ) al momento de su colocación. Las mezclas que no cumplan con este requisito deberán ser destinadas a otras obras de concreto como cunetas y drenajes, y no se permitirá su colocación para la losa de concreto.


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El concreto deberá de ser uniformemente plástico, cohesivo y manejable. El concreto trabajable es definido como aquel que puede ser colocado sin que se produzcan demasiados vacíos en su interior y en la superficie del pavimento, así como el que no presente una apariencia pastosa. Cuando aparezca agua en la superficie del concreto en cantidades excesivas después del acabado se deberá efectuar inmediatamente una corrección por medio de una o más de las siguientes medidas: a) b) c) d)

Rediseño de la mezcla Adición de relleno mineral o de agregados finos Incremento del contenido de cemento Uso de un aditivo inclusor de aire o equivalente, previamente aprobado.

e).- MEMBRANA DE CURADO Para el curado de la superficie del concreto recién colada deberá emplearse una Membrana de Curado de emulsión en agua y base parafina de color claro, el que deberá cumplir con los requisitos de calidad que se describen en la normas ASTM C171, ASTM C309, Tipo 2, Clase A, AASHTO M 148, Tipo 2, Clase A, FAA Item P-610-2.10. Este tipo de membranas evitan que se tapen las espreas de los equipos de rociado. Deberá aplicarse apropiadamente para proveer un sello impermeable que optimiza la retención del agua de la mezcla. El pigmento blanco refleja los rayos solares ayudando a mantener la superficie más fresca y prevenir la acumulación de calor.

f).- ACERO DE REFUERZO El acero de refuerzo necesario para la construcción del pavimento se utiliza en las juntas, ya sea como pasadores de cortante ó pasajuntas o como barras de amarre para mantener los cuerpos del pavimento unidos. 1. BARRAS DE AMARRE En la juntas que muestre el proyecto y/o en los sitios que indique el Especificador del proyecto, se colocarán barras de amarre con el propósito de evitar el corrimiento o desplazamiento de las losas en el sentido perpendicular al de circulación. Las barras de amarre serán de varilla corrugada, de acero estructural, con límite de fluencia (fy) de cuatro mil doscientos kilogramos por centímetro cuadrado (4,200 kg/cm2), debiendo quedar ahogadas en las losas, con las dimensiones y en la posición indicada en el proyecto. Estas barras siempre deberán estar colocadas a la mitad del espesor del pavimento.


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2. BARRAS PASAJUNTAS En las juntas transversales de contracción, en las juntas de construcción, en las juntas de emergencia y/o en los sitios que indique el Supervisor del proyecto se colocarán barras pasajuntas como mecanismos para garantizar la transferencia efectiva de carga entre las losas adyacentes. Las barras serán de acero redondo liso y deberán quedar ahogadas en las losas en la posición y con las dimensiones indicadas por el proyecto. Estas barras deberán estar perfectamente alineadas con el sentido longitudinal del pavimento y con su plano horizontal, colocándose a la mitad del espesor de la losa. Ambos extremos de las pasajuntas deberán ser lisos y estar libres de rebabas cortantes. El acero deberá cumplir con la norma ASTM A 615 Grado 60 (fy=4,200 kg/cm2), y deberá ser recubierta con asfalto, parafina, grasa o cualquier otro medio que impida efectivamente la adherencia del acero con el concreto y que sea aprobado por el Especificador del proyecto. Las pasajuntas podrán ser instaladas en la posición indicada en el proyecto por medios mecánicos, o bien por medio de la instalación de canastas metálicas de sujeción. Las canastas de sujeción deberán asegurar las pasajuntas en la posición correcta como se indica en el proyecto durante el colado y acabado del concreto, mas no deberán impedir el movimiento longitudinal de la misma.


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CANASTAS PASAJUNTAS EN JUNTAS TRANSVERSALES DE CONTRACCION ANCHO DE CANASTILLA ( 3.50 m ) 15 cm

15 cm

ANCHO DE CANASTILLA MENOS 30 cm

A B

B 4 ATIESADORES DE 3 / 16 “ POR CANASTILLA

30 cm

A

VISTA EN PLANTA φ DE BARRA PASAJUNTAS SEGUN PROYECTO

46 cm 1/8 “ de claro

extremo sin soldadura

1/2

D E L D E E S L P O E S S A O R

φ 3/16 “

3/3” mínimo

φ 5/16 “ 1 1/2 “ SOLDADURA DE ARCO

ANCLAJE

CORTE A - A ANCHO DE CANASTA ( 3.50 m )

11.4 cm

30 cm

30 cm

30 cm

30 cm

11.4 cm

15 cm

CORTE B - B 4.2 ESPECIFICACIONES DE MATERIALES PAVIMENTOS DE CONCRETO CEMEX

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g).- SELLADOR PARA JUNTAS El material sellante para las juntas transversales y longitudinales deberá ser elástico, resistente a los efectos de combustibles y aceites automotrices, con propiedades adherentes con el concreto y que permita las dilataciones y contracciones que se presenten en las losas de concreto sin degradarse, debiéndose emplear productos a base de silicona, poliuretano - asfalto o similares, los cuales deberán ser autonivelantes, de un solo componente y solidificarse a temperatura ambiente. A menos de que se especifique lo contrario, el material para el sellado de juntas deberá de cumplir con los requerimientos aquí indicados. El material se deberá adherir a los lados de la junta o grieta con el concreto y deberá formar un sello efectivo contra la filtración de agua o incrustación de materiales incompresibles. En ningún caso se podrá emplear algún material sellador no autorizado por el Especificador. Para todas las juntas de la losa de concreto se deberá emplear un sellador de silicón o similar de bajo módulo autonivelable. Este sellador deberá ser un compuesto de un solo componente sin requerir la adición de un catalizador para su curado. El sellador deberá presentar fluidez suficiente para autonivelarse y no requerir de formado adicional, adicionalmente se deberá colocar respetando el factor de forma (altura de silicón / ancho del silicón en el depósito) mismo que deberá proporcionar o recomendar el fabricante del sellador. El sellador de silicón de bajo módulo deberá cumplir con los siguientes requisitos y especificaciones de calidad:


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Tabla 4.2 - 8 Especificaciones – Materiales – Especificaciones del Silicón

ESPECIFICACION Esfuerzo de tensión a 150% de elongación (7 días de curado a 25° C ± 5° C, y 45% a 55% de humedad relativa). Flujo a 25°C ± 5° C Tasa de extrusión a 25°C± 5° C Gravedad Específica Dureza a – 18°C (7 días de curado a 25°C± 5°C) Resistencia al intemperismo después de 5,000 horas de exposición continua Superficie seca a 25°C± 5°C, y 45% a 55% de humedad relativa. Elongación después de 21 días de curado a 25°C± 5°C, y 45 % a 55% de humedad relativa. Fraguado al tacto a 25°C±5°C, y 45% a 55% de humedad relativa. Vida en el contenedor a partir del día de embarque. Adhesión a bloques de mortero Capacidad de movimiento y adhesión. Extensión de 100% a 18°C después de 7 días de curado al aire a 25°C±5°C, seguido por 7 días en agua a 25°C± 5°C.

METODO DE ENSAYE

REQUISITO

ASTM D 412

3.2 kg/cm2 max.

ASTM C 639 (15% Canal A) ASTM C 603 (1/8” @ 50 psi) ASTM D 792 (método A) ASTM C 661

No deberá fluir del canal. 75-250 gms/min 1.01 a 1.51 10 a 25

ASTM C 793

ASTM C 679

No agrietamiento, pérdida de adherencia o superficies polvosas por desintegración. Menor de 75 minutos.

ASTM D 412

1,200 %

ASTM C 1640

Menos de 75 minutos

--

6 meses mínimo

AASHTO T 132 ASTM C 719

3.5 kg/cm2 Ninguna falla por adhesión o cohesión después de5 ciclos.

La tirilla de respaldo a emplear deberá impedir efectivamente la adhesión del sellador a la superficie inferior de la junta. La tirilla de respaldo deberá ser de espuma de polietileno y de las dimensiones indicadas en los documentos de construcción. La tirilla de respaldo deberá ser compatible con el sellador de silicón a emplear y no se deberá presentar adhesión alguna entre el silicón y la tirilla de respaldo.


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4.3 HERRAMIENTAS

A continuación se recomiendan las herramientas que se utilizan en la construcción de pavimentos de concretos. Las claves de los productos son con base al catálogo de productos.

Fig.2.3-1 Foto general de las herramientas

a). Flotas de Magnesio

La finalidad para la cual se usa el flotado es de abrir poros en el concreto recién colado y sacar el agua hacia la superficie con el objeto de dar un mejor acabado al pavimento de concreto. Se pueden encontrar en dos formas con ángulos a 90° ó con ángulos redondeados para evitar que se clave en el concreto.

Esquinas Cuadradas

Esquinas Redondeadas

No

Tamaño

No

Tamaño

CC-801

42 “ X 8”

CC-803

48” X 8”

CC-802

48” X 8”

Fig 2.3-2 Flotas de Magnesio

b). Flotas de magnesio tipo canal

La finalidad es la misma nada más que da una mayor estabilidad que permite dar un acabado de excelente calidad en los pavimentos.

No

Tamaño

CC-289s

6´ ahusado

CC-289

6´ con inserto

CC-292

12´

Fig. 2.3-3Flota tipo canal

c). Llanas tipos fresno

Su cabezal giratorio de 360° le da una flexibilidad de trabajar en cualquier ángulo.

Esquinas Redondeadas

Esquinas Cuadradas

No

No

Tamaño

CC-850

CC-907

30” X 5”

CC-853

CC-910

48” X 5”

Fig. 2.3-4 Llana tipo fresno

d). Cabezal Ezy-Tilt para flotadora y llanas con extensión

Elimina tener que levantar y bajar la extensión para cambiar el ángulo de ataque de la flotadora o llana sobre el concreto, controlando dicho ángulo sólo con un giro en el tubo de extensión. Acepta entrada de 1” – ¾” y 3/8”.

No C-290

Fig 2.3-5 Ezy-Tilt

e). Jaladores de concreto

La función de esta herramienta es distribuir el concreto de manera más fácil y rápida que utilizando una pala cuando se cuela la losa de concreto.

No

Tamaño

CC-105

20” X 4”

14

CC-902

20” X 4”

12

Calibre

f). Cepillo de microtexturizado longitudinal El cepillo de microtexturizado longitudinal es una herramienta de cerdas que da una textura adecuada para lograr una superficie friccionante a la losa de concreto.

Fig. 2.3-6 Cepillo de microtexturizado de cerdas

g). Cepillo texturizador de alambre transversal El cepillo texturizador de alambre es una herramienta que da una textura rugosa a la losa de concreto para proporcionar una mayor tracción. Estos cepillos se fabrican con dos diferentes espaciamientos, de ½” y ¾”.

No

Tamaño

CC-196

36”

CC-198

48”

CC-199

60”

CC-200

Alambres de repuesto

Fig. 2.3-7 Cepillo texturizador de alambre

h). Cepillo texturizador de cerdas Da la textura tipo cepillado al concreto inmediatamente después del flotado

Fig. 2.3-8 Cepillo texturizador de cerdas

i). Reglas de magnesio.

Se usan para rellenar las juntas frías de inicio y terminación del pavimento.

Sección Transversal 1” x 4”

2” x 4”

2” x 5”

No

Tamaño

No

Tamaño

No

Tamaño

CC-506

6´

CC-410

10´

CC-419

16´

CC-508

8´

CC-412

12´

CC-420

20´

CC-414

14´

CC-424

24´

Fig. 2.3-98 Regla de Magnesio

j). Equipo para aspersión

Estos se usan para aplicar compuestos de curado y membranas. Con las siguientes características:

•

Bomba de latón sólido, 24” de extensión y boquilla de ½ galón por minuto, manguera de 1.21 mts de longitud.

•

Cabeza de abertura de 4.5” para permitir el rápido llenado y limpieza.

Fig. 2.3-10 Equipo de Aspersión

k). Texturizador de yute

Esta herramienta se utiliza para dar el texturizado longitudinal al concreto inmediatamente después del flotado. Esta herramienta se usa en pavimentos urbanos.

Fig. 2.3-11 Texturizador de yute

4.4 EQUIPOS

Para la construcción con las nuevas tecnologías de los pavimentos de concreto hidráulico se requieren una serie de equipos especializados para lograr una calidad adecuada en el proceso.

Estos equipos los podemos enlistar de la siguiente manera:

-

Plantas de Concreto de Mezclado Central

-

Plantas de Dosificadoras de Concreto

-

Estaciones Ambientales Portátiles

-

Equipos de Transporte de Concreto + Camiones de Volteo + Camiones Tipo “Flow-Boy” + Camiones Revolvedores

-

Pavimentadoras de Cimbra Deslizante + Carreteras + Urbanos

-

Texturizadora – Curadora

-

Equipos de Pavimentación de Cimbra Fija

-

Cortadoras de Concreto Fresco

-

Bomba de Silicón

-

Perfilógrafo Computarizado

-

Medidores de Fricción

a). Plantas de Mezclado Central

Las plantas de Mezclado Central son plantas que permiten la elaboración de concreto con altos rendimientos y capacidades de producción.

Las especificaciones

características generales de este tipo de plantas son las siguientes:

-

Producción promedio de 150 m3/hr a 250 m3/hr.

-

Capacidad de Almacenamiento en Silos de 500 a 800 ton

-

Móviles (opcional)

-

Automatizadas y Computarizadas

-

Potencia requerida 120 HP

-

Con caseta de control con temperatura controlada

-

Con Sistema automático de Bachadas Múltiples

-

Con Tambores Mezcladores de 10 a 12 yds cúbicas

-

Con capacidad de manejar 2 o 3 tipos de agregados

-

Con Sistema Colector de Polvos

-

Tiempos de mezclado por bachada de 60 seg a 90 seg.

-

Sistema de Básculas de Precisión

-

Con sistema automático de corrección de humedad

-

Con sistema de generación de energía propio

-

Con cargadores frontales para alimentación de agregados

-

Depósito de almacenamiento de agua

-

Depósitos para almacenamientos de aditivos

-

Con báscula para pesado de materiales y concreto (opcional)

y

A continuación se muestran algunos ejemplos de Plantas de Mezclado Central y de sus componentes principales.

b). Plantas Dosificadoras de Concreto

Las plantas dosificadoras de concreto, permiten tener un control adecuado de las cantidades de materiales que se van a utilizar para la mezcla, sin embargo estas plantas no realizan el mezclado del concreto, sino que se apoyan en camiones revolvedores que son los que hacen el mezclado de los materiales convirtiéndolos en concreto.

Las especificaciones

y características generales de este tipo de plantas son las

siguientes:

-

Producción promedio de 30 m3/hr a 70 m3/hr.

-

Capacidad de Almacenamiento en Silos de 60 a 150 ton

-

Computarizadas

-

Con caseta de control

-

Móviles (opcional)

-

De fácil y rápida instalación y desmontaje

-

Con capacidad de manejar 2 a 3 tipos de agregados

-

Tiempos de mezclado por bachada de 60 seg a 90 seg.

-

Con capacidad de carga en 1 o 2 ciclos

-

Con sistema de generación de energía propio

-

Con cargadores frontales para alimentación de agregados

-

Depósito de almacenamiento de agua

-

Depósitos para almacenamientos de aditivos

Se muestran a continuación ejemplos de Plantas Dosificadoras.

c). Estaciones Ambientales Portátil

Las estaciones ambientales son necesarias para controlar el buen comportamiento de la mezcla de concreto a edades tempranas, sobretodo en climas donde la humedad es baja y los vientos y el calor alto.

Los aspectos relevantes de las estaciones ambientales son:

-

Que sea Portátil

-

Que permita medir las condiciones climáticas + Temperatura + Humedad + Velocidad del Viento + Etc.

-

Calcule y pueda monitorear la tasa de evaporación del agua del concreto

-

Mantenga control de los problemas por contracción del concreto

-

Conectividad a una computadora

-

Software de cálculo apropiado

-

Completamente Automatizada

-

Con sistemas de alarmas durante el colado

d). Equipos de Transporte de Concreto

Dependiendo de el tipo de planta a utilizar se podrán utilizar diferentes tipos de transporte para el concreto, sin embargo en el caso de las plantas dosificadoras únicamente se podrán utilizar los camiones revolvedores.

1. Camiones de Volteo

-

Chasis – Cabina 6 x 4 (opcional) + Distancia entre ejes 5.54 m + Ancho Total 2.46 m + Altura Total 3.02 m + Longitud 8.38 m

-

Peso Vehicular Bruto 29.9 Ton

-

Peso Vehicular 8.4 Ton

-

Motor de 305 HP a 335 HP a 2,100 rpm

-

Frenos dos posiciones

-

Sistema de enfriamiento con agua

-

Transmisión de 9 a 10 Velocidades

-

Tanque de combustible 379 lts

-

Sistema de encendido eléctrico

-

Eje delantero sencillo

-

Eje trasero tandem

-

Capacidad 14 m3

2. Camiones Tipo “Flow-Boy”

-

Dimensiones aproximadas + Distancia entre ejes 7.9 m + Ancho Total 2.43 m + Altura Total 3.12 m + Longitud 9.40 m

-

Peso Vehicular 7.2 Ton

-

Sistema de Aislamiento de la caja

-

Tapa trasera especial para concreto

-

Banda Transportadora de descarga horizontal

-

Sección Transversal de la caja Trapezoidal (60°)

-

Adaptable a diferentes tipos de cabinas

-

Diferentes configuraciones de ejes

-

Posibilidad de levantar uno o varios ejes (opcional)

-

Capacidad 15 m3

+ Camiones Revolvedores

e). Pavimentadoras de Cimbra Deslizante

Existen en el mercado diferentes tipos de pavimentadoras de cimbra deslizante y diferentes

proveedores,

dentro

de

estas

especificaciones

mostraremos

las

pavimentadoras que se diferencian por su tamaño y habilidades, así como las que se utilizan normalmente en proyectos carreteros y urbanos, sin que ello signifique que no puedan utilizarse indistintamente.

1. Pavimentadoras de Carreteras

Pavimentadora de 4 Tracks (Tipo SF-550 con DBI)

-

Apoyada en 4 Orugas

-

Motor de 400 HP a 2,100 rpm

-

Transmisión hidráulica hacia adelante y atrás

-

Velocidad de pavimentación hasta 9.14 metros por minuto

-

Velocidad de transportación hasta 18.3 metros por minuto

-

Dirigida por sensores

-

Ancho de pavimentación variable de 5.5 m hasta 15.2 m

-

Espesor máximo de pavimento 61.0 cm

-

Altura de pavimentadora 4.42 m

-

Sistema Hidráulico

-

Operación Manual ó Automática

-

Con insertador de barras de amarre (opcional)

-

Con Sistema automático de inserción de pasajuntas

-

Con Grúa para el manejo de paquetes de pasajuntas

-

Con Gusano Frontal para movilización de cargas de concreto

-

Con vibradores de inmersión 10,000 rpm

-

Ajustable a pendiente transversal en uno o dos sentidos

-

Con Flotadora Oscilante Final

-

Peso aproximado 65.5 Ton

-

Tanque de combustible de 700 lts

-

Tanque de Aceite Hidráulico 250 lts

-

Aceite de Motor 34 lts

-

Anticongelante del motor 76 lts

-

Dimensiones durante el transporte + Ancho 3.15 m

+ Largo 22.2 m + Altura 2.96 m

El Insertador de Barra Pasajuntas DBI por sus siglas en Inglés (“Dowel Bar Inserter”) es la parte de la pavimentadora que se encarga de alimentar, depositar e insertar las barras de las juntas transversal en el concreto y está compuesto de un alimentador y un insertador accionados por un controlador electrónico con “PLC“.

Para accionar el DBI

deberán encenderse los interruptores de la caja principal del DBI, del alimentador de barras y del insertador. Este equipo se puede trabajar en dos modalidades: automático y manual.

Funcionamiento automático: El ciclo inicia al recibir la señal del “mark joint” ( la cual puede estar programada con el sensor de velocidad o puede ser detectada por marcas a lo largo del tendido), en éste momento son descargadas las barras sobre el concreto.

Cuando la máquina se desplaza y el insertador queda colocado sobre las barras el “PLC “ envía la señal para que el insertador baje, en ése momento la válvula de alivio de desplazamiento longitudinal es accionada para que el insertador se detenga .

En su recorrido descendente el insertador acciona el interruptor de los vibradores para facilitar la inserción.

El insertador baja la posición que previamente fue ajustada en los interruptores límite inferiores. En ése momento es accionada la válvula hidráulica que sube el insertador.

En su recorrido ascendente el insertador acciona el interruptor que detiene los vibradores.

El insertador se desplaza hasta la parte superior accionando los interruptores límite superiores y la válvula de desplazamiento longitudinal que regresa el insertador a su posición original.

Mientras que el insertador hace su trabajo, el alimentador realiza un ciclo alimentando un juego de barras para una junta.

Funcionamiento manual : Todos los pasos anteriores se pueden realizar de manera manual colocando los interruptores de “MANUAL - AUTO “ en posición manual y accionando los interruptores para cada función.

El insertador DBI es el encargado de insertar las varillas que sustituyen a las canastas usadas en otros modelos de pavimentadoras.

La secuencia de operación es como sigue :

-

Se detecta “mark joint“ en la línea que corre al centro del alimentador de varillas. Se depositan el número de barras sobre la superficie del concreto, en este caso 40 piezas.

-

La máquina sigue avanzando hasta que el insertador queda sobre las varillas.

-

Se accionan los cilindros que bajan el insertador y este desciende hasta que es detectado por ambos sensores de posición “baja“ del insertador. Al momento de empezar a bajar el insertador se encienden también los vibradores del insertador y se liberan los cilindros de recuperación del insertador.

-

Se accionan los cilindros para subir el insertador hasta que es detectado por ambos sensores de posición de “alta“ . En ése momento se apagan los vibradores y se accionan los cilindros de recuperación para regresar el insertador a su posición de origen, contrarrestando el deslizamiento que haya habido al insertar.

-

Al tiempo que se descargan las varillas (paso 1) se arranca el alimentador nuevamente si es que éste está en automático, para que cargue las siguientes 40 barras. Cada barra se detecta y cuenta por medio del sensor de conteo.

Nota.- Los pasos anteriores se realizan en cada “ mark joint “.

Ventajas que Presenta La Pavimentadora Con DBI -

Se minimizan desperdicios de material, como se tiene en el caso en el que se utiliza las canastillas, que al momento que se transportan o manejan se deforman o se desoldan y en ocasiones se descuadran.

-

Debido a su sistema de incado, se asegura el movimiento longitudinal libre de la barra durante su funcionamiento, a diferencia de cuando esta soldada en un extremo de la canasta que queda embebida en el concreto e impide de cierta manera dichos movimientos.

-

Se tiene mejor distribución del concreto al frente de la máquina, ya que el sistema permite tener libertad de colocar el concreto según las necesidades del proceso ya que los camiones pueden circular libremente al frente de la pavimentadora dado que no hay canastillas colocadas que se lo impidan, haciendo mas productivo el proceso.

-

Se elimina el impacto del concreto sobre canastillas al momento de la descarga, que en ocasiones doblan las canastillas, que se tienen que cambiar en el mismo momento perdiendo tiempo y rendimientos importantes.

-

En la Pavimentadora con DBI se pueden bajar los vibradores de inmersión sin tener la limitante de las canastillas obteniendo un mejor vibrado en el concreto, además que la Pavimentadora con DBI cuenta con una barra de cilindros vibratorios que le dan al concreto un segundo vibrado superficial mejorando así la resistencia y acabado del concreto.

Pavimentadora de 4 Tracks (Tipo SF-450 ó SF-6004)

-

Apoyada en 4 Orugas

-

Motor de 325 HP a 2,100 rpm

-


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Sistema Hidráulico

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Aceite de Motor 34 lts

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Dimensiones durante el transporte + Ancho 3.05 m + Largo 15.4 m + Altura 3.2 m

Pavimentadora de 2 Tracks (Tipo SF-350)

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Apoyada en 2 Orugas

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Motor de 175 HP y 128 KW a 2,800 rpm

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Altura de pavimentadora 3.53m

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Sistema Hidráulico

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Aceite de Motor 13.2 lts

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2. Pavimentadoras de Proyectos Urbanos

Pavimentadora de 4 Tracks (Tipo Challenger 2000)

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Capacidad de apoyarse en 3 o 4 Orugas

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Posibilidad de cero libramiento para colado contra guarniciones

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Colado monolítico de Guarnición y/o Banqueta (opcional)

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Colado de Barrera Central (opcional)

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Con banda de alimentación de 61 cm de ancho (opcional)

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Motor de 152 HP y 113 KW a 2,500 rpm

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Sistema Hidráulico

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Con vibradores de inmersión

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Dimensiones durante el transporte + Ancho 2.44 m

+ Largo 6.48 m + Altura 2.54 m

Pavimentadora de 4 Tracks (Tipo Power Curber 8700)

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Capacidad de apoyarse en 3 o 4 Orugas

-

Posibilidad de cero libramiento para colado contra guarniciones

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Colado de Barrera Central hasta 1.83 m de altura (opcional)

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Motor de 160 HP 118 kW a 2,500 rpm

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Ancho de pavimentación variable hasta 3.0 m con 3 orugas y 5.0 m con 4 orugas

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Sistema Hidráulico

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Peso aproximado 11.3 Ton a 18.1 Ton

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Pavimentadora de 3 Tracks (Tipo Power Curber 5700-B)

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Se apoya en 3 Orugas

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Colado de Barrera Central hasta 1.22 m (opcional)

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Transmisión hidráulica hacia adelante y atrás hasta 15 metros por minuto

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Ancho de pavimentación variable hasta 2.5 m

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Sistema Hidráulico

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Capacidad del tanque 114 lts

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Dimensiones + Ancho 2.5 m + Largo 5.4 m

+ Altura 2.60 m

f). Texturizadora – Curadora

Equipo que provee el texturizado longitudinal y transversal, así como la aplicación de la membrana de curado

Texturizadora – Curadora (tipo TC-250)

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Se apoya en 4 Ruedas Neumáticas

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Con marco para soporte de yute

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Con sistema de aspersión para el yute

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Con control de profundidad de texturizado

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Con marco para colocación del peine metálico

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Para Anchos de pavimentación hasta de 15.2 m

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Sistema Hidráulico

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Sistema de aspersión para membrana de curado

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Texturizadora (Mecánica)

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Se apoya en 4 Ruedas Neumáticas

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Sin motor

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Se opera manualmente mediante manivela

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Es impulsada por el operador

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Con marco para colocación del peine metálico

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Para Anchos de pavimentación hasta de 12.0 m

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Sistema Mecánico Manual

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Dimensiones variables

g). Equipos de Pavimentación de Cimbra Fija

Rodillos Vibratorios (tipo Allen)

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Se apoya sobre cimbra metálica

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Motor 32 HP a 3,000 rpm

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Autopropulsados

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Cuenta con Marco de Rigidez

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Con Gato Hidráulico para acomodo del rodillo

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Con 3 cilindros metálicos a 180 rpm

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Anchos desde 3 m hasta 11 m

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Con sistema de aspersión para limpieza de tu frontal

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Sistema Hidráulico

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Diámetro rodillo: 8" (20.3 cm)

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Encendido electrónico

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Accesorios opcionales: + Puente trasero + Barandal

Rodillos Vibratorios (tipo JD)

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Se apoya sobre cimbra metálica

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Motor 10 HP

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Autopropulsados

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Con 3 cilindros metálicos

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Anchos desde 3 m hasta 11 m

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Sistema Mecánico Manual a base de Palancas

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Diámetro rodillo: 21 cm

h). Cortadoras de Concreto Fresco

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Autopropulsadas

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Motores de 20 HP, 35 HP y 65 HP a 2750 rpm

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Profundidad Máxima de corte 6.5 pulg

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Baleros y flecha sellados

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Control de disco: Electro - Hidráulico

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Enfriado de Disco: Con agua

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Encendido Eléctrico

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Motor enfriado por aire

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Peso: variable desde 280 kg a 660 kg

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Accesorios: + Kit de bomba de agua eléctrica + Kit de alumbrado

+ Varilla de referencia + Mofle silenciador vertical + Guarda - disco de protección de 18" + Llave Adicional Para Eje De Disco

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Velocidad de avance 220 pies por minuto

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Avance hacia adelante y en reversa

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Se alimenta con discos de diamante

i). Bomba de Silicón

La bomba de silicón permite utilizar los tambos de 208 lts de sellado y ahorrar en la instalación del sello.

j). Perfilógrafo Computarizado

Existen varios tipos de perfilografos en el mercado, sin embargo en este caso nos vamos a referir al Perfilógrafo tipo California.

Este aparto permite medir el perfil longitudinal del pavimento.

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Armadura de aluminio

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Longitud 7.62 m

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Ancho 0.40 m

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Altura 1.40 m

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Con computadora de uso rudo y estuche

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Con Impresora y estuche

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Utiliza Rollo de papel térmico

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Equipado con freno de estacionamiento

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Con Trailer de 6' x 10' x 5'-6" (opcional)

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Generador de 120 VAC

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Incluye Software para medición de perfil

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Sistema métrico o inglés

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Separación no uniforme de las ruedas

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Separación máxima entre ruedas extremas 10.1 m

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Ruedas a 0.31m de la estructura

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Diámetro de la rueda móvil mínimo 6” (0.1524 m) colocada al centro de la estructura

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Peso aproximado 204.5 kg

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Escala vertical 1”:1” y horizontal 1”:25pies.

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Puede ser desarmado y transportado en un remolque o camioneta.

k). Medidores de Fricción

Existe una gran variedad de medidores de fricción en la actualidad. La variación en cuanto a los métodos de medición y los tipos de aparatos es sumamente grande. Existe un tipo de medidor de fricción que puede obtener un espectro de resultados que permite tener resultados correspondientes a los obtenidos con dos ó más equipos diferentes, este tipo de aparato es el que vamos a describir más adelante.

Norsemeter

El equipo de Norsemeter especialmente diseñado para la medición de fricción y el análisis de las características de la superficie del pavimento en caminos es la unidad ROAR Mark II (Road Analyzer and Recorded) y tiene sus principales usos las siguientes áreas:

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Administración de pavimentos.

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Mediciones para la operación del pavimento

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Aprobación de pavimentos nuevos.

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Investigación de pavimentos.

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Mediciones de servicio.

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Investigación de accidentes de tráfico.

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Aseguramiento de calidad en pavimentos.

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Pistas de prueba de vehículos.

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Análisis de pistas de carreras.

Algunas de las características generales que describen al equipo son:

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Medición de Fricción, Textura y Drenaje.

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Mediciones en condiciones húmedas ó secas, en cualquier época del año.

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Reporta el Indice Internacional de Fricción (IFI) y la fricción máxima (peak friction).

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Mediciones a velocidades entre 20 y 130 km/h.

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Con software análisis para interpretar y presentar las mediciones

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Genera el espectro completo de la fricción

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La unidad puede ser montada en la parte trasera de un vehículo ó remolcada en un trailer con su propio sistema de humedecimiento.

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Ofrece distintos modos de operación, ya que puede hacer mediciones bajo los métodos de deslizamiento fijo (fixed slip), deslizamiento variable (variable slip) ó ambos.

-

Al medir la fricción con el método de deslizamiento variable, se obtiene: + µMax ó fricción máxima (Peak Friction Number) + Velocidad de deslizamiento crítica (Critical Slip Speed) + Indice Internacional de Fricción, IFI (International friction number) + Factor de forma, de acuerdo al Modelo de fricción Rado. + Temperatura ambiente + Hora y fecha de medición.

-

Al medir la fricción con el método de deslizamiento fijo, se obtiene: + Valor promedio de fricción para la sección seleccionada. + Temperatura ambiente. + Hora y fecha de medición.

El Software que la unidad ROAR tiene como default trabajar con el nuevo modo de derrapamiento variable, en el cuál el ROAR trabaja ejerciendo una fuerza de frenado al

neumático, la cuál al principio rueda ó gira libremente sobre la superficie, se va frenando hasta llegar a la etapa en que esta completamente frenada y ya no rueda, solo se desliza sobre la superficie. Se mide la fuerza de fricción al frenaje que la superficie ejerce sobre el neumático. Cada prueba de frenaje solamente tarda 0.5 segundos y es desarrollada con una fuerza de frenaje muy controlada.

La otra opción es el modo anteriormente usado CFME (Continuos Friction Measurament Equipment) en donde el neumático estándar es deslizado a un porcentaje constante de la velocidad. En este modo de medición (derrapamiento fijo) el ROAR ofrece fijar al operador el valor de derrapamiento constante como un porcentaje entre el 2 y el 100%.

l). Insertador de Pasajuntas

Este es un equipo muy sencillo que permite insertar las barras pasajuntas en los bordes de losas del pavimento, es una especie de taladro especial para colocar las pasajuntas en los bordes del concreto ya endurecido.

5. PRODUCTOS Y SERVICIOS DE CEMEX CONCRETOS 5.1 SERVICIOS Hasta hace algunos años en México solo se construían pavimentos con carpeta asfáltica que significaban una vida útil corta y represen5taban altos costos de mantenimiento. En 1993, CEMEX introduce en México los pavimentos de concreto hidráulico, en su afán de brindar una mayor durabilidad a la red carretera nacional. Se crea así la división de Pavimentos de CEMEX Concretos, cuyo fin es la implementación y difusión de novedosas técnicas de diseño, construcción y rehabilitación de pavimentos rígidos. A la fecha se cuenta en México con distintas alternativas de pavimentación que cubren las necesidades específicas de la población, brindando seguridad, comodidad y ahorros importantes en costos de mantenimiento. a). Pavimentos de Concreto Hidráulico Anteriormente se pensaba que construir un pavimento de concreto hidráulico representaba largos tiempos de ejecución, estructuras de carpetas robustas, grandes cantidades de acero de refuerzo y superficies de rodamiento que al cabo de algún tiempo, se tornaban propensas al derrapamiento de los vehículos. Atendiendo a lo anterior el equipo de expertos designado a este fin, diseña y asesora a los constructores de acuerdo a las necesidades particulares de cada proyecto, en los cuales se cuida cada detalle con el fin de eficientizar los recursos y garantizar la confortabilidad y seguridad del usuario. VENTAJAS -

Velocidad en su construcción Mayor vida útil con alto índice de servicio Mantenimiento mínimo No se deforma ni deteriora con el tiempo Requiere menor estructura de soporte

INVESTIGACIÓN A través de la investigación continua se analizan y desarrollan los diferentes tipos de pavimentos para estar a la vanguardia en cuanto a tecnología de diseño y construcción y desarrollo de alternativas de solución para proyectos específicos mediante pruebas en laboratorio y en tramos de prueba experimentales para estudiar y comprobar cada una de las propuestas.

b). CEMEX Pavimentos CEMEX Concretos ofrece a sus clientes a través de su división de Pavimentos los siguientes servicios : - Cursos de capacitación - Diseño de estructuras de pavimentos - Asesoría técnica y constructiva - Proyectos ejecutivos - Equipos de pavimentación urbana

CURSOS DE CAPACITACION El equipo de Pavimentos ofrece cursos de capacitación que incluyen los siguientes temas : -

Diseño, técnicas de construcción Utilización de equipos automatizados para el tendido de carpetas Alternativas de pavimentación con concreto hidráulico Capacitación de personal de obra para el manejo de herramientas y equipos de pavimentación

DISEÑO Con el fin de optimizar los espesores de las estructuras, CEMEX Concretos utiliza programas que permiten diseñar en forma eficiente las estructuras de los pavimentos de concreto hidráulico, logrando así construir pavimentos que combinen economía y durabilidad. Se han desarrollado diferentes alternativas de pavimentación, que se proponen dependiendo de las necesidades de cada proyecto : -

Pavimento Convencional Rehabilitación de Pavimentos Asfálticos ( Whitetopping) Pavimento Estampado Concreto Compactado con Rodillos ( C.C.R.) Suelo Cemento

De acuerdo a la técnica de construcción se elabora un diseño, obteniendo la estructura óptima. Los diseños se obtienen utilizando métodos internacionales utilizando las más estrictas normas de calidad (Método AASHTO, Métodos PCA, Elementos Finitos). Adicionalmente contamos con el Centro de Tecnología del Cemento y del Concreto en donde un distinguido equipo de especialistas desarrollan e investigan concretos especiales, para resolver los problemas propios de cada uno de los proyectos, desarrollando así “concretos a la medida” .

El Centro de Tecnología del Cemento y del Concreto es único en Latinoamérica. CICLO DE VIDA El pavimento de concreto hidráulico, evaluado en contra de una estructura equivalente de asfalto resulta ser la mejor inversión dado su costo competitivo de construcción, su mantenimiento mínimo y sus bajos costos de operación durante su vida útil. SERVICIOS PORPORCIONADOS AL CLIENTE -

Diseño de pavimentos y pisos para cada proyecto específico con los modelos más avanzados y de mayor aceptación. Asistencia técnica en el campo para el aseguramiento de la calidad de la obra terminada Alternativas para la rehabilitación y reparación de pavimentos deteriorados.

CONCRETO PROFESIONAL ESPECIFICADO A LA FLEXION El pavimento y los pisos trabajan a flexión por lo que se requiere de un Concreto Profesional diseñado específicamente para los esfuerzos a los que serán sometidos estos elementos. Fabricado con los materiales adecuados y con un estricto control de producción, encontrando un concreto óptimo para cada proyecto en particular : -

Normal De apertura rápida al tránsito

MAQUINARIA Y EQUIPOS CEMEX Concretos, cuenta con equipos de pavimentación disponible para sus clientes, cuya utilización varía desde un simple camino vecinal hasta una autopista de altas especificaciones.

Algunos de nuestros equipos disponibles son : -

Pavimentadoras de Cimbra deslizante Texturizadoras Curadoras Reglas Vibratorias Rodillos Vibratorios Cortadoras Cortadoras en Fresco Herramientas de Acabado

ASESORIA El equipo de Pavimentos brinda asesoría continua antes, durante y después de los proyectos de pavimentación para lograr obras duraderas que cumplan con las especificaciones técnicas y económicas requeridas.

5.2 CAMINOS RURALES DE PAVIMENTACIÓN PROGRESIVA. México es un país que cuenta con una superficie territorial de aproximadamente 2 millones de Km2, tiene un gran potencial para el desarrollo al contar con importantes recursos naturales que necesariamente se tienen que aprovechar para alcanzar el grado de desarrollo que actualmente se necesita para poder satisfacer las necesidades que la población requiere. Hoy en día, se cuenta con una extensa red de caminos que resulta insuficiente para realizar el transporte de las materias primas y de los productos que de ellas se elaboran, lo que constituye un freno para la actividad económica del país. La infraestructura vial actual, resulta insuficiente por dos causas principales: • Cantidad de los caminos. • Estado físico de los caminos existentes.

Figura 1. Situación de la Red Carretera en México.

Ambos problemas se encuentran ligados estrechamente dado que mientras más cantidad de caminos se requieran, mayor será la cantidad de recursos necesarios para invertir en la creación de infraestructura vial nueva, pero se tiene el problema de que los caminos que ya se encuentran en operación demandan una importante cantidad de recursos para mantenerlos en condiciones de servicio. Lo anterior, obliga a tomar decisiones que no necesariamente son las más adecuadas dado que se invierten grandes cantidades de recursos en un mantenimiento que no soluciona los problemas fundamentales de los caminos en operación y son recursos que deberían estar siendo utilizados para la creación de infraestructura nueva de acuerdo con las demandas que hoy en día se tienen en el país. Los caminos secundarios y rurales, generalmente reciben constantes mantenimientos que se traducen en gastos que no benefician a la región, dichos gastos, a través de una correcta planeación, se pueden convertir en inversiones que redituarían en el corto plazo al mantener el camino en buenas condiciones de servicio y en el mediano y largo plazo al dejar una estructura preparada recibir mayor volumen y peso de tránsito al colocar sobre de lo que ya se construyó una superficie de rodamiento con un material que garantizaría una vida útil mayor y finalmente a menor costo que las alternativas que comúnmente se utilizan con lo que se solucionarían los problemas de servicio del

camino y la inversión adecuada de los recursos realizada en el momento en el que la región lo demande. La alternativa clara para este tipo de caminos, es la de realizar la construcción de los pavimentos a medida que su importancia lo amerite disponiendo de los recursos a medida que se vayan necesitando sin tener que realizar grandes inversiones en una estructura que posiblemente se encuentre sobrada para los requerimientos del momento, pudiendo disponer de los recursos adicionales para invertirlos en obras nuevas o de mayor prioridad, teniendo a fin de cuentas ahorros en los flujos de efectivo del momento y en los flujos futuros al reducir de manera considerable los gastos de mantenimiento, conservando en todo momento los caminos en buenas condiciones de servicio y construyendo nueva infraestructura vial de calidad a través de una buena planeación. Éste es el concepto de los pavimentos progresivos. En nuestro país durante los últimos años se ha incrementado la utilización del cemento y el concreto en la construcción de pavimentos especialmente en carreteras federales y zonas urbanas, sin embargo siguen existiendo más de 229,000 Km de caminos sin pavimentar que se deterioran notablemente después de la temporada de lluvias y que son sujetos de ser reconstruidos o rehabilitados mediante pavimentos progresivos. El método de pavimentación progresiva rompe con el paradigma del alto costo de construcción inicial para lograr durabilidad en los caminos rurales y permite aprovechar las inversiones futuras para continuar con las etapas constructivas del pavimento en vez de erogar esos recursos en el mantenimiento propio de la vía. Por lo que viene a resolver la situación actual de los caminos rurales y secundarios. La recomendación de un camino rural de pavimentación progresiva aplica cuando: - Hay un alto potencial de crecimiento en volumen y peso del tránsito. - Esta ligado a un esquema de financiamiento a futuro. - Se requiere diferir la inversión inicial. - Se quiere evitar el círculo vicioso de gastos de mantenimiento.

Figura 2. Círculo vicioso de mantenimiento de un pavimento.

Dentro del concepto de pavimentos progresivos, se tienen una gran cantidad de alternativas para satisfacer las necesidades de un proyecto en particular. A continuación se presenta una gráfica comparativa de los costos relativos de inversión inicial, para diferentes alternativas, donde se puede apreciar que una reducción considerable en los costos de pavimentos progresivos tanto a corto como a largo plazo.

Figura 3. Comparativa de costos típicos relativos de diferentes alternativas.

También, mediante un análisis de proyecto a Valor Presente Neto (VPN) se puede reflejar que el costo relativo total del proyecto se reduce considerablemente durante el período de diseño. Este análisis incluye los costos de mantenimientos en los que se pueda incurrir para cada tipo de pavimentación. (El período de análisis es de 20 años con una tasa de 5%).

Figura 4. Costos a Valor Presente Neto.

En este análisis se puede apreciar que el concreto en sus diferentes alternativas, sigue siendo y por mucho, una mejor opción económicamente hablando, ya que existe una diferencia que representa, en la opción más económica, el 65% del costo de la de asfalto. Alternativa 1: La alternativa Uno es la aplicación en el primer año (año 0) de una base de suelocemento cuyo espesor depende del diseño del mismo (usualmente entre 15 cm y 20 cm) recubierta de un riego de sello. Posteriormente, aproximadamente entre el año 4 y 5 se le coloca un pavimento de concreto hidráulico diseñado con el espesor adecuado para soportar el tráfico vehicular futuro (generalmente entre 10 cm y 15 cm) quedando así, un camino con mayor capacidad de carga y de tránsito vehicular.

Figura 5. Alternativa 1.

A continuación se ilustra el procedimiento para la construcción del suelo-cemento.

Figura 6. Proceso constructivo del suelo-cemento.

Alternativa 2: Para la alternativa 2 al igual que la alternativa 1 se coloca en el primer año (año 0) en este caso una base tratada con cemento recubierta de un riego de sello, posteriormente entre el año 4 y 5 se coloca un pavimento de concreto.

Figura 7. Alternativa 2. Se ilustra a continuación el procedimiento de construcción de una base tratada con cemento.

Figura 8. Procedimiento constructivo de una base tratada con cemento.

Finalmente, en cualquiera de las alternativas antes mencionadas se coloca una superficie de rodamiento de pavimento de concreto hidráulico, en el año que corresponda, para terminar la construcción del pavimento progresivo, aprovechando siempre la estructura construida previamente para de ésta manera concluir el proceso de mejoramiento de la infraestructura que quedará en excelentes condiciones de operación para prestar un buen servicio durante largo tiempo con mínimos costos de mantenimiento durante su vida útil, resolviendo así el conflicto de la especificación técnica con los montos de recursos disponibles para su inversión, que con seguridad, será la mejor. Se ilustra a continuación, la construcción del pavimento de concreto hidráulico como etapa final de un pavimento progresivo.

Figura 9. Procedimiento constructivo de un pavimento de concreto hidráulico.

Para mayor información sobre el uso de nuestros productos, favor de llamar a la Unidad de Concreto México, Tel. 01 800 900 0 100.

5.3 FUTUROS DE LOS METODOS DE DISEÑO Actualmente se esta desarrollando una revisión a los métodos de diseño del AASHTO, se espera que La Guía de diseño de AASHTO salga en el año 2002 con los nuevos métodos y criterios para el Diseño Estructural de los Pavimentos. Los encargados de realizar estas investigaciones con los resultados de más de 300 tramos de pavimentos de concreto son: -

Investigador Principal: Sr. John P. Hallin Pavimentos de Concreto: Dr. Michael I. Darter

El Objetivo es desarrollar y entregar la guía AASHTO 2002 para el diseño de pavimentos nuevos y así como para la rehabilitación de pavimentos, basado en métodos mecanicistas – empíricos, y desarrollando un programa computacional (software) que apoye en el diseño. Los Alcances de estos trabajos son: -

El diseño de pavimentos nuevos La evaluación y la rehabilitación de los pavimentos existentes Los costos del ciclo de vida, tránsito y confiabilidad La calibración de los modelos

Los Beneficios de Seleccionar un método de diseño mecanicista son: -

Que puede tomar en cuenta todos tipos de carga, gradientes térmicos, y variaciones en la subrasante con temporada Que puede incorporar parámetros específicos (losa con sobreancho, base tratada, transferencia de carga, dimensiones de la losa) Cambios en la resistencia del concreto con edad El efecto de sistemas de drenaje

En general se pueden disenar pavimentos de concreto para todos niveles de tránsito, vida útil y de costo reducido. Algunas de las consideraciones tomadas en el desarrollo del método son:

-

La influencia del espesor de la losa

% Losas Agrietadas 80 60

La Prueba AASHO Extendida, 20 Millones de Ejes Equivalentes

40 20 0 200

225

250

275

300

325

Espesor de la Losa, mm

-

La influencia del tamaño de las losas

% Losas Agrietadas

25 20

Minnesota10 años

15 Michigan15 años

10 5

0

3

4.5

6

7.5

Longitud de la Losa, m

9

-

El comportamiento de las Juntas

Escalonamiento, mm

2.5

Sin Barras

2.0

Barra con Diámetro de 25 mm

1.5

1.0

Barra con Diámetro de 38 mm

0.5

0 0

5

10

15

Ejes Equivalentes (millones)

20

25

6. BIBLIOGRAFÍA 1..AASHTO. “AASHTO Guide for Design of Pavement Structures 1993” American Association of State Highway and Transportation Officials, 1993. 2..PCA. “Thickness design for Concrete Highways and street Pavements”. Portland Cement Association 1984. 3..PIARC. “Memorias del Octavo Simposium Internacional de Pavimentos de Concreto”. Permanent International Association of Roads Congress, Portugal, Lisboa 1998. 4..PURDUE. ”Proceedings of Sixth International Purdue Conference on Concrete Pavement - Design and Materials for High Performance” Purdue University Indianapolis, USA 1997. 5..Yang. H. Huang. “Pavement Analysis and Design” Prentice Hall Inc., New Jersey 1993. 6..TAC. “Pavement Design and Management Guide” Transportation Association of Canada. Ontario 1997. 7..IMCYC – FICEM. “Primer Foro Interamericano de Pavimentos de Concreto Hidráulico” Instituto Mexicano del Cemento y el Concreto – Federación Interamericana del Cemento. México 1998 8..Salazar, Aurelio. “Guía para el diseño y construcción de pavimentos rígidos” IMCYC México 1998. 9..ACPA. “Pavement Analysis Software” American Concrete Pavement Association” Illinois 1993. 10. ASTM. “Road and Paving Materials” American Society for Testing and Materials. Volume 04.03 USA 1997. 11. ACPA. “Pathways of the future” American Concrete Pavement Association. Concrete Paving Restoration, Resurfacing and Reconstruction. 1994. 12. Darter, Michael “Avances en la Guía de Diseño AASHTO del 2002” ERES Consultant Inc. México 1999. 13. PIARC. “Memorias del Vigésimo-primer Congreso Internacional de Carreteras”. Permanent International Association of Roads Congress, KualaLumpur, Malaysia 1999. 14. AASHTO. “Suplement to the guide for design of pavement structures” American Association of State Highway and Transportation Officials, 1998. 15. Crespo, Carlos. “Mecánica de suelos y cimentaciones” Editorial Limusa, México 1991. 16. Cal y Mayor, Rafael. “Ingeniería de Tránsito, Fundamentos y Aplicaciones” Alfaomega Grupo Editor, México 1998

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Cemex - Manual de Pavimentos de Concreto

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