Guía para el diseño y construcción

de pavimentos rígidos

lng. Aurelio Salazar Rodríguez

GUÍA PARA EL DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE PAVIMENTOS RÍGIDOS, 2da. EDICIÓN.

Autor:

lng. Aurelio Salazar Rodríguez

© 2015, Instituto Mexicano del Cemento y del Concreto, A. C.

Producción editorial:

M. en A. Soledad Moliné Venanzi

En esta publicación se respetan escrupulosamente las ideas, puntos de vista y especificaciones originales. Por

lo tanto, el Instituto Mexicano del Cemento y del Concreto, A. C. no asume responsabilidad alguna

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Av. Insurgentes Sur 1846, Col. Florida, México, D. F., C.P. O 1030

Miembro de la Cámara Nacional de la Industria Editorial. Registro# l 052

Primera edición: 1998

Impreso en México

ISBN 968-464-194-5

En la actual i dad, el tema de los pavimentos r ígidos ha venido adqui riendo importancia sustancial por varias razones. Si bien e l empleo de esta modal idad de pavimento se remonta al primer tercio de este sig lo, sobre todo en las v ia l idades urbanas, no ocurr ía lo m ismo en su ap l i cación en un contexto más general, como es el caso de las obras de t ipo i ndustr ia l , comercial y, sobre todo, en e l sector carretero.

Con la in troducción reciente en nuestro país de tecnología industr ia l izada para la construcción de pavimentos r ígidos se ha ven ido presentando la necesidad de entender' a caba l idad sus bases de p laneación, d i seño y construcción e i ncl uso las relativas a su mantenim iento y rehab i l i tación. Como en los países desarrol lados, la tecnología actual permite que la d i fe­rencia entre el costo i n ic ia l de secciones equ iva lentes en pavimentos flexib les y r ígidos ya no sea tan importante, cosa que en un pasado restr ingía el empleo más genera l izado de secciones r ígidas de pavimento.

En este orden de ideas, se puede mencionar que en prácti­camente todos los aná l i s i s económicos nunca se rea l izaba un anál is is de costo a largo p lazo, esto es,durante la v ida úti l de las obras, en donde se tomaran en cuenta las i nversiones i riiciales, las atr ibu ib les a la conservación para mantener los índices de servic io adaptables y consecuentemente las corres· pondientes a rehab i l i taciones y reconstrucciones.

En nuestra práct ica es común que enfrentemos e l proyecto y construcción de pavimentos r ígidos con herramientas téori­co-prácticas, lo que l i mi ta e i nc luso constituye un factor de obsolescencia. Ocurre también que l os documentos y l i teratu­ra especia l izada actual izada sobre el tema no siempre esté disponi bles para m uchos profesionales encargados de los tópi­cos arr iba mencionados. Asim i smo, es frecuente que encontre­mos que la l i teratura al respecto, por cierto abundante, se encuentre d ispersa, razón por la cual a lgunos proyectos no se completan con las mejores especificaciones relat ivas a cons­trucción y control de cal idad de los materia les asociados a la obra.

Prólogo Mediante la impart ic ión de cursos promovidos por e l

IMCYC sobre pavimentos r ígidos en muchas de las ci udades del país, el autor tuvo la oportun idad de escuchar y eva l uar las inqu ietudes y necesidades más frecuentes sobre este tema. En estos ta l leres de entrenamiento part ic ipaban ingen ieros y ar­qu itectos que ten ían la responsabi l idad de ejecutar d iseños, i nspecciones de obra, supervis ión y manten imiento de obras de pavimentación. Basado en lo anterior, esta obra pretende· conjuntar una serie de conocim ientos básicos eón que debe contar el personal profesional responsable de las tareas antes citadas. Se buscó en todo momento dar le un enfoque práctico para que su empleo sea versáti l dentro de lo pos ib le, y se trató de evitar aquel los planteamientos teóricos que, d icho sea de paso, se tratan con mayor r igor y profundidad en l ibros de texto existentes.

El l ibro bien pudiera d iv id irse en dos partes. En la primera, que comprende de los capítu los 1 al 6, se presenta la i nforma­ción básica con que debe contar un i nspector o residente de obra. Asim ismo, se tratan aspectos constructivos y apl icaciones comunes de pavimentos r ígidos, pri nc ipalmente de via l idades urbanas. En la segunda parte, capítu los 7 al 11, se presentan algunos aspectos teóricos y de d i seño úti l es para la p laneación, d i seño y construcción de pavimentos r ígidos .En la parte final se trata e l tema de rehabi l itación mediante reencarpetado de concreto h idráu l i co.

En e l capítu lo 1 se enumeran una ser ie de requ is i tos y defi ni ciones típicos en pavimentos r ígidos, señalándose en especial l a eva l uación geotécn ica necesaria para caracter izar las capas que forman el pavimento. El capítu lo 2 complementa al anterior, pues trata sobre los componentes básicos del concreto de cemento portland. Se pone especial énfasis en e l manejo y control de cal idad recomendados de los materiales.

E l capítu lo 3 se refiere a la apl icación de pavimentos de concreto de cemento portland en via l idades urbanas. En él se descr ibe de manera muy concisa las práct icas más recomenda­b les respecto a la fabricadón, transporte y tendido de mezclas.

1 1 1

Este capítu lo se vincula con el 4, en el cual se deta l lan las preparaciones de las capas que componen el pavimento. Si bien se matizan las secuencias para via l idades urbanas, los proced im ientos se pueden hacer extensivos para obras de pavimentación masivas, como es e l caso de carreteras, desde l uego con a lgunas variaciones. Con el fi n de redondear un poco más este trabajo, en el capítu lo 5 se presentan a lgunas gu ías de d iseño y construcción de pavimentos adoquinados, como una variante de los pavimentos r ígidos, aunque su comportamiento se asemeja más a l de t ipo flexible.

En e l capítu lo 6 se s i ntetizan los cri terios de diseño y construcción de pavimentos r ígidos en vialidades urbanas. Se proporcionan a lgunas ayudas de d iseño s impl ificadas, hacien­do s iempre h i ncapié en la necesidad de real izar estud ios más deta l lados según la importancia de las obras.

. En lo que pudiera considerarse la segunda parte, en e l : capítu lo 7 se presentan a lgunas consideraciones sobre e l com­portamiento y la respuesta de las losas de concreto sometidas a cargas externas y factores ambientales. Se i ntroduce a mayor deta l l e el papel de las j untas de planeación, necesar ias para un mejor funcionamiento y estética de l a s superficies de roda­miento. J unto con este tema, en el capítu lo 8 se trata el aspecto primord ial para el d iseño óptimo de una estructura de pavi­mento, a saber, el tránsito veh icu lar . Se muestran las tipologías rJe enfoques de anál i sis, su evaluación y proporciona una gu ía ;>ráctica que permite cuantificar los fáci lmente.

En los capítu los 9 y 1 O se describen dos de los métodos de d iseño más popu lares, e l de la American Association of State Highway Official s, AASHTO, y el de la Portland Cement

· Assoé:iation, PCA: e l primero de e l los es del tipo empírico mecanicista, y el segundo es francamente mecanicista. Resu l ta obvio decir que en la actual idad existen disponibles metodo­\ · logías de diseña· de natura leza muy variada, a lgunas incluso

1 soportadas en bases más r igurosas en cuanto a hipótesis de trabajo se refiere. Además., es un hecho afortunado que hoy d ía

IV

se cuente con herram ientas computaciona les especia les para el dimensionamiento y la eva luación de pav imentos,· no im­porta que éstos sean nuevos o si solamente se trata de eva l uar las estructuras existentes para su conservación y rehabil i tación.

Fina lmente, y por considerar lo de primer importancia para el caso de muchos países en vías de desarrol lo, se presenta un tema de tanta actualidad, como lo es e l de rahab i l itación de pavimentos dañados med iante sobrecarpetas de concreto. E l tema considera lo s l i neamientos genera les y vigentes de la AASHTO. Se bosquejan criterios de identificación de deterio­ros, reparación de superfic ies de rodamiento de concreto h idráu l ico y la eva luación de estructuras existentes con fines de rehab i l i tación, entre otros. Para poder d imensionar las sobrecarpetas, también se i ncl uye una secuencia deta l l ada paso a paso .

Gran cantidad de la i nformación presentada en este trabajo es de uso común en la l iteratura referente al tema, princ ipal­mente de i nstituciones orientadas, como son entre otras, la AASHTO, la PCA, la Amer ican Concrete Pa.vement Associa­tion, todas e l l as de Estados U n idos de Amér ica, y el IMCYC, representando a las i nstituciones mexicanas. También se ut i l i­zó la desarrol lada por otros colegas que amablemente d ieron su consentimiento para su empleo en este l i bro; sin embargo, es j usto mencionar que partes importantes y a lgunos capítu los se fueron gestando por la práctica profesional y la experiencia d idáctica del autor en d iversos proyectos y cursos de adiestra­m iento.

Finalmente, e l autor agradece sinceramente el apoyo brin­dado para e l fe liz término de este esfuerzo a l as autoridades del IMCYC, sin cuya contr ibución esta obra no hub iese sido posible. Mención especial de agradecimiento para el lng. Raú l Huerta Martínez, q uién pacientemente leyó y rea l izó sugeren­cias de manuscrito. A todos e l los m uchas gracias.

Otoño de 1 99 7

Semblanza del autor Aurel io Salazar Rodr íguez es i ngen iero civ i l egresado de la

Universidad Autónoma de S i na loa. Tiene grado de maestro en Mecánica de Suelos por la U NAM y créd itos completos para el estud io en I ngenier ía Estructural por la U niversidad Pol itéc­nica de Brook lyn, E .U .A.

E l desempeño profesional de su carrera lo ha l l evado a cumplir puestos de responsabi l idad v incu lados con la Geotec­nia y nuevos proyectos constructivos. Su interés por las estruc­turas proviene desde que comenzó su actividad profesional como i ngen iero de proyecto, se ha venido acrecentando con el paso de los años, por lo que ha l levado al ingeniero Salazar incl uso más a l l a de las fronteras en busca de conocim ientos más só l idos. Actua lmente desempeña con ah ínco sus activida­des en e l lnsituto Mexicano del Cemento y Concreto, en cal idad de Coord i nador de Asesor ías en Vías Terrestres,m ismos que incl uyen entre otros l a d ifusión de temas relacionados con su especia l idad, así como la supervis ión de proyectos carrete­ros uti l izando pavimentación r ígida.

Hoy, su denuedo y tesón cu lm inan en este l i bro, donde se reúnen sus i nvestigaciones, experiencias y conocim ientos so­bre un tema que le apasiona y que revi ste importancia primor­d ia l para el desarro l lo via l de nuestro país.

E l I nst ituto Mexicano del Cemento y del Concreto, A. C. , se complace en presentar a toda la comunidad de _ i ngenieros esta obra, "Guía para e l d iseño y construcción de pavimentos r ígidos", que estamos seguros será de uti l idad a cualqu ier n ivel , desde el estud iante que i n icia su carrera hasta el profesional que requiere de una obra de consu l ta veraz, escr ita en su id ioma y dentro de los parámetros de su ambiente cotidiano.

Estamos seguros de que esta obra satisfará las expectativas que su publ icación suscite como l i bro de consu l ta y cumpl irá con los objetivos p lanteados por su autor. I nvitamos cord ial­mente a todo lector a adentrarse en sus páginas y a hacer de nuestro conocim iento sus observaciones y sugerencias.

V

Capítulo 1. Introducción

1 . 1 ESTU D IOS PREL IMI NARES

1 . 1 . 1 Tránsi to veh icu lar . .

1 . 1 .2 Geotecn ia del s i t io . .

1 .2 PROPI EDADES DE LOS SUELOS

1 .3 CAPAS DE U N PAVIMENTO . .

1 .4 REQU IS ITOS DE LAS CAPAS DE APOYO .

1 .5 CONTROL DE CAL IDAD DE TERRACERIAS

Capítulo 2. Componentes del concreto

2.1 CEMENTO . .

2.2 AGREGADOS .

2.3 AGUA . . . . .

2.4 ADITIVOS . . .

2.5 CONTROL DE CAL IDAD (AGREGADOS Y CEMENTO)

Capítulo 3. Concretos para vialidades urbanas

2

2

2

3

6

6

8

1 1

1 1

1 2

1 2

1 4

Conten ido 4.3 BASES DE SUELO-CEMENTO . . . .

4 .3 . 1 Ensayes de laboratorio comunes 4.3 .2 Otros métodos aproximados . . 4.3 .3 Secuencia deta l lada . . . . . . . 4 .3 .4 Proporcionamientos aproximados y personal requerido . . . . . . . . . . . .

4 .3 .5 Control de cal idad, criterios genera les

Capítulo 5. Calles con adoquines

5 . 1 . CRITERIO DE DISEÑO . . . 5 . 2 SOLUCIONES T IPICAS . . .

5 .3 EQU I PO DE I NSTALACION 5 .4 PROCEDIMIENTO CONSTRUCTIVO

5 .4. 1 Preparación del s i t io . . 5.4.2 Colocación de adoqu i nes 5 .4.3 Restr icción de ori l las 5 .4 .4 Compactación . . . . . . 5 .4 .5 Termi nado . . . . . . .

5 . 5 RESTITUCION DE ADOQU I N ES EN ZONAS DE REPARACION . . . . . . . . . . . . . .

. 23

. 24

. 25

. 3 2

. 34

. 35

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. 38

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. 40

. 40

. 40

. 40

. 43

. 45

3.1 PREPARACION Y TRANSPORTE 1 5 5 .6 REQU IS ITOS Y CONTROL DE CALI DAD . 46

. 47 3 .2 CARGA Y MEZCLADO .

3.3 DOS IF ICACION . . . . .

3.4 CONTROL DE CAL IDAD

Capítulo 4. Vialidades urbanas Preparación de las capas de apoyo

4. 1 EQU I PO . . . . . . . . . . . . ·.

4.2 SECUENCIA CONSTRUCTIVA

4.2 . 1 Capa sub-base

4.2 .2 Capa base . . . . . . . . . . .

1 7

1 7

1 9

5 . 7 CONSERVACION . . . . . . . . . . . . . . 48

Capítulo 6. Pavimentos de concreto hidráulico en vialidades urbanas

6 . 1 METODOLOGIAS DE DISEÑO .

6 .2 SOLUCIONES T IP ICAS . . - . . . 2 1 6 .3 REQU IS ITOS D E RESISTENCIA . 2 2 6.4 CONSTRUCCION . . . . . . .

2 2 6 .5 EQU I PO . . . . . . . . . . . . 2 3 6 .5 . 1 De fabricación del concreto .

. 49

. 5 1

. 5 1

. 53

. 53

. 53

VII

6.5 .2 Transporte de la mezcla . . . . . . .

6 .5 .3 De co locación . . . . . . . . . . . . 6 .5 .4 Equ ipo para el termi nado superficial .

6 .5 .5 Equipo para juntas . . . . . . . .

6 .6 PROCEDIMI ENTO CONSTRUCTIVO .

6 .6 . 1 Actividades pre l im inares . . 6 .6 .2 Transporte de mezclas . . .

6 .6 .3 Colocación y compactación

53

53 55

56

56

56 57 58

6 .6.4 Termi nación y texturizado . 58

6.6.5 Curado . . . . . . . 59

6 .7 J U NTAS DE CONTROL . . . . . 59

6 .7. 1 Se l lado de juntas . . . . . . 60 6.8 EQU IPO DE PAVIMENTACION ( CARRETERAS ) 60

· 6.8 . 1 Descripción del equ ipo 6.8 .2 Texturizado y curado . . . . .

6.9 CONTROL DE CAL IDAD . . . . . .

60

63

64

7. 1 2 H IDRODI NAMICA DEL PROBLEMA DE BOMBEO O "PUMPI NG" . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 1 7 . 1 3 DRENAJE E N E L CONJU NTO SU B-BASE-ACOTAMI ENTO- LOSA . . . . . . . . . . . . . 92

Capítulo 8. Cargas por tránsito

8 . 1 TRANSITO F IJO . . . . . . . . . . 95 8 .2 VEH ICU LO F IJO . . . . . . . . . . 95

8 .3 VEH ICU LO Y TRAF ICO VARIABLES . 95

8.4 ANALIS IS DE DAÑO, CONCEPTO G E NERAL . 95

8.5 CARGA DE U NA LLANTA SENCI L LA EQU IVALENTE 97

8.6 FACTOR DE EQU IVALENCIA DE CARGA POR EJ E . 97

8.7 ANALIS IS DE TRAF ICO . . . . . . . . . . . . . . . . 97

Capítulo 9. El método AASHTO para pavimentos rígidos

6.9 . 1 Control de ca l idad del concreto 64 9 . 1 DESCRI PCION DEL METODO 1 1 o 1 1 3

1 20

1 22

6.9 .2 Criterios de aceptación . . . .

6 .9 .3 Control de espesores . . . . . .

6 .9 .4 Tolerancias en la rugosidad superficial . 6. 1 0 CONSERVACION . . . . . . . . . . . .

Capítulo 7. Esfuerzos y deflexiones en pavimentos rígidos

7. 1F LEXION EN U NA PLACA I N F I N ITA 7.2 ESFUERZOS DE ALABEO EN UNA LOSA F I N ITA .

7.3 ESFUERZOS POR CARGAS DE TRAF ICO . . . 7 .3 . 1 Carg� Inter ior .

7 .3 .2 Cargas en ori l las . . . . . . . . 7 .3 .3 L lantas Dobles . . . . . . . . .

7.4 ESFUERZOS DEB I DOS A FRICCION 7.5 CAMB IOS VOLUMETRICOS EN EL CONCRETO

7.6 MOVIMIENTOS DE J U NTAS . . . . . . . . . . 7. 7 ESFUERZOS EN E L ACERO . . . . . . . . . . 7.8 PASAJU NTAS Y D ISTRI BUCION DE J U NTAS .

7 .8 . 1 Diseño de pasajuntas . . . . . . .

7 .8 .2 Acción de grupo de las pasajuntas .

7 .8 .3 Diseño de j untas . . . . . . . . . .

7.9 SELLANTES . . . . . . . . . . . . . . . . . .

7. 1 0 DESCRIPCION DE MATERIALES SELLANTES

67 9.2 FACTORES DE D ISEÑO . . . 68 9.3 EMPLEO DE G RAF ICAS DE D ISEÑO . 69 9.4 DISEÑO GEOMETRICO . . . . . 70

Capítulo 1 O. Método de la PCA

1 0. 1 ANTECEDENTES Y DESCRI PCION DEL METODO 1 3 1 1 0.2 TRANS ITO . . . . . . . . . . .

72 1 0. 3 FACTORES DE SEG U RI DAD . . 72 1 0.4 RES ISTENCIA DEL CONCRETO . 74 1 0.5 CRITERIO DE FATIGA . . 75 1 0.6 . CRITERIO POR EROSION . · . . 76 1 0. 7. ACOTAMI ENTOS . . . . . . . 76 1 0.8 PROCEDIMI ENTO S IMPL IF ICADO 76 DE D ISEÑO, PCA . . . . . . . . . . .

77 77 78 80

80

8 1

8 1

84

Capítulo 1 1. Rehabilitación de pavimentos por medio de sobrecarpetas

1 1 . 1 I NTRODUCCION . . . . 1 1 .2 SELLO . . . . . . . . . .

1 1 .3 REPARACIONES DE LOSAS DE CONCRETO EN TODA LA PROF U N D I DAD . . . . . .

1 1 .4 REENCARPETADO . . . . . . . . . . . . . . .

1 35

1 35 1 4 1

1 4 1 1 42

1 43

1 46

1 57

1 57

1 58

1 6 1

1 1 .4 . 1 La conveniencia del refuerzo . . . . . . . 1 62 Y ENSAYES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88 1 1 .5 CONS I DERACIONES IMPORTANTES EN EL D ISEÑO

7. 1 0. 1 Materia les de sel lo . . . . . . . . . . . 88

7. 1 1 REFLEXIONES ADICIONALES SOBRE TRANSFEREN-CIA DE CARGAS (PAVIMENTOS CON PASAJ U NTAS) 89

VIII

7. 1 1 . 1 Problemas relacionados con juntas . 89

7 . 1 1 .2 Algunas recom��daciones 7. 1 1 .3 Prob lemas potencia les

90 90

DE SOBRECARPETAS* . . . . . . . . . . . . 1 62

1 1 .5 . 1 Reparación previa a la sobrecarpeta 1 63

1 1 .5 .2 Medidas para el control de reflexión de grietas . . . 1 63

1 1 .6 CARGAS DE TRANS ITO . 1 63 1 1 . 7 SUBDRENAJ E . . . . . . . 1 64

1 1 . 7. 1 Roderas en pavimentos CA . . . .

1 1 . 7.2 Fresado de una superfic ie de CA .

. 1 65

. 1 65

1 1 . 7. 3 Reciclado del pavimento existente . 1 65

1 1 .8 COMPARACION ENTRE SOBRECARPETAS CON FUNCION ESTRUCTURAL - FU NCIONAL . . . . . . . 1 65

1 1 .9 ACOTAMIENTOS . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 66

1 1 . 1 0 DURAB I L I DAD DE U NA LOSA CCP EXISTENTE . 1 66

1 1 . 1 1 J U NTAS EN SOBRECARPETAS CCP . . . . . . . 1 66

1 1 . 1 2 REFUERZO DE SOBRECARPETA DE CONCRETO 1 66

1 1 . 1 3 CAPAS DE ADHERENCIA Y SEPARADORAS EN SOBRECARPET AS DE CONCRETO . . . . . . . . . . . 1 66

1 1 . 1 4 N IVEL DE CONF IAB I L IDAD DEL DISEÑO DEL SOBRECARPETA Y DESVIACION ESTAN DAR PROMEDIO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 66

1 1 . 1 5 AMPLIACION DEL PAVIMENTO . . . . . . . . . 1 67

1 1 . 1 6 ERRORES POTENCIALES Y POS IBLES AJ USTES EN E L PROCEDIMIENTO PARA E L DISEÑO DEL ESPESOR . . 1 67

1 1 . 1 7 EJ EMPLOS DE D ISEÑOS Y DOCUMENTACION . 1 68

1 1 . 1 8 EVALUACION DE PAVIMENTOS PARA E L DISEÑO DE SOBRECARPET AS . . . . . . . . . . . . 1 68

1 1 . 1 8 . 1 Diseño de una sobrecarpeta a lo largo de un tramo . . . . . . . .

1 1 . 1 8 . 2 Eva l uación funcional de un pavimento existente . . . . . .

1 1 . 1 8 . 3 Eva l uación estructural del pavimento existente . . . .

1 1 . 1 8 .4 Módu lo de res i l i encia Mr y su determ i nación para d i seño . . .

·1 1 . 1 9 METODOS DE D ISEÑO . . . .

1 1 . 1 9 . 1 Enfoque de espesores efectivos

1 1 . 1 9 . 2 Enfoque por deflexiones . . . .

1 1 . 1 9 .3 Enfoques empír ico-mecanísticos

1 1 . 1 9 .4 El método de la PCA . . .

1 1 . 1 9 . 6 Sobrecarpetas de concreto

. 1 68

. 1 69

. 1 70

. 1 73

. 1 74

. 1 75

. 1 75

. 1 75

. 1 76

adheridas . . . . . . . . . . . . . . 1 8 1

1 1 .2 0 SOBRECARPETAS ADHER IDAS DE CONCRETO DE PCSJ PCCP, PCCPyR, Y PCCR . . 1 82

1 1 .20. 1 Viab i l idad . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 82

1 1 .20.2 Reparaciones previas . . . .

1 1 .20.3 Control de reflexión grietas .

1 1 .20.4 Subdrenaje . . . .

1 1 .20.5 Diseño del espesor

1 1 .20.6. Acotamientos

1 1 .20.7 . J untas . . . .

1 82

1 82

1 83

1 83

1 9 1

1 9 1

1 1 .20.8 Proced im ientos de adhesión y mater ia les . 1 9 1

1 1 .20 .9 . Ensanches . . . . . . . . . . . . . . . . 1 92

1 1 .2 1 SOBRECARPETAS NO ADHERI DAS DE CCP, CSP Y CCR , DE CCP, CSP , CCR 1 92

1 1 .2 1 . 1 Viab i l idad . . . . . . . . . . . . . . . 1 92

1 1 . 2 1 .2 Reparaciones previas a la sobrecarpeta .

1 1 .2 1 .3 Control de reflexión de gr ietas

1 1 .2 1 .4 Subdrenaje . . . .

1 1 .2 1 .5 Diseño del espesor

1 1 .2 1 .6 Acotamientos

1 1 .2 1 . 7 J untas .

1 1 .2 1 .8 Refuerzo

1 92

1 93

1 93

1 93

1 9 7

1 9 7

1 98

1 1 .2 1 . 9 Capa de separación-compensación . 1 98

1 1 .22 SOBRECARPETAS PCCP, PCSP, PCCPYR ,Y PCCR SOBRE U N PAVIMENTO ASFALTICO "Wh itetopping" . 1 99

1 1 .2 2 . 1 Viabi l idad . . . . . . . .

1 1 .22 .2 Reparaciones pre l im inares

1 1 .22 .3 . Control de reflexión de grietas .

1 1 . 22 .4 Subdrenaje . . . .

1 1 .22 .5 Diseño del espesor

1 1 .22 .6 . Acotamientos

1 1 . 2 2 . 7. J untas . . .

1 1 .22 .8 . Ampl iación

Lista de s ímbolos . . . .

1 99

1 99

1 99

1 99

1 99

205

205

205

207

IX

Para el i ngen iero de obra civi l , supervisores e inspectores de obra, en ocasiones resu l ta necesario contar con i nfor­

mación oportuna y de fác i l ap l icación, a fi n de dar respuesta inmediata a los problemas cotid ianos en el campo. E l lo es particularmente c ierto en problemas de obra civi l en donde las prácticas o estándares, s i b ien exLtentes, no son lo acces ib les o específicos que el i ngen iero de campo qu i siera. Esto es muy común en el d imensionamiento y la construcción de pavimen­tos de concreto, tanto en áreas urbanas como en caminos, en donde la 1 iteratura acerca de los cri terios de ejecución de pavimentos es muy d ispersa. S i bien existen reglas de d iseño y construcción que siguen r igiendo ta les rubros a través de los años, también lo es que gran variedad de prob lemas de d imen­sionamiento de espesores de problemas, así como su construc­ción, se pud ieron haber evitado si se hubiese contado con información oportuna y expedi ta, basada en prácticas ingen ie­ri les razonables.

E l presente vol umen tiene como objetivo cubrir la separa­ción que preva lece entre los p lanteamientos puramente teóri­cos de d i seño y las reglas meramente empír icas con que frecuentemente se resue lven estos prob lemas.

En la pr imera parte se presentan los l i neamientos genera les de d iseño y construcción de pavimentos de concreto h idráu l i­co a ser constru ido en ca l les de zonas residencia les, calzadas, patios de bodegas, etc. Se hace especial énfasis en el aspecto práctico de cada uno de los conceptos que in tervienen. Cuan­do es necesario, se sugiere l i teratura especial para a lgunos tóp icos determ inados, de manera que a lgunas prácticas de diseño y construcción de los pavimentos r ígidos queden ple­namente aprobadas y j ustificadas desde el punto de vista teórico y dentro de ju icios i ngen ier i les racionales. En la segun­da parte se d iscute el d i seño de pavimentos de manera más formal .

Los primeros capítu los de esta ed ición s e centrarán funda­mentalmente en obras de pav imentación relativamente peque­ñas, dejando de lado los procesos más r igurosos que se

Capítulo 1

Introducción requieren tanto e n e l d iseño como e n l a construcción de carreteras y autopistas. De esta manera, se pretende aportar al constructor, i nspector e inc luso a l personal técnico y de cam­po, bases i ngenier i les sanas y de apl icación senci l la para ayudar a la toma de decisiones.

En la segunda parte, a partir del capítu lo 7, se proporcionan l i neamientos generales relativos a l d iseño y la construcción de pavimentos. Se hace especia l mención del . caso de las carrete­ras y en vista del gran in terés e importancia que revisten en nuestro país la eva luación y rehab i l i tación de las via l idades y carreteras, en el capítu lo 1 1 se presentan a lgunas- ideas y prácticas recomendables acerca del reencarpetado con concre­to h idráu l i co. Esta parte del l ibro se apoya en los l ineamientos estab lecidos por ASSHTO.

A parti r del capítu lo 12 se i ntenta mostrar de manera senci l la y resumida los cri terios y requer im ientos bás icos para lograr una buena ejecución de banquetas, guarn iciones, p isos, pasajes peatona les y pavimentos, empleando para e l lo concre­tos de buena ca l idad .

Respecto a este ú ltimo punto, se proporcionan los pautas generales para su correcta e laboración, supervisión y manten i­miento.

En la medida de lo pos ib le se hará referencia a las normas de cal idad que r igen los componentes del concreto, así como las de las mezclas una vez rea l i zadas.

Sin embargo, se recomienda que el encargado del d i seño y la construcción de los proyectos coteje las recomendaciones aqu í vertidas con lo d i spuesto en el reglamento de las cons­trucciones loca les o agencia de cami nos de la entidad en donde se rea l i ce e l proyecto, de manera que los estándares de ca l idad de los materia les y la ejecución de obra coi ncidad con lo estipu lado en tal normatividad.

Capítulo 1

1 . 1 ESTU DIOS PRELIMI NARES

Antes de i n iciar cualqu ier proyecto de pavimentación se deberán tener en cuenta, específicamente para el área, tramo o zona a constru i r, las s iguientes consideraciones:

* Tránsito vehicu lar de la cal le, crucero, patio, corredor, etc.

* Condiciones del terreno de apoyo.

* Descr ipción y especificaciones de materia les para la fabr icación del concreto.

* Confiabi 1 idad del proyecto.

* Diseño geométr ico.

1 . 1 . 1 Tránsito vehicular

En la med ida de lo pos ib le, todas las secciones para pavi­mentar deberán estar d imensionadas de acuerdo con aforos de tránsito confiab les. Se sugiere que cada mun icipio, cuerpo técn ico de la entidad federativa i nteresada o i nstitución encar­gada del proyecto, proceda al conteo del t ipo y la d i str i bución de veh ículos. Para e l lo se deberá conocer c laramente e l ti po, pesó y caracter ísticas de estos ú l timos. Se deberá poner espe­cial atención a las probables sobrecargas por ejes de los camiones.

Dado que las cond iciones de tránsito son d i sti ntas para cada zona en particu lar, aun dentro de una misma ciudad, es d ifíc i l t ipificar las mediante e l empleo de tab las, debido más que nada a las condiciones var iables de crecimiento poblacional y de la actividad económica particu lar i nherente a cada zona urbana.

Cuando se obtienen aforos vehiculares de manera ruti nar ia en l ugares y via l idades perfectamente identificados, sí es posi­·ble e laborar tab las que muestren e l t ipo de ca l le, peri férico, eje via l , patio de man iobra, etc., y los vol úmenes de tránsito tanto actuales como aquél que el pavimento tendrá que soportar a lo largo de la vida del proyecto. Para e l lo se establecerán los factores de proyección resu l tantes a l adoptar las tasas de crecimiento anual previstas.

U na vez real izado lo anter ior, se verá la conveniencia de transformar los pesos por eje de veh ícu los a pesos por ejes equivalentes de 8.2 ton, a fi n de cuantificar las cargas de tránsito heterogéneo en términos de ejes senci l los ya normal i­zados. Para e l lo se emplearán los factores de equ ivalencia que consigna la ASSHTO 1 • Cuando ya se conoce e l número total de ejes senci l los acumu lados de 8.2 ton en la vida del proyecto, se procede a t ipificar normalmente los suelos existentes en la zona. desti nada para la construcción, as í como las característi­cas. del concreto que

·se empleará. Para proyectos pequeños

existen tablas y/o gráficos que muestran los espesores sugeridos para ciertas características del concreto a emplear y del terreno de apoyo. En e l capítu lo 8 se ana l izan con mayor deta l l e e l aspecto de tránsito y los factores de equiva lencia.

2

Introducción

Posteriormente se d i scutirán qe manera general los aspectos más relevantes para el d iseño de pav imentos, a saber, suelos de apoyo y t ipos de concreto a emp lear. Más adelante se anal izarán y subd ividirán las recomendaciones de d iseño y construcción para cada t ipo de proyecto.

1 . 1 .2 Geotecnia del sitio

E l t ipo de suelos existente en e l s i t io determ inará en gran med ida la estructura del pavimento a constru i r . Así, en la gran mayoría de los casos, por cond iciones de trazo geométr ico, topografía y cal idad de los suelos natura les de apoyo, es necesario colocar una capa de trans ic ión sobre la cual se construyan las losas de concreto. Esta capa general mente será de mejores características de resi stencia y de deformación que los suelos existentes en la zona.

Por considerar de importancia de l i near aqu í a lgunos cri te­r ios de identificación y clasi ficación de l os ti pos de suelo más comunes encontrados, a conti n uación se descri ben los suelos de acuerdo con e l S i stema U nifi cado de Clas ifi cación de Suelos, SUCS.

Suelos gruesos

GW- Gravas bien graduadas. Mezclas de arena y gravas, práct icamente s i n f i nos . E l coefic i ente de u n i form idad, Cu= D6o I Dro, es mayor a 4, y e l coeficiente de curvatura, Ce=( 030 )2/ D 1 0 x D6o está comprendido entre 1 y 3 .

GP- Gravas mal graduadas. Consisten también de mezclas de arena y grava, pero este materia l no cumple con los requ i­s itos de d i str i bución granu lométri ca defi n idos por los coefi­cientes anteriores.

Este t ipo de materia les se encuentra prácticamente l i bre de finos ( l imos o arci l las) .

·

CM- Gravas limosas. Son mezclas de grava y arena con l imo. La parte fina, o sea los l imos, tiene l ím ites de p lastic idad que los sitúan bajo la l ínea "A" de la carta de p lasticidad propuesta por Casagrande. ·

GC- Gravas arcillosas. Mezclas de grava, arena con arci l la. Sus l ímites de cons istencia, l íq u ido y p lástico, se s itúan por encima de la Línea "A" de la carta de p lasticidad. El índ ice de plasticidad, defi n ido como la d iferencia entre los l ím ites l íqu i­do y p lástico, es mayor que 7 .

SW- Arenas bien graduadas, arenas con gravas con poco o nada de finos. Cu> 6, 1 <Ce< 3 .

SP- Arenas mal graduadas, arenas con gravas, con muy poco o nada de finos. Los coefic ientes de un iform idad\ y curvatura no cumplen según lo i nd icado para las arenas bien graduadas.

SM- Arenas limosas. Los l ím ites de p lasticidad (o de Atter­berg) se s i túan por debajo de la l ínea "A", l p < 7.

Introducción

SC- Arenas arcillosas. Mezclas de arci l las y arena. Los l ímites de p lasticidad se loca l izan por arr iba de la l ínea "A". E l índ ice de p lastic idad, l p > 7.

Dependiendo del contenido de fi nos2' los mater ia les grue­sos se c lasifican como s igue:

Menos de 5% GW, GP, SW, SP

5a 1 2% Se requieren dobles s ímbolos. Condiciones de frontera.

Más del 1 2% GM, GC, SM , se

Suelos finos de baja plasticidad (límite líquido menor a 50 %)

ML- L imos inorgán icos y arenas muy fi nas, ta lco de roca, arenas l imosas o l imos arci l losos con p lasticidad moderada.

CL- Arci l las i norgán icas de p lasticidad baja a med ia, arc i l l as con gravas, arci l las arenosas.

OL- Limos orgán icos, arci l las l imosas orgánicas de baja plasticidad.

Suelos de alta plasticidad (límites líquidos mayores a 50 %)

MH- Limos i norgán icos, arena muy fi na, micácea.

CH- Arci l las inorgán icas de a l ta p lasticidad

_OH- Arci l las orgánicas de mediana p lasticidad. L imos orgá­nicos.

Pt- Turbas y otros suelos a l tamente orgánicos.

Los anteriores símbolos se obtienen entrando a la carta de plasticidad del SUCS ·en cua lqu ier texto de Mecánica de Sue­los. Al fi nal de l capítu l o 1 O aparece una clasificactón de suelos de acuerdo a la AASHTO.

1.2.1 Definiciones

Límite líquido, LL: es el estado del suelo cuando se comporta como una pasta fl uida. Se define como e l

. conten ido de agua necesar io para que, a un determ i nado número de go lpes (normal­mente 2 5), en la copa de Casagrande, se cierre 1 .2 7 cm a lo largo de una ranura formada en un suelo remoldeado, cuya consistencia es la de una pasta dentro de la copa. Las d imensiones del ranurador están norma l izadas. En su parte i nferior tiene un ancho de 2 mm, mientras que en su parte superior es variable. La a l tura del suelo ensayado dentro de la cápsu la es de 8 mm. Conociendo de tres a cuatro contenidos de agua en la vecindad del mencionado l ímite, con sus respectivos números de golpes, se traza una curva Lag de Nº de gol pes - Hume.:.

Capítulo 1

dad. La ordenada correspondiente a la abcisa de los 25 golpes representa el contenido de agua que define al LL.

Límite plástico, LP: estado l ími te del suelo ya un poco endu­recido, pero s in l legar a ser semisó l ido� Se obtiene formando un rol lo de suelo de J mm de diámetro, al que se determinará e l contenido de agua cuando empiece a mos­trar desmoronamientos. La manera de ob­t e n e r e s te co n te n i d o d e a g u a e n laboratorio es como sigue: s e forma un ci l i ndro de sue lo de 3 mm de d iámetro y se enrol la sobre una superficie dura y cu­bierta de papel , tota lmente seca, o sobre una placa de vidr io, para ace lerar la pérd i­da de agua. Los rol I i tas se hacen de mane­ra sucesiva en una misma muestra hasta que se obtengan los 3 mm. Luego se pre­siona para formar una pasti l la . Se reinicia y se forma otra vez el ro l l i to, de manera que el ci l i ndro presente agrietamiento cuando a lcance los 3 mm de d iámetro. E l contenido de agua determinado una vez a lcanzado este estado se conoce como el Límite P lástico.

Indice plástico: es la d iferencia 'a lgebraica entre los l ími tes -l íqu ido y p lástico. U.:- LP.

Permeabilidad: se puede defin ir como la faci l idad con que el agua circu la a través del suelo. Se expresa en térm inos de velocidad de fl ujo, y de acuerdo con la ley de Darcy para fl ujo laminar:

V= k · i

Donde:

i = gradiente h idrául ico, el cual se define como la relación que guarda la diferencia de las alturas piezométricas entre dos puntos de la masa de suelo dividida entre la d istancia que los separara

k= coeficiente de permeabi l idad defin ido según la ley de Darcy, en un idades de longitud/tiempo.

La siguiente tabla. nos da una idea de los rangos típicos de los valores del coefidente k, en cm/seg:

102 10º 10-3 10-7 10-9

G ravas l i m- Gravas l impias y M ez c l as d e Arcil las pias, GW, GP mezclas de are- arena l imosa, 1

ria, GW, GP, SW, SM, SL, se SP, SM

1 .2 PROPI EDADES D E LOS SU EL.OS

Granulometría: es la propiedad que tienen los suelos naturales de mÓstrar d i ferentes tamaños en su composi- ·

ción. 1Su determi nación en laborator io es \ como s'igue: se toman las mezclas a ana l izar y

3

Capítulo 1

se pasan por mal las de aberturas conocidas de acuerdo con las normas3 ya establecidas para este propósito. Después se pesa el material retenido en cada una de las mal las y se grafican los resultados, formándose así una curva entre los tamaños de las partícu las y los porcentajes en peso que pasan una mal la dada. Los tamaños inferiores a la mal la 200 se consideran finos. La úl tima porción granulométrica se puede obtener por lavado en lugar de usar todas las mal las. Si se pretende obtener la graduación de esta porción fina, e l lo se hará mediante la prueba del hidró­metro. 4

Resistencia a la degradación: es la propiedad de los materia­les que i nd ica el grado de des in­tegrac ión y descompos ic ión que sufren las partículas de l sue­lo al ser sometidas a d iferentes agentes de intemperismo fís ico o a cargas por tránsito. Con res­pecto a los materiales gruesos, su determinación se basa en el método de prueba con la má­qu ina de los Angeles5 (ASTM C-53 5, y ASTM C-1 3 1 o AAS­HTO T-96 para partículas pe­queñas ) .

Resistencia del terreno de apoyo

Para determinar las características de resistencia y de esfuer­zo-deformación de los materia les de apoyo, será necesario investigar los por cualqu iera de los siguientes métodos:

*.Por penetración (prueba del Valor Relativo Soporte)

* Por resistencia al esfuerzo cortante (mediante pruebas tr iaxiales, por ejemplo)

* Por apl icación de cargas (ver, por ejemplo, la determ i­nación del módulo de reacción).

La descripción de cada una de esas pruebas está fuera de los a lcances de este trabajo. Para tal propósito se recomienda consu ltar por ejemplo la Ref. 66. Sin embargo, por considerar lo de u n uso más general izado, a conti nuación se define e l . concepto del Valor Relativo Soporte, VRS, como i nd icativo de las propiedades de resistencia y deformación del terreno de apoyo de los pavimentos.

Valor Relativo Soporte: se defi ne como la relación entre la presión necesaria para penetrar los pri­meros 0.25 cm en un material de prue­ba y la presión requerida para penetrar la m isma cantidad en un materia l de características conocidas, adoptado como referencia. Este material suele ser de piedra tri turada. La prueba bási­camente es una del tipo de penetra­ción, en la que un vástago de 1 9.4 cm2 de área se hace penetrar en un espéci­men de suelo en una proporción de 0. 1 2 7 cm/min . Se miden las cargas

4

Introducción

apl icadas necesarias para penetraciones del vástago de 0.25 cm. En e l material de referencia, o patrón, se apl ican las siguientes presiones para las correspond ientes penetraciones:

0.25 0.70

0.50 1 05

0.75 1 33

1 .00 1 61

1 .25 1 82

Los valores mín i mos aceptados de VRS saturados por las Normas de Cal idad de la S .C.T. deben ser iguales o superiores a 50%.

Ensayes de compactación: med iante estas pruebas se i nvestiga el peso específico seco máximo para d i sti ntos conten idos de agua q ue contengan los suelos ensaya­dos.

Prueba de placa en campo: mediante este ti po de ensayes po­dremos obtener entre otras cosas, el mód u l o de reacción, k, de las capas de apoyo. N ormal mente, éste se determina empleando una p laca de 76.2 cm de d iámetro. Es común emplear u na serie de p la­cas api ladas para m i n i mizar los efectos de flexión. Estas p lacas ac­cesorias son de 45 y 60 cm. En nuestro país, por otro lado, se han empleado p lacas de 30 cm de d iá­metro para obtener las capacida­des de carga superficial y también los mód u los de reacción. La carga se apl ica por medio de gatos h i­dráu l icos. Como elemento de re­acción se puede uti l izar u na viga q ue a su vez se sujeta a la parte inferior de un cam ión pesado que sirve como contrapeso.

Como elemento de carga entre viga y p laca se puede colocar un fragmento de tubo rígido, e l cual será accionado con fuerza y hacia arr iba por e l gato h idráu l ico, y la reacción correspondiente, hacia abajo, se ap l ica d i rectamente sobre la placa de prueba. Los desp lazamientos vert icales se m iden mediante tres micrómetros (extensómetros) separados a 1 20° entre sí. Los puntos de apoyo de la v iga de med ición, sobre la cual miden los extensómetros, deben estar lo más retirados del l ugar de carga, a no menos de 5 m (Fig. 1 . 1 ) .

Es común apl icar una presión constante hasta que el n ivel de esfuerzos alcanza 0. 7 kg/cm2• La carga se deja constante hasta que la deformación se estab i l ice y no sobrepase 0.025 mm por m i n uto en tres m i n utos consecutivos. Se toma el

Introducción

Arena ae

ato hidráulico

Soporte de los extensómetros

,\\\\\ = ,,,,,,,

Figura 1 .1 Prueba de placa en campo

promedio de las tres lecturas de m icrómetro. El módulo de reacción q ueda defi n ido como:

En donde:

p = presión apl icada, en kg/cm2

ó = deflexión de la p laca en cm

Las condici ones de campo pueden ser muy variables, de este modo e l val or de k puede variar significativamente, de­pendiendo de la estación del año en q ue se haya real izado el ensaye in situ. Es por e l lo q ue conviene corregir este valor empleando técnicas de laboratorio, a fin de obtener k en condici ones de servici o y en condiciones críticas.

Con este t ipo de consideraciones se pueden ejecutar ensa­yes de consol idación en probetas para condiciones de densi­dad y de humedad iguales a las encontradas en campo cuando la prueba de p laca fue ejecutada, y completar los con l os ensayes que reflejen las condiciones q ue se pudiesen presentar durante la vida úti l de l proyecto.

En estas pruebas también se apl ica el esfuerzo sostenido de 0.7 kg/cm2 y se registra la deflexión sufrida por e l espécimen a diferentes tiempos, hasta q ue la velocidad de deformación sea despreciable. El valor corregido q uedaría como sigue:

d u k s = � k u

En esta ecuación du es la deflexión para las condiciones de campo, ds la deflexión en condici ones saturadas y ku el valor del mód u l o de reacción. med ido en campo.

El valor de k así defi n ido resu l ta a lgo laborioso y costoso, y sólo es, recomendable en las etapas finales de d iseño en proyectos i mportantes. En cálcu los pre l i m inares se pueden uti l izar correlaciones con pruebas de resistencia como el VRS y el valor de estabi l idad R, así como a los d iferentes tipos de suelos. Ver la figura 1.2, por ejemplo.

Capítulo 1

VALOR RELATIVO SOPORTE, V R S 5 g 7 1 9 D 15 20 25 30 40 50 IO 70 10 90DO 1 1 1 1 1 1 1

1 1 1 1 1 1 1 SISTEMA UNIFICADO DE CLASIFICACION DE 1 GP

TTI 1 ! �-�

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C> <:!.:.

LASIFIC/!CIONI DE �uh SC:�N lA AASHT� IZl 1 1 1 1 11 1 1 ·- -. -7-•

A-Z-6 A•Z•7 ·-· A-4 ·-· ·-· A• •P\ A• •A

1 1 1 1 1 1 1 1 CLASIFICACIOO DE SUELOS DE ACU:ROO A LA FEDERAL AVIATION AOMINISTRATION D:: E.U.A .131 E•I ·-· 1 1 1 1 11 1 1 ·-·

E•8 �-·

F-ln ·-_!=.!!..___

5 10 20

2.8 4.Z

3 4 5

E•4 E·S

E-& E-7

�ALOR OC RESISTENCIA , R 41

1 50 1 1 30 40 IO 70

1 1 1 1 t.alULO DE REACCION K , K1 /e• 2 / cm

1 �5 1 1 �3 1 7 0 1

VA oif �ATIVO ioPORT:E' v�s : g 7 • 9 10 15 zo zs 30

( 1 ) DESIGNACION ASTM 02487.

11,3

40

1 1 1

1 ""

·- --2-5

13.I 16.8 19.4 I'

50 SO 70 IO 90 IOO 1

( 2) "cLASSlFICATION OF HIGHWAY SU8GRADE MATERIALS,"HI GHWAY RESEARCH BOARD PROCEEDINGS OF THE TWENTY-FIFTH ANNUAL MEETING, 1945. VOL. 25, PAGES 376-392.

(3) AIRPORT PAVING, U.S. DEPARTMENT OF COMMERCE, FEDERAL AVIATION AGENCY, MAY 1948, PA­-GINAS 11-16. ESTIMADOS A PARTIR DEL MANUAL DE DISEÑO OC PAVIMEN TOS FARA. AERO--PUERTOS, DE LA FA A . ANTERIORMENTE SE USO LA CLASIFICACION DE LA FA A . AHORA SE UTILIZA EL SUCS.

(4) C.E. WARNES,"CORIELATION BETWEEN R VALUE ANO K VALUEt REPORTE NO PUBLICADO DE LA PORTLANO CEMENT ASSOCIATION, ROCKY MOLtffAIN - NORTHWEST REGION, OCTUBRE DE 1971 (CORRELACION CON CORRECCION POR SATURACION.)

Figura 1 .2 Correlaciones entre resistencia y tipo de suelos.

Otras propiedades de interés

Algunas otras propiedades de los suelos a emplear como rel leno o terracerías para dar e l n ivel de rasante de proyecto nuevo, o cuando se trate de d ictami nar la factibi l idad de los suelos existentes, son las siguientes:

* Contracción l inea l : i nd ica de manera cual itativa la acti­vidad de la porción fina del suelo. La contracción l i neal del suelo puede ser defi nida como la d i sm i n ución de las d imensiones de la masa de un suelo dado al reducirse el contenido de agua correspondiente a sú límite líqu ido de contracción. El cambio de d imensfones respecto a su longitud original se expresa como porcentaje. Depen­d iendo de la zona granu lométrica en donde se ubique el suelo y atendiendo las regiones permis ib les de la S.C.T. para cada una de las capas de u n pavimento, los valores máximos aceptadás van de 3.0 a 6.0%, s iendo este últ imo valor e l correspondiente a la zona 1. Para determinar la contracción l i neal de los suelos, consúltese "Normas de Muestreo y Pruebas de Materiales, Equipos y Sistemas", S.C.T., Libro 6, 002-1.06,· pp. 109., o la más vigente.

5

Capítulo 1

* Valor cementante:

* Equivalente de arena: prueba para eval uar de manera cual itativa la cantidad y actividad de los finos presentes en los suelos a uti l izar. Consiste en ensayar los materia les que pasan la mal la No 4 en una probeta estándar parcial­mente l lena de una solüción que propiciará la sedi men­tación de los fi nos. La solución está formada por cloruro de calcio (material flocu lante), porción de formaldeh ído (para ester i l i zar la so l ución), y gl icer i na, para dar una mayor estabi l idad a la so l ución 7. N ormal mente las normas de ca l idad de la S.C.T. exigen val ores m ín i mos del equ iva lente de arena de 2 0. Para su ejecución paso a paso ver por ejemplo la norma AASHTO T-1 76-86.

1 .3 CAPAS DE U N PAVIMENTO

Capa Subrasante

Es el terreno de ci mentación del pavimento. Puede ser e l suelo natural , debidamente recortado y compactado¡ o puede ser, debido a los requerim ientos del d iseño geométrico, cuan­do el suelo natural es deficiente, y el materia l seleccionado de rel leno es de buena cal idad. En todo caso, e l material deberá cumpl ir con las normas de cal idad de la Secretaría de Comu­nicaciones y Transportes, S.C.T.

Capa Sub-base

Es una capa de materia les pétreos, de buena graduación, constru ida sobre la subrasante. Esta capa, a l igual que la anterior, deberá cumpl i r con los requisitos de compactación y de cal idad a que se hace referencia para la capa subrasante. Esta capa es la que subyace a la capa base, cuando ésta es necesaria, como es el caso de los pavimentos flexibles. Nor­matmente, la sub-base se construye para lograr espesores menores de la capa base, en el caso de pavi mentos flexibles. En el caso de pavimentos de concreto, en muchos casos resulta conveniente colocar u na capa sub-base cuando las especifica­ciones para pavimento son más exigentes.

Base

Constituye la capa i ntermedia entre la capa de rodam iento y la sub-base. General mente se la usa erl los pavi mentos flexibles. Se compone de materiales pétreos con buena distri­bución granu lométrica. Esta capa perm ite reducir los espesores de carpeta, dada su función estructural importante al reducir los esfuerzos cortantes que se transmiten hacia las capas infe­riores. Además cumple una función drenante del agua atrapada dentro del cuerpo del pavimento.

Carpeta

Superficie de rodamiento constituida por materiales endu­recidos para pasar m in imizados los esfuerzos hacia las terrace­rías. Pueden ser materia les granulares con o si n l iga, o más comúnmente de concreto asfáltico o h idrául ico, en sus diferen-

6

Introducción .

tes variantes. Constituye el área propiamente d icha por donde ·

circu lan los veh ícu los y peatones.

1 .4 REQUISITOS DE LAS CAPAS DE APOYO

Las capas de apoyo del pavimento de concreto podrán ser los suelos naturales o terreno natural, siempre y cuando éstos sean ·

de buena cal idad. Cuando éste no es el caso, se debe construir ·

una capa de transición o de sub-base, a fin de que tal depósito cumpla una función estructural, y de esta manera los espesores ·

de losa requeridos se reduzcan. Esta capa, al ser de tipo granular, : servirá también para drenar el agua que tiende a acumularse en , la parte inferior de la losa de concreto, ya sea por l l uvia o por ·

elevaciones estacionales de los n iveles freáticos del terreno.

En casos especia les será necesario dar u na estabi l ización ·

ad icional a la capa sub-base. Particu larmente en casos en que : el terreno natural sea excesivamente deformable.

Subrasante

Los materiales que se uti l icen como capa subrasante debe­rán ser, de preferencia, del t ipo: GW, GW, SW, SM, M L, e incl uso se, siempre q ue la porción fi na, o sea la arci l la, no sea : de alta p lasticidad. Este materia l deberá ser compactado del 95 a l 1 00 % de la prueba de compactación AASHTO T-99 o ·

estándar. Cuando los materia les sean del t ipo C L, MH, CH, CL­ML y cuando su l ím ite l íq u ido, L L, esté comprendido entre 50% y 1 00%, se ana l izará la posib i l idad de mejorar los, con la fi nal idad de reducir los valores del L L y, en consecuencia, del l p. Cuando el terreno de apoyo sea del t ipo MH, CH y OH con LL = 1 00%, serán desechados como materia l de apoyo. Para e l lo se recomienda una sustitución del materia l en espesores m ín imos de 30 cm. En todos los casos en q ue se encuentren . bolsas de material con a lto contenido de materia orgánica se : deberá proceder a su sustitución total con materia l l i moso . mezclado con arena y/o grava. Cuando en el corte de suelos naturales afloren fragmentos de roca, éstos no serán admitidos como lecho de apoyo. De ser así, se deberá proceder a la remoción de estos fragmentos endurecidos.

Terraplenes

Constituye un caso especial de capa subrasante y/o subya- i cente. Cuando por motivos de requer imientos de e levación de 1 rasante de proyecto se r'equ iera e levar el n ivel de terreno, los ' materia les que se empleen para este propósito n u nca presen- ! tarán un LL > 60%.

Los materia les orgánicos del t ipo OH n unca deberán ser empleados como capa subrasante o de apoyo. De acuerdo con la clasificación de materia les de AASHTO, los materia les A-4, A-5, A-6 y A-7 sólo podrán ser uti l izados de acuerdo con las recomendaciones de laboratorio. E l materia l A-8 deberá ser siempre rechazado como materia l de apoyo.

Introducción

En genera l , cuando el terreno natural está constituido por mater iales arci l losos, arenas arci l losas y materia les muy plásti­cos, S.! recom ienda s iempre colocar un material de sub-base granular. de 1 O cm como m ín i mo, en el caso de cal les y patios, y de 1 5 cm en cam i nos, colectores, periféricos y carreteras.

Sub-base

Materia les granu lares compuestos por gravas, gravas-areno­sas, mezclas de arena, l i m o y gravas, etc. E l material empleado deberá cumpl i r con lo s iguiente:

Tabla 1 .2 Normas de calidad ( Granulometría ) Sub-base

Denominación de la Malla % aue nasa -

1 1h11 1 00

3/4" 72 - 1 00

3/8" 50 - 84

N0 4 37 - 70

No 20 1 6 - 45

No 60 9 - 35

No 200 5 - 25

Adicional mente el materia l deberá cumpl i r lo siguiente:

Límite líquido:

Indice de plasticidad :

Desgaste Los Angeles :

(porción gruesa)

Contracción l ineal :

Equivalente de arena:

Valor Relativo Soporte

25 % Máx. 6 % Máx. 40 % Máx.

4.0 % máx. 25 mín

Menos de 500 vehículos pesados por d ía: 50 % Mín.

Más de 500 vehículos pesados por d ía: 60 % Mín.

Compactación

La capa de sub-base se deberá compactar como m ínimo al 95% d� su peso vol umétr ico seco máxi mo, conforme a la prueba AASHTO modifi cada8 . La modal idad empleada nor­malmente será la D,. es decir, materia les comprend idos entre las mal las 3/4" y la No 4. Ver Ref. 8, sección 002-K.04.

Bases de arena

En el caso de pavi mentos con adoqui nes en zonas residen­ciales, se req u iere de capas de transición (de apoyo) para transmitir de manera reducida a l terreno de ci mentación los esfuerzos. cortantes por carga veh icu lar. Con este fi n se emplea el material granular q ue cu mpla con lo siguiente:

Capítulo 1

Tabla 1 .3 Bases de arena Re uisitos ranulométricos

Denominación de la Malla % Que nasa

3/8" 1 00

No. 4 95 - 1 00

.· No.8 80 - 1 00

No. 1 6 50 - 95

No. 30 25 - 60

No. 50 1 0 - 30

No. 1 00 5 - 1 5

No. 200 0 -1 0

Ad icional mente, l a arena n o deberá contener más del 5 % de finos, sean arci l losos o l imosos. La humedad a la que se coloque estará comprendida entre 5 a 1 0% .

Normal mente este material servirá como apoyo y acomodo para pavi mentos de adoquín. La compactación de este material se efectuará cuando ya se haya colocado las p iezas que cons­tituyen la carpeta de rodamiento, a fi n de que la arena penetre en el espacio entre las citadas piezas. Para lograr lo anterior será suficiente co locar del orden de 1 a 2 cm ad icionales de arena en estado suelto, antes de proceder a compactar. En el capítu lo 5 se comenta más sobre este tema.

Bases estabilizadas

La razón de emplear bases estabi l izadas es el cada vez mas d ifíci l acceso a mater iales pétreos de buena ca l idad que cum­plan con las especifi caciones de ca l idad. U n mejoramiento del terreno original permite, en ocasiones, fuertes red ucciones en los vol úmenes del material a tender en las capas de apoyo o de transición .

De igual modo, el mejoramiento de sub-bases perm ite el empleo de materiales loca les, reciclados y/o materiales d transición. De igual modo, el mejoramiento de sub-bases permite el empleo de materiales locales, reciclados y/o mate- · r ia les de cal idad no muy adecuada. Dentro de las ventajas obtenibles se pueden citar las siguientes:

* Sub-base menos erosionable en su superficie.

* Reducción de esfuerzos y deflexiones debidos a cargas de tránsito.

* Mejoram iento de la transferencia de cargas entre seccio­nes de losa en zona de ju ntas.

* Prevención de consol idación de la capa sub-base debida a cargas veh icu lares.

* Min im iza la intrusión de partícu las gruesas dentro de las ju ntas del pavimento.

E l material existente podrá ser sujeto a estabi l izarse siempre y cuando cumpla los requ i�itos de la capa sub-base, o bien que cumpla con lo d ispuesto en el proyecto.

7

Capítulo 1

En la gran mayoría de los casos se usará cemento t ipo stándar; la granu lometría del suelo deberá estar comprendida entre los siguientes límites:

Tabla 1 .4 Granulometría recomendada en bases estabil izadas

Denominación de la Malla % aue oasa

1" 1 00 11 90 - 1 00

No. 4 35 - 75

No. 30 1 0 - 40

No. 200 2 - 15

Los agregados además deberán cumpl irán con lo siguiente:

* Deberán estar l ibres de partícu las perj udiciales, particu­larmente de materia orgánica.

* El equ iva lente de arena deberá ser superior a 20.

* Del total del materia l retenido en la mal la No 4, no se acepta que más del 5 % esté compuesto por terrones o partícu las que se desi ntegren al permanecer sumergidas en agua durante 30 m i nutos.

En los párrafos siguientes se dan l i neamientos prácticos para cada apl icación en particular.

Base de mortero de cemento

Esta capa se uti l iza como apoyo de pavi mentos a base de elementos prefabricados. El espesor de esta capa será la ind i­cada por el proyecto.

La proporción de cemento es variable, de acuerdo al tipo de pavimento. La arena empleada cumpl irá con lo expuesto en el apartado de componentes del concreto, agregados, capítu lo 2.

Observaciones para su ejecución

8

* Las med iciones de cemento y arena se harán por sepa­rado, para cada porción de mezcla por amasar. Las dosificaciones típicas van de 1 :3 a 1 :4 (3 30 a 425 Kg/m\

* E l mezclado de materiales se podrá efectuar de manera mecánica o manual. En caso de rea l izar lo manual mente se verificará que el color de la mezcla sea uniforme antes de agregar el agua.

* El mezclado deberá ser tal que se obtenga la uniformidad correcta.

* La colocación y acomodo podrá rea l izarse a pala.

* Sobre la base ya preparada se colocarán los elementos prefabricados, siguiéndole e l curado correspondiente.

1 .5 CONTROL DE CALI DAD DE TERRACERIAS

Subrasante

Introducción ·.

Todos los materia les del terreno natural q u e se pretendan usar como subrasante serán propiamente identifi cados y clasi­ficados, según el i n icio del i nciso 1 .4. E ntre las prácticas que se recomiendan para su eval uación destacan las s igu ientes:

* Extracción de muestras para determi nar las característi­cas de resistencia y deformación (VRS) . Esto se real izará de preferencia conforme al método del Cuerpo de lnge� � nieros de E.U.A.9 · ·

* Obtención de porcentajes de la compactación l ograda i

en campo, rea l izándola de manera a leatoria. Este control podrá efectuarse mediante 1 ) pruebas destructivas en la capa subrasante, a saber, obtención de pesos vol umétri­cos secos máximos en campo (PVSM), por ejemplo mediante e l cono de arena; o bien 2) con pruebas no destructivas, por ejemp l o, con densímetro n uclear. Este ú l timo método tiene la ventaja de q ue no se requiere esperar la determi nación de los conten idos de agua de las muestras recuperadas como requ isito para la obten- ! ción del PVSM del sit io en cuestión. E l lo reduce substan- l cial mente el t iempo requerido para la defi n i ci ón de la ! cal idad de com pactación de la capa recién tendida, pudiéndose así tomar med idas correctivas de manera oportuna.

·

Sub-bases

Los materia les a emplear como sub-bases se ana l izarán en ' laboratorio para determi nar:

* Su clasificación manual y visual.

* Su compactación de campo para compararla con lo establecido en el proyecto, de acuerdo con la prueba AASHTO modificada, variante D.(ver i nciso 002-K.04 del l i bro 6.01 .01 de la Ref. 8).

* Determi nación del V.R.S. de muestras cuidadosamente · extraídas. De preferencia este parámetro se determ i nará según la prueba del Cuerpo de I ngenieros de E.U.A. Los valores de campo tendrán que ser iguales o superiores a lo ind icado en el proyecto. En el ·caso de áreas urbanas, bastará con obtener un 60% como míni mo. En cam inos ! se manejan valores entre el 80% y el 1 00%, s iendo los valores superiores para vial idades o carreteras de mayor i mportancia.

Referencias

1 "Cuide far the Design of Pavements Strucuctures", Ame­rican Association of State H ighway Transportation Officials, AASHTO, 1 993, anexo D.

Introducción

2 Los materia les fi nos son aquél l os cuyo tamaño pasa por la mal la # 2 00 (0.074mmL·

3 Ver por ejemp l o la norma N OM - C - 77, ASTM D 422, o norma AASH TO T 2 7, todas las vigentes.

4 Existen prácticas estandarizadas para real izar esta prueba. Ver por ejemp l o metodología de ejecución y de cálculo en "Manual de mecánica de suelos ", Secretaría de Recursos H i­dráu l i cos, Dirección de Proyectos, Departamento de I ngen ie­ría Exper imenta l , 1 970, sección 3 .2.4. También ver "Normas para Muestreo y Pruebas de Materiales, Equipos, y Sistemas ", Carretera� y Autopistas, Materia les para Terracerías, S.C.T., Libro 6, Parte 6.01 , 1 986.

Capítulo 1

5 Ver por ejemplo l a N orma de construcción N OM-C-1 96.84.

6 "La Ingeniería de Suelos en las Vías Terrestres ", Alfonso Rico y H erm i l o Del Casti l lo, Vol umen 2, 1 977, Ed. L imusa.

7 U n.a descripción mas detal lada de la prueba se puede

consultar en la referencia 6, pp. 3 1 6.

8 Normas para Muestreo y Pruebas de Materiales, Equ i pos y S istemas, Carreteras y Aeropistas, "Materiales para Terrace­rías ", S.C.T. Libro 6.01 .01 , sección 002-K.03, pp.1 70.

9 Ver la Ref. 8, apartado 002-N.05

9

Capítulo 2

Componentes del concreto ·

2. 1 CEMENTO

E l cemento a emplear en pavimentos de concreto será normal mente el de t ipo 1, es decir, el de t ipo com ún. En casos especia les en q ue los pavimentos están expuestos a acciones moderadas de su lfatos, o por requer imientos de tiempo de hidratación, se uti l izarán los cementos 1 1 a V. En general; el cemento empleado deberá cumpl i r m ín imamente con las Nor­mas de Cal idad vigentes de la S.C.T. Ref. 1 .

Se podrá usar cualqu ier marca comercial , s iempre y cuando se trate de uti l izar e l cemento producido por la m isma fábrica.

El a l macenamiento del cemento deberá ser tal que se garantice la conservación de sus propiedades originales de fabricación. E l cemento a granel se debe a lmacenar en s i los en buenas condi ci ones.

En el caso de cemento envasado deberá a lmacenarse en recintos cubiertos, en conjuntos calzados con piezas de made­ra, de modo que n unca estén en contacto d irecto con la humedad.

No se aconseja emplear cemento que tenga mas de 90 d ías de almacenamiento.

2.2 AG REGADOS

Por considerar de uti l idad conocer de forma cuantitativa la d istribución de los granos, a conti n uación se resumen los tipos de mal la adoptados por la S.C.T. para defi n ir la granu lometría de los agregados.

Tabla 2. 1 Aberturas nominales de las mallas

Nominal

No. 75.0

No. 63.0

No 50.0

No. 37:5

No. 31 .5

No. 25.0

No: 1 9.0

No. 1 6.0

No. 1 2.5

No 9.5

No. 8.0

No. 6.3

No. 4.75

No. 2.36

No. 2.0

No. 1 .70

En oulaadas

Malla 3"

Malla 2 1 /211

Malla 211

Malla 1 1 /211

Malla 1 1W

Malla 1 11

Malla 3/4"

Malla 5/811

Malla 1 /2"

Malla 3/811

Malla 5/1 611

Malla 1 /411

Malla No. 4

Malla No. 8

Malla No. 1 0

Malla No. 1 2

Nominal En oulaadas

No. 1 .40 Malla No. 1 4

No. 1 . 1 8 Malla No. 1 6

No. 1 .00 Malla No. 1 8

No. 0.85 Malla No. 20

No. 0.60 Malla No. 30

No. 0.425 Malla No. 40

No. 0 .300 Malla No. 50

No. 0.250 Malla No. 60

No. 0 . 1 80 Malla No. 80

No. 0. 1 50 Malla No. 1 00

No. 0. 1 06 Malla No. 1 40

No. 0.075 Malla No. 200

No. 0 .045 Malla No. 325

El valor nomi nal de las mal las corresponde a su abertura en m i l ímetros.

Los agregados empleados en el concreto deberán cumpl ir con los requisitos granulométricos presentados en las sigu ien-tes tablas:

·

Composición granulométri ca de la grava:

1 1

Capítulo 2

Tabla 2.2 Normas de calidad Granulometría

Denominación de la Porcentajes en peso Malla (de acuerdo a que pasa, según el

la ASTMl tamaño máximo

2.5 cm ( 1 ") 1 1 /2" (4 cm) 5 cm (2")

2 1 /2" - - 1 00

2" - 1 00 90 - 1 00

1 1 /2" 1 00 90 - 1 00 -

1 11 90 - 1 00 - 35 - 70

3/411 - 35 - 70 -

1 /2" 25 - 60 - 1 0 - 30

3/811 - 1 0 - 30 -

No 4 0 - 1 0 0 - 5 0- 5

No 8 0 - 5 - -

Requisitos adicionales:

Desgaste Los Angeles: 40 % máximo

Materiales que pasa la malla No. 200 (0.07 4mm) 0.50 máximo

Carbón 1 .0 % máximo

Otras sustancias y fragmentos blandos 5.0 % máximo

Composición granulométrica de la arena:

Tabla 2.3 Granulometría recomendada en la arena

Denominación de la malla Porcentajes en peso

(de acuerdo a la ASTM) que pasa, según el tamaño

máximo

3/8 11 1 00

No. 4 95 - 1 00

No. 8 80 - 1 00

No. 1 6 50 - 85

No. 30 25 - 60

No. 50 1 0 - 30

No. 1 00 0 - 1 0

Requisitos adicionales:

Módulo de finura: 2.2 a 3 . 1

Materiales que pasan la malla No. 200 (0.074mm) 3 % máximo

Carbón:

Partículas deleznables:

Impurezas orgánicas, referidas a color l ímite según patrón

1 .0 %

3 % máximo

amaril lo claro

Los agregados deberán a lmacenarse sobre una superficie fi rme y l i mpia . En e l caso de construcción de carreteras, e l a l macenaje de mater ia les se rea l izará en patios grandes q ue perm itan la formación de montícu los bien defi n idos y ·sepa­rados.

En obras pequeñas, como en el caso de pavi mentos urba­nos, se uti 1 izarán separadores entre fracciones d iferentes de agregados.

12

Componentes del concreto

2.3 AG UA

E l agua deberá estar l i bre de materia en suspensión; s iem pre que sea posible deberá usarse agua potable, con u n pH entre 6.0 y 9.2 y deberá cumpl i r con lo d ispuesto en la norma NOM C-1 22-82

Se estudiarán l os conten idos · de sales (cloruros y su lfatos sol ubles) . También se ana l izarán e.stas substancias aportadas por los agregados a la mezcla. Los· l ími tes adecuados depende­rá de la agresividad del medio ambiente, pero se recom ienda que no se superen los sigu ientes valores:

* 1 .2 kg de ion cr por metro cúbico de concreto reforzado.

* 0.60 kg de ion S04 por metro cúbico de concreto mezclado . .

2.4 ADITIVOS

Los ad itivos son sustancias q ue s e pueden agregar a l con­creto con el fi n de mod ificar a lgunas de sus propiedades, o para inducir le algunas caracter ísticas ad icionales : trabajabi l idad, reducción de agua de mezclado, incorporación de aire, modi­ficación de los tiempos de fraguado, proporcionar d iferentes gr�dos de i mpermeab i l idad.

No obstante que en prácticamente en todos los concretos es posib le uti l izar ad itivos, existen tres criterios básicos que deberán tomarse en cuenta:

* La. ad ición de aditivo a la mezcla deberá lograr e l obje'." tiv? buscado s in a l terar su proporcionamiento básic�.

* Su empleo estará justificado desde el pu nto de vista económico.

* Se i nvestigará q ue el producto no tenga efectos. nocivos en la mezcla, tanto de forma i nmed iata como a largo plazo.

Clasificación de aditivos y sus campos de aplicación

En la tabla sigu iente se clasifica la t ipología de l os ad itivos, sus dosificaciones, las propiedades que confieren al concreto, sus apl icaciones recomendadas y, por ú l ti mo, sus ap l i caciones. Se recom ienda seguir las ind icaciones del fabricante a fi n de aprovechar las ventajas de cada aditivo y las dosificaciones de deta l l e. Ver tabla 2 .4 .

Entre los ad itivos más com u nes existen a lgu nos q ue com­binan dos efectos a la vez, p lastificante-retardante o plastifican­te-i ncl usor de aire.

Dentro de las pruebas más comu nes para pavi mentos de concreto h idráu l ico pueden citarse las conten idas en la tabla 2 .5 .

Componentes del concreto

Aditivo y dosificación usual

1) lnclusor de aire

0.03 al 0.05 % del peso del cemento

Tabla 2.4. Clasificación, características a licaciones de aditivos

Propiedades logradas en el concreto

Aplicaciones recomendadas

Capítulo 2

Limitaciones

I ncorpora microporos al concreto, - Protección contra cambios brus- - Menor resistencia mecánica. lo cual induce: cos de temperatura. En casos - Resistencia a ciclos de hielo y extremos ciclos de hielo y des-deshielo. hielo. - Mayor trabajabil idad. - Pavimentaciones. - Menor permeabilidad. - Protección contra agentes quí-- Menor exudación (eventual). micos.

2) Plastificantes o reductores de M ej o ra la l u b r i ca c i ó n e nt re - Concretos bombeables y del tipo agua partículas,con lo que se obtiene: premezclado.

0.1% a 0.4 % del peso del cemento 1

3) Fluidificantes.

- Mejor trabajabil idad para rela- - Concretos en zonas estrechas c i o n e s constantes de ag u a/ y/o prefabricados. cemento. - Concretos de alta resistencia. - Mayor facilidad de colocación y compactación.

Aumentan de manera importante - Colocación de concreto en zo- El efecto se disipa relativamente la trabajabil idad, permitiendo: nas estrechas y de difícil acceso. pronto.

Para aumentar la trabajabilidad. - Reducir el agua de mezclado - Concretos bombeados. (0.4 % ·a 1 .0 %) para trabajabi l idad constante, - Colocación de concreto en cli­

Para reducir el agua (1 .0 % a 3 % del peso del cemento)

4) Acelerantes de fraguado

En concreto no armado: 1 :2 a 1 5 (aditivo : agua) En concreto armado: 1 :6 máx. (aditivo :agua) , medidas en peso

5) Retardantes de fraguado

0.3 % a 1 .5 % del peso del cemento

6) Impermeabil izantes

0.5 % a 4 % del peso del cemento

7) Expansores

2 a 3 gramos por saco de cemento

c o n a l to i n c re m e n t o d e mas calurosos. resistencia. - Concretos de altas resistencias.

- Concretos para elementos pre­fabricados. - En reparaciones.

A u m e n t a n l a s r e s i s te n c i as - Colocación" de concreto en cli- Estos productos generalmente iniciales. mas fríos. contienen productos corrosivos,

- Lo indicado en proyecto. por lo que en concretos armados - Concretos para prefabricados. se extremarán precauciones. - R e d u c c i ó n d e l l ap s o d e descimbrado. - Reparaciones.

Retrasan el inicio del fraguado, - Concretos en climas calurosos. Una sobredosi f icación puede manteniendo la trabajabi l idad - Concretos premezclados. originar una demora excesiva. más tiempo. - Concretos masivos. Reducen el riesgo de fisuración al - Transportes a distancias consi­permitir la disipación del calor de derables. hidratación durante más tiempo. - Evitar juntas frías al colocar

concreto en capas. - Concretos bombeados.

D i s m i nuyen la absorc ión de - Concretos subterráneos. El empleo de impermeabil izantes humedad. - Losas de cubierta. se debe completar con una buena Aumentan la impermeabilidad. - Estanques de concreto. dos i f i cac i ó n , com pactac ión y

- P i s o s i m p e r m e a b l e s curado de las mezclas. empastados exteriores.

Producen una ligera expansión - Rel lenos de cavidades y grietas. d e l a m as a d e l c o n creto , - A n c l aj e s d e p e r n o s y contrarrestando las contraccio- estructuras. nes de este. - "Groutina" o lechadeado.

1 3

Capítulo 2

Tabla 2.5 Normas comunes en avimentos de concreto

. NORMA DESCRIPCIOÑ

NMX - C -45 Muestreo de aditivos para concreto.

NMX - C - 81 Curado: compuestos l íquidos que forman membrana.

NMX - C - 1 99 Terminología y clasificación de aditivos para concreto y materiales comolementarios.

NMX - C - 200 Aditivos inclusores de aire para concreto. ( ASTM - C- 260 )

NMX - C - 255 Aditivos que reducen la cantidad de agua y/o modifican el tiempo de fraouado del concreto.

NMX - C - 304 Determinación de la retención de agua por medio de compuestos l íquidos que forman membrana para el curado de concreto.

NMX - C - 309 Determinación del factor de reflectancia de membrana de color blanco para el curado de concreto.

NMX - C - 1 4 D e t e r m i n a c i ó n d e l a u n i f o r m i d a d y equivalencia.

2.5 CONTRO L DE CALI DAD (AG REGADOS Y CEMENTO)

Cemento

Normal mente el cemento se controla en las empresas pro­ductoras que se ciñen a la normatividad internacional y nacio­nal . S in embargo, para proyectos comunes, también se real izan aná l i s is qu ímicos en laboratorio.

Su almacenam iento en obra y en patios de al macenaje en las premezcladoras deberá garantizar la preservación de todas las caracter ísticas y propiedades origina les del cemento.

En caso de que el cemento haya estado almacenado por más de 90 d ías, entonces se deberá verificar med iante la presión de los sacos con los dedos que no se hayan formado grumos. Cuando e l lo no sea posi ble, entonces será un indica­tivo de que el cemento ya ha perd ido a lgunas de sus propieda­des.

Se sugiere hacer la siguiente toma de muestra:

Si el cemento está ensacado, la muestra representativa de un lote será de 1 % de los sacos, con un m ínimo de tres unidades.

S i el cemento está a granel, se debe tomar de los si los de al macenamiento el ·0.01 % del conten ido, sin que tal cantidad sea menor de 1 5 kg.

Agregados

La obtención de muestras segu irá las especificaciones pres­cr itas en la norma NOM C-30 vigente. Ta l norma establece

1 4

Componentes del concreto

obtener las siguientes cantidades m ín imas, atend iendo a los tamaños: ·

Tabla 2.6 Recomendaciones de muestreo en a re ados

T�maño Masa mínima

Material máximo Pasa la malla de la muestra

nominal,en No de campo*,en mm ka

Arena Hasta 5 No. 4 1 00

Grava Hasta 75 3" 1 50

Grava Mavor de 75 200

Grava-arena cualquiera 300

* En agregados ligeros (aquéllos en que la masa específica sea inferior de 2.0), estas masas deberán multiplicarse por 0.65

Ad icional mente, se deberá extraer materia l sufic iente como para fabricar especímenes de prueba.

En laboratorio se rea l izarán los s iguientes ensayes:

* Gran u lometría.

* Contenido de partículas extrañas.

* Absorción .

* Densidad .

* Desgaste med iante la máq u i na Los Angeles, en el caso de las gra\fas:

* Otro ensaye que se sol icite expresamente.

Agua

Cuando se sospeche q ue el agua es de cal idad dudosa o cuando se desconozca su origen, se extraerán muestras confor­me a lo d ispuesto en la norma mexicana N OM C-283 "Anál is is del agua para concreto", vigentes para deter m i nar su ca l idad , contenido de sales y determi nación del P H . SU m uestreo se hará conforme a la N OM C-2 77 "Muestreo de agua para concreto" .

Se extraerán a l menos dos l i tros, además del agua para la e laboración de especímenes de prueba.

Referencias

1 Normas de Cal idad de los Materia les, Carreteras y Aero­pistas, S.C.T., Libro 4.0 1 .0 1 , 1 99 8, Capítu lo 4.0 1 .02.004.

Capítulo 3

Concretos para vial idades urbanas

Los concretos para los proyectos urbanos deberán cumpl ir con lo d ispuestos en los documentos particu lares de cons­

trucción, para cada caso específico. A continuación se descri­ben las activ idades y sec u e n c i as constru ct ivas q u e se recomienda observar.

3.1 PREPARACION Y TRAN SPORTE

L a elaboración de las mezclas s e regirá conforme· a l o d ispuesto en la norma ASTM 685-90, "Concreto hecho por bachadas vol umétr icas y Mezclado continuo". En este docu­mento se presenta u na metodología paso a paso acerca de las precauciones q ue hay que observar durante e l proceso de fabricación, tanto del equ i po como de los materia les constitu­yentes de la mezcla.

Conviene, sin embargo, fijar a lgunas ideas para una produc­ción más consistente y de cal idad uniforme. A contin uación se citan algunas:

Materiales

* Se emplearán sólo los materiales que cumplan con · 1os criterios de cal idad descritos en e l capítu lo anterior.

* En los patios de a l macenamiento de las premezcladoras se observará que cuando el cemento esté en sacos, deberá estar estibado sobre tarimas de madera, totalmen­te separado del terreno natura l . Además, la bodega deberá estar tota lmente cerrada.

1 * Si el cemento está a granel, se le mantendrá en si los

herméticos.

* El agua estará a lmacenada de manera que no q uede sujeta a contami naciones, es decir, en contenedores o estanques bien protegidos.

* Los aditivos estarán envasados en sus recipientes origi­nales, y ais lados en reci ntos cerrados.

* Los agregados deberán transportarse a l l ugar de mezcla si n arrastrarlos. Es común emplear cargadores frontales para este propósito.

Dosificación

* Siempre que el vol u men de concreto supere los 1 5 m3, la dosificación se hará por peso.

* La dosifi cación en peso se podrá rea l i zar en p lantas dosificadoras o por pesaje .convenciona l . En cua lqu ier caso, el pesaje será de acuerdo con la capacidad de prod ucción de la p lanta, y de transporte del s i t io de p lanta a l l ugar de colocación . De manera opcional , se podrá obtener la mezcla d irectamente de prod uctores premezcladores.

* Las dosificadoras deberán contar con tolvas separadas para el agregado fi no y para cada una de las fracciones del grueso. De igual manera es necesario, contar con las báscu las necesarias para los otros componentes.

* En obras pequeñas, será adm isible pesar los materiales en carreti l las montadas d irectamente en básculas a n ivel del terreno cuando los vol úmenes a manejar no justifi­quen la i nsta lación de dosificadoras. En estas condicio­nes lo que procede es tarar la báscu la con el peso de la carreti l l a más e l de agregado, de manera que en los pesajes subsecuentes de agregados ún icamente se agre­gue o quite materia l para cumpl i r con el peso previamen­te establecido. Para evitar errores, es comú n emplear una báscu la para cada tipo de agregado. E l cemento se dosifica por sacos completos.

1 5

Tolerancias en la dosificación en peso

* Cemento: cuando éste se encuentre a granel, se deberá contar con una báscu la para su pesaje. Se podrá aceptar una tolerancia de 1 % .

* Agregados: s e acepta ñormalmente una tolerancia de 3 % . si es que se pesa separadamente cada fracción, y de 2 % . si se pesan en forma acumulada.

* Agua: e l agua deberá ser medida con una tolerancia del 1 %, y se corregirá de acuerdo con el contenido de agua de los agregados, así como de la cantidad del aditivo l íq uido, en caso de que se l legara a usar a lguno.

* Aditivos: los aditivos cumpl irán con las tolerancias fija­das, según la instancia correspondiente, pero de acuerdo con el siguiente orden de importancia:

* Norma-NOM C-25 1 1 y ASTM 685-90.

�* Dosificación entregada por el laboratorio.

· * Especificación del proyectista.

�* Recomendaciones del fabricante.

La dosificadón en vol u men será aceptable sólo cuando e l total de m·ezcla a producir sea de máximo 1 5 m3, o cuando lo autorice expresamente la supervisión. En cualquier caso, cuan­do la dosificación sea por vol umen, debrán tenerse en cuenta las siguientes recomendaciones:

* Los vol úmenes de mezclado en cada una de las o l las será en mú ltip los de sacos completos de cemento (50·kg) .

* Los agregados se medirán en carreti l l as dosificadoras o e�. recipientes de vol u men conocido.

* El agua se ajustará a la trabajabi l idad requerida, em­pleándose recipientes de vol úmenes conocidos.

La dosificación se basará en las cantidades m ín imas de cemento necesarias para conseguir las resistencias del proyec­to. Además, las resistencias se verificarán de preferencia me­d iante ensayes a compresión ejecutados de acuerdo con la norma mexicana NOM C-1 59 vigente, "E laboración y curado de especímenes en e l laboratorio".

En los proporcionamientos fi nales de campo se tomarán en cuenta en especial las humedades de los agregados, a fi n de no alterar las relaciones agua/cemento de proyecto.

Mezclado

Preferentemente se ejecutará de manera mecánica. La e la­boración manual de mezclas sólo se permitirá en situaciones en donde también lo sea la dosificación por vol úmenes, es decir, en vol úmenes pequeños de obra, banquetas, bacheas de reparación y obras complementarias.

Las mezcladoras podrán ser plantas de mezclado central o equ ipo portáti l . Las mezcladoras que tienen diseño satisfacto-

1 6

r i o tienen un arreglo de aspas en espira l , y t ienen una forma de tambor, para garantizar el m ov i m iento de partícu las de extremo a extremo y alrededor del eje de giro del tambor. Normal mente se logra un movimiento e nvolvente que vol tea y esparce la mezcla sobre sí m isma conforme gira el tam bor. Los tipos más comunes de mezclado son:

Mezdadora de tambor basculante

Consiste en u n tambor giratorio que descarga al i nc l i nar e l eje de l tambor. E l eje de mezclado puede estar inc l i nado respecto a la horizonta l .

Mezcladora de tambor no reclinable

Es un tambor giratorio q ue se carga, mezcla y descarga con el eje del tambor en posición horizonta l .

Mezcladora de eje vertical

E l mezclado se real iza a través de hojas o paletas giratorias montadas en u n eje vertica l , dentro de u n receptácul o estacio­nario, el cual también puede girar, pero en sentido contrario a l de las paletas de mezclado. La ventaja de este equ i po es q ue se puede rectificar fáci l mente las mezclas, ya que su monitoreo . es senci l lo. Esta mezcladora es apropiada para manejar mez­clas relativamente secas.

Mezcladora de paleta

Este equ ipo cuenta con hojas horizonta les, y resu lta apro­piada para concretos secos y ásperos. Se uti l iza comúnmente para fabricar b loques de concreto.

Camiones mezcladores

Existen de dos tipos:

* Los de tambor giratorio de descarga posterior.

* Los tambores giratorios de descarga frontal .

Predomina el de eje i ncl i nado y de descarga posterior. Las a letas i nteriores, en la modal idad de mezclado, son las que ejecutan e l amasado. Cuando se i nvierte e l sentido de giro del tambor, las mismas paletas hacen sal ir a l concreto, en la modal idad de descarga.

Concreto de Mezclado Central

Este concreto se mezcla en una mezcladora estacionaria, y l uego se transfiere a camiones de transporte. Estos pueden ser del tipo revolvedor o de premezclado, o del t ipo de volteo cuya caja está abierta en la parte superior; puede tener o no agitador.

Mezclado en camiones

Consiste en dosificar y descargar previamente todos los ·

componentes de la mezcla a un camión de prem ezclado, para que mezcle y entregue el concreto. Para que el mezclado sea

.,

efectivo, el vo l u men de i ngredientes ya dosificados nunca debe exceder a l 63 % del vol u men total del tambor2.

3.2 CARGA Y MEZCLADO

Cuando se uti l izan camiones mezcladores se evitará duran­te e l proceso de carga el amontonamiento de material en la cabeza del tambor, especia lmente de cemento y arena. Este problema se m i n im iza si se coloca del orden del 1 0% de grava y agua dentro de l tambor antes de colocar la arena.

El agua se deberá adicionar en cantidad de un cuarto a u n tercio de su cantidad total , sobre e l l ugar de descarga del camión premezclador, u na vez que dentro del tambor ya se encuentran los demás componentes. Las tuberías de suministro de agua se deben d iseñar al tamaño, de suerte que se i nserten lo suficientemente dentro del tambor como para que se des­cargue la total idad del agua dentro del 2 5 % del total del tiempo de mezclado

Los ad itivos l íqu idos deberán adicionarse junto con e l agua, o alternativamente, con arena humedecida. Los ad itivos en polvo se deben vertir con l os otros i ngredientes del concreto en estado seco. Cuando se requiera más de un tipo de aditivo, cada u no de e l los se deberá dosificar por separado, a menos que se permita premezclar los, previa disol ución de los mismos.

El tiempo de mezclado en mezcladora central es variable y dependerá de las características del equ ipo. Los fabricantes recomiendan un m i nuto por cada 0 . 75 m3, más 1 /4 de minuto por cada m3 adicional de capacidad con que cuente el tambor. Esto se puede establecer como un tiempo in icial de mezclado. E l tiempo uti l izado será aquel basado en resu ltados y compor­tam iento de equ ipo en campo, que perm ita obtener mezclas uniformes (ver prueba ASTM C-94\

El tiempo de mezclado se mide a partir de que todos los componentes de la mezcl a están dentro del tambor. Normal­mente los equi pos vienen con indicadores de sonido cuando se alcanza el tiempo que, de a�uerdo con pruebas hechas en el campo, produce la u n iformidad deseada producto del mez­clado.

Transporte

Cuando l os cam iones no cyenten con mecanismo de mez­clado, se procurará que los camiones volteos cuenten con una caja l isa que permita efectuar e l vaciado con faci l idad en el lugar de colocación de l a mezcla. Esta deberá ocurrir preferen­temente en u n lapso no mayor de 30 m i nutos después de l a elaboración d e l concreto. Este período podrá extenderse u n poco s i s e cuenta con aditivos q u e permitan la trabajabi l idad sin tener que agregar agua .

En casos extremos y si se uti l iza concreto premezclado en el proyecto, e l tiempo de descarga completa podrá extenderse hasta un máximo de 90 minutos, contados a partir de la introducción del cemento en la mezcla.

En cualqu ier caso, la mezcla deber:á ser total mente u n ifor­me. No se permitirá n ingún tipo de segregación.

Es recomendable que en t iros de concreto que empleen camiones volteos, éstos ú ltimos cuenten con lonas o p lásticos para evitar el secado o alguna pérdida de trabajabi l idad por aire, principa lmente en cl imas cal urosos.

3.3 DOSI FICACION

Generalidades

Se deberán considerar las sigu ientes condiciones básicas:

3.3. 1 Resistencia promedio requerida para ·

la dosificación

Existen varios criterios para defin i r la resistencia media requerida, misma que a su vez define la resistencia que se tiene que lograr en un proyecto dado. A continuación se presentan dos de estos criterios, basados en desviaciones estándar.

a) Criterio de resistencias individuales aleatorias

Se permite y se adopta una proporción máxima de pruebas individuales cuyo valor sea i nferior a la resistencia f'c prome­d io.

La resistencia requerida o media de dosificación deberá ser mayor que la resistencia especificada en el proyecto, en una proporción que es función de la d isparidad de resu ltados que se obtienen h istóricamente en las p lantas premezcladoras, o de los que se espere se puedan lograr en el caso de una p lanta de mezclado central . También será función de los n iveles de confianza, C, demandados por el . proyectista. S i So es la d isparidad o desviación estándar esperada en la obra. U na manera senci l la de esti mar el valor de la resistencia media o requerida para la obra puede presentarse como:

( f' e) e r = f ' e + C So, en kg/cm2 Ec.3 . 1

(f'c)cr = resistencia promed io requerida d e dosificación

C = factor estadístico función del n ivel de confianza. Ver tabla sigu iente. Para obras de pavi mentación es com ún fijar C para el 80% .

So = desviación estándar esperada en obra

f'c = resistencia a la compresión especificada en campo

Tabla 3.1 Factor estadístico, C

Nivel de Confianza e 90 % 1 .282

85 % 1 .036

80 % 0.842

1 7

efectivo, e l vol umen de ingredientes ya dosificados nunca debe exceder a l 63 % del vol u men total del tambor2 .

3.2 CARGA Y MEZCLADO

Cuando se uti l izan cam iones mezcladores se evitará duran­te el proceso de carga el amontonamiento de material en la cabeza del tam bor, especial mente de cemento y arena. Este problema se m i n im iza si se coloca del orden del 1 0% de grava y agua dentro del tambor antes de colocar la arena.

El agua se deberá adicionar en cantidad de un cuarto a u n tercio de su cantidad total , sobre e l l ugar de descarga del camión premezclador, u na vez que dentro del tambor ya se encuentran los demás componentes. Las tuberías de suministro de agua se deben d iseñar al tamaño, de suerte que se inserten lo suficientemente dentro del tambor como para que se des­cargue la total idad del agua dentro del 2 5 % del total del tiempo de mezclado

Los ad itivos l íqu idos deberán adicionarse junto con el agua, o alternativamente, con arena humedecida. Los aditivos en polvo se deben vertir con los otros i ngredientes del concreto en estado seco. Cuando se requ iera más de un tipo de aditivo, cada uno de e l los se deberá dosificar por separado, a menos que se permita premezclarlos, previa d isol ución de los mismos.

El tiempo de mezclado en mezcladora central es variab le y dependerá de las características del equi po. Los fabricantes recom iendan un m i nuto por cada 0 .75 m3, más 1 /4 de minuto por cada m3 adicional de capacidad con que cuente el tambor. Esto se puede establecer como un tiempo i n icial de mezclado. El tiempo uti l izado será aquel basado en resu ltados y compor­tamiento de equ ipo en campo, que perm ita obtener mezclas un iformes (ver prueba ASTM C-94\

E l tiempo de mezclado se mide a partir de que todos los componentes de la mezcla están dentro del tambor. Normal­mente los equ i pos vienen con i ndicadores de sonido cuando se alcanza e l tiempo que, de ac;:uerdo con pruebas hechas en el campo, produce la un iformidad deseada producto del mez­clado.

Transporte

Cuando los camiones no cyenten con mecanismo de mez­clado, se procurará que los camiones volteos cuenten con una caja l i sa que permita efectuar e l vaciado con faci l idad en e l l ugar de colocación de la mezcla. Esta deberá ocurrir preferen­temente en un lapso no mayor de 30 minutos después de la elaboración del concreto. Este per íodo podrá extenderse un poco si se cuenta con aditivos que permitan la trabajabi l idad sin tener que agregar agua.

En casos extremos y si se uti l iza concreto premezclado en el proyecto, e l t iempo de descarga completa podrá extenderse hasta un máximo de 90 m i nutos, contados a partir de la introducción del cemento en la mezcla.

En cualquier caso, la mezcla debei:á ser total mente unifor­me. No se permitirá n ingún tipo de segregación.

Es recomendable que en tiros de concreto que empleen camiones volteos, éstos ú lti mos cuenten con lonas o plásticos para evitar el secado o alguna pérdida de trabajabi l idad por aire, principal mente en cl imas cal urosos.

3.3 DOSI FICACION

Generalidades

Se deberán considerar las sigu ientes cond iciones básicas:

3.3. 1 Resistencia promedio requerida para ·

la dosificación

Existen varios criterios para defi n ir la resistencia media requerida, misma que a su vez define la resistencia que se tiene que lograr en un proyecto dado. A continuación se presentan dos de estos criterios, basados en desviaciones estándar.

a) Criterio de resistencias individuales aleatorias

Se permite y se adopta una proporción máxima de pruebas i nd ivid uales cuyo valor sea i nferior a la resistencia f'c prome-dio.

.

La resistencia requerida o media de dosificación deberá ser mayor que la resistencia especificada en el proyecto, en una proporción que es función de la d isparidad de resultados que se obtienen h istóricamente en las p lantas premezcladoras, o de los que se espere se puedan lograr en el caso de una planta de mezclado central . También será función de los n iveles de confianza, C, demandados por el · proyectista. S i So es la d isparidad o desviación estándar esperada en la obra. U na manera senci l l a de esti mar el valor de la resistencia media o requerida para la obra puede presentarse como:

( f' e) e r = f ' e + C So, en kg/cm2 Ec. 3 . 1

(f'c)cr = resistencia promedio requerida de dosificación

C = factor estadístico función del n ivel de confianza. Ver tabla siguiente. Para obras de pavimentación es común fijar C para el 80%.

So = desviación estándar esperada en obra

f'c = resistencia a la compresión especificada en campo

Tabla 3.1 Factor estadístico, C

Nivel de Confianza e 90 % 1 .282

� 85 % 1 .036

80 % 0.842

1 7

b) Criterio de la probabilidad de una prueba de resistencia individua/

Seleccionada aleatoriamente, debe estar por debajo del f'c promedio.

E l valor de So depende de la-consistencia con que se obtengan los resu ltados buscados con las dosificaciones real izadas por e l contratista, en igualdad de circunstancias en campo. Es función de las condiciones previstas en obra. Los registros de prueba a partir de los cuales se calcu la la desviación estándar, de acuerdo con el ACl4, deberán cumpl ir lo siguiente:

* Deben representar las mismas condiciones de trabajo y de control de ca l idad que las que se esperen en el s it io de obra.

* Deben representar concreto producido para que cumpla con la resi stencia o resistencias especificadas f'c, dentro de 70 kg/cm2 de la estipu lada para la obra en cuestión .

* Debe constar de al menos 30 pruebas consecutivas o de dos grupos de pruebas consecutivas, que tota l icen al menos 30 pruebas. Estas ú l timas deben ser e l promed io de las resi stencias de dos ci l i ndros hechos de la misma muestra de concreto y probados a los 28 d ías o a la edad de prueba especificada para la determi nación de f'c.

Cuando las i nsta laciones productoras del concreto no cuen­ten con ta les registros, será adm is ib le que al menos cuenten con 1 5 a 29 pruebas consecutivas, y se obtenga la desviación estándar como e l producto de la So calculada, mu lt ip l icada por un factor de corrección (ver tabla 3 .2). Los registros, de todos modos, deberán cumpl i r con lo señalado en los primeros dos i ncisos consignados anteriormente y deberán estar ejecutados en un lapso no menor de 45 d ías calendario.

Tabla 3.2 Factor de modificación para la desviación estándar cuando el número de pruebas sea menor a 30

Número de pruebas Factor de modificación para la desviación estándar

Menos de 1 5 Usar tabla B 1 5 1 . 1 6

20 1 .08

25 1 .03

30 o más 1 .00

Cuando no se cuente con los registros de resistencias producidas por la planta, podrá uti l izarse, a manera de guía, la desviación estándar propuesta en la sigu iente tabla:

Tabla 3.3 Resistencia promedio requerida para cuando hay inforr:nación disponible para establecer un valor de So

Resistencia a la compresión especificada, f'c,

en k I cni2

Menos de 21 0

De 21 0 a 350 k / cm 2

Más de 350

1 8

Resistencia promedio a la compresión requerida,

f'c cr, en k I cm2

f'c + 70

f'c + 84

f'c + 98

El mismo reglamento ACI 3 1 8R propone las sigui entes ecuaciones para determi nar l a resi stencia requerida:

f'cr = f'c + 1 .34 So ; o a l ternativamente Ec.3 .2

f'cr = f'c + 2 .33 So - 35

En esta ú lt ima ecuación, por eje m plo, se permi te que u n resu l tado e n cien sea i nfer ior a l valor f'c - 3 5 . E l lo se debe a que el valor 2 .33 es el de la constante que representa l a proporción defectuosa de los va lores de resistencia registrados. Los va lores de esta constante aparecen en pub l i caciones rela­cionadas con aná l is is estadísticos de control d e ca l idad5 . En el las se presentan tabl as adaptadas de l a i ntegral normal de probabi l idad de la curva de d istr ibución normal de frecuencia teórica. Estas tablas muestran la probab i l i dad de que u n con­junto de resu l tados caigan por abajo del f'c en término de resi stencias promedio fer = ( f'c + C.So ) .

Se empleará la que arroje e l resu l tado mayor de f'cr. Esta · ú l ti ma será la resistencia requerida en los proporcionam ientos. La desviación estándar se determ i nará de acuerdo con lo d iscutido en los párrafos precedentes.

3.3.2 Determinación de los componentes

E l cá lcu lo de la dosificación de cada uno de los componen­tes del concreto se basa en que la suma de los vol úmenes rea les de cada uno de e l los es igual al total del concreto producido:

Cemento + agua + grava + arena + aire = 1 m3 ( 1 ,000 l i tros)

Los vo l úmenes se obtienen d ivid iendo la masa o peso de cada uno de los i ngredientes en kg, entre el peso específico real , kg/lts o kg!m3·

* Trabajab i l idad: deberá seleccionarse de acuerdo con e l t ipo de mezcla y trabajo por ejecutar. En l a tab la s igu ien­te se presentan los rangos com u nes de reven im ientos. Estos se ejecutarán conforme a la norma mexicana NOM C-1 56-88.

* Cantidades de agua: se empleará la cantidad ca lcu lada para el logro de las propiedades buscadas en la mezcla, pri nci pa lmente resistencias, trabajabi l i dad, etc. Al fi nal se emplearán las cantidades de agua que demuestren, mediante pruebas de laboratorios, ser las i nd icadas. En la s igu iente tabla se recom iendan, para agregados tritu­rados, las cantidades tentativas i n ic ia les:

* Contenido de cemento: l a dosificación del cemento será función de la resistencia promedio a la compresión req uerida, del t ipo o cal idad de cemento a emplear (tipo 1, o del de fraguado lento, o del tipo resistente a los su lfatos, etc.) . Depende también de la relación agua/ce­mento de proyecto, pero ésta n unca debe ser superior a o.so.

* Agregados: e l proporcionamiento de agregados vendrá regido por tamaños máxi mos, distr ibución granu lómetri-cas de cada uno de los grupos. ·

* Aditivos: e l tipo y dosificación será de acuerdo a lo propuesto por la empresa contratista que, a su vez, se basará en ensayes de laboratorio.

E l cá lcu lo de proporcionamientos de mezclas viene expl i­cado detal ladamente en la l i teratura i ncl u ida sobre este tópi­co6.

3.4 CONTRO L DE CALI DAD

E l control de cal idad puede defin irse como el conjunto de actividades y procedi mientos técnicos uti l izados para lograr que los productos empleados cumplan con las cal idades espe­cificadas en el proyecto.

Para que sea exitoso el control de ca l idad en las obras de pavi mentación, éste deberá apl icarse a cada una de las fases de que se componen los trabajos: muestreo de agregados, proceso de fabr icación de las mezclas y al producto ya termi­nado.

* Equipos: las herramientas y los equipos para e laborar e l concreto deberán estar en buen estado de funcionamien­to, y con cal ibraciones actual izadas en donde proceda, con sus tolerancias respectivas, de manera que no se afecte la cal idad del producto fina l .

* Concreto fresco: existen pruebas muy comunes que nos permiten eval uar la cal idad y la u n iformidad del concre­to fresco.

* Extracción de m uestras: se deberá tomar al menos 30 l ts. , o siempre más del 50% del material necesarios para l os ensayes.

* Revenim iento.

* Peso vol umétrico.

* Contenido de aire.

* Concreto endurecido:

* Resistencias a la compresión.

* Resistencia a l a flexión (módu lo de ruptura).

* Extracción de núcleos: en caso de que se tengan dudas sobre la cal idad del concreto en base a los resu ltados anteriores, entonces será necesario contar con núcleos de las losas. Con e l lo se confirmará los espesores reales de estas ú ltimas. Además, se podrán obtener las resis­tencias a la compresión diferentes edades, y módu los de e lasticidad de los concretos en su d isposición final .

La resistenda característica, (f'ckar. de la obra se ca lcula mediante:

( f ' e ) e a r = f ' e p - C . So Ec. 3 .3

En esta ecuación f' cp es la resistencia med ia, C es un factor dependiente de la fracción defectuosa. Para u na fracción de­fectuosa del 20% (o n ivel de confianza de 80 %), c = 0.84.

So= '1 :E ( f ' e - f ' e p ) 2 n - 1

y f ' :E f ' c c p = -n -

Donde n e s e l n úmero de muestras.

Ec.3 .4

La resistencia caracter ística deberá ser siempre igual o superior a la resistencia especificada:

( f ' c ) c a r ;;:: ( f ' c ) Ec. 3 .5

La frecuencia de muestreo se puede resumir en valores medios, en la tabla 3 .6 . Es necesario aclarar, s in embargo, que en cada proyecto particu lar se establecerán las frecuencias, atendiendo a las necesidades específicas de la obra.

Tabla 3.6 Frecuencias de muestreo recomendadas (pavimentos urbanos)

Volumen de concreto en obra

Tipo de prueba

Revenimiento diario R e s i st e n c i a a l a compresión

Densidad

Contenido de aire

<1 50

" . -

. . -

� 1 50

5

2

- . -

- .

<1 50

2

1 00 m3

400 m3

� 500 m3

. . . -

1 50 -300

3

1 cada

75 m3

1 cada

300 m3

1 cada

75 m3

>300

3

50 m3

200 m3

50 m3

1 9

Referencias

1 NMX - C- 2 5 1 - 86, I ndustria de la Construcción, "Concre­to, terminología", ASTM -C- 685-90 "Concreto hecho por coladas volumétricas y mezclado continuo ".

2 "Guía Práctica para la Colocación del Concreto ", ACI 304, Cap. 2. I nstituto Mexicano del Cemento y del Concreto, A.C.

3 ASTM C-94 "Especificaciones para concreto premezcla­do. "

20

4 " Reglamento de las Construcciones de Concreto Reforza­do, (ACI - 3 1 8R - 89)", Instituto M exicano del Cemento y del Concreto, 1 99 1 ., Cap� S .

5 American Cc;mcrete lnsti�ute, Com ité ACI 2 1 4 vigente.

6 Ver por ejemplo "Diseño y Control de Mezclas de Con­creto ", Steveri H. Kosmatka y Wi l l iam C. Panarese, I nstituto Mexicano del Cemento y del Concreto, A.C. 1 992 . Traducción de la publ icación de la PCA Design and Control of Concrete Mixtures, 1 3th edition.

Capítulo 4

Vial idades u rbanas Preparación de las capas de apoyo

4. 1 EQU I PO

E l equ ipo a uti l izar dependerá del tamaño, vol úmenes de obra y características específicas del proyecto. De a lgu na manera i nfl uye también la d isponib i l idad que de él tengan los contratistas loca les. A contin uación se presenta un resumen de la secuencia constructiva general .

Remoción y despeje de caja en el área de trabajo

En obras urbanas es frecuente tener que remover fragmen­tos de ci mentaciones antiguas, brocales de pozos de visita, came l lones, guarn iciones, etc. En caso de que el tramo sea virgen, será necesario retirar fragmentos de roca, raíces de árboles de gran tamaño, si es que existen, etc. En caso de presentarse la necesidad de demol iciones, será necesario con­tar con equ ipo que funcione con aire comprimido: compreso­res, perforadoras manuales, rompedoras de losas de concreto y pavimentos asfá l ticos en general , etc.

Como equ ipo de carga, remoción y de man iobra resu lta conveniente el empleo del cargador fronta l .

Escarificación

Para estas actividades s e emplean motoconformadoras para suelos equ i padas con barra escarificadora, normal mente de 1 1 dientes.

Cuando se tenga que remover roca, se aconseja el empleo de "rippers" .

Extracción

Esta parte de l a preparación de la superficie se puede rea l izar mediante cargadores fronta les, bu l ldozer o motocon­formadoras. Cuando los vol úmenes por tratar son pequeños, se pueden emplear tractores agrícolas complementados con cargador frontal .

Transporte

La movi l ización de suelo recortado, o bien los vol úmenes hacia el sitio de trabajo, por ejemplo de rel lenos de importa­ción de bancos, se podrá real izar med iante camiones volteo. En obras pequeñas es conveniente contar con un tractor para mover equipo menor, m ateriales, moldes, eq uipos, etc., dentro del área de trabajo.

Mezclado, homogeneización y distribución

Normal mente, se uti l izan motoconformadoras para rea l izar el mezclado y la un iformización, incl u ido el extendido de materia les en las cajas ya preparadas. En ocasiones, y depen­d iendo de si se uti l izan substancias estabi l izadoras (cemento, cal, aditivos, etc.) podrán emplearse equipos especiales, como los "pulvimixers" o tractores con rastras agríco las, para preparar el mezclado en el sitio.

Equipo de riego

Para estas actividades es frecuente el empleo de pipas o contenedores montados en camiones y provistos de dispositi­vos y bombas especiales para d istr ibuir en forma controlada y homogénea el agua a todo lo ancho del camino o cal le.

21

Capítulo 4 Vialidades urbanas

Tabla 4.1 Equipo de compactación de suelos

Capa Tipo Tipo de Presión aplicada, Número Velocidad Espesor Estado de la humedad de equipo o fuerza mínimo de máximo

suelo recomendado

Q) Q) e: en <ll <ll en A1 Vibratorio en � Q) .o en .e <ll ::::s ::::s en Cf) Cf)

30 KN estáticas + 70 KN dinámicas

de pasadas de cada pasadas km/hr capa, en

cm

8 2 20 Cercano a la saturación

A2 Neumático 50 KN por cada rueda, 90 psi 6 5 1 0 Cercano a l a saturación

Vibratorio

A4 Pata de cabra As Pata de cabra

As Pata de cabra A7 Pata de cabra

inflada

30 KN estáticas + 70 KN dinámicas

0.70 Mpa

0.70 Mpa

0.70 Mpa

0.70 M a

Equipo de compactación

E l equ ipo de compactación se escogerá en fu nción de los tipos de suelos por compactar y de las exigencias del proyecto. Para ayudar en esta tarea, en la tabla 4 . 1 se ofrece una pequeña guía, la cua l , sin embargo, no pretende excluir otras posibi l i­dades n i desca l ificar los eq uipos con que cuente el constructor.

A contin uación se enumeran a lgunos requisitos básicos ad icionales que los equ ipos de compactación deberán cum­pl ir :

* Los com pactadores vi brator ios deberán contar con mecan ismos que le perm i tan contro lar l as vel ocida­des.

* En caso de que se uti l icen equi pos con l lantas neumáti­cas, estos podrán ser lastrados. S i son de remolque, los tractores deberán contar con l lantas neumáticas.

* Los equ ipos vibratorios pesados (5 ton) pueden ser em­pleados en la gran mayoría de los casos. También los patas de cabra con forma trapezoidales o modificados podrán ser uti l izados.

* De preferencia las frecuencias y ampl itudes de los rod i­l los vibrator ios deberán ser regu lables. La frecuencia de este equipo va normal mente de 1 ,500 a 2,500 ciclos/m i­

, · rwto. En sue los granu lares se recom iendan ampl itudes bajas combi nadas con frecuencias altas. En los suelos plásticos es exactamente al revés.

En trabajos pequeños es recomendable contar con un rod i­l lo vibratorio de doble tambor, con un peso estático de 1 ton o mayor.

22

8

9

1 2

1 8

24

2

1 0

1 0

1 0

1 0

20 Cercano a la saturación

1 5 1 O % bajo el l ímite plástico

1 5 1 O % bajo el l ímite plástico

1 5 1 O % bajo el l ímite plástico

1 5 1 O % ba'o el l ímite lástico

4.2 SECUENCIA CO N STRUCTIVA

4.2. 1 Capa sub-base

El material deberá cumpl i r con los requ is i tos m ín i mos de cal idad que se expusieron en la sección 1 .4 . Durante la colo­cación y esparcido del material que constituye esta capa se deben evitar i ncl usiones de materia les extraños. Las capas ya compactadas deberán ser de 1 O a 20 cm. Se evi tarán al máximo zonas local es o bolsas de mater ia les p lásticos, así como de compactaciones notoriamente irregu lares.

Se procurará uti l izar s iempre e l eq u i po adecuado, de acuer.:. do con el t ipo de suelos, vol úmenes de los m ismos por colocar, espesor de sus capas, etc., para e l l o se tomará la tabla 4 . 1 como guía. Las cantidades de agua serán las i ndicadas por las pruebas de laboratorio; en campo se ap l i carán los r iegos necesar ios para dar la humedad óptima de proyecto. Cuando se apl ique e l l íqu ido, se tendrá cu idado de no provocar encharcamientos, también se evitará la infi l tración de agua dentro de la capa subrasante y subyacente, pues esto t iende a reblandecer las.

Las pasadas del eq u ipo se i n iciarán desde l as ori l las, con avances hacia el centro. Se deberán usar traslapes m ín i mamen­te de 30 cm. En caso de contar con sobreanchos de compacta- • ción, éstos serán de 40 cm m ín i mo por lado e n el caso de ca l les, y de 1 5 cm en banquetas. Se considerará que la compactación es satisfactor ia cuando se logre la densidad especificada.

La superficie terminada debe estar l isa, y para le la a la rasante de proyecto de la ca l le, l i bre de depres iones, m ismas · que no deberán ser mayores a 2 cm, no i m porta que el n ivel · exigido en los planos sea mayor o menor.

Vialidades urbanas

Los espesores y grados de compactación logrados se deter­ryi inarán de manera rutinaria. Las irregu laridades en la superfi­cie se - corregirán· mediante escari ficación y remoción de materia_! . En el caso de sobreelevaciones, agregado de materia l , perfi lado y su correspondiente compactación; en e l caso de depresiones, según los documentos de construcción.

4.2 .2 Capa base

E l materia l cumpl irá en genera l con l os l i neamientos de la sección 1 .4, y más específicamente con lo d ispuesto en las normas S .C.T. vigentes referentes a bases para pavi mentos flexib les. El proced i m iento es básicamente el m ismo del párra­fo anterior. Los n iveles fi nales se podrán referir a banquetas, guarn iciones y pavimentos existentes. Alternativamente se re­feri rán a estacas de n ivelación, colocadas a l i neadas paralelas al eje de trazo, a d i stancias no mayores a 1 O m .

Mezcla

Los materia les podrán mezclarse en e l sit io d irectamente o en p lanta. En este ú lt imo caso los materia les se mezclan de manera homogénea, i ncl uida la cantidad de agua de proyecto. Posteriormente la mezcla se transporta al sit io de colocación y se esparce en un per íodo m ín i mo.

El mezclado en e l sit io se i n icia d ispon iendo los proporcio­namientos de materia les para lograr la d i str ibución granu lomé­trica. Se esparce pr i mero el materia l grueso y poster iormente los demás componentes. Logrado lo anterior, se in icia e l mezclado mediante motoconformadoras, arados de d iscos, rastras agrícolas, o cualqu ier equ i po apropiado hasta conseguir un mezclado homogéneo.

El agua se ap l icará con p ipas, de manera un iforme, antes del mezclado, y conforme éste ú lt imo avance, para lograr las humedades demandadas por el laboratorio.

Distribución y compactación

La d i str ibución en la geometr ía de la vial idad se ejecuta empleando motoconformadoras, esparcidores mecán icos o equipo s im i lar. E l mater ia l que se d istr ibuya previo a la com­pactación, deberá estar l ibre de bolsas de materiales finos o francamente gruesos.

En n i ngún caso se colocará mater ial de base sobre un materia l arci l loso, o en zonas reb landecidas.

Los materia les que constituyan esta capa deberán tener la humedad óptima o la más próxima a el la . En caso de que en campo se sobrepase e l conten ido de agua recomendado por el laboratorio, entonces se procederá a su aireación, para corregir el problema. En caso de seq uedad se apl icarán riegos y mez­clados ad icionales.

Se conti nuará con las pasadas de rod i l los hasta lograr una compactación u n iforme, regu lar y con la densidad especifica­da, incl uso si conforme se avanza no se presenta un desl iza­miento de materia les.

Normalmente, la capa base deberá a lcanzar un grado de compactación del 95 % respecto a la prueba AASHTO T1 80 (pisón de 4.5 kg y a lturas de caída 45 . 7 cm) en Ún ancho superior a l del pavimento.

La elección del tipo de compactador, número y velocidad de las pasadas dependerá devarios factores, a saber, del tipo de material por colocar, de la humedad óptima, los espesores y la d ispon ib i l idad de equ ipo, etc.

Los sobreanchos de compactación recomendados son de 30 cm a cada lado, para repartir adecuadamente las cargas transmitidas en la vial idad. En el caso de bases para banquetas, estos sobreanchos deberán ser de 1 0 cm . E l espesor fi nal ya compactado vendrá regido por el d iseño de cada caso particu­lar .

Las irregu laridades de perfi lamiento vertical se corregirán por med io de escarificado, adición de material aprobado por la residencia de obra y su correspond iente compactación.

4.3 BASES DE SUELO-CEMENTO

E l suelo es una mezcla de material pu lverizado con canti­dades med idas de cemento y agua, y compactado a un peso vol umétrico seco máxi mo. Conforme el cemento se h idrata, la mezcla se endurece.

El suelo puede ser de cua lqu ier tipo: arena, l imo, arci l la, grava, o piedra triturada.

Existen tres tipos básicos de mezclas suelo-cemento:

* Suelo-cemento.

* Suelos modificados con cemento.

* Suelo-cemento plástico.

De e l los, el pri mero es una mezcl a de sue lo con cemento capaz de soportar pruebas en estado húmedo y seco. En particul ar, contiene suficiente humedad para ejecutar ensayes de compactación de laboratorio. Se le conoce también con otros nombres tales como bases tratadas con cemento, suelos estabi l izados con cemento o agregados estabi l izados con ce­mento.

Los suelos modificados con cemento son aq uel las mezclas sin end urecer o con endureci miento parcial de suelos y cemen­to. Este ti po de mezclas se producen para mejorar algunas propiedades físicas de los suelos, ta les como la p lasticidad, compresibi l idad y resistencia ªI esfuerzo cortante. Esto se presenta debido a que cuando se adh ieren cantidades peque­ñas de cemento a los suelos que se pretende mejorar, las caracter ísticas de p lasticidad y cambios vol umétricos mejoran de manera notoria. La cantidad de cambios en tales propieda­des dependen del t ipo de suelos y de las cantidades de cemento incl u idas.

23

Capítulo 4

E l empleo de suelos modificados con cemento se relaciona con las subrasantes o terraplenes cuya cal idad en su estado natura l su cal idad es dudosa.

Suelos-cementos p lásticos: corresponden a mezclas endu­recidas de cemento con materia les granu lares que en el mo­mento de colocarse contaban con suficiente agua para dar le la consistencia de un mortero fresco. En comparación, e l suelo­cemento convencional contiene sólo la cantidad de agua para poder ser compactado.

Los suelos-cemento p lásticos se uti l izan como "camas" de tuberías colocadas en tr i ncheras o para construir pavimentos en áreas confi nadas, en pendientes pronu nciadas o de d ifíci l acceso, ta les como cunetas, o estructuras de control de erosión, en donde u n equipo de pavimentación tradicional no tenga acceso.

Se recomienda determi nar la cantidad de cemento para una mezcla dada de acuerdo con las características de cada pro­yecto en particular . S in embargo, en zonas urbanas es común emplear entre 2 y 3 % de cemento.

Dado que los suelos-cemento son materiales estructurales, poseen propiedades i ngenieri l es que dependen principal men­te del tipo de suelo y de las cantidades de cemento empleadas, de las cond iciones de curado y su edad.

Sólo para dar una idea de a lgunas de e l las, es com ún encontrar resistencias a la _compresión a los 28 d ías en especí­menes saturados con contenidos m ín i mos de cemento que cumplan con los criterios generales de suelo-cemento, com­prendidas entre 21 y 56 kg/cm2. El módulo de e lasticidad para el mismo plazo es del orden de 1 x 1 04• Estas propiedades se incrementan con e l período de curado.

Existe una correlación bastante clara entre las resistencias a la compr.esión y flexión. E l módu lo de ruptura es del orden de 20 % de la resistencia a la compresión .

4.3. 1 Ensayes de laboratorio comunes

Normal mente, las cantidades de cemento se dosifican por peso, es decir, en térmi nos del peso total del suelo secado al horno. Los cálcu los se hacen tomando a l suelo en esta condi­ción. S in embargo, en caso de faci l itar las obras en campo, se pueden hacer los aj ustes por vol umen, tomando como base e l peso correspondiente a un saco, es decir 50 kg.

Preparación de muestras: para una serie de un contenido de cemento a estudiar, bastarán de 35 a 50 kg del sue lo representativo a uti l izar. E�te deberá estar previa­mente secado al aire o a l horno a una temperatura de 60°C. Posterior­mente se cribará y separará em­pleando las mal las de 3/4" y la No. 4 . E l material que pase esta ú ltima mal la se deberá guardar en charolas cubiertas para evitar cambios fuer-

24

Vialidades urbanas

tes en los contenidos de agua, y se d eberá guardar durante todo el tiempo que duren los ensayes .

Las cantidades reten idas en las mal las d e 3/4" y la No. 4 se deberán anotar para su uso posterior en l os cálcu los granu lo­métr icos. Se e l iminarán las partícu las mayores a 5 cm (2"), anotándose la cantidad, para las correcciones que se deben hacer, a saber, las adiciones de materia l menor debidamente preparado para reflejar su sustitución.

Los materia les comprend idos entre las mal las No. 4 y la de 3/4" se deberán saturar (s in agua l i bre), para que así humede­cidos puedan emplearse para completar los suelos sujetos a ensayes de compactación. Su adición se hará de tal forma que su peso en estado seco sea igual , para u n espéci men de suelo-cemento dado, a la cantidad de materia l comprendido entre estas mal las más e l peso de materia les comprendido entre las mal las No. 4 y la de 2" de la m uestra representativa del suelo origi nal .

Cuando en a lgu nos cam inos exista u na carpeta de concreto asfáltico ya deteriorado, es admis ib le pu lverizar suelo y frag­mentos de carpeta asfáltica, a condición de que existan partí­cu las de estos materiales, junto con el sue l o, que pasen las mal las No. 1 O y 40. En ocasiones será i ncl uso necesario pu lverizar fragmentos de producto asfá l tico mayores de la mal l a de 3/4", para obtener fragmentos menores que puedan reemplazar o com pletar las m uestras de suelo, con granu lome­tría de 3/4" e i nfer iores, y así preparar m uestras representativas de las condiciones de campo. Todos los fragmentos asfálticos reten idos en la mal la No. 4 podrán ser tratados y manejados como partículas de suelo normal .

Se rea l izarán compactaciones de acuerdo con la norma ASTM D-558 o la AASHTO T-1 34. Los porcentajes de com pac­tación, como es usual en e l caso de suelos, se calculan como sigue:

P M S H - P M S S W = ------- X 1 00 P M S S - P M

y h X 1 00 Y s = w + 1 00

En donde:

Ec. 4 . 1

Ec. 4.2

PMSH = peso del suelo-cemento h úmedo y molde

PMSS = Peso de l suelo-cemento seco y molde

PM = Peso de l molde

w = contenido de agua del espéci men, %

Yh = Peso volumétrico húmedo del suelo-cemento, en kg/ cm3

Ys = Peso vol . seco del suelo-cemento, en kg/cm3·

Como es usual, se grafican los pesos vol u m étricos secos para cada contenido de agua (curva de com pactación), obte­n iéndose así e l contenido de agua óptimo para e l va lor máxi mo de "'{s.

Vialidades urbanas

Prueba de Saturación-secado: esta prueba l leva como fin estu­d iar el comportamiento desde el punto de vista de durabi l i­dad, de l os especímenes en cond iciones ambientales críti­cas, como son l os cam bios abruptos de saturación y seca­do en campo. El ensaye se eje­cuta de acuerdo con las normas ASTM D-5 59 o AASHTO T-1 3 5 .

U na vez preparadas las · muestras en l o s moldes, s e reco­mienda exponerlas durante 7 d ías a condiciones atmosféricas normales, y de preferencia en humedad a lta. Posteriormente se sumergen en agua d urante 5 horas, para l uego removerse. Los especímenes se someten después a secado al horno a 71 ºc por u n lapso de 42 horas. Acto segu ido se procede apl icar dos pasadas con cepi l lo de alambre a lo largo y ancho de toda la

· sección, a fi n de remover los planos débi les prod ucidos por e l proceso de saturación-secado rápido.

El cep i l l o es de cerdas metá l icas de cal i bre No. 26, planas, de 5 .24 cm de longitud, agrupadas en conju ntos de 1 O, mon­tadas en u na placa de madera de 1 9 x 6.35 cm, de forma que los gru pos formen a su vez ci nco h i l eras l ongitud i nales y d iez transversales.

Las pasadas con cepi l l o deben hacerse con una fuerza equ iva lente del orden de 1 .5 kg. Para e l lo, se sugiere sujetar la probeta en posición vertica l en u n plato de ba lanza. Posterior­mente se dan las pasadas, tratando de que cada apl icación o presión registre en la balanza la cantidad referida. Para lograr este raspado bastarán de 1 8 a 20 pasadas para cepi l lar todos los lados, y 4 pasadas en cada extremo.

Lo anterior constituye un ciclo de 48 horas. Posteriormente, el m ismo espécimen se deberá sumergir en agua para i n iciar otro. ciclo igual, hasta completar 1 2 . Al final del duod�cimo ciclo la probeta se seca en horno a 1 1 oºc, para después pesarla a esa temperatura.

Para e l cá lcu lo de la pérd ida de suelo-cemento a l final de la prueba se deberá considerar la cantidad de agua para la hidratación del cemento que no fue posible retirar de la matriz mediante el secado a 1 1 OºC. Este contenido de agua se puede considerar en promedio de 1 /4 del porcentaje de cemento en el espéci men 1 • La corrección es como sigue:

Donde:

P 5 e = e P s e s ) 1 1 oºc x 1 00 ( P s s ) 1 1 0ºc + 1 oo

(PSCS) 1 1 oºc = peso de la mezcla secada a 1 1 0°C

(PSS) 1 1 oºc = porcentaje de agua de h idratación retenida en el espéci men

Y el porcentaje de pérd ida de mezcla, PSC, según la relación:

p S C = ( p 5 C 5 ) horno original - ( p 5 C 5 )corregido X l OO ( p s e s )horno original

En donde: (PSCS)horno original = peso de la probeta seca origi nal

(PSCS)corregido = Peso de la mezcla seca ya corregido, (PSS).

Las pérd idas aceptables, atendiendo al ti po de suelo, son las siguientes:

" Tabla 4.2 Tolerancias en érdidas

Tipo de suelo Pérdida permisible

A-1 A-2-4.A-2-5.v A-3 < 1 4

A-2-6 A-2-7 A-4 V A-5 < 1 0 A-6 V A-7 < 7

4.3.2 Otros métodos aproximados

La PCA2 propone dos enfoques para determ inar los conte­nidos de cemento apl icables al caso de suelos arenosos: e l Método corto y e l Método Rápido. Ambos son de t ipo empíri­co, apoyado en 2,438 ensayes experi menta les conforme a las normas ASTM/AASHTO. Estos métodos emplean cartas de diseño cuyos datos de entrada son determi naciones previas de algunas propiedades índice de los suelos arenosos que se estudien. Ambos enfoques, si bien de senci l la apl icación, son un tanto arbitrarios. A continuación se descr ibe brevemente cada uno de e l los.

* Método Corto: E l método se subdivide en dos casos. El procedimiento A es para suelos arenosos cuyas partícu­las no sean superiores a la mal la No. 4. El Procedimiento B, para materiales con reten idos en la referida mal la. Cabe señalar que estos métodos ún icamente se apl ican en suelos granulares (con fi nos < 50 % ), con menos del 20 % menores de 0.005 mm, y menos del 45 % reten idos en la mal la No. 4 . Las gráficas resu ltantes se e laboraron dentro de estos l ím ites. Además, las gráficas fueron obtenidas para suelos con densidad de sól idos, Ss, supe­r iores a 2.45. Estas metodologías normalmente están del lado de la seguridad, con va lores muy cercanos a los obten idos en los ensayes del tipo de Saturación y Seca­do, vistos anteriormente. La secuencia básica es como sigue:

�* Obtención de la compactación de la mezcla en estu­dio.

�* Determinar el contenido de cemento requerido me­diante cartas de diseño.

* Verificación del contenido de cemento med iante una prueba de compresión. -

Previo a la apl icación de los proced imientos, se deberá determi nar la d istr ibución granulométrica del suelo y la densi­dad relativa del material retenido en la mal la N o. 4. Si todo el material pasa esta mal la, se uti l izará e l método A; si existe material retenido se empleará el proced imiento B .

25

Capítulo 4

Método A

* Paso 1 : rea l izar u na prueba de compactación para deter­mi nar el peso vol umétrico y la humedad óptima de una mezcla suelo-cemento. En este paso la PCA proporciona la gráfica (ver F ig. 4. 1 ) para esti mar e l contenido tentativo de cemento en la mezcla, atendiendo a la cantidad de mater ial, en porcentaje, entre las mal las No. 4 y la No. 60. De esta gráfica se obtiene un valor tentativo del peso vol u�étrico seco máximo, Ys máx. Después, con la gráfica de la F ig. 4.2, y conociendo que pasa la mal la No. 200 y el Ys máx, se obtiene el contenido tentativo.

* Paso 2: uti l izar el Ys máx de la mezcla ya compactada en el paso 1 para con la ayuda de la ya referida F ig. 4.2, obtener e l contenido de cemento requerido.

* Paso 3: preparar por tr ip l icado espécimenes para ensayes a compresión con los contenidos obtenidos en el paso anterior. Se prepararán al peso vol umétrico máximo y humedad ópti mo. Los especímenes podrán ser de 5 x 5 cm, o de 1 0. 1 6 de diámetro x 1 1 . 7 cm de altura. Los espécimenes de 5 cm y de 1 0. 1 6 cm deberán ser sumer­gidos en agua por un lapso de 1 hr. y 4 hrs. antes de ensayar los. Estos ú lti mos deberán además ser cabecea­dos previo a su ensaye.

* Paso 4: las probetas curadas en ambiente húmedo serán ensayadas a los 7 d ías, por dupl icado. Se tomará siempre e l promedio.

* Paso 5 : en el resu ltado anterior, para ser aceptabl e . el contenido de cemento propuesto, deberá ser superior a lo indicado por la l ínea de la Fig. 4 .3 . De caer el valor de la resistencia por arriba de la l ínea, entonces se procederá a i ncrementar el contenido de cemento.

La PCA no precisa en qué cantidad la resistencia a la compresión debe ser superior a lo indicado en la Fig. 4.3, sólo dice que debe estar por arriba. De esta manera, no expl ica qué hacer para variar la resistencia; además, no recomienda dedu­cir los consumos de cemento para acercar más la resistencia obtenida con la curva de esta figura. Es así que las curvas de diseño proporcionan dosificaciones de cemento necesarias para cubrir los requerimientos de Saturación-Secado de la AASHTO, que es fi nalmente lo que debe regir. Normalmente, los proporcionamientos por las gráficas están del lado de la seguridad, y es una medida cual itativa de que e l cemento h idrató normal mente dentro de la masa de suelo.

Método B

26

* Páso 1 : obtención del peso vol umétrico máximo, Ymax y la h umedad ópti ma de la mezcla. Ahora se uti l iza la gráfica de la F ig. 4.4 para obtener un Ymax tentativo. Para e l lo se deberá conocer la granulometría de la muestra de suelo, a fi n de entrar con el material que pasa la mal la No. 200. U na vez que se tiene este dato, y conociendo e l material retenido en la mal la No. 4, se entra en la

Vialidades urbanas

gráfica de la Fig. 4 .5 para obtener un contenido de cemento aproxi mado tentativo.

Es condición que e l suelo del espéci men contenga del orden del material retenido en l a mal l a N o. 4 que la m uestra general . Se e l iminarán las partícu las superiores a 1 .9 cm (3/4") . En caso de que existan partículas superiores a este tamaño en la muestra original , su cuantía se remplazará e n e l espécimen con material comprendido entre la mal l a d e 3/4" y la No. 4 .

o o UJ :! o a: a. o :! � o (.) a: lii :! :3 o > o rn UJ a.

* Paso 2 : conocido el Y max después de l a prueba en el paso anterior, se uti l iza otra vez la gráfica de la F ig. 4 .5 para establecer el contenido de cemento.

* Paso 3: emplear la tota l idad del materia l d escrito en el paso No. 1 y l os pesos vol umétricos m edidos en e l paso No. 2 para producir especímenes con las compactacio­nes, h umedades ópti mas y contenidos de cemento ya obtenidos. Los especímenes serán sumergidos por 4 horas y cabeceados previo a su ensaye.

* Paso 4: después de 7 d ías de curado h úmedo, determi nar la resistenda a la compresión .

* Paso 5 : con la F ig. 4 :6 se obtiene la resistencia perm isible a la compresión, en kg/cm2 . Si la resistencia med ida en

2100

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1900

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1900

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1700 1 20 40 60 80

% RETENIDO ENTRE LAS MALLAS # 4 Y 60

Figura 4.1 Estimación del peso volumétrico máximo promedio, Método corto de la PCA.

(

Vialidades urbanas

r>E 6 % da cemento por paso O; � ó ü ü:: ü w a. en w

g 1 800 .-.---�'"-"-w a.

o 5 1 0 1 5 20 25 30 35 40 1 45 50

% DE MATERIAL MENOR QUE .0.05 mm

Figura 4.2 Obtención de los contenidos de cemento para suelos que retienen material en la malla # 4.

el paso anterior �s superior a esta resi stencia, entonces el conten ido propuesto en el paso N o. 2 es correcto.

El control por peso en campo, s in embargo, a veces resu lta no práctico en campo. Es por e l l o que se opta en ocasiones por dosificación en vol umen. Para e l lo se puede uti l izar la s igu ien­te relación:

Ysmax Ysmax

% de cemento por volumen, B = { 1 00 + ª ) 1 1 00 x 1 00

1 , 762

Ec. 4.5

Donde:

ys max = peso vol umétrico seco máximo

a = conten ido de cemento.

B = porcentaje de cemento en vol u men de la mezcla compactada.

La s igu iente tabla proporciona la cantidad de cemento por d i stribui r, en peso, por metro cuadrado y por 1 cm de espesor:

Material menor que o.os mm, % en peso

Figura 4.3. Resistencia a la compresión simple a los 7 días.

27

Capítulo 4 Vialidades urbanas

Contenido de cemento, Ca ntidad de cemento kg/ m3 de suelo-cemento distribuido, kg/m2 /cm de

com pactado espesor compactado de suelo-cemento

60 72 0.72

80 0.80 o .... 88 0.88 'l!: 50

� 96 0.96 _J <l:: � 1 04 1 .04

� 40 z w 1 1 2 1 .1 2

1 20 1 .20 o o z

1 28 1 .28 w tLJ 30 a: o

1 36 1 .36

1 44 1 .44 1-z w 1 52 1 .52 u a: 1 60 1 .60 o 20 a.. 1 68 1 .68

1 76 1 .76

Para cua lqu ier conten ido de cemento,dividir la cantidad entre 1 00

o 1 0 20 30 40 so Ejemplo

PORCIENTO DE MATERIAL MENOR QUE O.OS Figura 4.4 Obtención de los pesos volumétricos máximos prome­dios.

Supóngase q ue se tienen dos suelos arenosos mezclados con l imos y l i mos-arci l losos con gravas de las siguientes carac­terísticas:

MEZCLAS DE SUELOS QUE CONTIENEN

MATERIAL QUE SE RETIENE EN LA MALLA # 4

Contenido de cemento, % en peso

Porciento de material menor que o.os mm

Figura 4.5 Obtención de porcentajes de cemento para mezclas de suelo-cemento, PCA.

28

40

30

20

1 0

o

� ó z ca :¡a E � e: Q) o "O ·¡:: Q) � ]1 Q; ca E Q)

"O o E Q) -� o a..

Vialidades urbanas

Característica Muestra 1 Muestra 2

Límite l íquido,% 41 .54 23.89

Límite plástico % 32. 1 3 1 8.67

Indice elástico 9.41 5.22

Contracción l ineal 2 .92 2.40

V.R.S Estándar.% 1 00 1 00

Pasa la malla No. 4 78. 1 48

Pasa la malla No. 1 O 66.2 46.7

Pasa la malla No. 60 39.9 24.2

Pasa la malla No. 200 27 1 6 ·

Grava % 22 36

Arena.% 51 48

Finos % 27 1 6

Clasificación de finos ML CL-ML

vm�v húmedo kq/ m3 2028 2298

·vmáx seco ka/ m3 1 632 2 1 05

Humedad óptima,% 24.2 9.2

Solución

Primeramente se obtienen l as propiedades índice de los suelos: .granu lometría y l ím ites de consistencia. Con e l l o esta­blecemos que método emplear. E n nuestro caso, una vez determ inado la naturaleza granu lar de estos suelos, emplea­mos e l método B . Después, con la ayuda de la gráfica de la Fig.4.4 se obtiene u na aproximación de los pesos vol umétricos húmedos. Así, para los casos de las m uestras tenemos que:

Muestra 1 Muestra 2, Con F = 27 % 1 6%

Retenido en la malla No. 1 O = 34% 53 %

Se obtiene 2.034 ka/m3 en esta muestra : 2. 1 46 ka/m3

* Paso 1 : con los pesos vol umétricos tentativos y el dato de conten idos de finos se entra en la F ig.4.5 y se obtiene, para e l caso de la muestra 1 , un contenido aproximado de 5 % . En el caso de la muestra 2, la traza horizonta l l lega hasta e l extremo derecho de la gráfica, por lo que podemos establecer un requerimiento m ín imo de ce­mento del orden de 4 % .

* Paso 2 : procédase a real izar la prueba d e compactación de acuerdo con la AASHTO T-1 34. Se obtienen ahora pesos vol umétricos de 2,028 y 2298 kg/m3 para las muestras 1 y 2, respectivamente, que son los valores consignados en la tabl a.

* Paso 3 : con los valores obtenidos de ymáx. h y el porcien­to de fi nos se vuelve a entrar a la gráfica de la Fig. 4.5, para verificar l os contenidos de cemento propuestos a l i n icio. Se aprecia que aproximadamente con estos datos el porcentaje es de 5 % y de 4 % para las muestras 1 y 2, respectivamente.

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o

Figura 4.6. Obtención de las resistencias a la compresión simple para mezclas, PCA.

* Paso 4: se rea l izan por tr ip l icado dos especímenes de 1 0. 1 6 cm (4") de d iámetro, a ser usados en edades de 7, 1 4 y 28 d ías. Se hacen a la humedad óptima previamente determi nada. U na vez compactados se ponen a curar en cuarto húmedo.

* Paso 5 : previo a l ensaye de compresión, las muestras se saturan en agua por 4 horas y se cabecean . Los resu l tados de resistencia a la compresión a los siete d ías son de 55. 1 y 52.4 kg/cm2 en la muestra 1 , y de 6 1 .2 y 56.9 kg/cm2•

* Paso 6: uti l izando la gráfica de la F ig. 4 .6, y usando e l porcentaje retenido en la mal la No. 4 y e l que pasa la No. 200, en ambas muestras se obtiene:

De esta manera, los contenidos de cemento resu l taron ampl iamente adecuados. En caso de que las resistencias a la compresión s imple h ubiesen resu l tado por abajo de 21 kg/cm2, se tendrían que fabricar especímenes con mayor contenido de cemento.

En caso de que en campo se requ iera conocer la relación de cemento por vol umen respecto a l vol umen compactado de las mezclas, entonces se apl ica la ecuación anterior. Así, el proporcionam iento de la muestra 1 en peso, 5 %, se i ncremen­ta a 5 .5 % en vol umen. Y la de la muestra 2 cambia de 4 % en peso a 5 % en vol umen de mezcla compactada.

Para dar una idea del im paéto de l os contenidos variables de cemento en estos suelos respecto a la edad, a partir de estud ios de mezclas rea l izados en el IMCYC se desprend ieron los resu l tados mostrados en la Tabla 4 .3 .

Según se aprecia en los resu l tados, las resistencias ( incl uso en edades tempranas) cumplen con los req u isitos mín imos de

29

Capítulo 4 Vialidades urbanas

Tabla 4. 3

Muestra Fecha de

Fecha de ensaye Edad,en días Resistencia a la Porcentaje de

elaboración compresión.ka/ cm2

cemento. en peso.%

1 - 1 6- XI I - 95 1 3 - XI I -95 7 55. 1

2 6 - XI I -95 1 3 - XI I -95 7 52.4

3 8 - XI I -95 22 - XI I -95 1 4 52.3 5 4 8 - XI I -95 22 - XI I -95 1 4 52.9

5 8 - XI I -95 8 - 1 - 96 28 57.5

6 8 - XI I -95 8 - 1 - 96 28 50.2

1 - 7 1 5 - XI I -95 22 - XI I -95 7 54.5

8 11 22 - XI I -95 7 53.4

9 29 - XI I -95 1 4 55.2 7 1 0 11 29 - XI I -95 1 4 52.9

1 1 1 2 - 1 - 96 28

1 2 1 5 - XI I -95 1 2 - 1 - 96 28

1 - 1 3 1 5 - X I I -95 22 - XII -95 7 77.3

1 4 11 22 - XII -95 7 72.8

1 5 29 - XI I -95 1 4 87.3 1 0 1 6 11 29 - XI I -95 1 4 82.9

1 7 1 2 - 1 - 96 28

1 8 1 5 - XI I -95 1 2 - 1 - 96 28

2 - 1 1 2 - XI I -95 1 9 - Xl l -95 7 61 .2

2 1 2 - XI I -95 1 9 - XI I -95 7 56.9

3 1 3 - XI I -95 27- XII -95 1 4 64.9 4 4 1 3 - Xl l -95 27- XI I -95 1 4 60.7

5 1 3 - XI I -95 1 0 - 1 - 96 28' 6 1 3 - Xl l -95 1 0 - 1 - 96 28

2 - 7 1 3 - XI I -95 20 - XI I -95 7 63.4

8 1 3 - XI I -95 20 - XII -95 7 63.9

9 1 3 - XI I -95 27 - XI I -95 1 4 84.2 5.5 1 0 1 3 - XI I -95 27 - XI I -95 1 4 68.8

1 1 1 3 - XI I -95 1 0 - 1 - 96 28

1 2 1 3 - XI I -95 1 0 - 1 - 96 28

2 - 1 3 28 - X I I -95 4- 1 - 96 7 63.4

1 4 28 - XI I -95 4- 1 - 96 7 53.1

1 5 28 - XI I -95 1 1 - 1 - 96 1 4 8 1 6 28 - XI I -95 1 1 - 1 - 96 1 4

1 7 28 - XI I -95 25 - 1 - 96 28

1 8 28 - X I I -95 25 - 1 - 96 28

Nota: Los requerimientos de resistencia a la compresión para los contenidos mínimos de cemento (5.5 % y 4.5 % en peso de cemento para las muestras 1 y 2, respectivamente ) son en promedio de 21 kg/ cm

2•

cemento requer ido. Esto sugiere que los sue los son de buena cal idad . Es i mportante hacer notar que la evol ución de a lgunas resistencias aparentemente no resu ltó lógica, pues en a lgunas series se obtuvieron resultados d isti ntos para una misma edad. E l l o se expl ica por la presencia en mayor cuantía de agregados gruesos en unos especímenes más que en otros, o a una distr ibución no regu lar de tales agregados, lo que, por otro lado, resulta normal en este ti po de muestras. S in embargo, la tendencia en resistencias sí es consistente.

30

Las mezclas pueden ser hechas en el sitjo o en p lanta centra l .

En e l sitio la mezcla s e pueden preparar mediante:

1 ) Máquina viajera de mezclado.

a) De eje transversal p lano. Mezclador de eje senci l lo. Mezclador de ejes mú l tip les.

Vialidades urbanas

b) Mezclador de paletas de eje horizontal del tipo de acamel lonam iento.

2) P lantas centra les de mezclado.

a) Mezclador de eje horizontal del t ipo de fl ujo continuo.

b) Mezclador de eje horizonta l del tipo de carga conven­cional .

c) Mezclador d e tambor rotatorio (o bascu lante).

Los pri meros equ i pos que recogen e l suelo a ser mejorado, luego añaden las cantidades de agua y cemento especificadas para q ue después de ser mezcladas se coloquen en la capa de apoyo, a medida q ue el equ i po avanza.

En caso de no contar con estos equ ipos automatizados, alternativamente se pueden colocar los sacos de cemento sobre los cordones o sobre la superficie, a d i stancias un iformes, dependiendo de los proporcionamientos. El mezclado se hace con mezcla�ores especia les ("pu lvimixers"), cu ltivadoras, ara­dos, rejas o rastras. El agua se d istri buye con el equ ipo apro­piado para dar la h umedad req uerida en forma uniforme.

* Cuando se rea l icen las operaciones para cami nos de bajo costo en zonas rurales, y se cuente con equ ipo mezcla­dor-pu lverizador ( l lamado también pu lvimezclador o "pu lv im ixers"), e l cual consiste en un rotor provisto de d ientes escarificadores que giran y penetran dentro del suelo a ser tratado, d i sgregándolo y pu lverizándolo ínti­mamente, se deberá tener en cuenta que este equ ipo es particu larmente eficaz para pu lverizar aquel los terrones formados por materia les arci l losos. También resu ltan adecuados en los casos en que se requiera d isgregar carpetas asfált icas que van a ser recicladas en la forma­ción de bases con cemento, con o s in material granu lar com plementar io de i mportación de banco.

El s istema funciona a var ias pasadas de esta caja d isgrega­dora, que es la que a loja al rotor. El conjunto se sitúa en la parte posterior de un tractor con ruedas neumáticas.

A conti n uación se resume el equ ipo que normalmente se uti l iza en campo para mezclas hechas en el lugar, es decir, para cuando no se cuenta con u na mezcladora central de suelo-ce­mento.

PROCEDIMI ENTO G EN ERAL (RESUMEN)

Con equipo especial izado

* Escarificado y h umedeci m iento en franjas del suelo a estabi l izar. Se conforma al n ivel de proyecto. El ancho de trabajo es función del ancho de la pu lvimezcladora.

* Se esparce el cemento en toda la superficie. Esto podrá rea l izarse med iante cam iones volteos dotados con una

caja dosificadora, de manera que su compuerta permita la sal ida de una capa uniforme de cemento, y así cumpl i r con la cantidad prescrita en e l proyecto de mezclado o mejoramiento.

* Paso de las cajas pulverizadoras, cubriendo el ancho total de la sección por tratar, en tras lape uha respecto a otra para no dejar anchos s in mezclar. Se hacen- tantas pasadas como sean necesarias hasta l ograr un iformidad en las mezclas suelo-cemento. Mientras se real iza esta actividad, en otras secciones adyacentes e l terreno podrá i rse preparando: h umedeciendo, escarificando, confor­mándolo, etc.

* Compactación, rastr i l lado y curado.

Venta·as Desventa·as

Poco costo relativo del equipo. Se requiere un estricto control de los cortes.

Manejo simple de las máquinas. La apl icación del agua no es orecisa.

Alto rendimiento. P é r d i d a d e a g u a p o r evaooración.

P u l v e ri z a c i ó n a d e c u ad a y E l tren d e pavimentación tiene uniforme. aue ser muv coordinado.

D i st r i b u c i ó n u n i f o r m e d e l cemento. Nota: el equipo anterior es de varias pasadas. Existe una variante más sofisticada de este equipo que utiliza una sola pasada y consiste en una caja que alo!a varios rotores, uno cortador, a base de cuchillas que trabajan a alta velocidad; otro de paletas que trabajan en sentido contrario al anterior, a una velocidad más baja. Le siguen uno o dos rotores mezcladores de amasado. Este equipo más completo incluye alimentadores de agua, así como sus salidas mediante boquillas esparcidoras a presión. La profundidad de corte y la cantidad de agua para la mezcla pueden controlarse mecáni­camente con buena precisión.

Equipo agrícola

Cuando e l mezclado se rea l iza in situ, y no se cuente con los mezcladores viajeros, se podrá escarificar y pulverizar el suelo existente, o se acordonará e l material de producto de banco, según sea el caso.

U n resumen de fa secuencia constructiva efectuada con un equipo agrícola es el sigu iente:

* Escarificar. y pulverizar e l terreno con cu ltivadoras, ras­tras o motoconformadÓras.

* Extraer los fragmentos mayores de 6 cm.

* Acordonar a un costado, compactando el terreno en el otro y viceversa.

* Distr ibu ir el agregado; posteriormente se rea l iza el mez­clado, extendido y n ivelación del material .

* Distr ibuir el cemento y mezclado mediante las motocon­formadoras, rastras o cultivadoras.

31

Capítulo 4

4.3.3 Secuencia detal lada

32

* Se escogen tramos de 1 1 O m de longitud por 4 a 7 m de ancho, a fin de que estas secciones sean terminadas en un solo d ía.

* Escarificado del materia l a ser estabi l izado, previo enrase o perfi lamiento de la superficie por tratar (en caso de ser necesario). Si el terreno natural está muy seco, ap l íquese un primer r iego de agua, para que mediante rastras agrícol as o arados de d isco (podrán uti l izarse junto con los escarificadores, de ser necesario), el suelo sea d isgre­gado y/o pulverizado.

* Los suelos cohesivos de alta p lasticidad -tales como l imos y arci l las del tipo CH y MH- son los más d ifíci les de d isgregar y requieren va,r ias pasadas del equ ipo para · ser pu lverizados .

* Acopio de sacos de cemento: el cemento podrá -- ser colocado en sacos, aproxi madamente 2 ó 3 sacos por cada 1 .25 m . I . de cam i no, para tener así 20 kg por m2 de camino (esta cantidad varía según el tipo de suelos; las cantidades aqu í consignadas son aproxi madas) . Se d isponen norm_a lmente en la franja central . En zonas de traslape se dejan dos sacos de cemento para que sean apl icados de manera manual en estas zonas de juntas.

* El cemento se mezcla con el suelo ya sea mediante "paleo" manual o bien med iante rastras agrícolas jaladas por tractores, o con ambos.

* Previa obtención de la humedad de la mezcla en e l l ugar, se apl ica la cantidad de agua recomendada por el labo­ratorio a fin de obtener los pesos vol umétricos secos máximos.

* Se dan de dos a tres pasadas con pipa de agua, seguida de arados de d isco para un iform izar la mezcla suelo-ce­mento.

* Acto seguido se apl ica un primer acomodo del materia l con dos o tres pasadas con tractor, pasando siempre por la m isma "huel la", a fin de lograr la compactación desea­da.

* Perfi lamiento y bombeo superficia l : para dar acabado a la superficie, se apl ican pases con tractor equ ipado con cuch i l las en la parte trasera. La cuch i l l a se i ncl i na 2 % para dar el bombeo superficia l . En todo este proceso se recom ienda apl icar agua, ya sea mediante pi pas o rega­dos por ayudantes de campo, para compensar la pérd ida de humedad por evaporación.

* Compactación fi nal : se dan pasadas con rod i l los vibra­torios metál icos, de 4.50 ton de peso, apl icadas de la siguiente manera:

* 2 pasadas en la modal idad estática.

'* 2 en media vibración.

* 2 pasadas con la vi bración completa.

Vialidades urbanas

* 1 pasada final, estática, para dat el afi ne de la superfi­cie.

Alternativamente, para real izar la compactación se puede usar equ ipo agríco la lastrado, con peso superior al de los tractores.

Durante el procesó de compactación se deberá estar con­trolando la un iformidad de las mezclas y e l n úmero de pasadas necesarias para lograr lo. El espesor total compacto deberá de ser igual o menor a 1 5 cm s i se pretende extender la en u na sola capa. Cuando se requieran espesores mayores, entonces se emplearán dos o más tendidos.

A continuación se especifica e l equ i po de compactación necesario pára que se cumplan los s iguientes t iempos:

* 2 horas entre l a ap l icación del agua y e l rod i l lado i n icia l .

* 3 horas entre la incorporación del agua y la termi nación del proceso de compactación.

La compactación i n icial se rea l iza con rod i l los l i sos metá l i­cos o con rod i l l os de "pata de cabra" .

A excepción de los suelos arenosos, es general izado el empleo de rod i l l os de "pata de cabra" por su versati l idad, ya que se les puede sobrecargar convenientemente con balasto, a fin de que l as presiones u n i tarias tiendan a ser a l tas, pero s in que sobrepasen los l ímites de rotura de l os granos del sue lo o de equ i l ibrio p lástico (fa l l a) de la masa de suelo.

En caso de que e l suelo esté a lgo apretado, es perm is ib le dar un escarificado adicional , o pasadas ad icionales de mez­cladoras viajeras, a fi n de q ue los d ientes del tambor puedan penetrar y de esta manera permitan real izar las compactaciones de abajo hacia arr iba.

Las p lacas vibradoras, p lanchas, o rod i l l os l isos se apl icarán en general en suelos de natural eza granu lar. Los del t ipo 1 neumático son ap l icables a mezclas de grava o arenas gruesas /

con finos de poca p lasticidad, tales como arenas de duna, p laya, y en general los de origen eól ico, en donde no exista ; prácticamente nada de l iga entre granos.

Los del tipo neumático jalados con tractores de orugas equ ipados con planchas vibratorias pueden funcionar en sue­los si n cohesión, siempre que e l tractor sea de suficiente peso y proporcione vibración.

Los tractores pesados con tres rod i l l os l isos vibratorios pueden ser uti l izados en gravas con poco o nada de fi nos del tipo cohesivo.

Para obtener los mejores resu ltados en el proceso de com­pactación, éste se debe in iciar tan pronto se prepare la mezcla de agua, suelo y cemento.

Toda sobreelevación deberá ser recortada a la tolerancia especificada en el proyecto, antes de que se termine y afi ne la superficie compactada mediante compactadores l isos y/o neu­máticos.

Vialidades urbanas

En el proceso de perfi lamiento y acabado fi nal, se e l imina­rán todas las marcas dejadas por d iscos de corte (en caso de haberl os empleado), las huel las de l lantas, etc. y toda superficie lisa dejada por las d iferentes pasadas. Con este propósito se pueden uti l izar con el equ i po agrícola, las escardadoras, las rastras equ i padas con d ientes de púas, etc. Esta precaución obedece a que si se requiere colocar tendidos adicionales muy delgados, éstos tenderán a desprenderse con faci l idad y se agrietarán con el tiempo. Para lograr buena adherencia es necesario contar con u na superficie h umedecida y rugosa. Este raspado de la superficie se debe hacer en todo tipo de mezclas, exceptuando aquel las con un a lto contenido de gravas.

Para d istr ibuir e i ncl u ir materiales l igantes en superficies con alto conten ido en gravas o con presencia importante de fragmentos de roca, cuyas superficies hayan sido acomodadas con rod i l l os l i sos se pueden uti l izar barredoras jaladas.

Porntro lado, para dar los perfi lamiento y acabados finales, resu lta conven iente emplear motoconformadoras, en lugar de planchas, para dar los recortes superficiales finales, para l uego hacer pasar rod i l los neumáticos para el sel lo de la .superficie. El afi ne consiste básicamente en el recorte muy superficial de irregu lar idades o acordonamientos dejados por e l equipo de termi nado.

El mater ial recortado se coloca hacia las ori l las y ya no se vuelve a uti l izar. La actividad fi nal consiste en rociar agua en la superficie y dar u nas pasadas con rod i l l os neumáticos para cerrarla. De esta manera, la superficie quedará l ista para curar­se.

Durante el terminado la superficie deberá mantenerse h ú­meda, dando pasadas con p lanchas para n ivelar los cordones o huel las dejadas por e l equ i po de compactación a base de neumáticos.

Cuando los veh ículos transiten por la capa base recién d ispuesta, lo harán de preferencia en zonas a lejadas de las ori l las, y deberán contar excl usivamente de l lantas neumáticas.

Las juntas de construcción o de final de d ía deberán ser totalmente verticales y perpendiculares a l eje del camino o vial idad.

Condiciones de h umedad: siempre se evitarán los conteni­dos excesivos de agua. Es tolerable que en materiales arenosos se exceda hasta en un 2 % del contenido ópti mo. En los del tipo arci l l oso es conveniente trabajar por abajo de este ú ltimo conten ido, a fi n de faci l itar los mezclados. En ocasiones se deberá "ai rear" e l materia l mediante e l empleo de cuch i l l as o arados para posteriormente voltear lo en pasadas sucesivas mediante rastras agrícolas. Para evitar la concentración de humedad o i ncl uso la formación de encharcamientos, y garan­tizar un buen escurri miento superficial posterior, se deberá asegurar un perfi lamiento adecuado de la rasante y un buen coronamiento o bombeo, aún desde las etapas in iciales de colocación de las mezclas.

Antes de in iciar los trabajos de tendido y compactación, y como es usual en todos los trabajos de este tipo, todos los puntos o zonas blandas deberán ser removidos y sustituidos por material apropiado, debidamente compactado. Estas áreas son fáci les de detectar, pues en e l las quedan impresas las h ue l las del equipo de conformación o de carga empleado antes de los tendidos de las mezclas.

Sin embargo, en ocasiones las zonas con apoyos i nestables no se detectan hasta las etapas finales de compactación, cuan­do aparecen desprendi mientos, o grietas. En estos casos es conveniente retirar el equ ipo de compactación, y dar pasadas uti l izando camiones de volteo, o rod i l l os l igeros, hasta a lcan­zar las compactaciones próxi mas a las de proyecto.

Los · métodos de control de compactaciones más comunes son el cono de arena3 y el densímetro n uclear4. Al igual que en el caso de suelos, e l control de mezclas de suelo-cemento requiere comparar los pesos vol umétricos secos máximos de campo y de laboratorio para establecer los grados de compac­tación a lcanzados. No obstante, para dar u na idea aproximada y pre l iminar durante el desarro l lo de los trabajos, se pueden comparar los pesos vol umétricos en estado h ú medo.

En e l caso del cono de arena, esta ú ltima debe estar l impia y seca, y ser un iforme, compuesta de partícu las subredondea­das y redondeadas, que esté comprendida entre las Mal las núm, 1 O y 60, y que un máximo del 3 % pase este ú ltimo tamiz (0.25 mm).

En e l caso de pavimentación urbana se debe poner especial atención en obtener los grados de compactación obtenidos en l u'gares de d ifíci l acceso, tales como camel lones, guarniciones, tri ncheras para cableados subterráneos, etc.

Curado

Las mezcla ya compactada deberá protegerse contra la pérdi­da de agua, ya que se requiere de toda la humedad interna disponible para faci l itar la hidratación del cemento. En la mayoría de los casos se uti l iza material bituminoso para este propósito (pueden ser emulsiones asfálticas). Asimismo, se pueden uti l izar papeles impermeables o franjas de plásticos, pajas y arenas humedecidas al menos dos veces por d ía; rociado de agua; harpi l leras húmedas; etc. Todas estas técnicas son totalmente satisfactorias. Se deberá curar la mezcla del orden de 7 días como mínimo, mediante rociado de agua. De manera alternativa, y para evitar fal las en este rubro, podrá apl icarse un riego por medio de tanques manuales o de membrana de curado

Si se emplearan materiales .. de curado de tipo bituminoso, como las emulsiones asfálticas, o productos rebajados de fraguado rápido, los proforcionamientos típicos serán del orden de 0.70 a 1 .4 l ts./m . La superficie deberá estar l ibre de partícu las sueltas secas y extrañas. Previo a la colocación del material asfáltico, se apl icará un humedeci miento l igero a la superficie por curar.

33

Capítulo 4

4.-3.4 Proporcionamientos aproximados y personal requerido

En las siguientes tablas se presentan porcentajes típicos apro­ximados de contenidos de cemento en mezclas, para diferentes suelos, de acuerdo al sistema de clasificación de la MSHTO.

Tabla 4.4 Rango típico de contenidos de cemento en suelos su erficiales

Grupo de Cemento Cemento, kg por

m3 de suelo-suelos, de acuerdo porcentaje por

cemento al AASHTO peso de suelo

comoactado

A - 1 3 - 5 80 - 1 1 0

A - 1 - b 5 - 8 1 1 0 - 1 30

A - 2 - 4

A - 2 - 5

A - 2 - 6 5 - 9 1 1 0 - 1 40

A - 2 - 7

A - 3 7 - 1 1 1 30 � 1 80

A - 4 7 - 1 2 1 30 - 1 80

A - 5 8 - 1 3 1 30 - 1 80

A - 6 9 - 1 5 1 40 - 21 0

, A - 7 1 0 - 1 6 1 40 - 21 0

Los conten idos anter iores podrán i ncrementarse en el caso de que los suelos superficiales presenten a lto conten idos de finos p lásticos, y de materia orgánica. Este i ncremento puede . l legar hasta de 60 kg/m3 de suelo-cemento ya compactado. S i el color de los sue los vegetales superficiales es francamente negro, los valores anteriores podrán i ncrementarse hasta del orden de 1 00 kg/m3 de suelo-cemento ya compactado.

Tabla 4.5 Contenidos típicos de cemento en suelos es eciales

Cemento, Cemento, kg

por m3 de Material porcentaje por

suelo-cemento peso de suelo

comoactado

Caliche 7 1 30

Materiales cuarzosos 8 1 30

Escorias volcánicas 8 1 30

Calizas cribadas 5 1 1 0

Mara as 1 1 1 60

Escoria 1 1 1 80

P i z a rras y e s q u i st o s 1 0 1 60

desintearados

Suelos suoerficiales 7 1 30

Escorias {enfriadas con aire) 7 1 30

Escorias (enfriadas con 7 1 40

aaua)

34

Vialidades urbanas

Tabla 4.6 Contenidos típicos de cemt:nto en mezclas con suelos

% de % de Peso Vol.

Descripción cemento humedad máximo, óptima, aprox. en

en peso aorox. ton/m3

Grava (menor de 5 cm) y arena bien graduada

3 - 5 8 2 . 1 con algo de finos, 15 % máximo.

Grava (menor de 5 cm) y arena mal g raduada

5 - 8 1 0 2.0 con algo de finos,25 % como máximo.

Grava (menor de 5 cm) con algo de arena con

5 - 9 1 0 1 .9 composición fina arcil lo-limosa,35 % máximo.

Arena fina. 7- 1 1 1 0 1 .8

Limo con arena. 7 - 1 2 1 0 1 .8

L i m o d e o r i g e n esquistoso, mezclado 8 - 1 3 1 4 1 .8 con arena

Arcil la con limo v arena 9 - 1 5 1 4 1 .75

Arcil la con arena. 1 0 - 1 6 1 6 1 .70

Los suelos finos (arci l las y l i mos) p lásticos no son apropia­dos para el mejoram iento.

A manera de ejemplo, a lgunas apl icaciones han requerido los s igu ientes recursos humanos:

Tabla 4.7 Recursos humanos re ueridos

Recursos humanos Cantidad

Jefe de Obra 1

lnaeniero. Civil 1

Técnico vial medio 1

Topóqrafo 1

Laboratorista de suelos 1

Ooerador de motoconformadora 1

Operadores de máauina pulverizadora v mezcladora 2

Ooerador de tractor 1

Chofer de pipa 2

Ooeradores de compactador 2

Chofer de tal ler móvil 1

Mecánico automotriz 1

Ayudantes *

Eauioos

Motoconformadora 1

Máauina oulverizadora-mezcladora 2

Pi o a 2

Comoactadores 2

Taller-móvil 1

Tractor con arrastre 1

Vialidades urbanas

El n úmero de ayudantes es función de los metros l i neales que se ataquen por-frente de trabajo. Su n úmero se incrementa al exi stir obstácu l os en general , sobre todo en zonas urbanas.

E-1 mezclado se hace de manera mecánica, pero en zonas con obstrucciones se ejecuta manual mente. Así, el personal deberá extender y d istr ibuir e l cemento en zonas locales bien defi n idas.

El eq u ipo de acarreo para la sub-base o terracerías (carga­dores frontales, volteos) podrá ser necesar io también en el caso de que el suelo vuelva a ser estabi l izado.

Los t iempos de ejecución de cada una de las actividades se muestran a conti nuación. No se debe tomar la suma de con­ceptos para estimar tiempos de ejecución, ya que existen operaciones para le las, o sea que se pueden hacer al m ismo tiempo.

Ejemplo de d i mensiones:

Largo = 90.0 m

Ancho = 7 m

Espesor = 0. 1 5 m

Actividad

Pulverización del suelo.

Tiempo en minutos

35

Señalización o marcado del rectángulo del terreno 1 3 1 oor trabaiar

Distribución v extendido del cemento. 1 6

Mezclado seco del suelo v el cemento. 70

Rieao de aaua 46

Mezclado húmedo del suelo v el cemento 78

Perfilado v nivelación 33

Comoactación 1 05

Tabla 4.8 Es esores tí icos - zonas rurales

Espesores en cm,según las

Descripción del suelo caraas por eje

2.5 Ton 3.75 Ton 5.00 Ton

Mezclas de grava y arena con 1 2 1 2 1 5

alao de limos

Mezclas de grava con arena, l imo 1 2 1 5 1 5

IV arcil la o arena muv fina

Limos 1 5 1 8 20

Arcillas 1 8 20 22

4.3.5 Control de cal idad, criterios generales

Subrasante

Para asegurar que esta capa tenga la u n iformidad requerida, es conven iente obtener muestras representativas para ensayar­las y obtener sus propiedades físicas como pesos vol umétricos,

porcentaje de fi nos, l ím ites de plasticidad, densidades relati­vas, etc., y grados de compactación por medio de Proctor modificada, variante de la prueba AASHTO correspond iente, etc. Además, se obtendrán l os val ores rel ativos de soporte, VRS. Estos ensayes se ejecutarán en menor medida si se cuenta con estud ios de mecánica de suelos para la obra en cuestión. Cuando éstos no existan, se rea l izarán ca las exploratorias y recuperación de muestras al menos a cada 500 m de vial idad.

Determi nación de pesos vol umétricos in situ a cada 50 m.

Verificación de los perfi les vertica les con una tolerancia de ± 3 cm.

Sub-base y base

Se deberá cump l ir con los requisitos de ca l idad presentados en la sección 1 .4 .

Se obtendrán muestras para ensayes del ti po de los l ímites de consistencia, granu lometría, desgaste Los Ange les, equ iva­lente de arena, densidad relativa, pesos vo l umétricos, y de compactación (Proctor o AASHTO modificada), y de va lores de soporte relativo, VRS. La secuencia propuesta es como sigue:

* Mezclas producidas en planta: 1 ensaye por cada 250 m de vial idad.

* Mezclas preparadas en el sitio: 1 ensayo cada 1 25 m de vial idad.

Consideraciones de pulverizado

Desde l uego, los suelos que req u ieren mayor trabajo previo para su pulverización son los del t ipo arci l l oso. Son los suelos que también requ ieren un mejor equ ipo para esta actividad. Es com ún encontrar en especificaciones que en estas mezclas una vez completado el proceso de mezclado a la humedad óptima, el 80 % pase la mal la No. 4, y el 1 00 % la mal la de 1 ", e l im i nándose só lo las gravas o los fragmentos mayores a este tamaño.

. Para cu idar la un iformidad y pulverización aceptables se

puede ejecutar una senci l l a prueba que consiste en rea l izar un tamizado por la mal la No. 4 de una muestra representativa de la mezcla suelo-cemento.

Se e l im inan los fragmentos o grava retenidos. Los terrones y e l material que pasa, se d isgregan y se pesan, para posterior­mente secar lo. El grado de pu lver ización se determ ina como:

% de pu lver ización =

Peso seco del suelo - cemento que pasa la malla No.4 Peso seco de la muestratotal, quitando los fragmentosretenido!'en la malla No.4

Ec. 4.6

Por otro lado, es permis ib le por cuestiones prácticas rea l izar las mediciones de pesos en estado húmedo, en l ugar de pesos corregidos en estado seco. La med ición por pesos secos per-

35

Capítulo 4

mite efectuar ajustes en e l sitio de mezclados y pulverizaciones de manera aproximada.

El proceso de pulverización se puede s impl ificar, si se adoptan las siguientes medidas:

* Real izar movimientos de avance más lentos de la máqui­na mezcladora.

* Hacer varias pasadas, en el caso de que se esté uti l izando un equ ipo que requ iera pasadas múl tiples.

* Restitución de d ientes rotos del mezclador.

* H umedecer y mezclar previamente el suelo antes de in iciar e l proceso.

En situaciones, en que el suelo tenga demasiada agua, se procederá a i nspeccionar lo visual mente, pues resu lta conve­n iente al momento de apl icar el cemento que la humedad nunca supere a la óptima. Esto evitará que el proceso del mezclado no se presenten dificultades en esta operación.

Determi naciones del peso vol umétrico para rnntrol de compactaciones: 1 a cada 50 m, por faja.

Medición de elevaciones

Se ejecutarán varias mediciones y se permitirán las siguien­tes tolerancias respecto a lo i ndicado en los p lanos de proyecto:

* Sub-base: 2 .0 cm.

* Bases granu lares: 1 .5 cm.

En el cami no, estas tolerancias son de ün cm en ambos casos.

Cuando se empleen bases estabi l izadas con cemento no se permitirá que las elevaciones sobrepasen a lo i ndicado en los perfi les de los p lanos.

La superficie ya termi nada deberá estar l isa, uniforme y l ibre de depresiones. Estas no deberán ser mas bajas ni -más a ltas

36

Vialidades urbanas

respecto al n ivel de proyecto en u n a cantidad de 1 cm, medida ; con una regla de 3 m de longitud, paral e lamente y normal a l eje d e la vial idad.

Espesores

Los espesores de l a capa base no deberán ser menores a l 5 % respecto al espesor especificado.

. Alternativamente, el control de l os espesores se rea l izará ; conforme a lo d ispuesto en l as N ormas de Construcción de la l S.C.T., en el tomo correspondiente a " Pavimentos". E n e l las se ; establece que la raíz cuadrada del promed io de l os cuadrados : de las diferencias calculadas restando a l espesor real obtenido en l as diferentes mediciones, e¡, e l espesor real promedio : correspond iente a todas las determi naciones, e¡, s iempre debe- . rá ser igual o menor al 0 . 1 2 del espesor real promedio, e¡ .

Referencias

1 La norma AASHTO D 559 - 5 7 y D 560 vigente aceptan variaciones del agua de h idratación en el rango de 1 .5 a 3 .5 %, atendiendo a la clasificación de suelos de l a AASHTO. Esta ' ú ltima se presenta en un anexo de l a parte fina l de esta : publ icación.

2 De acuerdo a l a norma AASHTO T 1 34 vigente " Re lación H umedad - Peso Vol umétrico en mezclas de suelo - cemento"

3 ASTM D 1 556 o AASHTO T 1 9 1

4 ASTM D2922 y D301 7, AASHTO T 238 y T 2 3 9

·"Soil-Cement Construction Handbook", boletín técnico, Portland Cement Association, E B003 .09S, 1 979.

"Soi l-Cement Laboratory Handbook", Portland Cement As:­sociation

Ver la referencia anterior. También "Suelo-Cemento, usos, propiedades y apl icaciones", M . I . Eduardo de la Fuente L., I nstituto Mexicano del Cemeñtd y del Concreto, A.C., 1 995.

Capítulo 5

Cal les con adoqu ines

Desde el punto de vista estructural , las vial idades con superficie de rodam iento a base de adoqui nes deben

contar con capa de apoyo o "cama" de arena, en la cal idad descrita en e l capítu lo 1 . Este conjunto se apoya en las capas bases granu lares o estabi l izadas, constru idas con las metodo­logías y ca l idades de materia les d iscutidas con anterioridad.

En general , una estructura de pavimento adoqui nada con­siste de los siguientes componentes:

Capa sub-base: es u na capa de roca triturada o de grava, colocada bajo la base (esta ú ltima es opcional, dependiendo de las características e importan­cia del proyecto). Su empleo suele l i mitarse a l tránsito vehicu lar muy pesado.

Base (opcional): se emplea cuando existe tránsito pesado y debe ser capaz de d istr ibuir las cargas, pero también de deformarse l igeramente. Consiste en material granu lar compactado. Si se pre­tende rigid izarla aún más, es aceptable el uso de cemento portland o de asfal to.

Plantilla: es una cama de arena de 5 cm de espesor. En general debe ser una arena l impia, de partículas angu losas que puede ser natural o producto de trituración. Nunca debe ser mortero o del tipo empleado en mampostería ni mezclas de arena y l imo (ver requisitos de calidad en "Bases de Arena", en el Capítulo 1 ) .

Arena para juntas: debe ser de la m isma empleada para plan­ti l l a, o i ncl uso más fi na.

Guarnición: es e l elemento estructural en la ori l las que le proporciona confinam iento lateral a todos los com ponentes, arena y adoqui nes, para que siem­pre estén apretados en la d i rección horizonta l .

Adoquinado: los adoqui nes de la capa de rodamiento

Guarnición: es e l borde confinante de elementos prefabrica­dos que evitan el desl izamiento de las piezas.

AR NA

GRAVA COMPACTADA O BASE ESTA B I L I ZADA PARA SOPORTAR EL TRAFICO Y CONDICIONES AMBIENTALES.

Figura 5. 1 Componentes de un sistema de pavimentación con adoquin.

E l empleo de un geotexti l es opcional y depende de las características del terreno de apoyo y del tránsito que deba soportar. En la F ig. 5 . 1 se muestra un esquema para evitar la i ntrusión de grava en el terreno de apoyo provocada por la acción del tránsito pesado.

En general , estos pavimentos pueden ser empleados tanto en banquetas, en acceso a cocheras, estacionamientos, etc. Los espesores comunes son de 6 y 8 cm. En el caso de las vial idades, e l espesor puede l legar a 1 O cm.

E l comportamiento del adoqui nado está gobernado por los grados de compactación y cu idados logrados en la construc­ción de las capas i nferiores.

I ndependientemente del d iseño de espesores, e l proyectista tendrá la opción de colocar diferentes arreglos y formas geo­métricas de adoqui nes d isponibles en nuestro país, atend iendo a l os criterios estéticos. Ver F ig. 5 .3 .

37

Capítulo 5

4 UNIDADES DE ORILLA

Figura 5.2 Adoqu ín con lados múltiples. Las orill�s pueden ser fabricadas en planta o cortadas en el sitio

5 . 1 . CRITERIO DE DISEÑO

E l d i mensionam iento de adoqu ines consiste e n l a determ i­nación de los espesores de las capas que constituyen la estruc­tura del pavimento, así como sus propiedades pri ncipales. En este proceso juegan un pape l pri nci pal e l tránsito veh icu lar pronosticado, el cl i ma y las condiciones de apoyo.

Con el fi n de tener marcos de referencia respecto a los parámetros de diseño que intervienen en el d imensionam iento de estos tipos de pavimentos, la siguiente tabla presenta una clasificadón de ca l idades de superficie de apoyo, atend iendo a los tipos de suelo:

Tabla 5.1 Clasificación de la ca a de a o o

Tipo de terreno . Grupo AASHTO Resistencia en

términos del VAS

Excelente A 1 .A2 v alaunos A3 20

Bueno A2. A3 v alaunos A4 1 0 - 1 9

Reaular A4.A5 A6 A7 6 - 9

Pobre A4.A5 A6 A7 5

E l tránsito que normal mente se considera es el de peso igual o mayor a 3 ton. Para cal i ficar lo también hay que tomar en cuenta e l t ipo de vial idad.

U na vez caracterizado el tránsito pronosticado y el ti po de sub-base a emplear, se puede uti l izar la tabla 5 .3 que aparece a conti nuación. La d isposición o arreglos de los adoqui nes podrá variar, siempre y cuando se cumplan los espesores y cal idades de construcción de las capas subyacentes.

La resistencia m ín i ma a la compresión suele estar en e l rango de 3 50 a 450 kg/cm2

• En e l d iseño se toma en cuenta qué tipo de arreglo geométrico guarda el conj unto de adoqu i­nes ya co locados. Con el fin de uti l izar la tabla 5.3 ya referida, podemos hacer la sigu iente clasificación, atendiendo a las geometrías empleadas:

38

Calles con adoquines

ARREGl...D DE CORREDOR .

ARREGLO T I PO PARQUET.

COLA DE PESCADO A 4 5 °

COLA DE PESCADO A 90°

Figura 5.3. Arreglos y geometrías comunes en adoquines. En este caso con formas patentadas a los lados.

* Arreglos tipo 1 - en "espina de pescado"

* Arreglos tipo 2 - en cua lqu ier forma

En e l d iseño i nfl uyen también las formas de los adoq u i nes individuales. Para uti l izar la tab la es necesario hacer una clasificación ad icional según la forma:

Tabla 5.2 Clasificación de ado uines se ún la forma

Clase de Características de su forma

adoauines

A Adoquines dentados que permitan entrelazarse entre sí oor los cuatro costados.

8 Adoquines dentados en dos de sus costados. No oermiten eiecutar el arrealo de "cola de oescado".

e Adoauines rectanaulares.

5 .2 SOLUCION ES TI P ICAS

En la tabla 5.3 se resumen criter ios de d im ensionam iento basados en tramos experimenta les.

La opción de diseño será función de expectativas de estéti­ca, tránsito y conocimiento de los mater ia les existentes en e l sitio, y de las capas de transición por co locar.

Calles con adoquines

5.3 EQU I PO DE I N STALACION

Se req u iere l a herramienta s iguiente:

Manual

* Cintas métricas para med iciones.

* H i l o con marcador de color para marcar los arreglos geométricos de adoqu ines.

Capítulo 5

* Crayones marcadores.

* Escuadras metál icas para verificar encuadres en esqu i-nas, así como en cortes real izados en la via l idad .

* Estacas.

* Cuerdas de nylon para reventones.

* Marti l los, marros, desarmadores largos, l lanas, cuch i l los, espátu la, ci nceles, etc.

* Rod i l leras, n iveles de burbuja, palas chatas y de punta, escobas, y carreti l l as.

Tabla 5.3 Recomendaciones ara dimensionamiento

Clasificación del tránsito

Ejes Clasificación del suelo de Espesor de estándar

Descripción apoyo y/o de capa sub - base,

del tránsito equivalentes Requisitos en los adoquines

subrasante mm de 8 .2 ton, en miles

Resistencia Tipo de de la capa Arreglo del Espesor terreno de conjunto ( cm )

aoovo.VRS

Excelente > 20 75 Corredores, Tipo 1 o 2 6

Bueno 1 0 - 1 9 75 estaciona-

Recular 6 - 9 85 miento 0 - 45

Tioo 2 de autos (O - 6

Pobre < 5 1 60 1 5 ved) Tipo 1 o 2 8

Excelente > 20 75 Calles Tioo 1 o 2 6

Bueno 1 0 - 1 9 80 locales,

Recular 6 - 9 1 00 estaciona-mientas

45- 140 Tioo 2 8

Pobre comerciales < 5 1 80 (1 5 - 50 ved) Tipo 1 8

Excelente > 20 75 ' Calles Tipo 1 o 2 6

Bueno 1 0 - 1 9 85 l o c a l e s , d e servicio 1 40 - 450

Recular 6 - 9 1 20 (50 - 1 50 ved) Tioo 2 8

Pohre < 5 21 0 Tinn 1 1 0

Excelente > 20 85 Vialidades de

Bueno 1 0 - 1 9 1 20 s e rv i c i o (a),

Reaular 6 - 9 1 50 colectores 450 -1 ,400 Tipo 1 8 ( 1 50 - 500

Pobre < 5 300 ved)

Excelente > 20 1 20 V i a l i d a d e s

Bueno 1 0 - 1 9 1 60 principales (a) ,

Recular 6 - 9 230 c o l e c t o re s ,

1 400-4500 Tipo 1 8 troncales

Pobre ( 1 5 0 - 1 500 < 5 450 ved)

ved: indica vehículos comerciales por día. Para esta tabla, un vehículo comercial se define como aquel de más de 3 ton. (a) Límites de velocidad igual a 60 km/ hora ·

Forma

A

B

e A

B

c

A

B e

A

A

Resistencia (kg/ cm

2)

350

350

350

450

450

(b) Los espesores de sub-base corresponden a materiales granulares. En caso de utilizar bases estabilizadas (tratadas con cemento), el espesor a emplear será el espesor obtenido de esta tabla, dividido entre 1 .60. En estas circunstancias, el rango aproximado de espesores de la sub - bases tratadas con cemento varía entre 5 y 28 cm. (e) La clasificación del tránsito corresponde a ejes estándar equivalentes de 8.2 en 20 años de servicio, y es de acuerdo al método Australiano de diseño de adoquines. Se aplica sólo para esta tabla. (d) En todos los casos se consideran 3 cm de espesor de la cama de arena.

39

Capítulo 5

Equipo mecánico

* Compactador vibratorio: consiste en una placa vibradora que compacta los adoquines dentro de la base granu lar de apoyo o "cama" de arena. Este compactador se requie­re también para i ntroducir la arena en las juntas. Estos equipos apl ican fuerzas comprendidas entre 1 .3 y 2 .3 ton, de 60 a 80 vibraciones por segundo.

* Cortador de adoquines

* Discos de corte (para mampostería)

* Rieles de enrase: consisten en tubos que pueden ser de plástico, de a lumin io o de acero. Su d iámetro o lado, si es cuadrado, está en el rango de 2.5 a 4 cm. Estos r ieles, de 3 a 5 m de longitud, se colocan directamente sobre la capa sub-base ya terminada y perfi lada, previo a la colocación de la base granu lar que subyacerá a los adoquines.

* Tablón de enrase: es una pieza recta y plana de madera o de a lumin io. Su longitud normal mente es de 3 a 4 m . Este tablón s e jala y s e maniobra a mano sobre l o s r ieles de enrase para dar el n ivel de la base granu lar. Cuando estas piezas estén combadas, pandas, agrietadas o asti­l ladas, deberán ser reemplazadas por piezas nuevas que estén suaves, derechas y perfectamente planas.

* N ivel de tránsito: para e l control de n iveles.

* Cu ñas y barretas.

* Carreti l las: para el manejo local de las piezas.

* Extractor de adoqui nes: se uti l iza para el ci ncelado de los cantos de las piezas, o para remover adoquines fracturados.

* Rastr i l los para la arena: se emplean para suavizar la arena de apoyo ("cama") una vez que ésta ya fue enrasada y los r ieles ya fueron retirados.

5 .4 PROCEDIMI ENTO CONSTRUCTIVO

5.4. 1 Preparación del sitio

U na vez preparada y compactada la superficie de apoyo, se coloca el material de sub-base y se compacta al 95 % respecto a la prueba Proctor modificada o AASHTO mod ifica­da (T1 80) . Ver capítu lo 1 .

A conti nuación se colocan las guarniciones o elementos de restr icción lateral, asentados sobre el concreto con un espesor entre 8 y 1 0 cm que sirve como capa de apoyo. La guarn ición deberá quedar ahogada en concreto por los dos lados a l menos dos tercios de su altura.

40

Calles con adoquines

Se coloca la base de arena en el espesor especificado, más un sobreespesor de 1 a 2 cm, para posteriormente ser enrasado a la altura del proyecto de la· éama de arena.

5 .4.2 Colocación de adoquines

E l adoqui nado se coloca por h i leras, cuya d isposición fi nal depende del arreglo de conj unto o patrón deseado, cu idando los perfi lamientos longitud i nal y transversal que se apl ique a l proyecto. Las pendientes recomendables son : longitudi nal 1 : 1 80, y transversal 1 : 40

Cuando se estén colocando los adoqu i nes se tendrá cuida­do de no pisar la "cama" o base de arena.

En las inmediaciones de las guarn iciones, elementos restr ic­tivos, banquetas, pozos de visita, a lcantar i l las, etc. se uti l izarán fragmentos de adoqui nes, los cua les provendrán de cortes hechos con gui l loti nas.

En caso de que los huecos por rel lenar sean tan peq ueños que la ejecución de fragmentos no sea práctica, podrá colocar� se en los bordes a manera de rel lenos concreto de f'c = 300 kg/cm2, con un tamaño máxi mo de agregado de 1 cm .

5 .4.3 Restricción de oril las

Estos elementos estructurales son los que restri ngen los' movimíentos laterales del adoqu i nado y del material de p lan­ti l la, debido al paso del tránsito. Estos e lementos de confina..: miento contribuyen a9emás a transferir carga en el s istema de 'pavimento y a min imizar su deformación con el tiempo., Asim ismo, los e lementos confi nantes se d iseñan para perma-: necer en su sitio, cuando ocasionalmente reciben i mpactos por las l lantas de veh ícu los.

TELAS DE FILT RO EN ESQUI NAS .

Figura 5.4 Restricción de ori l la a base d e madera

BASE

Calles con adoquines

REBORDES D E FL AST I CO . ADOQU I NES .

VO S .

A R E N A .

DE BAS E .

SUELO DE SUB - BASE

Figura 5.5. Restricción de orilla en elementos plásticos.

ALUM INIO/BORDE DE ACERO. ADOQUIN DE CONCRETO.

SUELO DE SU B - B ASE .

Figura 5.6 Guarnición de aluminio

* De madera: las regletas confinantes deben quedar 0.6 cm por abajo del n ive l del adoqu ín, ta l como se esque­matiza en la F ig. 5 .4. Esto se hace para tomar en cuenta los peq ueños asentamientos que puedan sufrir las pie­zas, así como para evitar los desgarramientos de la pieza confinante, y fina lmente el drenaje superficial .

Las regletas deben prevenir la m igración de la p lanti l l a de arena por las ori l las. E n caso de que se prevean tales migracio­nes, ya sea debajo de l os adoqui nes, o por las ori l las, se deberá colocar un geotexti l . Este deberá traslaparse del orden de 1 5 cm en la junta formada por las regletas en la d irección horizon­tal y vertica l . De manera temporal se podrá colocar suelo y arena para contener l os adoqui nes, mientras se col oca la regleta confinante defin i tiva.

En e l caso de q ue las r�gletas sean de madera, deberán ser tratadas contra i nsectos o pudrición y, de ser posible, reforza­das con muescas metá l icas a intervalos regu lares para resistir los alabeos. La regleta se debe i ntrod ucir bien dentro de la capa sub-base o base, y sujetarla a estacas por la parte exterior, tal como se muestra en la ya citada Fig. 5.4.

Capítulo 5

CONCRETO ALL A NADO. ADOQUIN DE CONCRETO .

AR ENA .

M ATERIAL DE BAS E .

SUELO DE SUB - BASE •

Figura 5.7 Guarnición de concreto acabada con l lana

GRAVA DE COMPACTADA O CAMA DE CONCRETO.

ROCA RECORTA DA O UNIDAD PREFABRICADA .

ARENA.

Figura 5.8 Guarniciones prefabricadas y/o de concreto

* Plástico: se pueden i n sta lar regl etas de p lástico, ta l como se i l ustra en l a F ig.5 . 5 . E ste t ipo confi nante se i n sta la de manera senci l la y ráp ida, con la ventaja de que no. se pudre n i sufre tantas i rregu laridades como la madera. Este tipo de regletas se debe d i señar según el uso a l que se vaya a desti nar, a saber, trabaj o l i gero o ap l icación del tipo i nd ustr ia l . N ormal mente se pue­den sujetar al terreno mediante pasadores metá l icos o c lavos que penetren hasta la capa granu lar. Los pasa­dores son de 1 cm de d iámetro, con largos entre 25 y 3 0 cm.

* De a lumin io: se pueden seleccionar piezas de al uminio cuando se pretenda lograr suavidad especia l en las ori l las del adoquinado, de acuerdo con el esquema de la Fig. 5.6. Se pueden usar estacas y/o pasadores metál icos, otra vez, que penetren completamente dentro d_e la capa sub-base, colocada por afuera de la instalación. Las piezas de acero siempre deberán ser pi ntadas, a fi n de que sus oxidaciones potenciales no em igren hacia el sistema de adoquín .

41

Capítulo 5

GUARNICION y · cu N ETA . ADOQUIN .

SUELO DE SUB-BASE .

t.mTERO DE ALTA RESISTENCIA EN JUNTAS. ARENA EN JUNTAS .

ARENA .

R E V ESTI DO . Figura 5.9. Restricción lateral o guarnición a base de concreto colado en el sitio.

Las regletas metá l icas o de a lumin io se fabrican en varios espesores; para las zonas de tránsito veh icu lar se recomienda escoger las más peraltadas.

* Concreto a l lanado: en el sitio de obra se pueden fabricar e lementos confi nantes de concreto, tal como se muestra en la figura 5 . 7. Esto normal mente se coloca sin cimbra­do. Si el concreto se construye con un ta l ud descendente hacia afuera, tal como se esq uematiza, incl uso el césped puede crecer adyacente al adoquinado. Esta sol ución es apl icable a pasajes con tránsito l igero o de tipo peatonal . La guarn ición protectora o confi nante de concreto debe tener un ancho mínimo en su fondo de 1 5 cm. La zona más ancha debe ser a la profundidad total entre adoqui­nado y p lanti l la de arena.

* Guarniciones de adoqu ín y prefabricadas: se pueden hacer guarn iciones de e lementos prefabricados o piezas de adoqu ín especia lmente construidas para las ori l las, tal como se muestra en la Fig.5.8. Estas piezas normal:. mente se colocan o construyen embebidas en rel l enos o camas de concreto.

En todos los casos, las piezas se deben empotrar como mínimo 2.5 cm bajo l a p lanti l l a de arena. En e l caso de cal les

42

Calles con adoquines

con tránsito medio a a lto se recomienda colocar el e lemento confi nante o la guarn ición hasta el fondo de la capa base. S i por a lguna razón el lo no es pos ib le, entonces a l menos e l rel leno o la cama de concreto en donde se apoya la p ieza ; prefabricada deberá extenderse hasta el fondo de la capa : granu lar.

·

* Guarniciones coladas en sitio: l as guarn iciones y carne- • l Iones funcionan adecuadamente como e lementos con­finantes. Para cum p l ir con esta función, estas p iezas deben empotrarse como m ín imo dentro de la p lanti l la ; de arena (ver l a F ig. 5 .9) . Las piezas se pueden colar enrasadas con el n ivel del adoqu inado y se les puede dar , una i ncl i nación hacia afuera para co locar encima cés­ped, si así se requiere para que éste ú lti mo crezca adyacente a los adoqu i nes. Cuando las guarn iciones ' restrinjan escalones o banquetas, se recom ienda co locar geomembranas en las juntas de expansión con el fi n de evitar la m igración de arena por esas zonas debido a la acción del agua. De esta manera, e l agua podrá drenar l ibremente s in arrastrar partícu las. Estas precauciones son importantes, ya que el material de juntas tiende a contraerse y/o a descomponerse. En caso de que no se construyan juntas de expansión, a l ternativamente se po­drán d isponer l l oraderas para e l drenaje espaciados convenientemente. En las zonas de tapas de registro de e lectricidad, de visita, etc., se deberán construir brocales de concreto al rededor de e l l as (ver F ig. 5 . 1 O) .

Los n iveles de los broca les deben de estar aproximadamen­te 7 mm por abajo del correspondiente a los adoq u ines.

En caso de reencarpetado con adoqu i nes de superficies dañadas de concreto asfál tico o del t ipo h idráu l ico, las cubier­tas de los pozos de visita, a lcantar i l lado, registros, etc. se deben ·

elevar, con su correspondiente brocal d e concreto. E n caso de . sobreelevar las cajas o registro, se deberá i nspeccionar la integridad de la parte n ueva recién constru ida, ya que se podrían generar grietas por donde pudiesen emigrar las partí­culas de arena de la p lanti l l a hacia l as tuberías de drena� o alcantar i l lado. En este caso se deberán reparar l os fisuramien-

VARILLA a.c. 5 cm. mln .

ELEVACION TERMINADA DEL BROCAL DE CONCRET0,0.65cm.

R ABAJO DEL ADOQUINADO

Figura 5.1 O Detalle del brocal de concreto para tuberías subterrá­neas.

· Calles con adoquines

VIGA DE CONCRETO.

CALLE ADYACENTE

ADOQUINADO DE LA CALLE

Figura 5.1 1 Viga de concreto para calles y cruces peatonales.

tos, y en caso extremo, colocar geomembranas a manera de filtro bajo la arena.

En e l caso de cruces peatonales, se pueden ·colocar los adoq u i nes recargados sobre una viga de concreto, tal como se · observa en la F ig. 5 . 1 1 . La función de la viga sería la de resistir frenajés, giros y arrancones de veh ícu los. Cuando el tránsito sea muy pesado, se deberá proveer una capa ad icional de concreto bajo el conjunto formado por la p lanti l la de arena y adoqu i nes, entre las secciones de v igas.

En la s iguiente figura (F ig. 5 . 1 2) se muestra un corte con disco ejecutado en un pavi mento asfá ltico. Las paredes del pavi mento funcionan como elemento confinante. El corte en este tipo de crucero se debe p�o longar hasta abajo de la planti l l a de arena, con e l lo se evita la pérd ida de arena en la junta. Un mejor e lemento de retención se logra colocando geomembranas en las ori l las.

En algunos casos conviene, en lugar de cortar y colocar fragmentos de adoq u ín en las ori l las, colar concreto en dichas zonas una vez q ue ya se insta laron las piezas. Se pueden usar regletas de madera o metá l icas como sujetadores temporales en la d i rección horizonta l . S i se uti l iza suelo como elemento confi nante tem poral , entonces deberá ser convenientemente colocado y compactado, previo a la co locación de los adoqu i­nes para evitar la m i gración de la arena de planti l la. Posterior-

Capítulo 5

mente, y en un tiempo razonable, se puede remover una h i lera de adoqui nes con su correspondiente franja de p lanti l l a y capa granu lar de base, para l uego proceder a colocar e lementos de retención (guarn iciones) colados en el s itio .o prefabricados. En caso de colar concreto a lo largo de las ori l las, se deberá colocar previamente un p lástico para evitar el fl ujo de la mezcla hacia los adoqu i nes.

5 .4.4 Compactación

La compactación se puede lograr con los equ ipos conven­cionales:

* Por apisonado.

* Vibración.

* Estáticos.

La d iferencia entre los dos primeros es básicamente la altura de caída en que accionan las p lacas compactadoras, la ampl i­tud que uti l izan, y e l número de gol pes que se generan por minuto (frecuencia). Otro factor que d iferencia a estos dos métodos de compactación es e l grado de i mpacto o energía de compactación del equ i po. El de apisonado tiene, normal men­te, mayor i.mpacto que el equ i po de v ibración .

* Apisonado: los apisonadores se caracterizan por usar frecuencias bajas, en e l rango de 800 a 2,500 gol pes por m i nuto, con alturas de caída entre 40 a 90 mm. Estas a lturas se refieren a las d i stancias máxi mas que la p laca apisonadora se puede elevar durante la operación, res­pecto al n ivel de superficie o p iso por compactar.

Existen tres variantes típ icas en estos equ ipos: a) los de t ipo manual ("bai lari nas"), b) los de p laca autopropu lsables, y c) los del t ipo de rod i l lo "pata de cabra'�•'Los pri meros uti l izan un mecanismo de resorte que genera osci laciones en e l cuerpo vertica l del equ i po. En los segundos se generan fuerzas de impacto y propu ls ión por la acción de masas a rotación con excentricidad para i nducir el balanceo de la p laca. En el ú lt imo caso, los rod i l los "pata de cabra", se emplean bombas h idráu­l icas tipo pistón que acciona los vibradores hasta generar las fuerzas centrífugas máxi mas. Así, conforme el rod i l l o vibra, se producen percusiones sobre la superficie, y las "patas de cabra" apisonan el terreno.

-------- PAV IMENTO DE ASFALTO E X I S T ENT E .

------- CORTE CON DISCO EN PAV I ME N TO .

/,--------- SELLO DE JUNTA .

,.------- GEOTEX T I L A LO LARGO DEL P E R I M ETRO i-.--.__,......_,....._ __ ,..

ADOQUIN DE CONCRETO , DE 8 cm . DE ES P ESOR .

CAMA DE ARENA , 2 . 5 o 4 . 0 cm. ��� MATERIAL DE BAS E COMPACTA DO.

GEOTEXTIL ( OPCIO N A L ) . ·��- TERR ENO DE APOYO COMPACTADO .

NOTAS : 1 :- EL ESPESOR DE LA BASE VARIA CON EL T I PO DE TRAFICO , C L I M A Y SUELO DE APOYO . 2:- EL LECHO IN FERIOR DE LA CARPETA AS FALT ICA DE B E ESTAR 2 . 5 cm. ABAJO DE LA CAMA DE AREN A .

-

Figura 5.1 2 Oril la en pavimentos asfálticos para el cruce de peatones.

43

Capítulo 5

S U E LO

ll RANGO L__l NORMAL

- SE RECOM I E N DAN E NSAY ES DE COMPACTAC I O N

* LOS P I SONES TRABAJA N B I E N E N ARENA S 1 S E CONFINAN E N ZONAS COMO C IMENTAC IO N E S , EST R I BOS , E TC .

N O COHESIVO

ARENA

100 % 7 5

P O R C E N TA J E D E L A M E Z C L A

A R E N A Y · A R C I L L A

75 P I S O N E S *

RODI LLOS VI B RA DORES

Calles con adoquines

COH ESI VO

ARC I L LA

100 %

RODILLOS ESTATICOS

VIBRAC ION REQUERI DA

A PI S ONADO RA REQ U E R I DA

Figura 5. 1 3 Rangos de aplicación del equipo de vibrado, atendiendo el tipo de suelo

* Vi brado: estos eq u ipos se d isti nguen por sus bajas am­p l itudes, sus a ltas frecuencias (gol pes por m i nuto), nor­mal mente de 2,000 a 6,000. Las rotaciones de un vástago excéntrico dentro de la placa vibratoria, o chasis del rod i l lo, generan ondas de esfuerzo que viajan dentro del subsuelo. Estas vi braciones provocan e l desplazamiento y reacomodo de las partículas de suelo.

* Estáticos: uti l izan en su funcionam iento sólo su peso. Son capaces de compactar capas de suelo delgadas. Su empleo se l i m ita sólo a dar el µerfi lamiento fi nal después de la apl icación enérgica con rod i l los. También se uti l i­zan en compactar piezas reducidas de adoqu ín apl ica­b les en puertos y aeropuertos.

La naturaleza de los suelos por compactar determ i nará e l tipo de equ ipo por emplear. Por ejemplo, en el caso de las arci l las, el equ ipo debe romper la l iga ínti ma entre partícu las

PISON (BAILARINAS)

TENDIDO DE 25 cm.

R O D I L L O

TENDIDO DE 50 cm.

y la posib le presencia de agua. Para e l l o resu lta mejor amasar med iante percusiones fuertes, de ampl itudes mayores, es decir, por med io del apisonado.

En el caso de las arenas, dada la trabazón entre partículas, es necesario sacudir y romper la estructura mediante vi bración, l uego este tipo de equ ipo es más efectivo. Las p lacas vi brator ias son úti les especial menté en el caso de adoq u i nes y arena ya insta lados, para que esta ú lti ma se reacomode y quede el conj unto bien compactado. En apl icaciones especia les, sobre todo en áreas confi nadas, también se pueden emplear pisones, : ta l como en el caso de tr i ncheras. S i no existe confi namiento, : los pisones en l ugar de compactar lo ún ico que prod ucen son '

desp lazamientos de suelo hacia las ori l las. :

Desafortunadamente, en la natura leza n unca se encuentran: suelos puros, si no más bien mezclas de e l l os; es por e l l o que:

para e legir un buen eq u ipo de compactación es necesar io tener; i

PLACA A P I SONADORA

Figura 5. 1 4 Comparación entre equipo y tendidos de compactación, los espesores sueltos pueden ser menores.

44

Calles con adoquines

un conocim iento adecuado de los suelos, así como J U 1c 10 ingen ieri l . En e l recuadro sigu iente se presenta una gráfica a manera de gu ía, para el empleo de los citados equipos aten­diendo a los tipos de suelos y porcentajes de su composición.

Infl uencia de l os espesores de tendido: un aspecto a consi­derar para la sel ección del equ i po de compactación adecuado es el espesor de los tend idos por compactar. Como se sabe, los suelos o capas de base y sub-base se acomodan en tend idos que normal mente se colocan en capas o tr incheras. Los equi­pos por apisonado y vibración lo que hacen es compactar cada capa desde sus l echos inferiores avanzando hasta las partes superiores. Conforme la masa del equ ipo gol pea a la superficie, el impacto se orienta hasta la superficie dura, y las ondas regresan otra vez a l contacto de la superficie y la placa. E l l o se traduce en una mov i l ización de partícu las de la masa de suelo, tend iendo a reacomodarse. Conforme el suelo se va compac­tando la d istancia que tiene que viajar la onda de impacto es más corta, de manera que la fuerza que regresa al e lemento compactador es mayor, provocando mayor rebote en el eq uipo en la superficie.

Por lo anterior, espesores mayores demandan niayor tiempo para su compactación. En el d iagrama de la Fig. 5.1 4 se muestra la capacidad de pisones manuales, rod i l los y placas apisonadoras para colocar tendidos de d iferentes espesores, en una zanja de 80 cm de ancho. Cada uno de el los puede real izar el trabajo, sin embargo, la placa apisonadora resulta más económica, ya que puede colocar espesores mayores, por el ancho de su placa.

5.4.5 Terminado

I n icial mente se real izarán de dos a tres pasadas con la p laca vibratoria, y así conseguir u na superficie de rodamiento plana y un iforme.

En cuanto a l n ivel de los elementos de retención lateral o de confi namiento, estos deberán venir claramente especifica­das en los p lanos. N ormal mente se pide que estos e lementos estén l igeramente por abajo del n ivel fi nal del pavimento. Para el caso de regletas de madera, y de a lumin io/acero, la parte superior debe quedar dentro del rango de 0.7 cm a 1 .3 cm por abajo del n ivel superior del adoqu i nado.

En el caso de regletas confinantes de plástico, los niveles para la capa base son más exigentes, pues esta regleta descansa sobre esta última capa, y sobre esta pieza descansa la planti l la de arena. Por ejemplo, supóngase que se colocará un adoquín y una planti l la de 6.0 cm y de 2.5 cm de espesor, respectivamente. Entonces la elevación de la base deberá ser l igeramente inferior a 7.5 cm, para que el adoquín esté aproximadamente 0.3 cm por arriba de lo marcado en el proyecto, y así con el asentamiento futuro quede el conjunto con los n iveles correctos.

Durante el proceso de compactación del adoquinado, se tratará de pasar el compactador en trazos traslapados para diferentes h i leras de adoqui nado. Se dará in icio en una ori l la para termi nar en el extremo opuesto, siempre evitando dar pasadas en áreas con menos de 1 m de distancia a elementos

Figura 5 .1 5 Rutas generales tomadas para la compaclación de adoquines y el sello de arena.

Capítulo 5

de restr icción (guarn iciones y regletas). Se deberá notar que los adoquines vibran hacia abajo, del orden de 0.7 a 1 .0 cm.

E l propósito de la compactación es lograr u na penetración de las piézas, a fi n de que se presente una pequeña elevación de la arena dentro de las j untas del adoqui nado.

Dado e l pri mer acomodo in icial , colóquese arena fi na sobre el adoqui nado, y distr ibúyase con escoba o rastr i l lo. Los tend i­dos deben ser delgados y lo más u n iformes posible. Este material deberá estar seco, en caso contrario se deberá permi­tir le secar. La arena de j untas nu nca deberá situarse en un solo montículo, sino que deberá d istribuirse a lo largo del adoqui­nado por c:ompactar. Apl íquense de dos a tres pasadas con la p laca vi bradora para hacer penetrar la arena en las juntas que forman las piezas, hasta que estas ú lti mas se l lenen. E l proceso de compactación se repetirá cuantas veces sea necesario, hasta que se observe que el material granu lar regado en la superficie ya no penetre dentro de las ju ntas como resu ltado del vibrado. Se empleará una arena que tenga un tamaño máximo de 1 .2 mm, y un contenido de fi nos (material que pasa la mal la No 200) menor de l 1 O %. Las partícu las tendrán una forma angu lar de preferencia, y estarán l i bres de sales solub les.

En el diagrama de la Fig. 5.1 5, se muestra una secuencia típica en el proceso de compactación de adoqui nes:

El sel lo fi nal se logra de manera natura l , a l acumularse polvo y detritus sól idos en las aberturas entre adoquines.

Al fi nal de cada jornada se deberán co locar todas las piezas de ori l la debidamente cortadas; todas las áreas colocadas deberán estar debidamente compactadas; todas las piezas rotas, removidas, y sustitu idas; todas las juntas con arena, rel lenadas; y, fi nalmente, dar una compactación verificatoria fi na l . Si es necesario dejar áreas s in compactar, se las deberá proteger adecuadamente con plásticos o lona.

Por ú l timo se procederá a retirar e l exceso de arena super­ficial y se abrirá el pavimento al tránsito. Las juntas entre adoquines se regu larizarán mediante compactación, y la aber­tura en juntas deberá estar en el rango de 2 a 4 mm.

45

Capítulo 5

- - ... -- - -

-�--

Fotografía 5 .1 Equipo mecanizado para la colocación de adoqui­nes.

Fotografía 5.2 Aflojamiento y remoción de adoquines.

Fotografía 5.3 Excavación de la zanja.

Fotografía 5. 4 Base restituida y compactada.

46

5 .5 RESTITUCION DE ADOQU I N ES EN ZONAS DE REPARACION

Calles con adoquines

En ocasiones es necesar io vo lver a co locar adoqu i nes en las zonas que fueron abiertas para reparar l os duetos subterráneos, banquetas, o zonas de adoqu inado francamente deter ioradas. En estos casos conviene tomar precauciones ad icionales para evitar daños y el afl ojam iento general izado de las p iezas en la vecindad de las áreas afectadas.

En primer l ugar se deberán aflojar y retirar l os adoq u i nes del área por reparar, extendiendo la remoción al menos 60 cm más a l lá de l as paredes de la zanja. Resu l ta conven iente, asimismo, colocar guarn iciones temporal es que confi nen a las caras l i bres de l as p iezas que no se van a mover. Para e l l o podrán emplearse e lementos restr ictivos de madera, p lástico o meta l .

Posteriormente s e procede a e l i m i nar la arena o cua lquier material adherido tanto a los lados como en e l fondo de las p iezas retiradas. Este material p uede i mpedir u n buen acomo­do al momento de colocar los adoq u i nes nuevamente sobre la ·

base de arena.

En áreas de gran tamaño puede resu ltar ventajoso remover el adoqu i nado con equ ipo mecán ico de colocación de adoqui­nes, el cual podemos apreciar en la foto No. 5 . 1 . En áreas con forma y tamaño de tres capas o tendidos de p iezas, esto es, relativamente angostas, la remoción la podrán efectuar uno o dos trabajadores provistos de herram ienta manual , con barretas y macetas; de esta manera las abrazaderas del equ i po mecán i­co tendrán suficiente espacio para trabajar. Esta técnica es adecuada para la gran mayoría de arreglos de tendido de adoquines, excepto en arreglos del t ipo de espina de pescado en forma rectangu lar.

Remoción de arena (opcional) : el paso s igu iente consiste en remover la arena, en caso de hacer tr incheras. Si no es necesario excavar, entonces e l materia l granu lar de base se deberá acomodar lo más ordenadamente pos ib le, para que no se contamine con suelos extraños a esta capa.

U na vez que se hayan rea l izado las reparaciones en duetos, se procede a colocar las capas de rel leno y de base, en capas cuyo espesor promedio es de 5 cm, y en la base en tendidos de 7.5 a 1 0 cm.

En e l proceso de tendido de la base se debe cuidar que los n iveles sean los correctos, respecto al promed io de esta capa, tratando de que los nuevos tend idos estén aproximadamente 7 mm por arr iba de la capa base compactada existente.

La herram ienta de enrase debe colocarse de forma tal que en la parte media de l área por reparar tenga una sobreelevación o coronamiento de 1 . 3 cm respecto a l os l ados.

Calles con adoquines

Fotografíri 5 .5 Arena ya enrasada

Fotografía 5.6 Volviendo a colocar los adoquines

Fotografía 5.7 Colocación de hileras de ado­quines coincidiendo con las existentes

Posteriormente, y mediante el uso de vari l l a de enrase o uti l i zando adoq u i nes ya instalados como gu ía, procédase a dar el perfi lamiento fi nal de la capa base.

Al volver a colocar los adoqu i nes de nuevo, se deberá revisar q ue no existan p iezas sue l tas en el perímetro afectado, ya que e l l o puede d ificu l tar la restitución correcta. Para faci l i tar el acomodo, la co locación irá avanzando en la dirección corta.

U na vez que se hayan colocado varias piezas, se debe compactar un área peq ueña con p laca vi brator ia, para compro­bar si el n ivel fi nal de los nuevos adoqu ines no es mayor a 3 mm respecto al n ive l correspond iente a los existentes. La compactación s iempre se hará tratando de cubrir parcial mente el área de adoq u i nado q ue no ha sido afectada.

En caso de que una vez compactadas las p iezas queden por abajo de los n iveles originales, se procederá a apl icar más arena subyacente a las piezas por colocar .

Capítulo 5

fotogratia 5.8 Ajustando las líneas de junta.

Fotografía 5.9 Vibrado antes y des­pués de que la arena ha s ido barrida

Figura 5.1 O Areas restituidas dentro de las áreas que no sufrieron alteraciones.

En las fotografías 5.2 a la 5 . 1 O se i l ustra el proced im iento de restitución de adoqu ines en áreas de reparación.

5 .6 REQUISITOS Y CONTROL DE CALI DAD

Adoquines

* Di mensiones: Los adoqu i nes deberán cumpl i r con los sigu ientes requ is itos mín imos

La relación largo/ancho medio debe estar comprendida entre 1 .5 y 2.5. En e l caso de emplear e l arreglo de "co la de pescado" o de petati l lo, la relación deberá ser cercana a 2.

47

Capítulo 5

Los espesores de adoquín normalmente serán de 6, 8 y 1 0 cm, con una tolerancia de -2 m m y + 5 m m de espesor tota l .

Los anchos de adoqu ín normal mente estarán en e l rango d e 8 a 1 5 .5 cm, con u n a tolerancia de 2 mm. En cuanto a l largo, su tolerancia respecto a su longitud nom inal será de también de 2 mm.

* Resistencia: se respetarán los siguientes criterios.

Como criterio de control de las resistencias, de cada lote compuesto por 5,000 adoqu i nes, se recom ienda tomar 5 un i­dades para rea l izar las siguientes pruebas de laboratorio, aj us­tándose además a los requisitos sigui�ntes:

•

* Compresión: la resistencia característica se obtendrá a parti r de los ensayes de resistencias a la compresión y se determi nará como el valor med io de resistencia menos el producto de 0.43 y el valor del rango de la muestra.

El valor anterior no se recomienda sea menor de 350 ó 450 kg/cm2, dependiendo del t ipo de adoqu ín a emplear.

* Desgaste: este requisito no es muy frecuente n i existe una normativa específica sobre desgaste en adoqui nado; sin embargo, es com ún aceptar un criterio eq uivalente, adoptado por las ASTM C4 1 8, " Resistencia a la Abrasión del Concreto ante Chiflones de Arena" (Abrasion Resis­tance of Concrete b� Sandblasting) . Se acepta un desgas­te de 1 5 cm3 /50 cm , lo cual corresponde a una pérdida de espesor de 3 mm.

* Absorción: Este tipo de prueba es apl icable en áreas en donde se presenten ciclos de h ie lo y deshielo. E l máximo valor med io perm itido de esta propiedad es de 7 %, y en muestras individuales de 8 % .

E n e l caso d e q u e a lgu nas piezas n o sati sfagan este requisito, se deberán tomar 1 O adoqui nes del lote para proceder a su ensaye.

En caso de que aún en estas repeticiones las partidas de adoq uines no cumplan con los valores med ios ni con los míni mos, defi n itivamente podrán ser rechazadas.

Estructura del pavimento

El pavimento en su conjunto deberá cumpl ir los siguientes requisitos:

48

* En dos adoqui nes contiguos e l desnivel no será mayor a 2 mm.

Calles con adoquines

* El n ivel de la superficie no deberá presentar depresiones ni pu ntos altos superiores a 1 cm, respecto al n ivel demandado en los p lanos. Esto se medirá con reglas de 3 m, d ispuestas sobre planos para le los a l eje de trazo.

* En n i ngún punto e l n ivel fi nal de la superfic ie estará fuera de lo especificado en el proyecto en más de 1 cm .

5 .7 CON SERV ACION

La conservación es e l conj unto d e actividades a rea l izar para mantener el pavimento en buenas cond iciones de servi­cio, preservando las caracter ísticas y propiedades concebidas en e l proyecto.

Como todo tipo de pavimentos, estas via l idades deberán mantenerse contra las acciones perj ud iciales como son e l tránsito y los agentes ambienta les.

En este t ipo de pavimentos son com unes los deb i l itamiento de las capas debido a cam bios de humedad; tam bién son com unes los cambios de perfi lamiento tanto en la sección longitud ina l como en la transversa l debidos a p lastificaciones de las capas de apoyo. Todo e l l o prod uce esca lonam ientos y corrim ientos de las piezas, mismos q ue será necesar io corregir en forma oportuna.

En particu lar, los efectos anteriores se deben a los efectos combi nados de cargas excesivas en ejes senci l los no contem­pladas en la etapa de diseño, reb landecim iento de las capas inferiores por mal drenaje en el cuerpo del pavimento, proble­mas de cal idad y construcción de las capas de transición (terracerías).

También afectan los eventos sísm icos severos. En cruces a sa l ida de veh ícu los pesados infl uyen mucho las acciones de frenaje brusco.

Debido a l o anter ior, es conven iente rea l izar cada año i nspecciones ocu l ares, con objeto de q ue, si procede, se tomen las med idas correctivas con oportu n idad. Cuando exi stan evidencias de deter ioros, se deberá hacer l a remo­ción de las p iezas en las áreas con prob lemas y corregir los problemas de ca l idad o de com pactación en l as capas i nfe­r iores, antes de proceder a · 1a resti tución d e las p iezas. Esta ú lti ma acción será aceptable só lo cuando se demuestre que los adoq u i nes retirados están en perfecto estado, l i bre de fisuras y de desgaste en sus bordes, con sus d i mens iones origina les, todo e l l o con e l fi n d e garantizar u na buena trabazón con l as demás p iezas restantes.

Capítulo 6

Pavi mentos de concreto h id ráu l ico en vial idades u rbanas

Los pavi mentos d e concreto h idráu l ico consisten e n losas constru idas en el s it io sobre una sub-base granular, la cual

puede o no ser estabi l izada. El conj unto se puede apoyar en una capa subrasante -opcional- o d i rectamente en el terreno natura l , convenientemente preparado.

La capa sub-base se debe preparar de acuerdo con los l i neamientos de la sección 4.2 de esta publ icación.

6. 1 METO DOLOG IAS DE D ISEÑO

Tal como se verá e n l a segunda parte d e nuesro l i bro, existen d iversos cr iterios para el d i mensionamiento de los espesores de las capas del pavimento.

En todo proyecto de pavimentos rígidos son tres los pará­metros pri nci pales: 1 ) tránsito veh icular, 2) resistencia del concreto, y 3 ) caracter ísticas del terreno de apoyo. Tal como se menciona en la segunda parte, los índices de confianza en los d i seños juegan un papel muy i mportante.

Cuando se d i seña u n pavi mento se pretende siempre repre­sentar las condiciones de apoyo lo más racional . Para e l l o, se tendrá en cuenta que lo que servirá de apoyo a la losa de concreto será el conju nto formado por el terreno natural ya preparado e i ncl uso compactado, y la capa sub-base. De esta manera este conj unto quedará representado por un mód u lo de reacción combi nado.

La resi stencia de proyecto o de d iseño será establecida de acuerdo con la i mportancia de la obra, el vol umen por prod u­cir, el equ i po d isponib le del prod uctor, la capacidad técn ica del contratista y la ca l idad de agregados y cemento.

El tránsito de preferencia se determ i nará med iante aforos veh icu lares, para así conocer la d i str ibución de cargas por eje, y esti mar de manera más acertada el número de ejes estándares que ci rcu larán por la vial idad en su vida úti l de proyecto.

E l concepto vida úti l es un parámetro obl igado en este tipo de estructuras y se refiere básicamente a la noción del servicio que la superficie de rodamiento debe prestar a l paso de vehí­cu los en un período determinado; durante este lapso, la estruc­tura debe ofrecer una superficie segura y cómoda. Por otro lado, como las vial idades urbanas deben ser relativamente estables, dadas las caracter ísticas de las áreas a las cuales sirven, las vidas úti les que se deben contemplar son de 20 años como mín imo, aunque en el caso de pavimentos de concreto se recom ienda sean en periodos más prolongados.

Costos durante la vida úti l : la decisión de emplear un a l ternativa de pavimentación dada se relaciona estrechamente con los periodos de aná l i s is . Estos ú l ti mos periodos se deben entender como aquel los p lazos en donde se rea l izan anál is is económicos de d iferentes a l ternativas de pavimento. En estos períodos establecidos se toman en cuenta todas las posib les erogaciones y beneficios que representan cada una de las alternativas. Se incl uyen también todas las obras de manteni­miento, rehabi l i tación, restauración y reconstrucción para lo­grar que el pavimento cumpla con l os n iveles de carga previstos durante su vida úti l .

En resumen, med iante e l enfoque d e Costos Durante la Vida úti l, se toman en cuenta los costos inherentes a cada una de las opciones de pavimento, su costo/beneficio en diferentes etapas de la vida total del proyecto.

La AASHTO 1 defi ne las sigu ientes categorías dentro del anál is is económico a considerar:

49

Capítulo 6

* Costos de mejoramiento por transporte: se refiere a l a suma de todos l o s costos asociados con e l cam ino o vial idad (costos i n iciales, de conservación, del usuario y los debidos a cualqu ier revestim iento o reestructura­ción).

A su vez, estos costos se pueden clasificar de la siguiente manera:

* Costos de i nvers1on i n icia l : son aquel los debidos al costo de adqu isición del terreno, derecho de vía, per­m isos, ejecución de l proyecto y obra, seña lam ientos, etc.

* Costos de manteni miento: los requeridos para mante­ner en condiciones de servicio la vial idad y obras complementarias.

* Costos de usuario: éstos se consideran como la suma de tres componentes, a saber: costos para mantener al veh ícu lo rodando (o de operación), e l costo del tiempo del operador y, final mente, todos los accidentes oca­sionados por el estado físico de la via l idad.

* Costos de operación del vehícu lo: se toman en cuen­ta los costos asociados a ki lometrajes, consumos de aceite,· l lantas, gasol i na, deterioro del motor y del vehículo en general . No se i ncl uyen tarifas o costos fijos para_ su operación, tales como costos por l icen­cias, costbs admin istrativos, de estacionamientos, o las depresiones dependientes de tiempo, etc.

Pavimentos de concreto hidráulico en ¡Vialidades urbanas

* Valor del tiempo de viaje: es el producto del t iempo de viaje del veh ícu lo por e l costo horar io un i tario promedio del m ismo.

* Tiempo de viaje del veh ícu lo: es e l total de tiempo en horas-veh ícu lo rea l izadas por u n tipo dado de veh ícu lo.

* Valor u n itario del t iempo: es e l valor dado a una hora de tiempo de viaje. Este va lor es d i ferente entre vehícu los l igeros y cam iones pesados.

* Costos por accidentes de tránsito: son aquél los aso­ciados con accidentes de tránsito veh icular . Se les considera igual al producto de l costo promedi o de accidente por u na tasa. aproxi mada de accidentes.

* Beneficios del usuario: se refiere a u na estimación de las ventajas y beneficios que adquiere u n operador dado por el solo hecho de transitar por u na via l idad pavi mentada y segura. Es com ú n normal izar estos anál isis a través de reducciones de costos de operación. Se apl ica tomando dos o más a lternativas de circu l ación, es decir, en d i fe­rentes carpetas de rodamiento, y seleccionar la más conveniente en térm i nos de ahorros en costos de opera­ción de los veh ícu los.

I ndependientemente ae s i se rea l i ce o no e l aná l is is econó­mico, el anal i sta deberá tener presente que en la a l ternativa de pavimentación r ígida se pueden lograr incrementos substancia­les de n iveles de tránsito con i ncrementos pequeños de espe­sores de losa .

• Tabla 6.1 . Es esores a roximados en función características del ro ecto

Tráfico de diseño Módulo de reacción de diseño, K, en kg/ cm3 Disminución de espesores en · caso de construir

No. de ejes Acotamiento

Tipo de vialidad equivalentes(h) Pobre 2 - 4 Bueno 4 - 8 Muy bueno > 8 Pasajuntas pavimentado

de 8.2 ton

Vías rápidas ( a -c) > 5 000 25 25 23 2 2

Vías orincioales (a - c) 1 000 - 2.500 24 24 22 1 2

Vialidades colectoras ( b -c ) 300 - 1 .000 21 1 9 1 9 - 2

Vialidades locales ( b - d ) 20 - 80 1 7 1 5 1 5 - -

Callejones ( b - d ) < 20 1 5 1 3 1 3 - -

Las letras entre paréntesis indican notas aplicables Las resistencias a la flexión referidas aquíson a los 90 días .

·

Nota a: En las vialidades rápidas y principales se ha considerado un :resistencia a la flexión de diseño, Mr, de 40 kg/ cm2 . . 2 Nota b: .En calles colectoras, locales y callejones se considera un Mr de 36 kg/ cm

Nota c: En caso de incrementar 3 kg/ cm2 el Mr, a ello corresponde una disminución en el espesor de 1 cm. Como criterio general, a mayor resistencia menor espesor y viceversa. Esta relación se aplica a rangos de resistencias de diseño entre 32 kg/ cm2 y 44 kg/ cm2 • Se puede aplicar a vías rápidas, calles colectoras y locales. Nota d: En el caso de espesores de losa para calles locales y callejones no se deben hacer disminuciones aun en el caso de incrementar la resistencia. Nota e: Se aceptan 20 % de muestras defectuosas para establecer la resistencia característica. Nota f: Para trabajos de control de calidad, se pueden establecer las siguientes correlaciones, a través de incrementos medios de resistencia, en términos de resistencias a los 28 y 90 días: 15 % de aumento entre los 28 y 90 días, para cemento Tipo 1 1 O % de aumento entre los 28 y 90 días, para cemento de alta resisteneia Nota g: Las banquetas no se pueden considerar substitutivas de acotamientos pavimentados Nota h: Los tráficos proyectados son a 20 años

50

Pavimentos de concreto hidráulico en vialidades urbanas

Tal como se menciona l íneas arriba, cualqu ier d iseño de pavimentos debe asociarse con ün s istema de admin istración de pavfmentos a fi n de que se puedan ejecutar las medidas preventivas y correctivas que garanticen la funcional idad e integridad estructural del pavimento durante su vida úti l . Todas las necesidades de conservación y reestructuración que con­l leva cualqu ier tipo de d iseño deben ser integradas a los ·

anál is is i n icial y del ciclo de vida de la estructura, de esa manera se puede tomar u na decisión racional y mejor docu­mentada.

6.2 SOLUCION ES TI P ICAS

En la tabl a 6. 1 se compi lan las resistencias a la flexión aproximadas de pavimentos urbanos con espesores tentativos, según se anota en observaciones, tomando en cuenta los tipos de apoyo variables. Es importante señalar que estos valores podrán servir como u na gu ía pre l i m i nar

En la tab la 6. 1 no se incl uyen las sub-bases débi l es con mód u los de reacción, k, menores a 2 kg/cm3. Cuando se considere que el terreno de apoyo contiene una apreciable cantidad de finos plásticos de consistencia blanda, es aconse­jable hacer una restitución de materiales, ya sea a base de estabi l izaciones con ca l o cemento, o sustituyendo el material mal o por otro procedente de u n banco de cal idad aceptable. Los espesores m ín i mos recomendables por tratar son de 50 cm.

La decisión de incrementar la resistencia de las capas de apoyo para d isminu i r espesores de losa, deberán estar debida­mente documentadas con anál is is de varias opciones en estas variables, y así cuantificar económicamente los diferentes di­mensionam ientos, y escoger la opción ópti ma.

Consideraciones sobre juntas: cuando no se colocan pasajun­tas, las juntas transversales -se espacian en un rango de 4 a 5 m; cuando sí se colocan, este rango puede variar entre 5 y 7m.

Consideraciones de construcción y conservación: en esta información de predimensionamiento se considera que la ejecu­ción de los trabajos no se hace a través de tableros de concreto constru idos individualmente, sino por franjas completas coloca­das con equipo mecanizado o pavimentadoras especiales para concreto vibrado, y posteriormente aserradas con discos abrasi­vos o de diamante para formar las juntas. Se considera l levar a cabo un mantenimiento rutinario y consistente que contemple la inspección ordinaria del pavimento durante la vida úti l del mis­mo, así como la remoción y restitución del material sel lante deteriorado, el retiro de fragmentos de losa o la total idad de las mismas cuando exista evidencia de que estos ·factores afecten los índices de servicio del proyecto.

Cabe i nsistir en que la tab la 6. 1 sólo se puede uti lizar como un i nd icativo de espeso(es de pavimento en la etapa de ante­proyecto. Esto es especia lmente cierto en el caso de viaductos, l i bramientos o v ías rápidas de importancia. En general , para proyectos via les i mportantes se deberá hacer estudios rigurosos sobre tráfico y la geotecnia del sitio, a l igual que los relativoc;

Capítulo 6

a las mezclas que contemplen los agregados, cemento y aditi­vos d isponibles, a fin de proponer resistencias a la flexión de d iseño.

6.3 REQUISITOS DE RES ISTENCIA

Consideraciones

Es importante asignar a cada proyecto los coeficientes de variación para las mezclas que se apl iquen en la zona de trabajo, así como las fracciones defectuosas que estad ística­mente se hayan logrado en la citada zona, o por las premez­cladoras del l ugar, en caso de uti l izar concretos producidos por estas ú ltimas. Con estas medidas se estará en condiciones de establecer resistencias medias para d iseño y resistencias carac­terísticas rea l i stas.

· De preferencia, el control de resistencias con base en las resistencias a la flexión se rea l izará mediante vigas ensayadas con cargas a los tercios med ios. Este control se l l evará a cabo conjuntamente con la fabricación y los ensayes de ci l i ndros para obtener las resistencias a la compresión. En las primeras etapas, la fabricación de estos tipos deberá ser parale la para que posteriormente y una vez que exista consistencia en la correlación entre los dos tipos de resistencias, se pueda pres­cindir de las vigas, ya que estas demandan equ ipo y entrena­miento riás especial izado y suelen ser más lentas de ejecutar. Así, se podrán med ir só lo las f'c , y se obtendrá un valor correspondiente de Mr confiable mediante correlaciones.

En la tabl a 6.2 se incl uyen ambas resistencias, atendiendo al tipo de agregados disponibles:

Tabla 6.2. Resistencias aproximadas en función al tipo de a re ados

Resistencia Resistencia a la comoresión en kQ/cm2

a la flexión de diseño Tipo 1 Tipo 2 Tipo 3

30 230 250 300

32 246 266 320

34 260 283 340

36 277 300 360

38 292 31 7 380

40 307 333 400

42 323 350 420

44 338 366 440

46 353 383 460

Tipo 1 : Plantas con buen nivel de producción, con más del 50 % de material producto de trituración. Tipo 2: Control de calidad y de producción en planta, c;fe .regular a bueno, con agregados compuestos por mezclas de partículas angulosas y redon-deada� 1 .

Tipo 3: Nivel de producción de pobre a regular y agregados de partículas redondeadas de origen aluvial, cantos rodados, etc.

51

Capítulo 6 Pavimentos de concreto hidráulico en vialidades urbanas

El conoci miento del or igen geológico de los materia les, la d isponibi l idad de los mismos, las exper iencias de las p lantas productoras regionales o de las p lantas centrales y, fi nal mente, las exper iencias y cu idados de las empresas contratistas ejecu­toras de proyectos de pavi mentación, permiten establecer resistencias de d iseño adecuadas y fáci les de cumpl ir.

Resulta recomendabl e rea l izar m uestreos de agregados de los bancos o incl uso en los mismos acopios de materia l dentro de las plantas mezcladoras, con el propósito de verificar las variaciones en contenidos de arenas en las gravas empleadas y viceversa, de esta manera, se pueden hacer las correcciones perti nentes en la dosificación. Este comentar io es ap l icable también para e l caso de pavimentación en carreteras.

e Tabla 6.3 Re uisitos en los com onentes del concreto

Requisito

A) Contenido de cemento

B) Aaua de mezclado

C) Agregados

c . 1 Tamaño máximo

c.2 Porcentaje de trituración de gravas

Tipo 1

Tipo 2

Tipo 3

c.3 Porcentajes de agregados

Tip9 1

Tipo 2

Tipo 3

D) Características del concreto

Compresión

Resistencia a la flexión

Revenimiento máximo

Dosificación

Tipos 1 y 2

Tipo 3

Aditivos

E) Juntas

Separación

Secuencia constructiva

Sel lado

F) Espesores

G) Requisitos en la superficie

H) Geometría, elevaciones v niveles

Especificación

Cemento tipo 1 320 kg/ cm2

Cemento de alta resistencia 280 ka/cm2

Deberá ser potable o cumplir con lo dispuesto en la norma NOM C-1 22 viaente

Cumplirán con la norma NMX -C-77, y que sea aceptable en cuanto a contenido de finos y materia orgánica

4 cm cuando el espesor de losa sea mayor a 1 5 cm 2.5 a 4 cm cuando el espesor sea menor a 1 5 cm

Más del 50 %

Del 25 al 50 %

Es indistinto

Tres fracciones: grava (2 a 4 cm), grava (0.5 a 2 cm), arena (menos de 5 cm)

Para este t ipo de preferencia tres fracciones. No obligatorio

Dos componentes: grava y arena

Resistencia media de proyecto a los 28 d ías

Resistencia media especificada a los 28 días. Tiene mayor relevancia en vías rápidas, viaductos, autopistas y vías principales. Normalmente se pide Mr a 42 kg/ cm2

a los 28 días.

5 cm

En peso

En peso o en volumen controlado

Reductor de agua: 3 a 4 cm3 / kg cemento, e lnclusor de aire : 2 a 3 %

Espaciamiento no mayor a 5 m

Aserrado con discos abrasivos o discos de diente de diamante en vías rápidas y autopistas. Otros métodos en vialidades de menor importancia, previa evaluación.

De preferencia material a base de sil icón aplicado en frío, de un componente. Podrán emplearse también sellantes en caliente, a base de polímeros (ASTM D 3405), o polímeros a base de asfalto (AASHTO M 1 73).

Se aplicarán los criterios de diseño con tolerancias del orden del 5 %

Las depresiones deberán esta comprendidas entre 6 mm en vialidades rápidas y troncales, 8 mm en calles colectoras y de servicio, 12 mm en cal les locales, callejones, y secundarias en aeneral, Todo ello medido con realas de 3 m

De acuerdo a los documentos de construcción Nota: La resistencia de dosificacJón establecida por la empresa contratista será según la siguiente ecuación:

{f'c)cr = f'c + C So, en kg/ cm {f'c)cr = resistencia promedio requerida de dosificación C = factor estadístico función del nivel de confianza. Para obras de pavimentación C = 80 % So = desviación estándar esperada en obra f'c = resistencia a la compresión especificada en campo

52

Pavimentos de concreto hidráulico en vialidades urbanas

Dentro del t ipo 1 se encuentran proyectos en ci udades que cuenten con premezcladoras. E n e l t ipo de proyecto 1 y 2 se debe d iseñar para resistencias de bajas a moderadas, a fi n de

, que las exigencias del proyecto puedan cumpl irse. En estos casos, dada la cal idad pobre a regu l ar de los agregados se

: podría ana l izar la posib i l idad de i ncrementar los espesores y no las resistencias, que en muchos casos no se podrían alcanzar

. por la m isma d i nám ica de los trabajos.

6.4 CON STRUCCION

· Requisitos básicos

Los req u is itos básicos de construcción del pavi mento se dan · en función de las caracter ísticas genera les, d isponib i l idad de . materia les y condicionantes de d iseño del proyecto particu lar . .

S in embargo, para los s iguientes l i neam ientos pueden uti l izar-• se criter ios normativos:

. 6.5 EQU I PO

6.5 . 1 De fabricación del concreto

Las p lantas prod uctoras o de premezclado deberán tener una capacidad acorde con la ve locidad de tend ido o de co l ocación en el s i t io de construcción. Esto es importante, ya que se tendrán que coord inar de manera óptima los eq u i po de prod ucción y de tend ido, a fi n de m i n i m izar problemas de

· secado prematuro de mezclas en un extremo y tiempos perd i­. dos en la colocación (mano de obra y eq u i pos) .

De preferencia, las p lantas mezcladoras deberán contar con ' disposi t ivos q ue m idan los pesos de cada uno de los compo­

nentes. Cuando no se cuente con mezcladoras centra les, po­. drán emplearse báscu las con p lataformas con capacidad no

menor a 200 kg. Su preci s ión será ta l que al ca l i brarse con carga estát ica la to l erancia sea de 0.4 % de su capacidad tota l . Las

· báscu las podrán ser de ba lancín o de carátu la si n resortes, o a l ternativamente podrán ser h idráu l icas, el éctr icas o celdas de carga, s iempre que cumplan con las tolerancias. Esto se acepta

. en la norma mexicana NMX C-1 55-8 7, "Concreto Premezcla­do-Especificaciones" .

; 6.5 .2 Transporte de la mezcla

Tal como se comenta en otras partes de esta publ icación, . en pavi mentación urbana, e l transporte del concreto al sit io de · tendido podrá rea l izarse a través de camiones volteo o con . ol las mezcladoras. Los pri meros son eficaces hasta para d istan­; cias entre 1 O y 20 km, siempre que los tiempos de traslado no

superen los 30 m i n utos.

Los cam iones de volteo deberán tener las siguientes carac­ter íst icas:

Capítulo 6

* Contar con una caja l i sa y l i mpia previo al vaciado de la mezcla. Su tapa posterior de la caja deberá ser lo más hermética posib le a fi n de que no haya una pérd ida sustancial de lechada o de pasta.

* Las cajas deberán contar preferentemente con un peque­ño chaflán en las esqu inas para así evitar que la mezcla se adhiera en esas zonas y faci l i tar su vaciado .

Con ol las mezcladoras las d i stancias se pueden incrementar a condición de que siempre se i nspeccione la consistencia de la mezcla al momento de su ! legada al sit io de tendido. Con este fi n se podrán hacer l igeras mod ificaciones a los ad itivos superp lastificantes, con objeto de que el concreto tenga la trabajab i l idad adecuada para ser colocado y term i nado.

Ta l como se establece en la norma citada, NMX C-1 55-8 7, cuando el concreto sea parcial o total mente mezclado en e l cam ión, su vol umen no deberá exceder e l 63 % del vol umen total de la un idad. Cuando el concreto sólo sea agitado en las o l las, pero mezclado en la planta, entonces el vol umen que ocupe dentro de la o l l a no deberá sobrepasar e l 80 % .

Cuando e l mezclado e n planta sea parcia l , sólo se efectuará un entremezclado de los d iferentes componentes, para l uego, ya en el camión, hacer el mezclado final , usual mente entre 1 O a 1 2 r .p.m. Este agitado se rea l iza hasta que el concreto alcance los requ isitos de un iformidad de mezclado de concreto esta­blecidos en la norma ya referida.

6.5.3 De colocación

En la práctica, son var ios los elementos de los cua les se hecha mano para la colocación de losas de concreto. Trad icio­nal mente, en nuestro país se han uti l izado herramientas básicas para la co locación del pavimento por med io de tableros o secciones coladas i nd ividual mente, prácticas erróneas que, s in embargo, subsisten y se l levan a cabo i ncl uso en vial idades i mportantes de nuestras ci udades.

A conti n uación se del i nean algunos eq uipos bás icos y más complejos común mente empleados en pavimentación urbana.

Métodos tradicionales

* Cimbras metá l icas: deben ser rectas, l i bres de pandeos e irregu laridades. La geometría deberá ser ta l que se logre el espesor del concreto, y la r igidez suficiente para soportar los empujes del concreto.

En caso de colocar el concreto d irectamente contra las banquetas, siempre que éstas presenten buena ca l idad en su superficie se podrá evitar el uso de cimbras. Estas ú ltimas deberán existir en cantidad suficiente, de acuerdo con los avances programados por d ía, y tomando en cuenta que la remoción del cimbrado se efectúe después de 1 O horas.

* Vi bradores de contacto o superficiales: existen varias modal idades de este ti po de herram ientas. Dentro de e l las se pueden i nc lu i r p lacas o parri l las vibradoras

53

Capítulo 6

Fotografía 6 . 1 Regla vibratoria para trabajos de urbanización pe­queños a medianos.

superficiales, regla vi brator ia, rod i l los vibrator ios peque­ños, etc.

Reglas vibratorias

Estas reglas consisten en vigas senci l las o dobles, cuyo largo es igual al de la sección del pavi mento por colocar; están dotadas de excéntr icos que les proporcionan las v ibraciones necesarias para acomodar y compactar el concreto. El n úmero de excéntricos puede ser de dos o más, depend iendo de la energía deseada. Estos elementos se conectan a motores de combustión i nterna o e léctr icos. Asi mismo, la d istr ibución de los excéntricos determina la conformidad que se le dé a las mezclas. Es com ún emplear frecuencias entre 3,000 y 6,000 vibraciones por m inuto. La regla se desl iza sobre r ie les, en la d irección parale la al trazo de la vial idad, cuyo peralte propor­ciona el espesor del pavimento ya terminado.

Es recomendable dotar a las reglas de ruedas montadas sobre los r ie les, ya que la vibración se apl ica d irectamente sobre �I concreto y no en parte sobre los r ie les. Ver Fotografía No. 6. 1 .

Este equ i po básico cumple dos objetivos: enrasar y dar e l terminado y compactar las mezclas. Algunas de estas reglas se hacen avanzar manual mente (por dos operarios), mientras que otras son autopropu l sables. E n el pri mer caso, el avance se logra med iante la instalación de anclaje -que puede consegu ir­se con estacas- situado en la parte frontal , para después, con la ayuda de cab les y poleas insta ladas en los extremos del con­j unto, enro l lar y dar la tracción a través de manivelas.

·

Es aconsejable proveer de engranajes en los extremos, sobre todo en las reglas pesadas para que se puedan dar movi mientos en retroceso y sea posible dar las pasadas ad icio­nales que se juzguen necesarias. Las placas de enrase deberán estar d ispuestas en ángu lo, a fi n de que se proporcione un buen acomodo y compactación.

54

Pavimentos de concreto hidráulico en vialidades urbanas

Es conveniente l imitar los valores de los reveni mientos no mayores de 7.5 cm, ya que si la mezcla es más fl u ida, puede desprender pasta en la etapa posterior al compactado, con e l consecuente r iesgo de fisuramiento superficial durante e l secado.

Estos equ i pos son efectivos para colocar concreto en peq ue­ñas cantidades, del orden de 75 m3 por d ía, o lograr avances de aproxi madamente 1 00 m l i neales por franjas.

De acuerdo con algu nas i nvestigaciones citadas por el comité ACI 309 las compactaciones logradas son d i rectamente proporcionales al peso de la regla, su frecuencia y ampl itud, e i nversamente proporcionales a la velocidad de avance:

. , ( Frecuencia ) ( Ampl i tud ) ( Peso del equipo ) Compactac1on = V 1 d e . e avance

De preferencia, el concreto se co locará frente a la regla con espesores un i formes a lo ancho de la sección, con una l igera sobrecarga, del orden de 2 cm, para efectuar e l enrase · adecuado.

En áreas irregu lares, ta les como zonas con refuerzos, en pasaj untas, a lcantari l las, guarn iciones, se podrá uti l izar e l vi­brador por i n mersión .

Vibradores de contacto o de placas

Estos vi bradores consisten en p lacas o rej i l l as, normal mente de 0.2 m2 de superficie, q ue se co locan d i rectamente sobre la superficie del concreto por compactar. El conj unto puede i formarse con u na sola p laca o con un conj unto de e l las. Estas piezas deben de co locarse de manera q ue s iempre ocupen só lo e l ancho efectivo de l pavimento y n unca se monten o hagan contacto con los r ie les o con el c imbrado latera l .

E l marco o d i sposi t ivo q ue sujeta a las p lacas s e d i seña de manera q ue s iem pre se pueda e l evar para estar fuera de contacto con l a superfic ie del pav i m ento o dar las a l turas req ueridas en el proyecto. La su perfic ie dejada por estas charolas o p lacas normal me nte req u iere u n a l l anado su per­fic ia l ad iciona l . La v i brac ión se contro l a de manera q ue se proporcionen de 3, 000 a 6,000 v i braciones por m i n uto (50 a 1 00 Hz) .

Fotografía 6 .2 Enrasadoras de placa o charola

?avlmentos de concreto hidráulico en vialidades urbanas

Vibrador de rodillos

Esta variante enrasa y com pacta al m ismo tiempo. En una de sus m oda l idades se colocan tres rod i l l os: e l primero (o

· fronta l ) es e l que propiamente actúa como excéntrico y propor­ciona la vibración que gira a 1 00 ó 400 revol uciones por m i n uto, dependiendo de la consistencia de la mezcla, en la dirección opuesta a la de avance. Este equipo se recomienda para m_ezclas fl u idas, con revenimientos superiores a 5 cm.

Los d iámetros de tubos van normal mente de 1 6.8 cm a 22 cm. Las longitudes nomi nales son de 1 .8 m a 9. 1 5 m para los primeros d iámetros, y los más gruesos van de 5 .5 m a 1 2 .20m.

En ambos casos, reglas y rod i l l o, se recomienda dar dos · nasadas. La pri mera es para dar u n acomodo y compactación inicial al concreto. Con la segunda pasada se logra e l termina­do. E n la pr imera se deberá incrementar al máximo la frecuen­cia, mientras que en la segunda se deberá reducir.

Vibradores de inmersión

. En general se trata de q ue estos vi bradores sean de fáci l manejo, pero capaces de l icuar perfectamente el concreto en un radi o de acción aceptable. Su efectividad va en función directa de su frecuencia, ampl i tud y d iámetro de la cabeza.

La ampl itud del v ibrador interno varía l i nea lmente a lo largo . de su cabeza, con el valor máximo en la punta. La ampl itud , promed io, a l operar en el a ire, se puede calcu lar de manera aproxi mada:

l . d d ' w . e

Amp 1tu prome 10 = --W + w

w = peso der excéntrico, en kg.

W = peso de la cubierta y otras partes i nmóvi les, en kg.

e = excentr icidad. D istancia entre el centro de gravedad del 'excéntrico a su centro de rotación, m m .

w . e = momento excéntrico, m m/kg.

. Cuando este vi brador �e pone en marcha, el concreto está :sujeto a impu l sos vi bratorios, que se traducen en movim ientos :ondu latorios que emanan desde la cabeza. E l l o se debe a que 'adentro de estos vi bradores se genera u n movimiento pri nci­pal mente armónico, caracterizado por u na onda sinusoida l . La rotación de l excéntrico dentro del empaque hace que la cabeza gire a l rededor de u na órbita. Así, cua lqu ier punto de la caja sigue u n movim iento aproxi madamente circular, con rad io

: igual a l rango de frecuencias apl icado.

Las ondas se d is ipan rápidamente al aumentar la d istancia 1 de la fuente cuando e l v i brador está i nmerso en el concreto. : Esto se debe a la absorción por amortiguamiento del concreto, por un lado, y a la expansión del área del frente de onda. E sta disi pación de energía, producto de una reducción en ampl itu­

. des, hace q ue se reduzca la aceleración o intensidad de : vibraci ón. Cuando la ace leración es menor de 1 g en mezclas

Capítulo 6

flu idas, y de 3 g, en mezclas r ígidas, el vibrado ya no es efectivo. En estos casos conviene i ncrementar la ampl itud a fin de generar un mayor radio de i nfl uencia.

Estas herramientas se deben emplear en l ugares de d ifíci l acceso, tal es como muros de retención,_ a lcantari l las, inmedia­ciones de bordos, banquetas, etc., así como en los l ugares próxi mos a las juntas planeaqas de construcción, sobre todo en zonas próximas a pasajuntas. La cabeza del vibrador deberá estar siempre lo más vertical posib le, tota l mente sumergida, a fin de e l iminar problemas de segregación. E l espaciamiento de las d i ferentes inmersiones deberá estar en e l rango de O.SO a 0.75 m. S iempre se procurará que los puntos de inmersión no estén muy lejanos.

Este equipo manual normal mente constituye un comple­mento a la vibración de concreto proporcionada por una regla vibratoria.

Vibración interna (caso general)

Hoy d ía, prácticamente todas las pavimentadoras mecani­zadas de a l to rendim iento cuentan con marcos que sostienen baterías o conjuntos de vibradores de i nmersión, los Cl,Jales se montan de manera obl icua, o tienen forma de " L". Además los marcos se pueden mover en su p lano vertica l para controlar la profund idad de vibrado. Los equ ipos básicos cuentan con grupos de 5 a 6 vibradores para anchos de sección de 3 . 5 m .

La frecU€ncia se ajusta en los rangos que van de 8,000 a 1 2,000, y debe ser un iforme en cada uno de los vibradores. E l vibrado, ta l como se describe e n e l apartado 6.8, sigue a l a d istrfüución hecha por e l torn i l lo s i n fin y a l enrase in icial de la mezclas situadas justo frente a las pavimentadoras. Los marcos en los que se montan los vibradores deben tener una anchura y geometría suficiente, de manera que a l menos 14 de estos ú lti mos quepan conven ientemente espaciados, para an­chos de pavimento de 7.3 m .

Los equipos modernos de pavimentación d e 7 . 3 m d e ancho nominal cuentan con 1 5 vibradores h idráu l icos inter­nos, trabajando a 1 0,000 R.P.M. Estos equ ipos cuentan hasta con 20 circu itos para los vibradores con vá lvu las de control de fl ujo i nd ividuales. Estas herramientas permiten un contro l más graduado del proceso de vibrado, depend iendo de la geome­tría de l os pavimentos, así como de las caract.erísticas de las mezclas por colocar. E l control vertica l de estos sistemas es también automatizado.

6.5 .4 Equipo para el terminado superficial

En térmi nos generales, ta l y como se describe en e l apartado 6.8, l os eq uipos actua les permiten dar un acabado práctica­mente fi nal , mediante una al lanadora mecánica si tuada en la parte poster ior. Este aplanado automatizado cumple con los cr iterios de plan icidad req uer idos en los proyectos. Para a l i sar y tapar irregu laridades dejadas por la charola de aplanado mecánica, se emplean al lanadoras manuales de mango. largo.

55

Capíturo 6

Fotografía 6.3 Regletas de madera para acabado superficial.

En obras pequeñas o en zonas de d ifíci l acceso es común el empleo de las herramientas manuales que se describen a con ti n uaci ón:

* Regletas: se emplean en obras pequeñas, tales como andadores, ca l lejones, etc. Pueden fabricarse de madera, de 1 " x 4 " cep i l lada e impregnada, fijándole un mango redondeado en su parte superior; o bien con perfi les de magnesio o acero de 1 " x 4" o de 2" x 6".

* Al lanadoras: las empleadas en pavi mentos consisten en bases de madera, o de preferencia metá l icas, provistas de mangos largos para que los operadores queden fuera del área que se está pavimentando, pero puedan cubrir e l ancho de la sección. Con objeto de corregir i rregu la­ridades en zonas de difíci l acceso o fa l l as locales, pri n­c i pa l mente en l as i n med iaciones de la or i l l as, se emplean l lanas metá l icas manua les.

* Texturizado: cuando por la importancia, tamaño y carac­terísticas de la obra de urban ización, se ut i l ice equ i po automatizado de colocación, esto es, pavimentadoras de concreto, ·el texturizado se apl icará con carros especia­les, ta l como se descr ibe en el apartado 6.8.

Fotografía 6 .4 Regletas de madera accionadas con motor, apropia­das para pasajes pequeños.

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Pavimentos de concreto hidráulico en vialidades urbanas ¡ pavimento por construir. Previamente a las pasadas de los cepi- ] l los, se deberán pasar trozos de arp i l lera en bastidor o crucetas, ¡ para e l iminar la l isura de la superficie dejada por el a l lanado. l

: * Curado: se debe apl icar de preferencia con equ i po para ¡

apl icar membrana l íqu ida de curado. Alternativamente ! se podrán emplear pol ieti lenos y arp i l leras h umedeci- I das. En caso de apl icar el curado con membranas q u ími- I cas con pu lver izador, éste ú l t imo podrá ser accionado ! con bomba manual o con motor. 1

6.5.5 Equipo para juntas

l 1

l Las juntas se real izan con cortadoras de d i sco de d iamante,i

enfr iadas con agua. La profund idad del corte var ía en fu nción del espesor de la losa. En cua lqu ier caso, es com ú n hacer lo entre 1 /3 a 1 /4 del espesor. Poster iormente se tendrá que hacer las pasadas necesarias para ampl iar la parte super ior del corte y así formar la caja receptora del materia l sel lante. Su geometr ía está regida por el t ipo de este ú lt i mo, así como las característi­cas del concreto colocado.

En pavimentos urbanos es frecuente e l uso de i nsertos de madera y de preferencia p lásticos, de tipo PVC, para formar las j untas. Estas fajas se colocan en estado fresco, y suelen ser de 4 a 6 mm de espesor, con anchos de 1 /4 o 1 /5 del espesor del pavi mento. Se debe tener la precaución de reconstru i r la superficie u na vez que se retiran las inserciones. Para e l l o se emplean "vol teadores" para redondear los bordes.

6.6 PROCEDIMI E NTO CON STRUCTIVO

6.6. 1 Actividades prel iminares

U na vez constru ida y n ivelada la capa sub-base o base� según corresponda, y de acuerdo con el Capítu l o 4, se col ocará u na pequeña capa n ivelante de arena de 2 cm máxi mo, la cual se deberá h umedecer previo a l colado del concreto .

Posteriormente se n ivelarán las c imbras, de preferencia metá l icas, a l i neándose para dar l os n iveles vert icales y hori� zontales requeridos en el proyecto. En esta etapa se cuidarán los aspectos geométr icos y de pend ientes del pavimento por constru ir .

Concreto i

Durante la etapa de planeación del proyecto urban íst ico s� deberá contem plar las caracter íst icas de la mezcla por colocar! es decir si será fabricada con p lanta mezcladora en el s i t io o por empresas mezcladoras. Se deberán considerar las propie! dades de los agregados por uti l izar, sus variaciones o contamij naciones, esto es, la var iación de conten idos de arenas e� gravas y viceversa. Se deberán contemplar ca l i braci ones al eq u ipo de pesajes y de dosificación, deficiencias en mezclado)

Pavimentos de concreto hidráulico en vialidades urbanas

etc., a fin eval uar sus i mpactos en la consistencia de la ca l idad de producción.

Tal como se establece en la sección 3 .3 , la dosificación deberá rea l i zarse en peso, sólo en aquel los casos en que la dbra sea m uy pequeña, será aceptable hacerlo por volu_men.

E l mezclado se deberá real izar en p lantas con capacidad · adecuada y en buen estado. En lo que sigue se dan algunas

recomendaciones para lograr uniformidad de las producciones:

CalibraciÓ-n semanal de las básculas. En equipo pequeño · esto se logra med iante pesas previamente taradas. En a lgunos

equ i pos menores i ncl uso se pueden emplear sacos de cemento l lenos para aprovechar su peso nominal .

Se determ i nará e l t iempo mín imo de mezclado de cada · planta a emplear mediante pruebas de un iformidad. Este tiem­

po se m ide desde el i nstante en que están todos los componen· tes sól idos dentro del tam bor de mezclado hasta e l momento de la descarga. De preferencia se deberá hacer pruebas para determ i nar la u n iform idad de las mezclas, con pequeñas varia-

, dones en los conten idos de agregados gruesos.

Este tipo de ensayes se real izan tomando dos muestra de una m isma colada o mezcla durante los tercios de la descarga. Las d i ferencias máximas sugeridas se dan a conti nuación:

Tabla 6.4 Rangos de valores recomendables, ro iedades físicas

Tipo de ensaye Diferencia en

valores extremos

Peso volumétrico en estado fresco ka/cm3 1 5

Revenimiento. en cm 2

Contenido de agregado grueso mayor a 5 mm, en %, respecto a la media de dos 6 muestras

* Planta de mezclado central : para el caso de uti l izar u na p lanta de mezclado central o estacionaria, es impresci n­d i ble que se real ice un premezclado de todos los com­ponentes, al t iempo que se i ntroduce el materia l al tambor mezclador. En la fotografía 6.5 se aprecia un ejemplo de u na p lanta mezcladora de doble tambor.

La ad ición de ad itivos l íquidos siempre se hará junto con el agua, y su i ntroducción debe ser en el mismo punto de la secuencia del mezclado, carga tras carga, a fi n de consegu ir

· uniformidad en el concreto prod ucido.

En caso de uti l izar dos ad itivos diferentes, como es el caso de reductores de agua e i ncl usores de aire, siempre se dosifi­

: carán por separado, a menos que se demuestre que se pueden mezclar juntos. En cualqu ier caso, su empleo siempre vendrá preced ido por un estudio pre l im inar de mezclas.

Como u na guía pre l i m i nar sobre el tiempo m m 1 mo de mezclado se pueden uti l izar las recomendaciones del fabr ican­te o las usuales, a saber, u n mi nuto por cada 3/4 m3 de mezcla,

Capítulo 6

Fotografía 6.5 Mezcladora central de alto rendimiento para produc­ción de concreto en pavimentos carreteros.

más 1 /4 de minuto por cada m3 ad icional de capacidad nomi­nal del ta : nbor. E l criter io de tiempo de mezclado siempre vendrá d ictado por la capacidad de la p lanta para genera:­resu ltados consistentes en el concreto producido, en toda la etapa de prod ucción.

* Cam iones mezcladores: en caso de uti l i zar este t ipo de cam iones, será muy conven iente col ocar dentro de l a o l la en pri mer l ugar a l rededor del 1 O % del agrega­do y del agua, para conti n uar con la ad ic ión de la arena y el cemento. Esto se hace con la fi na l idad de ev itar acumu laciones excesivas de agregados, sobre todo en la cabeza de la o l la, lo que sucedería si se colocara todo e l agregado en u na so la etapa.

Para una d i scusión más ampl ia sobre los temas de mezclado y co locación del concreto en el s it io, se recom ienda l iteratura especial izada sobre estos tópicos.2

6.6.2 Transporte de mezclas

En las obras de pavi mentación son aceptables los camiones vo lteo, pues normal mente se recomiendan mezclas relativa­mente secas, con revenim ientos bajos de 2 a 5 cm. Los cam iones revolvedores funcionan mejor cuando los reveni-

57

Capítulo 6

mientas en las mezclas son mayores a 4 cm. Se debe l i mitar e l período de transporte a no más de 30 minutos. S in embargo, este tiempo podrá i ncrementarse cuando las condiciones am­bienta les sean favorables y cuando, además, se tomen medi­das, med iante aditivos, que ayuden y retrasen la p lasticidad del concreto.

Se sugiere adoptar las siguientes medidas:

* Empleo de aditivo reductor de agua.

* Colocar lonas sobre las mezclas durante el transporte, para evitar secado rápido de la mezcla.

* Evitar la adición de agua para i ncrementar trabajabi l idad.

* En c l imas cal urosos se tratará de reducir a l m ín imo posible las temperaturas en el concreto, d isminuir las pérdidas de trabajabi l idad y de evaporación .

6.6.3 Colocación y compactación

La co locación de las mezclas se hace de la caja u ol la del camión directamente sobre la sub-base ya preparada, evitando la segregación de las partículas gruesas. La distribución del concreto a lo largo de la sección podrá efectuarse en obras pequeñas con palas, pero en obras de cierta i mportancia se hará de preferencia con el gusano o torn i l lo s in fin con que cuentan las pavimentadoras.

El acomodo y compactación se logra con vibradores super­ficiales en el caso de losas delgadas de hasta de 1 5 cm de espesor. Para espesores entre 1 5 y 22 se puede uti l izar los de superficie o los internos; estos ú l timos se recomiendan para espesores de losa mayores de 22 cm .

E l uso de reglas vibratorias es común en esta etapa en pavimentos urbanos. Tal como se comenta en otros párrafos, normal mente se uti l izan reven i m ientos del rango de 2 a 5 cm . Para mezclas rígidas se recomienda aj ustar la regla a ampl itu­des mayores para obtener una compactación satisfactor ia a lo largo del espesor.

La sobrecarga frente a la regla vi bratoria será del orden de 2 cm, con su ari sta frontal de enrase l igeramente levantada.

En prácticamente todos l os casos se recomienda el empleo de los v ibradores de inmersión, con el objeto de completar l a acción d e la regla, pri ncipal mente hacia l o s extremos, e n donde la acción d e esta ú l tima pierde efectividad . S e aconseja co locar los v i bradores en pos ición lo más vertical pos ib le, con espaciamientos regu l ares del orden de 50 a 75 cm .

E n caso de uti l izar vi bradores de charola, su frecuencia se aj ustará de acuerdo con las velocidades de avance empleadas. Como es lógico, conforme la consistencia del concretó sea más r ígida, se i ncrementarán las ampl i tudes. Es recomendable l i mi­tar a un m ín i mo la sobrecarga frente a las p lacas o charolas, ya que mucho mater ial puede entorpecer la colocación.

58

Pavimentos de concreto hidráulico en vialidades urba�as

Verificación de l proceso de colocación: s i al retiro del c imbrado, en caso de que se l e uti l ice, aparecen irregu laridades del t ipo de porosidades, "panal de abeja", etc., se aconseja: a) acercar más los vibradores a las cimbras, b) aumentar l a frecuencia o la ampl itud de l o s vibradores, o fi nal mente, c) d isminuir la velocidad de avance.

6.6.4 Terminación y texturizado

Después de colocar e l concreto es necesario afi nar la superficie y las pendientes dejadas por e l equ i po manual o mecan izado, así como termi nar la p lan icidad req uerida por e l proyecto.

Terminado manual: cuando no se cuente con equ i po especia­l izado, las l abores de a l i sado y de rectifi­cación de pend ientes podrán hacerse con reglas y e l i m i nar así las i rregu l aridades, pequeñas oquedades, verrugas, etc. En e l caso de q ue sean secciones con anchos excesivos, se deberán emplear i ncl uso a l lanadoras de mango largo.

Con equipo mecánico: tal como se menciona en el apartado 6.8 sobre "Equipo de Pavimentación Apl icable a Carreteras", existen equi­pos q ue perm iten e l a l l anado mecáni­c o e n l a p a r te p o s te r i o r d e l a pavimentadora. Esto se l ogra con cha­rolas o rod i l l os. En caso de uti l izar estos ú lti mos, es necesario tener la pre­caución de dejar sólo u na pequeña sobreelevación delante de e l los, p ues cuando el concreto queda muy a lto, la superficie del pavimento q ueda con o n d u l ac i ones; en cam b i o , cuando queda l i geramente abajo, los rod i l los apenas la tocan, formándose así depre­siones d ifíci l es de corregi r . E l empleo . demasiado intenso de rod i l l os hace . que suba la l echada en cantidades ex- , cesivas, con l a consigu iente tendencia · a la aparición de grietas prematuras.

Cuando se logre la p lan icidad y el perfi lamiento de i rregu­laridades superficia les se estará en condiciones de proceder al textur izado del pavi mento. Esto se podrá rea l izar con fragmen­tos de arp i l leras y escobi l lones, estos ú lti mos controlados de preferencia mecánicamente con carros texturizadores (consúl­tese "Eq u i po de Pav i mentación", en la sección 6 .8) .

Toda la operación se rea l izará antes de q ue aparezca e l agua de sangrado en la superficie; de otra manera, se incrementa el potencial de fisuram iento. Cuando por a lguna razón aparezca agua en la superficie, todas las labores de ter m i nado y texturi­zado se deben suspender hasta que se evapore. En algunos casos, i ncl uso se pueden uti l izar arpi l l eras o pasadas con mangueras de goma para barrer y remover el agua de sangrado, antes de prosegu ir.

Pavimentos de concreto hidráulico en vialidades urbanas

La operación del ter m i nado y textur izado debe hacerse de manera que n unca se retrase demasiado el curado, pues se incrementa la pos ib i l idad de fisuramiento.

6.6.5 Curado

Tal com o se menciona en otras secciones de este l i bro, e l objeto del curado de l concreto es e l de faci l itar el desarrol lo de la h idratación del cem ento, as í como e l reducir los efectos nocivos de las contracciones producidas por las cond iciones ambienta les (tem peratura, v iento, humedad, etc.), las cua les promueven fi suramientos a leatorios.

Es de vital i mportancia controlar las temperaturas en las mezclas, así como la de tomar medidas que contrarresten los efectos del viento exces ivo y de la humedad del aire.

Existen d i ferentes formas de curar los pavimentos recién colocados:

* Método h úmedc: por medio de aspersión o rociado de agua, arpi l leras h ú medas, arena h úmeda, etc.

* Método de membranas: mediante la ap l icación de com­puestos para e l curado (pol ieti l eno saturado, etc.) .

Sin i mportar cuál sea el t ipo que se uti l ice, e l pr i mer requ isito para l levar a cabo el curado es que se apl ique con

: oportun idad. S iempre se busca que se pueda in iciar en las • etapas más tem pranas pos ib les de la colocación del concreto, y toda vez que no se dañe la superficie. Los compuestos químicos colocados por aspersión (membranas) cumplen me-

jor con este propósito y deberán apegarse a los l i neamientos ; de ca l idad conten idos en las normas ASTM y AAS HT02 vigen­tes, además de cum p l i r con los siguientes req uis itos:

* Poder ap l icarse i nmediatamente después del al lanado y ter m i nado del concreto, aún en presencia de agua su per­ficia l .

* Tener u n color b lanco q ue refleje en a l to porcentaje la l uz solar.

* Presentar una v iscosidad a l ta y secado al tacto en un lapso no mayor a 30 m i n utos.

Además se deben adoptar las sigu ientes precauciones y recomendaciones:

* Las membranas de curado deberán estar en reci pientes perfectamente se l l ados previo a su uso, y preferentemen­te deberán usarse de los m ismos lotes con que se rea l i­zaron los ensayes del estud io pre l i m i nar de mezclas. E sto es i mportante, ya que, en ocasiones, en el laboratorio t ienen un comportamiento adecuado, pero qu iz� el s u m i n i stro de membranas en e l campo corresponda a componentes q u ím icos de d iferente edad o caracter ísti­cas.

* El compuesto de curado deberá estar bien homogenei­zado antes de su empleo, con los pigmenlos d ispersos

Capítulo 6

en todo e l l íqu ido. Antes de su vaciado a l'os tanques de ap l icación manuales o mecánicos se deberán agitar para garantizar su un iform idad .

* La apl icación de preferencia se rea l izará con equ i po mecánico que cuente con boqu i l las por donde se expu l­sa el l íqu ido en todo el ancho de la sección, incl uyendo sus cantos. Esto se recomienda para que la apl icación sea un i forme.

* Resti tuir zonas puntua les en donde exi sta rotura de la pel ícula de curado, ya sea por e l agua de sangrado, desgarramientos por pisadas, etc. Esta precaución sirve para evitar la evaporación por macroporos y pequeñas porosidades.

* Rea l izar mediciones per iódicas de los proporcionamien­tos, mid iendo los vol úmenes apl icados y com parándolos

· con las áreas cubiertas.

* Evitar el tránsito veh icu lar y peatonal al menos durante 7 d ías. Si por a lguna razón se req u iere hacer rectificacio­nes en la plan icidad o corregir irregu laridades superficia­les, se deberá proceder inmed iatamente después a la apl icación de la membrana de curado en las zonas afectadas.

6.7 J U NTAS DE CO NTRO L

Tal como se menciona en el Capítu lo 7, dado que e l concreto experimenta cambios vol u métr icos debidos a la tem­peratura y en sus conten idos de agua. var iab les incl uso dentro del espesor del pav imento, e l los hacen que las losas que lo constituyen tiendan a sufr ir esfuerzos de tensión q ue en oca­siones rebasan a los q ue las losas pueden soportar.

Los esfuerzos de tensión generados por cambios vol umétr i­cos se ven incrementados por los del tipo fr iccionante o de arrastre, generados en la i nterfase losa-capa de apoyo, pues esta ú l t ima se opone a q ue las losas se expandan o sufran contrac­ción prod ucida por agentes ambientales y por la d i smin ución del agua dentro del concreto al secarse. Cuando no se toman en cuenta estos esfuerzos, aparecen grietas sin contro l , es decir, de manera azarosa .

La manera de evitar el agr ietamiento s in control es j usta­mente med iante una planeación de cortes, que a l ivien los esfuerzos antes citados de manera programada.

Juntas en estado fresco

* Por i nserción: se co loca una tira de PVC o metá l icd cuyo ancho sea de a 1 /5 del espesor del pavi mento. Es reco­mendable que la i nserción de este e lemento se haga con eq u i po mecán ico vi brador, de manera que se garantice la vertica l idad y el a l i neamiento. E l borde super ior de la t ira deberá estar comprend ido entre. 2 mm a 4 mm de la superficie del concreto .

59

Capítulo 6

Se debe procurar que, en caso de uti l izarse, e l equipo mecánico de aplanado, no a l tere la posición de las tiras. U na vez que e l concreto ha endurecido, y si por requerimientos del proyecto se deban sel lar las juntas, entonces se procederá a cortar con disco e l e lemento inductor de la grieta. H uelga decir que la profu ndidad y anch ura del corte deberá ser el adecuado para formar la caja receptora del sel lante, tal como se menciona en la parte fi nal del Capítu lo 7.

* Con gu i l lotina: esta herramienta se apl ica sólo cuando la obra es menor y no existen exigencias especiales en cuanto a ca l idad de las ranuras resultantes. El volteador se introduce inmed iatamente después o junto con las operaciones de acabado, mientras el concreto aún está fresco. Cuando el concreto ha adqu irido cierta consis­tencia se reti ra la faja metá l ica y se procede a dar e l redondeado de bordes mediante vol teador, aprovechán­dose asim ismo para rectificar la superficie.

Juntas en concreto endurecido

E l corte se debe rea l izar previo a que se presente la contrac­ción. Consiste en un corte i n icial con un ancho del orden de 3 mm y u na profund idad en el rango de 1 /3 a del e5pesor del pavi mento, posteriormente se hace un ensanche del ranurado para formar la caja para e l se l lo, o bien se real iza un corte con discos abras ivos de ancho suficiente para ejecutar el corte de una so la pasada.

Para evitar la aparición de grietas es conveniente tomar las siguientes precauciones:

* Disponer de suficiente número de cortadoras para que los serrados avancen conforme al r itmo de co locación del concreto, siempre regu lando sus avances de acuerdo con las condiciones ambientales del sitio.

* Programar los cortes de acuerdo con las cond iciones de humedad, los tiempos de fraguado de las mezclas y las temperaturas preva lecientes.

* Rea l izar los cortes dentro de las 6 a 20 horas después de termi nada la su perficie, para evitar desporti l lam ientos en los bordes. Los cortes siempre se deben hacer hasta las ori l las de la sección.

* Cuando el proceso de contracción se acelere debido a temperaturas excesivas, se recomienda que de un con­ju nto de tres ju ntas se ejecute al menos una, para poste­r iormente regresar a aserrar las pendientes.

* U na vez hecho el aserrado, se deberá reponer la mem­brana de curado en . su veci ndad, pues pudo removerse por el agua apl icada durante esta operación.

6. 7 . 1 Sel lado de juntas

U na vez que se l i mpian y secan las ranuras para a lojar el mater ial se l lante, se procede a apl icar este ú l timo, dependien­do de su natura leza, esto es, si se deb� apl icar en frío o en cal iente.

60

Pavimentos de concreto hidráulico en vialidades urbanas

Se procura recortar en lo posib le l as protuberancias de materia l sel lante en l os bordes, i ncl uso dejando u na pequeña depresión, ta l como se i l ustra en la parte fi nal del Capítu l o 7.

6.8 EQU I PO DE PAVIMENTACION ( CARRETERAS )

6.8. 1 Descripción del equipo

La técn ica de pavi mentación de concreto por medio de cimbras desl izantes apareció por vez primera en l owa, E . U .A. , en 1 955, ante la necesidad de evi tar las ci mbras y r ie les excesivamente pesados que se empleaban para la colocación de concreto hasta esa fecha, tanto en E. U .A. como en E uropa.

El eq uipo de pavimentación, en particu lar e l de colocaci ón, se ejecuta med iante extendedoras equ i padas con : torn i l l o s in fi n, barra enrasadora, vibrapores, apisonadores, p laca n ivela­dora, a l lanadora de termi nado. N orma l mente todos estos com­ponentes trabajan con sistemas h idráu l icos. Ver fotografías 6 . 6 y 6 . 7 .

Las caracter ísticas m á s com u nes de estos equ i pos s o n las siguientes:

Modelo Potencias Ancho de trabajo

SF 550 400 5.5 - 1 5.2 m SF 350 3.66-1 1 .6 m SF 250 3.66 - 9 .75 m SF 1 75 1 42 Hasta 3.66 m de ancho ó 1 .06 m de alto

Las máquinas de menor potencia pueden trabajar a veloci­dades máximas de 1 8 m/m in, y su configuración normal es de tres patas por igua l número de orugas. Estas máqu i nas se pueden uti l izar incl uso para ejecutar guarn iciones y barreras separadoras de hasta 1 m de a ltura y l osas de 2 . 1 O m de ancho en cam inos y/o zonas urbanas. Cuando se configuran para

Fotografía 6.6 Vista frontal del equipo de pavimentac1on. t:n 1a parte inferior se aprecia el torni l lo sin fin .

Pavimentos de concreto hidráulico en vialidades urbanas

: Fotografía 6.7 Equipo de pavimentación . En la parte izquierda de la toma se localiza la parte posterior, donde se realiza la inserción ,de vari l las de sujeción y el aplanado.

:cami nos, los anchos que se alcanzan son de hasta 3 .60 m. Para : lograr estos ú l t imos se les insta la una cuarta pata o soporte.

E l pr incipio de trabajo en que se basa el equ ipo es como sigue:

* U na vez vaciado e l concreto frente a la máqu i na por medio de los camiones volteo, el torn i l l o s in fi n , situado en la parte fronta l e i nferior de la extendedora, d istribuye la mezcla a lo ancho del equipo o del proyecto.

* Al avanzar la máqui na, ésta acciona una compuerta o escanti l lón que permite dar entrada a la cantidad de concreto necesaria para dar el pera lte de la losa.

* Los vi bradores entran en acción a fi n de fl u id izar y compactar el concreto.

* Al m i smo tiempo actúa la cuch i l la apisonadora que fu nciona a manera de e lemento segregante, es decir, permite que parte del mortero se eleve hasta la superficie y de esa manera se logre un mejor acabado, evitando

Fotografía 6.8 Colocación del concreto frente a la pavimentadora.

Capítulo 6

que aparezcan agregados gruesos en la superficie y que sean arrastrados, provocando texturas deficientes. Ver fotografía 6.8.

* Al fi nal, la p laca terminadora, ju nto con las ci mbras desl izantes situadas a los lados, proporciona la sección fi nal casi termi nada (ver la fotografía 6.9). En la parte posterior, y actuando mecán icamente, se local iza la a l lanadora, que dejan prácticamente acabada y con la sección final a la losa.

* Esta a l lanadora, del orden de tres metros de largo, cuyo movimiento es osci latorio en la d irección longitud i nal , se desplaza en la dirección transversal a l cami no.

Es conveniente, sin embargo, contar con una brigada de al menos tres obreros para que vaya dando los acabados defi n i­tivos a la losa, pues la a l lanadora mecánica deja peq ueñas irregu laridades que es necesario ajustar, tales como zonas cacar izas y protuberancias. Este personal deberá contar con al lanadoras de gran tamaño y mangu itos lo suficientemente largos como para permitir a lcanzar la parte med ia de la sección del pavi mento. Ver fotografía 6. 1 O

Casi todas las pavimentadoras que se fabrican en la actua­l idad pueden colocar de manera mecánica las barras de suje­c ión para las j u ntas longitud ina les y para u n iones crm acotamientos, según lo marque el proyecto. Sin embargo, es com ú n el empleo de una persona que vaya sumin i strando a un d ispositivo especia l situado en la parte poster ior de la máqui na, i n med iatamente detrás e inferior del operador, las citadas barras. Estas después son insertadas mecán icamente al concre­to fresco hasta su posición fi nal .

E l eq·u ipo comercial incl uye una regu lación automática de dirección y rasante. Cuenta con un disposit ivo total mente h idrá u l ico, que va montado en las extrem idades de la máquina mediante un bastidor. Dentro viene un resorte sensor que, j unto con la vari l la sensora al des l izarse sobre el h i l o de control de elevaciones, emite la señal a los contro les para que e l eq uipo se desplace dando los espesores especificados. Dentro del d ispositivo h idráu l ico existe una leva que es accionada por

Peif<Jgrafía 6.9 Aplanado mecánico en la parte posterior del equipo.

61

Capítulo 6

Fotografía 6 . 1 O Terminación y alisado final con allanadoras manua­les.

la var i l la en contacto con el citado h i lo. Esta leva, a su vez, empuja un carrete de una vá lvula de aceite h idráu l i co. Así, si e l ·desp lazam iento y/o desviación es peq ueño respecto a la referencia marcada con anterioridad mediante l os h i los, se descubre sól o una parte de los duetos por donde circu lan l os aceites. Si la desviación es importante, los duetos se a.bren en toda su ampl itud. A este d ispositivo sensor no le afecta la temperatura n i la h umedad.

Las máqui nas empleadas en autopistas, por ejemplo, cuen­tan con potencias que van de 2 1 7 a 298 Kw, y pueden a lcanzar espesores máxi mos de hasta 61 cm.

Los modelos grandes se desplazan por lo general en cuatro orugas. Estas vienen u n idas por brazos que pueden gi rar hasta 1 1 0°, de esta manera son muy man iobrables en cambios d� dirección, y para red ucir el tamaño del conj i.Jhtb para efectos de transporte. Las Variaciones eh anchos se consiguen med ian­te piezas del eq u ipo que son atorn i l ladas, así, para fi nes de transporte, las máq u i nas grandes se pueden reducir a anchos que van de 3 a 3 . 7 m.

Los anchos var iables de estos eq u ipos se obtienen med iante incrementos de 25 cm. Las p lacas posteriores y las c imbras des l izantes perm iten aproximaciones en los anchos del orden de 0 .5 cm.

La extendedora cuenta con gatos h idráu l i cos para e levar e l escant i l lón o compuerta dosi ficadora. Tres de el los permiten e levar la en l os extremos y en el centro, conforme a los reque­r i m ientos de sobree levación por curvas y por bombeo.

Los vi bradores poseen un mecanismo de aj uste a la altura más adecuada de la losa. También van a l i neados parale los a la superfic ie de la l osa. Por otro lado, las c imbras metál icas des l izantes que van a los costados pueden levantarse para poder montarse en secci ones de losas ya termi nadas y fragua­das en los comienzos de juntas frías de comienzo de jornadas. El escant i l l ón también pueden ser cambiado en su configura­ción para dar superfic ies no un i formes (bombeo superficia l y superficie paraból ica) .

62

Pavimentos de concreto hidráulico en vialidades urbanas

Cuando se pretenda colocar las pasaj untas en: juntas trans­versales de manera automática, es necesar io inc lu i r a la pavi­mentadora un d ispos i t ivo espec i a l . A l gu nos fabr icantes i ncl uyen una extensión de los brazos traseros de la pavimen­tadora. Sobre estos brazos se colocan bastidores que sostienen horqu i l las, m ismas que en sus extremos tienen la forma circu lar de las pasaj untas, y q ue empujan a estas ú l ti mas dentro del concreto fresco. La velocidad del i ntroductor automático de pasajuntas varía, desde l uego, según la velocidad de la pavi­mentadora. Las horq u i l las de i nserción, por otro lado, están sujetas a vi bración durante el proceso de h i ncado. de esta manera se garantiza q ue toda la sección de acero q uede rodeada de concreto y que éste quede convenientemente consol idado.

A l termi nar e l h incado de pasaj untas, l as horq u i l las y e l bastidor se levantan por sobre la superficie de l concreto fresco, y el conj unto se mueve a su posición ade lantada-para volver a ser uti l izado en la siguiente posición de j untas. Para e l l o normal mente s e emplean gatos h idráu l icos . E ste proced i m ien­to genera l mente se rea l iza mediante equipo automatizado. S i n embargo, e l eq uipo perm ite q ue e l operador pueda hacer la man iobra manualmente donde se req uiera.

En a lgunos equ ipos la p laca de inserción de pasaj untas flota l i bremente sobre el concreto recién extendido y l uego es remolcada por dos gatos h idráu l icos; al l iberar l as presiones en l os gatos, l a p laca de inserción se detiene por acción de su rozam iento con el concreto y se procede a la ' i nserción del acero. De esta manera no se detiene la operación de pavi men­tación.

Las irregu laridades por operación de h i nca de pasaj untas se e l i m inan substancialmente por la acción de la a l lanadora mecánica situada eh la párte traserá de la pavlrnentaddra que corre a lo ancho de la l osa retlén colocadá,

Las distancias de insereión en l a d iteecion transvérsa l es también aj ustable. Mediante l igeras modificaciones es pos ib le colocar, también de manera automática, las pasaju ntas en superficies con bombeo superficial (dos aguas) .

Fotografía 6. 1 1 y manual de varillas d sujeción

en juntas longitudinales , en la parte posterior de la pavimentadora .

Pavimentos de concreto hidráulico en vialidades urbanas

Estos equ i pos perm iten además la construcción de carri les adicionales a una via l idad, sin necesidad de mod ificar e l ancho total de la pavimentad_ora es decir; se puede hacer correr uno de los lados sobre la zona del futuro pavimento, mientras q ue sólo u na parte del ancho total se uti l iza para la colocación del

, concreto.

6.8.2 Texturizado y curado

I nmediatamente detrás de la a l lanadora mecánica situada en la parte posterior de la pavimentadora, y una vez que el concreto está próxi mo a perder el br i l l o, se procede a dar la micro y macrotextura. La pri mera de el las se logra pasandc pedacería de yute, a fin de e l i m i nar la superficie l isa reciér dejada en e l concreto. Esta tela suele colocarse ya sea en lo�

' brazos extensores l oca l izados en la parte trasera o terminal de la pavimentadora, o b ien en extensiones metá l icas, a manera de brazos de la parte delantera del carro o marco texturizador .. Este cuenta en su parte inferior y trasera con dudas y sal idas para la membrana de curado. Con e l lo se logra una apl icación expedita y u n iforme.

Las partes principa les de estos texturizadores son :

* U n idad de a l i mentación: motor d iesel con bomba para· marcha de u n s istema de tres bombas.

* Bomba para e l control d ireccional del equipo: mediante u na tubería se controlan los sistemas hidráu l icos de cada u na de las ruedas (4) de que consta el éarro.

* Bomba aux i l iar: necesar ia para éóntroiar la d irecdon del eq u i po y maniobras de acabado várias a ser rea l l zadás por e l operador.

Este tipo de equ i pos es com ún que cuentéh ton d ireceión ¡ automática, lo cual se consigue rned lahte tlJatro señsotes. E l \ operador tambiéh puede selecdonat la d i tectión autotñatita. '. Desdé luego, él eq u i po puedé sér gu iado de forma mañUá l .

L a mayor ía d e estos eq u ipos cuenta con motores individua·

les en cada l lanta, para gu iar cada una de el las.

Las patas funcionan med iante un s istema hidráu l ico y tie-: nen la capacidad de posicionarse en planos ortogonales entre sí, además de poderse retraer para ser transportadas en cami o­nes. La e levación ver t ica l de las patas puede real izarse manual­mente. E n algu nos eq u i pos hasta de 60 cm sobre el pavi mento.

Pri nc ipa les componentes del textur izado.

* Cabezal de texturizado: bastidor situado en la parte inferior de la texturizadora, completado con cerdas me­tá l i cas de geometr ía especificada por el proyectista. Estas cerdas son las q ue, med iante inserción en el concreto fresco, prod ucen la macrotextura. E l cabezal con el pei ne corre a través de un r iel metá l ico, mismo que tendrá secciones preestablecidas para dar los anchos de pavi mento requeridos. La e levación del cabezal de tex­tur izado puede ser también automatizada. Ver fotografía 6 . 1 3 .

Caoftulo 6

Fotografía 6. 1 2 Duetos de aspersión de la membrana de curado, atrás del carro texturizador.

Las cerdas ya citadas son planas, l igeramente flex ib les, y deben estar espaciadas a centros a no menos de 1 .2 cm ni más de 2 . 50 cm. Las cerdas no deben estar muy cercanas, ya que se producen desgarram ientos en la superficie, pues se ap l ica en el cor.tcreto fresco (ver fotografía No. 6. 1 4) . Por otro lado, tampoco deben de estar muy separadas, ya que se puede origi nar ru ido excesivo al paso de los veh ícu los. E l ancho de las cerdas es del orden de 3 .2 mm, y se deben apl icar en el concreto cuando éste aún sea plást ico, de manera que las ranuras formadas tengan una profundidad m ín ima aproxi mada de 3 . 2 mm, pero nunca mayor a 6.4 mm.

Lá apl icación es continua a lo ancho de la sección, tratando de que las apl icaciones o pasadas del peine sean lo más cercanas posi bles, pero sin que l leguen a producir traslapes.

* Bastidór de textut itado longitud ina l , se complementa con una tlrp i l lera o tela de yute que e l i m i na la superficie l i sa recién dejada en e l acabado fi nal después de la pavlmentadórá . fodó este brázo con telá cofre a lo l argo de la losa que se acaba de colocar. Cuenta con una tubería que d istr ibuye rociado de agua a lo largo del ancho de la sección. Esta tubería se añade a un elemento metá l ico q ue forma el bastidor. Algu nos equipos inc l uso cuentan con control el ectrón i co de la elevaci ón del bastidor respecto a l pavimento. De esta manera se puede el i m i nar el factor humano en la decisión de levantar mas o menos el cabeza l de texturizado respecto a la superfi­cie por tratar.

* Apl icación del curado: el carro texturizador cL,Jenta en su parte trasera con una tubería con sal idas para el curado. A su vez, estas sa l idas o boqui l las se pueden ajustar de manera independiente una de otras. Sus puntas normal­mente son de acero inoxidable. La altura de la tubería respecto a la superficie de apl icación (pavimento) se real iza en forma h idrául ica. Fotografía No. 6. 1 2 .

Cuentan con tuberías y vá lvulas para cargar e l tanque al macenador de l íqu ido de curado, desde barri les o tambos

63

Capítulo 6

Fotografia 6. 1 3 Bastidor con las cerdas metálicas de texturizado.

colocados a los lados del cam ino por pavimentar. E l equ ipo hidráu l i co también circu la para agitar el fl u ido de curado.

* Caracter ísticas fís icas: los anchos comunes estándares son del orden de 3 . 7 m, más pequeños tramos extensores del orden de 1 . 9 m para dar anchos mayores (hasta de 8 m). Cuenta además con med ición de temperatt:1ra del agua, medición del n ivel de aceite, vo ltímetro, medidor de temperatura del aceite h idráu l ico, etc. Consta además de un "escob i l lón" o pei ne con las cerdas que producen la macrotextura, con un ancho de 2 . 5 m aproximada­mente. La tuber ía por donde circu la y se d istr ibuye la membrana de curado es del orden de 8.0 m de longitud .

6.9 CONTROL DE CALI DAD

Los cr i ter ios de contro l de ca l idad deberán apoyarse en las especificaciones de cada proyecto en particular.

En nuestro país, como ya es usual en la gran mayoría de las naciones con trad ición en esta técn ica, todavía no se adoptan pol íticas de sanciones económicas de acuerdo con las calidades logradas en pavimento. Estas sanciones se asocian normalmente a incumpl imientos respecto a resistencias, regu laridad superficial y espesores. En otros países es común establecer importes por mu ltas como porcentajes de los importes totales contratados.

Objetivo

El control de ca l idad de cua lqu ier obra consiste en verificar el cumpl im iento de las h ipótesis y las bases de d iseño y proyecto, así como las especifi caciones de mater iales y proce­d im ientos. Esta ver ificación se hace a través de med iciones, muestreos y ensayes de laborator io. Existen dos formas básicas complementarias de rea l izar estos controles:

Controles durante la ejecución

Consi sten en ver ificar que los materia les uti l izados y la secuencia constructiva sean los adecuados y los prescritos en

64

Pavimentos de concreto hidráulico en vialidades urbanas

el proyecto. Con estas actividades se pueden detectar las anomal ías y tomar las med idas correctivas oportunamente .

Dentro de este t ipo de control de cal idad se i nc l uyen todos los estudios previos necesarios para optim izar la ca l idad de los mater ia les : estud ios de agregados en los d i ferentes bancos de préstamo, así como su posi ble var iación; estud ios pre l im i­nares de dosi ficación de mezclas, empleándose los compo­nentes del concreto, así como los ad i tivos a ser empleados en la obra part icu lar . Estas actividades son tendientes a optim izar técn ica y económicamente los requer im ientos de proyecto y especificaciones.

Controles de recepción y pago de obras

Este t ipo de controles corren por cuenta de la entidad que ordena y es dueña del proyecto. Normalmente se apoya en técn icos y laboratorios que, med iante muestreo y ensayes hechos en secciones representativas y al azar, verifican que los a lcances y las cal idades logradas estén dentro de las exigidas y tolerables en las bases del trabajo. Con estos resu l tados, las entidades responsables pueden ap l icar las med idas correctivas a los contrati stas (multas, rechazos, etc.) .

A conti nuación se d iscuten los aspectos esenciales y comu­nes empleados en el proceso de control de ca l idad de obras de pavimentación.

6. 9. 1 Control de cal idad del concreto

El contro l de cal idad de l concreto i nvo lucra la obtención de muestras p irectamente de los camiones transportadores de las mezclas, previamente a la sa l ida de las p lantas de mezclado. Las técn icas de muestreo, preparación y manejo de muestras deben hacerse de acuerdo con la normatividad NMX vigente.

* Resistencias a la compresión: se fabr ican ci l i ndros de 1 5 cm de d iámetro por 3 0 cm de a l to, a edades de 3 , 7 y 28 días.

* Resistencias a la flexión: norma lmente se apl ican a l caso de carreteras y vial idades urbanas de primer orden (v ías primar ias y colectoras, per ifér icos, l ibramientos, etc. ) . : Cada muestra deberá estar compuesta de var ias vigas, tal ¡ como se menciona en párrafos subsecuentes. 1 1

1 Es necesar io resa l tar q ue en las v ías primarias y en e l casa l

de las carreteras r ige la res i stenc ia a l a fl ex ión en térm i nos ! de l Mód u lo de Ruptura, más que la res i stenc ia a l a compre- ! s ión . j . Criterios de resistencia

Es común establecer resistencias m 1 n rmas que deberán �

cump l i r lo? especímenes ind ividuales, así como una resistencia � caracter ística; ambas se deberán cumpl i r s imu l táneamente, i tanto en compresión como en flexión. Asim ismo, se deberá ' establecer un cr iterio de res istencia m ín ima ind iv idua l , la cuaL deberá ser igual a la resistencia de d i seño menos una cantidad . que refleje el producto de una desv iación estándar promedio

Pavimentos de. concreto h idráulico en vialidades urbanas

' Fotografía 6. 1 4 Espaciamientos típicos de las cerdas metálicas.

y un coefic iente que represente a las condiciones de trabajo • esperadas, esto es, porcentajes de resi stencias i ndividuales defectuosas. Como criterio normativo s imp l i sta se puede adop­

. tar que la m ín i ma aceptable sea igual a la resistencia de d iseño : menos 50 kg/cm2•

Otro criter io de control de resi stencias exige que el prome­dio de la resistencia a la flexión de cada c inco (5) especímenes ·consecutivos deberá ser igual o mayor que la resi stencia espe­cificada a los 28 d ías.

Asociado y complementar io a lo anter ior en cuanto a requer im ientos de res istencia, lo es que cuando menos cuatro (4) de un grupo de ci nco especímenes consecutivos tengan una

; resi stencia igua l o mayor que el noventa por ciento (90 %) de . la res istencia fi jada en e l proyecto también a la edad de 28 d ías.

El requer im iento de aceptación común en cuanto a que la resi stencia a los 28 d ías de que cuatro de los cinco especímenes ha de ser mayor que el va lor especificado de Mr, en ocasiones se contrapone con el criter io según el cual el promed io de resistencias de ci nco (5) especímenes consecutivos debe ser igual o mayor al especi ficado. Veamos un ejemplo:

Capítulo 6

Tabla 6.5 E"em lo de criterio de ace tación

MR Resistencia a

kg/cm2 especificado Promedio de

la flexión individual¿

cinco 48 kQ/cm

50.0 Cumole

51 .0 11

49.0 1 1

48.5 1 1

49.0 1 1 49.5 Cu mole

50.0 * 11 49.5 1 1

47.0 * No 48.7 11 · --

50.0 * Cumple 48.9 1 1 --

46.0 * No 48.4 1 1

48.0 * Cumole 48.2 1 1

44.0 * No 47.0 No

47.0 No 47.0 No

50.0 Cumple 47.0 No

45.0 No 46.8 No

47.0 No 46.6 No

46.0 No 47.0 No

50.0 * Cumple 47.6 No

48.0 * Cumple 47.2 No

49.0 * 11 48.0 Cu mole

44.0 * No 47.4 No

40.0 * No 46.2 No

50.0 Cu mole 46.2 No

48.0 1 1 46.2 No

46.0 No 45.6 No

44.0 No 45.6 No

45.0 No 46.6 No

Nótese que en estas zonas*, en el primer recuadro por lo

menos cuatro cumplen con la resi stencia i nd ividual (los va lores m ín imos son i ncl uso mayores que el 90 % de 48 �g/cm2, o sea 43 .2 kg/cm2, pero no se cumple la cond ición del promed io de cinco especímenes consecutivos) . En e l recuadro* i nferior no se cumplen las dos cond iciones. Para hacer lo a l menos dos va lores deber ían ser super iores a 50 kg/cm2.

En caso de que un sector del pav imento cumpla con resi stencias mínimas, pero haga fa lta cumpl i r e l requ i s ito de promed io de grupos de especímenes, entonces se aconseja muestrar, med iante núcleos, las zonas con anomal ías, con objeto de verificar las zonas con problemas potencia les y también para normar los criterios de aceptación .

Lo anter ior nos da una idea de la importancia de ser consistentes en la producción del concreto en un proyecto carretero.

Téngase en cuenta que las defic iencias en resi stencias en algunos tramos son equ iva lentes a espesores menores que se hubieran co locado respecto a lo demandado en el proyecto.

65

Capítulo 6

Fotografía 6.1 5 Distribución de duetos en el lecho de losa para determinar temperaturas.

Fotografía 6. 1 6 Dispositivos para medir desplazamientos horizon­tales en las losas.

66

Pavimentos de concreto hidráulico en vialidades urbanas

J Fotografía 6.1 7 Ejemplo de dipositivo de medición de movimientos horizontales en juntas.

Fotografía 6. 1 8 Puntos de medición de desplazamientos horizon­tales en juntas.

Pavimentos de concreto hidráulico en vialidades urbanas

'Muestreo en concretos

Caso de Carreteras. A continuación se describen a lgunas ·prácticas com unes en nuestro país, m ismas que el IMCYC ha .ven ido desarrol lando para controlar la ca l i dad del concreto ·fresco.

* Los ensayes de pesos vol umétr icos, reven imientos, con­ten idos de a ire, temperatura de las mezclas tanto en p lanta como en el s it io de colocación: se efectúan du­rante los pr imeros tres {3} a c inco (5) cam iones de cada d ía . Estas mediciones se suspenden hasta que ya no existan var iaciones importantes en estas propiedades. En caso de q ue haya paros de equ ipo por más de una hora, por cualqu ier tipo de problemas, tales determ inaciones volverán a ejecutarse. De esta manera se l leva un control cons istente de las mezclas.

* El peso volumétri co y e l contenido de a i re se determ inan en e l pri mer y tercer camión que sa lgan de la planta y poster iormente en forma a leatoria, en lapsos no mayores de u na hora.

* En condiciones normales se determi nan en campo de manera a leator ia los revenimientos y conten idos de aire, en un m ín imo de tres determinaciones d iarias, de prefe­rencia en aquel los cam iones de donde se haya obten ido concreto para la fabricación de especímenes. Se registra el cadenamiento en donde se coloca la mezcla de donde se obtuvieron las muestras respectivas.

* Los especímenes se fabrican de o l las cuyas mezclas correspondan a producciones consistentes, sin cambios bruscos en sus cal idades o propiedades aparentes. Para cada m uestra se prepara el s igu iente número de especí­menes:

* 6 vigas para determ i nar la resistencia a la flexión.

* 2 vigas para ensayes a los tres d ías.

* 1 viga para ensayes a los s iete d ías.

* 3 vigas para ensayes a los veintiocho d ías.

* 5 ci l i ndros para la determ inación de resistencia a la compresión .

* 2 c i l i ndros a lo tres d ías.

* 1 ci l i ndro a los s iete d ías.

* 2 ci l i ndros a los vei ntiocho d ías. -.Jota: e l n úmero de especímenes puede variar, entre otras razones, por la :onsistencia y un i form idad encontrada tanto en los agregados como en los oncretos producidos.

* Para determ inar el número aproximado promed io de especímenes, es común considerar muestras por cada 250 m3 co locados. Dentro de los primeros d ías la fre­cuencia del muestreo se i ncrementa, lo que resu l ta normal en proyectos carreteros. Poster iormente se redu­ce tal frecuencia, depend iendo de la evol ución de los res u Ita dos .

Capítulo 6

* Se registrarán las temperaturas de ambiente, cemento, concreto en estado fresco, así como la temperatura del agua de curado {p i letas}.

* Con e l fi n de estud iar las propiedades del concreto colocado, para determinar los espesores fina les de losa se deben obtener núcleos. Se tratará de obtener los a d i stancias de aproximadamente de 500 m, o uno por cada d ía de co lado cuando la longitud total extendida no supere los 300 m.

En el caso de pavimentos urbanos se pueden hacer los s igu ientes muestreos como m ín imo:

* 1 muestra por cada 500 m2 {ó 1 por cada 1 00 m3}

* 1 muestra por cada dos turnos de trabajo de colocación de concreto

* U n m ín imo de ocho (8) muestras

Se ha de elegir la que represente una mayor frecuencia. En obras pequeñas se puede adoptar el cr i ter io de un número de muestras, pues no se pueden adoptar lqs dos primeros cr iter ios. En estas circunstancias se deben tomar las muestras d istr ibu idas en los d iferentes turnos programados, aunque sea a veces necesar io tomar varias m uestras en una m isma etapa de colo­cación, seleccionando al azar las secciones de colado.

Siempre se l l evará un contro l estricto del área a que corres­ponde el número de muestras dado.

6. 9.2 c"riterios de aceptación

Un cabal cumpl im iento de lo d ispuesto en e l proyecto y especificación de mater ia les, así como un segu im iento acucio­so a través de un control de cal idad de los mater iales y procesos constructivos hará que se m i n im icen los r iesgos de la obra, los costos asociados a corrección de anomal ías, y que haya una reducción de los trabajos de muestreo veri ficatorio por medio de extracción de núcleos.

Resistencia a la flexión : Sin pretender restr i ngir l os trabajos de control de ca l idad a sólo este tipo de ensayes, la determi­nación si stemática de los módu los de ruptura constituye un paso esencial en obras de pavimentación. Se exige que los resultados de Mr, y en especial su resi stencia a l os 28 d ías cumplan con lo s iguiente:

Mr min � Mr e

(Mr ) i � Mr e - z (So Os )

Mr (m ín ) = va lor m ín imo del módulo de ruptura del concre­to, kg/cm2, igual a Mr prom - z (So Ds ) .

Mr e = res istencia a la flexión (módu lo de ruptura ) especi­ficada en proyecto, kg/cm2 .

(So Os ) = va lor estimado de la desviación estándar de Mr, 1 ' 2 en Kg¡cr:·1

67

Capítulo 6

z = desviación normal correspond iente al porcentaje de resu l tados que pueden ser menores a la resistencia especifica­da.

Mr prom = promed io ar itmético de la resi stencia a la flexión a los 28 d ías.

Mr ¡ = res istencia ind ividual a la flexión.

E l valor So Os depende de la consistencia con que la p lanta productora fabr ique e l concreto. En la sección 9 .2 se presenta una tabla con a lgunos va lores típicos de z .

En la mayoría de los proyectos, e l término z (So Os ) puede considerarse igua l a 5 kg/cm2.

En caso de que este requ isi to no se cumpla, se estará considerando un espesor menor del pavimento en las zonas con deficiencias, pues una reducción de 3 kg/cm2 representa aproximadamente 1 cm de la reducción en espesores .

Esta reducción en espesores equ ivalentes se debe sumar a lgebraicamente a los determi nados med iante la extracción de núcleos. Con estas estimaciones se estará en condiciones de normar los criter ios de aceptación o de rechazo, según se muestra en e l s iguiente subinciso.

6.9.3 Control de espesores

Con el fi n de m in im izar los problemas de fa l las en los pavimentos de concreto, s iempre se tratará de cumpl i r con los espesores m ín imos que marca el proyecto. En el caso de carreteras la un iform idad de espesores se puede lograr con relativa faci l idad co locando las marcas o hi los de n ive l en las or i l las de la sección por colocar, mismas que servi rán de apoyo a l os sensores de extremo con que cuentan las pavimentadoras de c imbra des l izante.

En el caso de pavimentos urbanos o residenciales, previo a l recibo de la capa de sub-base o base ya term inada, y con los moldes metá l icos (en el caso que se les ut i l ice) ya insta lados a su n ivel , bastará verificar los espesores meo iante el uso de una cuerda extendida transversalmente al eje de trazo sobre el paño super ior de las c imbras o moldes, en var ios de sus puntos.

Es común obtener núcleos del pavimento ya term inado, a separaciones del orden de 300 m en un mismo carr i l , o a l ternados en carr i l es adyacentes.

Estas piezas se aprovechan también para determinar les su res istencia a la compresión. En cuanto a l d iámetro, si bien son aceptables los de 5 cm (2") , se aconseja obtener los de 7.6 cm (3 "), a fi n de estud iar mejor las posib les microfisuras y el patrón de oquedades de las muestras.

U n criter io genera l de aceptación ser ía que todos los nú­cleos tuviesen un espesor mín imo o superior al i nd icado en e l proyecto, con una to lerancia del 5 % . En otros casos se procede según lo expuesto en la s iguiente tab la :

68

Pavimentos de concreto hidráulico en vialidades urbar.as

Tabla 6.6 Criterios de ace tación mediante núcleos

Condición Espesor medido Criterio y procedimiento de

aceotación

1 E h 0.95 e Area aceptada

S e t o m a n d o s n ú c l e o s

2 0.90 e � e< 0.95 e adicionales a 7 .50 m a cada lado del primero. Se calcula el

1 promedio de los tres (e ) . 3 e > 0.95 e Area aceptada. I

/

4 0.9 e � e < 0.95 e P rocede ap l i ca r sanc iones seaún las bases del contrato.

5 e < 0.9 e ; y/o Obtener nuevos núcleos para

e¡ <0.8 e acotar el área con deficiencias.

e = espesor especificado

e = espesor obtenido med iante núcleos

e = promed io entre el núc leo de espesor deficiente y de dos núcleos verificatorios adyacentes dentro del área cqn problemas, extraídos a separaciones no mayores a 7.50 m del primero.

e¡ = espesor de un núcleo i nd ividual

En las bases del contrato se deben est ipu lar c laramente las po i íticas de sanciones referentes a deficiencias en los espeso­res.

Las deficiencias en espesores y en resistencias deben me­d i rse y ca lcularse por separado, para que al fi na l se sumen sus porcentajes. Como referencia, a conti nuación se presentan como ejemplo dos criterios de mu l tas para e l caso de d ictami­nar porcentajes de d ichas deficiencias, ya globa l i zadas:

Tabla 6.7 Ejemplo de porcentaje,s de pago como función de deficiencias en es esor

Deficiencias en espesor*

respecto a lo especifica-

do,en %

0 - 5

5 - 7.5

7.5 - 1 0

1 0

p . 1 orcentaJe

pagado sobre el importe del

contrato,%

1 00

90

80

Se rechaza

• Obtenidos mediante núcleos 1 MOP, República de Chi le

Porcentaje2

Deficiencia pagado sobre

promedio en el importe del

espesores,cm contrato,%

1 0.00 - 0.50 1 00

0.51 - 0.76 90

0.78 - 1 .00 85

1 .03 - 1 .29 75

1 .30 - 1 .53 70

2 Estado de Nevada. E . U .A. "Standard Specifications far R oad and Bridge Construction", 1 986.

Pavimentos de concreto hidráulico en vialidades urbanas

6.9.4 Tolerancias en la rugosidad superficial

Todas las irregu lar idades que excedan las tolerancias en sobreel evaciones que demande e l proyecto deberán ser remo­vidas mediante fresado o métodos abrasivos equ iva lentes. S iempre se tratará de ut i l izar un equ ipo que garantice un tendido un iforme s in depresiones apreciables, de forma tal que los índ ices de perfi l de preferencia igual o menor a los 1 2

. cm/km. Este ú l t imo va lor se considera adecuado, atendiendo a los requer im ientos de rugosidad final en buen número de estados de la U n ión Americana. S in embargo, en México la S.C.T. ha aceptado valores a lgo superiores, en e l rango de los 1 9 cm/km.

Ad iciona lmente se recomienda que todos los puntos altos de la superfic ie resu ltante no sobrepasen de 8 mm respecto a l perfi l exigido en e l proyecto. Todas estas excedencias se deberán devastar hasta que med iante una prueba de perfi lógra­fo, aceptada por la entidad responsable del proyecto, se de­muestre que las desviaciones están por abajo de ta l to lerancia. S i por razones de p lan icidad (estar por abajo de los 1 2 cm/km) se requ iere fresado ad icional, éste se deberá rea l i zar en franjas para le las al eje de trazo, en longitudes cercanas a lo? 200 m.

A conti n uación se presentan rangos típicos aceptables de desviaciones de l perfi l vertica l de l pavimento, depend iendo de l a importancia de la v ia l idad o carretera:

Tabla 6.8 Re ularidad su erficial

Tipo de vial idad Tolerancia

Autopistas y troncales ± 6 mm

Vialidades colectoras v carreteras de primer orden ± 8 mm

Vial idades urbanas del tipo local,callejones,etc. ± 1 2 mm

Es necesar io aclarar que una vez que se haya rea l izado e l · fresado, se deben restablecer las condiciones de l macro textu­

r izado, esto es el ranurado transversal o longitud i na l , según corresponda, y s iempre de acuerdo con lo contemplado en las especifi caciones de l proyecto. Esto es relativamente fáci l de ' conseguir , ya que los equ ipos actua les conforme rea l izan e l

1 desbastado, su conj unto de d iscos abrasivos, norma lmente de d iamante, también van dejando los surcos o ranurado que

· proporciona e l textur izado requerido.

Ideas sobre instrumentación

En obras de pav imentación, pero pr i nc ipalmente en tramos carreteros, es frecuente que por las caracter íst icas var iables de los bancos de explotación de materia les, as í como por las l i m itac iones de d i spon ibi l idad de mater ia les, se tenga que emplear agregados que no cumplan con las mejores propieda­des. Es por el lo que, entre otras cosas, se deben estudiar y ver i ficar l os comportam ientos de l as losas tanto en las etapas i n ic ia les del pav imento, así como durante su vida úti l :

Tal como s e menciona en e l Cap ítu lo 7 , las losas se verán sujetas no sólo a cargas externas i mpuestas por e l tránsito

Capítulo 6

veh icu!ar, s ino también a la acción de agentes ambienta les (deformaciones del terreno por cambios estacionales en los n i�eles del agua freática, escurr im ientos e i nfi l traciones de agua superficia l y temperaturas var iables) .

Quizá uno de los aspectos más preocupantes al que los ingen ieros responsables de un proyecto de pavimentación se tengan que enfrentar es al movimiento de las losas debido a cambios en los regímenes térm icos a que se somete la sección del pavimento. Esto ocurre debido a que se pueden presentar grad ientes térmicos variab les en la superficie y el lecho inferior de las losas. Esto hace que las d i ferentes secciones tiendan a a labearse con curvaturas ascendentes o descendentes en las partes centrales de los tableros formados. Este t ipo de deforma­ciones se presenta de manera cícl ica, depend iendo si es de d ía o de noche. En el Capítu lo 7 se d iscute con más deta l le este fenómeno. J unto con este problema de a labeo, las losas tende­rán a contraerse o a separarse, dependiendo de las temperatu­ras máximas registradas. La magn itud de estos movimientos dependen de las caracter íst icas de los agregados y del concreto en sí.

Por lo mencionado en el párrafo anter ior, las deformaciones por temperatura deben ser consideradas en el proceso de d i seño de los pavimentos, en especia l a l establecer la separa­ción de las juntas de contracción, así como de la forma que tendrán las ranuras para a lojar e l mater ia l de se l lo y defi n ir e l t ipo de este ú lt imo.

En la fotografía No. 6. 1 5 se presenta un ejemplo de d i spo­s i tivos para med ir la temperatura en d i ferentes lechos de la losa, a fi n de que se puedan estab lecer los grad ientes térmicos con precis ión y así relacionar los con los mov im ientos de las losas. En la fotografía No. 6 . 1 6 se aprecian las tuberías y extensómetros ya insta lados para efectuar la med ición de mov im ientos horizonta les.

Para poder dar cabal segu im iento a la evol ución de los desplazamientos horizonta les en las j untas y ca l i brar los mo­delos empleados en la etapa de d i seño para defi n ir las separa­c iones de las juntas, se pueden medi r con micrómetros de precis ión (ver foto No. 6. 1 7), los movim ientos que presentan las losas med i ante torni l los de referencia ahogados en el concreto (foto No. 6 . 1 8).

6. 1 0 CO N SERVACION

L a superfic ie de los pavimentos sufren e l deter ioro normal debido a la acción del tránsito, a las sobrecargas eventua les en los ejes veh icu lares, así como a los agentes ambienta les (agua, saturación estaciona l por sobreelevaciones de aguas fréaticas, c l ima etc. ) .

Se pueden resumir en tres lo s objetivos que se buscan con las l abores de manten imiento :

69

Capítulo 6

* Mantener y prol.ongar los índ ices de servició originales del pavimento, para así prolongar sus condiciones es­tructura les.

* Min i mizar los costos de usuarios y de operación en el transporte.

* Prolongar, en la med ida de lo posible, la vida de los pavimentos con a l tos índices de funcional idad.

. Con objeto de tomar medidas preventivas y correctivas de manera oportuna, se harán i nspecciones ocu lares periódicas a l pavimento durante su servicio. En estas actividades se hacen levantamientos deta l lados de irregu laridades y se debe proce­der a su clas ificación: anomal ías ·superficiales y/o profundas que requ ieran reparación total o parcial, problemas próximos a producirse, etc. Con esta i nformación se podrán establecer d iferentes programas de sol ución, atendiendo a prioridades y disponibi l idad de recursos.

En la parte final de esta publ icación, el Capítulo 1 1 , se presentan metodologías usuales para: 1 ) técnicas de inspección ocu lar de daños, 2) . eval uación de pavimentos rígidos, y 3) corrección- parcial y total de daños en pavimentos.

En este apartado sólo se bosquejan las pri ncipales catego­rías de conservación:

Resel lado de juntas

Dentro de las actividades rutinarias que se deben real izar periódicamente está la i nspección acuciosa de los sel los en " las juntas. Se deberá poner atención a la pérd ida de adherencia del sel lante con las paredes de la junta, envejecimiento, des­garram ientos, etc.

Los pasos esenciales para proceder a la . restitución del mater ial sel lante, y que se d iscuten más ampl iamente en la parte final del Capítu lo 7, son:

70

* La extracción del material deteriorado mediante el em­pleo de herramientas de extremo aguzado.

* La l i mpieza con aire comprimido para la remoción de partículas só l idas.

* La colocación del material de sel lo. Esto se hará de acuerdo con los criterios de los párrafos precedentes, y también con lo descrito en la parte final del Capítu lo 7.

1 Pavimentos de concreto hidráulico en vialidades urbanas j

í Tal como en el caso de la apl icación de material sel lante l

en cajas receptoras nuevas, la ranura deberá estar seca y l impia j antes de que le apl ique este ú ltimo. Serán e l im inadas todas fas j.l protuberancias de los bordes de las j untas, para evitar rugosi-dades excesivas en la superficie del pavimento. ¡ j

Deterioros superfic iales 1 Son aquel los daños que se presentan sólo en la superficie l

y que no ponen en r iesgo la i ntegridad estructural del pavimen­to. Este tipo de daño altera sól o la funcional idad de la superficie de rodamiento y la comod idad de los usuarios (ver Anexo al final de esta publ icación).

Deterioros estructurales

Son aquel los que amenazan la i ntegridad del pavimento. Específicamente consisten en grietas que hacen disconti nuo el trabajo de las l osas. Las d iscontin uidades se pueden presentar a través del agrietamiento longitudinal , transversal o de esqui­na.

Cuando el agrietamiento atraviesa las losas en toda su sección, se pierde local mente la transferencia de carga, con lo que el pavimento pierde efectividad ante las sol icitaciones de carga,durante su vida úti l . Ver e l Cap. 7.

Las causas más comunes para este t ipo de deterioro son:

a) Deficiencia local de resistencia a la flexión en losas.

b) Erosión de la base de apoyo ("pumpi ng").

c) Fatiga. l 1

En el Capítu lo 1 1 se anal iza más ampl iamente este t ipo de l daños.

Referencias

1 "AASHTO Guide far the Design of Pavement Structures", publ icado por la American Association of State H ighway and Transportation Officials, AASHTO, 1 993, Cap. 3 .

2 American Concrete l nstitute , ACI 304 " Dosificación, ! Bombeo, Bandas Transportadoras, Concreto Ligero", ACI 309 "Compactación del Concreto", publ icaciones del centro edito­rial del IMCYC.

3 Ver por ejemplo AASHTO M - 1 48 " Liq u id Membrane -Forming Compounds far Curing Concrete"

Capítulo 7

Esfuerzos y deflexiones en pavimentos rígidos

. E n el concreto, la mayor parte de las primeras contracciones se deben a los cambios de temperatura. Como es normal ,

.después de q ue el ca lor de h idratación a lcanza su valor máxi­mo, tiende a reducirse por una menor actividad de h idratación, así como por las temperaturas más bajas en la primera noche de colocada la mezcla. Otro factor importante que se debe tomar en cuenta en las contracciones que experimenta la mezcla es la pérd ida de vol umen por la d i sm inución del contenido de agua de l concreto.

Al conso l idarse y endurecerse la mezcla, se pierde agua debido al sangrado y a la poster ior evaporación del vo lumen total de este l íqu ido. Este fenómeno es más importante en los pavimentos, ya que en ocasiones se adiciona agua en exceso para lograr la trabajabi l idad de la mezcla y faci l i tar las labores de acabado de la superficie.

�xpansión arriba (Día)

Ondulación hacia abajo

Contracción arriba (Noche)

Ondulación hacia arriba

Figura 7. 1 Ondulación de la losa debido a gradientes térmicos.

Cuando no se toman en cuenta los esfuerzos de tensión generados en la base de la losa se puede generar e l agrieta­m iento de las losas como resu l tado de la resistencia por fr icción que se genera en la i nterfase losa-capa de apoyo, pud iendo ser ésta una base o sub-base.

Los agrietamientos son mayores en anchura, s i bien con mayores espaciam ientos entre e l los en el caso de capas de apoyo de estructura i nterna más abiertas, a saber, capas granu­lares s in tratamientos estabi l izadores.

Cambios en gradientes térmicos

Las superficies expuestas de las losas exper imentan varia­ciones de temperatura importantes. Los cambios de tempera­tura y humedad son menores en las prox im idades del fondo de las losas y en e l fondo m ismo. Este fenómeno genera esfuerzos ad icionales que se presentan después de que el concreto ha endurecido.

La ondu lación se presenta por grad ientes térmicos a lo largo de la sección transversal de las losas; la cantidad y configura­ción de estas ondu laciones se dan en función de las horas del d ía que se considere. Durante e l d ía, l a parte expuesta de la losa experimenta temperaturas mayores que los lechos inferio­res de la sección, lo que produce expansiones mayores y en consecuencia se presenta la ondu lación. Sin embargo, la losa tiende a "bajar" en su parte med ia arrastrada por su peso propio, acción que se opone a la ondu lación hacia arr iba causada por la mencionada expansión, esto produce esfuerzos de tensión en el lecho inferior de la losa, m ientras que en su parte superior se generan esfuerzos de compresión. Durante la noche .e l proceso se i nvierte, es decir que los esfuerzos de tensión se presentan en la parte superior o superfic ie expuesta de la losa.

71

Capítulo 7

E l a labeo, producto de los cambios de humedad a lo largo de la sección transversal de la losa, se genera en forma opuesta a la ondu lación, de manera que tiende a contrarrestar la . U na temperatura a l ta en la superfic ie de la losa la reseca, pero conforme se avanza hacia su lecho i nfer ior, la losa conserva más humedad; se in fiere entonces que en esta ú lt ima parte la losa exper imentará expansiones, m ientras que en su superfic ie se presentarán contracciones. Así, hacia e l lecho inferior se presentarán esfuerzos de compresión que de a lguna manera contrarrestarán a los de tensión generados durante e l d ía, conforme a lo ya descrito.

De hecho, a l considerar los efectos combinados, los esfuer­zos resu l tantes son menores a los est imados por las fórmu las existentes, así como los medidos en pavimentos constru idos. Cuando se cons idera sólo la temperatura para calcu lar los esfuerzos, se obtienen espaciamientos de grietas de entre 5 a 6.50 m dentro de las primeras 24 horas. S in embargo, medi­ciones real izadas 1 demuestran que las separaciones de agr ie­tamientos no son tan cercanas.

7. 1 FLEXION EN UNA PLACA I N FI N ITA

De acuerdo con la teoría de la e lasticidad, las deformacio­nes b id imensionales en una p laca se pueden obtener de la s iguiente manera:

·a x O' v E = - - v --L X E E Ec. 7 . 1

En donde E = módu lo e lást ico del concreto. E l primer término del lado derecho es la deformación en la d i rección x provocada por un esfuerzo en esa d i rección, m ientras que e l segundo término aparece la deformación causada por tal es­fuerzo en la d i rección y. De manera análoga:

i:: = � - v crx y E E Ec. 7 .2

En e l caso de que la p laca se deflexione sólo en una d irección, sea x, en la otra d i rección Ey es cero, ya que la placa en esta d i rección es muy ampl ia y tiene restr icción. De esta manera, a partir de la ecuación 7 .2 : cry = vcrx y sustituyendo este valor en la ec. 7 . 1 :

E E X O' x = --2 1 - v Ec.7 .3

En caso de considerar las flexiones en ambas d irecciones, los esfuerzos deberán ser superpuestos. Los esfuerzos máximos por alabeo en una losa de longitud i nfi n i ta corresponderán a la condición de restr icción total de la losa (F ig. 7 .2) .

L lamando .M a l d i ferenc ia l de temperatura entre e l fondo y e l l echo super ior de l a l osa, y at e l coefic iente de expans ión térm ica del concreto, s i l a l osa es l i bre de moverse, y s i

72

Esfuerzos y deflexiones en pavimentos rígidos

� 2

Figura 7.2 Gradiente térmico en una losa de concreto.

además en la superfic ie la temperatura es mayor que en e l fondo, entonces en l a superfic ie habrá una expans ión a t D.t/2 .

En el fondo, l a contracción para comportam iento l i nea l ser ía de la m isma cantidad .

S i existe restr i cc ión en l a l osa para deformarse y s i la ,

temperatura es mayor en l a superfic ie , entonces las tens io­nes se presentarán en e l fondo y l as deformaciones máximas serán :

E y <l t � t f: X = 2 Ec. 7.4

Luego, e l esfuerzo flexionante en l a d i rección x, de acuerdo con la ec. 7 .3 :

E a. 1 � T O' X = 2 2 ( 1 - v ) Ec. 7 .5

La ecuación anter ior también representa e l esfuerzo en la d irección y debido a la flexión sobre y. E l esfuerzo sobre x debido a la acción sobre y (ya q ue cry = vcrx) :

v E a 1 � T O' X = 2 2 ( 1 - v ) Ec. 7.6

E l esfuerzo total ser ía la suma de las ecuaciones 7.5 y 7.6:

E a 1 � T E a 1 � T cr x = ( 1 + v ) = ----2 ( 1 - v 2 ) 2 ( 1 - v ) Ec. 7 .7

Lo anterior supone la variación l i nea l de la temperatura a lo largo de la sección transversa l de la losa.

7.2 ESFU ERZOS DE ALABEO EN UNA LOSA FI N ITA

Para una losa de la geometr ía q ue se presenta en l a F ig. 7.3, los esfuerzos tota les en la d i rección x se expresan como:

Esfuerzos y deflexiones en pavimentos rígidos

... 1 y 1

L - - - - - - t - - �-� 'X . ·: . . . . . . . :

Figura 7.3

C x E a 1 ó t (j X = 2 2 ( 1 - v )

Lx

C y v E a 1 ó t + -----

2 ( 1 - v 2 )

E a t óT 2 ( crx + ucry)

2 ( 1 - v ) Ec.7.8

En donde Cx y Cy son factores de corrección para losa fi n i ta. ! En la ecuación 7.8 e l primer término se debe a la flex ión en la dirección x, m ientras que e l segundo se debe a la flex ión

: actuante en l a d i rección y.

La ecuación para e l esfuerzo por a labeo en la d irección y tiene la m isma forma, só lo variando los subíndices. Los valores de Cx y de Cy son función de la geometr ía y de las rigideces, Ly/I y Lx/ I , en donde:

r 3 10.25 ! = I E . h 1

L 1 2 c 1 - v 2 > k J Ec. 7 .9

E es el módu lo de e last icidad del concreto, h es el espesor de la losa, n es la relación de Poi sson, k es el módu lo de reacción de la capa de apoyo.

La ecuación 7 .9 es para un esfuerzo en la mitad de la losa; para las or i l las, los esfuerzos son:

1 .2 Factlr e ¡ 1 -------+-----+------t------+------+-- r·····t····----¡--------1- - - - - - - -1····-··r·····r· · · · · ·

0.8 · · · · · · · · l· · · · - · - ·l· · · · · · · ·t········f · · ····l ··-·····j········f ........ ¡ ········l········l·······+· · · · · ·t········

::: : ::1 :J:::·j·:: ... : l: : :t::::t�ii: I : :l : :::!: ::::t:· .: ¡ i ¡ ¡ ¡ ¡ e= C<!eficlert� de estuerzo, �n cuakjiier dir�cción

0.2 ········1········¡ ·····¡········1········ 1--······1· · · · · · · ·t········¡ ········¡········1········¡-······t······· . ·- �

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 0 t1 1 2 _ 1 3 1 4 UI

Figura 7.4 Factor correctivo para esfuerzos, caso de losa finita

C E a 1 � t cr =

2 Ec. 7. 1 0

Ahora cr puede ser crx ó cry , dependiendo de s i se uti l iza Cx o Cy. El valor de C aumenta con la relación UI , y es igual a 1 .0 para L = 6 . 70/, y a lcanza un va lor máximo de 1 .084 para L = 8 .50/, después decrecé hacia la u n idad, conforme UI tiende a i nfi n ito.

Capítulo 7

Li;x= 7.6 m -./ 3.S m / a,= 9 x 10 -ó mm/mm/ ºC

Át = 1 1 . l ºC k = 5.5 kg/cm3

20 cmI

Figura 7.5 Ejemplo.

Ejemplo

Se supone además que E

V = 0. l5 . 2 .82 x 1 05 Kg/cm2, además

Sol ución :

Con

1 =

2.82 x 1 0 x 8000 = 76.9 cm

[ 5 ]0.25 ( 1 2 X 0.9775 X 5.5 )

Lx 7.6 1 =

0.769 = 9•88

3.65 Ly = 0.769 = 4 . 75

de la F ig. 7.4 encontramos Cx = 1 .07 y Cy = 0 .63 .

y

De esta manera, el esfuerzo en la m itad de la losa y en la d i rección x, según la Ec. 7.8:

cr X = 2.82 X 1 05 X 9 X 1 0-6

X 1 1 . 1 ( 1 .07+(0. 1 5x0.63) / 1 .955

= 1 6. 78 kg/cm2

En la ori l la, también sobre la d i recc ión x, el esfuerzo, sería:

cr X = 1 .07 X 2.82 X 1 05 X 9 X 1 0-6

X l 1 . l/2 = 1 5 .07 kg/cm2

Como ya se refi r ió anter iormente, los esfuerzos ad i ciona­les por ondu l ac ión de las losas var ían con l a temperatura. Cuando no se d isponga de med ic iones de grad ientes térmi­cos, es común suponer los para aná l i s i s prel i m inares, dentro de rangos del orden de 0 .055 a 0 .077 ° C para las horas de l d ía , y l a m i tad de los valores anter iores para las horas nocturnas.

Para tener una idea de la magni tud de los grad ientes térmicos y su i nfl uencia, en la prueba AASHTO de 1 962, se estud iaron las temperaturas en dos puntos en una !osa de 1 6.5 cm de espesor. Uno de de estos puntos estaba s ituado a 0.65 cm por abajo de la superficie, y otro a 1 .2 7 cm por arr iba del lecho extremo i nferior . La diferencia de temperatura entre e l los

73

Capítulo 7

fue defi n ida como el d i ferencia l . E l va lor máximo de este parámetro fue de 1 0.2°C para las horas del d ía (entre j un io y ju l io), m ientras que durante la noche, para ondu lación hacia arr iba de las esqu i nas de las losas, e l d iferencial de temperatura fue de -SºC. Estos valores en los cambios de temperatura corresponden a grad ientes de 0.07 ºC y de 0.03 ºc, respecti ·­vamente. Es importante seña lar que las med iciones de tempe­ratura en los pav i mentos de estos tramos de pruebas demuestran que no existe relación entre los espesores de las losas med idas con la magn itud de los d iferenciales térmicos.

En otros términos, la variación de estos d iferencia les de temperatura en punto de lechos superior e i nfer ior no fue tan rápida con los i ncrementos de espesores. Así, en losas delgadas se deberán emplear grad ientes térm icos mayores.

Esfuerzos combinados

En prácticamente n i ngún método se invol ucran los esfuer­zos por temperatura y sólo se consideran inseguros los debidos a cargas. E l lo se debe, entre otras cosas, a:

* E l uso de juntas con o sin pasajuntas -así como acero de refuerzo- para absorber los esfuerzos por ondu lación, producto de la temperatura. S i las gr ietas o fisuras son pequeñas, la transferencia de carga por e l tránsito entre e l las será buena. Por otro lado, una vez presentadas las gr ietas, los esfuerzos por ondu lación se ven a l iviados.

* Cuando se d i seña por fatiga, resu l ta impráctico combinar los efectos del tráns i to y los de la temperatura. E l los se debe a que m ientras que durante la vida úti l de un pavimento pasan m i l lones de ejes, lo s movimientos en la losa por temperatura son l im itados.

* Trad icionalmente se ignoran los efectos de ondu lación debido a que los esfuerzos producidos por la temperatu­ra se pueden ad icionar o sustraer a los del tránsito, dependiendo de la hora que se considere. Por ejemplo, d iseñando para esfuerzos crít icos de ori l la, los esfuerzos por temperatura se suman a los de tránsito durante el d ía, pero se restan a los de tránsito los i nducidos durante la noche.

Es importante señalar que un pavimento, aún sin tránsito, es susceptib le a sufr i r agr ietam ientos, debido al efecto de ondu lación por temperatura. E l lo se basa en datos experimen­tales (prueba AASHTO), en donde mon itorearon losas de 1 2 m y de 4 .5 m . Dentro de los primeros 1 6 años, l as primeras -aún s in tránsi to- se fracturaron, m ientras que las más cortas estuvie­ron l i bres de grietas.

Para evitar daños importantes a las losas es recomendable considerar en los anál i s i s por fatiga que se rea l icen, e l efecto combi nado del tránsito con el de la ondu lación por tempera­tura2 .

74

Esfuerzos y deflexlones en pavimentos rígidos

7.3 ESFU ERZOS POR CARGAS DE TRAFICO

Existen tres formas bási cas de resolver este problema:

* Fórmu las de soluciones cerradas (pr i ncipalmente los trabajos de Westergaard) : Se ap l i can só lo a una carga producida por una rueda, cuya área de contacto puede tener una configuración Circu lar, sem ic i rcu lar, e l íptica o semi e l íptica.

* Cartas de i nfl uencia: son las desarro l ladas por P icket y Ray3, y con e i'las puede uno apl i car una configuración de varias l lantas. Tanto en este caso como en e l anterior, la supefic ie de apoyo se t ip ifi ca como una c imentación " l íqu ida" o e lástica, en una losa muy grande.

* Método de e lementos fi n i tos: este enfoque es más razo­nable en los casos en que se anal i ce u na serie de capas apoyadas en una superfic ie l íq u ida o de Wink ler, con mecan ismo de transferencias de carga entre las j untas (pasajuntas en las j untas o fr icc ión entre las paredes de las grietas) . El apoyo " l íq u ido" de las losas se puede asemejar a u na serie de resortes i ndependientes entre s í. De esta manera, las deflexiones en un punto, debido a las cargas ap l icadas en é l , será só lo función d irecta a esta ú l tima, e i ndependiente a las fuerzas apl i cadas en otros puntos.

Soluciones cerradas

La primera solución se refiere a la acción de una carga concentrada en una esqu ina de la losa. Según se refiere en la F ig. 7.6, l os esfuerzos respecto a una d i agonal son simétri cos. En estas c ircunstancias, e l momento en una sección s ituada a una d i stancia x respecto de l a esqu i na será Px. E l an�ho de esta sección de corte es de 2x. Despreciando la presencia de la capa : de apoyo, el esfuerzo de tens ión en la parte superior de la losa , ser ía :

cr e = Px 3 P 1 /6.( 2x ) h2 h2 Ec. 7 . 1 1 .

crc es el esfuerzo debido a las cargas, P la carga concentrada : y h, el espesor de la losa. Como se puede ver, según estas fórmu las los esfuerzos son i ndepend ientes de la d istancia x de : la sección en la que se pretenda i nvestigar el esfuerzo en el lecho super ior de la losa. Dado que cuando x tiende a cero, es ·· decir, cuando se i nvestiga el esfuerzo cas i en la esqu i na, la ' i nfl uencia de la reacción de la capa de apoyo es práct icamente . despreciable. Cuando la carga se hace más i nter ior, entonces la reacción hacia arr iba se vuelve i mportante. Para el caso de , que la carga sea circu lar, de d iámetro a, ta l como aparece en

·

la parte b de la fig. anterior :

Ec. 7. 1 2

Esfuerzos y deflexiones en pavimentos rígidos

CARGAS EN ESQUINAS SOLUCIONES CLASICAS

: ___ �K:\{� / I �/ �! Vista en planta / ,tR.

/ ,1 --------�-- p

/

Caso a. Carga concentrada

Vista en planta

Figura 7.6 Condiciones de carga

_f_f (ª .../2 ] ó e = k 1 2L 1 . 1 - o.88 -1 -

Caso b. Carga Circular

Ec. 7. 1 3

En donde Lic es la deflexión en la esqu ina, 1 es e l rad io de la r igidez relativa, a e l rad io del área de contacto que se considera, y k es el módu lo de reacción del apoyo de la losa. Cabe aclarar que según esta teoría, e l momento máximo ocurre a una d i stancia de la esqu ina igual a 2 . 38 fil Las ecuaciones anteriores son iguales para e l caso particu lar de que a = O, o sea, carga concentrada. Otros autores4 han encontrado valores diferentes para los esfuerzos y deflex iones a l reva l uar las fórmu las de Westergaard :

Ec. 7. 1 4

6 e = k � 2[ 1 .205 - 0.69 f] Ec. 7. 1 5

Aqu í e sería la longitud del cuadrado que representa el área de contacto. Ahora la d i stancia de máximo momento, contada a parti r de la esqu ina ser ía: 1 .80 e 0·32 1 °·59. Para el caso de un área circu lar, el va lor de a sería aquél que represente un área igual a la cuadrada:

Lic = 1 . 77 . a Ec. 7. 1 6

Ejemplo

En la s iguiente figura se presenta una losa sujeta a una carga en esqu i na. Sea k = 2 . 76 kg/cm3, h = 25 cm, a = 1 5 cm, y P= 4.5 ton, ca lcú lense los esfuerzos y deflexiones, med iante las ecs. 1 2 y 1 3 .

Supóngase E = 28 1 ,228 kg/cm2 y v = 0. 1 5

De la ecuación 7 .9

1 - 281 ,288 * ( 25 ) [ 3 ]0.25

-1 2 * ( 1 - 0. 1 5 ) * 2 .7

Capítulo 7

h= 25 cm 3 k = 2.7 kg/cm

Figura 7.7 Ejemplo de aplicación.

= (4,394, 1 87,500)º·25

1 3 1 .671

4.54 ton

a= 15 cm

1 = ( 1 38, 744,829.7 )0·25 = 1 08.53cm

De la ecuación 7. 1 2

ere =

3 • 4.54[1 _ ( 1 5 .../2 ] º·6] = 1 3 .6 kg/cm2

( 25 )2 1 08.53

De la ecuación 7. 1 3

4540 ( 1 5 .../2 )íl ó e =

2. 7 * 1 1 1 778. 7 1 . 1 - 0.88

1 08.53 LJ = 0. 1 32 cm

De la ecuación 7. 1 4 y 7. 1 6

= 3*4540

1 -( 26.58 J 0.72]

O' e 625 1 08.53

s i e = 1 . 772 * 1 5 = 26.58

kg 2 O' e = 1 3 .878 !"cm

E l cual es 2% mayor que el crc ca lcu lado anteriormente.

De la ecuación 7. 1 5 y 7. 1 6

ó e = 4540 ( 2 6 58 Jíl 2 .7 * ( 1 08.53 )2 1 .205 - 0.69 1 OB.53 u

ó e = 0. 1 479 cm

1 2 % mayor que el ca lcu lado con anterior idad

7 . 3 . 1 Carga interior

Westergaard ( 1 926)5 desarro l ló las primeras formu laciones ra�ionales para determ inar los esfuerzos en el i nter ior de las losas debidos a cargas con áreas ci rcu lares de rad io a:

3 ( 1 + v ) P [ ( I J ] cr ¡ =

2n h2 Ln b + 0.6 1 59

En donde :

1 = rad io de r igidez relativa

b = a Cuando a � 1 . 724 h

Ec. 7. 1 7

75

Capítulo 7

b = .Y1 .6 a 2 + h2 - 0.675h cuando a 1 . 724 h

La ecuación anterior, cuando v = 0. 1 5 se convierte a:

� 1 ] cr i =

h2 L 4 log ( b ) + 1 .069 Ec.7 . 1 8

La deflexión total debido a una carga i nterior, según e l m ismo autor ( 1 939) es:

ó ; � ª ;1 , [, + i;(1 "2ª

1 - a.673 JT ) '] Ec. 7 . 1 9

7 .3.2 Cargas en ori l las

Westergaard propone sol uciones a este problema en d ife­rentes artícu los. S i n embargo, el anál i s i s con el método del e lemento fi n i to demuestra que:

* La fórmu l a or ig ina l de 1 926 para defl ex iones es co­rrecta

* La fórmu la or ig ina l ( 1 926) para esfuerzos no es correc­ta

En 1 948, Westergaard propuso las s igu ientes ecuaciones genera les para determ inar los esfuerzos y deflexiones produci­dos por cargas e l ípt icas y sem iel ípt icas colocadas en las ori l l as . Estas ecuaciones son, con mucho, las defi n it ivas, y ya se ha demostrado su corrección6. Para e l caso de áreas ci rcu lares, las acotaciones en los ejes mayores y menores de las e l ipses se hacen equiva lentes a cargas de rad ios a :

ª . = 3 ( 1 + v ) P L [�] 1 84 - � � 1 . 1 8 ( 1 + 2v ) al Ec 7 20 .:i,, ,,, . . 1,111 ¡¡ ( 3 + v) h2 n 1 00 k a 4 + . 3 + 2 + 1 • •

3 ( 1 + V ) p [ E h j l 4 V ( 1 + 2 \' ) ª] CT P'�"'" ó« ulJri = 2 L n --4 + 3.84 - J + 2 1 1l ( 3 + V) h 1 00 k a

L

o

2 2 Pd_= 7r (0.3 L) + (0.4L) (0.6 L) = 0.5227 L

q

-J Pd L =

0.5227q

i> Sd --<!>-

0.60 L Sd - 0.60 L 0.6 L

Ec. 7.2 1

Esfuerzos y deflexiones en pavimentos rígidos

'12 + 1 . 2 V p [ l _ ( 0. 76 + 0.4V ) ª] /!!. e(circular) = -'1Eh3k I

'12 + 1 .2 v P [ _ ( 0.323 +1 0. 1 7v ) ª] /!,. e¡semirirrulJr) = � 1

Ec. 7 .22

Ec. 7 .23

Las ecuaciones anteriores se pueden escr ib ir, para v = 0. 1 5 :

� 1 (ª ) ] cr ª<circular) = h2 L 4 log a + 0.666 T - 0.034

� 1 (ª ) ] a a(,Pmirirculdr) = h2 L 4 log a + 0.282 T + 0.650

�

(ª Jíl

/!!. e(circular) = k 12 L 1 - 0.82 T LJ

�

(ª Jíl

/!!. e(semicircular) = k l 2 L 1 - 0.349 T LJ

7 .3 .3 Llantas dobles

Ec. 7 .24

Ec. 7 .25

Ec .7 .26

Ec. 7 .2 7

Según se observa en las ecuaciones anter iores, l a mayor parte de las fórmu las se apl i ca a cargas circu lares. Cuando existen ejes dobles, se debe rea l izar l a equ iva lencia. Normal­mente, en los aná l i s i s de pav imentos flexi bles se obtienen esfuerzos muy grandes cuando las cargas son igual es, pero no cuando el área de contacto circu lar se supone igual a la proyectada por las l lantas dobles. De esta manera, en pavimen­tos rígidos el área a cons iderar deberá ser sens ib lemente ma­yor.

En la F ig. 7.8 se presenta un esquema de un s i stema de l lantas dobles. Se han obten ido resu l tados razonables cuando se plantea la h ipótesis de que e l área circu lar equiva lente es igual a la suma del área de las l lantas dobles más e l área comprendida entre e l l as, es decir, la que está entre Sd - 0 .6 L, según la figura.

Además, s i Pd es la carga sobre una rueda, y s i q es la presión de contacto, e l área de cada l lanta será:

Pd 2 - = 7t (0. 3 L) + (0.4L) (0.6L) = 0.5227 L 2

q

Si el área de un círcu lo equ iva lente es 7ta 2 , e l rad io del área de contacto será:

Figura 7.8 Método para convertir cargas dobles a áreas circulares. Figura 7.9 Acero de refuerzo y juntas en pavimentos de concreto.

76

: Esfuerzos y deflexiones en pavimentos rígidos

lJ2 ,fh --- - -- -- ;J_ . t ��- :.._-_: � __: 1Vr1 ª · " \ � Esfuerzo fnccoonante b"'

a) Diagrama de cuerpo libre q_./' CD O

m 1 7�,·-� w .S '--· ----

bl Variación del esfuerzo friccionante • Figura 7 . 1 O Desarrollo de esfuerzo debido a fricción

a = .y 0.852 1 Pd (SdJ ( Pd )'12 q7t + -;- 0.522 7q

7.4 ESFU ERZOS DEB I DOS 'A FRICCION

Ec. 7.28

Los esfuerzos de fr i cción en la i nterfase losa-capa de apoyo afecta al concreto, a las vari l las de sujeción, e i ncl uso al acero de refuerzo, cuando éste existe. Para pavimentos de concreto s in refuerzo, el espaciam iento de j untas deberá proponerse de manera que _ la fri cción no provoque grietas.

La cuantía y d i str i bución del acero entre j untas longitudi na­les (o las var i l las de sujeción) también serán función de los esfuerzos esperados. La F ig. 7 .9 . muestra una geometría t íp ica de pavimentos reforzados.

7.5 CAM B IOS VOLUMETRICOS EN EL CONCRETO

Según se menc ionó al i n ic io del presente cap ítu lo, los cambios de temperatura y de h umedad hacen que las losas exper imenten mov im ientos por camb ios de vol u men . De esta manera se presentan esfuerzos de compres ión y de tens ión en 1 el fondo de la l osa de manera a l ternada, depen­d iendo de la hora del d ía. Como resu l tado de todo e l l o y si no se toman las medidas preventivas, se presentan gri etas i ncontro l adas.

Otro efecto es la abertura en j untas, con la consiguiente reducción en la eficiencia de la transferencia de cargas entre las losas contiguas.

Esfuerzos por fricción

En la F ig. 7 . 1 O se muestra una sección de losa sujeta a una reducción de la temperatura. La losa tenderá a moverse de las or i l las hacia e l centro por s imetr ía; s i n embargo, la capa de apoyo tenderá a restr i ngir este movimiento, generándose así los esfuerzos de fri cción .

Capítulo 7

Lógicamente, hacia el centro estos esfuerzos serían cero, ya que ah í no ex iste movimiento. E l máximo se presenta a cierta d istancia del centro. Para propósitos prácticos se puede asignar un coeficiente de fr icción constante, fa, a lo largo de la losa. En estas ci rcunstancias, y según la parte a) de la figura anterior, el esfuerzo máximo de tensión que se genera en el centro de la losa, ere, en tém inos de fuerza erc.h, se puede igualar con la fuerza por un idad de ancho: Ye . h . L.fa/2 según la ya citada figura. Así:

Y e · L . f a cr e = 2 Ec.29

ere es e l esfuerzo en e l concreto, Ye es e l peso vol umétrico del concreto, L es la longitud de la losa, fa es el promed io del coeficiente de fr icción en la i nterfase losa-capa de apoyo, normalmente del orden de 1 .5

7.6 MOVIMI ENTOS DE J U NTAS

E l movimiento de las losas depende de las característ icas de contracción del concreto. El mov im iento de una sección se puede estimar mediante la expres ión:

L\ L = fa . L ( al\ T + s ) Ec. 7.30

D. L = cambio en la longitud de la losa, en cm.

fa = coeficiente de fr icción losa-capa de apoyo, (0.65 y 0.80 para materia les estabi l izados y granu lares si n estabi l izar, respectivamente.

L = longitud de la losa, en mm.

a = e l coeficiente de expansión térm ica (ver tabla anexa) .

D. T = el rango máximo de temperatura esperado. Normal­mente la temperatura máx ima al colar e l concreto menos la temperatura ambiente mín ima.

e = e l coeficiente de contracción del concreto. Ver tabla anexa.

Prueba Brasileña, en k cm

2

< 21

28

35

42

> 49

Coeficiente de contracción deformación X 1 0-

4

8

6

4.5

3

2

77

Capítulo 7

Por otro lado, a cont inuación se presentan a manera de gu ía a lgunos va lores típicos del coeficiente de expánsión térm ica:

Tabla 7.2 Valores del coeficiente de expansión térmica del concreto en función del a re ado

Material Coeficiente de exiansión

térmica. X 10 f C

Cuarzo 1 1 .9

Arenisca 1 1 .7

Grava 1 0.8

Granito 9.5

Basalto 8.6

Caliza 6.8

Ref. American Concrete Pavement Association, TB-01 2.0

Cabe señalar que los movimientos de losas son más s ign i­ficativos en las j untas transversales, mientras que en las j untas a lo largo entre las j untas longi tudinales son despreciables. Lo mismo ocurre en las j untas de acotamientos. En estos casos, las var i l las de sujeción no permiti rán e l l ibre movimiento de las losas.

A pesar del poco movimiento esperado en las juntas longi­tud ina les, en especia l en los acotamientos, será necesario apl icar sel lante a fi n de evitar la i nfi l tración. Esto es especial­mente cierto en las zonas con pendientes, tal como en curvas, hacia la zona de acotamientos, en donde se pueden presentar escurrim ientos de agua.

" ·

Transmisión del cortante losa-losa por fricción

Este tipo de transmisión es la producida por e l corte parcia l del concreto para fabricar la grieta s in e l empleo de pasajuntas. La acción de fr icción en las caras de una grieta o junta provocada en una sección del conc�eto se origi na por las caras expuestas del agregado grueso dé l concreto. En el caso de juntas fabricadas con serrado, normalmente aparecerá una grieta por abajo del corte. Esta región trabajará a fr icción, a l ser sol ic itada por las cargas d i nám icas de tránsito. Este mecanismo de transferencia de carga (ver concepto más adelante) funciona mejor en caminos con una sub-base estabi l izada, o con una que no sea muy suscept ib le a la erosión. Además, funciona bien en caminos con bajo porcentaje de tránsito pesado. De acuerdo con exper iencias en este t ipo de juntas (Ref. 8) este ti po de juntas funciona mejor bajo las s igu ientes circunstan­cias:

78

* Losas con espesores considerables mayores de 20 cm; 25m en donde exi sta sufi ciente área expuesta.

* Espaciamientos menores de las j untas ( < Sm)

* Capas de apoyo r ígidas. Sub-bases con a l tos va lores del módu lo de reacción, k.

* Liga en las or i l las (uti l ización de barras o var i l las de sujeción en acotamientos de concreto o ampl iación de los carri les en las ori l las) .

Esfuerzos y deflexiones en pavimentos rígidos

* Buen drenaje en los suelos de cimentación . Sue los natu­rales de t ipo granu lar, o bien de t ipo fi no pero con si stemas de sub-drenaje efic ientes.

* Buen drenaje i nterno (tubos colectores, sub-bases y ba­ses drenantes, cunetas, etc.) .

* E l t ipo de agregado e s crucia l en pav imentos q ue sólo cuenten con este t ipo de transferencia de carga. Para concretos con tamaños máximos de 1 /2 " l os beneficios de la trabazón son margina les. Los agregados d uros y con tamaño mín imo de 3 cm ofrecen ya resu l tados sati sfac­torios. Los agregados de l t ipo angu l ar o triturados ofrecen mejor fr i cción, desde l uego, que aquel l os agregados de · origen a luvia l (redondeados).

Se han obtenido buenos resu l tados con transferencias de carga a fr icción cuando los espaciamientos son cortos y el vo l umen de tráns i to pesado es bajo (entre 80 a 1 20 cam iones) . Diversos estud ios7 han demostrado que para provocar fa l las apreciables en un pavimento s i n pasajuntas, se requ ieren a lrededor de 4 a 5 m i l lones de ejes senci l los equ iva lentes acumu lados de 1 8 K ips .

7.7 ESFU ERZOS EN EL ACERO

E l acero se uti l iza ya sea como refuerzo i nterior en la masa del concreto o como elemento transm isor de carga en las j untas (pasajuntas) . El d iseño del refuerzo transversa l y longi tud inal , así como e l de las var i l las de sujeción se fundamenta en el desarro l lo de fr icc ión.

Refuerzo

Las mal las e lectrosoldadas y l os emparri l lados de vari l las delgadas no cumplen una función estructura l en los pavimen­tos r ígidos. Más bien su uso se j ustifica para m i n im izar y/o controlar los agrietam ientos por temperatura, asim i smo, cum­plen dos propósitos: 1 ) i ncrementar el espaciamiento de juntas ' y 2) mantener l igadas las d iferentes secciones agr ietadas de losas, para que de esta manera se obtenga una sati sfactoria transferencia de carga entre juntas y gr ietas. Normalmente en el d i seño de mal las se considera que éstas ú lt imas atraen todos los esfuerzos de tens ión. Así, según la ec. 29 :

cr e = Ye · � • Fa

Si cr e h = As . Fs => As = y e h ;f� · fa

Ec. 7.3 1

Donde:

As = área de acero requerida por u n idad de ancho.

fs = es e l esfuerzo permis ib le en e l acero.

Como resu l ta lógico, la cantidad del acero es función de la geometría de la losa. Esta cantidad de acero es para e l centro de la losa. Presumiblemente hacia las ori l las deberá reducirse d icha cantidad. S i n embargo, es común en la práctica d i str i buir

Esfuerzos y deflexiones en pavimentos rígidos Capítulo 7

Tabla 7.3 Nominaclón tamaño de mallas

Tamaño de malla área transversal pulQ. 2/ ft esoaciamiento centro - centro, pul�adas

Lisa Corrugada Diámetro, Peso

2 Pulaadas Lb/ft

2

w31 031 0.628 1 .054 1 .86 1 .24 W30 030 0.61 8 1 .020 1 .80 1 .20 w28 028 0.597 0.952 1 .68 1 . 1 2 W26 026 0.575 0.934 1 .56 1 .04

W24 024 0.552 0.81 6 1 .44 0.96

W22 022 0.529 0.748 1 .32 0.88

W20 020 0.504 0 .680 1 .20 0 .80

W1 8 01 8 0.478 0.61 2 1 .08 0.72

W1 6 0 1 6 0.451 0.544 0.96 0.64

W1 4 01 4 0.422 0.476 0.84 0.56

W1 2 01 2 0.39 0.408 0.72 0.48

W1 1 01 1 0 .374 0.374 0.66 0.44

W1 0.5 0.366 0.357 0.63 0.42

W1 0 01 0 0.356 0.340 0.60 0.40

W9.5 0.348 0.323 0.57 0.38

W9 09 0.338 0.306 0.54 0.36

W8.5 0.329 0.289 0.51 0.34

W8 08 0.31 9 0.272 0.48 0.32

W7.5 0 .309 0.255 0.45 0.30

W7 07 0 .298 0 .238 0.42 0 .28

W6.5 0.288 0.221 0.39 0.26

W6 06 0.276 0.204 0.36 0.24

W5.5 0.264 0. 1 87 0.33 0.22

W5 05 0.252 0 .1 70 0.30 0.20

W4.5 0.240 0.1 53 0.27 0. 1 8

W4 04 0.225 0 .1 36 0.24 0. 1 6

las ma l las d e armado d e manera un iforme. E n l a tab l a 7 .3 se reproduce una tab l a con d imensiones para las ma l las de refuer­zo preparada por la Wire Rei nforcement l nstitute (WRI, 1 975) :

Algunas recomendaciones del I n sti tuto de Mal l as de Refuer­zo (WRI ) so l as s igu ientes:

* Dado que las ma l l a s estarán sujetas a momentos flexio­nantes, l os a lambrones transversa les y longi tuci ina les no deberán ser menores a la nom inación W4 o 04.

* La separación entre los a l ambres que constituyen l as ma l las no deben ser menores a 1 0 cm, e l lo con el fi n de mejorar la ca l idad de co locación del concreto. Las sepa­raciones entre a l ambres que forman l as ma l l as no debe­rán ser mayores a 30 .5 y 6 1 cm en los a l ambres de l a d i rección longitud ina l y transversa l , respectivamente.

* Los tras l apes hacia los extremos de losa que normalmen­te se hacen, deberán rea l izarse en un ancho del orden de 30 veces e l d iámetro del d iámetro del a l ambre que corre en la d i rección longitud ina l y nunca será menor a 30 cm. En l as ori l l as será del orden de 20 veces e l

3 4 6 8 1 0 1 2

0.93 .62 .465 0.372 0.31 0.90 .60 0.45 0.36 0.30 0.84 .56 0.42 0.336 0.28 0.78 .52 0.39 0.31 2 0.26 0.72 .48 0.36 0.288 0.24

0.66 .44 0.33 0.264 0.22

0.66 .40 0.30 0.24 0.20

0.54 .36 0.27 0.21 6 0 . 1 8

0.48 0.32 0.24 0. 1 92 0 . 1 6

0.42 0.28 0.21 0 . 1 68 0. 1 4

0.36 0.24 0. 1 8 0. 1 44 0. 1 2

0.33 0.22 0 . 1 65 0. 1 32 0.1 1

0.31 0.21 0. 1 57 0. 1 26 0. 1 05

0.30 0.20 0. 1 5 0. 1 2 0. 1 0

0 .285 0. 1 9 0. 1 42 0 . 1 1 4 0.095

0.27 0. 1 8 0 . 1 35 0. 1 08 0.09

0.255 0. 1 7 0. 1 27 1 . 1 02 0.085

0.24 0.1 6 0 . 1 2 0.096 0.08

0.225 0. 1 5 0.1 1 2 0.09 Ó.075

0.21 0 . 1 4 0 . 1 05 0.084 .07

0. 1 95 0. 1 3 0.097 0.078 .065

0.1 8 0. 1 2 0.09 0.071 0.06

0.1 65 0 . 1 1 0.082 0.066 0.055

0. 1 5 0. 1 0 0.075 0.06 0.05

0 . 1 35 0.09 0.067 0.054 0.045

0. 1 2 0.08 0.06 .048 0.04

diámetro el d iámetro del a lambre transversa l y nunca menor a 1 5 cm.

* La ma l l a deberá extenderse del orden de 5 cm, pero no más de 1 5 cm hacia la parte exterior de l as or i l las de l as losas. La a ltura de co locación, contada a partir de l a superficie d e l a losa, n o deberá ser menor a 6 c m n i mayor a l a m itad del espesor d e l a losa.

Barras de sujeción

Se uti l izan en l as j untas longitud ina les para l igar dos losas contiguas, de modo que se garant ice una buena transferencia de carga entre ta les e lementos. La cantidad de acero se puede estimar también según l a fórmu l a anterior con una l igera mod ificación :

As = Ye . h . L . fa/ 2fs Ahora As = Ye . h . L' .fa/ 2fs Ec. 7. 32

As es nuevamente e l área de acero requerida por un idad de longitud de losa, y L' e s l a d i stancia de l a j unta longitud ina l a hasta el extremo l i bre que no cuente con pasajuntas o barras de sujeción. En e l caso de cami nos con dos o más carr i les, L'

79

Capítulo 7

Carga Cero desplazamiento

----�i�Qjj'' -..J-l------o b

a P

1> [). "' "' r � o º � <l � Losa de entrada b 0 Losa de salida CJ <J !> o " ¿J

Transferencia de carga pobre = O/a

o o = d

Buena transferencia de carga= b/b

Figura 7 . 1 1 Concepto de transferencia de carga

es el ancho del carr i l . A manera de ejemplo, en el caso de uti l izar barras de sujeción en todas las j untas (en total tres) de un camino con cuatro carr i les, L' ser ía igual al ancho de carri l para las j untas exteriores, y el doble del ancho de carri l para la j unta i ntermed ia .

La longitud de las barras de sujeción es función del esfuerzo perm is ib le de adherencia. Para var i l las corrugadas se puede suponer un esfuerzo de adherencia del orden de 25 kg/cm2 . La longitud de las barras resu l ta de considerar su res istencia a la fr icción:

t = 2 (A 1 f s) µ L O

Ec. 7 .33

t es la longitud de 1a barra o var i l l a de sujeción, µ el esfuerzo permis ib le de adherencia, A1 área de una vari l la, LO el períme­tro de la vari l la . Así, para una vari l la de d iámetro d, per ímetro LO = n d y área A , = n d2 /4, resu l ta:

t = .:!_( fsd ) 2 µ

Ec. 7 .34

Se recomienda incrementar e l va lor "t" en 8 cm, para tomar en cuenta esviajamientos en las var i l las. Es común emplear var i l las del No 4, con una longitud de 90 cm, espaciadas en longitudes que van de 76 a 1 02 cm.

7.8 PASAJ U NT AS Y DISTRI BUCION DE J U NTAS

Existen formas teóricas de estimar d iámetros y longitudes de pasajuntas, sin embargo, es común emplear cr iterios prác­ticos para su d iseño. La tabla 7.4 (de acuerdo con la PCA 8) muestra a lgunos valores recomendados a manera de gu ía:

80

Esfuerzos y deflexlones en pavimentos rígidos

Losa Pasa¡unta aislada r � , r /1 i- yo

Pasajunta j� z/2

w

Grupo de pasa¡untas

Figura 7. 1 2 Carga en una pasajunta i ndividual

Tabla 7.4 Dimensiones comunes en asa·untas

Espesor de losa, Diámetro de

Longitud de pasa junta,

cm Pulaadas

pasajunta, cm

1 2.5 5/8 30

1 5 3/4 36

1 8 718 36

20 1 36

23 1 1 /8 40

25 1 1 /4 46

28 1 3/8 46

31 1 1 /2 51

Nota: la separación horizontal c/c es de 30 cm

S in embargo, es recomendable emplear pasajuntas de d iá­metros de 1 1 /4" para espesores de losa mayores de 25 cm, y de 1

11 para espesores iguales o menores a 2 5 cm.

7 .8. 1 Diseño de pasajuntas

Las pasajuntas se co locan para transm it ir las cargas de una losa a otra. Dependiendo de las deflexiones que exper imenten dos losas l igadas por pasajuntas, al. ser sol icitadas por el tránsito, se tendrá mayor o menor eficiencia, ver F ig. 7 . 1 1 .

Conceptualmente, se observa que en l a pr imera parte de la figura no se transm ite la carga de una losa hacia la otra, mientras que en la segunda parte, la acción de la pasajunta perm ite que la carga del veh ícu lo, tanto cuando entra como cuando sa le, se d i str ibuya entre las dos losas. Es así q ue la transferencia de carga puede defin irse como la capacidad que tengan dos secciones de losa para transm it ir parte de la carga apl icada de una sección a otra. Se m ide por lo que se denomina "Factor de Eficiencia", Ref. 7:

2 ( Def. ) dese. E = -------'--------( def. ) cargada + ( def. ) dese. Ec. 7 .35

(def.) Cargada y (def.) dese. son las deflexiones de la l osa de l lado cargado y descargado, respectivamente.

Esfuerzos y deflexlones en pavimentos rígidos Capítulo 7

La efectividad de las juntas puede evaluarse en campo, ya sea 7.8.2 Acción de grupo de las pasajuntas en térm inos de desplazamientos o en términos de esfuerzos:

Tal como se muestra en las dos ú l timas figuras, si al paso de cru

Jes = ­cr1

En donde:

Jes = eficiencia ante esfuerzos en la j unta.

cru = esfuerzo en la losa s in carga.

Ec. 7. 36 los veh ícu los las losas se deforman igual o casi, se d ice que tienen una eficiencia del 1 00 %. En estas circunstancias, las reacciones serían iguales y cada una tendría un valor de 1 /2 W. Esta fuerza representa la fuerza total transferida por cada grupo de pasajuntas. Cuando no existe eficiencia del 1 00 %, como en el caso de pavimentos ya de edad, las reacciones debajo de las losas con carga serán mayores a 0.5 W, mientras que en las losas descarga­das la reacción será menor a tal valor. Ver la F ig. 7. 1 2.

cr1 = esfuerzo en la losa cargada en la zona de la j unta.

En el mercado ha aparecido una gran cantidad de progra­mas de computadora para ca lcu lar los desplazamientos y esfuerzos en d iferentes zonas de la losa ( incl uyendo las j untas), en particu lar el aná l i s i s de transferencias en las pasajuntas. En su gran mayoría, todos los programas contemplan comporta­mientos l i neales en el conjunto de pavimento.

E l tamaño y espaciam iento de las pasajuntas viene regido por e l esfuerzo permisib le de la pasajunta ante cortante, así como la m isma res i stencia, pero ahora del concreto. El esfuerzo portante permisi ble vendrá entonces defi n ido en la forma:

fb = [ 4; d ] f ' c Ec. 7.3 7

Aqu í, fb e s e l esfuerzo máximo a que l a pasajunta puede estar sujeta, en kg/cm2, d es e l d iámetro de la pasajunta, y f'c es la resi stencia a la compresión del concreto. Supon iendo que la pasaju nta se comportara como una v iga en canti l iver, y e l concreto se modelara como una cimentación de Wink ler, la máx ima deflexión, de acuerdo con la F ig. 7. 1 29, sería :

Pt [ 2 + 13 . z] yo =

4 13 3 E d Id

En donde yo representa la deflexión de la pasajunta en la cara de la j unta, Pt la carga en una pasajunta, z e l ancho de la junta, Ed es e l módu lo de e lasticidad de la pasajunta, Id es e l momento de i nercia de la pasajunta, p es la r igidez relativa de una pasaj unta empotrada en e l concreto. S i se sabe que:

Id = ( 1164) rt d 4 '1 k.d 13 =

4. Ed . ld Ec. 7 .38

En donde k representa e l módu lo de reacción del apoyo de la pasa junta, l a cua l var ía entre 8,000 kg/cm3 a 4 1 ,520 kg/cm3, d el d iámetro de pasajuntas. La ecuación del esfuerzo queda en térmi nos de la deflexión:

cr = k yo = kPt ( 2 + 13 z )

4 13 3 Ed I d Ec . 7 . 39

Esta ecuación se deberá comparar con el valor que propor­ciona la Ec. 3 7, o sea, el perm is ib le . Si el esfuerzo debido a Pt es mayor que el ca lcu lado por esta ú l t ima ecuación, entonces se deberá reducir el espaciamiento entre pasajuntas, o i ncre­mentar el .J iámetro de ésta .

A partir de las ecuaciones de Westergaard, Friberg (Ref. 9) encontró que el máximo momento negativo debido a condicio­nes de carga en interior y ori l la ocurre a una d istancia de 1 .80 1 a partir de los puntos de apl icación de las cargas, donde 1 (según se establece en la ec. 7.9) es el radio de rigidez relativa. De aquí se infiere que el cortante en la pasajunta, al ser cero cuando el momento es máximo, variará de manera inversa con la distancia que tengan éstas con el punto de apl icación de las cargas. E l cortante será máximo en las pasajuntas bajo las cargas o las más próximas a el las, y cero a una d istancia de 1 .8 l .

7 .8.3 Diseño de juntas

Las juntas se crean para evitar que las grietas i nducidas por secado, temperatura y cambios en los conten idos de agua se presenten de manera desordenada, s in patrones geométr icos. Existen cinco tipos genéricos:

Juntas transversales de contracción

Son las que se construyen ortogonalmente a l eje de trazo del pavimento. Su espaciamiento es para evitar agrietamiento provocado por los esfuerzos debidos a cambios de temperatu­ra, humedad y secado.

Juntas transversales de construcción

Son las ejecutadas al fi nal de cada d ía de labores, o aquél las rea l izadas por necesida des de proyecto en i nstalaciones o estructuras existentes. Ejemplo: cambios de pendientes para dar e l gá l i bo en puentes, así como en aproches de puentes. Normalmente se planean con toda oportun idad desde la etapa de planeación .

Juntas transversales de expansión/ aislantes

Son aquél las que permiten el movimiento horizontal o los desplazamientos del pavimento respecto a estructuras existentes como estribos de puentes, losas de aproches, alcantari l las, etc.

Juntas longitudinales de contracción

Son aquel las j untas que dividen a los carr i les en la d i rección longitud ina l , o las ejecutadas en donde se construyen dos o más anchos de carr i les al m ismo t iempo.

81

Capítulo 7 Esfuerzos y deflexiones en pavimentos rígidos

A) Tran sla ció n h orizo ntal B) Tran sla c io n lon g itud ina l C) Transla ci ón v e rt ical

--+- + - - -�-+--_:__ Vista en �!a nta Vista e n pla nt a Sección

D) Esv i a iarniento h oriz ontal

+-Vista en p la nta

Figura 7. 1 3 Efecto de pasajuntas mal alineadas.

Juntas longitudinales de construcción

Son aquel las j untas existentes entre dos carr i les constru idos en diferentes etapas.

La pr incipal función de las j untas transversa les es evitar la formación a leator ia de agrietamientos. Aparte del espesor, el espaciam iento está i nfl uenciado por cambios en agregados, d i seño de las mezclas y método de curado. Normalmente, e l espaciamiento varía entre 4 y 6 m, depend iendo de los espe­sores. En carreteras no son aconsejables separaciones mayores a 6 m. Cuando el pavimento cuenta con mal la de refuerzo junto con pasajuntas, no se aconsejan espaciamientos mayores a 1 O m. Cuando las separaciones son mayores, se pueden esperar movim ientos excesivos que reducen la efectividad del mater ial sel lante de las j untas, según se verá más adelante .

Como regla pre l im i nar, el espaciamiento en pies, en pavi­mentos s in refuerzo, no debe exceder a dos veces e l espesor en pu lgadas. Por ejemplo, para una losa de 20 cm (8") e l espaciamiento sería de 4.9 m ( 1 6 ft) . También, según la AAS­HTO (American Association of Sta te H ighway and Transporta­tion Offic ia ls), la relación del ancho de la losa con su longitud no debe exceder 1 .2 5 .

Tran slación longitud inal < 3 .80 CM n J94-

Vista e n planta

Figura 7 . 1 4 Tolerancias sugeridas.

82

Transla ció n vertical <2.50 CM

Secc•ón

0) Esv ia iamie nto v ertica l

Sección

Construcción de juntas transversales

En este tipo de j untas, en que la transferencia de carga sea a través de fr icción, o mecán ica, a base de pasajuntas, e l s istema constructivo juega un pape l importante. En e l caso de transferencia por fr icción es vita l q ue e l concreto cuente con buena resistencia en lo general , y en particu lar q ue los agrega- , dos sean de dureza sati sfactoria . Dado que la res istencia suele monitorearse con regu lar idad, es común contar con buena fr icción en las juntas.

Colocación: las pasajuntas se sost ienen y se ponen en pos ición sobre la sub-base uti l izando s i l letas o "canastas" . Estas son armaduras de a l ambrón o de vari l la l i sa. La sujeción de las pasajuntas con las s i l l etas puede . ser med iante amarre o con soldadura.

La co locación de pasaj untas debe ser cuidadosa en cuanto a sus a l i neam ientos vertical y horizonta l , a fi n de evitar restr ic­ciones en l os movim ientos de l as l osas en sus extremos.

Desde el i n ic io del proyecto se deberá contar con las tolerancias de desviaciones de pasajuntas en ambas d ireccio­nes. Las pasaj untas deben co locarse enteramente para le las a la

Esviajamie nto horizontal Esviajamie nto v ertica l

+-Vista en planta

< 1 .20 C M =e En ambos casos __ ::e: ___ _

Sección

' Esfuerzos y deflexiones en pavimentos rígidos Capítulo 7

Sellante (silicón o similar)

1 .3 cm

DETALLE

R e l l e n o e lásto m e rico a base de e s p u m a d e polietileno o similar (si e l sellante s e aplica e n frío)

e = 0. 1 6 cm, mín

e: i n d ica corte a lternativo. En este caso se coloca un cordón de respaldo a base de cáñamo o bién de espuma de polieti leno, siempre que el sellante sea del tipo colocado en frío. Si el sellante se coloca en

, i caliente, se recomienda un cordón a base de espuma de poliuretano.

SELLO DE JUNTA TRANSVERSAL (ALTERNATIVO)

> h/3 corte longitudinal > h/4 corte Transversal

Figura 7 . 1 5 Juntas transversales

t l

Grieta formada

5 t 2 mm

Sellan te (Silicón o similar. Sellante de bajo módulo colocado en frío)

"'---Tira de respaldo de polipropileno

Colocado en: Caliente Frío

a 1 0 - 1 5 mm 7 a 1 0 mm

b 1 5 - 20 mm 10 a 15 cm

Tabla 7.5 Efectos del mal al ineamiento de asa·untas superfic ie de apoyo, y en p lanta deberán también ser para le las a l eje del cam i no. Son comunes tolerancias del orden de 0.6 cm por cada 30 cm de longitud de pasajunta en las d irecciones hor izonta l y vert ica l o sus combinaciones.

Tipo de Asti lla miento Agrietamiento

Transferencia

Normalmente no se tendrán problemas de asti l lam ientos y/o resquebrajam ientos en las zonas de j untas debidos a res­tricciones excesivas al mov im iento en las zonas terminales de las losas.

Se resumen a conti nuación los efectos del t ipo de despla­zamiento :

Colador en caliente, o de módulo alto

¡.........YL--J

Figura 7. 1 6 Detal les de la caja receptora del sellante

desplazamiento

A

B

e D

E

Requerimientos en pasajuntas:

de carga

Si Si

Si Si Si Si Si Si Si Si

de preferencia, las pasajuntas deberán ser l isas y tener engrasada al menos una de sus

Silicones de bajo módulo

¡.-fu!illL¡

Cordón de polipropileno

83

Capítulo 7

Nota: las dimensiones son valores típicos en la práctica

Aserrado y sellado. Ver detalle adjunto

i ¡ L r 1

D y � >1 JL * D/2 r �a 1

L= 40 cm

JUNTA TRANSVERSAL CON PASAJUNTAS

1 DETALLE DE JUNTA LONGITUDINAL CON VARILLA DE SUJECIÓN

ci . 1 ...---- Sello

i �- o/3 h.s D Y --'------'---

í Varilla cbrrugada, da 1/2" de diámetro, L=0.80 m,

a cada 80 cm e/e

Figura 7.1 7 Detalles de juntas. (cortes)

mitades. Como lubr icante se podrá uti l izar productos en base a emu lsión asfá lt ica, parafi na, aceite del uti l izado como ais lan­te en c imbras, etc. Alternativamente, podrán colocarse enca­misados de plástico o PVC para lograr buena l ubr icación, así como protección ante la corrosión. Los espesores recomenda­dos de la pel ícu la de l ubr icante son del orden de 0.0 1 3 cm, ya que con este espesor el concreto puede acomodarse a l rededor de manera adecuada. Espesores mayores tienden a propiciar que la pasajunta tenga "juego" y no ajuste correctamente dentro del concreto. Por otro lado, la falta de lubr icante "rompedor de adherencia" promueve, como ya se mencionó, esfuerzos ad icionales que provocan daños en la zona de juntas. El contratista deberá l ubricar toda la pasajunta, a fin de que la resistencia a la extracción no sea mayor a 90 kg.

Deberán estar l i bres de irregu laridades, de ta l manera que las losas puedan moverse l i bremente. La un iformidad del acero cumpl i rá con lo d ispuesto en la norma ASTM A6 1 5 .

Es sumamente importante que el concreto alrededor del acero quede conven ientemente compactado y no queden bol sas de a ire o segregaciones. Las propiedades anticorrosivas de la pintura a emplear deberá cumpl i r con la norma AASHTO M254.

7.9 SELLANTES

En las siguientes figuras aparecen deta l les de la formación de juntas a través de serrados con discos en cuyos dientes se i ncrusta d iamante o carburo de tungsteno. Se entiende que el serrado se efectuará una vez que e l concreto haya endurecido lo suficiente para soportar e l corte sin asti l lam ientos o despren­d im ientos, cu idando de que no se prolongue el t iempo dema­siado a fi n de evitar agrietam ientos prematuros. Normalmente el t iempo promedio de corte estará comprend ido entre 4 y 1 2 horas.

La grieta se presentará una vez rea l izado el corte. Acto segu ido se efectúa un segundo corte (y en a lgunos casos un tercero) para ensanchar e l corte y dar l a s d imensiones de la caja

84

Esfuerzos y deflexiones en pavimentos rígidos

que a lojará al cordón o tira de respa ldo y el mater ia l sel lante. Este ú lt imo será del tipo p lástico, no necesariamente como se i nd ica en la s igu iente figura, esto es, de s i l ic(>n. E l corte para i nducir la grieta puede ser sustituido por Ja i n serc ión de fajas de fie l tro, una t ira asfá l t ica, cartón asfa l tado, etc.

Las d imensiones que se muestran en las figs. 7 . 1 5 y 7. 1 6 son t ípicas de proyecto, desde l uego que cada uno d e estos ú l timos demandará d imensiones particu lares. En la F ig. 7. 1 7 se presentan deta l les de j untas transversa les y l ongitud i na les .

Las del t ipo longitud ina l pueden hacerse med iante serrado o con machi hembrado.

A cont inuación se presenta el deta l l e de secciones de pavimento con pasajuntas, mostrando las s i l letas.

Se i ns iste en que las d imensiones aqu í presentadas se proporcionan a manera de guía. Cada proyecto, en función del t ipo de concreto, espaciamientos de j untas, mov im ientos espe­rados por temperatura, etc. , demandará cajas de sel l o y geo­metrías d i ferentes.

Los sel lantes deberán soportar esfuerzos a l ternados de com­presión y de tensión, producidos por los cambios de tempera- : tura y de humedad. En genera l , existen dos tipos de se l lantes:

* Los formados en campo.

* Los premoldeados.

Los primeros son apl icados en estado l íq u ido o sem i l íq u ido. Los segundos son hechos por fabr icantes, tanto en ca l i dad como en forma. Para que los se l lantes l íqüidos sean ap l icados con éxito, es necesario rea l izar las cajas de sel lante o factores de forma adecuados para cada t ipo de sel lo . Estos ú lt imos se defi nen en la F ig. 7 . 1 8 .

En la figura no aparece la tira de respaldo, sólo aparece cómo se deforma el sel lante. Los d i ferentes tipos de mater ial sel lante pueden soportar d iferentes n iveles de deformación. Las fibras extremas de los sel lantes se deforman en función de los factores de forma y de cuánto se deforme e l material sel lante.

La mayoría del sel lante ap l icado en ca l iente puede defor­marse hasta un 20 % de l ancho origi nal de la caja. Los s i l icones, y en general los materia les de bajo módu lo e lástico, pueden deformarse hasta e l 1 00 % .

S in embargo, cabe aclarar que la mayoría de los fabricantes recomiendan no demandar deformaciones en campo supe­riores al 50 % del va lor nomina l .

En los factores de forma deberán tomar en cuenta que el material sel lante deberá quedar l i geramente abajo de l lecho super ior de la losa (ver la F ig. 7. 1 8) .

A manera de gu ía, la PCA 1 0 sugiere en la s igu iente tabla las d imensiones de cajas receptoras de se l lante en función de los espaciam ientos de las j untas:

.� .. .

� Esfuerzos y deflexiones en pavimentos rígidos

A n c h o J' A�

Capítulo 7

D e fo rm a c i o n e s m á x i m a s , t i p ic a s

9 4 %

X

1l tu .u a 1 c m

P ro fu n d id � � X 6 2 %

I n se rto X

b�������d X

2 x 3 2 %

P ro fu n d id a d F a ctores d e fo rm a : , F f

jra ra sel lantes l l q u i d o s en cal ie nte : F f= 1 .0 R e c o m e n d a d o s L a ra sll lcón l l q u id o : F f= 0 . 5 0

Figura 7 . 1 8 Factores de forma en juntas.

Conforme la junta abre, se generan esfuerzos internos dentro del sellante

En las etapas iniciales del pavimento existe buena adherencia

Aberturas mayores inducen problemas de cohesión en el sellante

El material sellante se rompe conforme se incrementan los esfuerzos

"Un factor de forma grande es propicio para el desa"ollo de esfuerzsos internos de tensión, producto de Ja aberturas de las juntas. También existe pérdida de cohesión".

Figura 7 . 1 9 Esfuerzos generados en el sellante

Tabla 7.6 Dimensiones de caja para sel los a licados en cam o

Espaciamiento de Ancho de la caja, Profundidad de la la iunta. en m en cm caia. en cm

5 0.64 1 .27

6 0.95 1 .27

9 1 .27 1 .27

1 2 1 .60 1 .60

Y para e l caso de sel los premoldeados se recomiendan las d imensiones conten idas en la tabla No. 7 .7

Tabla 7.7 Dimensiones de l sello y de la caja rece tora ara sellos remoldeados

Espaciamiento de Ancho de la junta Ancho de sello en las iuntas. en m en cm cm

6 ó menor 0.65 1 . 1 2

9.2 0.95 1 .60

1 2.2 1 . 1 2 1 .905

1 5.3 1 .27 2.23

En el caso de la caja receptora de sel lante prefabricado, se deberán tomar en cuenta las temperaturas esperadas y, por ende, los mov imientos de las losas. El sel l o de compresión deberá trabajar en e l rango de 20 a 50 % .

E l primer paso e n e l d i seño d e este t ipo d e sel lantes será calcu lar el movim iento de los extremos de las secciones de losa, según se ind icó anter iormente (Ec. 7 .30) ; después se se leccionará e l sel lante prefabricado que pueda absorber una deformación igual o menor al valor ca lcu lado. S i el movim ien­to ca lcu lado es mayor a la compresión adm is ib le del sel lante prefabricado, entonces se deberá escoger un sel lante más deformable.

Como un ú lt imo paso se ejecuta e l corte, cuya geometría atenderá a los movim ientos esperados de acuerdo con la temperatura de i nsta lación y el tamaño del sel lante premoldea­do. Es importante conocer el rango de temperatura a l que se vaya a trabajar el pavimento, ya que se buscará que el sel lante (como ya se d ijo) esté trabajando en deformaciones a una compresión no íl1ayor que 20 y 50 % . Mayores temperaturas de instalación exigirán más compresión del sel lante durante la instalación de este ú l timo, ya que la losa tenderá a expanderse. El proyectista calcu lará las geometr ías del se l lante supon iendo varias temperaturas, ya que durante la etapa de d i seño es d i fíci l conocer la con precis ión.

Diferencias en comportamiento

U no de los problemas más observados en el caso de sel los ap l i cados en cal iente (ta les como los productos asfá l ticos) si se

85

Capítulo 7

E ncajar

G i rar la • espátula

Figura 7.20 Verificación de adherencia del sel lante.

apl ican con factores de forma muy grandes, es decir, cuando los cortes no se ensanchan lo suficiente, es que se generan esfuerzos de tensión considerables, a l tender a separarse las losas por la acción de la temperatura (F ig. 7. 1 9) .

En juntas profundas y delgadas es común la fa l l a por cohesión del sel lante; e l lo, entre otras cosas, se debe a que no se a lcanza a l impiar adecuadamente la ranura hecha por e l corte. Asim ismo, es importante que a l verter e l se l lante, éste no se sobreca l iente, ya que puede perder sus propiedades el astomér icas. Por otro lado, al enfriarse el material puede ya no lograr la cohesión que se supone tendría, o podría ya no proporcionar la adhesión sobre las paredes que recomienda el fabricante.

En e l caso de sel lantes ap l i cados en frío (como los s i l i cones), la l impieza y secado de la ranura, fondo y sus paredes, - es crucia l . Cuando está sucio no exi ste completa adherencia entre las paredes del corte y e l sel lante, con e l consecuente deterioro acelerado que e l lo imp l ica al ser sol icitado el pavimento por tránsito.

En ocasiones no se logra la adherencia un i forme a lo largo de las paredes con el s i l icón debido a problemas de curado de este ú lt imo. Ocurre, en algunos casos, que sólo la parte supe-

,¿ Ancho /1 Á'

fó3 f rofu n d i d a d

Sel lante (de cin co celd as) de c o m p resi ón en su e stado or ig in a l

.A.ncho ya com pri m i*o �(

Sel lante prefa br ica do ya i n st a l a do

Figura 7.21 Sellos de compresión (premoldeados)

86

Prof un d id a d de caja

Esfuerzos y deflexiones en pavimentos rígidos

Fotografía 7 . 1 Aplicación de aire a presión para la l impieza de una caja receptora de sellante en una junta transversal . r ior del s i l icón cura y se adh iere bien con las paredes, m ientras que en su parte i nfer ior la consi stencia del mater ia l es pegajosa y suave, por lo que la adhesión con el concreto no es buena.

Se ha demostrado que muchos problemas· de desmorona­m ientos en la zona de juntas se debe a la pérd ida de adhesión

Fotografía 7.2 Inserción de la t ira de respaldo de pol ietileno, previo a la aplicación del sello.

Esfuerzos y deflexiones en pavimentos rígidos

Fotografía 7.3 Junta transversal ya sellada. Nótese la ligera depre­sión del material sellante respecto a la superficie del pavimento.

con las paredes de la ranura. U na de las maneras de ver ificar la ca l idad del se l lante ya i nsta lado es a través de una espátu la chata . La manera de rea l i zar la prueba consiste en i nsertar esta espátu la en la j unta (F ig. 7.20) y efectuar pequeños giros mientas se observa su respuesta. Es suficiente efectuar de ci nco

e: ·O -� Cl 5 1 5 a; ID "O cfi o in :::::.. 1 0 C'.i E � Cl .:s:. e � 5 :J "O 'º :2: Silicón de bajo módulo

o L-������������ o 1 00 200 300 400 500

Horas de intemperismo acelerado

Capítulo 7

Figura 7.22 Efecto del intemperismo acelerado sobre las propieda­des elastómericas.

seis inserciones de la espátu la, d istr i bu idas de manera arbitra­r ia, en una misma junta . Si se advierte cierta res istencia a la inserción, e l lo ind icará buena adherencia; s i , de lo contrar io, la espátu la penetra s in esfuerzo, e l l o ind icará que la adhesión sel lante-pared es defectuosa. Se pueden hacer también i nspec­ciones adicionales sobre la presencia de só l idos, contami nan­tes fi nos, etc. a los lados y fondo de la caja receptora.

Sellos prefabricados

Según se ha mencionado, este t ipo de sel los trabajan exc lu­sivamente a compresión, por lo que se sugiere que nunca estén más a l l á del 20 a l 50 % de su deformación nomina l . Una de las reglas bás icas es que la profund idad de la caja receptora sea mayor que el se l lo ya compr im ido.

En términos genera les, e l ancho de l se l lo deberá ser del doble de la referida caja. En caso de que e l sel lo premoldeado sea menor que esta ú l tima, entonces podemos antic ipar que los cambios de temperatura provoquen aberturas en las j untas, y con e l lo se pierda el efecto de compres ión.

o Tabla 7.8 Cal1ficación de al unos sellantes

Rango del Indice de Promedio de

Tipo de material cal ificación de la Comentarios efectividad

efectividad

Cemento asfáltico Pobre a bueno 3.5 No oenetra; la iunta debe resellarse con frecuencia

Emulsiones Muv oobre a oobre 3.22 Estacional . Debe ser resellada muv seauido

Asfalto ahulado. Aolicado en frío Bueno 4 Se reauiere mucha mano de obra

Asfalto ahulado Bueno a muv bueno 4. 1 2 Laraa duración relativamente

Emulsión asfáltica ahulada Buena a muv buena 4.50 Datos l imitados. Se han comportado muy bién

Juntas premoldeadas Regular a buena 3.50

Hasta esta fecha se han comportado bién. No se tiene mucha información

Sil icón Dow 888 Bueno a muv bueno 4.60

Tiras premoldeadas oobre a muv buena 3.60 Es costosa

Otras (PVC ooliu retano etc) Muv oobre a oobre 3.25

Alauitrán Muy oobre 1 .00 Poca vida úti l . Muy ríaido

Escala de calificación: 5 .0- Muy buena; 4 .0-Buena; 3 .00-Regular; 2 .00- Pobre; 1 .00- Muy pobre

87

Capítulo 7 Esfuerzos y deflexiones en pavimentos rígidos

Tabla 7.9 Pruebas comunes

Tipo de Prueba Descripción

Ensaye ASTM

Dureza o 2240-81 Mide la dureza en la superficie de hules o aomas

Resistencia a la tensión o 41 2-83 Mide la resistencia al rompimiento de un material elástico tales como el hule en ka/cm2

Elonaación (Elonaación ú ltima) o 41 2-83 Mide la elonqación máxima antes del rompimiento seqún O 4 1 2

Módulo o 41 2-83 La cantidad de esfuerzo para producir cierta deformación. Se aplica esfuerzo hasta que la muestra sufre la deformación preestablecida. Se lee entonces el esfuerzo necesario en ka/cm2

Adherencia Se realiza aplicando sellante a dos superficies en que se requiere conocer la adherencia. En nuestro caso, en bloques de concreto. Se hace el s ími l con estos últimos. Se l lena con el sellante un hueco definido entre los dos bloques. Posterior a un curado, se apl ica entonces un movimiento m ínimo

El éxito o fracaso del sel lante premoldeado dependerá de sus propiedades e lásticas, o más específicamente, de su res­puesta ante la remoción de carga o rebote e lást ico. No se debe perder de vista que este t ipo de se l lo a lo largo de su vida úti l estará trabajando s iempre a tens ión.

Instalación de la tira de respaldo

U na vez l impia y seca la ranura de corte, así como sus ensanches para formar sus cajas de sel lo, se procede a la colocación del cordón o tira de respa ldo. Este e lemento evita que el se l lante fl uya hacia abajo de la losa y se pierda la trabazón entre las caras de la grieta. También ayuda a formar e l factor de forma ya defi n ido anter iormente. Existen tres tipos básicos de estos e lementos.

* Espuma de pol ieti leno: es moderadamente compresib le, y no absorbe agua. Puede fusionarse con sel lantes apl i­cados en ca l iente, por lo que su uso se restr inge a los sel lantes colocados en frío.

* Espuma entre lazada de po l ieti leno: consiste en una serie de celdas moderadamente compresibles y un idas entre sí, que no absorben agua y son compatib les con sel l antes ap l i cados en ca l iente.

* Pol i uretano: espuma de celda abierta que absorbe agua. No se mezcla con e l mater ia l sel lante apl icado en cal ien­te, además, es muy compresible. Normalmente se uti l iza en la conjunción de sel lantes apl icados en ca l iente.

E l tamaño de estos cordones depende de la geometría de las cajas que a lojarán los sel los. Se procura s iempre que entren a presión, compr im idos al 25 %, a fi n de que penetren adecua­damente en la ranura, pero que al m ismo tiempo se garantice contacto permanente con las paredes del corte.

Este e lemento, por otro lado, aís la al sel lante del fondo de la ranura, así, según se refiere anteriormente, se evita la pérd ida del sel lo. Un aspecto de una junta convenientemente sel l ada aparece en la fotografía 7 .3 .

88

7. 1 0 DESCRI PCION DE MATERIALES SELLANTES Y EN SAYES

7 . 1 0 . 1 Materiales de sel lo

Tal como se estáblece en párrafos precedentes, e l objetivo del sel lo es evi tar la i nfi l tración de l agua al cuerpo de pav imen­to y sus conocidas consecuencias. La otra función de l sel l o es evitar la i ntrom is ión de partícu las sól idas dentro de la j unta, ya se trate de desperd ic io o de res iduos de desquebrajam ientos en las ori l l as de l os cortes.

U na ca l i fi cación gruesa de l os d iferentes mater ia les d ispo­n ib les para este propósito se presenta en la Tabla 7 .8 . 1 1

Pruebas en sel lantes : se busca que este materia l permanez­ca con sus propiedades e lastoméricas durante e l mayor tiempo pos ib le, ante d iferentes cond iciones ambienta les.

Es i nteresante señalar q ue la gran mayoría de las pruebas i ncl uyen sólo mov im ientos en una sola d irección.

Esto se re lac iona más q ue nada con las contracc iones y expans iones que se exper i mentan en las j untas por movi­m ientos en l as losas.

Comparación de las propiedades de tres tipos genéricos de sel/antes sujetos a movimientos térmicos en juntas

Tabla 7.1 0 Movimientos horizontales ermisibles

Tipo de sellante Capacidad de movimiento

horizontal . en %

Poliuretano - 1 2 % a 30

Polisulfuro 1 2 % a 25

Sil icones 1 2 % a 1 00

Algunas pruebas úti les para la val uación de estos materia les se presentan en la Tabla 7.9 .

: Esfuerzos y deflexlones en pavimentos rígidos

� 400 � � 300

u .Q ·8 <!> u 200 � .§ z

10 o

10 o

200 300 400 500

Horas de lntemperlsmo acelerado

Figura 7.23 Efecto del intemperismo acelerado en los ciclos de esfuerzo cortante.

Es importante considerar que en un pav imento en opera­ción, los se l lantes no só lo se verán sujetos a acciones horizon­tales, s i no también a esfuerzos cortantes en la d i rección

· vertica l . E l lo ocurre en cada ocasión que pasa un veh ícu lo · cuando existen cavidades bajo la losa en la zona de juntas. E l lo exp l ica que, aunque ciertos sel lantes sati sfagan especifi cacio­

, nes en cuanto a e longaciones máximas, es decir, que aunque • las e longaciones en laborator io sean adecuadas, en campo su , comportam iento resu l ta no sati sfactorio. En rea l idad e l esfuer-zo cortante contr ibuye a la fa l la del sel lo si origi nalmente este

i ú lt imo no posee sufic ientes propiedades e lastoméricas.

Se debe tener presente q ue aún dentro de una misma fam i l ia de sel lantes, estos ú lt imos exh ib i rán resu l tados d iferentes de­pend iendo de las temperaturas e i ntemper i smos s imu lados en cada prueba en part icu lar . Las var iaciones en resu ltados serán

1 un i nd icativo de la respuesta del sel lante ante d iferentes con­d iciones ambienta les en campo. Por ejemplo, un sel lante

• deberá contar con buenas propiedades e lastoméricas en c l ima · frío. También, u n i ncremento en módu los de un sel lante insta lado, será i nd icativo de que ya se ha r igid izado.

7. 1 1 REFLEX ION ES ADICIONALES SOB RE TRAN SFEREN CIA DE CARGAS (PAVIMENTOS CON PASAJ U NTAS)

Los d i sposit ivos de transferencia de carga entre losas o las pasajuntas t ienen la función de transmit i r las cargas de una losa de pav imento a otra en donde todavía no existan tales cargas. La efectividad de · l a j unta con pasajuntas se m ide en función de los desplazamientos verticales sufr idos por e l l ado no cargado de la j unta. Conforme más cercanos estén los despla­zamientos sufr idos de ambos lados de la j unta, más efectiva será la transferencia de carga. U na junta perfecta ser ía aque l la en que ambos lados se desplacen igual .

Capítulo 7

E l pasajunteado hace el pavimento menos suscept ib le a la apertura de j untas por efectos térmicos; s in embargo, es nece­sario contar con concretos de buena ca l idad y un buen vibrado en la zona de j untas. Cuando la mezcla no es de buena ca l idad, con el t iempo la geometría originalmente ci rcu lar de los barre­nos que a lojan el acero cambia a ovalada. Se han detectado deformaciones en promed io de l orden de 0.3 a 0.4 mm; en Japón se han medido ova l izaciones hasta de 1 cm .

Los pasajuntas deberán cumpl ir con los s igu ientes requ isi­tos 1 2 :

* Deben proporcionar una transferencia de carga adecua­da a lo largo de la j unta.

* Deben ser s imples en su d iseño, para que la instalación sea correcta y sin d ificu l tad.

* Deberán proporcionar poca restr icción a la apertura de la j unta.

* Deben ser resi stentes a la corrosión.

Se ha propuesto d iversos d ispositivos para transmit ir las cargas, pero los más comunes y aceptados son, como es sabido, las barras l i sas. Normalmente se ha adoptado como regla e l empleo de var i l las con d i'ámetro igual a 1 /8 del espesor de la losa, con espaciamientos med ios de 30 cm.

7. 1 1 . 1 Problemas relacionados con juntas

Cuando el d iseño, construcción o rnanten imiento de las j untas es i nadecuado, se pueden presentar los s iguientes pro­b lemas:

* Superfic ie de apoyo erosionable.

* I nfi l tración de partícu las dentro de las j untas.

* Deficiente transferencia de carga.

* Agua excesiva.

* Soporte muy pobre a la losa.

* Fa l la del materia l sel lante.

* Corrosión de pasajuntas.

* Mal a l i neamiento de las pasaju ntas.

* Asentamientos excesivos en la base de apoyo ( incremen­to de presiones de poro)

Debido a lo anterior, los problemas más comunes que se presentan en la j untas son agr ietamientos, asti l lamientos, des­moronamientos loca les en bordes, etc.

Quizás e l bombeo o "pumping", según se menciona en párrafos anter iores, es la representación más común del con­junto de problemas en juntas señalados antes. Para que e l bombeo se presente, só lo hay que recordar que son tres los agentes que. lo promueven:

89

Capítulo 7

* Agua l i bre.

* Cargas pesadas por eje.

* Mater ia l de apoyo de la losa erosionable .

A su vez, la manera más efectiva de evitar este problema ser ía lógicamente :

* Dar suficiente drenaje a l cuerpo de pavimento.

* Reducir desp lazamientos entre losas. Empleo de pasa­juntas.

* Sub-bases de alta cal idad. No se descarta e l empleo de mejoram ientos por med io de l igantes.

* Un se l l o de juntas rea lmente efectivo.

7 . 1 1 . 2 Algunas recomendaciones

* A cont inuación se sugieren a lgunas med idas para au­mentar la vida úti l de las juntas en los pavimentos s in pasaj untas:

�i� Empleo de ca l izas como agregados.

�i� Reducción de la longi tud de losas.

*¿ Tratar de uti l izar ensanches a los lados del carr i l de baja velocidad, como pueden ser los representados por acotamientos. Carr i l y acotamientos son l igados me­diante vari l las de sujeción .Todo e l lo en la med ida de lo pos ib le en términos económicos.

�=¿ Cuando sea pos ib le, uti 1 i zar secciones var iables, aten­d iendo a la d i str i bución de veh ícu los pesados en los carr i les de baja y alta ve locidad.

�i¿ Evitar co locar e l concreto en c l imas extremadamente cá l idos. Si así se requ iere, es conveniente enfriar lo antes de co locar lo. No hacer lo así impl icará agrieta­m iento de tipo p lástico.

* I ncrementar los tamaños máximos de agregado hasta del orden de 5 a 5 .5 cm.

�* Prevención de entrada de partículas finas.

�* Uti l i zar concreto que sea lo suficientemente seco, pero que permita ser vibrado.

* Para pavimentos con pasajuntas:

�* Optim ización del espaciamiento de pasajuntas

�* Cu idar la colocación y a l i neamiento vertica l y horizon­ta l .

7 . 1 1 .3 Problemas potenciales

Corrosión

Normalmente este fenómeno da como resu l tado un incre­mento del vo lumen de las barras. Afecta sobre todo al l i bre

90

Esfuerzos y deflexiones en pavimentos rígidos

movimiento de las losas, pues los barrenos previamente holga­dos para a lojar las pasajuntas se ven sujetos i nduso a fi sura­m ientos por la acción expansiva. La restr icción al mov im iento i nduce agrietam ientos en las veci ndades de las j untas.

Normalmente la natura leza a lca l i na del concreto (pH 1 2 .5 ) hace que la acción qu ím ica con e l acero sea prácticamente nu la, pues se forma una pel ícu la protectora a l rededor del acero. La corrosión se produce cuando la pasiv idad de l acero se deter iora debido a la carbonatación de l concreto, lo cual reduce sus cual idades de a lca l i n idad y permi te, además, e l ingreso de cloruros que pueden causar la protección o pasivi­dad del acero.

En una mezcla dada, el n ivel de iones de c loruro so l ub les en el agua suficiente para que el acero empiece a corroerse es del orden del 0. 1 5 % de la masa de cemento empleado en la mezcla. 1 3

Aun aceptando que las mezclas se hagan correctamente, este problema se presenta genera l mente en áreas próximas a ·

las costas o en ambientes sal i nos. Para presentarse la corrosión, se requ iere que la pasividad sea destru ida, pero se necesita también bastante humedad y oxígeno. De lo anter ior se des­prende la importancia de mantener l as j untas perfectamente sel ladas.

Para evitar este problema, se pueden emplear materia les anticorrosivos como el acero i noxidable. S i n embargo, como se mencionó en párrafos anteriores, predomi na e l empleo de plásticos y pinturas epóxicas a base de plomo y z i nc porque son menos costosas.

Hoy d ía, las pasajuntas se protegen con una pe l ícu la del orden de 0 .25 mm de pintura epóxica y para e l l o es necesar io impregnar las con grasa antes de su co locación .

También es común proteger las barras de acero med iante ·

secciones tubu lares de plástico, a fi n de reducir la adherencia . entre el acero y el concreto.

Colocación de pasajuntas

Desde l uego, predomina la ejecuc1on manual de estos d isposit ivos. S i n embargo, en ia actua l idad ya está ten iendo mucha aceptación la inserción de pasaju ntas por vibrado. En el caso de las c imbras des l i zantes se puede co locar las manual­mente mediante armaduras o s i l l etas, o bien por el método automático: con d ispositivos para ta l propósito i nc lu idos en la máqu ina.

En Europa, por ejemplo, en especia l en Bé lgica, se ha ven ido uti l i zando equ ipos de c imbra des l i zante que se detiene en cada loca l i zación de junta para i nsertar las pasaju ntas por vibrado. En E .U .A. cada vez más se recurre a la colocación de concreto a lo largo del cam ino por med io de bandas, s iempre que las si l letas y las pasajuntas estén previa y perfectamente empotradas en la posición especificada en el proyecto.

S iempre que sea pos ible, se tratará que la co locación de pasajuntas �ea hecha de ta l manera que éstas estén lo más

Esfuerzos y deflexiones en pavimentos rígidos

Edad Resistencia la

compresión, tensión, kg/ cm

2 k / cm

2

1 6 49

3 1 2.9 1 26

7 1 8 1 93

28 23 268

365 30 369

Notas:

Módulo de 1 0 f . . . '¡ 1 • .d d d 1 e ormac1on perm1-

e ast1c1 a e con2 sible micras creto x 1 05 k / cm

1 .05 . 1 48

1 .6 204

2.04 226

2.4 246

259

Capítulo 7

Restricción para causar ag rietamien­

to k /m. de a ncho

15 480

32 896

46 1 59

59 560

75 939

1) Antes de presentarse el agrietamiento, puede haber astillamiento alrededor de la zona de la pasa¡unta 2) Existen también esfuerzos de tensión generados por alabeo restringido, así como los debidos por cargas externas. De esta manera, aún bajos niveles de restricción promueven la aparición de grietas. 3) La edad, resistencias, y módulos elásticos son valores usados solamente como i lustración

para le las pos ib les al eje del cam i no, así como al plano del lecho de las superficies que las recibe. En la F ig. 7. 1 4 se presentan los d i ferentes esviajamientos pos ib les, así como el impacto en e l comportamiento del pav imento.

Los sigu ientes factores i nfl uyen en la posic ión fi nal de las pasaj untas cuando se uti l izan si l letas (co locación manual ) :

ca:

* Extendido de l concreto: si se co locan grandes cantidades de mezclas enfrente de la extendedora, conforme el equ ipo avance las pasajuntas serán desplazadas o inc lu­so el conju nto que forman con las s i l letas.

* La loca l ización del corte o aserrado sobre la s i l l eta.

* E l cu idado en la fabr icación, transporte, y co locación de las s i l letas.

* La r igidez de las s i l l etas.

* Control de ca l idad de la fabr icación de las si l letas.

* Empotram iento de las s i l letas sobre la superfic ie de apoyo o sub-base.

* I n spección de campo durante la etapa constructiva.

Cuand� se emplee equ ipo mecán ico o i nserción automáti-

* El enrase posterior a la colocación .

* Vibrado después de la colocación de pasajuntas.

* Loca l i zación de los cortes sobre las pasajuntas i nserta­das.

* I n spección de campo.

En la década pasada, a lgunos estud ios 1 4 i nd icaron que para el caso de un proyecto, las desviaciones en a l i neamiento de pasajuntas eran del orden de hasta un 60 % en el caso de inserción automática, m ientras que para la co locación manual de las s i l l etas, l a desviación fue del 40 % . Claro está, ta les desviaciones serán mayores o menores depend iendo de los cuidados que ya se han mencionado. Por ejemplo, para dar una idea de las desv iaciones aceptadas por a lgunos estados de

E .U .A. , e l esviajamiento horizonta l y vertica l , según la Fig. 7. 1 4, no debe ser mayor que 1 . 2 cm, m ientras que el despJa­zamiento vertical no debe exceder 2 .5 cm, y la tolerancia longitud inal debe ser ± 3 .80 cm.

Restricción de movimientos en extremos de losas

Tal como se menciona en parrafos precedentes, la magn itud de las restr icciones en la partes term inales de las secciones de losa viene determ inada por los a l i neamientos de las pasajuntas, así como el estado de estas ú l timas. En la tab la 7 . 1 1 se da una idea del n ive l de restr icciones en zonas extremas que provocan agr ietamientos en las partes medias de las secciones de pavi­mento. 1 5

En resumen, la restr icción o l i bre movim iento en los extre­mos de las secciones de las losas afecta el d iseño y comporta­m iento de juntas en pavimentos de la s igu iente manera:

* Los movimientos afectan pri ncipalmente a los pavimen­tos s in pasajuntas.

* Estos desplazamientos i nfl uyen en la se lección del se-1 lante, así como las geometrías requeridas para a lojar lo.

* Este problema no es s ignificativo en el caso de pavimen­tos con pasajuntas, s i éstas son d iseñadas y co locadas sati sfactoriamente.

7. 1 2 H I DRODI NAMICA DEL PROB LEMA DE BOMBEO O " PUMPI NG"

Diferentes estudios 1 6 prueban que e l agua dentro de las oquedades formadas en la i nterfase losas-superfic ie de apoyo se comporta de la s iguiente manera:

* E l agua se comporta como un fl u ido vi scoso cuando, en una junta dada, la profund idad de la cavidad bajo la sección de losa de sal ida es pequeña. E l lo ocurre por e l pequeño pandeo producto del cambio en los grad ientes

91

Capítulo 7

térmicos. Al ser pequeñas las oquedades, las presiones bajo las losas son muy grandes. Así, de acuerdo con estos estudios (REF . 1 6) la velocidad del agua o suspensión expu lsada por e l paso de veh ícu los re$u l ta proporcional a l peso del eje del veh ícu lo y del cuadrado de la profun­d idad, e i nversamente proporcional a la v iscocidad d i­námica del agua, al ancho de cavidad y al cuadrado de la longitud de la cavidad.

* E l agua se comporta como un fl u ido idea l cuando la profundidad de la cavidad formada en la losa de sal ida excede de 1 mm. Este caso corresponde a una erosión importante en la sub-base o capa de apoyo. En estas circunstancias, las presiones generadas al paso de veh í­cu los son bajas. La velocidad de expu ls ión del ag-•Ja obedece ahora a una función d i recta de los desplaza­m ientos de la losa en sus extremos, así como de la longitud de la cavidad, y var ía de manera i nversa a la d i ferencia entre profund idad de la cavidad y el despla­zamiento vertica l del extremo de la losa.

* Entre los dos casos extremos anter iores, el fl ujo se can­sidera transitor io y la velocidad de expu l s ión del agua puede a lcanzar un máximo.

* S i se conoce la geometría de un pavimento, entonces éste puede caracterizarse basándose en el valor de trans­ferencia de carga en sus juntas; los desplazamientos vertica les sufr idos al paso de cargas por tránsito; y las características geométr icas de las cavidades. Además, de acuerdo con el párrafo anterior, se podrá caracter izar por una velocidad de expuls ión de agua, VEA. De esta manera, a títu lo i l ustrativo, podremos caracter izar a un p�vimento con poca transferencia de carga y cavidades en la i nterfase losa-superficie de apoyo con una VEA de 1 a 4 m/seg.

Todos estos estudios teóricos y experimenta les podrán uti l i zarse a futuro para decid i r en cuanto a la reparación de problemas de drenaje en las capas de apoyo. Desde l uego, para e l lo se requ iere contar con registros confiables de los prob le­mas detectados a lo largo y ancho de las estructuras de pavi­mento.

Otro aspecto que a lgunas entidades responsables de pro­yectos consideran benéfico es el esviajamiento en juntas trans­versa les. A pesar de que en algunos países como E .U .A. e l esviajamiento no ha ganado gran popu lar idad, existen eviden­cias en países de Europa 1 7 que en aquel los pavimentos en servicio que tienen un esviajamiento de la j unta de 1 /6, la velocidad de expu ls ión de agua se reduce hasta en un 30 % .

Esto e s vá l ido cuando e l flujo s e presenta d e la losa d e sal ida hacia la sección de losa de entrada. También se ha demostrado que si se aumenta el ancho dE las losas, la expu ls ión d isminuye hasta en un 50 %, si bien la expu ls ión de agua de la losa de sal ida hacia los acotamientos se reduce sólo en un 30 %.

92

Esfuerzos y deflexiones en pavimentos rígidos

7. 1 3 DRENAJ E EN EL CO N J U NTO SU B-BASE-ACOTAMI ENTO- LOSA

I ndudablemente el agua que pudiese _ acumu larse en la interfase losa-superfic ie de apoyo, y part icu larmente e l agua que no puede tener sal ida fáci l en las or i l las o extremos del pavimento, ocasiona problemas severos en la estabi l idad a este ú lt imo de manera i ntegral .

En términos d e l a erosionab i l idad d e sub-bases o acota­mientos, podemos decir que existen reglas básicas para evitar fuertes deterioros en la superfic ie de apoyo de las l osas 1 8:

* Para efectos prácticos, los fi nos, por la abrasión en las ori l l as de las j untas, pueden ser despreciados como agentes i ndeseables en la eros ionabi l idad de la capa de apoyo o en la capa de sub-base en particu lar .

* Se debe mantener e l sel lante impermeable en l a zona de juntas, a fi n de evi tar e l i ngreso y mov im iento de fi nos vía agua hacia los acotamientos o a otras zonas adyacen­tes de la losa.

* El movimiento o �igración de fi nos de capas i nfer iores hacia el lecho i nfer ior de las losas se puede evitar d i señando y construyendo una capa sub-base granu lar para drenar.

U na de las formas de evitar la eros ión, es a través de acotamientos pavimentados, lo cual , desde l uego, dependerá de los anál i s i s de costo entre lo que imp l i ca co locar los (ya sea en la etapa i n ic ia l constructiva) o bien, el costo por u n deter ioro más rápido debido a que no exi ste el confi namiento lateral producto del acotam iento.

Hoy d ía, el empleo de acotamientos pavimentados parece ser obl igado en el caso de autopi stas o cam i nos con tránsito muy pesado, así como en áreas en donde las sal idas y accesos a caminos de primer orden ocurren a poco espaciam iento.

Referencias

1 Kel lerher, K . , Larson, R.M., The Design of P la in Doweled Jo inted Concrete Pavement, " Proceed i ngs from the 4th l nterna­t ional Conference On Concrete Pavement Design And Reha­b i l itation, Purdue U n iversity, West Lafayette, I N, Apr i l 1 989.

Anderson, O.A., K i l aresk i , W.P. , Luhr, D .R.A. "Fourth Cycle of Pavement research at the Pennsylvan ia Transportation re­search Fac i l ity - Vol . 711, Fourth Cycl e of Pavement Research Summary Report, FHWNPAS - 84 -029, Pennsy lvan ia Depart­ment of Transportation, Harrisburg, PA, December 1 984.

2 Darter, M. Y., E . J . Barenberg, 1 977. Design of Zero -Mai ntenance P la in Jo inted Concrete Pavement, Report No FHWA - RD - 77 - 1 1 1 , Vol . 1 , Federal H ighway Adm in istration.

Esfuerzos y deflexiones en pavimentos rígidos

3 Picket, G . , G . K. Ray, 1 95 1 . " l nfl uence Charts Far Concre­te Pavement", Transactions, ASCE, VOL. 1 1 6, pp. 49 - 73 .

4 lonn ides, A. M. , M .R. Thompson, and E .J . Barenberg, 1985. "Westergaard Sol utions Reconsidered" . Transportation Research Record 1 043, Transportation Research Board, pp. 1 3 - 23 .

5 Westergaard, H .M. , 1 926 " Stressed i n Concrete Pavement Computed by Theoretica l Analysis", Pub l ic Roads, Vol . 7, pp. 25 - 35

6 Frans Van Cauwelaert, Phd. "A Rigorous Anal lytica l Sol u­tion of a Concrete S lab Submitted to I nterior And Edge Loads With No, Partia l , and F u l l Shear Transfer at The Edge", 5th lnternational Conference On Concrete Pavement Oesign & Rehabi l i tat ion, Purdue U n iversity, Abr i l 22 a 23 de 1 993 . Ver también referencia 4 .

7 H udson, e t a l . Aggregate and Paved Surface Oesign and Rehab i l i tation Manual far Low - Vol ume Roads, Federa l H ig­way Admin istrat ion.

Oarter, M . I . , Becker, J .M . Snyder, M.B. And Sm ith, R.E . "Port land Cement Eva l uation (COPES)", National Cooperative H ighway Resesarch Program Report 277, Transportation Re­search Board, Wash ington O .C. , 1 985 .

8 Port land Cement Association & American Concrete Pave­ment Association, ACPA, " Oesign and Construction of Joi nts far Concrete H ighways" , TB- 0 1 0.00, y IS 060.0 1 .

9 Fr iberg, B . F . , 1 940 " Oesign of Oowels i n Tran�verse · Joints Of Concrete Pavements", Transactions, ASCE, Vol . 1 05 , .

1 076-1 095 .

1 0 PCA, "Jo int Oesign far Concrete H ighways and Street : Pavements", 1 975, Port land Cement Association.

Capítulo 7

1 1 "Research Joints and Cracks i n Rigid and F lexib le Pavements", Peterson, O.E . NCH RP Synthesis of H ighways Practice 98, Transportation Research Board, Oecember 1 982.

1 2 Structural Oesign Considerations far Pavement Joints", Reported by ACI Commite 325, Journal of the American Con­crete l nstitute, J u ly 1 956.

1 3 "Corrosion of Meta l s i n Concrete", ACI 201 . 2R-77, Re­afirmed 1 982, ACI Committee 201 Report, American Concrete lnstitute, Oetroit, 1 989.

1 4 Nichols, T.H . and Hoffman, G . L. , "Mach ine l nsertion of P lastic-Coated Oowel Bars In Portland Cement Concrete Pave­ments", Research Proyect No 78-8, Mater ia ls and Test ing Divi­sion, Pennsylvania Oepartment of Transportation, May 1 980.

1 5 "Optim ized Performance at Concrete Pavement Joints", Sh i raz O . Tayabj i , Construction Technology Laborator ies, A Oivision of the Port land Cement Association, Skokie, l l l i nois.

1 6 "Hydrau l ique du Pompage des Chaussees en Béton ' , C .P. Nguyen. Bu l let ing de Lia ison Labo. P et Ch. 93, Jan-Fev 1 978, 1 2p. "The hydrau l ics of pumping of Concrete Pave­ments: Theoretical Approach and Resu l ts of measurements in the Laboratory and on Motorways. Bu l leti n de Liaison des Laborato ires des ponts et Chaussees, N uméro spécial V I I I , J u ly 1 979, 1 6 p.

1 7 Ver la segunda publ icación de la Ref. anterior

1 8 Ver por ejemplo los sigu ientes estudios: 1 ) W. Cu iden "Pavement Fault ing Study", Office of Mater ia ls and Tests, Georgia OOT, F ina l report, May 1 975, 20 pp. ; y 2) 0. L. Spe l lman, J .H . Woodstrom and F. nea l . "PCC Pavement Per­formance ", Ca l iforn ia Oepartament of Transportation, Tudy 1 9-635254, 1 974.

93

Capítulo 8

Cargas por tránsito

Q u izá éste sea el factor más importante a considerar en e l d i seño de pavimentos. E l aspecto del tránsito debe con­

siderar tanto la geometr ía de las cargas o la configuración de los veh ícu los, como la d i str i bución e i ntensidad de cargas. Exi sten tres formas bás icas de cons iderar los efectos de los vehícu los: tránsito fijo, veh ícu lo fijo, y veh ícu los y tránsitos var iables.

8. 1 TRAN SITO F I JO

D e acuerdo con e l cr i ter io d e tránsito fijo, toda l a d i str i bu­ción veh icu lar se convierte a una carga de l lanta senci l la equ ivalente, CLLSE, la cual determ ina el espesor del pavimen­to. Por esa razón, se uti l iza e l método de l lanta senci l la para el diseño. Este enfoque se emp lea más en aeropuertos o en carreteras con tráns i to muy pesado y de bajo volumen. Lo que se hace es d i señar para la carga mayor que se pueda antic ipar. S i bien no se emplea de manera ruti naria, es conven iente mostrar más adelante la forma de transformar las cargas por arreglos mú lt i p les de l lantas a una carga senc i l la .

· 8.2 VEH I C U LO F I JO

E l espesor de l pavimento viene regido por e l número de repeticiones de carga de un veh ícu lo estándar o de carga por

' eje de peso nomi na l , usua lmente de 8 .2 ton ( 1 8 k ips). Así, toda .. la d i str ibución de veh ícu los, o de ejes senci l los, tandem, o ' tr ip les, se transforman a los citados ejes nominales de 1 8 k ips '. med iante factores de carga por eje equ ivalentes, FCEE . A tales ejes ya norma l izados se les denomina comúnmente ESAL's,

' por sus s ig las en i nglés (Equ ivalent S i ngle Axis Loads) .

Las repeticiones de una carga por ejes cua lqu iera, senci l la, o cargas de ejes m ú l tip les, se mu lt ip l ica por los FCEE corres­pond ientes para obtener los efectos de los ejes reales en

térm inos de ejes normal izados o ESAL's. Es este valor de tránsito el que se ut i l iza en el d iseño. Evidentemente, dada la gran var iedad en configuración e intensidades de carga que representa la gran d iversidad de veh ícu los en nuestros d ías, este método de aná l is i s se ha vuelto muy popu lar.

8.3 VEH ICU LO Y TRAFICO VARIABLES

Con este enfoque lo s veh ícu los y var iables se toman en cuenta por separado e ind ividualmente para eva l uar su s efectos en el futuro pav imento. Todo el lo se real iza formando grupos de cargas s im i lares, para l uego determ inar y sumar los efectos separados de cada grupo, ta les como esfuerzos, deformaciones y deflexiones. Los enfoques mecan íst icos son los que ut i l izan este método de transformar e l tránsito, ya que se le ap l i can var ios n iveles de carga a una estructura de pavimento dada y se estudian sus respuestas, empleando para e l lo computadoras. Dentro de las metodologías más conocidas que emplean este enfoque está e l de la Portland Cement Association, la PCA, que se descr ibe más adelante.

8.4 ANALI S IS DE DAÑO, CONCEPTO G EN ERAL

Una de l a s formas de raciona l izar más la d i str i bución de tránsito, desde el punto de vista de la variación de las condi­ciones de apoyo, es asignar per íodos por año. Adiciona lmente, se podrá suponer un cierto número de grupos de veh ícu los con características defi n idas cada uno de el los. De esta manera, para tomar en cuenta las var iaciones estacionales algunos autores proponen d iv id ir cada año en un máximo de 24 per íodos, cada uno con 24 grupos de cargas. La AASHTO, a su vez, propone hacer ajustes mensua les al módu lo de reac-

95

Capítulo 8

ción (ki ) , basándose en los registros de precipitaciones p luvia­les, y por ende, en las var iaciones estacionales en la resistencia de los sue los. En los aná l is i s mecan ísticos, lo que se hace es mu lt ip l icar ta les módu los, o las matr ices resu l tantes de carac­terizar cada una de l as capas med iante los k i , por un factor de ajuste estaciona l .

En e l caso de los pavimentos r ígidos es relativamente común asociar el daño por fatiga con el agrietamiento, y se defi ne en términos de un índ ice de agrietamiento, IA, y que conceptua l mente se puede expresar como:

p m

D r = """ """ n i,j

� � N · · 1 ,J i=1 j=1

En donde:

Dr = relación de daño al fi nal de un año

Ec. 8 . 1

n i ,j = es e l número de repeticiones de cargas j pronosticado en el per íodo " i "

N i,j = el número de repeticiones de carga permis ib le

p = número de per íodos en cada año

m = número de grupos de carga

Nótese que la vida de d i seño es [1 /Dr]

Durante la vida del proyecto cada año se puede considerar con propiedades de mater ia les constantes. A l ternativamente, y de manera recomendable, cada año podrá d ivid irse en cuatro estaciones, en doce meses o en 24 per íodos, cada uno de el los con características d i ferentes de mater ia les.

Para e l caso de un pavimento de concreto, se puede obtener el número de repeticiones de carga permis ib les med iante la ecuación:

Lag Nf = f, - Í2 (cr/ Mr) Ec. 8 .2

Aqu í:

Nf = número de repeticiones permisi b les

cr = esfuerzo de flexión en la losa

Mr = módu lo de ruptura del concreto

f, y Í2 = constantes de fatiga a determi narse en laboratorio

Darter y Barenberg ( 1 977), en sus trabajos sobre d i seño de pavimentos junteados para manten im iento cero 1 proponen valores de fi = 1 6 .6 1 y de Í2 = 1 7.6 1 . La Portland Cement Association, PCA, propone las s iguientes relaciones para e l valor de Nf:

96

cr Para Mr � 0. 55 LogNf � 1 1 . 3 7 - 1 2 .077( �r) Ec. 8 .3

Cargas por tránsito

P/2 ! ! P/2

�a

Figura 8.1 Viga para ensaye de fatiga.

cr { 4.2577 ]3'268 Para 0.45 < -M < O.SS Nf

/ Ec. 8 .4 r cr Mr - 0.4325

cr Para Mr � 0.4S Nf = s in l ím ite Ec. 8.5

Ensayes de fatiga en concreto hidráulico

Se emplea una viga con una sección transversa l de 7.6 cm y de 38 cm de largo, la cual se somete a repeticiones de carga flexionante. La carga normalmente se ap l i ca a los tercios med ios de la pieza, a una velocidad de 1 a 2 cargas por segundo y una duración de 0 . 1 seg. Los esfuerzos en las fi bras extremas se calcu lan med iante la ecuación:

3 a P cr = --b h 2 Ec. 8.6

E l módu lo de ruptura puede obtenerse de manera s im i lar otra viga, sólo que la carga se apl i ca estát ica a una ve locidad constante, según se especifica en la norma ASTM C78 ( "Prueba para la determinación de la resi stencia a la flex ión del concreto usando una viga s imple con carga a l tercio med io") . La ecua­ción 8 .6 se apl ica cuando se presenta la ruptura a la tens ión en la superfic ie fuera del tercio med io . Cuando la ruptura se presenta en tal superficie pero dentro de l tercio, e l módu lo de ruptura se obtiene como:

P x l M r = --2 = Se b h Normalmente se fabri can v igas de concreto de 1 5 x 1 5 x

50 cm.

Si bien en términos de fatiga no se han establecido l ímites de pasadas o repeticiones de carga, aun cuando éstas están entre 1 0 y 20 m i l l ones, se considera que el concreto no fal lará para cuando la relación (O/Mr) < 0.50 . Para cuando se asigne un 50 % de probabi l idad de que se presente la fal la, es aceptable uti l izar la siguiente ecuación:

Cargas por tránsito

Log N r � 1 7.61 - 1 7.61(�) Ec. 8 . 7

Esta ecuación es igual a la citada en párrafos anteriores, sólo que ahora se asignan va lores de f1 y fa = 1 7. 6 1 . Los estud ios real izados por var ios autores han demostrado que los tránsitos de fa l la para d iferentes relaciones de [ª/Mr] son sens ib lemente mayores a los propuestos por la PCA. De esta manera, este ú ltimo enfoque de d iseño resu l ta a lgo conservador.

8.5 CARGA DE U NA LLANTA SENCI LLA EQU IVALENTE

Hi stór icamente, el d i seño de pavimentos flex ib les se apoyó en el empleo de una carga inducida por una l lanta senci l la . Posteriormente y ante e l adven imiento de aviones de combate estadoun idenses, surgió la necesidad de modelar s i stemas de carga con ejes de dos l lantas. S i n embargo, por d i ferentes

' razones se optó por ap l icar só lo un ajuste al modelo anterior de una l lanta para ser ap l icado a s i stemas dua les de l l antas.

Depend iendo de la teor ía empleada para comparar l lantas senci l las con s i stemas m ú lt ip les de l lantas se obtienen los valores de CLLSE . Para determ inar los efectos de d i ferentes factores en las CLLSE se han rea l izado estudios, supon iendo que las áreas de contacto son iguales en ambos casos (Hung, 1 9692) . El va lor de CLLSE dependerá del cr i ter io (deflexiones, deformaciones o esfuerzos) q ue se s iga para real izar e l aná l is is . Independientemente de l cr i ter io de anál is i s seleccionado, el valor de CLLSE se i ncrementa con la relación del espesor a l módu lo del pavimento; también aumenta conforme d isminuye la separación de las l lantas en s istemas m úl ti ples.

Los va lores de CLLSE pueden determ inarse teóricamente o a parti r de pruebas experimenta les con med ición de esfuerzos y deformaciones. Desde l uego, también pueden establecerse a parti r de tramos de prueba, como las rea l izada por la AAS­HTO en 1 959 . Cua lqu ier enfoque teórico deberá ser sometido a exper imentación y verifi cado mediante las observaciones directas en tramos experimentales. Esto es más vá l ido en tanto se uti l i cen métodos empír icos de d i seño que dependan en gran parte de la va l uación del tráns i to, como la AASHTO. Se pueden obtener resu l tados erróneos cuando se uti l izan CLLSE obteni­dos por med io de d iferentes metodologías o enfoques y se emplean como parámetros de entrada en un juego de curvas de d i seño part icu lar . Según se menciona anter iormente, exi s­ten en el caso de pavimentos flexib les cuatro formas básicas para eva luar las CLLSE :

* Criter io de esfuerzos iguales.

* Criter io de deflex iones iguales.

* Criter io de deformaciones a tensión iguales.

* Criter io de presiones de contacto iguales.

Capítulo 8

8.6 FACTOR DE EQU IVALENCIA DE CARGA POR EJ E

De acuerdo con la sección 8 .2, se requ iere un factor de equ iva lencia de carga por eje (FCEE) para cuantifi car e l tránsito real a un cierto número de ejes norma l izados. Resu ltados experimenta les obten idos desde los años ci ncuenta en los Estados Un idos sugir ieron que el efecto de daño provocado por una masa cua lqu iera -usualmente denominada carga- pue­de ser representado · por un cierto número de ejes de peso conocido. Esta es la razón por la cual se in troduce el concepto de FCEE, el cual defi ne el daño causado en un pavimento por el paso de un eje senci l lo en re lación con el daño causado por el paso de una carga por un eje estándar, normalmente de 8.2 ton ( 1 8 k ips). Es decir, e l número de pasadas de un eje dado se normal izan respecto a l eje estándar de peso conocido. Por ejemplo, una apl icación de un eje senc i l l o de 6 ton provoca un daño igua l a 0.23 apl icaciones de un eje de 8 .2 ton ( 1 8 kips) . E l tramo exper imental de AASHTO, por ejemplo, ind ica que fueron necesar ias cuatro pasadas de un eje de 6 ton para i nducir e l m ismo daño (o reducir el índ ice de servicio) que el producido por e l eje estándar.

E l d i seño de un pavimento dado vendrá d ictado por un número total de pasadas de estos ejes estándares en la vida de proyecto, este número o ESAL's de d i seño se puede expresar como:

m

ESAL = L F ¡ n ¡ i=1

Donde:

m = número de grupos de ejes de carga

Ec. 8 .. 8

F¡ = es el factor de equ iva lencia de carga por eje, FCEE del i-ésimo grupo de eje de carga

n¡ = número de pasadas

El FCEE depende del t ipo de pavimento, espesor o de la capacidad estructural , y e l índ ice de servicio term inal o n ivel de rechazo que se considere para la estructura del pavimento. Estos valores son empír icos, y normalmente se uti l izan los proporcionados por la AASHT03 y se proporcionan en las tab las 8 .4 a 8 . 1 2 . Los FCEE también pueden ser estimados teóricamente basándose en cri ter ios de fal l a o en condiciones de esfuerzos y deformaciones cr íticas.

8.7 ANALI S IS DE TRAFICO

Tal como se mencionó anteriormente, el d i seño fi nal de cualqu ier pavimento estará regido por e l número de repeticio­nes de los ejes de cada uno de los grupos de veh ícu los durante el per íodo de d i seño. Los vol úmenes de tránsito serán determi­nados a través de med iciones en campo med iante báscu las de

97

Capítulo 8

cargas móv i les. Podrán emplearse los regi stros con que cuenta las instancias de gobierno encargadas de los caminos estata les o federa les. Es común obtener el tránsito veh icular d iario actual e i n icial total en ambas d irecciones. Estos vol úmenes se ven afectados por factores d i reccionales y de d i stri bución para obtener e l tránsito d iario para e l carr i l de d i seño. Este tránsito consiste en uno promed io durante el per íodo de d iseño. Habrá que afectar lo por un factor de crecim iento. S i se tiene un número tota l de repeticiones n¡ del i-és imo grupo de cargas, entonces se deberá ca lcular lo como :

n ¡ = (no) i (F .C.) (D) (C) (365) (A) Ec. 8 .9

Donde:

(no) i = número in ic ia l de repeticiones por d ía en e l i-ésimo grupo de cargas

F .C. = factor de crecim iento

D = factor d ireccional . Normalmente igual a 0.5

e = factor de d istr i bución por carr i l

A = per íodo de d i seño (en años)

Si el d iseño se basa en ESAL's, emonces el total del número i n ic ia l de repeticiones para e l i-ésimo grupo de carga puede calcu larse como:

(no) i = (p¡ F ¡ . ) (TPD)o . (T) . (P) Ec. 8. 1 0

E n esta ecuación, p¡ es e l porcentaje del total de repeticiones para e l i-és imo grupo de veh ícu los o de cargas, Fi es e l factor de equ ivalencia para transformar a ejes norma l i zados de 1 8 k ips -FCEE- para e l i-és imo grupo de veh ícu los, T es e l porcen­taje de camiones dentro del tránsito promed io d iar io, TPD. P es el promed io de ejes por camión pesado.

Sustituyendo el va lor de (no) i dentro de la ecuación anterior para n¡ y sumando para todos los grupos de ejes de carga, el número tota l de ejes senci l l os equ ivalentes, ESALs, para e l carr i l de d iseño será:

ESAL's =[� p; f} TPD) o (T) (P) {f.C) (D) (C) (365) (A) Ec.8. 1 1

Tránsito pesado promedio

Algunos métodos uti l i zan como parámetros i nformación tan importante como el promed io de tránsito pesado (ADTT por sus siglas en i nglés; así es como aparece en el método de la PCA, por ejemplo) . Este va lor puede conocerse numér ica­mente si se cuenta con monitoreo del tránsito, o bien puede estimarse como porcentaje del TPD. Esto es más fáci l en tanto se cuente con i nformación de cami nos cercanos cuyos patro­nes de tránsito, tendencias de crecim iento y composiciones son conocidos. Ambas cosas se faci l i tan, ya que en la actua l i­dad hay equ ipo senci l lo para el pesaje de veh ícu los en movi­miento.

98

Cargas por tránsito '.

Factor de tránsito pesado. FTP

Es el cociente que se obtiene de d ivid ir el tota l de ESAL's que representan todo el conjunto de ejes de cam iones pesados entre el número de estos ú lt imos

FTP = ESA�'s

No camiones

Este factor se puede ap l icar a todos los camiones, excepto en aque l los casos en que se prevea que el crecim iento es d iferente para cierto grupo de cam iones pesados, en cuyo caso ·

se mu lt ip l icará cada grupo por su factor respectivo. Conocido e l tránsito, e l va lor de FTP puede conocerse, supon iendo el n ive l de rechazo, Pt, y un espesor tentativo de la losa de rodamiento, Df. De esta manera se podrá entrar a tab las y encontrar los factores de equ iva lencia, FCEE, correspond ien­tes.

Factor de crecimiento, F. C.

E l factor de crecim iento, F .C. , puede determ inarse asignan­do una tasa de crecim iento constante, r, al tráns i to promed io en toda la vida de proyecto :

F .C. = [1 + (1 + r)A ] Ec. 8 . 1 2

La PCA uti l iza e l tráns i to a la m itad del per íodo de d iseño como el de d iseño:

F .C. = (1 + r)o.s A

Ver la tabla 8 . 1 .

Crecimiento anual, en %

1 .0

1 .5

2.0

2.5

3.0

3.5

4.0

4.5

5.0

5.5

6.0

Ec.8. 1 3

Tabla 8.1

Período de diseño Período de diseño de 20 años de 40 años

1 . 1 1 .2

1 .2 1 .3

1 .2 1 .5

1 .3 1 .6

1 .3 1 .8

1 .4 2.0

1 .5 2.2

1 .6 2.4

1 .6 2.7

1 .7 2.9

1 .8 3.2

La AASHTO y e l I nstituto del Asfa l to uti l i zan e l tránsito a lo largo de la vida del proyecto para determ inar e l factor de crecim iento tota l :

( 1 + r)A -( F .C ) tota l = (F .C) . (A) = -'-----'----- Ec. 8 . 1 4

Cargas por tránsito Capítulo 8

Tabla 8.2 Tasa de crecimiento anual, r, porcentaje

Período de Sin 2 4

diseño, años crecimiento

1 1 .0 1 .0 1 .0

2 2.0 2.02 2.04

3 3.0 3.06 3. 1 2

4 4.0 4. 1 2 4.25

5 5.0 5.20 5.42

6 6.0 6.31 6.63

7 7.0 7.43 7.9

8 8.0 8.58 9.21

9 9.0 9.75 1 0.58

1 0 1 0.0 1 0.95 1 2.01

1 1 1 1 .0 1 2. 1 7 1 3.49

1 2 1 2.0 1 3.41 1 5.03

1 3 1 3.0 1 4.68 1 6.63

1 4 1 4.0 1 5.97 1 8.29

1 5 1 5.0 1 7.29 20.02

1 6 1 6.0 1 8.64 21 .82

1 7 1 7.0 20.01 23.70

1 8 1 8.0 21 .41 25.65

1 9 1 9.0 22.84 27.67

20 20 24.30 29.78

25 25 32.03 41 .65

30 30 40.57 56.08

35 35 49.99 73.65

Porcentaje de ESAL's ambas direcciones 18 ki s en el carril de diseño

1 00

2 80 - 1 00

3 60

4 50 - 75

5 6 7 8 1 0

1 .0 1 .0 1 .0 1 .0 1 .0

2.05 2.06 2.07 2.08 2. 1 0

3. 1 5 3. 1 8 3.21 3.25 3.31

4.31 4.37 4.44 4.51 4.64

5.53 5.64 5.75 5.87 6.1 1

6.80 6.98 7. 1 5 7.34 7.72

8. 1 4 8.39 8.65 8.92 9.49

9.55 9.90 1 0.26 1 0.64 1 1 .44

1 1 .03 1 1 .49 1 1 .98 1 2.49 1 3.58

1 2.58 1 3. 1 8 1 3.82 1 4.49 1 5.94

1 4.21 1 4.97 1 5.78 1 6.65 1 8.53

1 5.92 1 6.87 1 7.89 1 8.98 21 .38

1 7.71 1 8.88 20. 1 4 21 .50 24.52

1 9. 1 6 21 .01 22.55 24.21 27.97

21 .58 23.28 25. 1 3 27. 1 5 31 .77

23.66 25.67 27.89 30.32 35.95

25.84 28.21 30.84 33.75 40.55

28. 1 3 30.91 34.00 37.45 45.60

30.54 33.76 37.38 41 .45 51 . 1 6

33.06 36.79 41 .00 45.76 57.28

47.73 54.86 63.25 73. 1 1 98.35

66.44 79.06 94.46 1 1 3.28 1 64.49

90.32 1 1 1 .43 1 38.24 1 72.32 271 .02

del 1 00 %. En los casos de autopistas o caminos de más de dos carri les, r ige e l de baja o e l exter ior.

La d istr i bución de cam iones pesados en carreteras de carr i­les mú ltip les ha sido estud iada en los Estados un idos (Darter et al, 1 985\ y de estos estudios se desprende que de 1 29 s itios monitoreados en e l per íodo 1 982 a 1 983 en sei s estados, e l porcentaje ta l factor var ía de 66 a 94 % para cam inos de cuatro carr i les.

S i la tasa de crecim iento es cero, el factor de crecim iento será el del período de aná l i s i s . Ver valores de esta ecuación en la tabla 8 .2 .

En el caso de autopistas de más de tres en cada d i rección, e l rango es de 49 a 82 % .

Con esta información, l a PCA5 desarrol ló una gráfica para obtener los porcentajes de veh ícu los pesados para el carr i l de diseño cuando ya se conoce el tránsito promedio d iario. TPD (Ver figura 8.2)

Este factor de crecim iento (F .C. ) mu lt ip l icado por la estima­ción del tránsito d urante el primer año dará e l tránsito tota l , en ESAL 's, en e l per íodo de d iseño.

Factor de distribución por carril

Sólo en los casos en que ex i stan dos carri les, cada uno de el los representará e l de d iseño; este factor de d istr ibución será

Se puede establecer un rango común en los valores del factor de d istr ibución (Ref. 3):

En el capítu lo 9 se proporciona un ejemplo de apl icación .

99

Capítulo 8

TOP en un carril, mi les

100

10

Fuente: PCA, 1 984

0.55 0.6 0.65 0.7 0.75 0.8 0.85

Proporción de camiones en el carril de baja

Figura 8.2 Factor de distribución por carril

Cargas por tránsito

0.9

Tabla 8.4 Factores de e uivalencia de car a ara avimentos rí idos, e·es sencil los Pt de 2.0

Carga Por Espesor de losa cm

eje (ton) 1 5 1 7.5 20 23 25 28 30 33 35.5

1 0.0002 0.0002 0.0002 0.0002 0.0002 0.0002 0.0002 0.0002 0.0002

2 0.002 0.002 0.002 0.002 0.002 0.002 0.002 0.002 0 .002

3 0.01 1 0.01 0 0.01 0 0.01 0 0.01 0 0.01 0 0.01 0 0.01 0 0.01 0

4 0.035 0.033 0.032 0.032 0.032 0.032 0 .032 0.032 0.032

5 0.087 0.84 0.082 0.081 0.080 0.080 0.080 0.080 0.080

5.5 0 . 1 86 0. 1 80 0. 1 76 0.1 75 0. 1 74 0. 1 74 0. 1 73 0. 1 73 0. 1 73

6.5 0.353 0.346 0.341 0.338 0.337 0.336 0.336 0.336 0 .336

7.0 0.61 4 0.609 0.604 0.601 0.599 0.599 0.598 0.598 0.598

8 1 .00 1 .00 1 .00 1 .00 1 .00 1 .00 1 .00 1 .00 1 .00

9 1 .55 1 .56 1 .57 1 .58 1 .58 1 .59 1 .59 1 .59 1 .59

1 0 2.32 2.32 2.35 2.38 2.40 2.41 2.41 2.41 2.42

1 1 3.37 3.34 3.40 3.47 3.51 3.53 3.54 3.55 3.55

1 2 4.76 4.69 4.77 4.88 4 .97 5.02 5.04 5.06 5.06

1 3 6.58 6.44 6.52 6.70 6.85 6.94 7.00 7.02 7.04

1 4 8.92 8.68 8.74 8.98 9.23 9.39 9.48 9 .54 9.56

1 4.5 1 1 .9 1 1 .5 1 1 .5 1 1 .8 1 2.2 1 2.4 1 2.6 1 2.7 1 2.7

1 5.5 1 5.5 1 5.0 1 4.9 1 5.3 1 5.8 1 6.2 1 6.4 1 6.6 1 6.7

1 6.5 20. 1 1 9.3 1 9.2 1 9.5 20. 1 20.7 21 . 1 21 .4 21 .5

1 7 25.6 24.5 24.3 24.6 25.4 26. 1 26.7 27. 1 27.4

1 8 32.2 30.8 30.4 30.7 31 .6 32.6 33.4 34.0 34.4

1 9 40. 1 38.4 37.7 38.0 38.9 40. 1 41 .3 42. 1 42.7

20 49.4 47.3 46.4 46.6 47.6 49.0 50.4 51 .6 52.4

21 60.4 57.7 56.6 56.7 57.7 59.3 61 . 1 62.6 63.7

22 73.2 69.9 68.4 68.4 69.4 71 .2 73.3 75.3 76.8

23 88.0 84. 1 82.2 82.0 83.0 84.9 87.4 89.8 91 .7 Pt: nivel de rechazo

1 00

Cargas por tránsito Capítulo 8 - -

Tabla 8.5 Factores de e uivalencia de car a ara avimentos, e·e tandem Pt de 2.0

Carga Por Esoesor de losa, D cm eje (ton) 1 5 1 7.5 20 23 25 28 30 33 35.5

1 .0 0.0001 0.0001 0.0001 0.0001 0.0001 0.0001 0.0001 0.0001 0.0001 2.0 0.0006 0.0005 0.0005 0.0005 0.0005 0.0005 0.0005 0.0005 0.0005 3.0 0.002 0.002 0.002 0.002 0.002 0.002 0.002 0.002 0.002 4.0 0.006 0.006 0.005 0.005 0.005 0.005 0.005 0.005 0.005 4.5 0.01 4 0.01 3 0.01 3 0.01 2 0.01 2 0.01 2 0.0 1 2 0.01 2 0.01 2 5.5 0.028 0.026 0.026 0.025 0.025 0.025 0.025 0.025 0.025 6.5 0.051 0.049 0.048 0.047 0.047 0.047 0.047 0.047 0.047 7.0 0.087 0.084 0.082 0.081 0.081 0.080 0.080 0.080 0.080 8.0 0. 1 41 0 . 1 36 0. 1 33 0. 1 32 0. 1 31 0. 1 31 0 . 13 1 0. 1 31 0. 1 31 9.0 0.21 6 0.21 0 0.206 0.204 0.203 0.203 0.203 0.203 0.203

1 0.0 0.31 9 0.3 1 3 0.307 0.305 0.304 0.303 0.303 0.303 0.303

1 1 .0 0.454 0.449 0.444 0.441 0.440 0.439 0.439 0.439 0.439

1 2.0 0.629 0.626 0.622 0.620 0.61 8 0.61 8 0.61 8 0.61 8 0.61 8

1 3.0 0.852 0.851 0.850 0.850 0.850 0.849 0.849 0.849 0.849

1 4.0 1 . 1 3 1 . 1 3 1 . 1 4 1 . 1 4 1 . 1 4 1 . 1 4 1 . 1 4 1 . 1 4 1 . 1 4

1 4.5 1 .48 1 .48 1 .49 1 .50 1 .51 1 .51 1 .51 1 .51 1 .51

1 5.5 1 .90 1 .90 1 .93 1 .95 1 .96 1 .97 1 .97 1 .97 1 .97

1 6.5 2.42 2.41 2.45 2.49 2.51 2.52 2.53 2.53 2.53

1 7.0 3.04 3.02 3.07 3. 1 3 3. 1 7 3.1 9 3.20 3.20 3.21

1 8.0 3 .79 3.74 3.80 3.89 3.95 3.98 4.00 4.01 4.01

1 9.0 4.67 4.59 4.66 4.78 4.87 4.93 4.95 4.97 4.97

20.0 5.72 5.59 5.67 5.82 5.95 6.03 6.07 6.09 6.1 0

21 .0 6.94 6.76 6.83 7.02 7.20 7.31 7.37 7.41 7.43

22.0 8.36 8. 1 2 8. 1 7 8.40 8.63 8.79 8.88 8.93 8.96

23.0 1 0.00 9.69 9.72 9.98 1 0.27 1 0.49 1 0.62 1 0.69 1 0.73

24.0 1 1 .9 1 1 .5 1 1 .5 1 1 .8 1 2. 1 1 2.4 1 2.6 1 2.7 1 2.8

24.5 1 4.0 1 3.5 1 3.5 1 3.8 1 4.2 1 4.6 1 4.9 1 5.0 1 5. 1

25.5 1 6.5 1 5.9 1 5.8 1 6. 1 1 6.6 1 7. 1 1 7.4 1 7.6 1 7.7

26.5 1 9.3 1 8.5 1 8.4 1 8.7 1 9.3 1 9.8 20.3 20.5 20.7

27.0 22.4 21 .5 21 .3 21 .6 22.3 22.9 23.5 23.8 24.0

28.0 25.9 24.9 24.6 24.9 25.6 26.4 27.0 27.5 27.7

29.0 29.9 28.6 28.2 28.5 29.3 30.2 31 .0 31 .6 31 .9

30.0 34.3 32.8 32.3 32.6 33.4 34.4 35.4 36.1 36.5

31 .0 39.2 37.5 36.8 37. 1 37.9 39. 1 40.2 41 . 1 41 .6

32.0 44.6 42.7 41 .9 42. 1 42.9 44.2 45.5 46.6 47.3

33.0 50.6 48.4 47.5 47.6 48.5 49.9 51 .4 52.6 53.5

33.5 57.3 54.7 53.6 53.6 54.6 56. 1 57.7 59.2 60.3

34.5 64.6 61 .7 60.4 60.3 61 .2 62.8 64.7 66.4 67.7

35.5 72.5 69.3 67.8 67.7 68.6 70.2 72.3 74.3 75.8

36.5 81 .3 77.6 75.9 75.7 76.6 78.3 80.6 82.8 84.7

37.0 90.9 86.7 84.7 84.4 85.3 87. 1 89.6 92. 1 94.2

38.0 1 01 .0 97.0 94. 94.0 95.0 97.0 99.0 1 02.0 1 05.0

39.0 1 1 3.0 1 07.0 1 05.0 1 04.0 1 05.0 1 07.0 1 1 0.0 1 1 3.0 1 1 6.0

40.0 1 25.0 1 1 9.0 1 1 6.0 1 1 6.0 1 1 6.0 1 1 8.0 1 21 .0 1 25.0 1 28.0

41 .6 1 38.0 1 32.0 1 29.0 1 28.0 1 29.0 1 31 .0 1 34.0 1 37.0 1 41 .0 Pt: n ivel de rechazo

1 01

Capítulo 8 Cargas por tránsito

Tabla 8.6 Factores de e uivalencia de car a ara avimentos rí idos, e·es tri les, Pt de 2.0

Carga Por Esoesor de losa. D cm

eje (ton) 1 5 1 7.5 20 23 25 28 30 33 35.5

1 .0 0.0001 0 .0001 0.0001 0.0001 0.0001 0.0001 0.0001 0.0001 0.0001

2.0 0.0003 0.0003 0.0003 0.0003 0.0003 0.0003 0.0003 0.0003 0.0003

3.0 0.001 0 0.0009 0.0009 0.0009 0.0009 0.0009 0.0009 0.0009 0.0009

4.0 0.002 0.002 0.002 0.002 0.002 0.002 0 .002 0.002 O.G02

4.5 0.005 0.005 0.005 0.005 0.005 0.005 0.005 0.005 0.005

5.5 0.01 0 O.Q 1 0 0.009 0.009 0.009 0.009 0.009 0.009 0.009

6.5 0.01 8 0.01 7 0.01 7 0.01 6 0.01 6 0.01 6 0.01 6 0.01 6 0.01 6

7.0 0.030 0.029 0.028 0.027 0.027 0.027 0.027 0.027 0.027

8.0 0.047 0.045 0.044 0.044 0.043 0.043 0.043 0.043 0.043

9.0 0.072 0.069 0.067 0.066 0.066 0.066 0.066 0.066 0.066

1 0.0 0. 1 05 0. 1 01 0.099 0.098 0.097 0.097 0.097 0.097 0.097

1 1 .0 0. 1 49 0. 1 44 0. 1 41 0. 1 39 0.1 39 0 . 1 38 0 . 1 38 0 . 1 38 0. 1 38

1 2.0 0 .205 0 .1 99 0. 1 95 0.1 94 0. 1 93 0 . 1 92 0 . 1 92 0 . 1 92 0 . 1 92

1 3.0 0.276 0.270 0.265 0.263 0.262 0.262 0.262 0.262 0.261

1 4.0 0.364 0.359 0.354 0.351 0.350 0.349 0.349 0.349 0.349

1 4.5 0.472 0.468 0.463 0.460 0.439 0.458 0.458 0.458 0.458

1 5.5 0 .603 0.600 0.596 0.594 0.593 0 .592 0.592 0 .592 0 .592

1 6.5 0.759 0.758 0.757 0.756 0.755 0.755 0.755 0.755 0.755

1 7.0 0.946 0.947 0.949 0.950 0.951 0.951 0.951 0.951 0.951

1 8.0 1 . 1 7 1 . 1 7 1 . 1 8 1 . 1 8 1 . 1 8 1 . 1 8 1 . 1 8 1 . 1 8 1 . 1 9

1 9.0 1 .42 1 .43 1 .44 1 .45 1 .46 1 .46 1 .46 1 .46 1 .46

20.0 1 .73 1 .73 1 .75 1 .77 1 .78 1 .78 1 .79 1 .79 1 .79

21 .0 2.08 2.07 2. 1 0 2. 1 3 2.1 5 2 . 1 6 2. 1 6 2 . 1 6 2 . 1 7

22.0 2.48 2.47 2.51 2.55 2.58 2.59 2.60 2.60 2.61

23.0 2.95 2.92 2.97 3.03 3.07 3.09 3. 1 0 3 . 1 1 3 . 1 1

24.0 3.48 3.44 3.50 3.58 3.63 3.66 3.68 3.69 3.69

24.5 4 .09 4.03 4.09 4.20 4.27 4.31 4.33 4.35 4.35

25.5 4.78 4.69 4.76 4.89 4.99 5.05 5.08 5.09 5. 1 0

26.5 5.57 5.44 5.51 5.66 5.79 5.87 5.91 5.94 5.95

27.0 6.45 6.29 6.35 6.53 6.69 6.79 6.85 6.88 6.90

28.0 7.43 7.23 7.28 7.49 7.69 7.82 7.90 7.94 7.97

29.0 8.54 8.28 8.32 8.55 8.80 8.97 9.07 9. 1 3 9 . 1 6

30.0 9.76 9.46 9.48 9.73 1 0.02 1 0.24 1 0.37 1 0.44 1 0.48

31 .0 1 1 . 1 1 0.8 1 0.8 1 1 .0 1 1 .4 1 1 .6 1 1 .8 1 1 .9 1 2.0

32.0 1 2.6 1 2.2 1 2.2 1 2.5 1 2.8 1 3.2 1 3.4 1 3.5 1 3.6

33.0 1 4.3 1 3.8 1 3.7 1 4.0 1 4.5 1 4.9 1 5. 1 1 5.3 1 5.4

33.5 1 6. 1 1 5.5 1 5.4 1 5.7 1 6.2 1 6.7 1 7.0 1 7.2 1 7.3

34.5 1 8.2 1 7.5 1 7.3 1 7.6 1 8.2 1 8.7 1 9. 1 1 9.3 1 9.5

35.5 20.4 1 9.6 1 9.4 1 9.7 20.3 20.9 21 .4 21 .7 21 .8

36.5 22.8 21 .9 21 .6 21 .9 22.6 23.3 23.8 24.2 24.4

37.0 25.4 24.4 24. 1 24.4 25.0 25.8 26.5 26.9 27.2

38.0 28.3 27. 1 26.7 27.0 27.7 28.6 29.4 29.9 30.2

39.0 31 .4 30. 1 29.6 29.9 30.7 31 .6 32.5 33.1 33.5

40.0 34.8 33.3 32.8 33.0 33.8 34.8 35.8 36.6 37. 1

41 .0 38.5 36.8 36.2 36.4 37.2 38.3 39.4 40.3 40.9 Pt: nivel de rechazo

1 02

Cargas por tránsito Capítulo 8

Tabla 8.7 Factores de e uivalencia de car a ara avimentos rí idos, e"es sencillos, Pt de 2.5 Carga Por Esoesor de losa D, cm

eje (ton) 1 5 1 7.5 20 23 25 28 30 33 35.50 1 .0 0.0002 0.0002 0.0002 0.0002 0.0002 0.0002 0.0002 0.0002 0.0002 2.0 0.003 0.002 0.002 0.002 0.002 0.002 0.002 0.002 0.002 3.0 0 .0 1 2 0.01 1 0.01 0 0.01 0 0.01 0 0.01 0 0.01 0 0.01 0 0.01 0 4.0 0.039 0.035 0.033 0.032 0.032 0.032 0.032 0.032 0.032 4.5 0.097 0.089 0.084 0.082 0.081 0.080 0.080 0.080 0.080 5.5 0 .203 0 .1 89 0.1 81 0. 1 76 0. 1 75 0. 1 74 0. 1 74 0. 1 73 0. 1 73 6.5 0.376 0.360 0.347 0.341 0.338 0.337 0.336 0.336 0.336 7.0 0.634 0.623 0.61 0 0.604 0.601 0.599 0.599 0.599 0.598

8.0 1 .00 1 .00 1 .00 1 .00 1 .00 1 .00 1 .00 1 .00 1 .00

9.0 1 .51 1 .52 1 .55 1 .57 1 .58 1 .58 1 .59 1 .59 1 .59

1 0.0 2.21 2.20 2.28 2.34 2.38 2.40 2.41 2.41 2.41

1 1 .0 3 . 1 6 3. 1 0 3.22 3.36 3.45 3.50 3.53 3.54 3.55

1 2.0 4.41 4.26 4.42 4.67 4.85 4.95 5.01 5.04 5.05

1 3.0 6.05 5.76 5.92 6.29 6.61 6.81 6.92 6.98 7.01

1 4.0 8 . 1 6 7.67 7.79 8.28 8.79 9. 1 4 9.35 9.46 9.52

1 4.5 1 0.8 1 0. 1 1 0. 1 1 0.7 1 1 .4 1 2.0 1 2.3 1 2.6 1 2.7

1 5.5 1 4. 1 1 3.0 1 2.9 1 3.6 1 4.6 1 5.4 1 6.0 1 6.4 1 6.5

1 6.5 1 8.2 1 6.7 1 6.4 1 7. 1 1 8.3 1 9.5 20.4 21 .0 21 .3

1 7.0 23. 1 21 . 1 20.6 21 .3 22.7 24.3 25.6 26.4 27.0

1 8.0 29. 1 26.5 25.7 26.3 27.9 29.9 31 .6 32.9 33.7

1 9.0 36.2 32.9 31 .7 32.2 34.0 36.3 38.7 40.4 41 .6

20.0 44.6 40.4 38.8 39.2 41 .0 43.8 46.7 49. 1 50.8

21 .0 54.5 49.3 47. 1 47.3 49.2 52.3 55.9 59.0 61 .4

22.0 66. 1 59.7 56.9 56.8 58.7 62. 1 66.3 70.3 73.4

23.0 79.4 71 .7 68.2 67.8 69.6 73.3 78. 1 83.0 87. 1

Pt: nivel d e rechazo

1 03

Capítulo 8 Cargas por tránsito

_;4 Tábla-8.8 Factores de e uivaJencia de car a ara avimentos rí idos, e·es tandem, Pt de 2.5

Carga Por - Esoesor de losa D, cm

eje (ton) 1 5 1 7.8 20 23 25.5 28.0 30.0 33 35.5

1 .0 0.0001 0.0001 0.0001 0.0001 0.0001 0.0001 0.0001 0.0001 0.0001

2.0 0.0006 0.0006 0.0005 0.0005 0.0005 0.0005 0.0005 0.0005 0.0005

3.0 0.002 0.002 0.002 0.002 0.002 0.002 0.002 0.002 0.002

4.0 0.007 0.006 0.006 0.005 0.005 0.005 0.005 0.005 0.005

4.5 0.01 5 0.01 4 0.01 3 0.01 3 0.01 2 0.01 2 0.0 1 2 0.01 2 0.01 2

5.5 0.031 0.028 0.026 0.026 0.025 0.025 0.025 0.025 0.025

6.5 0.057 0.052 0.049 0.048 0.047 0.047 0.047 0.047 0.047

7.0 0.097 0.089 0.084 0.082 0.081 0.081 0.080 0.080 0.080

8.0 0. 1 55 0. 1 43 0. 1 36 0. 1 33 0. 1 32 0. 1 31 0 . 1 31 0. 1 31 0. 1 31

9.0 0.234 0.220 0.21 1 0.206 0.204 0.203 0.203 0.203 0.203

1 0.0 0.340 0.325 0.31 3 0.308 0.305 0.304 0.303 0.303 0.303

1 1 .0 0.475 0.462 0.450 0.444 0.441 0.440 0.439 0.439 0.439

1 2.0 0.644 0.637 0.627 0.622 0.620 0.61 9 0.61 8 0.61 8 0.61 8

1 3.0 0.855 0.854 0.852 0.850 0.850 0.850 0.849 0.849 0.849

1 4.0 1 . 1 1 1 . 1 2 1 . 1 3 1 . 1 4 1 . 1 4 1 . 1 4 1 . 1 4 1 . 1 4 1 . 1 4

1 4.5 1 .43 1 .44 1 .47 1 .49 1 .50 1 .51 1 .51 1 .5 1 1 .51

1 5.5 1 .82 1 .82 1 .87 1 .92 1 .95 1 .96 1 .97 1 .97 1 .97

1 6.5 2.29 2.27 2.35 2.43 2.48 2.51 2.52 2.52 2.53

1 7.0 2.85 2.80 2.91 3.03 3. 1 2 3. 1 6 3. 1 8 3.20 3.20

1 8.0 3.52 3.42 3.55 3.74 3.87 3.94 3.98 4.00 4.01

1 9.0 4.32 4. 1 6 4.30 4.55 4.74 4.86 4.91 4.95 4.96

20.0 5.26 5.01 5 .1 6 5.46 5.75 5.92 6.01 6.06 6.09

21 .0 6.36 6.01 6. 1 4 6.53 6.90 7. 1 4 7.28 7.36 7.40

22.0 7.64 7. 1 6 7.27 7.73 8.21 8.55 8.75 8.86 8.92

23.0 9.1 1 8.50 8.55 9.07 9.68 1 0. 1 4 1 0.42 1 0.58 1 0.66

24.0 1 0.8 1 0.0 1 0.0 1 0.6 1 1 .3 1 1 .9 1 2.3 1 2.5 1 2.7

24.5 1 2.8 1 1 .8 1 1 .7 1 2.3 1 3.2 1 3.9 1 4.5 1 4.8 1 4.9

25.5 1 5.0 1 3.8 1 3.6 1 4.2 1 5.2 1 6.2 1 6.8 1 7.3 1 7.5

26.5 1 7.5 1 6.0 1 5.7 1 6.3 1 7.5 1 8.6 1 9.5 20.1 20.4

27.0 20.3 1 8.5 1 8. 1 1 8.7 20.0 21 .4 22.5 23.2 23.6

28.0 23.5 21 .4 20.8 21 .4 22.8 24.4 25.7 26.7 27.3

29.0 27.0 24.6 23.8 24.4 25.8 27.7 29.3 30.5 31 .3

30.0 31 .0 28. 1 27. 1 27.6 29.2 31 .3 33.2 34.7 35.7

31 .0 35.4 32. 1 30.9 31 .3 32.9 35.2 37.5 39.3 40.5

32.0 40.3 36.5 35.0 35.3 37.0 39.5 42. 1 44.3 45.9

33.0 45.7 41 .4 39.6 39.8 41 .5 44.2 47.2 49.8 51 .7

33.5 51 .7 46.7 44.6 44.7 46.4 49.3 52.7 55.7 58.0

34.5 58.3 52.6 50.2 50. 1 51 .8 54.9 58.6 62. 1 64.8

35.5 65.5 59. 1 56.3 56.1 57.7 60.9 65.0 69.0 72.3

36.5 73.4 66.2 62.9 62.5 64.2 67.5 71 .9 76.4 80.2 37.0 82.0 73.9 70.2 69.6 71 .2 74.7 79.4 84.4 88.8 38.0 91 .4 82.4 78. 1 77.3 78.9 82.4 87.4 93.0 98. 1 39.0 1 02.0 92.0 87.0 86.0 87.0 91 .0 96.0 1 02.0 1 08.0 40.0 1 1 3.0 1 02.0 96.0 95.0 96.0 1 00.0 1 05.0 1 1 2.0 1 1 9.0 41 .0 1 25.0 1 1 2.0 1 06.0 1 05.0 1 06.0 1 1 0.0 1 1 5 .0 1 23.0 1 30.0

Pt: nivel de rechazo

1 04

Cargas por tránsito Capítulo 8

Tabla 8.9 Factores de e u ivalencia de car a ara avimentos rí idos, e'es tri les, Pt de 2.5 Carga Por EsDE sor de losa. D cm eje (ton) 1 5 1 7.8 20 23 25.5 28 30.0 33.0 35.5

1 .0 0.0001 0.0001 0.0001 0.0001 0.0001 0 .0001 0 .0001 0 .0001 0 .0001 2.0 0.0003 0.0003 0.0003 0.0003 0.0003 0.0003 0.0003 0.0003 0.0003 3.0 0.001 0.001 0.001 0.001 0.001 0.001 0.001 0.001 0.001 4.0 0.003 0.002 0.002 0.002 0.002 0.002 0.002 0.002 0.002 4.5 0.006 0.005 0.005 0.005 0.005 0.005 0.005 0.005 0.005 5.5 0.01 1 0.01 0 0.0 1 0 0.009 0.009 0.009 0.009 0.009 0.009

6.5 0.020 0.01 8 0.01 7 0.01 7 0.01 6 0.01 6 0.01 6 0.01 6 0.01 6

7.0 0.033 0.030 0.029 0.028 0.027 0.027 0.027 0.027 0.027

8.0 0.053 0.048 0.045 0.044 0.044 0.043 0.043 0.043 0.043

9.0 0.080 0.073 0.069 0.067 0.066 0.066 0.066 0.066 0.066

1 0.0 0 . 1 1 6 0 . 1 07 0 . 1 01 0.099 0.098 0.097 0.097 0.097 0.097

1 1 .0 0 . 1 63 0. 1 51 0. 1 44 0. 1 41 0. 1 39 0 . 1 39 0.1 38 0. 1 38 0. 1 38

1 2.0 0.222 0.209 0.200 0.1 95 0. 1 94 0. 1 93 0. 1 92 0. 1 92 0. 1 92

1 3.0 0 .295 0.281 0.271 0.265 0.263 0.262 0.262 0.262 0.262

1 4.0 0.384 0.371 0.359 0.354 0.351 0.350 0.349 0.349 0.349

1 4.5 0.490 0.480 0.468 0.463 0.460 0.459 0.458 0.458 0.458

1 5.5 0.61 6 0.609 0.601 0.596 0.594 0.593 0.592 0.592 0.592

1 6.5 0 .765 0.762 0.759 0.757 0.756 0.755 0.755 0.755 0.755

1 7.0 0.939 0.941 0.946 0.948 0.950 0.951 0.951 0.951 0.951

1 8.0 1 . 1 4 1 . 1 5 1 . 1 6 1 . 1 7 1 . 1 8 1 . 1 8 1 . 1 8 1 . 1 8 1 . 1 8

1 9.0 1 .38 1 .38 1 .41 1 .44 1 .45 1 .46 1 .46 1 .46 1 .46

20.0 1 .65 1 .65 1 .70 1 .74 1 .77 1 .78 1 .78 1 .78 1 .79

21 .0 1 .97 1 .96 2.03 2.09 2. 1 3 2. 1 5 2. 1 6 2. 1 6 2. 1 6

22.0 2.34 2.31 2.40 2 .49 2.55 2.58 2.59 2.60 2.60

23.0 2.76 2.71 2.81 2.94 3.02 3.07 3.09 3. 1 0 3 . 1 1

24.0 3.24 3 . 1 5 3.27 3.44 3.56 3.62 3.66 3.68 3.68

24.5 3.79 3.66 3.79 4.00 4. 1 6 4.26 4.30 4.33 4.34

25.5 4.41 4.23 4.37 4.63 4.84 4.97 5.03 5.07 5.09

26.5 5. 1 2 4.87 5.00 5.32 5.59 5.76 5.85 5.90 5.93

27.0 5.91 5.59 5.71 6.08 6.42 6.64 6.77 6.84 6.87

28.0 6.80 6.39 6.50 6.91 7.33 7.62 7.79 7.88 7.93

29.0 7.79 7.29 7.37 7.82 8.33 8.70 8.92 9.04 9. 1 1

30.0 8.90 8.28 8.33 8.83 9.42 9.88 1 0. 1 7 1 0.33 1 0.42

31 .0 1 0. 1 9.4 9.4 9.9 1 0.6 1 1 .2 1 1 .5 1 1 .7 1 1 .9

32.0 1 1 .5 1 0.6 1 0.6 1 1 . 1 1 1 .9 1 2.6 1 3.0 1 3.3 1 3.5

33.0 1 3.0 1 2.0 1 1 .8 1 2.4 1 3.3 1 4. 1 1 4.7 1 5.0 1 5.2

33.5 1 4.6 1 3 .5 1 3.2 1 3 .8 1 4 .8 1 5.8 1 6.5 1 6.9 1 7. 1

34.5 1 6.5 1 5. 1 1 4.8 1 5.4 1 6.5 1 7.6 1 8.4 1 8.9 1 9.2

35.5 1 8.5 1 6.9 1 6.5 1 7. 1 1 8.2 1 9.5 20.5 21 . 1 21 .5

36.5 20.6 1 8.8 1 8.3 1 8.9 20.2 21 .6 22.7 23.5 24.0

37.0 23.0 21 .0 20.3 20.9 22.2 23.8 25.2 26. 1 26.7

38.0 25.6 23.3 22.5 23. 1 24.5 26.2 27.8 28.9 29.6

39.0 28.4 25.8 24.9 25.4 26.9 28.8 30.5 31 .9 32.8

40.0 31 .5 28.6 27.5 27.9 29.4 31 .5 33.5 35. 1 36. 1

41 .0 34.8 31 .5 30.3 30.7 32.2 34.4 36.7 38.5 39.8 Pt: nivel de rechazo

1 05

Capítulo 8 Cargas por tránsito

Tabla 8.1 O Factores de e uivalencia de car a ara avimentos rí idos, e·es sencil los, Pt de 3.0

Carga Por Espesor de losa. D cm

eje (ton) 1 5 1 7.5 20 23 25 28 30 33 35.5

1 .0 0.0003 0.0002 0.0002 0.0002 0.0002 0.0002 0.0002 0.0002 0 .0002

2.0 0.003 0.003 0.002 0.002 0.002 0.002 0.002 0.002 0.002

3.0 0.01 4 0.01 2 0.01 1 0.0 1 0 O.ü1 0 0.01 0 0.01 0 0.01 0 0.01 0

4.0 0.045 0.038 0.034 0.033 0.032 0.032 0.032 0.032 0.032

4.5 0 . 1 1 1 0.095 0.087 0.083 0.081 0.081 0.080 0.080 0.080

5.5 0.228 0.202 0. 1 86 0.1 79 0. 1 76 0. 1 74 0 . 1 74 0. 1 74 0 . 1 73

6.5 0.408 0.378 0.355 0.344 0.340 0.337 0.337 0.336 0.336

7.0 0.660 0.640 0.61 9 0.608 0.603 0.600 0.599 0.599 0.599

8.0 1 .00 1 .00 1 .00 1 .00 1 .00 1 .00 1 .00 1 .00 1 .00

9.0 1 .46 1 .47 1 .52 1 .55 1 .57 1 .58 1 .58 1 .59 1 .59

1 0.0 2.07 2.06 2. 1 8 2.29 2.35 2.38 2.40 2.41 2.41

1 1 .0 2.90 2.81 3.00 3.23 3.38 3.47 3.51 3.53 3.54

1 2.0 4.00 3.77 4.01 4.40 4.70 4.87 4.96 5.01 5.04

1 3 .0 5.43 4 .99 5.23 5.80 6.31 6.65 6.83 6.93 6.98

1 4.0 7.27 6.53 6.72 7.46 8.25 8.83 9. 1 7 9.36 9.46

1 4.5 9.59 8.47 8.53 9.42 1 0.54 1 1 .44 1 2.03 1 2.37 1 2.56

1 5.5 1 2.5 1 0.9 1 0.7 1 1 .7 1 3.2 1 4.5 1 5.5 1 6.0 1 6.4

1 6.5 1 6.0 1 3.8 1 3.4 1 4.4 1 6.2 1 8. 1 1 9.5 20.4 21 .0

1 7.0 20.4 1 7.4 1 6.7 1 7.7 1 9.8 22.2 24.2 25.6 26.4

1 8.0 25.6 21 .8 20.6 21 .5 23.8 26.8 29.5 31 .5 32.9

1 9.0 31 .8 26.9 25.3 26.0 28.5 32.0 35.5 38.4 40.3

20.0 39.2 33. 1 30.8 31 .3 33.9 37.9 42.3 46. 1 48.8

21 .0 47.8 40.3 37.2 37.5 40. 1 44.5 49.8 54.7 58.5

22.0 57.9 48.6 44.8 44.7 47.3 52. 1 58.2 64.3 69.4

23.0 69.6 58.4 53.6 53. 1 55.6 60.6 67.6 75.0 81 .4 Pt: nivel de rechazo

1 06

Cargas por tránsito Capítulo 8

Tabla 8. 1 1 Factores de e uivalencia de car a ara avimentos rí idos, e·es tandem, Pt de 3.0 Carga Por EsDE sor de losa, D cm eje (ton) 1 5 1 7.5 20 23 25 28 30 33 35.5

1 .0 0.0001 0.0001 0.0001 0.0001 0.0001 0.0001 0.0001 0.0001 0.0001 2.0 0.0007 0.0006 0.0005 0.0005 0.0005 0.0005 0.0005 0.0005 0.0005 3.0 0.003 0.002 0.002 0.002 0.002 0.002 0.002 0.002 0.002 4.0 0.008 0.006 0.006 0.006 0.005 0.005 0.005 0.005 0.005 4.5 0.01 8 0.0 1 5 0.01 3 . 0.01 3 0.01 3 0.0 1 2 0.0 1 2 0.0 1 2 0.01 2 5.5 0.036 0.030 0.027 0.026 0.026 0.025 0.025 0.025 0.025 6.5 0.066 0.056 0.050 0.048 0.047 0.047 0.047 0.047 0.047 7.0 0. 1 1 1 0.095 0.087 0.083 0.081 0.081 0.081 0.080 0.080

8.0 0. 1 74 0 . 1 53 0. 1 40 0. 1 35 0. 1 32 0. 1 31 0. 1 31 0. 1 3 1 0. 1 31

9.0 0.260 0.234 0.2 1 7 0.209 0.205 0.204 0.203 0.203 0.203

1 0.0 0.368 0.341 0.321 0.31 1 0.307 0.305 0.304 0.303 0.303

1 1 .0 0.502 0.479 0.458 0.447 0.443 0.440 0.440 0.439 0.439

1 2.0 0.664 0.651 0.634 0.625 0.621 0.61 9 0.61 8 0.61 8 0.61 8

1 3.0 0.859 0.857 0.853 0.851 0.850 0.850 0.850 0.849 0.849

1 4.0 1 .09 1 . 1 0 1 . 1 2 1 . 1 3 1 . 1 4 1 . 1 4 1 . 1 4 1 . 1 4 1 . 1 4

1 4.5 1 .38 1 .38 1 .44 1 .47 1 .49 1 .50 1 .51 1 .51 1 .51

1 5.5 1 .72 1 .71 1 .80 1 .88 1 .93 1 .95 1 .96 1 .97 1 .97

1 6.5 2. 1 3 2. 1 0 2.23 2.36 2.45 2.49 2.51 2.52 2.52

1 7.0 2.62 2.54 2.71 2.92 3.06 3.1 3 3. 1 7 3. 1 9 3.20

1 8.0 3.21 3.05 3.26 3.55 3.76 3.89 3.95 3.98 4.00

1 9.0 3.90 3.65 3.87 4.26 4.58 4.77 4.87 4.92 4.95

20.0 4.72 4.35 4.57 5.06 5.50 5.78 5.94 6.02 6.06

21 .0 5.68 5. 1 6 5.36 5.95 6.54 6.94 7. 1 7 7.29 7.36

22.0 6.80 6. 1 0 6.25 8.93 7.69 8.24 8.57 8.76 8.86

23.0 8.09 7. 1 7 7.26 8.03 8.96 9.70 1 0. 1 7 1 0.43 1 0.58

24.0 9.57 8.41 8.40 9.24 1 0.36 1 1 .32 1 1 .96 1 2.33 1 2.54

24.5 1 1 .3 9.8 9.7 1 0.6 1 1 .9 1 3. 1 1 4.0 1 4.5 1 4.8

25.5 1 3.2 1 1 .4 1 1 .2 1 2. 1 1 3.6 1 5. 1 1 6.2 1 6.9 1 7.3

26.5 1 5.4 1 3.2 1 2.8 1 3.7 1 5.4 1 7.2 1 8.6 1 9.5 20. 1

27.0 1 7.9 1 5.3 1 4.7 1 5.6 1 7.4 1 9.5 21 .3 22.5 23.2

28.0 20.6 1 7.6 1 6.8 1 7.6 1 9.6 22.0 24. 1 25.7 26.6

29.0 23.7 20.2 1 9. 1 1 9.9 22.0 24.7 27.3 29.2 30.4

30.0 27.2 23. 1 21 .7 22.4 24.6 27.6 30.6 33.0 34.6

31 .0 31 . 1 26.3 24.6 25.2 27.4 30.8 34.3 37. 1 39.2

32.0 35.4 29.8 27.8 28.2 30.6 34.2 38.2 41 .6 44. 1

33.0 40. 1 33.8 31 .3 31 .6 34.0 37.9 42.3 46.4 49.4

33.5 45.3 38. 1 35.2 35.4 37.7 41 .8 46.8 51 .5 55.2

34.5 51 . 1 42.9 39.�' 39.5 41 .8 46. 1 51 .5 56.9 61 .3

35.5 57.4 48.2 44.3 44.0 46.3 50.7 56.6 62.7 67.9

36.5 64.3 53.9 49.4 48.9 51 . 1 55.8 62. 1 68.9 74.9

37.0 71 .8 60.2 55. 1 54.3 56.5 61 .2 67.9 75.5 82.4

38.0 80.0 67.0 61 .2 60.2 62.2 67.0 74.2 82.4 90.3

39.0 89.0 74.5 67.9 66.5 68.5 73.4 80.8 89.8 98.7

40.0 98.7 82.5 75.2 73.5 75.3 80.2 88.0 97.7 1 07.5

41 .0 1 09.0 91 .0 83.0 81 .0 83.0 88.0 96.0 1 06.0 1 1 7.0 Pt: nivel de rechazo

1 07

Capítulo 8 Cargas por tránsito

Tabla 8.1 2 Factores de e uivalencia de car a ara avimentos rí idos, e·es tri les, Pt de 3.0

Carga Por Esoesor de losa, D cm

eje (ton) 15 1 7.5 20 23 25 28 30 33 35.5

1 .0 0.0001 0.0001 0.0001 0.0001 0.0001 0.0001 0.0001 0.0001 0.0001

2.0 0.0004 0.0003 0.0003 0.0003 0.0003 0.0003 0.0003 0.0003 0.0003

3.0 0.001 0.001 0.001 0.001 0.001 0.001 0.001 0.001 0.001

4.0 0.003 0.003 0.002 0.002 0.002 0.002 0.002 0 .002 0.002

4.5 0.007 0.006 0.005 0.005 0.005 0.005 0 .005 0 .005 0.005

5.5 0.01 3 0.01 1 O.ü1 0 0.009 0.009 0.009 0.009 0 .009 0 .009

6.5 0.023 0.020 0.01 8 0.01 7 0.01 7 0.01 6 0.01 6 0.01 6 0 .01 6

7.0 0.039 0.033 0.030 0.028 0.028 0.027 0.027 0.027 0.027

8.0 0.061 0.052 0.047 0.045 0.044 0.044 0.043 0.043 0.043

9.0 0.091 0.078 0.071 0.068 0.067 0.066 0.066 0.066 0.066

1 0.0 0 . 1 32 0 . 1 1 4 0 . 1 04 0 . 1 00 0.098 0.097 0 .097 0 .097 0.097

1 1 .0 0. 1 83 0.1 61 0. 1 48 0. 1 43 0 . 140 0. 1 39 0 . 1 39 0 . 1 38 0. 1 38

1 2.0 0.246 0.221 0.205 0. 1 98 0. 1 95 0 . 1 93 0. 1 93 0 . 1 92 0. 1 92

1 3.0 0.322 0.296 0.277 0.268 0.265 0.263 0.262 0.262 0.262

1 4.0 0.41 1 0.387 0.367 0.357 0.353 0.351 0.350 0.349 0.349

1 4.5 0.51 5 0 .495 0.476 0.466 0.462 0.460 0.459 0.458 0.458

1 5.5 0.634 0.622 0.607 0.599 0.595 0.594 0.593 0.592 0.592

1 6.5 0.772 0.768 0.762 0.758 0.756 0.756 0.755 0.755 0.755

1 7.0 0 .930 0.934 0.942 0.947 0.949 0.950 0.951 0 .951 0.951

1 8.0 1 . 1 1 1 . 1 2 1 . 1 5 1 . 1 7 1 . 1 8 1 . 1 8 1 . 1 8 1 . 1 8 1 . 1 8

1 9.0 1 .32 1 .33 1 .38 1 .42 1 .44 1 .45 1 .46 1 .46 1 .46

20.0 1 .56 1 .56 1 .64 1 .71 1 .75 l.77 1 .78 1 .78 1 .78

21 .0 1 .84 1 .83 1 .94 2.04 2. 1 0 2. 1 4 2. 1 5 2. 1 6 2. 1 6

22.0 2. 1 6 2 .1 2 2.26 2.41 2.51 2.56 2 .58 2.59 2 .60

23.0 2.53 2.45 2.61 2.82 2.96 3.03 3.07 3.09 3. 1 0

24.0 2.95 2.82 3.01 3.27 3.47 3.58 3.63 3.66 3.68

24.5 3.43 3.23 3.43 3.77 4.03 4. 1 8 4.27 4.31 4.33

25.5 3.98 3.70 3.90 4.31 4.65 4.86 4.98 5.04 5.07

26.5 4.59 4.22 4.42 4.90 5.34 5.62 5.78 5.86 5.90

27.0 5.28 4.80 4.99 5.54 6.08 6.45 6.66 6.78 6.84

28.0 6.06 5.45 5.61 6.23 6.89 7.36 7.64 7.80 7.88

29.0 6.92 6. 1 8 6.29 6.98 7.76 8.36 8.72 8.93 9.04

30.0 7.89 6.98 7.05 7.78 8.70 9.44 9.91 1 0. 1 8 1 0.33

31 .0 8.96 7.88 7.87 8.66 9.71 1 0.61 1 1 .20 1 1 .55 1 1 .75

32.0 1 0.2 8.9 8.8 9.6 1 0.8 1 1 .9 1 2.6 1 3. 1 1 3.3

33.0 1 1 .5 1 0.0 9.8 1 0.6 1 2.0 1 3.2 1 4. 1 1 4.7 1 5.0

33.5 1 2.9 . 1 1 .2 1 0.9 1 1 .7 1 3.2 1 4.7 1 5.8 1 6.5 1 6.9

34.5 1 4.5 1 2.5 1 2. 1 1 2.9 1 4.5 1 6.2 1 7.5 1 8.4 1 8.9

35.5 1 6.2 1 3.9 1 3.4 1 4.2 1 5.9 1 7.8 1 9.4 20.5 21 . 1

36.5 1 8.2 1 5.5 1 4.8 1 5.6 1 7.4 1 9.6 21 .4 22.7 23.5 - � �

37.0 20.2 1 7.2 1 6.4 1 7.2 1 9. 1 21 .4 23.5 25. 1 26. 1

38.0 22.5 1 9. 1 1 8. 1 1 8.8 20.8 23.4 25.8 27.6 28.8

39.0 25.0 21 .2 1 9.9 20.6 22.6 25.5 28.2 30.4 31 .8

40.0 27.6 23.4 21 .9 22.5 24.6 27.7 30.7 33.2 35.0

41 .0 30.5 25.8 24. 1 24.6 26.8 30.0 33.4 36.3 38.3 Pt: nivel de rechazo

1 08

Cargas por tránsito

Referencias

1 Darter, M. 1 . , y E .J . Barenberg, 1 977 "Design of Zero -Maintenance Plain fointed Concrete Pavements ", Reporte No FHWA - RD -77 - 1 1 1 , Vol . 1 , Federal H ighway Admin i strat ion.

2 H uang, Y. H ., " Computation of Equivalent Single - Wheel Loads Using Layered Theory ", H ighway Research Record 29 1 , H ighway Research Board, 1 969, pp. 1 44 - 1 55 .

3 "AASHTO Cuide For the Design O f Pavement Structures ", ·.Amer ican Association of State And Transportation Officia ls, 1 993, apéndice D.

4 "Portland Cement Concrete Pavement Evaluation System (COPES) ", Darter, M . I . , J .M. , Snyder, and R.E . , Smith, 1 985, NCHRP Report 277, Transportation Research Board.

5 "Thickness Design for Concrete Highway and Street Pavements ", Port land Cement Association, PCA, 1 984.

1 09

Capítulo 9

E l método AAS HTO para pavimentos rígidos

1E n esta publ icación se i ncluyen dos métodos para pavimen­i tos r ígidos: e l ava lado por la Port land Cement Association :de Estados U n idos, PCA, y e l de la Amer ican Association of :state Offic ia ls, AASHTO. Estos métodos son ampl iamente conocidos y ap l icados en d i ferentes países.

En este trabajo se tratarán ún icamente los cr iter ios de AASHTO y PCA, por ser los de mayor aceptación en la pr.áctica ingen ier i l de muchos países para el d i seño de pavimentos rígidos, y de los que hay mayor exper iencia documentada con respecto a sus ap l icaciones.

En a lgunos países europeos actual mente se apl ican sol ucio­nes por med io de secciones norma l izadas (de catá logo) . Para e l lo se toma en cuenta el t ipo de tráns i to y las caracter íst icas de l os suelos de apoyo, así como las propiedades de los mater ia les de construcción de las d i ferentes capas.

9. 1 D ESCRI PCION DEL METODO

E l método se basa en los resu l tados exper imenta les obteni­dos vía tramos de prueba en Ottawa, 1 1 1 . , y rea l izados por AASHTO. La dependencia de ese entonces fue la H ighway Research Board, National Academy of Sciences, National Re­search Counci l , Wash ington 25, D.C.

La p laneación de este proyecto data de 1 95 1 y la construc­ción de los d iferentes tramos comenzó en 1 956.

E l objetivo pri ncipa l de los tramos de prueba fue e l de obtener relaciones y correlaciones confiables entre e l compor­tam iento de pav imentos d i señados con los m ismos criterios, apoyadc s en suelos s im i lares y en cond iciones de tránsito

exactamente iguales. Las superfic ies de rodamiento constru i­das fueron:

* Carpetas asfá l t icas

* Losas de concreto h idráu l ico sin reforzar

* Losas de concreto reforzadas de manera conti nua

Se construyeron seis circu itos de prueba cerrados en sus extremos; cuatro de e l los a lcanzaron una longitud de cinco k i lómetros, m ientras que los dos restantes fueron más cortos. De estos ú l timos, uno se p laneó para estar s ín tránsito y poder estud iar e l impacto de las condiciones ambientales en las d iferentes secciones de pavimento de prueba.

En todos los circu itos se establecieron pasadas de cam iones con caracter ísticas y geometrías conocidas.

Estos materia les se d ispusieron sobre bases y sub-bases de mater ia les bien contro lados y espesores preestablecidos. En e l caso de los pavimentos flex ib les, estas dos capas fueron var ia­b les. En los r ígidos se colocaron losas d irectamente en el terreno natura l y en espesores var iables de la capa sub-base granu lar . El control del tráns i to sobre los pavimentos ya term i­nados se registró desde octubre de 1 958 hasta noviembre de 1 960. Los resu l tados de ta les tramos de prueba se encuentran en i nformes especiales 1 de esa época.

Al revisar estos i nformes nos percatamos de que para iguales arreglos de ejes y pesos de los m ismos, las secciones de pavimento flex ib le a d i ferentes espesores de las capas de base y sub-base no soportaron las repeticiones de proyecto (aproximadamente 1 ' 1 1 4,000) . Se observa, por ejemplo, cómo el pavimento asfá lt ico fal ló aún para secciones más gruesas ( 1 5 cm) entre repeticiones comprend idas entre 1 4 1 y 624 m i l , para espesores de la base de 7.5 cm y 20 cm, respectivamente. En

1 1 1

Capítulo 9

el caso de las secciones de concreto sólo fa l laron las secciones de (20 cm) independ ientemente del espesor de la sub-base de apoyo. A lgunas de e l las se comportaron aceptablemente con índ ices de servicio ( IS) entre 3 .4 y 4. 1 con el espesor ya ind icado. Más adelante se exp l i ca e l s ignificado del IS .

E l comportamiento de todos los tramos prueba se re lacionó con las cond iciones de servicio en las d iferentes etapas del proyecto, tanto desde las cond iciones i n icia les como en las etapas intermed ias de los tramos sujetos a las cargas repetidas producidas por e l tránsito.

Se adoptó med ir las condiciones de servicio c lasificando l a cal idad de este ú l timo de acuerdo con una esca la de l O a l 5 , ind icando este ú l t imo número cond iciones exce lentes del pavimento. Este número fue entonces defi n ido como Cal ifica­ción Presente del Serv icio, CPS.

A efecto de poder medi r la infl uencia de las propiedades fís icas y mecánicas de las capas que constituyen el pavimento en su comportamiento ante las cargas y condiciones ambien­ta les, se rea l izaron corre laciones entre el CPS con las medicio­nes y observaciones fís icas del pavimento. De esta manera se estuvo en cond iciones de pronosticar las propiedades fís icas del pavimento en función del CPS. La pred icción de esta ú lt ima ca l ificación, así obten ida se defi n ió como I nd ice Presente de Servicio, I PS.

Al menos dos concl us iones se pueden enumerar de estos tramos de prueba:

* En todos l os n iveles de carga por tráns i to, un mayor n úmero de secc iones de pav imento r ígido se compor­taron con buenos índ ices de serv ic io . Las secciones de pav imento f lex ib l e fa l laron con bajos números de repeti c iones. E l índ ice de servic io de estas ú l ti mas secciones fue también muy bajo en la mayor ía de l os casos.

* El número de repeticiones de carga de diferente n ivel aceptado por las secciones de pavimento r ígido con un comportam iento adecuado es independ iente de los es­pesores de la capa sub-base. Lo mismo puede decirse cuando el pavimento de concreto cuenta con refuerzo y cuando no. Según se observó en las pruebas, el refuerzo de secciones de concreto no tuvo mayor i nfluencia en cuanto al número de repeticiones aceptadas por d ichas secciones, para buenos índ ices de servicio.

Con base en estos tramos de prueba, se propuso la ecuación de d iseño para pavimento r ígido, la cual ha sido mod ificada desde el i n icio de los años sesenta de acuerdo con las obser­vaciones exper imenta les que han perm itido e l im inar a lgunos parámetros de d i seño e introducir otros, a fi n de tomar en cuenta las propiedades de concreto, l as cond iciones de apoyo y del t ipo ambienta l .

En e l caso de los pavimentos flexibles se obtuvo una ecuación equ iva lente. La sigu iente re lación es la uti l izada en la ú l t ima versión de la ecuación AASHTO, 1 993 :

1 1 2

E l método AASHTO para pavimentos rígidos

Ecuación de la AASHTO para pavimentos rígidos

Log¡ !!. PSI

Log1 0 (W) = ZR * Mrm + 7.35•Log1 0 (D + 1 ) - 0.06 + 4·5 - 1 .50 +

1 + 1 .624 * 1 0

7

(D + 1 )8

.46 1 Mrm * Cd * ( D º·75 - 1 . 1 3 2 )

+ ( 4.22 - 0.32 * Pt) * Log¡ [ 5 l B 42 2 1 5.63 * J D º·7 o.25· (EKc)

l Ec. 9 . 1

Esta ecuación se resuelve a través de un nomograma, tal como se muestra en la figura 9 . 1 . En la actua l idad existen programas de cómputo que resuelven tanto esta ecuación como la correspondiente a la de los pavimentos f lex ib les, s igu iendo este m ismo criter io2 .

Las consideraciones de d iseño de este método son las s iguientes:

Comportam iento del pavimento:

* Funcional

* Estructura l

* Seguridad

El primero de el los se refiere a la segur idad y comod idad con que el pavimento s irve al usuar io, es decir la comodidad con que el usuario circu la y la seguridad que le ofrece la superficie de rodamiento . A partir de los tramos de prueba a que se hace referencia en párrafos anteriores, se i ntrodujo el concepto de serviciabi l idad-comportamiento . Este concepto queda defi n ido por la ca l ificación, del 1 al 5, q ue se le as igne a la superficie de rodam iento por consenso de usuarios. De esta manera, el I nd ice de Servic io, I S, puede establecerse a partir de relacionar medidas subjetivas con medidas o caracte­r ísticas fís icas ta les como textura, rugosidad, fisuramiento y/o agr ietamiento de la superfic ie de rodamiento. Todo e l l o con­tr ibuye a clasificar el pav imento entre la esca la a la que se ha hecho referencia. E l I nd ice de Servic io I n ic ia l se estab lece como la cond ición origi nal del pavimento, es deci r, correspon­de a un valor del I PS mayor . Obviamente al fi nal le corresponde el va lor menor o un n ivel de rechazo. En sus tramos de prueba, AASHTO estableció como valores i n ic iales deseab les de l I ndi­ce de Servicio de 4 .2 y 4 .5 para los pavimentos f lex ib le y r ígido, respectivamente. E l I nd ice de Servic io F i na l o de rechazo queda defi n ido como aquel estado superfic ia l del pav imento en donde existen ya muchas quejas de l usuario, y en donde el pavimento ya no cubre las expectativas de comodidad y segu­r idad para las que fue d i señado. Normalmente con este cr i terio de d i seño se trabaja en el rango de 2 a 2 .5 , s iendo este ú l timo el más recomendado en el caso de l os pav imentos flexib les.

Lo anter ior sugiere que, en caso se uti l izar este método, en cada local idad se deberán reun i r experiencias para recrear las cond iciones fís icas del pav imento que deberán corresponder a los índ ices de servicio i n ic ia l y fi na l . As im ismo, es importante

..L ..L t.>

ñl ¡ en < Sl> :J. Sl> O" ro en

7=4.925 6=4.218 5=3.515 4=2.813 3=2.109

3 1 .5 0.3

lo.s/! 1.0 2.0 3.0

Millones de ejes sencillos equivalentes a una carga de 8.2 ton.

i:o

.2\ �3 4

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99.9 99 �· • 90 80 70 60 50 1 1 1 1 1 1 1 1 1

Confianza, R (%)

1

Capítulo 9 El método AASHTO para pavimentos rígidos

Tabla 9.1 Número total de e"es sencillos e uivalentes ESALS's ara diseño

ESAL's totales, en miles

Clasificacion TPD en ambas No. de VCPD No.

20 años 30 años 40 años 50 años direcciones ca iones oor día

Residencial/ Colectoras 200 - 1 ,500 20 - 300 3- 23 2 - 1 7* 3 - 25 4 - 34 5 - 42

0.20 (ESAL's / VCPD) Colectoras 0.20

2,000 - 6,000 80 - 240 58 - 1 75 88 - 268 1 1 7 - 350 1 46 - 438 ( 6SAt's / VCPD) :

Arterias secundarias 0.25 3,000 - 7,000 300 - 700 274 - 639 41 1 - 958 548 - 1 ,278 684 - 1 ,597

(ESAL's / VCPD) Arterias 0.33 ......

650 - 1 ,409 (ESAL's / VCPO) 6,000 - 1 3 ,000 360 - 780 434 - 940 867 - 1 ,879 1 ,084 - 2,349

Arterias principales 0.40 1 4,000 - 28,000 700 - 1 ,400

(ESAL's / VCPD) 1 ,022 - 2,044 1 ,533 - 3,066 2,044 - 4,088 2,555 - 5 , 1 1 0

Areas d e negocios 0.35 1 1 ,000 - 1 7,000 400 - 680 563 - 369 843 - 1 ,303 1 , 1 24 - 1 , 737 1 ,304 - 2, 1 72 (ESAL's / VCPD) Industrial 0.38 2,000 - 4000 350 - 700 485 - 971 728 - 1 ,456 971 - 1 ,942 1 ,2 1 4 - 2 ,427 (ESAL's / VCPD) *Ejemplo: 0.23 (VCPD) x 0.50 (tráfico en una dirección) x 0.20 (coeficiente ESAL's/ VCPD) x 365 ( los días del año) x 20 años = 1 6,790 (es el total de ejes estándares sencillos equivalentes o ESAL's de diseño)

Fuente : "Municipal Concrete Pavement Manual , Guide Specifications and Design Standards", publicación de la American Concrete Pavement Association

destacar que los va lores de los parámetros con que se d i señan los pavimentos con este enfoque deberán ser aj ustados para cada región en part icu lar, pues todos los valores asignados a cada uno de e l los fueron rel acionados con el comportamiento de los pavimentos ante cond iciones de ambiente y de i ntem­per ismo muy part icu lares.

El comportamiento estructura l y funcional se refiere a sus caracter íst icas fís icas que muestra como respuesta a las so l ici­taciones, ta les como: agrietam ientos, a l i sam iento (superficies derrapantes) , fisuramientos por fatiga, etc.

9.2 FACTORES DE D ISENO

Tránsito

Como sucede en práct icamente todos los métodos, para cuestiones de d i seño es necesario d i stri bu i r el tránsito lo más apegado a la real idad que sea pos ib le, así como sus tasas de crecim iento probable:;.

Como ya se mencionó anter iormente, una caracter ística pri ncipa l de este método es la transformación de las cargas de ejes de todo t ipo de veh ícu los a cargas por ejes senci l los equ ivalentes de 1 8 K ips de peso, comúnmente denomi nados ESAL's, por sus s iglas en i nglés. Los pesos en ejes de automó­v i les-y-camiones pesados se transforman a ejes senci l l os equ i­va l e n te s n o r m a l i z ado s ( E S A L ' s ) , d e esta m a n era se homogeneizan o normal izan todos los ejes de una d i str ibución de tránsito particu lar . Con e l fi n de lograr este objetivo se uti l izan factores de equ ivalencia para cada peso de eje. Dichos factores son relativamente s im i lares en concepto a los coefi­cientes de daño uti l izado en los cr iterios de anál i s i s de pav i­mentos f lex ib les.

1 1 4

Los valores de d ichos factores se encuentran tabu lados de acuerdo con el t ipo de eje, su peso, y en función de los valores probables del número estructura l , para los pav imentos flexi­b les, y del espesor probable de losa, en e l caso de los pavimen­tos r ígidos.

En e l capítu lo 8 correspond iente a tráns i to, se descr ib ió en deta l l e las formas para caracter izar las cargas veh icu l ares, ya sea med iante e l peso de l lantas s imp les o med iante ejes estándar senci l los equ ivalentes de 8 .2 ton o ESAL's.

En e l caso de pav imentos urbanos, es adm is ib le rea l izar una transformación s impl ifi cada de tráns i to, ta l como la sugerida por la PCA3 . Según este enfoque, basándose en i nformación l im i tada en cuanto a vo lúmenes y patrones de d i str ibución veh icu lar en a lgunas ci udades de la U n ión Americana, el tránsito comercia l pesado d iar io que � uti l iza las d i ferentes categorías de via l idades se transforma a ejes senci l los equ iva­l entes de 8 .2 ton .

Para proyectos pequeños y aun para dar una idea de los vo l úmenes de tráns i to veh icu lar, se puede usar la tabla 9 . 1 , obten ida a part i r de estud ios recabados en E . U .A. , y para per iodos de d iseño de 20 a 50 años, se pueden obtener para cada una de las categorías de v ia l idades, los ESAL's de d i seño en zonas urbanas.

En lo que s igue se descr ibe cada una de las categor ías:

* Cal les residencia les pequeñas o l oca les: son ca l les cortas con 20 ó 30 casas. Su vol umen de tráns i to es bajo, con menos de 200 veh ícu los por d ía, con 1 a 2 % de veh ícu los comercia les pesados (camiones de 2 ejes, seis l l antas o más pesados) . E l eje senci l lo más pesado es de 9 ton, y el de tandem más pesado, de 1 6 ton .

El método AASHTO para pavimentos rígidos

* Cal les res idencia les: e l m ismo tránsito para cal les resi­dencia les pequeñas, pero con un mayor número de cajones de estacionamiento o casas (hasta 1 40). Los veh ícu los por d ía pueden l legar a 700, también con 1 al 2 % de veh ícu los pesados.

* Cal les res idencia les co lectoras: son aquél las que captan todo el tránsito de las ca l les residenciales loca les y lo conducen a via l idades primarias o co lectoras principa­les. Son via l idades más grandes y pueden dar sevic io hasta a 300 casas o más. Los vol úmenes de tránsito pueden fl uctuar entre 700 a 1 ,500 veh ícu los por d ía, también con porcentajes de 1 al 2 % de tránsito pesado.

* Cal les colectoras: son aquél las que captan el tránsito de var ias áreas y pueden tener longitudes apreciables. Los camiones pesados y veh ícu los de transporte púb l ico las uti l izan en sus rutas. E l número de veh ícu los d iarios puede fl uctuar entre 2,000 y 6,000, con tránsito pesado entre 3 a 5 %. Las cargas máximas por eje senci l lo pueden l legar a 1 0.9 ton, y en tandem a 1 7.2 ton .

·suelo de cimentación

U no de los parámetros del suelo de apoyo uti l i zado para e l ; d iseño de pavimentos flex ib les es e l módu lo de res i lencia, MR. i Este parámetro se obtiene en condiciones e lást icas del suelo, ; que son las que r igen en campo (cargas repetidas) . Se reco-1 mienda que su obtención en laboratorio se haga med iante la : prueba AASHTO T274; s i n embargo, y dado que para el d iseño ; de pav imento rígido se emplea el móé:Ju lo de reacción de la · capa de apoyo, Kc, es usual correlacionar MR con Kc. A , conti n uación se muestran agunos valores típicos de Kc para d iferentes suelos :

Tabla 9 .2 Valores típicos de resistencia de algunos suelos

Resistencia Kc, en Tipo de suelo de la capa kpa/cm

subrasante

Limos y arcillas de a lta compresibi l i· Muy baja 1 35-270 dad Suelos finos de baja Baja 270-405 compresibil idad Arenas poco limosas arcil losas Media 405-594 mal graduadas Gravas, arenas bien graduadas y mez· A lta 594-675 clas de arena y gra· va con pocos finos

Alta compresibi l idad para LL �50 %

Baja compresibil idad indica LL < 50 % LL = l ímite líquido, según la ASTM O- 423

Módulo de elasticidad

en dinámico o de

kg/cm2 resi l iencia, en

Mpa

6.9-1 3. 1 1 <3

1 3. 1 -20.0 3.-5.5

20-30 5.5- 1 2

30-33.5 >1 2

Capítulo 9

Dado que el va lor de Kc depende también de las variacio­nes estacionar ias según la época del año y de las cond iciones de drenaje, el método propone uti l izar un va lor corregido para tomar en cuenta la interacción del suelo de cimentación con la capa sub-base que recibe a la losa. Cuando se tengan evidencias de que las cond iciones de apoyo puedan var iar, pr incipalmente por grados de saturación cambiantes, como puede ser por l l uvia, var iaciones estacionales de n ive les freá­ticos, etc., se deberá preparar una tab la para valores corregidos de k, ta l como lo propone la AASHTO. S i n embargo, esta corrección está en función de los módu los de res i l iencia de l os sueJos y, como se sabe, esta prueba, por su labor ios idad, en ocasiones i nh ibe los cá lcu los más r igurosos del k c()rregido.

Para tomar en cuenta la i nteracción de las capas con d i ferentes r igideces que componen al cuerpo del pavimento, es recomendable usar en las cartas de d i seño un k combinado, ta l como se obtiene de la F ig. 9 .2 .

También se puede usar la correlación aproximada entre mó­du los de reacción y valores del Va lor Relativo Soporte (VRS o CBR) para diferentes suelos presentada en el capítu lo 1 (Fig. 1 .2)

Materiales de construcción

Las part icular idades en mater ia les para la construcción serán función del t ipo de pavimento, r ígido o flex ib le .

En genera l , cuando las características del tránsito, y del suelo de cimentación así lo ameriten, las bases podrán ser tratadas a base de: cemento, ca l , cemento-ceniza vo lante, cal-cen iza vo lante. Respecto al d i seño de proporcionamiento de estas mezclas4 existe una ampl ia b ib l iografía.

Condiciones ambientales

* Temperatura

* L luvia

* Drenaje

Estos factores se invol ucran en e l método de d i seño, ya que, dependiendo de la faci l idad con que pueda sal i r el agua de las capas que conforman e l pavimento, e l comportamiento y los cambios de las características fís icas y mecánicas se verán más o menos afectados. El término drenaje a que se a lude aqu í es aquél con que cuentan las capas para l i berar el agua l i bre entre sus granos (no se trata del "bombeo" superfic ia l de la carretera). Los pavimentos con drenaje pobre en regiones ár idas se com­portarán igual que aquel los d i señados para buen drenaje en loca l idades l l uviosas.

Este cr iter io de d i seño AASHTO de l i nea a lgunas ideas prácticas respecto a las d iferentes ca l idades de drenaje:

Drenaje excelente :

Buen drenaje:

el suelo libera el 50 % de su agua libre en dos horas.

el suelo libera el 50 % de su agua libre en un día.

1 1 5

Capítulo 9 El método AASHTO para pavimentos rígidos

Tabla 9.3 Módulos de reacción a roximados, Kc, ara varias condiciones de avimentos

Esoesor de bases sin tratar vs. Valor de Kc, ka/ cm3

Valor de k en la subrasante o terreno 1 0 cm 1 5 cm 20 cm 25 cm

natural

1 .4 0.75 0.85 0.94 1 .03

2.8 1 .20 1 .30 1 .42 1 .55

4.2 1 .60 1 .72 1 .83 2.00

5.5 1 .95 2.05 2 . 1 5 2.36

Espesor de base asfáltica vs. Kc, kQ/ cm3

Valor de k en la subrasante o terreno 1 0 cm 1 5 cm 20 cm 25 cm

natural

1 .4 2.32 3. 1 0 3.90 4.70

2.8 4.00 5.50 6.80 8.00

4.2 6. 1 5 7.70 9.25 1 0.90

5.5 7.85 9.72 1 1 .60 1 3.50

Esoesor de base tratada con cemento vs. Kc. ka/ cm3

Valor de k en la subrasante o terreno 1 0 cm 1 5 cm 20 cm 25 cm

natural

1 .40 2.80 4.00 5.40 6.80

2.80 5.1 2 7.1 5 9.25 1 1 .46

4.20 7.34 1 0.00 1 2.80 1 5.60

5.50 9.44 1 2.70 1 6.00 1 9.40

Espesor de base de concreto pobre vs. Kc, kQ/ cm3

Valor de k en la subrasante o terreno 1 0 cm 1 5 cm 20 cm 25 cm

natural

1 .4 2.88 4.32 5.70 7.25

Drenaje regular: el suelo libera el 50 % de su agua libre en siete días.

Tabla 9.4 Valores recomendados del coeficiente de drenaje

Drenaje pobre: · el suelo libera el 50 % de su agua libre en un mes

Drenaje muy pobre: el suelo no drena

El coeficiente de drenaje que se emplea en el d i seño, Cd, para el caso de los tramos de prueba a que se h izo referencia fue de 1 .0, y no t iene impacto en los espesores de pavimento.

Va lores mayores de ta l coeficiente ind ican buen drenaje y reducen el espesor del pavimento, o aumenta el número de ejes equ ivalente, E-1 8 's que e l pavimento puede soportar manteniéndose en condiciones aceptables.

Por e l contrario, con valores de Cd menores a la un idad se requ ieren espesores mayores y se reduce el número de E-1 8 's que el pavimento puede soportar en condiciones sati sfactorias.

A conti nuación, se tabulan los va lores recomendados por la AASHTO para Cd apl icables a pavimentos r ígidos:

1 1 6

ara e l diseño de avimentos rí idos

Porcentaje de tiempo en que la estructura del pavimento está expuesta a n iveles de humedad

cercanas a la saturación

Calidad del Menos que 1 - 5 % 5 - 25 %

Más del drenaje 1 % 25 %

Excelente 1 .25 - 1 .20 1 .20 - 1 . 1 5 1 . 1 5 - 1 . 1 0 1 . 1 0

Bueno 1 .20 - 1 . 1 5 1 . 1 5 - 1 . 1 0 1 . 1 0 - 1 .00 1 .00

Reoular 1 . 1 5 - 1 . 1 0 1 . 1 0 - 1 .00 1 .00 - 0.90 0.90

Pobre 1 . 1 0 - 1 .00 1 .00 - 0.90 0.90 - 0.80 0.80

Muy pobre 1 .00 - 0.90 0.90 - 0.80 0.80 - 0.70 0.70

Nivel de confianza y desviación estándar

De todos los parámetros de d i seño, qu izá éste sea el que tiene mayor impacto en el d i mensionamiento de los pavimen­tos flex ib les y r ígidos.

La confiabi l idad en este criter io de d i seño se defi ne como la probabi l idad de que el s i stema de pavimento se comporte de manera sati sfactoria durante toda su vida de proyecto bajo

El método AASHTO para pavimentos rígidos Capitulo 9 r-·����������������������������������������--.

EJEMPLO 8 D s a = 1 5 cm . E se = 1 , 4 0 6 Kg /cm� MR = 4 9 2 Kg /cm2: SOLUCION : Koo = 1 1 Kg /cm3.

70,300 421200 �....,._+--+---+---+--t---+-1--+---4--4---+---+-+--+-���-?r,_.¡..-..:��-4 MODULO DE REACC ION 28 , 1 5 0 MODULO ELASTICO DE COM BI NADO ,Koo Kg/cm� : 4,01 0

1--�����...,,+ LA SLE -BASE Esa Kg/cm._-+-...,.._-------�---+-.--+--'..... (SE SUPONE ESPESOR

7 ,03 0 SEMI- IN FIN ITO DE LA 5 ,28 0 CAPA DE APOYO ) . 3,500 2 , 1 1 0P9'--.lc:--P.....r-�������--f�+-+--+---+--+---l��..+-..3ot--����.p.,._+-J� 1 ,05 5

1 40

2 1 0

3 50

ES PESOR DE S UB - BASE 05 8

492

703t:--+--t--"=-t---=t----r--""'T"-oc::�-t--t-��+-+"°"d--t--t----i�t--r--t--t--t---i�+-+--t--t-i-t---r-+--t--t---i

845 1 , 1 251---:P.-;..;;:-P-...::::-1f---P""-..C:---t-���-1--�d--P�_,�-1--+--t--+-+_,�lk--+--+--+1-t---Jf---f--+--+-�

l ,406t--=""'+-:::,-+-'�=-t----�:!--"'�-+--F'""'c-f��.a---+--Por-+-��+---+--+---+--+---i�+-�-+---+-�---f--+--+--+----t

MODULO DE R ESI L I ENC 1 A DE LA -----+---+--�--?io.-----"-----+----+---+---+----+----+---+---+---+--+--+--+-....,.__-+----+----1 CAPA DE APOYO , M R Kg /cm2

CARTA PAR A ES T I M AR MODULO DE REACC ION COM P UESTO , K oo , SUPO N IE NDO UN ESPESOR

SEM I - I N F I N I TO DE LA CA PA D E A PO YO . ( PA RA P RO PO S I TOS PRACT I CO S , UNA PROF UN­

- D I DAD SEM I - I N F I N I TA SE CONS I DE R A S E R M A S G R A N D E QU E 3 m . BAJ O L A SU PE R-

- FI C I E DE A PO YO ) . FUENTE 8 M A N UA L DE D I S E Ñ O D E L A A A S HTO .

1 1 .__��������������������������������--������------..1

Figura 9.2 Carta para estimar módulo de reacción compuesto, k::xi, suponiendo un espesor semi-infinito de la capa de apoyo. (Para · propósitos prácticos, una profundidad semi-infinita se considera ser más grande que 3m. Bajo la superficie de apoyo). Fuente Manual de

diseño de la AASHTO.

1 1 7

Capítulo 9

I N DICE DE SERVICIO va E - 1 8 1 1

P¡ r-----CURVA DE DISEÑO

PSI

P1 - ---- - - - - - - -- - -- ------

Log E · 18° 1

Figura 9.3 Comparación entre la curva de comportamiento y la de diseño para un pavimento en particular, como función del tráfico y del indice de servicio

las sol icitaciones de carga e i ntemper ismo. Otra manera de i nterpretar este concepto ser ía aquél la que la probabi l idad de que los problemas de deformación y resistencia estén por abajo de los permis ib les durante la vida de d iseño del pavimento.

El valor usado en d iseño se tendrá que e legir tomando en cuenta la importancia del camino, la confiab i l idad de todos los parámetros de resistencia de cada una de las capas, así como la pred icción del tránsito de d i seño.

En la F ig. 9.3 se presenta una esquematización del compor­tamiento real de un pavimento y la curva de d iseño propuesta por la AASHTO según los resu l tados obten idos en los tramos exper imenta les. Se relacionan los I nd ices de Servicio para los correspondientes tránsitos (números de ejes senci l los equ iva­lentes de 8.2 ton, o ESAL's) . La curva de d iseño representa un n ive l de confianza de 50 %, o d icho en otros térmi nos un factor de seguridad de 1 .

Se observa que las dos curvas no tienen necesariamente que coincidir, salvo en forma. La razón de esa fal ta de coincidencia se deben a los errores asociados a la ecuación de comporta­miento propuesta y a los errores o d ispersiones de la i nforma­ción con que se ca lcu ló el d imensionamiento del pavimento. Por esta razón, la AASHTO decidió adoptar criterios estad ísti­cos, específicamente un enfoque regresiona l , para ajustar las dos curvas. De esta forma, ta les errores se representan med ian­te una desviación estándar, So, para conci l iar los dos compor­tam ientos.

El factor de ajuste entre las dos curvas se defi ne como el producto de la desviación normal , Zr, por la desviación están­dar. De esta manera Zr representa la cantidad de ajuste, ta l como se i nd ica en la F ig. 9 .4: Se pueden uti l i zar las curvas de desviación normales para obtener Zr representativos, de ma­nera que los porcentajes especificados del área sean cubiertos por las curvas. Los porcentajes de área cubierta hacia la parte derecha del valor de ajuste es por defin ición el n ive l de confianza.

1 1 8

E l método AASHTO para pavimentos rígidos

Por ejemplo, para un valor de Zr = O.O se t iene que e l n ivel de confianza es del 50 %, ya que para ta l valor .el porcentaje del área a la derecha del va lor med io, Xm, es j ustamente el 50 % . Para valores mayores de los n ivel es de confianza, por ejemplo el 90 %, entonces se escogerá un valor de Zr de forma tal que el 90 % de l área de d i str i bución normal q uede a la derecha de tal valor Zr.

En las curvas de d i seño q ue se presentan más ade lante, se han uti l i zado los s iguientes valores para Zr y la confiabi l idad:

Confiabilidad Zr

50 o 80 - 0.841

95 - 1 .645 l J

En este método, una vez asignado un n ivel de confianza y: obtenido un d iseño, éste ú lt imo deberá ser corregido por dos { tipos de incertidumbre: la confiabi l idad de los parámetros de] entrada, y por otro lado las propias de las ecuaciones de d i seño't desarro l ladas y basadas en los tramos de prueba, como ya se : expl i có anter iormente .

Para ese fi n se i ntrodujo un factor de corrección que toma en cuenta ta les aspectos. Ta l factor t iene la forma de unél : desviación estándar. En manera resumida y s imple, este factor ; representa la cantidad de datos d ispersos dentro de l os cua les pasa la curva rea l del comportamiento de la estructura. E l rango típico suger ido por AASHTO se encuentra entre:

0 .30 ::::; So ::::; 0.40 Para pavimentos r ígidos

0.4 ::::: So ::::: 0.50 Para pavimentos flexi bles

Se enumeran a conti n uación va lores recomendables para el índ ice de confianza, en función de la importancia del cam ino o vial idad (ver tab la 9 .5 ) .

"' u ¡:: U'I :J iXi "' m o lf 95 %

:i!r x So i X

VAR I A N ZA = S02

DESVIACION ESTANDAR = So

l o g w'11e

����..__���..i.--���...J.._��----j :i! :i!r = -1 .645 :i! = O

1 1 95 50

r CONFIANZA % 5

1

Figura 9.4 Concepto del indice de confianza.

El método AASHTO para pavimentos rígidos

Tabla 9.5 Valores recomendados del nivel de confianza atendiendo al ti o de camino

Tipo Zonas Zonas de camino urbanas rurales

Autopistas 85 - 99.9 80 - 99.99

Carreteras de orimer orden 80 - 99 75 - 99

Carreteras secundarias 80 - 95 75 - 95

Caminos vecinales 50 - 80 50 - 80

Resistencia del concretó

La caracter ización de l concreto a emplear será a través de la res istencia a la flex ión o módu lo de ruptura. Este va lor deberá ser e l med io obten ido a los 28 d ías, uti l izando una viga s imple con carga en los tercios del claro5 . ( AASHTO T 97, ASTM C 78 ) .

Debido a l carácter estad ístico de la ecuación para e l d imen­sionamiento de pav imentos r ígidos, y a que se i ntroduce el térm ino confiabi l idad dentro de la ecuación, la AASHTO recomienda que no se uti l i ce como dato de entrada el valor indicado en el proyecto del módu lo de ruptura, Mr. Esto se debe a que en el campo se deben tener resi stencias iguales o mayores que la especificada. Sólo un pequeño porcentaje :quedará por abajo de este valor.

Así las cosas, en su l ugar se debe emplear uno ajustado que tome en cuenta las desviaciones estándar y los porcentajes típ icos de valores i nfer iores de Mr que se estime se vayan a obtener en la rea l idad . Para este propósito se deberán contar con datos y registros de otras obras, a fi n de que estos ajustes sean lo más representativos pos ib le . Para obtener el valor med io de Mr a ser uti l izado en la ecuación de d i seño se debe emplear la sigu iente ecuación :

Mr (medio) = Mr e + z (So Os ) Ec. 9 .2

Mr (medio� = valor medio del módu lo de ruptura del con­creto, kg/cm

Mr e = resi stencia a la flexión (módu lo de ruptura ) especi­ficada en proyecto, kg/cm2

RELLENO PARA JUNTA DE E X PA N SIO N .

Capítulo 9

CASQU ILLO DE EXPANSION VER TABLA PARA TAM AÑO DE PASA J UNTAS .

LUBRICAR ESTE EXTREMO.

J U NTA DE EXPA N S ION

REDONDEAR ES QUINAS CON RADIO CE O. 3 cm .

T I P O O

LUB R I C A R ESTE E X T R E M O .

PAS AJUNTAS L ISA V E R TA BLA PARA TA M A N O Y ESPACIA M I E N T O EN PASAJUNTAS .

J U NTA TR A N SV E R S A L D E CONST RUCC ION

VA R I L L A CORRUGA D A DE SUJEC ION .

T I P O E

JUNTA T R A N SV ERSAL DE CONST RUCCION SU J E TA DA

Figura 9.5 Junta transversal de construcción.

(So Os ) = va lor est imado de la desviación estándar de Mr, en kg/cm2

z = desviación normal correspondiente al porcentaje de resultados que pueden ser menores a la resistencia especificada.

El va lor So Os depende de la cons istencia con que la p lanta productora fabr ique el concreto. En la tab la s iguiente se pre­sentan a lgunos va lores típicos de z :

Tabla 9.6 Coeficientes de transferencia de car a

Con pasajuntas y Junta sin pasajuntas

Con refuerzo (fricción entre Tipo de pavimento

reforzada con malla aareaados)

continuo

Millones de eies eauivalentes No Si No Si No Si

Hasta 0.3 3.2 2.7 3.2 2.8 - - Calles y caminos vecinales

0.3 - 1 3.2 2.7 3.4 3.0 - -

1 a 3 3.2 2.7 3.6 3.1 - -

3 a 1 0 3.2 2.7 3.8 3.2 2.9 2.5 Caminos principales y autopistas

1 0 a 30 3.2 2.7 4 . 1 3.4 3.0 2.6

Más de 30 3.2 2.7 4.3 3.6 3.1 2 .6 Fuente: "AASHTO Guide for Design of Pavement Structures", 1 986, publicado por AASHTO.

1 1 9

Capítulo 9 El método AASHTO para pavimentos rígidos

CHAFLAN REDONDEADO 1 CON RADIO DE O .3 cm .

0.3 1 -0.6�+cm . VARILLA DE SUJECION.

:.· . . .-�·-· . ·.�- -·0'·.'.· .

·· .:� ... ... . ó� -:·:_ . : ,� . TI PO A T I PO A- 1

JUNTA TRANSV ERSAL DE CONT R ACC ION O LON G I TUDINAL PR EFOR MADA O ASERRADA .

CHAFLAN RED ONDEADO CON RADIO DE 0 . 3 cm.

SEMIREDONDEADA VER TABLAS PARA TAMAN DE MACHI MBRES . VARILLA DE SUJECION.

· .' \0 . . � : . . � · <Y.: . ... : � :.:·

.

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'-..} '> '-._/--)

TIPO B - 1 TIPO B

Figura 9.6 Junta longitudinal de construcción

z % de es ecímenes or aba'o del valor es ecificado

0.841 20

1 .037 1 5

1 .282 1 0

1 .645 5

2.327 1

1 E l va lor de So Os puede establecerse en aque l los casos en

los que se cuente con experiencb documentada de produccio­nes h i stór icas de la p lanta premezcladora que sumin i stre e l concreto en una ci udad dada.

Con lo anterior, y conociendo e l va lor de Mr por especifi­cación, e l va lor de (Mr)medio para d i seño o para emplear en el nomograma será l igeramente mayor, dependiendo el i ncre­mento del porcentaje esperado de muestras o concretos con resistencias inferiores a lo especificado.

Juntas

Según se menciona al fi nal del Cap. 7, otra de las necesida­des comunes en el proyecto y construcción de pavimentos r ígidos son las juntas. Estas, según se vio, se c lasifican en:

* Transversa les de contracción

1 20

T I PO B - 2

* Transversa les de construcción

* Transversa les de expansión

* Longitudina les de contracción

* Longitudinales de construcción

Ejemplo de e l las se i l ustran en las F igs . 9.5 y 9 .6. En general un pavimento podrá d i señarse con j untas con o s in pasajuntas. Por lo genera l e l lo estará en función del t ipo de estructura deseada, e l t ipo de tráns i to y las cond iciones ambienta les. En genera l se recomienda e l empleo de pasaju ntas para tránsitos i ntensos y pesados; y para e l lo es usual emplear vari l la l i sa de 1 1 /4" y 1 1 /2 " de d iámetro. Este mecanismo de carga es mencionado en forma expl íci ta en el d i seño de AASHTO med iante los valores recomendados del factor J, tal como se defi ne en este criter io. (ver tabla 9 .6) .

E l factor J representa la cantidad de transferencia de carga que se espera a lo largo de la j unta para un periodo de d iseño particu lar de pavimento.

Ejemplo de aplicación, criterio AASHTO

A fi n de poder establecer las d iferentes sol uciones obteni· das con los métodos mencionados, supongamos que se desea

El método AASHTO para pavimentos rígidos

dimensionar un pavimento para la s iguiente d istr ibución de tráns ito .

E l per íodo de d i seño es de 20 años (Tabla 9. 7) .

Tabla 9.7 E"em lo de a l icación

Tipo de vehículo % de composición

A 78

82 2.5

83 2.5

C2 8

C3 3.2

T3 - S2 2.3

T3 - S3 2.8

T3 - S3 - R4 0.7

Notas: Período de diseño = 20 años Se considera que los vehículos van cargados a su toda su capacidad.

Los resu ltados correspond ientes a los s iguientes parámetros empleados quedan como sigue:

Espesor del pavimento = 32 cm (incógnita)

Número total de ejes equivalentes de 1 8 Kips de peso = 60,776,01 6*

Confiabil idad = 95 % (propuesto)

Desviación estándar, promedio

Módulo de ruptura

Coeficiente de transferencia de carga

Módulo de reacción

Coeficiente de drenaje

Serviciabil idad inicial

Serviciabil idad final

= 0.35

= 45 Kg/cm2

= 2.7

= 3.93 Kg/cm3

= 1 .0

= 4.50

= 2.50

Para la determ i nación del módu lo de reacción:

Módulo de resilencia de la subrasante

Módulo de resilencia de la sub-base

Espesor de la sub-base

Profundidad a manto rígido

Pérdida de soporte

= 703 Kg/cm2 -

= 2, 1 09 Kg/cm2

= 1 5 cm

= muy grande

= 1

• Los ejes sencillos equivalentes fueron calculados previamente, haciendo uso de las cargas máximas permitidas de los vehículos y transformándolas a ESAL's mediante los factores de conversión proporcionados por AAS­HTO.

9.3 EMPLEO DE G RAFICAS DE D ISEÑO

Capítulo 9

La ecuación 9. 1 se puede uti l i zar para preparar gráficas de d iseño para rangos típicos de algunos parámetros. Ta l es e l caso de las gráficas que se presentan en las páginas s iguientes . En e l las se uti l izaron los s iguientes va lores:

* Módu lo de elasticidad del concreto, Ec kg/cm2

* I nd ice de servicio i n ic ia l , Pi = 4 .5

* I nd ice de servicio fi na l , Pt = 1 . 5

2 .82 X 1 05

* Coef. de transferencia de carga, Con y S in guarn ición y camel lón = 3 .2, y 4 .2 , respectivamente

* Desviación estándar, So = 0.35

* Coeficiente de drenaje, Cd, con guarnic ión y camel lón = 1 .05, s in guarn ición n i camel lón = 1 .0

U na descr ipción más deta l lada de los ejes senci l los equiva­lentes de 8.2 ton o ESAL's y su manera de obtenerlos aparece en el capítu lo 8, y en la parte fi nal de esta sección, en donde se presenta un ejemplo de ap l icación.

Para obtener los espesores de d i seño se establecen los s igu ientes tres pasos pr inc ipa les:

* Eval uación de tránsito:

* Establecer los parámetros de d i seño

* Determi nación del espesor de losa

Para cump l ir e l requ i sito de la eva l uación del tránsito, se adoptan los cr iterios del capítu lo correspondiente al Tránsito de este l i bro, y los recomendados en tablas de ayuda de diferentes publ icaciones de la S.C. T.

Antes de emplear cualesquiera de las gráficas de d iseño que se muestran, es necesario defi n ir primero un índ ice de confian­za adecuado a la via l idad. Para e l lo, se tendrán muy en cuenta aspectos ta les como la importancia del pavimento, qué tan frecuentemente se puede inturrumpir el tránsito para rea l i zar reparaciones en zonas fal ladas o con prob lemas de fractura­m iento, esto en el caso de haber se leccionado un n ive l de confianza bajo (o factor de segur idad pequeño), lo cual se refleja al adoptar un va lor de R del 50 %. Los espesores para n iveles de confianza de 50 % se presentan como referencia ún icamente . Se recomienda uti l izar valores de R siempre mayores a 75 % o i ncl uso más para e l caso de ca l les. Los va lores bajos de R son justificab les só lo en a lgunos estaciona­mientos.

Los va lores del módu lo de reacción serán conocidos con anticipación, y se basarán en los estud ios geotécn icos d i spon i­b les o en est imaciones a partir del conocimiento de los suelos existentes en la zona, usando la tab la 9 . 3 .

1 21

Capítulo 9

IND IC E DE CONF IANZA , %

en IJ.I

� _J _J IJ.I ::e et (.)

z

en IJ.I z o ü z o: et ::> (!)

� en

� z IJ.I ::e � a.

50 80 95 23 25

20 23 25

23 1 8

20

20 1 8

1 5

1 8 1 5

12 .5

1 5

1 2.5

12.5 cm. m in* 1

1 1 .5 cm . min . CALLES 10.0 cm. min. ESTACIONA-

El método AASHTO para pavimentos rígidos

I N D I CE DE CONF IANZA , %

RES I STENCIA PROMED IO A L A FLE XION = 35 Kg/cm 2.

RES I S TENCIA ffiOMED IO A LA COMPRESION = 2 1 0 Kg/c m 2 .

K = 1 . 4 Kg /cm3 .

95 80 50 23

20 1 8

20 1 8

1 5

1 8 1 5

1 2 .5

1 5 1 2.5

12 .5 cm. min� 1 1 .5 cm. min. CALL ES 1 0 .0 cm. m in. ESTACIONA-

E u R

z o _J _J IJ.I :E et (.) >­

z o ü 2 o: et ::> (!)

z o (.)

� z IJ.I ::e � a. _J � o: � MIENTOS . ���-'-----'�-'-_..__L----1..._.._._._��-'-�-'---'--'--'-..__.__.__._��---'-�-'-���_._.............._ MIEN TOS �

o: 10 100 1000 1 0000

IJ.I

� IJ.I a. en IJ.I

TA L E IB SAL , M I LES 5; IJ.I

* ESTOS V A LO R ES M I N I MO S SE A P L I C A N A TODAS LAS CALL ES POR ENCI M A DE LA CAT EGOR I A DE R ESI D E N C I A LE S , S I N I M PORTAR T R A F I CO O N I V EL D E CON F I AN Z A.

Figura 9.7

Los va lores del módu lo de ruptura se fijarán de acuerdo con los registros de los resu l tados de las empresas premezcladoras o en base a exper iencias pasadas.

Las gráficas de d iseño que a cont inuación se presentan fueron preparadas para val ores de k = 1 .4, 2 . 8 y 5 . 5 kg/cm2/cm; para resistencias a la compresión de 2 10 y 280 kg/cm2. Los n iveles de confianza uti l izados fueron del 50, 80 y 95 % .

En general, los pav imentos s e comportarán mejor s i cuentan con elementos confinantes en sus costados, ta les como guarni­ciones y came l lones. Será decis ión de l d iseñador colocar o no guarnic iones i ntegrales o l i gadas mediante var i l las de sujeción. En las curvas de d i seño propuestas se tiene la opción de uti l izar o no guarn iciones y camel lones.

Secuencia de dimensionamiento

Primeramente, se seleccionará la carta correspondiente al valor del módulo de reacción, k, representativo de las condiciones de apoyo, y de la resistencia a la flexión especificada en el proyecto. Después se proseguirá conforme al siguiente procedimiento:

1 22

* En los ejes de las abcisas aparecen los ejes senci l los equ iva lentes de 8.2 ton (ESAL), en una escala que va de 1 0 m i l a 1 0 m i l lones. En e l eje de las ordenadas aparecen d ibujados los espesores, para e l caso de que el pavimen­to cuente con guarnic iones y camel lones. Según se

aprecia, el rango de espesores está entre 1 O y 25 cm a tres n iveles d iferentes de confianza.

* Trace una l ínea vert ica l a part ir del n úmero conocido de ESAL's hasta i nterceptar la l ínea de d i seño. U na manera de verificar el orden de magn itud del tráns i to de entrada es a través del rango de categoría de v ia l idad marcado sobre la l ínea refer ida, lo cual a su vez se apoya en l os cr i terios de la tabla 9 . 1 .

* Para el caso de emplear pavimentos s i n guarn ic iones o camel lones, es decir s i n confi namiento latera l , pasar una l ínea horizontal hacia la izq u ierda de l punto de cruce del párrafo anterior. Seleccionar el espesor de d i seño en base al n ivel de confianza seleccionado. Para e l caso de contar con guarn ic iones y camel lones, i ntegra les o l igadas al pavimento, pase la l i nea horizontal hacia la derecha de l punto de cruce del paso 2, hasta obtener e l espesor del pavimento de la gráfica apropiada según el n ivel de confianza adoptado.

* Los espesores así obten idos son l os requerim ientos mí­n imos. Se aconseja ut i l i zar secciones más robustas para lograr índ ices de confianza mayores y, de esta manera, reducir costos a med iano o largo p lazo.

* Por med io de i nterpolaciones se pueden hacer d imen­s ionamientos para va lores d i ferentes del módu lo de ruptura del concreto y de k .

El método AASHTO para pavimentos rígidos Capítulo 9 r----------------------------------- -----·- ------------�

INDICE DE CONFIANZA , %

E u en UJ z

g _J UJ :E < (.)

z

ta z o o z a: < => (!)

� en

� z UJ :E > � � �

50 80 95

23 25

20 23 25

23 20

18

20 18

1 5

1 8

1 5

12. 5 1 5

* 12 .5 cm . 12 5 1 1 . 5 cm. min. · CA LL ES 1 0.5 cm .min .1 2 . 5

' . �c_, �S �V � �e} �,«;.

� �.,... ESTACIONA-

�c_,\f\J \O � ��CI MIEN TOS .

10 1 0 0

INU ICt. U t. CO N F IANZA 1 "/o

RES IS,-E NC IA PROMEDIO A LA FLEXION = 35 Kg/cm 2.

RESI S T ENCIA PROMEDIO A LA COMPRESION = 2 1 0 Kg /cm 2.

K= 2 . 7 Kg /cm3.

95 80 50

23 20

1 8

20 1 8

1 5

1 8

1 5

1 2 .5

1 5

1 2 .5

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Figura 9.8

E s recomendab le contar con servicios de i ngeniería más especia l izados en e l caso de tener suelos natura les muy hete­rogéneos, mucha i ncertidumbre en la eva l uación del tránsito a ser soportado, y/o n iveles de confianza no especificados en estas figuras.

9.4 D I SE Ñ O G EOMETRICO

CRITERIOS G EN ERALES

Pavimentos urbanos

* Rasante longitud i na l : la e levación m ín ima respecto a la del proyecto deberá ser del 0 .6 %. La rasante máxima será l im itada por las capacidades del equ ipo extendedor.

* Tuberías: es común d i sponer las tuberías en e l derecho de vía, fuera de los l ím i tes del pavimento, a fi n de que las actividades de manten im iento y reparación no i nter­fieran con este ú l t imo. La buena planeación en las operaciones de manten im iento, reparaciones y ad icio­nes de las tuberías por colocar, evitará el levantamiento de l os pav imentos, con sus consiguientes costos.

* Guarn ic iones i ntegrales o sujetadas: s i bien es común colocar las guarn iciones y camel lones de manera sepa-

rada, es recomendable uti l i zar los equ ipos extendedores que cuenten con d ispositivos adaptadores (formas) en sus or i l las, para que de una so la pasada se co loquen y queden i ntegrados el pavimento y las guarn iciones.

Ta l como se ha mencionado en otros párrafos, e l empleo de un e lemento confi nante al lado de las or i l las del pavimento o, lo que es mejor, de una ampl iación en su sección o secciones cr íticas (ori l las) contr ibuye a reducir esfuerzos en estas ú l timas. Esto se refleja en decrementos de espesores además de en las gráficas de d i seño que se presentan .

* Anchos de ca l le: e l ancho de las via l idades dependerá del del tránsito que tengan que servir; s in embargo, es común establecer un ancho m ín imo del orden de 7 m, con una pend iente transversa l del 2 %. Se recomienda que no existan variaciones fuertes en anchos y pendien­tes. Los anchos de 3 .0 a 3 .6 m son comunes, ya que anchos mayores presentan mayores r iesgos, pues los conductores tratan de rebasar en carr i les senci l los más anchos.

En los carr i les de estacionamiento adyacentes a las guarn i­ciones pueden adoptarse los s iguientes cr iter ios: 2.4 m en e l caso de que predominen automóv i les, y de 2.7 a 3 .0 m en el caso de que por la via l idad circu len camiones pesados.

No se recomiendan anchos menores para carr i les de esta­cionamiento. En arterias pr incipa les el ancho de estos carr i les

1 23

Capítulo 9

INDICE DE CONFIANZA, %

50 80 95

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10

El método AASHTO para pavimentos rígidos

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-- -·-· ·-·-------------------------

Figura 9.9

puede l legar de 3 a 3.7 m, lo que perm itirá que s irvan i ncl uso para dar la vuelta.

* J untas: se rea l izarán d i seños y construcciones de juntas para que éstas trabajen correctamente. Las juntas se construyen para a l iviar los esfuerzos y evitar la genera­ción de gr ietas por tránsito o temperatura. Las juntas de construcción d ividen en secciones las losas por requeri­m ientos constructivos y de planeación de obra.

* J untas longitud inales: estas juntas se construyen para contro lar las gr ietas longitudi nales. Pueden ser aserradas o formadas a tope con o sin var i l las de sujeción, o mach ihembradas. Normalmente se planean para que coincidan con las marcas de carr i l , a interva los de 2 .5 a 3 . 7 m . No se recomienda sobrepasar este ú lt imo l ím i te. La profundidad de los cortes para la ejecución será de un tercio.

Las juntas longitudi nales se uti l izan para tender franjas nuevas de losa sobre tend idos ya existentes.

En las F igs. 9 .5 y 9 .6 aparecen deta l les de la ejecución de este t ipo de juntas, en particu lar sus mecanismos de transferen­cia de cargas, ta les como mach imbres, j untas a tope con var i l las de sujeción o mach imbres con var i l las de sujeción.

En las s iguientes tablas se presentan d imensiones de ma­ch imbres y tamaños con los espaciamientos correspondientes

1 24

de var i l las de sujeción, todo e l l o en función de l espesor de la losa:

Tabla 9.8 Dimensiones de machihembrado

Espesor del Machimbre Machimbre

pavimento, semirredondeado, tra ezoidal

en cm a en cm a en cm b en cm

1 0.0 - 1 2.5 2.5 2.5 1 .3

1 2.5 - 1 7.5 3.2 3.2 1 .6

1 7.5 - 22.6 3.8 3.8 1 .9

23.0 - 25.0 5.0 5.0 2.5

En el caso de estacionamientos y ca l les residenciales de bajo vol umen se pueden hacer juntas a tope, i nc l uso s i n vari l la de sujeción, s iempre que el espesor m ín imo está comprendido entre 1 O y 1 3 cm. E l mach ihembrado no es recomendable en espesores menores de 1 8 cm.

* J untas transversa les: se uti l izan para contro lar e l agrieta· m iento transversal . Las del ti po de expans ión s i rven para a l iviar los esfuerzos por compresión . Las de contracción contr ibuyen a a l iviar los esfuerzos por tens ión al con· traerse la losa por un lado, y por e l otro los esfuerzos de a labeo generados en las losas por cambios en los gra· d ientes térm icos y las var iaciones de humedades a lo largo de las secciones de las losas. Ta l como se d iscute

El método AASHTO para pavimentos rígidos

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INDICE DE CONFIANZA , %

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Capítulo 9

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�������-�-J Figura 9. 1 0

e n otras secciones, l as j untas se forman med iante t:ortes una vez que el concreto ha fraguado, aunque también se pueden real izar i nsertando fajas preformadas en el concreto fresco. Esta decis ión se basará en las caracterís­ticas de los agregados, así como en las consideraciones económicas de cada proyecto en part icular. Para espe­sores de pav imento menores de 1 5 cm, e l espaciamiento de estas j untas no debe exceder de 4 .50 m. La s iguiente tab la proporciona una gu ía sobre espaciamientos:

Tabla 9.9 Espaciamientos de juntas de acuerdo al ti o de a re ados

Tipo de agregado Espaciamiento máximo. en m

Granito triturado 6

Caliza triturada 6

Grava calcárea 6

Grava sil ícea 4.5

Grava con tamaño máximo menor a 3/4" 4.5

Escoria 4.5

En estos pav imentos se co locarán pasajuntas dependiendo del t ipo de tráns i to y de las condic iones de apoyo. Normalmen­te, las pasaj untas no serán necesarias s i e l tránsito es l i gero; si n embargo, es conven iente colocarlas cuando en via l idades importantes se esperen veh ícu los pesados. En la s igu iente tab la

se presentan d imensiones y espaciamientos de pasajuntas para juntas de expansión en pavimentos delgados y en juntas rea l i­zadas en pavimentos sujetos a gran demanda por tránsito pesado.

Tabla 9.1 O Dimensiones en pasajuntas Pavimentos urbanos

Espesor del Diámetro de la

Longitud, Espaciamiento, pasajunta en

pavimento cm loulaadasl

en cm en cm

10 - 1 5 1 .60 (5/8) 30 45

1 5 - 1 8 1 .90 (3/4) 38 38

1 8 - 20 2.50 (1 ) 38 30

20 - 25 3.20 (1 1 /4) 38 30

* J untas de expansión: s i se s iguen las recomendaciones para las j untas de contracción, las del t ipo de expansión no serán necesarias. Para este tipo de j untas se deberá colocar elementos a is lantes entre el concreto.

En la ya citada F ig. 9 .6 aparecen deta l les típ icos de las j untas. En la F ig. 9 . 1 4 se presentan en un arreglo en planta, los ti pos de juntas y su loca l i zación dentro de los pavimentos con guarn iciones i ntegra les. En la F ig. 9 . 1 5 se muestran secciones transversa les en donde aparecen tipo de juntas longitud ina les. Las geometrías de las guarn iciones in tegra l es se muestran en la F ig. 9 . 1 6 . La primera parte de esta figura muestra una

1 25

Capítulo 9

INDICE DE CONFIANZA 1 %

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El método AASHTO para pavimentos rígidos

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Figura 9.1 1

guarn ición baja para el caso de zonas residencia les np donde se conozcan de antemano los accesos a los d iferentes lotes .

Nota final: la ecuación 9.1 es aplicable para dimensionar pavimentos en carreteras. Toda la descripción y los criterios generales de selección de los parámetros que intervienen en ella son igualmente aplicables en carreteras de altas especificaciones. La asignación de los índices de confianza y las calidades del concreto son función de los proyectos a considerar.

A conti nuación se presenta un ejemplo deta l lado del d i­mensionamiento de un pavimento carretero.

EJ EMPLO (TRAMO CARRETERO)

Supóngase que se va a d i señar un pavimento de concreto para la s igu iente d i str i bución de tránsito:

A2 A'2 82 C2 C3 T3 - S2 T3 - S3 T3 - S2 - R2

436 233 233 1 1 6 1 30 1 60 1 1 6 29

30 % 1 6 % 1 6 % 8 % 9 % 1 1 % 8 % 2 %

Este cam ino se considera alternativo de una autopista cer­cana ya exi stente, por lo que se puede considerar secundar io. Las v idas úti les de proyecto en pavimentos carreteros normal­mente van de 20, 30 y 40 años, dependiendo entre otras cosas de las expectativas de crecimiento de tránsito, del desarro l lo

1 26

de la zona, así como de las consideraciones de manten im iento. En este caso supondremos que e l período de d iseño es de 25 años (aunque se presentan cá lcu los para uno de 20 años) .

Se espera que esta d istr ibución veh icu lar se i ncremente anualmente en un 7 % .

Las condiciones del terreno natural son aceptables . Los suelos consisten en mezclas de l imos arenosos con a lgo de arci l la y gravas a is ladas. E l va lor relat ivo soporte, VRS, repre­sentat ivo equ ivale en promed io a 1 5 % .

Para dar u n a mejor trans ic ión a los esfuerzos i nducidos por las cargas de tránsito y para dar una capa drenante durante la vida úti l del proyecto, se contempla colocar una capa sub-base del t ipo granu lar . E l espesor de esta capa i ncid irá, s i n duda, en el espesor total de la losa. Los espesores de capa más comunes empleados en tramos carreteros están en el rango de 1 O cm y 20 cm. De entrada consideraremos que la capa granu lar será de 1 5 cm en este tramo.

Dentro de los proced im ientos y especificaciones de proyec­to se ind ica que la capa granu lar se apoyará en los suelos natura les debidamente despa lmados, escarificados, y recom­pactados. Todos las zonas reb landecidas serán debidamente reti radas y restitu idas con suelos naturales s i se demuestra que éstos tienen la cal idad adecuada o, en su caso, por material producto de banco. La capa granu lar será un buen med io para drenar el agua p luvia l y la debida a e levaciones estacionales

El método AASHTO para pavimentos rígidos

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Capítulo 9

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Figura 9.1 2

de los n iveles fréaticos. Además, se p lanea dotar de cunetas y drenes latera les en zonas bajas para lograr un drenaje eficiente de toda la v ia l idad .

En e i caso de que por los requer im ientos de rasante de proyecto no se a lcancen los n iveles exigidos, se colocarán materia les de re l leno de la cal idad de una capa subrasante que cumpla con lo estipu lado en las normas S .C.T. , subyaciendo a la sub-base.

Dado que se trata de un l i bram iento sujeto a cargas pesadas, se sugiere emplear un n ivel de confianza del 90 %. Por otro lado, se propone uti l izar un concreto cuya resi stencia a la flexión, Mr, sea igual a 49 k_?.cm2, con un módu lo de elastici­dad del orden de 3 . 3 3 x 1 0 kg/cm2 .

La deci s ión de emplear pasajuntas dependerá de la factibi-. l idad constructiva y económica . Se sabe que cuando se hace

uso de e l l as, es pos ib le reducir los vol úmenes de concreto resu l tantes. En los cá lcu los fi na les se presentan var ios escena­r ios para adoptar u n criter io.

Los cá lcu los de tránsito aparecen en una tabla anexa. En la segunda col umna de esta ú l t ima tabla aparecen las cond iciones de estado de carga: vacío y cargado. E l l o se refiere a una estimación razonabl e de los porcentajes de veh ícu los vacíos. Para esto es necesario rea l izar med iciones de sus pesos con báscu las, a fi n de obtener datos más preci sos. Este procedi-111 iento, según se verá, i nfl uye mucho en los valores de los

factores de equ iva lencia, mediante los cuales se transforma los pesos reales de los ejes de veh ícu los a ejes estándar equ ivalen­tes de 8 .2 ton o repeticiones de carga de ejes normal izados durante e l per íodo de d i seño del pavimento.

En la col umna 5 aparece el n úmero de años por e l cual habrá de mu ltip l icarse e l tránsito actual para reflejar e l per íodo de d i seño (25 años) afectado por la tasa de crecim iento de 7 % . En la parte fi nal del capítu lo sobre tránsito aparece la fórmu la propuesta para determ i nar e l factor de crecimiento, g, de la AASHTO.

* El machimbre puede ser trapezoidal o redondeado

-H-b

Fig. 9.1 3 Machimbres para juntas de pavimentos urbanos

1 27

Capítulo 9

r5 m. O MENOS�

A

A SI SE PAVIME NTA A A N C H O COM P L E TO . B , B - 1 o B -2 PARA TEND IDOS DE SE M 1 A N C H O .

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El método AASHTO para pavimentos rígidos

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0.5 m. min.

D

Figura 9. 1 4 Detal le de pavimentos con guarnciones y sistema de juntas en calle.

El tránsito de d i seño es el producto de las co lumnas 4 y 5 mu lt i pl icados por los 365 d ías del año. En tabla anexa se presenta el desglose de los factores de equiva lencia concentra­dos, F .E . , que aparecen en la penú lt ima columna. Los valores de F . E . atendiendo al peso de eje fueron preparados por la AASHTO, y se reproducen en las tablas No 8 . 1 a la 8 .9, del capítu lo 8 sobre Tránsi to. E l los son función del peso por eje y del espesor supuesto o de tanteo de l a losa. En nuestro caso, hemos considerado uno de 20 cm. F i na lmente, los ejes senci­l los equiva lentes de 8 .2 ton, ESAL's de d iseño, para cada t ipo de veh ícu lo se obtienen mu lt ip l icando el tránsito de d iseño por e l F . E . correspondiente. El tránsito para el cual se d iseña el pavimento es la sumatoria de todos los grupos de carga, y aparece en la parte inferior de la tabla.

Para tomar en cuenta la geometría del pavimento o la d i sposición de carr i les, todo e l tránsito de d i seño se mu lt ip l ica por el factor de carr i l , Fe. Dado que en nuestro caso sólo existirán dos carr i les, este factor es de 1 , de otra manera se deberá emplear la F ig. 8.2 del capítu lo 8.

Para tomar en cuenta que e l tránsito total circu lará en ambas d i recciones, el pavimento se d i seña para un so lo carr i l , deno­m inado de d i seño. Así, al valor resu l tante de afectar al tránsito

1 28

de d iseño por el factor Fe habrá que d iv id i r lo entre dos para ser empleado en la ecuación o nomogramas de sol ución.

En las tab las y gráficas anexas se presenta e l d imensiona­m iento del pavimento.

* Secuencia de cá lcu lo: todavía pr imeramente se propor­ciona el t ipo y d istr ibución de tráns i to, así como el T. P.D.A.

En la segunda y tercera col umnas se clas ifi ca e l estado y los porcentajes de veh ícu los cargados y vacíos . E n l a cuarta, se mu lt ip l ican los porcentajes por e l T .P . D.A. En la qu inta aparece e l factor de crecim iento obten ido de acuerdo con la ecuación propuesta por la AASHTO (ver Capítu lo de Tráns ito) . Para ello se uti l izó la tasa de crecimiento y el n úmero de años del proyecto. En la sexta columna, Tráns i to de Diseño, se da el producto de las co lumnas 4 y 5 m u l t ip l icado por los 365 días del año. En la co lumna 8 se ca lcu lan los ejes estándar equiva­lentes de 8 .2 ton, ESAL's, producto de la m u lti p l i cación de las co l umnas 6 y 7.

Nótese que en la co l umna 7, Factores de Equ ivalencia, aparecen los va lores ya concentrados para cada condic ión, esto

. ¡ E l método AASHTO para pavimentos rígidos Capítulo 9

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A SI SE PAV I M E NTA A ANCHO COMP L E TO. B . B - 1 o B -2 PARA TEN DIDOS DE S E M I ANC HOS .

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NOT A 1 : ALCANTA R I LLAS , PUEDEN S E R COLO C A D AS INTEGRALM ENTE CON EL PAVI M E N TO O FOR MA DAS MEDIANTE C AJAS . LOS COLADOS DE PO ZOS DE V I S I TA O REG I STROS DENTRO DEL AREA DEL PAVIMENTO PUEDEN FORMARSE MEDIANTE CAJ AS O COL ARSE D E FOR M A I NT EG R A L .

N OTA 2 : ESPACI A M I E NTO DE J UNTAS AJ U S TADO PARA CUM PL I R CON N I V E L ES Y D I S POS I CION DE POZOS DE V I SI TA Y ALCA N T A R I LLAS .

N OTA 3 : LAS D I M E NS I O N ES T I PO MOST R A DAS SO N PARA PAV I M E N TOS DE 1 5 cm. EL ESPAC I A M IE NTO MAXIMO ENT R E JU N TA S T R A NSV E R S A L E S NO DEBE EXCEDER EL VALO R M ENOR E NT RE 30 V E CES E L ESPESOR DEL PAV I M E N TO ( EN P U LG A DAS ) O 3 . 7 m . ( 4 . 6 m . P A R A ESTA C I ONAM I E N TOS ) .

Figu ra 9. 1 4 Detalle de pavimentos con guarnciones y sistema de juntas en calle. (Continuación)

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es, vacía y total mente cargada. Cada número es la suma de factores correspond ientes a cada uno de los ejes que compo­nen al veh ícu lo . Así por ejemplo, en el caso de automóvi les A2, se entra en las tab las para un n ivel de rechazo, Pt, igual a 2 .5 , y se propone un espesor i n ic ia l de losa de 25 cm, m ientras que 1para un peso por eje de 1 ton, se obtiene 0.0002 por eje. Dado que l o componen dos ejes iguales, entonces e l valor a usar en la tabla es de 0 .0004, y así sucesivamente, para cada tipo de veh ícu lo . Es i nteresante notar que los valores de F .C. se i ncrementan conforme e l peso por eje, lo que nos da una noción del daño producido por cada t ipo de eje, o en otros térm inos, el n úmero de pasadas necesar io de un eje dado para producir el m i smo d�ter ioro que un eje senci l lo estándar de 8 .2 ton de peso.

E l tránsito de entrada fue el total , l uego el carri l de d i seño deberá considerar sólo la mitad del tránsito para una d irección, lo cual sign ifica que Fd debe ser igual a 0 .5 . Nótese que en este caso se uti l izó un factor de d i str i bución por carr i l , Fe, de 0.60. Esto se debe a que este tramo carretero contará con dos carr i les por cada d i rección. En caso de requerir mayor seguridad, por ejemplo en el caso de las autopistas, este valor puede a lcanzar el valor de O. 90. Para e l caso extremo de que se contase sólo con un carr i l por d i rección, tal factor debe ser, desde l uego, de 1 .0 .

Solución por nomograma:

Número total de ejes equivalentes de 1 8 Kips de peso = 36,41 0, 1 51

1 29

Capítulo 9

DETALLES TIPICO� E N J U N TAS

DE PAVIMENTOS DE 1 5 cm.

DE ESPESOR .

El método AASHTO para pavimentos rígidos

R= 1 3 .5 m.

R =4 . 3 m. min.)

Figura 9. 1 4 Detal le de pavimentos con guarnciones y sistema de juntas en calle. (Continuación)

1 30

Confiabil idad

Desviación estándar, promedio

Módulo de ruptura

Coeficiente de transte·rencia de carga

Coeficiente de drenaje

Serviciabilidad inicial

Serviciabilidad final

= 90 %

= 0.35

= 49 Kg/cm2

(697 lb/ pulg2 )

=3.40

= 1 . 1 0

= 4.5

= 2.50

Para la determinación del módu lo de reacción:

Módulo de resilencia de la subrasante

Módulo de resi lencia de la sub-base

Espesor de la sub-base

= 872 Kg/cm2

(1 2,392 lb/pulg2 )

= 2,460 Kg/cm2

( 35,000 lb/pulg2 )

= 1 5 cm

Profundidad a manto rígido

Pérdida de soporte

Módulo de reacción (usar la g ráfica.de la Fig. 9.2)

= muy g rande

= 1

3 = 4.6 Kg/cm (1 66 lb/ pulg3 )

Empleando el nomograma de la F ig. 9 . 1

Espesor del pavimento = 29.5 cm (1 1 .62 pulgadas )

Para dar una idea de la i nfl uencia de las pasajuntas en los espesores resu ltantes, tenemos que para los datos anteriores:

Factor de transferencia J Es esor en cm a das

3.4 con Mr = 49 k /cm2

29.5

2.7 26.0

2.6 25.5

3.4 con Mr = 53 k /cm2

1 1 .2

J= 2.6, caso de que el pavimento sea continuamente reforzado

El método AASHTO para pavimentos rígidos Capítulo 9

T I PO A o A - 1 PARA CONSTR UCC IONES DE ANCHO COMP L E TO T I PO B , B - 1 o 8 -2 PARA COLO CAC I O N DE SEM I A N CHOS .

t

2 º ero.

7. 5 m. o men os . t

l . 2 a 2.5 m . 2. 5 m . m in . 2 . 5 m . m in . 1.2 a 2 .5 m. min .

i . , JUNTA T I PO B 8 - 1 o 8 - 2

.

¡c , , ., . ; : •.W k "� · ;u�:: �,:·fA� I

·

.

' • : ,;:J . .. . . . . P · ·• � ·:.•:11

t

8 . 5 a 1 0. 0 m.

NOTA . L OS VA LORES T I P I COS SON PAR A PAV I M E N TOS DE 15 cm. El ESPAC I A M I E NTO MA X I M O LON G I T U DI NA L N O DEBE E X C E DER E L VA LOR M E NOR E N T R E 3 0 V EC ES E L ESPESOR DEL PAV I M E N TO ( EN P U LGA DAS ) O 3 . 7 m. (4 .6 m. PARA AREAS D E ESTAC I ON A M I E N TO ) .

1 . 8 a 3 . 0 m . 3.0 m . m i n .

JE;. · : : · ; ·:. _.. �: �/� . . . �:.�. · ,.: .. . . · J .... ·"'·.· . . :.· ' ., ·, ; . : · :%' . : :.

t 3.0 a 3 .7 m. t

1 0 . 0 a 1 2. 2 m .

3 .0 a 3 .7 m. 3 . 0 a 3 . 7 m .

TIPO B 8 - 1 o 8 - 2

·: ·:·P .:·.·· .. o � ··• :: : .· ., ;,...-::·: : .":.1',Ó.O . . \ • . ::. ',�·:·.: ° , . . I ·;..:..- . :: 1 º' . � :.

T I PO A o A - 1 PARA TEND I DOS EN .__ __ S EC C I O N COMP L E TA .

T I PO 8 , 8 - 1 o B - 2 PARA T E NDI DOS CRU B R I E N D O SEMIANC HOS .

1 2 . 2 a 1 5 . 0 m .

JUNTEO ALT E R NAT I VO 3 . 7 m. 1 3 .7 m .

_p. .. ,J . . . ,::-�<.- ··." > " .- ·· ... Q>,_ · >"! .. . -. : ..... , .. . . -;.. �.c." "·' :j.. .. .. (··,,' ..�: . . , . · . ... -ft' .

t 8 .5 m .

3.0 a 3.7 m.

Figura 9. 1 5 Detalles de la sección transversal en pavimentos urbanos, mostrando arreglos típicos en juntas longitudinales.

i

1 31

Capítulo 9

Período de análisis n = 20 años

Tránsito Promedio Diario Anual T.P.D.A. = 4 000

Tipo de Estado de Composi -vehículo 1 ción en % 3

A2 Total 20

Vacío 1 0

A'2 Total 1 1

Vacío 5

82 Total 1 0

Vacío 6

83 Total

Vacío

C2 Total 6

Vacío 2

C3 Total 5

Vacío 4

T2- 81 Total

Vacío

T3 - 82 Total 5

Vacío 6

T3 - 83 Total

Vacío

Total T3 - 82 - R2 Vacío

1 00 Factor direccional = 0.5

Factor por crecimiento

800 41 .00

400 41 .00

440 41 .00

200 41 .00

400 41 .00

240 41 .00

o o

240 41 .00

80 41 .00

200 41 .00

1 60 41 .00

o o

200 41 .00

240 41 .00

240 41 .00

80 41 .00

40 41 .00

40 41 .00

E.8.A.L. total =

El método AASHTO para pavimentos rígidos

Tráfico de Factor de E.S.A.L. de e u ivalencia diseño 8

1 1 970 684 .0004 4 788

5 985 342 .0004 2 394

6 583 876 .042 276 523

2 992 671 .01 4 4 1 897

5 985 342 2.558 1 5 31 0 0505

3 591 205 0.53 1 903 339

1 .5 o 0.1 83 o

3 591 205 2.56 9 1 93 485

1 1 97 068 .043 51 474

2 992 671 4.38

2 394 1 37

1 4.85 o .078 o

2 992 671 1 0.8 32 320 846

3 591 205 0.07 251 384

3 591 205 1 1 .8

1 1 97 068 0.072

598 534 8 .38

598 534 0.08

1 21 367 1 71

Factor por carril ( carril de baja ) , Fe = 0.60, E.S.A.L. de diseño = ( total ) * Fe* Fd =, 36,41 0, 1 51

Nótese que la co locación de las pasajuntas reduce sens ib le­mente los espesores . E l incremento de 4 kg/cm2 en el módu lo de ruptura só lo d ism inuye 1 cm en los espesores. En este criter io predom ina mucho el aspecto de erosión, a saber, la presencia de e lementos de transferencia de carga-pasajuntas entre las losas.

Referencias

lu H ighway Research Board Special Reports 61 A through 6 1 G" .

2 11Pavement Analysis Software, PAS", desarro l lado por l a

American Concrete Pavement Association. Basado en la pub l i­cación de la AASHTO "Cuide for the Design of Pavement Structures", 1 993 .

3 "Design of Concrete Pavement fa r City Street ", PCA.

4 "Soil Stabilization in pavement structures - A User's manual, Volume 1, Pavement design and Construction consi­derations " , Terre l , R. L . , Epps, Jon, Barenberg, Ernest J . Mit­che l l , James, and Thompson, Marsha l l .

1 32

"Soil Stabilization in pavement structures - A User's ma­nual, Volume 2, Mixture Oesign Considerations " , Terre l , R. L., Epps, Jon, Barenberg, Ernest J . M itchel l , James, and Thompson, Marsha l l .

5 Según AASHTO T97 , ASTM C78, NOM-C-1 9 1 - 1 986.

d + 15 cm.

R = IO cm.

. . . . o : d : t> : º, , ;

, , �'" 'º '•

f .

: : X�'�'· , ' Figura 9. 1 6 Detalles de guarniciones integrales.

Capítulo 1 O

Método de la PCA

1 0. 1 ANTECEDENTES Y DESCRI PCION DEL METODO

E l método fue pr imeramente publ i cado en 1 966 1 , s i n em­bargo, a fi n de tomar en cuenta aspectos ad icionales de d iseño, una nueva vers ión fue presentada en 1 9842 .

Los nuevos factores i nc l u idos son :

* Modos de fal la por fatiga no trad icionales, ta les como l a eros ión de la c imentación de l pavimento.

* Concreto sin refuerzo como capa de sub-base.

* Acotamientos de concreto.

* Pavimentos s in mecan ismos de transferencia de cargas en las j untas transversales (pasajuntas) . El trabajo entre

CARRIL DE TRAFICO

Acotamientos

juntas se desarrol la por fr icción entre los agregados del concreto.

E l cr iter io origi nal de d i seño consideraba el concepto de "resi stencia uti l izada" del pavimento por las d iferentes sol ici­taciones, a saber, por carga y factores ambientales. En e l método se ca lculan los esfuerzos inducidos por cada rango de cargas (por ejes) y se comparan entonces con las resi stencias de d iseño. A d icha relación se le conoce como relación de esfuerzos. Conociendo esta relación, se ca lcu la e l número de repeticiones permitidas para un rango de cargas (por tránsito) dado, va lor que se compara con el número de repeticiones esperadas en un per íodo de d iseño. La relación de estos números (en porcentaje que representa la resi stencia consumi­da o uti l izada por el tránsito), no debe nunca exceder 1 00 % .

Los conceptos considerados en la ú ltima versión d e este cri ter io de d i seño son :

� n,.

Dr = .L.I ---

¡ = 1 N

i

Dr = relación del daño acu m u lado en el período de d iseño

m = total de g ru pos de carga

n i = n úmero pronosticado de repeticiones del g ru po de tráfico (cargas) " i"

N i = n úmero de repeticiones de carga permisibles del gru po de carga " i"

Figura 1 0. 1 Análisis por fatiga. (Criterio PCA)

1 33

Capítulo 1 0 Método d e la PCA

CARRIL DE TRAFICO ililill,fililililililililililililililililililililililililii :::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::: Borde libre o junta de

acotamiento

¡ Acotamientos ¡ 1 - - - - - - - - � - - - - - - - - - J

El método correlaciona:

Proporción de trabajo Com porta m iento

p . w

Longitud del área deformada

p: presión en la inteñase de la losa - superfi cie de apoyo

w: deflexión en la esquina

Log N= 1 4.524-6.777 (C1 P -9.0) º·1 03 N = número de repeticiones permisibles para un índice de servicio presente de 3.0

2 P = proporción de trabajo o potencia = 268.7 �3

h • k .

p = presión sobre el apoyo de la esquina de la losa, en libras/pulgada cuadrada p = kw = caso de cimentación líquida (Winkler) h= espesor de la losa en pulgadas k = módulo de reacción del apoyo, en lb/pulg3 C1 = factor de ajuste, 1 para subbases sin tratar y 0.9 para subbases estabilizadas.

m

La ecuación del daño por erosión es = Daño por erosión, (%) = 1 00 � g_�i . � � . i=1 1

C2 = 0.06 pavimentos sin acotamientos C2 = 0.94 pavimentos con acotamientos sujetados

Figura 1 0.2 Análisis de Erosión, criterio de la PCA

* CRITERIO POR FATIGA: se uti l i za para mantener los esfuerzos inducidos a la losa de concreto dentro de 1 ími tes aceptables.

* CRITERIO DE EROS ION: para l im i tar los efectos de la deflexión del pavimento en las zonas cr íticas, or i l las y esqu i nas, i nducida por erosionabi l idad de la capa de apoyo en esqu inas y ori l las. Este enfoque también se i ntroduce para l im itar problemas de fracturam iento en zona de juntas, especia lmente en pavimentos sin pasa­juntas.

El método de aná l i s i s se basa en aná l i s i s de esfuerzos-defle­xiones crít icos debido a las posiciones de carga mostradas en la F ig. 1 0. 1 , empleando e l método de e lementos fi n itos .En esta metodo logía se consideran losas fi n i tas, en donde actúan cargas en pos iciones d i ferentes, y se modelan las transferencias de carga losa-losa entre juntas, losa-acotamientos y entre grie­tas. En el caso de pavimentos s in pasajuntas, la transmisión de cargas entre grietas, en juntas mach ihembradas o en grietas del t ipo cont inuamente reforzado, se modela mediante la i ntroduc­ción de resortes con r ig ideces conocidas, basándose en las

134

características carga -deflexión en ta les j untas observadas tanto en campo como en laborator io en zona de j untas.

En pavimentos con juntas se observó que los esfuerzos crít icos se presentan cuando la cond ición de carga es como las mostradas en las figuras anter iores.

Esfuerzos críticos de oril la: corresponde al esquema de la Fig. 1 0.2 , en donde, dada la lejanía re lat iva a la pos ic ión de las cargas, l a s j u n tas tran sversa l es t ienen poca i nfl uencia en l os esfuerzos resu l tantes. De esta manera, estos ú l timos son i ndepend ientes del t ipo de mecanismo de transferen­cia de carga: trabazón de agrega­do o pasajuntas. La construcción de acotam ientos l igados al pavi­mento reduce substancia lmente los esfuerzos resu l tantes en los bordes.

Esfuerzos críticos de esquina: En este caso e l mecan ismo de transferencia de carga en las j u ntas transversales juegan el pape l más importante . Ver Figs. 7. 1 1 y 1 0. 2 . Las deflexiones

Método de la PCA

Estudios de Posición de los Camiones Pesados

Tarajin, cuatro carriles

Tarajin, 2 carriles

Emery, acotamientos pavimentados

�

Porcentaje de Camiones

en o cerca de las juntas

0.03 0.46

� "' 0.95 ..-------------------, Gl CI � ! 0.9 � � 0.85 ::::J en °i E o.8 ¡¡¡ .!!! :§ ; 0.75 g a. 0.7 1.--------------------' � o 2 3 4 5 6

Porcentaje de camiones en la orilla

7 8

Capítulo 1 0

Pavimentos de Concreto con Refuerzo Continuo, PCRC

La separación de los agr ietam ientos transversa les en este tipo de pavimentos van de· 1 a 3 m, con promedios entre 1 .2 y 1 . 5 m . Se uti l izaron buenas transferencias de carga en las gr ietas en el modelo de aná l i s i s con e lementos fi n i tos. Al igual que en los pavimentos con juntas, en los PCRC la pos ición cr ítica de las cargas son las de borde y esqu i nas.

Para espaciamiemos grandes de agrietam ientos, los esfuerzos críticos en las ori l las son del mismo orden que los obten idos en pavimentos junteados. Cuando la separación es del orden del promedio o inferiores, los esfuerzos resultaron ser menores.

Figura 1 0.3 Factor de esfuerzo de ori l la equivalente, dependiente del porcentaje de camiones de oril la.

En el caso de cargas en las esqu i nas, cuando los espacia­m ientos de grietas son grandes, las deflexiones resu l tan meno­res que las que se presentan en pavimentos con pasaj untas en las j untas transversa les. Cuando estos espaciamientos van del promed io a grandes, las deflexiones en esqu i nas resu ltan del m ismo orden que los pavimentos pasajunteados. Cuando los agr ietamientos son pequeños (de 1 .0 a 1 . 3 m) las deflexiones ca lcu ladas son a lgo mayores que en el caso de losas con juntas y con d isposit ivos de transferencia de carga. Esto se acentúa más cuando los ejes son dobles.

mayores ocurren cuando las cargas se co locan encima de o en las prox im idades de las j untas de contro l . Esto provoca que los resu l tados afecten y aun defi nan los cr i ter ios de erosión (o de deflexiones permisib les) en e l d i seño del pavimento. También en esta posic ión de cargas la opción de constru i r acotam ientos hace que se reduzcan los espesores fi na les, ya que contr ibuyen a reducir esfuerzos.

• Tabla 1 0. 1 Esfuerzo e uivalente k /cm

2 acotamiento sin avimentar

K-Módulo de reacción sub-rasante (kq/cm3) Espesor

2 4 6 8 1 0 1 5 losa {cm) Eje Eje Eje Eje Eje Eje Eje Eje Eje Eje Eje Eje

simple tándem si mole tándem si mole tándem si mole tándem simple tándem simple tándem

1 2 43.0 35.6 37.8 30. 1 35. 1 28. 1 33. 1 26.8 31 .7 25.7 29. 1 24.3

1 3 38.4 32.3 33.8 27.3 31 .4 25.3 29.7 24.0 28.4 23.0 26.1 21 .6

1 4 34.6 29.6 30.5 24.9 28.3 22.9 26.8 21 .6 25.6 20.8 23.7 1 9.4

1 5 31 .4 27.2 27.7 22.9 25.7 20.9 24.4 1 9.7 23.3 1 8.8 21 .6 1 7.5

1 6 28.7 25.2 25.3 21 .2 23.5 1 9.3 22.3 1 8. 1 21 .3 1 7.3 1 9.7 1 6.0

1 7 26.3 23.5 23.3 1 9.7 21 .6 1 7.9 20.5 1 6.7 1 9.6 1 6.0 1 8. 1 1 4.7

1 8 24.3 22.0 21 .5 1 8.4 1 9.9 1 6.6 1 8.9 1 5.5 1 8. 1 1 4.8 1 6.8 1 3.6

1 9 22.5 20.7 1 9 .9 1 7.2 1 8 .5 1 5.6 1 7.5 1 4.5 1 6.8 1 3.8 1 5.6 1 2.6

20 21 .0 1 9.5 1 8.5 1 6.2 1 7.2 1 4.6 1 6.4 1 3.6 1 5.6 1 2.9 1 4.5 1 1 .8

21 1 9.6 1 8.5 1 7.3 1 5.3 1 6. 1 1 3.8 1 5.2 1 2.9 1 4.6 1 2 .2 1 3.6 1 1 . 1

22 1 8.3 1 7.5 1 6.2 1 4.5 1 5.0 1 3. 1 1 4.2 1 2.2 1 3.7 1 1 .5 1 2.8 1 0.5

23 1 7.2 1 6.7 1 5.2 1 3.8 1 4. 1 1 2.4 1 3.3 1 1 .5 1 2.8 1 0.9 1 2.0 9.9

24 1 6.2 1 5.9 1 4.3 1 3. 1 1 3.3 1 1 .8 1 2.5 1 1 .0 1 2. 1 1 0.4 1 1 .3 9.4

25 1 5.3 1 5.2 1 3.5 1 2.5 1 2.6 1 1 .2 1 1 .9 1 0.5 1 1 .4 9.9 1 0.7 8.9

26 1 4.5 1 4.5 1 2.8 1 2.0 1 1 .9 1 0.7 1 1 .3 1 0.0 1 0.8 9.4 1 0. 1 8.5

27 1 3.8 1 3.9 1 2. 1 1 1 .5 1 1 .3 1 0.3 1 0.7 9.5 1 0.3 9.0 9.5 8.1

28 1 3. 1 1 3.4 1 1 .5 1 1 .0 1 0.7 9.9 1 0.2 9.1 9.8 8.6 9.0 7.8

29 1 2.5 1 2.9 1 1 .0 1 0.6 1 0.2 9.5 9.7 8.8 9.3 8.3 8.6 7.5

30 1 1 .9 1 2.4 1 0.5 1 0.2 9.7 9.1 9.2 8.5 8.9 8.0 8.2 7.2

31 1 1 .3 1 2.0 1 0.0 9.9 9.3 8.8 8.8 8.1 8.4 7.7 7.8 6.9

32 1 0.9 1 1 .6 9 .6 9.5 8.9 8.5 8 .4 7.8 8 .0 7.4 7.5 6.7

33 1 0.4 1 1 .2 9.2 9.2 8.5 8.2 8.0 7.6 7.7 7.1 7.2 6.4

34 1 0.0 1 0.8 8.8 8.9 8.1 7.9 7.7 7.3 7.3 6.9 6.9 6.2

20. +

Eje Eje simple tándem

27.4 23.5

24.6 20.8

22.3 1 8.5

20.4 1 6.7

1 8.7 1 5.2

1 7.2 1 3.9

1 5.9 1 2.8

1 4.8 1 1 .9

1 3.8 1 1 . 1

1 2 .8 1 0.4

1 2.0 9.8

1 1 .3 9.2

1 0.7 8.8

1 0. 1 8.3

9.5 8.0

9.0 7.6

8.6 7.3

8.2 6.9

7.8 6.6

7.4 6.4

7.1 6.2

6.8 6.0

6.6 5.8

1 35

Capítulo 1 0 Método d e l a PCA

Tabla 1 0.2 Esfuerzo e uivalente k /cm2

acotamiento avimentado

K-Módulo de reacción sub-rasante k cm3 Espesor

losa (cm)

2 4 6 8 1 0 1 5 20

Eje Eje Eje Eje Eje Eje Eje Eje Eje Eje Eje Eje Eje Eje sim le tándem sim le tándem sim le tándem sim le tándem sim le tándem sim le tándem sim le tándem

1 2 33.6 28.2 29.5 24.6 27.4 23. 1 26.0 22.2 24.9 21 .6 23. 1 20.8 21 .9 20.4

1 3 30.2 25.6 26.6 22.2 24.7 20.8 23.4 1 9.9 22.5 1 9.4 20.9 18.6 1 9.9 1 8.1

1 4 27.4 23.4 24. 1 20.2 22.4 1 8.9 21 .3 1 8.0 20.5 1 7.5 1 9. 1 1 6.7 1 8.2 1 6.2

1 5 25.0 21 .5 22.0 1 8.5 20.5 1 7.2 1 9.5 1 6.4 1 8.8 1 5.9 1 7.5 1 5. 1 1 6.7 14.6

1 6 22.9 1 9.9 20.2 1 7. 1 1 8.8 1 5.8 1 8.0 1 5. 1 1 7.3 1 4.6 1 6. 1 1 3.8 1 5.5 1 3.3

1 7 21 . 1 1 8.5 1 8.6 1 5.8 1 7.4 1 4.6 1 6.6 1 3.9 1 6.0 1 3.4 1 4.9 1 2.6 1 4.3 1 2.1

1 8 1 9.6 1 7.2 1 7.3 1 4.7 1 6. 1 1 3.5 1 5.4 1 2.9 1 4.8 1 2.4 1 3.9 1 1 .6 1 3.3 1 1 .2

1 9 1 8.2 1 6.2 1 6. 1 1 3.8 1 5.0 1 2.7 1 4.3 1 2.0 1 3.8 1 1 .6 1 2.9 1 0.8 1 2.4 1 0.4

20 1 7.0 1 5.2 1 5.0 1 2.9 1 4.0 1 1 .9 1 3.4 1 1 .3 1 2.9 1 0.8 1 2. 1 1 0. 1 1 1 .6 9.7

21 1 5.9 1 4.4 1 4.0 1 2.2 1 3 . 1 1 1 .2 1 2.6 1 0.6 1 2. 1 1 0.2 1 1 .3 9.5 1 0.9 9.1

22 1 4.9 1 3.6 1 3.2 1 1 .5 1 2.3 1 0.6 1 1 .8 1 0.0 1 1 .4 9.6 1 0.7 8.9 1 0.2 8.6

23 1 4.0 1 2.9 1 2.4 1 0.9 1 1 .6 1 0.0 1 1 . 1 9.5 1 0.7 9 . 1 1 0. 1 8.4 9.7 8.1

24 1 3.2 1 2.3 1 1 .7 1 0.4 1 1 .0 9.5 1 0.5 9.0 1 0. 1 8.6 9.5 8.0 9.1 7.6

25 1 2.5 1 1 .8 1 1 . 1 9.9 1 0.4 9 . 1

26 1 1 .9 1 1 .2 1 0.5 9.5 9.8 8.7

27 1 1 .3 1 0.8 1 0.0 9. 1 9.3 8.3

28 1 0.7 1 0.3 9.5 8.7 8.9 7.9

29 1 0.2 9.9 9. 1 8.4 8.5 7.6

30 9.8 9.5 8.7 8 . 1 8 . 1 7.3

31 9.3 9.2 8.3 7.8 7.7 7. 1

32 9.0 8.9 7.9 7.5 7.4 6.8

33 8.6 8.6 7.6 7.2 7 . 1 6.6

34 8.3 8.3 7.3 7.0 6.9 6.3

Por los resu l tados obten idos, y visto que dependiendo de la separación de las gr ietas en los PCRC, los esfuerzos y deflexiones en or i l las y esqu inas pueden ser del mismo orden, y en ocasiones mayores o menores a los pavimentos con juntas, con y s in pasajuntas. Es por e l lo que no se recomienda una d iferenciación en los espesores de d iseño resu l tantes.

Posiciones críticas de camiones

Sólo un pequeño porcentaje de los camiones circu la estr ic­tamente en las i nmediaciones de los bordes del carr i l extremo de un cam ino. Normalmente las l lantas externas pasan a una cierta d i stancia de las or i l las del carr i l . En e l método de la PCA se consideran, en base a estudios, d i stancias del orden de 60 cm en pavimento sin acotamientos pavimentados. En esta metodología de aná l is is se considera, del lado más conserva­dor, que el 6 % del total de los cam iones pesados circu la con el área de contacto externo de la l lanta extrema de afuera sobre o en las proximidades del borde del pavimento. E l lo se basa de alguna manera en los anchos máximos permitidos en veh í­cu los en los E .U .A.

De hecho conforme se a leja la carga de los bordes, los esfuerzos se reducen sens ib lemente. Los estud ios muestran que conforme se a lejaba la carga respecto a l borde, se i ncre-

1 36

9.9

9.4

8.9

8.5

8.1

7.7

7.4

7. 1

6.8

6.6

8.5 9.6 8.2 9.0 7.6 8.7 7.3

8 . 1 9 . 1 7 .8 8 .6 7.2 8.2 6.9

7.8 8.6 7.4 8. 1 6.9 7.8 6.6

7.4 8.2 7. 1 7.8 6.6 7.5 6.3

7 . 1 7.8 6.8 7.4 6.3 7 . 1 6.0

6.9 7.5 6.6 7. 1 6 . 1 6 .8 5.8

6.6 7.2 6.3 6.8 5.8 6.5 5.5

6.4 6.9 6.1 6.5 5.6 6.2 5.3

6 .1 6 .6 5.9 6.2 5.4 6.0 5.1

5.9 6.3 5.7 6.0 5.2 5.7 4.9

mentaba la frecuencia de las pasadas permis ib les, y los esfuer· zos y deflexiones se redujeron de forma importante. Los resul· tados, s in embargo, son complejos de man ipu lar, y es por ello que todos estos anál is is se han ordenado en gráficas de diseño.

E n el caso de aná l i s i s por fatiga, se rea l izaron anál isis de esfuerzos para posiciones i ncrementa les de carga hacia el in terior de la losa. Mediante esta var iación de posiciones se establece e l térm ino factor de esfuerzo de ori l la equivalente. Este factor da, cuando se mu lt ip l ica por los esfuerzos de oril la, el mismo grado de consumo de fatiga producida por una distr ibución de posiciones de l tráns i to pesado.

En este método de d i seño se empleó e l 6 % como condición más cr ít ica debida a repeticiones de l tráns i to pesado en las or i l las. Es decir, el 6 % del tota l de l tránsito pesado sobre lm bordes provoca el mismo deter ioro q ue toda la d istr ibución veh icu lar que circu la en el carri l de d i seño en d ichas zonas.

También se ut i l izó el 6 % en el aná l is is por erosión. Cuando el pavimento no cuenta con acotamientos, r ige la condición de carga más cr ít ica en las esqu inas, es decir, el 6 % del tránsito pesado. Cuando s í existen acotamientos, entonces e l remanen­te del tránsito que circu la hacia el interior de las losas, el 94

Método de la PCA

%, es el q ue provoca la fa l la por deflexiones exces ivas erosión) .

E l porcentaje de consumo por erosión se ca lcu la de acuerdo con la ecuación de la F ig. 1 0. 2 . Para ahorrar trabajo en e l empleo de ta l ecuación, en part icu lar de la relación (C/Ni ) se prepararon las tab las 1 0. 1 y 1 0 .2 .

Factores de diseño

* Tráns ito.

* Resistencia de d iseño del concreto.

* Módu lo de reacción de la subrasante.

* Tipo de acotamientos y j untas transversales.

* S i e l acotamiento está o no pavimentado.

* S i existen pasaj untas.

* Per íodo de d i seño.

* Criter io de fatiga.

* Criter io por erosión.

1 0.2 TRANSITO

Se defi ne como e l n úmero de ejes que pasan por el carr i l d e d iseño, c lasi ficado por t ipo y carga por eje . Este. e s e l parámetro que i nfl uye más en e l cálcu lo de espesores. Para determ inar lo se toma en cuenta lo s iguiente:

* La d i str ibución de pesos por eje por cada 1 ,000 vehícu los

* Las tasas de crecim iento

* Los factores de d istr ibución del tránsito. Se relaciona a como se d istri buye el tránsito pesado en el carri l de d iseño en un camino de varios carr i les, tal como ocurre en el caso de autopistas.

Norma lmente l os tráns i tos promed ios d iar ios anua les, T. P. D.A., pueden ser conocidos a part ir de aforos veh icu lares. Estos va lores, s i n embargo deberán ser afectados por los facto­res d i str i bución por carr i l y los d ireccionales, así cd'mo los de crecim iento. Sobre este ú l t imo, la PCA hace las s igu ientes consideraciones:

Los factores por los cua les se deberán mu lt ip l icar los TPDA's actua les para reflejar las tasas de crecimiento anuales son los que se muestran en la tabla 8 . 1 del capítu lo correspon­diente a tráfico. En e l l a aparecen para per íodos de d iseño de 20 y 40 años. Téngase en cuenta que el factor de crecim iento

. se ve i nfl uenciado por los s igu ientes factores:

* Impacto de obra nueva: e l tránsito se desviará a la nueva via l idad o tramo carretero sabiendo de la existencia de una superfic ie de rodamiento más segura y cómoda.

Capítulo 10

* Crec im iento normal de usuar ios : corresponde a l i ncre­mento normal de l n úmero de usuarios, debido senci-1 lamente a que la población y número de veh ícu los aumentan.

* Tránsito i nducido: es aquel tráns i to que viene a la nueva insta lación por recomendación de usuarios ord inarios o comunes a la m isma. Este tránsito no se hubiese genera­do de no ex ist ir esta obra

* Tránsito nuevo generado: este tránsito es el que nace ante la nueva red istr ibución del uso de suelo al constru i r l a vial idad .

Será conveniente entonces que las dependencias encarga­das de la p laneación y ejecución de carreteras o v ia l idades rea l i cen estudios de impacto via l , a fi n de obtener un factor de crecimiento rea l ista.

En todo caso, es conveniente que siempre y cuando no se cuente con información confiable, se consideren tasas de creci­miento relativamente altas. Esto es cierto particu larmente en los casos en que las fal las en ef pavimento tengan altos costos debidos ya sea por reparación y por e l impacto nocivo creado por las interrupciones en el tránsito. Tal es el caso de cruces, colectores y periféricos importantes. Se tendrá en cuenta en que no todas las composiciones de tránsito crecen en la misma proporción. Por ejemplo, los automóvi les y demás vehícu los l igeros pueden crecer en proporción de 2 a 1 a como crecen los camiones de dos o más ejes con seis o más l lantas (tránsito pesado).

Cuando se hagan proyecciones a cuarenta años se deberá tomar en cuenta que la tasa de crec imiento supuesta puede no mantenerse a lo largo de la vida de proyecto, y por ende se podrá l legar a va lores desproporcionados o irrea les del tránsito de d i seño.

Distribución de tránsito de acuerdo con los ejes

Este método uti l iza el tránsito ordenado por rangos de cargas por eje, normalmente de 1 ton (aproximadamente 2 k ips) en el caso de ejes senci l los, y de 1 y 2 toneladas en ejes dobles. El número de pasadas de un grupo de veh ícu los dado se representa en m i les, tal como aparece en la tabla 1 0.9 . Se desprecian los veh ícu los l igeros (cam iones de cuatro l lantas, y en genera l veh ícu los de dos ejes) .

1 0.3 FACTORES DE SEG U RI DAD

Los factores de seguridad empleados se e l igen como sigue:

1 37

Capítulo 1 0 Método de la PCA

1 0 . 000 .000 0. 15 6

4

2

2 5 5 0 1 . 0 00. 0 00 8 6

2 4 4 8 4

2 3 4 6

2 2 4 4 2

2 1 4 2 1 00 . 000

2 0 4 0 8

6 1 9 3 8 o

z z "' o o a: 4 en 1- 1 8 3 6 1- § w w 4.. ...J

� fJ CD ...J 1 7 3 4 w a.. en

� Cl z & 2 :?

ü5 <t a::: · w 1 6 3 2 1-

< w a.. --:> w o

w ---:> (J en

o:: 1 5 3 0 w f 1 0. 0 00 w o o:: z a.. o o 8 o <t 1 4 2 8 a.. !E u (.!) <t 6 ¡::: o:: (.!) g w <t 1 3 2 6

o:: a.. u <t ¡.::::. w u (J 4 a:::

1 2 2 4 i7 1 1 2 2 2

1 0 2 0

9 1 8 1 0 00

8 1 6 6

7 1 4 4

6 1 2

5 1 0 2

1 00

Figura 1 0.4 Método PCA 1 984, análisis por fatiga. Acotamiento con y sin pavimento.

1 38

Método de la PCA Capítulo 1 0

Tabla 1 0.4 Factor d e erosión, Junta con pasajuntas - Acotamiento sir pavimento

K- Módulos de reacción sub-rasante (Kg/cm3) Espesor

losa 2 4 6 8 1 0 1 5 20 (cm)

Eje Eje Eje Eje Eje Eje Eje Eje Eje Eje Eje Eje Eje Eje simple tandem simple tandem simple tandem simple tandem simple tandem simple tandem simple tandem

1 2 . 3 .51 3.61 3.50 3.57 3.49 3.54 3.48 3.52 3.48 3.51 3.47 3.49 3.45 3.47

1 3 3.41 3.53 3.39 3.48 3.39 3.45 3.38 3.43 3.38 3.41 3.37 3.39 3.35 3.37

1 4 3.32 3.45 3.30 3.39 3.29 3.36 3.28 3.34 3.28 3.33 3.27 3.30 3.25 3.28

1 5 3.23 3.37 3.21 3.31 3.20 3.28 3.1 9 3.26 3. 1 9 3.24 3. 1 8 3.22 3. 1 6 3.20

1 6 3. 1 5 3.30 3 . 1 2 3.24 3. 1 2 3.21 3. 1 0 3.1 8 3. 1 0 3. 1 7 3.09 3. 1 4 3.08 3.1 2

1 7 3.07 3.24 3.05 3. 1 7 3.04 3.1 4 3.02 3.1 1 3.02 3. 1 0 3.01 3.07 3.00 3.04

1 8 2.99 3. 1 8 2.97 3 . 1 1 2.96 3.07 2.95 3.05 2.94 3.03 2.93 3.00 2.92 2.97

1 9 2.93 3. 1 2 2.90 3.05 2.89 3.01 2.88 2.98 2.87 2.97 2.86 2.93 2.85 2.91

20 2.86 3.06 2.83 3.00 2.83 2.95 2.81 2.92 2.80 2.91 2.79 2.87 2.79 2.84

21 2.80 3.01 2.77 2.93 2.76 2.89 2.74 2.86 2.74 2.85 2.73 2.81 2.72 2.78 .-

22 2.74 2 .96 2.71 2.88 2.70 2.84 2.68 2.81 2.68 2.80 2.67 2.76 2.66 2.73

23 2.68 2.91 2.65 2.83 2.64 2.79 2.62 2.76 2.62 2.74 2.61 2.70 2.59 2.67

24 2.63 2.87 2.60 2.78 2.59 2.74 2.57 2.71 2.56 2.69 2.55 2.65 2.54 2.62

25 2.58 2 .83 2.54 2.74 2.54 2.69 2.52 2.67 2.51 2.65 2.50 2.60 2.49 2.57

26 2.53 2 .79 2.50 2.70 2.49 2.65 2.47 2.62 2.46 2.61 2.45 2.56 2.44 2.53

27 2.48 2 .75 2.45 2.66 2.44 2.61 2.42 2.58 2.41 2.57 2.40 2.52 2.39 2.49

28 2.43 2.72 2.40 2.63 2.39 2.57 2.37 2.54 2.37 2.53 2:35 2.48 2.34 2.45

29 2.39 2.69 2.36 2.59 2.35 2.54 2.33 2.51 2.32 2.49 2.31 2.44 2.30 2.41

30 2.34 2 .65 2.31 2.56 2.30 2.50 2.28 2.47 2.28 245 2.26 2.41 2.25 2.37

31 2.30 2.62 2.27 2.52 2.26 2.47 2.24 2.43 2.24 2.42 2.22 2.37 2.21 2.34

32 2 .26 2.59 2.23 2 .49 2.22 2.43 2.20 2.40 2. 1 9 2.38 2. 1 8 2.33 2. 1 7 2.30

32 2.22 2.56 2. 1 9 2.46 2 . 1 8 2.40 2. 1 6 2.37 2.1 5 2.35 2.1 4 2.30 2. 1 3 2.27

34 2 . 1 8 2.53 2. 1 5 2.43 2. 1 4 2.37 2.1 2 2.33 2.1 2 2.32 2.1 0 2.27 2.09 2.24

1 39

Capítulo 1 0 Método d e l a PCA

Tabla 1 0.5 Factor de erosión, Junta sin pasajuntas - Acotamiento sin pavimentar

K-Módulo de reacción sub-rasante (kg/cm3) Espesor

losa 2 4 6 8 1 0 1 5 20

(cm) Eje Eje Eje Eje Eje Eje Eje Eje Eje Eje Eje Eje Eje Eje

simple tándem simple tándem simple tándem simple tándem simple tándem simple tándem simple tándem

1 2 3.72 3.82 3.69 3.74 3.67 3.69 3.65 3.67 3.64 3.65 3.62 3.61 3.59 3.58

1 3 3.62 3.75 3.59 3.66 3.57 3.61 3.55 3.59 3.54 3.57 3.52 3.52 3.49 3.49

1 4 3.53 3.68 3.50 3.59 3.48 3.53 3.46 3.51 3.45 3.49 3.43 3.44 3.40 3.41

1 5 3.45 3.61 3.41 3.52 3.39 3.46 3.37 3.44 3.36 3.42 3.34 3.37 3.31 3.34

1 6 3.37 3.55 3.33 3.46 3.31 3.40 3.29 3.37 3.28 3.35 3.26 3.30 3.23 3.26

1 7 3.30 3.50 3.26 3.40 3.23 3.34 3.21 3.31 3.20 3.29 3. 1 8 3.23 3. 1 6 3.20

1 8 3.23 3.44 3.1 8 3.34 3. 1 6 3.28 3. 1 4 3.25 3. 1 3 3.23 3 . 1 1 3 . 1 7 3.09 3 . 1 3

1 9 3. 1 7 3.39 3. 1 2 3.29 3.09 3.23 3.07 3. 1 9 3.06 3. 1 7 3.04 3 . 1 1 3.02 3.07

20 3 .1 1 3 .35 3.05 3.24 3.03 3. 1 7 3.01 3.1 4 3.00 3. 1 2 2.98 3.05 2.96 3.02

21 3.05 3.30 2.99 3.1 9 2 .97 3 . 1 3 2.95 3.09 2 .94 3 .07 2.92 3.00 2.90 2.96

22 3.00 3.26 2.94 3. 1 5 2.91 3.08 2.89 3.04 2.88 3.02 2.86 2.95 2.84 2.91

23 2.94 3.22 2.88 3 . 1 1 2.85 3.03 2.83 2.99 2.82 2.97 2.80 2.90 2.78 2.86

24 2.90 3.1 8 2 .84 3.07 2.80 2.99 2.78 2.95 2.77 2.93 2.75 2.86 2.73 2.82

25 2.86 3. 1 4 2.79 3.03 2.76 2.96 2.73 2.91 2.72 2.89 2.70 2.82 2.68 2.78

26 2.81 3 . 1 1 2.75 2.99 2.71 2.92 2.69 2.88 2.68 2.86 2.65 2.78 2.63 2.74

27 2.77 3.08 2.70 2.96 2.67 2.89 2.64 2.84 2.63 2.82 2.61 2.75 2.59 2.71

28 2.73 3.05 2.66 2.93 2.62 2.85 2.60 2.81 2.59 2.79 2.56 2.71 2 .54 2.67

29 2.70 3.02 2.62 2.90 2.58 2.82 2.56 2.78 2.55 2 .75 2.52 2.68 2 .50 2.64

30 2.66 2.99 2.59 2.86 2.54 2.79 2.51 2 .75 2.50 2.72 2.48 2.64 2.46 2.60

31 2.63 2.96 2.55 2.83 2.50 2.76 2.48 2.72 2.47 2.69 2.44 2.61 2 .42 2.57

32 2.59 2.93 2.51 2.81 2.47 2.73 2.44 2.69 2.43 2.66 2.40 2.58 2.38 2.54

33 2.56 2.90 2.48 2.78 2.43 2.70 2.40 2.66 2.39 2.63 2.36 2.55 2.34 2.51

34 2.53 2.88 2.45 2.75 2.40 2.67 2.37 2.63 2.36 2.60 2.32 2.52 2.30 2.48

1 40

Método de la PCA Capítulo 1 0

Tabla 1 0.6 Factor de erosión , Junta con pasa juntas - Acotamiento pavimentado

K-Módulo de reacción sub-rasante (Kg/cm3) Espesor

losa 2 4 6 8 1 0 1 5 20 (cm)

Eje Eje Eje Eje Eje Eje Eje Eje Eje Eje Eje Eje Eje Eje simple tándem simple tándem simple tándem simple tándem simple tándem simple tándem simple tándem

12 3.07 3.09 3.02 2.99 3.00 2.93 2.97 2.90 2.96 2.88 2.94 2.84 2.92 2.83

13 2 .97 3.02 2.92 2.92 2.90 2.86 2.87 2.83 2.86 2.80 2.84 2.76 2.82 2.74

14 2.88 2.96 2.83 2.85 2.81 2.79 2.78 2.76 2.77 2.73 2.75 2.68 2.73 2.66

1 5 2.80 2.89 2.75 2.79 2.73 2.72 2 .70 2.69 2.69 2.66 2.67 2.61 2.65 2.59

1 6 2.72 2.84 2.67 2.73 2.65 2.66 2.62 2.63 2.61 2.60 2.59 2.55 2.57 2.52

1 7 2.64 2.78 2.60 2.68 2.58 2.60 2.55 2.57 2.54 2.54 2.52 2.48 2.49 2.45

1 8 2.57 2.73 2.53 2.62 2.51 2.55 2.48 2.51 2.47 2.48 2.45 2.42 2.42 2.39

1 9 2.51 2.69 2.47 2.57 2.44 2.50 2.41 2.46 2.40 2.43 2.38 2.37 2.36 2.33

20 2.44 2.64 2.41 2 .53 2.38 2.45 2.35 2.41 2.34 2.38 2.32 2.31 2.29 2.28

21 2.38 2.60 2.35 2.48 2.32 2.40 2.29 2.36 2.28 2.33 2.26 2.26 2.23 2.22

22 2.33 2.56 2.30 2.44 2.27 2.36 2.24 2.32 2.23 2.29 2.21 2.21 2. 1 8 2. 1 7

23 2.27 2.52 2.24 2.40 2.21 2.31 2. 1 8 2.27 2.1 7 2.24 2. 1 5 2. 1 7 2. 1 2 2. 1 2

24 2.23 2.48 2. 1 9 2.36 2.1 6 2.28 2.1 3 2.24 2. 1 2 2.20 2. 1 0 2. 1 3 2.07 2.08

25 2. 1 8 2.43 2. 1 4 2.33 2 . 1 1 2.24 2.09 2.20 2.08 2. 1 7 2.05 2.09 2.02 2.03

26 2. 1 4 2.39 2.09 2.29 2.06 2.21 2.04 2. 1 7 2.03 2.1 3 2.01 2.06 1 .97 1 .99

27 2. 1 0 2.35 2.05 2.26 2.02 2. 1 7 2.00 2.1 3 1 .99 2. 1 0 1 .96 2.03 1 .93 1 .95

28 2.06 2.32 2.01 2 .23 1 .98 2 . 1 4 1 .95 2.1 0 1 .94 2.07 1 .92 1 .99 1 .89 1 .91

29 2.03 2.28 1 .97 2. 1 9 1 .94 2 . 1 1 1 .91 2.07 1 .90 2.04 1 .88 1 .96 1 .85 1 .87

30 1 .99 2.25 1 .93 2 . 1 6 1 .90 2.08 1 .87 2.04 1 .86 2.01 1 .83 1 .93 1 .81 1 .83

31 1 .96 2.21 1 .89 2. 1 3 1 .86 2.05 1 .83 2.01 1 .82 1 .98 1 .80 1 .90 1 .77 1 .80

32 1 .92 2. 1 8 1 .86 2 . 1 1 1 .83 2.03 1 .80 1 .99 1 .79 1 .95 1 .76 1 .87 1 .74 1 .76

33 1 .89 2. 1 5 1 .82 2.08 1 .79 2.00 1 .76 1 .96 1 .75 1 .92 1 .72 1 .85 1 .70 1 .73

34 1 .86 2. 1 2 1 .79 2.05 1 .76 1 .97 1 .73 1 .93 1 .72 1 .90 1 .69 1 .82 1 .67 1 .70

1 41

Capítulo 1 0 Método d e l a PCA

Tabla 1 0.7 Factor de erosión, Junta sin pasajuntas - Acotamiento pavimentado

K-Módulo de reacción sub-rasante (kg/cm3) Espesor

losa 2 4 6 8 1 0 1 5 20

(cm) Eje Eje Eje Eje Eje Eje Eje Eje Eje Eje Eje Eje Eje Eje

simple tándem simple tándem simple tándem simple tándem simple tándem simple tándem simple tándem

1 2 3.25 3.29 3.20 3.1 9 3 . 1 8 3 . 1 3 3 . 1 7 3 . 1 1 3 . 1 6 3.09 3 . 1 3 3.04 3 . 1 1 3 .03

1 3 3. 1 6 3.23 3.1 1 3.1 2 3.09 3.06 3.08 3.04 3.06 3.02 3.03 2.97 3.01 2.95

1 4 3.08 3. 1 7 3.03 3.06 3.00 2.99 2.99 2.97 2.98 2.95 2.95 2.90 2.93 2.87

1 5 3.00 3 . 1 1 2.95 3.00 2.92 2.93 2.91 2.91 2.90 2.88 2 .87 2.83 2.85 2.80

1 6 2.93 3.06 2.88 2.94 2.85 2.88 2.84 2.85 2.82 2.82 2.79 2.77 2.77 2.74

1 7 2.87 3.01 2.81 2.89 2.78 2.82 2.77 2.79 2.75 2.77 2.72 2.71 2.70 2.68

1 8 2.80 2.97 2.74 2.84 2.71 2.77 2.70 2.74 2.69 2.71 2.66 2.65 2.64 2.62

1 9 2.74 2.92 2.68 2.80 2.65 2.72 2.64 2.69 2 .62 2 .66 2.59 2 .60 2.57 2 .57

20 2.69 2.88 2.62 2.76 2.59 2.68 2.58 2.64 2.56 2.62 2.53 2.55 2.51 2 .51

21 2.63 2.84 2.57 2.71 2.53 2.64 2.52 2.60 2.51 2.57 2.48 2.50 2.46 2.47

22 2.58 2.80 2.51 2.68 2.48 2.59 2.47 2.56 2.45 2.53 2.42 2.46 2.40 2.42

23 2.53 2.77 2.46 2.64 2.43 2.55 2.42 2.51 2 .40 2.48 2.37 2.41 2.35 2.37

24 2.48 2.74 2.42 2.60 2.38 2.52 2.37 2.48 2.36 2.45 2.33 2.38 2.31 2.33

25 2.44 2.71 2.37 2.57 2.34 2.49 2.33 2.45 2.31 2.42 2.28 2.34 2.26 2.29

26 2.40 2.68 2.33 2.54 2.30 2.46 2.28 2.41 2.27 2.38 2.24 2.31 2.22 2.25

27 2.36 2.65 2.29 2.51 2.26 2.43 2.24 2.38 2.22 2.35 2.20 2.27 2 . 1 7 2.21

28 2.33 2.62 2.25 2.49 2.22 2.40 2.20 2.35 2. 1 8 2.32 2. 1 6 2.24 2 . 1 3 2 . 1 8

29 2.29 2.60 2.22 2.46 2. 1 8 2.37 2. 1 6 2.33 2. 1 4 2.30 2. 1 2 2.21 2.09 2. 1 4

30 2.26 2.57 2. 1 8 2.43 2. 1 5 2.35 2. 1 2 2.30 2 . 1 1 2.27 2.08 2 . 1 8 2.06 2.1 1

31 2.22 2.55 2. 1 5 2.41 2 . 1 1 2.32 2.09 2.27 2.07 2.24 2.04 2. 1 5 2.02 2.07

32 2 .1 9 2.52 2 . 1 1 2.38 2.08 2.29 2.05 2.25 2.03 2.22 2.01 2 . 1 3 1 .98 2.04

33 2. 1 6 2.50 2.08 2.36 2.04 2.27 2.02 2.22 2.00 2. 1 9 1 .98 2 . 1 0 1 .95 2.01

34 2. 1 3 2.48 2.05 2.34 2.01 2.25 1 .98 2.20 1 .97 2. 1 7 1 .94 2.07 1 .92 1 .98

1 42

Método de la PCA

24 48

23 46 2 .0

22 44

2 1 42 10.000.000

20 40 2 . 2

1 9 3 8

1 8 3 6 2 . 4

1 7 3 4

1 $ 3 2 2.6

1 � 30

1 4 2 8 2 . 8 1 . 000.000

:Z 1 3 26 g 1 2 24 ::;: 3.0

� z J I 2 2 �

3 . 2

� J O 20 w

� 3 . 4

c.. 9 1 8 <l � 100.000

3.6

8 1 6

1 5 3 . 8

7 1 4

4.0 1 3

6 1 2

J I 10.000

8

5 J O

1 000

Figura 1 0.5 Método PCA 1 984, análisis por erosión - acotamiento sin pavimento.

Tabla 1 0.3 Factores de seguridad de diseño Criterio de la PCA

Tipo de carretera Factor de seQuridad

Carreteras con alto volumen de tránsito, s in 1 .2

interrupción.

Carreteras y calles principales con tránsito 1 . 1

1oesado moderado.

Caminos locales, cal les residenciales y 1 .0

otros, con poco tránsito pesado.

1 0.4 RES ISTENCIA DEL CONCRETO

Al igual que en el caso del cr iter io de la AASHTO, en 'el criter io de la PCA se uti l iza la resistencia a la flexión a los 28 días.

Es importante hacer notar que en este método en el caso de tránsito pesado no gobierna la res istencia del concreto sujeto a fatiga, s ino que en este caso el d i seño queda regido por e l criter io de eros ión. En e l caso de tránsito med io, e l factor resistencia só lo i nfl uye en el caso de que se co loquen pasajun­tas en las j untas transversa les. F i na lmente, en el caso de tránsito

Capítulo 1 0

._.:.'-- 1 00 . 000DOO 1 . 6

4

2

2 4 4 8 1 0 .000 .000 2 3 4 6 1 . 8

2 2 4 4 6

2 1 4 2

2 0 4 0 2 . o 1 9 3 8

1 8 3 6 2 . 2

1.000.000 1 7 3 4

8

1 6 3 2 2. 4

1 5 3 0

1 4 2 e 2. 6

1 3 2 6 :Z z o g 1-1 2 2 4 � 2. 8 u.i � ir � 1 1 2 2 z 100.000 f.!

3. o w 1 o 2 0 � "3

cr cr � 1 8 � 3. 2

<l <l C> :f cr C3 <l 3. 4 8 1 6 u

1 5

1 4 3. 6

1 3 10.000

1 2

1 1

J O

1 . 000

Figura 1 0.6 Método PCA 1 984, análisis por erosión - acotamiento pavimentado.

l iviano el factor determi nante para el d i seño es el fenómeno de fatiga.

En la práctica es común d iseñar los pavimentos de concreto con este método para resi stencias a los 28 d ías, s in embargo, se sabe que el concreto gana res istencia con la edad; así, para concretos bien contro lados y a manera de ejemplo, la re lación de resistencias a los 90 y 28 d ías (R90, R2a) puede var iar de 1 . 1 3 a 1 .25 .

Por otro lado, es común d iseñar pavimentos con relaciones de resi stencias antes referidas del orden de 1 . 1 , lo cual s ignifica que al rea l i zar el d i seño para resi stencia a los 28 d ías se i nvol ucra un factor de seguridad ad iciona l .

Debido a lo anterior, a lgunos países toman para d i seño la resi stencia del concreto a los 90 d ías, ya que se acepta que a edades tempranas el concreto es poco sol ic i tado.

1 0.5 CRITERIO DE FATIGA

E l número permis ib le de repeticiones de carga de un grupo de cargas dado en función de la relación entre el esfuerzo

1 43

Capítulo 1 0

flexionante actuante y l a resi stencia a la flexión a l os 2 8 d ías es conocido como relación de esfuerzos. La curva de d iseño entre repeticiones permisib les y la relación de esfuerzos se i ntroduce en los nomogramas de d imensionamiento de pavi­mentos.

Se acepta que si un grupo de carga no consume la tota l idad de fatiga permis ib le, el remanente estará d ispon ib le para los otros grupos. La sumatoria de todos los consumos de fatiga nunca deberá ser mayor al 1 00 % .

Curvas de diseño

Tal como se mencionó anteriormente, en este método los esfuerzos por fatiga se determinan en las ori l las, de manera que los pavimentos s in acotamientos de concreto tendrán mayores concentraciones de esfuerzo. Es por e l lo que para dar solución a estas dos condiciones, la PCA preparó dos tablas para obtener los esfuerzos equ ivalentes, que no son otra cosa que los esfuerzos de or i l la mu ltip l i cados por un factor igual a 0.894.

U na vez que se han defiJ ido los valores de esfuerzos equ iva lentes, la proporción o lazón de esfuerzos se determina d ivid iendo estos esfuerzos entre la res istencia a la flexión para luego, con la ayuda del nomograma de la figura 1 0.4, obtener las repeticiones admis ib les. E l valor del módu lo de ruptura que se considera es a los 28 d ías. E l nomograma de sol ución cubre los dos casos: pavimentos con y s in pasajuntas. En caso de que el número de repeticiones admisib les se local ice Juera de los l ím ites contemplados en la gráfica, entonces se asume que ta l número es i l im itado.

1 0.6. CRITERIO POR EROSION

Aparte d e l im itar e l n úmero d e repeticiones d e carga d e tal forma que los esfuerzos flexionantes no produzcan agrieta­miento por fatiga, será necesario verificar que no se presente erosión bajo las losas . Esta puede ocurr ir si se reblandece la capa de apoyo o de sub-base cuando está compuesta por suelos con un a l to contenido de fi nos, producto del i ngreso de agua a través de las gr ietas y juntas. Esto es particu larmente cierto en los pavimentos si n pasaj untas. Este ti po de problemas se relacionan más con las deflexiones excesivas que con los esfuerzos flexionantes.

El cr iter io de erosión que se introduce en este método se apoya en corre laciones respecto a lo observado en los tramos de prueba de la AASHTO, ya que en estas pruebas los ti pos de fal la de los pavimentos de concreto se relacionan más con las deflexiones excesivas y los problemas de bombeo por erosio­nes en las capas sub-base y/o de apoyo.

Las corre laciones entre e l comportam iento de los pavimen­tos de los tramos de prueba de la AASHTO con los cálcu los de deflexiones mediante el método de elementos fi n i tos no resu l­taron prometedoras; s in embargo, ta les resu ltados se correla­cionan mejor con lo observado en los tramos de prueba si l as deflexiones ca lcu ladas, w, se mu l ti p l ican por la presión ca lcu-

1 44

Método de la PCA

lada en la i nterfase losa-capa de apoyo. Para el cri terio de erosión se uti l iza el parámetro de velocidad de trabajo i nduci­do por las cargas, o como lo denom ina la PCA, la potencia. Esta se defi ne como la ve locidad de trabajo con q ue una carga por eje deforma una losa dada. Este parámetro se defi ne como:

. p . w Potencia = -1 - para u n área un itaria

Donde:

p = presión en la i nterfase losa-capa de apoyo.

w = deflexión ca lcu lada.

Ec. 1 0. 1

1 = relación de rigidez relativa. Equ iva le a la l ongitud de la configuración deformada por la apl i cación de la carga.

E l concepto de este enfoque es que al tener configuraciones deformadas más pequeñas, una l osa más de lgada es más suscept ib le de ser fracturada debido a su baja r igidez . Lo anterior puede enunciarse también en los s iguientes térm inos: para iguales sol icitaciones p.w's e iguales velocidades de cam iones pesados, m ientras más delgada sea la losa, mayor será la ve locidad de trabajo desarro l lado (o más rápidamente variará la potencia), en cm-kg/segundo.

Es importante señalar que aún la m isma PCA recomienda i nvestigaciones ad i cionales parta i ntroducir aspectos tal es como el drenaje y las condiciones ambienta les o el cl ima, por considerar los de fuerte impacto. A l igual q ue en el caso del criter io de fatiga, también en cuestión de erosión se exige que la sumator ia de consumos de todos los grupos de carga no sea mayor a l 1 00 % .

Nomogramas de diseño

La erosión generada en las esqu inas de las losas promueven la generación de esfuerzos cr ít icos y su magnitud, en gran med ida, queda determinada por el t ipo y la d isposición de juntas. Es por e l lo que se presentan tab las para el d i seño para las dos condiciones, a saber, j untas con pasajuntas, y med iante fr icción de agregado. En este criterio se toma en cuenta si e l pavimento cuenta o no con acotamientos l i gados.

La tabla 1 0.4 presenta factores de erosión para e l caso de pavimentos con pasajuntas y sin acotamientos, m ientras que la No . 1 0 .5 es para el caso de que la transferencia de carga entre losas sea a través de fr icción, y también s in acotamientos.

En las tablas 1 0.6 y 1 0. 7 se presentan los factores corres­pondientes al pavimentos que cuenten con acotamientos l iga­dos también de concreto. U na vez fijado el factor de erosión, entonces se procederá a determ inar e l n úmero de repeticiones admis ib le a través de los nomogramas de las F igs. 1 0. 5 y 1 0.6.

Es necesar io aclarar que los valores obten idos del nomogra­ma ya han sido d ivid idos entre C2, y ya no es necesar io efectuar la mu lt ipl icación del número de repeticiones por C2, de acuer­do con la expresión de la Fig. 1 0.2 .

Método de la PCA

Ejemplo

Supongamos que de unas mediciones de deflexiones en las esquinas de una losa de 24 cm, con k = 4.3 kg/ cm2 se hayan obtenido de l orden de 0 . 75 mm bajo una carga por eje senci l lo de 8.2 ton , y de 1 . 3 mm bajo un eje doble de 1 6 ton de peso. Si se pronost ican 7.3 x 1 06 pasadas, ca lcu lar el porcentaje de daño producido por erosión por cada uno de los ejes.

Solución

Caso del eje senci l l o de 8 .2 ton

k = 1 55 l b/pu lg 3

e = 9 .5 pu lg,

D = 0.03 pu lg (para 8 .2 ton), y

D = 0.05 1 (para eje doble de 1 6 ton)

p = kw = 1 55 x 0.03 pu lg = 4 .65 lb/pu lg 2

De la ecuación para p, en la F ig. 2 :

p = 268 . 7 [ 4 .65]2 f [9 . 5 X ( 1 55) 0·73] = 1 5 .4

Supon iendo C 1 = 1 .0 , y apl i cando la ecuación para N :

Log N = 1 4 .524 - 6 . 777 ( 1 5 .4 - 9) º· 1 03

= 6.3 1 9 N = 2 .08 x 1 06 repeticiones permis ib les

Uti l izando C2 = 0.06 para la ecuación correspondiente a l porcentaje de eros ión:

(% de daño por erosión ) = 1 00 x 0.06 x 7 .3 x 1 06 / (2 .08 X 10 6 ) = 2 1 .05 °lo

Ejes dobles:

p = 1 55 X 0.05 1 = 7. 905 lb/pu lg2

p = 268 . 7 X (7 .905)2 f [9 . 5 X ( 1 55) 0.73 ] = 44.5

0. 1 03 Log N = 1 4 .524 - 6 . 777 (44 .5 - 9 .0)

= 4 . 735 N = 5 .4 X 1 04

(% de erosión) = 1 00 x 0.06 x 7 .3 x 1 06 / (5 .4 x 1 04) 805 .3 % . No pasa

Para dar una idea del impacto que tienen las deflexiones y los n iveles de tránsi to en los porcentajes de erosión, se presenta la sigu iente tab la para el mismo ejemplo:

Capítulo 10

Tabla 1 0.8 lm acto en el % de erosión

Deflexio- Tránsito = 7.3 x 1 06 Tránsito = 5.5 x 1 06

nes B ton 1 6 ton 8 ton 1 6 ton

�1 = 0.028

�2 = 0.028 8 8

�1 = 0.028

M = 0.035 1 0 74 8 56

�1 = 0.028

M = 0.036 1 0 90 8 68

�1 = 0.028

�2 = 0.037 1 0 1 09 8 82

�1 = 0.028

�2 = 0.048 1 0 564 8 425

�1 = 0.031

M = 0.051 21 805 21 607

1 0.7. ACOTAMI ENTOS

Dado que l a s zonas cr ít icas de fa l la en pavimentos son las de borde, estud ios recientes se han enfocado a investigar e l efecto de sujeción creado por la co locación de var i l las en la un ión del pavimento con sus acotamientos.

Es indudable que a l tener mecan ismo de transferencia de cargas en los bordes, e l pavimento tendrá menos posib i l idad de fa l lar en esas zonas, ya que se evitarán por un lado el efecto de bombeo ("pumpi ng") y el efecto flexionante, en caso de presentarse erosión de la capa de apoyo en las zonas per ime­tra les.

De acuerdo con e l método de AASHTO, la colocación de acotamientos pavimentados, l os cuales actúan como elemen­tos confi nantes y de transferencia de carga, tiende a reducir espesores del orden de 2.5 cm. E l lo se debe a que en esas zonas a l apl icar una carga con acotam ientos pavimentados, se pro­duce una transmisión de esfuerzos del orden del 85 % del total que resu ltaría de no contar con los citados acotamientos.

El efecto reductor de espesores de los acotamientos pavi­mentados es muy s im i lar en los métodos AASHTO y PCA. Por lo general los acotamientos deberían constru i rse con espesores no menores a los 1 5 cm.

Ejemplo

I nformación de tránsito:

Autopista de 4 carriles

Topografía: lomerío suave en zona rural

Periodo de diseño: 20 años

T.P.D.A. ; 1 1 ,340

145

Capítulo 1 0

Factor d e proyección (por tasa de crecimiento anual): 1 .50 ( ver tabla 8.1 de factores de crecimiento )

Tránsito Pesado Promedio Diario, TPPD: 1 9 % del T.P.D.A.

Cálculo de tránsito:

T.P.D.A. de diseño:

T.P .P .D

1 7,01 00 X 1 .5 = 1 7,01 0 (8,505 en una dirección)

(Tránsito Pesado Promedio Diario) =1 7,01 0 x 0.21 = 3,572 (1 ,786 en una dirección)

Con el valor del tránsito tota l de 8,505 en una d irección, la figura para obtener el factor de d i stri bución por carr i l , F ig. 8 .2 , ind ica que una proporción de 0.83, es decir el 83 % circu la por el carr i l de baja. En resumen, para un per íodo de d iseño de 20 años, habrá un tránsito total en una d i rección que será de:

1 , 786 x 0.83 x 365 x 20 = 1 0,82 1 , 374 camiones pesados

1 46

Método de la PCA

Tabla 1 0.9 Distribución de tránsito (ejemplo) Datos de e'es car ados E'em lo

Ejes por Ejes por cada

Ejes en el (1 ) Carga por

cada 1 000 1 000

periodo de eje, ton camiones

camiones laiustadol

d iseño

Eies sencil los

< - 5 202. 1 2 962.47 1 0 41 5 220

5 - 6 25.45 1 2 1 . 1 7 1 .31 1 ,220

6 - 7 20.28 96.58 1 .045 1 93

7 - 8 17.35 82.63 894, 1 23

8 - 9 1 8.5 88. 1 7 953 540

9 - 1 0 1 7.85 85.04 920,260

1 0 - 1 1 4. 1 4 1 9.7 21 3 225

1 1 - 1 2 21 .56 1 02.68 1 , 1 1 1 2 1 0

1 2 - 1 3 1 5.4 73.32 793,4 1 0

1 3 - 1 4 1 1 .8 56.21 608 309

1 4 - 1 5 3.08 1 4 .70 1 59 1 23

1 5 - 1 6 1 .04 4.96 53,690

Eies dobles

< - 1 1 6.22 29.61 320 420

1 1 - 1 2 0.21 1 .037 1 1 ,220

1 2 - 1 3 0.462 2.20 23.845

1 3 - 1 4 0.735 3.50 37.896

1 4 - 1 5 0.80 3.80 41 1 1 4

1 5 - 1 6 1 .33 6.32 68,41 4

1 6 - 1 7 1 .27 6.05 65 420

17 - 1 8 1 .60 7.63 82 568

1 8 - 1 9 1 .22 5.80 62,860

1 9 - 20 1 .40 6.70 72 41 3

20 - 21 1 .27 6.05 65,420

21 - 22 1 . 1 9 5.68 61 4 1 3

22 - 23 1 .54 7.34 79,420

23 - 24 0.802 3.82 41 320

24 - 25 0.30 1 .42 1 5 420

25 - 26 0.235 1 . 1 2 1 2 1 1 3

La tabla es para 1 1 ,340 camiones, de los cuales 8,959 son vehículos de dos ejes, de cuatro llantas (79 % del total). Este porcentaje es ligero, y en este método se desprecia.

Columna 3, es la columna 2 pero ajustada para tomar en cuenta el tránsito ligero, a saber, los camiones con ejes dobles, de cuatro llantas. Es igual a la Col. 2 I [1 - (79 / 1 00)].

Columna 4: col. 3 x (No de camiones pesados en el período de diseño )/1000. En este caso se utiliza como ejemplo que durante el período y carril de diseño en una sola dirección, el número de camiones es de 1 0,821 ,374.

Explicación de la secuencia de cálculo

Pr imeramente se ordenan los pesos por eje de la d istribu­ción vehicu lar, por m i les de ejes comprendidos en el rango de una tonelada. Nótese que si a parti r de u n rango de carga el

Método de la PCA

PROYECTO: dos carriles, camino secundario

Esoesor oroouesto (tanteo): 26 cm

Sub-base-subrasante. k = 1 O ka/ cm2

Módulo de ruotura MR :48 ka/ cm2

Factor de seauridad oor caroa:LSF:: 1 .2

Nota: la sub-base es de 1 O cm (4") v es aranular.

(1 ) (2) (3) Carga por eje en Afectado por el Repeticiones

kios (ton) LSF ( 1 ) x LFS esperadas

(8) Esfuerzo equivalente: 1 0.8 (9) Factor de proporción de esfuerzos: 0.225 (8)/MR (10) Factor de erosión: 2.46

< - 5 6.0 10 41 5 .220

5 - 6 7.2 1 ,31 1 ,220

6 -7 8.4 1 045 1 93

7 - 8 9.6 894 1 23

8 - 9 1 0.8 953,540

9 - 1 0 1 2.0 920 260

1 0 - 1 1 1 3.2 2 1 3 225

1 1 - 1 2 1 4.4 1 , 1 1 1 ,21 0

1 2 - 1 3 1 5.6 793 41 0

1 3 - 1 4 1 6.8 608 309

1 4 - 1 5 1 8.0 1 59 1 23

1 5 - 1 6 1 9.2 53,690

(1 1 ) Esfuerzo equivalente: 9.4 (12) Factor de proporción de esfuerzos: 0 .1 96 ( 1 1 )/MR (13) Factor de erosión: 2.61

< - 1 1 1 3.2 320.420

1 1 - 1 2 1 4.4 1 1 220

1 2 - 1 3 1 5.6 23 845

1 3 - 1 4 1 6.8 37 896

1 4 - 1 5 1 8.0 41 1 1 4

1 5 - 1 6 1 9.2 68 41 4

1 6 - 1 7 20.4 65,420

1 7 - 1 8 21 .6 82.568

1 8 - 1 9 22.8 62,860

1 9 - 20 24.0 72,4 1 3

2 0 - 21 25.2 65.420

21 - 22 26.4 61 41 3

22 - 23 27.6 79,420

23 - 24 28.8 41 .320

24 - 25 30.0 1 5.420

25 - 26 31 .2 1 2, 1 1 3

De acuerdo a este resultado, controla erosión

Capítulo 1 0

Juntas con oasaiuntas: Si : No:

Acotamientos de concreto: Si: No:

Período de diseño: 20 años

Existe sub-basé: Si: No:

Análisis por fatiga Análisis por

erosión

(4) (5) (6) (7) Repeticiones Porcentaje de Repeticiones Porcentaje de permisibles fati a a oermisibfes daño

Eies sencillos

+ 1 0 000 000 + 1 000000

+ 1 º ·ººº·ººº + 1 000000

+ 1 0 000.000 + 1 000000

+ 1 0 000 000 + 1 000000

+ 1 0,000,000 + 1 000000

+ 1 0 000 000 40 080 800 2.3

+ 10 000 000 1 6 923 800 7.2

+ 10 000,000 8,773,600 1 2.7

+ 1 0 000.000 5.269 800 1 5. 1

+ 1 0 ººº·ººº 3 287.200 1 8.5

4, 1 95.600 3.8 2 1 1 8,400 7.5

700,400 7.7 1 , 1 40,440 3.8

+ 10 000 000 + 1 00 000 000

+ 1 0 000,000 + 1 00,000,000

+ 1 0.000 000 + 1 00 000 000

+ 1 0 000 000 + 1 00,000 000

+ 1 0,000 000 + 1 00 000 000

+ 1 0 000 000 69 269. 1 00

+ 1 0,000,000 36.655,700

+ 1 0 000 000 21 .640 000

+ 1 0 000 000 1 3,857 400

+ 1 0 000000 9,396,600

+ 1 0,000 000 6 886 900

+ 1 0 000 000 5 1 21 000

+ 1 0 ,000,000 3 858,500

+ 1 0 000 000 2 942 400

+ 1 0 000 000 2,268 800

+ 1 0,000,000 1 ,767,300

Total = 1 1 .5 Total = 76. 1

Fuente: "Thickness Design far Concrete Highway and Street Pavements", PCA, 1 984

1 47

Capítulo 1 0 Método de l a PCA

Tabla 1 0. 1 0 Cate crías de tráfico en función de car as or e'e

Categoría de e"es

Cargados

2

Descripción

Calles residenciales Caminos rurales y secundarios (de bajo a medio*

Calles colectoras Caminos rurales y secundarios (altos* ) Arterias princi pales y caminos pri ncipales ba'os*

TPDA

%

200 - 800 1 - 3

700 - 5,000 5 - 1 8

Tráfico

TPPD Carga máxima por eje

Por día Eje Ejes

sencil lo dobles

Hasta 25 22 36

40 - 1 ,000 26 44

3

Caminos p ri marios y arte rias pri nc ipa les (medio*) Viaductos, vías rápidas periféricos, vialidades urbanas rurales de ba'o a medio*

3,000 - 1 2,000 en 2 carriles 3,000 -50,0004 carriles

8 - 30 500 - 1 ,000 30 52

Arterias principales, carreteras principales, viaductos (altos* )

3,000 - 20,000

4 Carreteras y vías urbanas y rurales (de medios a alto *

2 carriles 3,000 -1 50,000+ 4 carriles o

más

8 - 30 1 ,500 -8,ooo+ 34 60

* La descripción de bajo, medio y alto corresponde al peso relativo de los ejes cargados para el tipo de calle o camino; es decir, "bajo" para un camino rural representaría cargas más pesadas que para el caso de "bajo" para un camino secundario.

número de pasadas es i l im itado, ya no será necesario obtener e l porcentaje de daño en las col umnas 5 y 7.

En la co lumna 2 aparecen los mismos pesos por eje, pero afectados por el factor de segur idad, F .S . Para estar del lado de la seguridad, se mu lt ip l icó el F .S . por el va lor máximo en cada rango. Por ejemplo, en el rango 2 1 -22, se mu lt ipl icó 22 por 1 .2 , dando como resu l tado 26 .4 ton .

Las repeticiones o pasadas para cada rango de carga fueron obten idas previamente en la col . 4 de la tabla 1 0.9 .

Los va lores permis ib les se obtienen a l entrar a l nomograma de la F ig. 1 0 .4 con la proporción de esfuerzo defi nida como 1 0.8/48 kg/cm2

= 0.225, para ejes senci l los y el peso que aparece en la segunda columna. Para e l caso de ejes tándem se uti l iza 9.4/48 kg/cm2 ó 0. 1 96.

En la col umna 5 se obtienen los porcentajes de fatiga d ivid iendo la co lumna 3 entre la No. 4, y mu ltip l icándola por 1 OO. Al fi nal se suman los daños parcia les y se col0can a l pie de la tabla de cá lcu lo. Las repeticiones permisibles por erosión se obtienen del nomograma de la F ig. 1 0.5, a la cual se entra con los factores de erosión de 2 .46 para los ejes senci l los, y de 2 .61 para los dobles tomados de la tabla 1 0.4.

En cada caso, los porcentajes de erosión se obtiene d ivi­d iendo los va lores de la col . 3 entre los de la col . 6 y mu lti p l i­cando el resu ltado por 1 OO. Al igual que en el anál is is por fatiga, se rea l iza la sumatoria y se anota también en la parte i nfer ior.

De acuerdo con los resu ltados, e l espesor propuesto resu l ta adecuado y preva lece el cr iterio de erosión. En estos casos de tránsito pesado normalmente r ige este enfoque, m ientras que

1 48

en caso de que se tenga tránsito l igero, el d i seño normalmente quedará gobernado por fatiga.

1 0.8 PROCEDIMI ENTO SIMPLI F ICADO D E D I SE Ñ O, PCA

La PCA proporciona tablas y ayudas de diseño para el caso de que no se cuente con aforos veh icu lares. Es importante señalar que se deberá poner especial cuidado en la selección de los diferentes parámetros y cal ificación de las vial idades con que se tenga que tratar, ya que una fal la en los criterios de selección puede dar origen a una subevaluación del pavimento por cons­tru ir. Esto es más cierto en cuanto se pretenda, en aras de la economía, reducir los espesores finales de losa. Lo que sigue se deberá tomar exclusivamente como una guía, recomendándose uti l izar espesores más generosos a los aquí propuestos.

En la Tabla 1 0. 1 04 se clasifican las via l idades con sus respectivos rangos y características de tráns i to .

* TPPD: Tránsito Pesado (Promed io D iario} . Se excluyen todos los cam iones de dos ejes, con cuatro l lantas.

* TPDA: Tránsito Promed io . Diar io Anual

En este método s impl ificado no se i ntroduce la i nformación deta l l ada del tránsito, s ino que se uti l izan los rangos de tránsito consignados en la tabla anterior, y con la d i str i bución de cargas defi n idas en las cuatro categorías de cargas por eje de la tabla 1 0. 1 9 . Además, las tablas de so l ución se prepararon uti l izando las tablas y nomogramas presentados en secciones preceden· tes.

Método de la PCA

Las tab las de d iseño de la No 1 0. 1 O a la 1 0. 1 4 corresponden a las categorías de tráns i to 1 a l 4, uti l izando factores de seguridad de 1 .0, 1 . 1 , 1 .2 , y 1 .2 , respectivamente. E l período de d iseño para el cual se prepararon fue de 20 años.

Cuando no se cuente con información geotécn ica del s it io, la tab la 1 0. 1 1 proporciona órdenes de magn itud en los módu­los de reacción de las capas de apoyo.

Tabla 1 0.1 1 Tipos de suelo de apoyo y sus módulos de reacción a roximados

Rango en

Condición los

Tipo de suelo de apoyo

Módulos de reacción

3 en ka/cm

Limos v arcil las plásticas Baio 2.0 - 3.35

Arenas y mezclas de arena y gra-vas con cantidades moderadas de Medio 3.6 -. 4.7

l imo v arci l la

Arenas y mezclas de arena y gra-Alto 5.0 - 6.0

vas prácticamente l ibre de finos

Sub-bases estabilizadas con ce-Muy alto 6.9 - 1 1 .0

mento

Según se observa, las cal idades de cond iciones de apoyo se clasifi can en bajas, med ias, a l ta y muy a l tas, dependiendo de los valores de k . En las tab las de d iseño también se i nvol u-

Capítulo 1 0

eran así l as cond iciones d e apoyo. En caso d e q u e s e uti l icen capas sub-base, entonces e l va lor k se incrementará. (ver las tablas de d i seño para e l caso del cr iter io de la AASHTO, Capítu lo 9) .

La secuencia de cá lcu lo es la s iguiente:

* Estimar e l Tránsito Pesado Promed io D iar io, TPPD. Este va lor exc lu irá todos los veh ícu los l igeros, a saber, camio­nes de cuatro l lantas, de dos ejes. Este tránsito es el de ambas d i recciones. Para v ia l idades o carreteras de más de dos carr i l es este va lor deberá afectarse por un factor de d i stribución por carri l , obtenido a part ir de la F ig 8 .2 .

* Seleccionar la categoría de ejes cargados, 1 , 2, 3 , o 4 .

* Determ inar los espesores de las tablas 1 0. 1 2 a la 1 0. 1 8, depend iendo de la categoría de tránsito

En la selección de las tablas y espesores a usar, la PCA recomienda tener en cuenta las s iguientes consideracion·es sobre los parámetros de d i seño:

·

* Módu los de ruptura: en genera l se deberán uti l izar agre­gados de buena cal idad, a fi n de lograr, entre otras cosas, mezclas un iformes con resi stencias a la flexión en el rango de 42 y 46 kg/cm2 . De esta manera, es recomen­dable uti l izar las porciones superiores de las tablas de ayuda.

Tabla 1 0. 1 2 TPPD permisible*, categoría de carga por eje Nº 1 pavimentos con junta de trabazón de agregado no se necesitan asa·untas

Sin acotamiento ni auarnición Acotamiento o auarnición

Apoyo del terreno natural Espesor de

Apoyo del terreno natural

Espesor de losa cm o de sub-base o de sub-base losa, cm

Baio Medio Alto Baio Medio Alto

1 0.0 0.2 0.9

1 1 .5 0.1 1 1 .5 2 8 25 MR = 46 1 2.5 0.1 0.8 3 1 2.5 30 1 30 330 kg/cm2

1 4.0 3 1 5 45 1 4.5 320

1 5.0 40 1 60 430

1 6.5 ��('} 1 2.5 0 . 1 0.4 1 0.0 0.1

MR=42 1 4.0 0.5 3 9 1 1 .5 0.2 1 5

kg/cm2 1 5.0 8 36 98 1 2.5 6 27 75

1 6.5 76 300 760 1 4.5 73 290 730

1 7.8 520 1 5.0 61 0

1 4.0 0 . 1 0.3 1 1 1 .5 0.2 0.6

MR=39 1 5.0 1 6 1 8 1 2.5 0.8 4 1 3

kg/cm2 1 6.5 1 3 60 1 60 1 4.0 1 3 57 1 50

1 7.8 1 1 0 400 1 5.0 1 30 480

1 9.0 620

Nota: El diseño controla el análisis por fatiga Nota: Una fracción del TPPD indica que el pavimento puede soportar un número ilimitado de camiones para pasajeros, automóviles y pick-ups, pero sólo pocos vehículos pesados por semana (TPPD de 0.3 x 7 días indica dos camiones pesados por semana) *TPPD excluye camiones de dos ejes y cuatro llantas, de manera que el número de camion�s permitidos puede ser mayor.

1 49

Capítulo 1 0 Método de l a PCA

Tabla 1 0.1 3 TPPD ermisible*, cate oría de car a or e·e Nº 2 - Pavimentos con asa'untas

Sin acotamiento ni guarniciones Con acotamientos y/o guarniciones

Espesor .de Aooyo del terreno o de la sub-base Espesor de Aoovo del terreno o de la sub-base losa cm Baio Medio Alto Muv alto losa cm Baio Medio Alto Muv alto

1 4.0 5 1 3.0 3 9 42

1 5.0 4 1 2 59 1 4.0 9 42 1 20 450 MR=46 1 6.5 9 43 1 20 490 1 5.0 96 380 970 3400 kg/cm

2 1 8.0 80 320 840 31 00 1 6.5 71 0 2600

1 9.0 490 1 900 1 8.0 4200

20.0 2soo

1 5.0 1 1 1 3.0 1 8

1 6.5 8 24 1 1 0 1 4.0 1 8 23 98 MR=42 1 8.0 1 5 70 1 90 750 1 5.0 1 9 84 220 81 0 kg/cm2

1 9 1 1 0 440 1 1 00 1 6.5 1 60 620 1 500 5200

20.0 590 2300 1 8.0 1 000 3600

22.0 27-00

1 6.5 4 1 9 1 4.0 3 1 7

1 7.8 1 1 34 1 50 1 5.0 3 1 4 41 1 60 MR=39 1 9.0 1 9 84 230 890 1 6.5 29 1 20 320 1 1 00 kg/cm

2 20.0 1 20 470 1 200 1 8.0 21 0 770 1 900

22.0 560 2200 1 9.0 1 1 00 4000

23.0 2400

Nota: El diseño lo controla el análisis por fatiga *TPPD excluye camiones de dos ejes, de cuatro llantas, de manera que el número total de camiones permitidos será mayor

Tabla 1 0. 1 4 TPPD ermisible*, cate oría de car a or e·e Nº 2 - Pavimentos con trabazón de a re ados en ·untas.

Sin acotamiento ni guarnición Con acotamiento v/o auarnición

Aoovo del terreno o de la sub-base Espesor Aoovo del terreno o de la sub-base Espesor de losa cm de losa

Bajo Medio Alto Muy alto cm Bajo Medio Alto Muy alto

1 2.5 3 9 42

1 4 5 1 4.0 9 42 1 20 450

MR=46 1 5 4 1 2 59 1 5.0 96 380 700** 970**

kg/cm2 1 7 9 43 1 20 490 1 7.0 650** 1 000** 1 400** 21 00**

1 8 80 320 840 1 200** 1 8.0 1 1 00** 1 900**

1 9 490 1 200** 1 500**

20 1 �00** 1 QOO**

1 5 1 1 1 2.5 1 8

1 7 8 24 1 1 0 1 4.0 1 8 23 98 MR=42 1 8 1 5 70 1 90 750 1 5.0 1 9 84 220 8 1 0 kg/cm

2 1 9 1 1 0 440 1 1 00 2 100** 1 7.0 1 60 620 1400** 2 1 00**

20 590 1 900** 1 8.0 1 000 1 900**

22 1 QOO**

1 7 4 1 9 1 4.0 3 1 7

1 8 1 1 34 1 50 1 5.0 3 1 4 41 1 60 MR=39 1 9 1 9 84 230 890 1 7.0 29 1 20 320 1 1 00 kg/cm

2 20 1 20 470 1 200 1 8.0 21 0 770 1 900

22 560 2200 1 9.0 1 1 00

23 2400 ** Rige el análisis por erosión de otra manera controla el análisis por fatiga.

1 50

Método de la PCA Capítulo 1 0

Tabla 1 0. 1 5 TPPD permisible*, categoría de carga por eje Nº 3 - Pavimento0s con pasajuntas

Sin acotamiento ni guarniciones Con acotamientos y/o guarniciones

Espesor de Apoyo del terreno o de la sub-base Espesor Apoyo del terreno o de la sub-base

losa cm de losa

Bajo Medio Alto Muy alto cm Bajo

1 8 250 1 7

20 1 30 350 1 , 300 1 8 52

MR=46 22 · 1 60 640 1 , 600 6, 200 1 9 320 kg/cm

2

23 700 2, 700 7, 000 1 1 , 500** 21 1 , 600

24 2,700 1 0, 800 22 6, 900

25 9, 900

1 7

20 73 31 0 1 8

MR=42 22 1 40 380 1 , 500 1 9 kg/cm

2

23 1 60 640 1 , 700 6, 200 20 370

24 630 2, 500 6, 500 22 1 , 600

25 2, 300 9, 300 23 6, 000

27 7, 700

1 8

22 70 300 20

MR=39 23 1 20 340 1 , 300 21 67 kg/cm

2

24 1 20 520 1 , 300 5, 1 00 22 330

25 460 1 , 900 4, 900 1 9, 1 00 23 1 , 400

27 1 , 600 6, 500 1 7, 400 24 5, 1 00

29 4, 900

• TPPD excluye camiones de dos ejes y cuatro llantas, el total de camiones permitido puede ser mayor. ** El diseño lo rige el análisis por erosión; de otra manera controla el criterio de fatiga.

Medio Alto Muy alto

83 320

220 550 1 , 900

1 , 200 2, 900 9 , 800

5, 700 1 3, 800

23, 700**

67

1 20 440

270 680 2, 300

1 , 300 3, 200 1 0, 800

5, 800 1 4, 1 00

82

1 30 480

270 670 2, 300

1 , 200 2, 900 9, 700

4, 900 1 1 , 700

1 8, 600

1 51

Capítulo 1 0 Método d e l a PCA

Tabla 1 0.1 6 TPPD permisible*, categoría de carga por eje Nº 3 - Pavimentos con trabazón de agregados.

Sin acotamiento ni guarniciones Con acotamientos y/o guarniciones

Espesor de Apoyo del terreno o de la sub-base Espesor Apoyo del terreno o de la sub-base

losa cm de losa

Bajo Medio Alto Muy alto cm Bajo Medio

1 8 220**

1 9 60** 250** 1 9 320** 640

20 1 30** 350** 830 20 61 0 1 , 1 00

22 1 60** 640** 900 1 , 300 22 950 1 , 800 MR=46 kg/cm

2 23 680 1 , 000 1 , 300 2, 000 23 1 , 500 2, 900

24 960 1 , 500 2, 000 2, 900 24 2, 300 4, 700

25 1 , 300 2, 1 00 2, 800 4, 300 25 3, 500 7, 700

27 1 , 800 2, 900 4, 000 6, 300 27 5, 300

28 2, 500 4, 000 5, 700 9, 200 28 8, 1 00

29 3, 300 5, 500 7, 900

31 4, 400 7, 500

20 73** 31 0** 1 8

22 1 40** 380** 1 , 300 1 9 67** 270**

23 1 60** 640** 1 , 300 2, 000 20 370** 1 , 1 00

MR=42 24 630** 1 , 500 2, 000 2, 900 22 950 1 , 800 kg/cm

2

25 1 , 300 2, 1 00 2, 800 4, 300 23 1 , 500 2, 900

27 1 , 800 2, 900 4, 000 6, 300 24 2, 300 4, 700

28 2, 500 4, 000 5, 700 9, 200 25 3, 500 7, 700

29 3, 300 5, 500 7, 900 27 5, 300

30 4, 400 7, 500 29 8, 1 00

20 56** - ' 1 8

22 70** 300** 1 9

23 1 20** 340** 1 , 300** 20 67** 270**

MR=39 24 1 20** 520** 1 , 300** 2, 900 22 330** 1 , 200** kg/cm2

25 460** 1 , 900** 2 , 800 4, 300 23 1 , 400** 2, 900

27 1 , 600** 2, 900 4, 000 6, 300 24 2, 300 4, 700

28 2, 500 4, 000 5, 700 9, 200 25 3, 500 7, 700

29 3, 300 5, 500 7, 900 27 5, 300

30 4, 400 7, 500 28 8, 1 00

* El tráfico pesado promedio excluye los camiones de dos ejes de cuatro llantas. El número total de vehículos podrá ser mayor. * * El análisis de fatiga controla el diseño, de otra manera el rige el criterio de erosión.

1 52

Alto Muy alto

51 0 750

890 1 , 400

1 , 500 2, 500

2, 700 4, 700

4 , 600 8, 700

8 , 000

1 20** 440**

680** 1 , 400

1 , 500 2, 500

2, 700 4, 700

4, 600 8, 700

8, 000

82**

1 30** 480**

670** 2 , 300**

2, 700 4, 700

4, 600 8, 700

8, 000

Método de la PCA Capítulo 1 0

· · '

Tabla 1 0.1 7 TPPD permisible* , categoría de carga por eje Nº 4 - Pavimentos con pasajuntas

Sin acotamiento ni guarniciones Con acotamientos y/o guarniciones

Espesor de Apoyo del terreno o de la sub-base Espesor Apoya del terreno o de la sub-base

losa cm de losa

Bajo Medio Alto Muy alto cm Bajo

20 270 1 8

22 1 20 340 1 , 300 1 9

23 1 40 580 1 , 500 5, 600 20 330 MR=46 kg/cm

2 24 570 2, 300 5 , 900 1 4, 700** 22 1 , 500

25 2, 000 8, 200 1 8, 700** 25,900** 23 5, 900

27 6, 700 24, 1 00** 31 , 800** 45, 800** 24 22 , 500

29 21 , 600 39, 600** 25 45, 200**

30 39, 700**

22 300 1 9

23 1 20 340 1 , 300 20

24 1 20 530 1 , 400 5, 200 22 340 MR=42 kg/cm

2 25 480 1 , 900 5, 1 00 1 9, 300 23 1 , 400

27 1 , 600 6, 500 1 7, 500 45, 900** 24 5 , 200

28 4, 900 21 , 400 53, 800** 25 1 8, 400

29 1 4, 500 65, 000**

30 44, 000

23 260 20

24 280 1 , 1 00 22

MR=39 25 390 1 , 1 00 4 , 000 23 280 kg/cm

2

27 320 1 , 400 3, 600 1 3, 800 24 1 , 1 00

28 1 , 000 4, 300 1 1 , 600 46, 600 25 3, 800

29 3, 000 1 3, 1 00 37, 200 27 1 2, 400

30 8 , 200 40, 000 28 40, 400

* TPPD excluye camiones de dos ejes y cuatro llantas; el número de camiones permitidos podrá ser mayor. ** El diseño queda regido por el criterio de erosión; de otra manera controla el criterio de fatiga.

Medio Alto Muy alto

400

240 620 2, 1 00

1 , 200 3, 000 9, 800

5, 300 1 2, 700 41 , 1 00**

21 , 400 44,900**

52 , 000**

1 30 490

270 690 2, 300

1 , 300 3, 000 9, 900

5, 000 1 2, 000 40, 200

1 8, 800 45, 900

1 30 480

250 620 2, 1 00

1 , 000 2, 500 8, 200

3, 900 9, 300 30, 700

1 3, 600 32, 900

46, 200

1 53

Capítulo 1 0 Método de l a PCA

Tabla 1 0�8 TPPD permisible*, categoría de carga por eje Nº 4 - Pavimentos con trabazón entre agregado en las juntas.

Sin acotamiento ni guarniciones Con acotamientos y/o guarniciones

Espesor de Apoyo del terreno o de la sub-base Espesor Apoyo del terreno o de la sub-base

losa cm de losa

Bajo Medio Alto Muy alto cm Bajo

20 270** 1 8

22 1 20** 340** 990 1 9

23 1 40** 580** 1 , 1 00 1 , 500 20 330**

24 570** 1 , 200 1 , 600 2, 300 22 720 MR=46 kg/cm

2 25 1 , 1 00 1 , 700 2, 200 3, 400 23 1 , 1 00

27 1 , 500 2, 300 3, 200 4, 900 24 1 , 700

28 2, 000 3, 300 4, 500 7, 200 25 2, 600

29 2, 700 4, 500 6, 300 1 0, 400 28 5 , 900

30 3, 600 6, 1 00 8, 800 1 4, 900 30 1 2, 800

33 6, 300 1 1 , 1 00 1 6, 800

36 1 0, 800

22 300** 1 9

23 1 20** 340** 1 , 300** 20

24 1 20** 530** 1 , 400** 2, 300 22 340**

MR=42 25 480** 1 , 700 2, 200 3, 400 23 1 , 1 00

kg/cm2

27 1 , 500 2, 300 3, 200 4, 900 24 1 , 700

28 2, 000 3, 300 4, 500 7, 200 25 2, 600

29 2, 700 4, 500 6, 300 1 0, 400 28 5, 900

30 3, 600 6, 1 00 8, 800 1 4, 900 30 1 2, 800

33 6, 300 1 1 , 1 00 1 6, 800

36 1 0, 800

23 260** 20

24 280** 1 , 1 00** 22

25 390** 1 , 1 00** 3, 400 23 280**

MR=39 27 320** 1 , 400** 3, 200 4, 900 24 1 , 1 00** kg/cm2

28 1 , 000** 3, 300 4, 500 7, 200 25 2, 600

29 2, 700 4, 500 6, 300 1 0, 400 28 5, 900

30 3, 600 6, 1 00 8, 800 1 4, 900 30 1 2, 800

33 6, 300 1 1 , 1 00 1 6, 800

36 1 0, 800

* TPDD excluye camiones de dos ejes y cuatro llantas; el número total de camiones podrá ser mayor. • • El análisis por fátiga controla el diseño; de otra manera controla el criterio por erosión.

1 54

Medio Alto Muy alto

1 00** 400**

240** 620** 91 0

770 1 , 1 00 1 , 700

1 , 300 1 , 900 3, 1 00

2, 1 00 3, 200 5, 700

3, 400 5, 500 1 0, 200

5, 500 9, 200 1 7, 900

1 3, 600 24, 200

1 30** 490**

270** 690** 1 , 700

1 , 300** 1 , 900 3, 1 00

2 , 1 00 3, 200 5, 700

3, 400 5 , 500 1 0, 200

5, 500 9, 200 1 7, 900

1 3, 600 24, 200

1 30** 480**

250** 620** 2 , 1 00**

1 , 000** 2 , 500** 5, 700

3, 400 5 , 500 1 0, 200

5, 500 9, 200 1 7, 900

1 3, 600 24, 200

Método de la PCA Capítulo 1 0

· ··- ·--� 1•1 1 • • - • 'ª • . . . • .,,. • 1...-1•t:• ; 1 r• - • --- 1 11..' •1 • · - · -- ; · • • • 1 • r. ...... --.. , _

Carga por eje, Eies cor cada 1 000 camiones* en toneladas Cateaoría 1 Cateaoría 2 Cate�oría 3 Cateaoría 4

Eies sencillos

2 1 693.31

3 732.28

4 483. 1 0 233.60

5 204.96 1 42.70

6 1 24.00 1 1 6.76 1 82.02

6.5 56. 1 1 47.76 47.73

7 38.02 23.88 31 .82 57.07

8 1 5.81 1 6.61 25. 1 5 68.27

9 4.23 6.63 1 6.33 41 .82

1 0 0.96 2.60 7.85 9.69

1 1 1 .60 5.21 4. 1 6

1 2 0.07 1 .78 3.52

1 3 0.45 0.63

1 3.5 0.54

1 4.5 0.54

1 5.5 0. 1 9

Eies dobles

2 31 .90

4 85.59 47.01

6 1 39 .30 91 . 1 5

7 75.02 59.25 99.34

9 57. 1 0 45.00 85.94

1 1 39. 1 8 30.74 72.54 71 . 1 6

1 3 68.48 44.43 1 21 .22 95.79

1 5 69.59 54.76 1 03.63 1 09.54

1 6 4. 1 9 38.79 56.25 78. 1 9

1 8 7.76 21 .31 20.31

20 1 . 1 6 8.01 3.52

22 2.91 3.03

24 1 . 1 9 1 .79

25 1 .07

27 0.57 * Se excluyen todos los camiones de dos ejes, de cuatro llantas

Los valores i nfer iores de estos módu los se uti l izan cuando, a pesar de incrementar los conten idos de cemento y reducir e l agua, la poca ca l idad de los agregados no permitan que las mezclas adqu ieran las resistencias adecuadas, de un máx imo del orden de 38 kg/cm2 .

(30/20) . Esta manera burda de sacar proporciones nos dará un tránsito corregido.

* Período de d i seño: los valores que aparecen en las tablas son para un período de anál is is de 20 años. Para otro lapso se deberán mult ipl icar los valores de TPPD por un factor de ajuste para obtener un va lor corregido de las tablas.

Por ejemp lo, s i se desea obtener el d i seño para 30 años en lugar de 20 años, entonces e l resu l tado de las tablas se deberá mu lti p l i car por el factor correctivo de proporcional idad de

El per íodo de d iseño tendrá mayor i mpacto en los espesores fi nales cuando se tengan grandes vol úmenes de camiones pesados y se pretenda constru i r pavimentos sin pasajuntas, confiando la transferencia de cargas de una losa a la otra por med io de la fr icción desarro l lada en las gr ietas y/o juntas por la trabazón entre los agregados del concreto.

Pasajuntas o fricción de agregados en las juntas transversales

Las tablas 1 0. 1 2 a la 1 0. 1 8 muestran los valores permis ibles de TPPD, de acuerdo con las categorías de tránsito s impl ifica-

1 55

Capítulo 1 0

1 56

6 o N o z ro

IJ) -a.> ro � E - ro :J -

e ro ro IJl .._ ro lJ o.. º ce

Qj 1.1") :J ("t")

V) -Q)

"'O IJl o e Q) �

6 o N o z

Grupos

A-1

A-2

A-3

A-4

A-5

A-6

A-7

. '

Clasificación de suelos AASHTO

Descripción del material

Mezclas bien g raduadas compuestas de fragmentos de piedra, grava, arena y material l igante poco plástico. Se incluye también aquel las mezclas bien graduadas que no tienen material l igante

Mezclas mal proporcionadas de grava, arena, limo y arci l la. Tienen material fino (l imo y arcil la) en exceso ::i los limitantes establecidos por los suelos A-1 y A-3

Arenas finas de playa y arenas con poco o nada de material fino (limo y arcil la). Además, mezclas de arena fina mal graduada, con cantidades limitadas de arena gruesa y grava

S u e l os l i mosos s i n p last ic idad o poco plásticos, en los cuales el 75%, o más pasa la malla Nº 200. Además, suelos finos limosos que contengan hasta un 64% de arena y grava

M at e r i a l l i m o s o , se m ej a n t e a l A - 4 , g e n e ra l m e n t e d e c a ráct e r m i c á c e o o diatomáceo. Tienen mayor elasticidad

Arcil las plásticas, en las cuales el 75%, o más, pasa la mal la Nº 200. Además, suelos finos arcil losos que contengan hasta un 64% de arena y g rava. P resentan generalmente, g ra n d e s c a m b i o s d e vo l u m e n c u a n d o absorben aqua

Terrenos arcil losos, semejantes a los A-6, pero con Límites Líquidos elevados como los del grupo A-5

Subgrupos

A-1 a

A-1 -b

A-2-4 y A-2-5

A-2-6 y A-2-7

-

A-7-5

A-7-6

Método de la PCA

Descripción del material del subgrupo

Mezclas de piedra o grava con o sin material fino liqante· bien qraduado

Mezcla de arena g ruesa, con o sin material fino ligante; bien g raduado

Suelos A-2, cuya fracción que pasa la malla Nº 40, tiene las características de un suelo A-4 o A-5, respectivamente

Suelo A-2, cuya fracción que pasa la malla Nº 40, tiene las características de un suelo A-6 o A-7, respectivamente

-

S u e los A-7 c o n í n d i ces d e p las t ic idad relativamente bajos en relación a sus Límites L íq u i d o s . P u e d e n s e r m u y e l ást icos y exoerimentar a randes cambios de volumen

Suelos A-7 con índices de plasticidad elevados e n re l a c i ó n a s u s L í m i t e s L í q u i d os. Experimentan g randes cambios de volumen

Método de la PCA Capítulo 1 0

Pro iedades características físicas

(1 )

Permeabilidad Capilaridad Elasticidad Cambios de (2) (3) Como Para

volumen Para subbase Para base terreno de terraplenes fundación

Baja Baja Muy baja Muy pequeños Bueno a Bueno a Bueno a Bueno a excelente excelente excelente excelente

Baja a mediana Mediana a Baja e elevada para A- Medianos Regular Malo a regular Bueno a Regular a veces 2-4 a A-2-6. Elevada y a elevados excelente bueno perjudicial a vece3 p e rj ud ic ia l Baja para A-2-5 a A-2-7

Mediana Baja Muy pequeños Regular a Regular a Bueno a Regular a a elevada excelente excelente excelente bueno

Baja a mediana Elevada. Baja a mediana P e q u e ñ o s a Malo a regular Malo a regular Malo a regular Malo a bueno A veces e l e v a d o s . perjudicial P e rj u d ic ia les

en é poca de heladas

Baja a mediana Regular a Mediana a elevada R e g u l a re s a Malo Pésimo Malo a pésimo Malo a pésimo elevada. elevados A veces

1 perjudicial 1

Baja a Regular a Pequeña a mediana Medianos a Regular a Malo a pésimo Regular a Malo a regular prácticamente elevada elevados pésimo bueno impermeable

Baja Regular a Mediana a elevada Medianos a Regular a Malo a pésimo Regular a Malo a pésimo elevada elevados pésimo bueno

1 57

Capítulo 1 0

das de la tabla 1 0. 1 9 . Nótense en estas tab las que, a excepción de la tabla 1 0. 1 2, existen dos opciones, con pasajuntas como elementos transmisores de carga entre las losas en zona de juntas, y por med io de fr icción debida a la trabazón de agre­gados en juntas y grietas. Se observa que la tabla 1 0. 1 2 contempla sólo tránsito l i gero, y no establece d i ferenciación entre pasaju ntas o fr icción. Así, para este tránsito r ige normal­mente e l criter io de fatiga, y no se requ ieren pasajuntas, ya que el rango de pesos por eje en esta categoría es bajo.

Es importante observar que los números del TPDA y de TPPD de la tabla 1 0. 1 O no son abso l utos, es decir, ta les rangos pueden no ser representativos de las via l idades por d iseñar. En su l ugar es mejor clasificar las via l idades de la manera más correcta posible, dentro de las descr ipciones dadas en esta tab la . S iempre será mejor rea l izar med iciones o aforos de tránsito para tener porcentajes de tránsito pesado. En la tabla 1 0. 1 O aparecen los TPPD admisibles que corresponden exc lu­sivamente a veh ículos de dos ejes con seis l lantas o mayores. Se excl uyen los l igeros (paneles, camionetas t ipo p ick-up, etc. ) . Así, e l total de veh ícu los podrá ser mayor.

Ejemplo

Cal le residencia l de dos carr i les

T .P.D.A. = 450

No tota l de camiones = 35

TPPD = 1 5

Capa de apoyo: suelo arci l l oso (no se constru i rá capa sub-base), o sea que:

Cond ición de apoyo = pobre

MR = 42 kg/ cm2

1 58

Método de la PCA ·

Se uti l izará: Guarn ición i ntegra l Fr icción entre agregados en juntas (no pasajuntas)

Solución

Atend iendo a las caracter íst icas del tráns i to, éste se puede clasificar con la categoría de carga por eje No 1 . (Tabla 1 0. 1 2, o tránsito l igero) . U ti l izando las co l umnas correspond ientes a la situación en donde exista confi nam iento latera l o guarn icio­nes, es pos ib le obtener los s iguientes rangos de tráns i to pesado permis ib les:

Espesor de losa, en cm TPPD

1 2.5 6

1 4 73

Entonces podrá seleccionarse un espesor de 1 4 cm para soportar 1 5 de cam iones pesados.

Referencias

1 "Thickness Design for Concrete Pavements", Port land Ce­ment Association, IS01 OP, 1 974

2 "Th ickness Design for Concrete H ighway and Street Pa­vements", Portland Cement Association, PCA, EB 1 09P, 1 984. Boletín pub l icado por Robert G . Packard, P . E .

3 Datos obtenidos de "D i seño de pav imentos de horm igón", I nstituto Ch i leno del Cemento y de l Horm igón, J u l io de 1 989.

4 Fuente: Thickness Design for Concrete H ighway and Street Pavements, PCA, EB 1 09 .01 P

Capítulo 1 1

Rehabi l itación de pavimentos por med io de sobrecarpetas

1 1 . 1 I NTRODUCCION

E l concepto d e manten im iento d e carreteras se defi ne como : todas las operaciones encami nadas a preservar, reparar y res­, taurar la estructura de rodamiento, a fi n de que ésta se manten­ga segura y económ ica . Las labores de conservación consisten bás icamente en bacheo, recorte de h ierba, se l lo de juntas, etc. No se i ncl uye el ensanche de acotamientos, rehab i l i taciones, ni reconstrucciones.

Las actividades de conservación se implementan para com­pensar los efectos nocivos del envejecim iento de las estructu­ras v i a l es , deter i oro de l os mater i a l es por agentes de meteorización, crecim ientos orgán icos, etc. S i n embargo, aún con este manten im iento, eventualmente las cargas impuestas por el tráns i to hacen que los pavimentos requ ieran refuerzo, a efecto de restab lecer los n iveles aceptables de los _nd ices de Servic io. El trabajo de rehabi l itación no se considera manteni­m iento, ya que cons iste en una mejora "más profunda" del pav imento. Todas las actividades antes y después de estos trabajos más drásticos sí constituyen los trabajos de manten i­m iento. La AASHTO 1 clasifica en cuatro las categorías de manten im iento y reconstrucción:

* Manten im iento

* Servic ios de tráns i to

* Manten im iento fís ico

* Construcción

* Mejoram iento

* Construcción y reconstrucción

A manera de ejemplo, una sobrecarpeta de 2 cm o más de espesor, en un tramo de 1 60 m de longitud, se considera un mejoramiento o refuerzo, mientras que un recubr im iento con espesor de 2 cm o donde la longitud ap l i cada sea menor a la ya referida, se cons idera como 'manten im iento fís ico' .

En e l caso de pavimentos de cemento port land, las labores de manten imiento se refieren a:

* Sel lo de juntas, grietas en la superfic ie de rodamiento.

* La reparación de fi suramiento, áreas fragmentadas, des­cascaradas y con grietas mú lt ip les.

* Bacheado en subzonas en donde se hayan presentado fal las.

* Reparación de áreas dañadas por asentam ientos o bom­beo.

* Tratamiento de pavimentos que presentan "alabeos".

1 1 .2 SELLO

Tal como se mencionó anter iormente, el objeto de sel lar las juntas será obstru i r el paso de partícu las sól idas hacia adentro del cuerpo del pavimento, así como el de evitar e l paso de agua. Antes de colocar e l producto sel lante, se deberá l impiar y secar perfectamente la caja de la j unta. Normalmente se apl ican cortadores de potencia para dejar un corte y ranura l impios. Poster iormente se apl ica aire a presión para secar y dejar l i bre de detr i tos só l idos al corte. Los tipos de sel l ante que se uti l izan comúnmente son a base de asfa l to y hu le ap l i cados en ca l iente, y en los apl icados en frío se uti l izan p i letas móvi les con ruedas neumáticas, dotadas de ca lentadores (puede ser aceite ca l iente c ircu lando como med io de transm isión de

1 59

Capítulo 1 1

ca lor) . La apl icación e n s í del sel lante es a base d e pistolas de presión mecánicas, conectadas a una manguera que a su vez saca el se l lante de las p i l etas o tambos. Se emplean también los de apl icación mecánica por gravedad con ca lderas, de vaciado manua l .

También se uti l izan como sel ladores los pol ímeros e lasto­mér icos de dos componentes de apl icación en frío, o bien, productos de s i l icón. Los cl imas ca l urosos son los más favora­b les para la reparación de fracturas.

Los asti l lamientos del concreto en las i nmed iaciones de las juntas podrán presentarse debido a la desi ntegración del con­creto en estas zonas. Normalmente los agrietamientos menores de la superficie de concreto se preparan re l lenándolos con compuestos se l ladores de juntas. El manual de manten im iento de la AASHTO ( 1 976) recomienda que las fracturas mayores de 1 /8" (3 .2 mm) se rel lenen con sel l antes que perm itan los movimientos a l ternos de contracción y expansión del concre­to. Cuando los fracturamientos y/o fi suramientos sean de natu­raleza ta l que no perm itan su corrección mediante sel lado ruti nario de juntas, deberán emplearse resi nas epóxicas.

Cuando las áreas con desprend im ientos o i rregu laridades sean apreciables, pero que no existan daños estructurales de importancia, e l tratamiento efectivo podrá consist ir en r iegos de lechada de cemento para el taponamiento de fisuras.

1 1 .3 REPARACIO N ES DE LOSAS DE CONCRETO EN TO DA LA PROFU N DI DAD

Cuando con base en un monitoreo de todas las secciones de losas se demuestre la seriedad de las fracturas o existan evidencias de problemas de "bombeo", esca lonamientos, etc., ta les losas deben ser marcadas para ejecutar reparaciones de losas en toda su sección transversal . La decisión anterior per­m itirá restablecer las condiciones estructurales origi nales. Los desporti l lam ientos en zonas de juntas se presentan cuando se ejercen en la losa esfuerzos de compresión excesivos. Estos a su vez se deben a la i ncl usión de partícu las sól idas dentro de las cajas o ranuras que forman las juntas.

Otro problema asociado en zona de juntas es la erosión de la capa de apoyo como resu l tado del problema de "bombeo"; además, un ensanche de los barrenos que a lojan las pasajuntas o dovelas de transferencia de carga también contr ibuye a un desplazamiento relativo entre losas, mismo que habrá que corregir .

Las áreas a ser removidas y reconstru idas deberán ser perfectamente marcadas med iante pintura. Este señalamiento superfic ia l deberá ser v is ib le . Poster iormente las áreas que serán rehabi l i tadas deberán también ser confi nadas con respec­to a las j untas longitud i na les, carr i les, acotamientos, o concreto adyacente en genera l . El propósito es evitar dañar el concreto de las i nmed iaciones del área por reconstru i r .

1 60

Rehabilitación de pavimentos por medio de sobrecarpetas

En el caso de que se tengan pav imentos de concreto de cemento port land, CCP, con acotamientos de concreto asfálti­co, se recomienda abrir en toda el área por reparar una caja longitud i na l a l o largo de la j unta o i nterfase losa-acotam iento de asfa l to, del orden de 1 O cm de ancho. Esta ranura servirá para a lojar el c imbrado de la nueva losa en su u n ión con el acotamiento. Se deberán dejar ho lguras sufic ientes para que la remoción de piezas de losas por izaje sea senci l la . Todos los cortes en asfa lto podrán ejecutarse con d i sco de d ientes de carburo de tungsteno.

Cuando también los acotamientos son de CCP, entonces los cortes deberán efectuarse con d i scos de d iamante y deberán ejecutarse en toda la sección -espesor- de la losa, atravesando i ncl uso eventua les var i l las de refuerzo y/o de sujeción. Ahora las paredes de los acotamientos servirán como c imbras natura­les. Es necesar io asegurarse que en las j untas longitud inales e i ncluso en aquel las formadas por los carr i les, los cortes atrav�e­san toda la sección .

Los cortes en p lanos transversales de preferencia se real iza­rán en las horas más frías, a fi n de que no exista trabazón del d isco en las paredes de corte, pues durante las horas ca l urosas el concreto tenderá a expanderse. Ex i sten dos formas t íp icas de remoción de losas:

Tabla 1 1 . 1

Método de remoción Textura en la cara de la iunta

lzaie Suave

lzaie Ruaosa

Fracturamiento Suave

Fracturamiento Ruaosa

Se recomienda el reti ro de las losas dañadas mediante el método de izaje. E l lo demanda que los cortes vertica les, a sección completa, correctamente a is lada del resto del pavi­mento sano. E l retiro de secciones es vertica l . Antes de retirar las p iezas, se ejecutarán barrenos desde la superfic ie para alojar los pernos de izaje, conectados a cadenas de acero. Estas se man ipu larán ya sea con grúa o con cargadores fronta les.

Con el método de remoción por izaje se obtendrán caras l impias en las zonas de juntas, y quedarán l i stas para alojar eventuales pasajuntas, de ser necesar ias estas ú lt imas. De esta manera, ún icamente hará fal ta hacer só lo los barrenos que a lojen las vari l las. Asim i smo, la capa de sub-base será poco alterada con este método de remoción. Para lograr una a ltera­ción en esta ú lt ima capa, los cortes de d i sco no deberán penetrar en e l l a más de 1 . 2 cm.

Como se mencionó anter iormente, a fi n de que los cortes sean lo más l impios pos ib les y para evitar atascamientos del d i sco en cl imas extremosos, es recomendable rea l i zar los cortes durante la noche que es cuando el concreto se contrae. Alternativamente, se podrán ejecutar cortes parcia les, sobre un espesor de aproximadamente un tercio del espesor de la losa, para l i berar presiones sobre e l d i sco cuando éste ejecute el corte en toda la profund idad . Se recomienda, por otro lado,

Rehabilitación de pavimentos por medio de sobrecarpetas

Corte parcial

Corte a sección completa �

¡-eorte a sección �mpleta

Figura 1 1 . 1 Aislamiento de la reparación

que los cortes a profund idad parcial y a sección completa no tengan separaciones menores que el rango de 1 5 a 20 cm. Este se debe a que el corte de a l ivio puede generar microfisuramien­tos que pueden dañar la perifer ia de la zona marcada (F ig. 1 1 . 1 ).

Car as rugosas

En ocasiones se requ iere que las per ifer ias de las zonas recortadas tengan caras rugosas para que con la contr ibución de la fr icción de losa nueva-existente más las pasajuntas, le den a las nuevas losas buena transferencia de carga. Para lograr las rugosidades, se emplean d iscos dobles, con separaciones entre hojas de 3 . 5 a 5 cm. F ig. 1 1 .2 . Sólo los cortes i nteriores deberán ser a sección completa, en todo el espesor de losa. El corte externo será só lo del espesor. E l procedim iento es el sigu iente: en la primera pasada ambos d iscos cortan al cuarto del espesor. Posteriormente, ya con un solo d isco, se ejecutan los cortes

· inter iores. Cuando se completan estos ú l timos, se perforan los barrenos para colocar los pernos de izaje y se retira la losa dañada. Poster iormente, con la ayuda de. marti l los neumáticos

Corte doble de disco

D Area por remover

Figura 1 1 .2 Corte doble de d isco para la remoción de baches.

Capítulo 1 1

CORTE INTERIOR, A SECCION COMPLETA

30 CM -I r

CORTE EXTERIOR, 1 / 4 D EN PROFUNDIDAD

BI REGIÓN INTERIOR j';:�::�:i::·I REGIÓN EXTERNA (ENERGÍA Y

CAIDA REDUCIDAS)

Figura 1 1 . 3 Arreglos típicos de cortes de discos, para emplear rompedores neumáticos.

l igeros -en el rango de 1 5 a 30 lbs- se cince lan las paredes recién cortadas, hasta lograr una superficie rugosa en los cantos.

Demolición por percusión

Cuando se uti l i cen marti l l os rompedores de caída del t ipo neumático, será conveniente tomar a lgunas med idas preventi­vas ad iciona les. Se deberán evitar daños a l pavimento a ledaño existente. Esto se consigue- med iante cortes en las fronteras de la zona por rehabi l i tar. Después se ejecutarán un segundo corte para le lo al anterior, también a sección completa. La separación entre estos cortes para le los es de 30 cm, aproximadamente. Este d imensionamiento i ncl uye a las juntas longitud inales, si es que éstas estuvieran cercanas.

El rompimiento de losas debe i n iciarse desde e l centro, dentro de los cortes i nter iores. U na vez completado el rompi­miento de la parte interior, entonces deberá reduci rse la a ltura de caída de los marti l los rompedores. Esta reducción deberá ser función de la resistencia del concreto, y si existe o no acero de refuerzo. Luego el marti l lo se uti l izará para go lpear l i gera­mente las franjas externas de los cortes. En caso de dañar losas adyacentes, se deberán practicar cortes adicionales a sección completa más a l l á de los l ími tes deter iorados, sigu iendo con un golpeteo l igero, con una reducción adicional de la a ltura de caída en el marti l lo, hasta remover la tota l idad de los fi suramientos. F ina lmente se ut i l izarán herramientas manuales para la remoción fi nal de escombros.

Dispositivos de transferencia de carga

En genera l , todas las zonas reparadas deberán contar con pasajuntas para que ex ista transferencia de carga efectiva entre las losas existentes y las nuevas. Esto será necesario pri ncipal­mente en pavimentos de cami nos o v ia l idades de primer orden, y en donde se espere e l tránsito pesado. Las juntas transversales de estos bacheas necesar iamente deberán ser pasajunteados.

1 61

Capítulo 1 1

Se han presentado muchos problemas por una mala instala­ción de las pasajuntas. E l los tienen que ver con mala ejecución de los barrenos, malos ajustes y a l i neamientos de las piezas de acero, por lo que se recomienda que estas pasajuntas estén lo más a l ineadas posible respecto a la pared de la losa. Se aconseja sean de 1 1 14 1 1 de d iámetro, y de 45 cm de longitud. Para el anclaje de dovelas se hacen los barrenos con equ ipo dotado de brocas en batería, para hacer varias perforaciones al mismo tiempo. Se uti l iza una perforadora montada en un armazón rígido de acero. E l la cuenta con brocas paralelas en el plano horizontal . En ocasiones se pueden uti l izar taladros manuales en donde no se puedan uti l izar las brocas en batería, tales como las esquinas, planos incl inados o cuando la distribución del acero de refuerzo de la losa no permita la maniobra. S in embargo, se debe tomar en cuenta que con pistolas o taladros ind ividuales las desviaciones de barrenos son más posibles.

Con el fi n de evitar abocardar los barrenos de las pasajuntas de anclaje en las losas existentes, como resu l tado de esfuerzos de flexión excesivos en la zona de juntas, es conven iente colocar de cuatro (4) a cinco (5) pasajuntas de 1 1 14 1 1 de d iámetro en cada j unta, en la zona de ruta de las l lantas. Las pasajuntas se co locarán una vez que se cuente con un barreno seco y l impio de polvo y detr i tos. Para e l lo se emplea aire a pres ión. Previo a la i n serción, se deberá colocar una lechada de cemento sin contracción -o bien, res i nas epóxicas-, procu­rando ir co locándola desde e l fondo de las perforaciones, para que a l i nsertar las dovelas se expu l se este material de adheren­cia. Otra manera de asegurar que las var i l las estarán comple­tamente cubiertas de adherente es la de girar una vuelta completa m ientras se i ntroduce dentro de la perforación .

Como en cua lqu ier t ipo de proyecto en donde se uti l icen pasajuntas, éstas deberán ser protegidas contra agentes corro­sivos y/o qu ímicos. para e l lo se deben uti l izar pinturas para esos propósitos o a l ternativamente fundas de plástico.

Pavimentos de tránsito bajo

Es importante señalar que en cam inos de baja importancia o de pavimentos r ígidos en ca l les res idencia les, se podrá prescindir de las pasajuntas como elementos de transm is ión de cargas. En estos casos será suficiente el trabajo por fr icción entre las losas en zona de juntas.

Es frecuente que en lo que respecta a estos pavimentos urbanos se requ iera abr i r los para efectuar reparaciones en tuber ías subterráneas. en estos casos no será necesar io hacer la reparación en todo lo ancho del carr i l , s ino en lo estr icta­mente necesar io. No se aconseja colocar juntas de la nueva reparación a menos de 60 cm de d i stancia con respecto a una junta ya existente. Cuando forzosamente se requ iera hacer juntas muy cerca de una ya existente, será preferib le recorrer la a esta ú l t ima.

Los cortes empleados .para demarcar las frontera de la zona por bachear no serán a sección completa del pavimento, solamente se rea l i zará hasta la profundidad futura de la caja de sel lante de las j untas, o a un máx imo de 1 /3 del espesor. Para preparar la remoción de las l osas por izaje, ésta se deberá

1 62

Rehabilitación de pavimentos por medio de sobrecarpetas

Caras lisas en juntas

Cincelado con rotomartillo de 30 lbs

�,' r Pasajun�jr----

c===J�==:::::::1 1 :J Caras rugosas en juntas

\

Figura 1 1 .4 Superficies en las caras de las juntas, util izando un corte simple de disco para l imitar la reparación. O bien un corte doble, para porporcionar f ircción de agregados

ejecutar de preferencia con d iscos de dos hojas de corte. Alternativamente también se podrán hacer con d i scos s imples, y poster iormente la zona por retirar se podrá demoler con marti l l os de percusión, ap l icados hasta muy cerca de las fron­teras de corte. Acto segu ido se podrá dar el c ince lado a las paredes para lograr la superfic ie rugosa requerida y así i nducir la fr icción en las j untas. Es importante dar un c i nce lado sobre una pared sens ib lemente verti ca l por abajo de l corte de disco que const ituirá la caja receptora de se l lo, a fi n de no e l iminar la trabazón por fr icción entre agregados. Para el lo se aconseja uti l izar un marti l lo neumático l igero, a fi n de no sobrecincelar las paredes.

En e l caso de no requerirse pasajuntas -por ejemplo, en el caso de un tránsito l igero- se procede conforme a l esquema de la F ig. 1 1 .5 .

U na vez retirada la losa, e s recomendable uti l izar material de rel leno de importación que l uego será compactado, para bri ndar así una buena capa de apoyo a la losa de repuesto. Esto se hará más necesar io cuanto más fi no o arci l loso sea e l

�Pérdida de trabazón por agregado (asentamiento del bacheo posible)

Fracturacion (picado) defectuoso

Cincelado (picado) recomendado

Figura 1 1 .5 Demolición recomendada en caras, en tuberías y/o reparaciones de caminos de bajo volumen .

Rehabilitación de pavimentos por medio de sobrecarpetas

materia l producto de excavación . E l mater ia l del s it io o de excavación podrá ser empleado só lo cuando sea competente .

En ocasiones, y a fi n de garantizar e l rel leno de los huecos de l mater ia l excavado, y con e l lo una superfic ie l i bre de asentam ientos, se han uti l izado rel lenos en suspensión, es decir mezclas de agua, cemento y arena (y opcionalmente cen izas vo lantes) con bajos contenidos de cemento, los sufi­cientes para lograr resistencias a la compres ión a los 28 d ías del orden de 3 kg/cm2 a 7 kg/cm2. Este materia l de rel leno será lo sufi cientemente r ígido para apoyar sobre él la losa, pero también podrá ser removido, si así se requ iere, con re lativa faci l idad.

S i n embargo, en el caso de subyacer a tuber ías, los lodos estabi l izadores podrán tener efecto de flotación, presentando así, a su vez, u na subpresión ascendente que podrá i nducir problemas de a l i neamiento. Es por e l lo que se recomienda colocar este t ipo de rel lenos en dos fases.

Colocación del concreto

Esta operación se rea l i zará tan pronto como la sub-base y las pasaju ntas (en caso de que se hayan uti l izado) estén tota l­mente in sta ladas. Si se pretende consegu ir una apertura rápida al tráns i to, se uti l izarán, de preferencia, mezclas de fraguado y resi stencias tempranas. De esta manera, se recomienda uti l i­zar cemento de l t ipo 1 1 1 . Se deberá mantener la relación agua/cemento lo más baja pos ib le . En caso de no planear colocar una sobrecarpeta encima -o que se proyecte la apertura rápida al tráns i to- entonces se emp leará como cr i ter io norma­tivo cuando el concreto a lcance resistencias a la compresión m ín imas de 21 O kg/cm2 o una resi stencia a la f lexión (med ida con carga en e l tercio med io) de 45 kg/cm2 .

Los baches se n ivelan con reglas de 3 m o con reglas vibrator ias, hasta lograr e l perfi l de proyecto. Es preferib le mover la regla vibratoria parale lamente a l eje de la v ia l idad. F ina lmente, se deberá colocar una membrana de c�rado para

L o s a d e c o n c r e t o R e p a r a c 1 ó n d e c on e x i s t e n t e - c r e t o n u e v o

Pasajunta lisa

J U N T A L O N G I T U D I N A L

1 .25 cm

L o s a d e c o n c r e t o T e x i s t e n t e

T 1 .3 mm

L Sellante

R e p a r a c i ó n d e c on - c r e t o n u e v o

Carton de fibra, -

celotex o similar. (aislante).

Figura 1 1 .6 Diseño de la caja receptora del sellante.

Capítulo 1 1

prevenir la pérd ida de humedad. Las cantidades estándares de este l íqu ido son suficientes en la mayor ía de los -casos.

Sel/o

E l paso fi nal será el se l lo de las j untas transversales y longitud i na les. Aqu í se pondrá especial atención al t ipo de mater ial sel lante a emplear, ya que en función de é l será e l factor de forma, defi n ido como la relación del ancho a la profund idad de la caja receptora.

En cua lqu ier caso, s iempre se segu irán las recomendacio­nes del fabricante del sel l ador. En el caso de las j untas longi­tud i na les, se deberá co locar e l mater i a l se l lante -cartón asfa l tado, "Celotex", o algún mater ia l s im i lar- i nmed iatamente abajo de la caja receptora de sel l ante, a manera de separador entre la losa nueva y la existente, con objeto de evitar trabazón y asti l lamientos por acción entre d ichas losas.

1 1 .4 REENCARPET ADO

Cuando las labores de manten im iento ruti nario no logran hacer duradera una superfic ie de rodamiento segura y econó­mica, es cuando se piensa en la ejecución de un reencarpetado o sobrecarpeta de refuerzo. Como regla genera l , una sobrecar­peta resu ltará competit iva desde el punto de vista económico cuando más del 2 ó 3 % del área tota l requ iere bacheo.

Las sobrecarpetas de refuerzo se uti l izan para corregir deficiencias funcionales y/o estructurales de los pavimentos. Para l legar a una sol ución adecuada en cuanto a qué t ipo de sobrecarpeta usar, es necesario contar con una eva luación confiable del estado actua l del pavimento.

Como es sabido, entendemos que la fa l la es funcional cuando la superficie de rodamiento afecta a l usuar io del cami­no, tanto en su comod idad como en los costos de operación del veh ículo. Normalmente esto ú lt imo se asocia con proble­mas de resi stencia pobre a la fr icción, i rregu laridades en la superficie en general (corrugaciones, fracturam ientos, hoyos, desprend im ientos, etc.) , h idroplaneo, acumu lación de agua y eventuales sa lp icaduras en zona de roderas.

Por otro lado, las deficiencias estructura les tienen que ver con un deterioro de la estructura del pavimento, producto de las cargas de tránsito excesivas y los agentes de meteor ización. A el lo contr ibuyen d i ferentes aspectos, desde espesores i nsu­ficientes hasta la desi ntegración, d i storsión y agrietamientos en e l pavimento.

Es importante hacer notar que estos ú ltimos pueden verse amenazados no sólo por el tránsito, s ino i ncl uso en ausencia de éste, por los agentes erosivos o una mala construcción. Genera lmente, es este t ipo de fa l las, las asociadas con el tránsito veh icu lar a ser soportado, lo que hace fact ib le la colocación de sobrecarpetas de refuerzo.

1 63

Capítulo 1 1

1 1 .4. 1 La conveniencia del refuerzo

Antes de decid i r s i se coloca una sobrecarpeta, se deberán anal izar las consideraciones s iguientes :

* Aspectos constructivos.

�* Control de tránsi to.

�* Disposición de materiales y equ ipo.

�!� Cl ima.

�* Obras asociadas y/o restr icciones: señalamientos, con­tam i nación, v ibraciones, ru ido, gál ibos en puentes.

�* Espesores de acotamientos, extensión de sus ta l udes en los casos de l im itaciones en los derechos de vía.

�* I nterrupciones de tránsito veh icular v costos de tiem­pos de horas-hombre.

* Disposición de recursos económicos.

* La vida úti l requer ida en la nuev3 sobrecarpeta.

* Aspecto que la regirán:

* Deterioro en los pavimentos existentes (d istri bución y frecuencia en los daños e irregu lar idades.

* Diseño del pavimento existente, i ncl uyendo sus con­d iciones de apoyo.

* Cargas de tránsito futuras.

* C l ima loca l .

* S ituación de l drenaje actual .

En caso de ser necesar io reforzar a lgunos pavimentos asfál­ticos con fuertes d istorsiones superfic ia les, roderas o protube­rancias importantes, será necesar io corregir el perfi lam iento vertical antes de co locar la sobrecarpeta. Esto se justifica más conforme d i sminuye el grosor del reencarpetado por co locar. En estos casos lo que procede es e l "fresado" o desbastamiento de las irregu lar idades excesivas. Cuando se trata de carpetas asfá l t icas muy viejas, éstas se pueden quemar superfic ia lmente para aflojar la mezcla asfál t ica existente, para l uego ser recom­pactada, sobre todo s i se d ispone de compactadores provistos con ca lentador. Ta l como se ap l ican las sobrecarpetas de concreto h idráu l ico sobre carpetas asfá lt icas, en ocasiones y dada la gran irregular idad de las superficies, se puede colocar capas de n ive lación con la fi nal idad de reducir los vo lúmenes de concreto. Esta capa n iveladora o de compensación podrá ser de cemento asfá l t ico, con bajo contenido de este ú ltimo, o bien med iante mortero de arena-cemento. En a lgunas circuns­tancias, depend iendo del grado de deterioro y de la importan­c ia de l cam i no, podrá ut i l izarse solamente arena como elemento compensator io. Como una medida genera l , se deben re l lenar las gr ietas o juntas con concreto asfá l tico como el uti l izado en los bacheas convenciona les.

En ocasiones, s i la superficie lo permite, bastará con l impiar y levantar detr i tos o polvo med iante barredoras gi rator ias

1 64

Rehabilitación de pavimentos por medio de sobrecarpetas

autopropu lsables o potentes venti l adores. En cua lqu ier caso, toda irregu laridad será tratada antes de proceder a la construc­ción de la sobrecarpeta .

11.4.1.1 Pavimentos de concreto hidráulico deteriorados

En genera l , se deberán rel lenar los agr ietam ientos o fractu­ram ientos. También se deberá d ictam inar lo más razonable pos ib le el origen de las fa l las. El objeto de re l lenar las gr ietas o fi suras mediante mater ia les se l lantes es el de evitar el paso del agua hacia las capas subrasantes o de apoyo, y en conse­cuencia el deterioro de estas ú l t imas. El fenómeno de "reflexión de grietas" consiste en la apar ic ión de gr ietas en la nueva sobrecarpeta en las zonas de j untas y grietas en la carpeta de , rodamiento existente. Para sar sol ución a este prob lema se ha ¡ uti l izado d iferentes metodologías, como las que enunciamos a

'

con ti n uaci ón:

* Cubrir las grietas existentes con p lacas de meta l .

* Mal l a de a lambre o e lectrosoldadas como refuerzo.

* La construcción de una capa de transic ión de grava o roca tr i turada que separa a las capas nueva y existente.

* Capa de espesor considerable de una mezcla asfált ica, con a l to un contenido de huecos.

* Provocar asentamientos de carpetas existentes mediante equ ipo pesado e inducir e l fractuturamiento de la carpeta existente por med io de percusores o quebradoras.

1 1 .5 CO N SI DERACIO N ES IMPORTANTES EN EL D ISEÑO DE SOB RECARPETAS *

Como se ha mencionado en párrafos preceden , �s, previc al d iseño de sobrecarpetas es necesario cump l i r var ios requisi­tos, inc luyendo la reparación de las superfic ies de apoyo existentes, control de refl exión de grietas, i ntensidad de tránsi­to, subdrenaje, fresado de una superfic ie de concreto asfáltico (CA) existente, reciclaje de tramos de un pav imento existente, necesidades estructura les y de comportam iento funcional de la sobrecarpeta, materia les, acotamientos latera les, roderas formadas en un pavimento CA y en una sobrecarpeta preexis­tente, durabi l idad de losas de conGeto h idráu l ico, d i seño de juntas, refuerzo, y capas de adherencia/separación para sobre­carpetas de concreto h idráu l ico (SCH), n ivel de confiabi l idad del d iseño de la sobrecarpeta y desviación estándar total , y la necesidad de ensanchar el pav imento.

E l encargado del d iseño no debe pasar por a l to estas consideraciones. A conti nuación se descr ibe brevemente cada

* Adaptado del criterio AASHTO para e l d i seño de sobrecarpetas,versión 1 993 .

Rehabilitación de pavimentos por medio de sobrecarpetas

una de el las, sobre todo aquél las que son comunes para todo tipo de sobrecarpetas.

En los párrafos s iguientes se uti l izarán las s iguientes abre­viaciones:

CA Concreto Asfáltico

CCP Concreto de Cemento Portland

PCSJ Pavimento de Concreto Sin Pasajuntas

PCCP

PCCPYR

PCCR

CA/CCP

Pavimento de Concreto Con Pasajuntas

Pavimento de concreto con Pasajuntas y Refuerzo

Pavimento de Concreto Continuamente Reforzado

Reencarpetados de CA sobre pavimentos de concreto en cualquiera de sus modalidades

, 1 1 .5 . 1 Reparación previa a la sobrecarpeta

La necesidad de rehab i l i tar u n pavimento existente se hace evidente cuando aún por s imp le i nspección ocu lar se detectan irregu lar idades v is ib les, así como también por problemas que no son tan obvios en la superfic ie, pero que pueden - ser observados y med idos por otros med ios. Muchas veces, las empresas o entidades de gobierno encargadas de los proyectos se preguntan hasta qué punto la superfic ie actual debe ser preparada para rec ib i r una nueva capa de refuerzo; esto es, los alcances y profundidad a que se debe l legar en los trabajos pre l im i nares. La respuesta se p lantea normalmente mediante la relación de la i ntens idad de preparación y reparación previa de la superfic ie existente con respecto a l t ipo de sobrecarpeta por colocar. Debido a que gran parte del deterioro que ocurre en una sobrecarpeta es e l resu l tado del daño que no se reparó en el pavimento existente, s iguiendo esta l ínea de razonamien­to se puede concl u ir que cuando existan evidencias de que las irregu lar idades en e l pavimento existente puedan l legar a afectar el comportamiento de la nueva estructura de pavimento en el curso de pocos años, lo existente debe ser reparado antes de la colocación de la sobrecarpeta. El encargado del d iseño debe rea l i zar un aná l i s i s cu idadoso respecto a la bondad de considerar sólo e l costo de una reparación del pavimento exi stente o, en su caso, el de una sobrecarpeta, atend iendo al tipo de esta ú l t ima. Si el pav imento exi stente presenta deterioro severo, puede ser más rentable seleccionar un tipo de sobre­carpeta que sea menos sensib le a la cond ición del pavimento que efectuar una reparación previa a gran escala .

Acerca de las técn icas para reparar u n pavimento existente, se d i spone de gu ías excelentes2 .

1 1 .5 .2 Medidas para el control de reflexión de grietas

La reflexión de gr ietas es una causa frecuente de deter ioro de cua lqu ier t ipo de reencarpetado. En esta parte del presente trabajo los procedim ientos para el d i seño de espesores no toman en cuenta e l problema de la reflexión de gr ietas; s in embargo, es necesario tomar med idas ad icionales para reducir la ocurrencia y severidad de estas ú l timas. Algunas sobrecar-

Capítulo 1 1

petas son menos susceptibles a l agr ietamiento por reflexión que otras, debido a los materia les con que fueron constru idas y a su d iseño. De igual manera, a lgunas med idas para e l control de reflexión de grietas son más efectivas con a lgunos ti pos de pavimento y sobrecarpeta que con otros. En e l segmento que sigue se d iscute con más deta l l e el contro l de reflexión de gr ietas de acuerdo al t ipo de sobrecarpeta.

1 1 .6 CARGAS DE TRANSITO

Al igua l que ocurre con los pavimentos nuevos, en los proced im ientos de d i seño para una sobrecarpeta se requiere converti r la d i str i bución del tráns i to vehicu lar en cargas indu­cidas por un eje senci l lo equ iva lente (equ iva lent s i ngle-axe loads, ESAL 's) de 1 8 k ips, o 8 .2 ton de peso, que se esperan durante la vida de d iseño del sobrecarpeta en el carr i l -Oe d i seño. Los ESAL's estimados se deben ca lcu lar usando los factores de equ iva lencia de pavimento flex ib le o pavimento rígido apropiados (ver el Cap. 8) . E l t ipo apropiado de factores de equ ivalencia para cada t ipo de sobrecarpeta y cada tipo de pavimento existente se dan en la s iguiente tab la :

Factores de

Pavimento existente Tipo de equivalencia

sobrecarpeta que se deben usar

Flexible CA Flexible*

CCP con arava CA Flexible*

PCCPPyR con CA Flexible*

Rotura/Grieta/ Asentamiento

PCCP CA o CCP Ría ido

PCCR CA o CCP Ría ido

Flexible CCP Ríaido

Compuesto (CA/CCP) CA o CCP Ría ido

* Consultar el manual de diseño de pavimentos de la AASHTO para ver los factores de equivalencia correspondientes

Existe una corre lación aproximada entre los ESAL's calcu­lados usando los factores de equ ivalencia de pavimentos flexi­b les, y los pavimentos r ígidos. Para converti r ESAL 's de pavimento rígido a ESAL's de pavimento flexi ble, hay que mu ltip l icar los ESAL's de pavimento r ígido por 0.67. Por ejemplo, 1 5 m i l lones de ESAL 's de pavimento r ígido es igual a 1 O mi l lones de ESAL's de pavimento flex ible . S im i larmente cinco m i l l ones de ESAL's de pavimento flex ib le equ ivalen a 7.5 m i l lones de ESAL's de pavimento r ígido. Al igual que en e l caso de l d i seño de pavimentos nuevos, un ma l manejo del t ipo de ESAL's dará como resu l tado errores s ignificativos en los d iseños de una sobrecarpeta. Por ejemplo, a l d i señar una sobrecarpeta de concreto asfá l tico se debe hacer las conversio­nes correspondientes a ESAL's de t ipo flex ib le (ESAL's flex ibles requeridos), al igual que a l d iseñar una sobrecarpeta a l ternativa de CCP del m ismo pavimento flex ib le (ESAL's r ígidos requeri­dos) . A parti r del s igu iente segmento, los ESAL's se designarán como ESAL!s r ígidos o ESAL's flexib les, según sea el caso.

1 65

Capítulo 1 1

E l t ipo d e ESAL's usado e n e l d iseño d e una sobrecarpeta depende del modelo de comportamiento del pavimento (según se trate del t ipo flex ib le o r ígido) que se esté uti l izando. En los proced im ientos de d iseño de sobrecarpetas que se presentan en este capítu lo se usa e l modelo de pavimento flex ib le al d i señar sobrecarpetas CA de pavimentos CA y de pavimentos de concreto h idráu l ico deter iorados. Se usa e l modelo de pavimento r ígido a l d i señar sobrecarpetas CA y CCP de pavi­mentos del t ipo CCP y CNCCP y sobrecarpetas CCP en pavi­mentos CA.

1 1 .7 SUB DRENAJ E

La condición del subdrenaje de un pavimento existente genera lmente tiene una gran i nfluencia sobre la manera como se comporta una sobrecarpeta . Se debe l l evar a cabo una eval uación del subdrenaje del pavimento existente ta l como se descr ibe a conti nuación:

El papel del drenaje en la rehabilitación

Se sabe que el deter ioro de los pavimentos suele ser causa­do o incrementado por la presencia de agua en el cuerpo del pavimento. E l responsable del proyecto deberá d iagnosticar con la mejor precis ión pos ib le los problemas relacionados con la presencia de agua para adoptar la mejor medida correctiva, s i así se justifica .

A part i r de un levantamiento fís ico del estado actual de l pavimento en un tramo dado se puede establecer e l daño y su relación con la humedad o presencia de agua. En los del t ipo flexib le se podrán detectar problemas que se ven agravados por el agua:

* Desprend imientos.

* Roderas.

* Depresiones.

* Agrietamiento por fatiga.

* Baches.

* En los pavimentos de concreto se pueden relacionar con problemas agua los s iguientes:

* Bombeo.

* Problemas de durab i l idad del concreto por h ie lo y des­h ie lo ( "D crack ing") .

* Deterioros en j untas.

* Fracturamientos.

* Roturas en esqu inas.

El hecho de que no se observen evidencias de daños atr ibu ib les a la erosión por agua no necesariamente descarta e l potencial de daño i nducido por esta ú lt ima. Durante la etapa de eva l uación e inc luso durante los trabajos de rehab i l i tación,

1 66

Rehabilitación de pavimentos por medio de sobrecarpetas

e l encargado de los trabajos deberá buscar evidencias de daños potenciales producidos por el agua. E l personal de conserva­ción de cam inos puede constitu i r u na fuente i nva l uable de información, de esta manera se podrá emprender u n proceso de rehabi l i tación adecuado para cada s ituación .

Historia del comportamiento del pavimento, topografía y geometría

Desde l uego que será deseable que se cuente en cada caso con los datos de construcción relativa a l drenaje; s i n embargo, cuando no se d isponga de ta l i nformación, será recomendable revisar los planos o los documentos origi na les del proyecto, sobre todo lo concern iente a :

* Subdrenaje de l l ugar.

* Rasantes longitud i na les del proyecto.

* Rasantes transversa les.

* Anchos en las capas de l pavimento.

* Espesores en las capas.

* Profund idades de cortes y terrap lenes.

* Tal udes y d imensiones general es en e l drenaje superfi­cia l (cunetas, a l cantar i l las, etc. ) .

Las evidencias de problemas relacionados con los drenajes serán los que determ inen la necesidad de crear, aumentar o mantener las med idas preventivas para manejar las humedades excesivas en los pav imentos.

El s iguiente paso será examinar las condic iones topográfi­cas. Para e l lo se considera si existe o no faci l idad de l agua para sal i r de la estructura del pavimento, si existen o no plan icies de i nundación . Se anal izará si existen lagos, arroyos o zonas i nundables estacionales por encima de l n ivel de l pavimento. Asim ismo, se anal izarán los mapas con la i nformación geoló­gica de los l ugares, para ver los n ive les freáticos posibles, i ncl uyendo sus variaciones; se estud iarán los ti pos de suelos presentes para ver sus aportaciones de agua o sus permeabi l i­dades, según el caso.

El estudio de las condic iones de drenaje para un sitio dado se ejecutará, de preferencia, d urante las estaciones más húme­das del año. F i nalmente, se deberá inc l u ir un moni toreo regular de las cond iciones de drenaje:

* Hacia donde se mueve el agua en la superficie del pavimento.

* Zona puntual en donde se acumu la e l agua dentro o en las i nmediaciones del pav imento.

* Qué altura a lcanza el agua en las cunetas (en días l l uviosos) .

* Existencia o acumu lación de agua en las j untas o grietas de pavimentos r ígidos.

* ¿Se estanca e l agua en los acotamientos?

Rehabilitación de pavimentos por medio de sobrecarpetas

* ¿ Las p lantas crecen y florecen a lo largo de las i nmed ia­ciones de l cam i no?

* ¿Ex isten evidencias del fenómeno de "bombeo" o soca­vaciones ( "respiraderos") en las or i l las de los pavimen­tos?

* ¿Se presentan taponamientos o acumu lación de fi nos o escombros en las entradas de los subdrenes o tuberías de desa lojo de agua?

* ¿ Ex iste buen se l lo en las grietas y juntas?

Otro aspecto que se debe contemplar es s i realmente las obras complementar ias para e l drenaje fueron p laneadas en la etapa de proyecto y s i rea lmente se l levaron a l cabo.

Se recom ienda i nspeccionar s i se ha rea l izado manten i­miento a las i n stalac iones de drenaje, para así poder establecer un programa racional de manten im iento o l impieza.

Propiedades de los materiales

Para saber con buen grado de aproximación qué materia les estud iar o i nvestigar, es necesar io conocer: a) el t ipo de dete­rioro provocado por la h umedad y b) y el de los materia les de las capas que componen e l pavimento.

La tab la 1 1 .2 resume las propiedades de los mater ia les asociadas con problemas de drenaje en pav imentos:

Tabla 1 1 .2

Terreno natural de aoovo

Ensayes generales Granulometría Clasificación e identificación Peso volumétrico seco máximo

Relaciones volumétricas y Humedad óptima gravimétricas Densidad seca en el lugar

Contenido de aaua en el luaar

Capas Qranulares

Ensayes generales Identificación y clasificación Granulometría Porcentaje de finos Límites de Atterberg Humedad óptima en el laboratorio Peso volumétrico seco máximo en el lugar Humedad del luaar

Otras propiedades relacio- Permeabilidad nadas con el drenaje Porosidad efectiva

Caoilaridad

Superficie

Agregados S u scept ib i l i dad a prob lemas de durabilidad ( "D cracking") Desprendimientos Reacción auímica en aareaados

Tal como en la mayoría de las estructuras i ngen ieri l es que ' se relacionen con problemas de suelos, e l mejoram iento de las · cond iciones de un subdrenaje pobre de cualqu ier pavimento

Capítulo 1 1

tendrá un efecto benéfico en el comportamiento de una sobre­carpeta que se construya sobre éste. La remoción del exceso de agua de la sección transversal del pavimento reducirá la erosión e incrementará la resi stencia de la base y de la subra­sante, lo que a su vez reducirá las deflex iones del conjunto. En genera l, los desprend imientos en un pavimento CA y el pro­blema de durabi l idad en un pavimento CCP se puede reducir por med io de un mejoramiento del subdrenaje.

1 1 .7. 1 Roderas en pavimentos CA

Antes de d i señar una sobrecarpeta CA se debe determi nar la causa de los roderas producidas por las cargas veh icu lares en un pavimento existente CA. La construcción de sobrecarpe­tas puede no ser apropiada si están apareciendo roderas severas debidas o promovidas por la i nestabi l idad de cua lqu iera de las capas subyacentes del pavimento existente. U na vez d iagnos­t icado el origen del problema se puede recurrir al fresado para remover las roderas superficia les y en cua lqu ier capa subya­cente de asfa l to con este m ismo problema;

1 1 . 7 .2 Fresado de una superficie de CA

Con frecuencia, la remoción parcial de una superficie CA existente mejora el comportamiento de una sobrecarpeta CA debido a que se retira el material CA agrietado y endurecido. En esta actividad se qu i tan por med io del fresado las roderas s ignificativas ( las mayores de 5 cm) y otras d istorsiones impor­tantes de cualqu ier capa antes de que· se co loque un reencar­petado. Si se omite este paso, se contr ibu irá s ignificativamente a la proyección de roderas por la acción del tránsito sobre la sobrecarpeta.

1 1 .7 .3 Reciclado del pavimento existente

En el d i seño de una sobrecarpeta se puede considerar como una opción el reciclaje de una porción de una capa CA existente. Esto se ha convertido en una práctica ya muy común en nuestro país. También se puede rea l izar e l recic laje com­p leto de una capa CA (a veces en combinación con la remoción de la capa base deter iorada, si éste es e l caso) .

1 1 .8 COMPARACION ENTRE SOB.RECARPETAS CON FUNCION ESTRUCTURAL - FUNCIONAL

Los proced im ientos de d iseño de sobrecarpetas aqu í mos­trados proporcionan el espesor necesario para corregir una deficiencia estructura l . En teoría, s i no existiera una deficiencia estructura l , se obtendría un espesor de sobrecarpeta igual a cero.

S in embargo, esto no sign ifica que el pavimento no necesite una sobrecarpeta para corregir una deficiencia funciona l . Si la deficiencia es primord ia lmente funcional , entonces e l espesor

1 67

Capítulo 1 1

del reencarpetado debe ser solamente e l que sea necesar io para remed iar el problema exclusivamente funcional . S i el pavi­mento presenta además una deficiencia estructura l , es necesa­rio un espesor del sobrecarpeta estructural que sea adecuado para soportar el tránsito futuro d urante el per íodo de d iseño.

Materiales para la Sobrecarpeta

Al igual que si se tratase de un pavimento nuevo, los materiales para constru i r la sobrecarpeta deben ser selecciona­dos y d i señados para que soporten las cargas externas, las condiciones c l imáticas y compensen las deficiencias presentes del pavimento subyacente.

1 1 .9 ACOTAMI ENTOS

Cuando se coloca una sobrecarpeta a los carri les de tránsito, generalmente se requ iere que se proporcione también una sobrecarpeta a los acotamientos para igualar los n iveles de rasante de los carr i les de tránsito. Al seleccionar un material de sobrecarpeta y el espesor para el acotamiento, e l d i señador debe tomar en cuenta qué tan deteriorado está e l acotamiento existente y la cantidad de tránsito que usará este ú lt imo. Por ejemplo, al d i señar la sobrecarpeta se debe considerar si los camiones tienden a estacionarse en el acotamiento.

En los casos en que un acotamiento existente esté en buenas condiciones, cualqu ier área deteriorada en él debe ser bachea­da. Posteriormente se podrá colocar entonces un reencarpeta­do con concreto h idrául ico de modo que el n ive l de rasante del acotamiento esté de acuerdo con los carri les de tránsito. S i un acotamiento existente se encuentra en una cond ición tan dañada que no pueda ser reconstru ido desde e l punto de vista económico, deberá ser retirado y reemplazado.

1 1 . 1 0 D U RAB I LI DAD DE U NA LOSA CCP EXI STENTE

La durabi l idad de una losa CCP existente infl uye de manera importante en el comportamiento de sobrecarpetas tota lmente l igadas de CCP y de CA. Si existe agr ietam iento relacionado con la durab i l idad del concreto ("D" cracki ng") o agregado reactivo, es de esperarse que el deterioro de la losa existente cont inúe después de colocar la sobrecarpeta, la cual debe d i señarse ten iendo en cuenta e l deterioro progresivo de la losa subyacente3 (Vespa, Darter et al, 1 990) .

1 1 . 1 1 J U NTAS EN SOB RECARPETAS CCP

Los reencarpetados o sobrecarpetas de concreto, ya sean del tipo adheridas o no adheridas, requ ieren j untas especia les que consideren las características (en particu lar la r igidez) de l

1 68

Rehabilitación de pavimentos por medio de sobrecarpetas

pavimento subyacente . Los factores q ue se deben considerar inc luyen e l espaciam iento de juntas, profund idad de l corte con d isco, forma de la caja receptora de l sel lante, y requerim ientos de transferencia. de carga.

1 1 . 1 2 REFU ERZO DE SOB RECARPET A DE CON CRETO

Los sobrecarpetas de concreto conti n uamente reforzado con pasajuntas requ ieren de una cant idad adecuada de refuer­zo para mantener un idas las grietas. En el d i seño de l refuerzo se debe considerar tanto la fr icción entre la losa de sobrecar­peta, así como la fr icción entre la losa y l a base.

1 1 . 1 3 CAPAS DE ADH ERENC IA Y SEPARADORAS EN SOBRECARPET AS D E CON CRETO

Se tomará en cuenta completamente la adherencia o sepa­ración de los sobrecarpetas de concreto. Las sobrecarpetas adheridas se deben constru i r para asegurar que e l reencarpeta­do permanezca adherido a la losa existente . Por e l contrario, las sobrecarpetas no adheridas se deben constru i r para garan­tizar que la capa de separación evite cualqu ier reflexión de grietas en la sobrecarpeta.

1 1 . 1 4 N IVEL DE CON FIAB I LI DAD DEL D ISEÑO DEL SOB RECARPET A Y DESVIACION ESTAN DAR PROMEDIO

Mediante los proced imientos descr itos e n e l método AAS­HT04 para pavimentos nuevos, se puede d i señar una sobre­carpeta para d i ferentes n iveles de confiabi l idad . Esto se logra a través de la determinación de la capacidad estructural (nú­mero estructural efectivo o espesor, N Ef o 0f , respectivamente) requerida para soportar el tránsito por el per íodo de d i seño al n ivel deseado de confiabi l idad.

E l n ivel de confiabi l idad t iene un gran efecto sobre el espesor de la sobrecarpeta. Al var iar el n ivel de confianza usado para determ i nar SNf o Df entre 50 y 99%, se pueden producir espesores de sobrecarpeta que var ían en 1 5 cm o más5

(Darter, E l l iot, y Ha l l , 1 992) . Con base en pruebas de campo, parece razonab le emplear un n ivel de confiabi l i dad de d i seño de aproximadamente 95%, pues se obtiene un espesor de la sobrecarpeta consistente con los recomendados para la mayo­r ía de los proyectos encomendados por la Secretaría de Obras Públ icas Estata les y Federales, cuando se usan las desviaciones estándares tota les recomendadas en la Parte 1 y 1 1 de la gu ía de

Rehabilitación de pavimentos por medio de sobrecarpetas

la AASHTO, en su vers ión de 1 993 . Por supuesto, hay muchas situaciones para las cua les es deseable d iseñar a un n ivel de confiab i l idad más a l to o más bajo, dependiendo de las conse­cuencias de una fa l la en la sobrecarpeta. Se puede variar e l n ivel de confiabi l idad que ha de usarse para d i ferentes tipos de sobrecarpetas. Esto debe ser eval uado por cada entidad responsable del proyecto para d iferentes clasificaciones funcio­nales de las carreteras (o volúmenes de tránsito).

El d i señador debe estar consciente de que a lgunas fuentes de i ncert idumbre son d iferentes para el d iseño de sobrecarpe­tas que para el caso de d iseños de pavimentos nuevos. Por lo tanto, las desv iaciones estándar tota les recomendadas para e l d iseño de pav imentos n uevos pueden no ser apropiadas para el d i seño de sobrecarpetas.

E l va lor apropiado para la desv iación estándar total puede variar también por e l t ipo de sobrecarpeta. U na fuente ad icio­nal de la var iación es la i ncert idumbre asociada con el estable­cim iento de la capacidad estructural efectiva existente (SNef o Def) . S i n embargo, a lgunas fuentes de var iación pueden ser más pequeñas para e l d iseño de sobrecarpetas que para e l caso del d iseño de pavimentos n uevos (ejemplo, estimación del tránsito futuro) . Se requ iere de i nvestigación ad icional para establecer mejor las desviaciones estándar para el d i seño de sobrecarpe­tas. Por ahora, se recomienda usar 0 .39 para cualq u ier tipo de sobrecarpeta de concreto, y 0.49 para cua lqu ier tipo de sobre­carpeta de CA, lo que es cons istente con la Parte 1, Sección 4 .3 . de la Ref. 4 .

1 1 . 1 5 AMPLIACION DEL PAVIMENTO

Se han co locado muchas sobrecarpetas CA sobre pavimen­tos CCP en combinación con e l ensanche del pavimento (ya sea agregando carr i les o ampl iando un carr i l angosto) . La tarea de ensanchar los pav imentos requ iere de la coord i nación entre el d i seño de la sección ampl iada del pavimento y la sobrecar­peta, no sólo para que la superfic ie sea funcionalmente ade­cuada, s ino también para que tanto las secciones existentes como las que van a ampl iarse sean estructuralmente adecuadas y compat ib les. Muchos cami nos cuyos carr i les han sido am­p l iados han sufr ido un deterioro ser io a lo largo de la junta longitud i na l debido a un d i seño i napropiado. Las recomenda­ciones c lave de d i seño son las que se enuncian a conti nuación:

* Las "vidas" de d i seño tanto de la sobrecarpeta como de la n ueva construcción que ha de ampl iarse deben ser las m i smas, para evitar la necesidad de una rehab i l itación futura a edades sign ificativamente d i ferentes.

* La sección transversa l ampl iada generalmente debe co­rresponder lo mejor pos ib le con el pavimento existente o con la sección transversal en t ipo de mater ia l , espesor, refuerzo y espaciam iento de juntas; s in embargo, se puede uti l izar un espaciamiento de juntas más corto.

Capítulo 1 1

* Para dar e l ensanche, toda sección de losa de CCP debe sujetarse con var i l las corrugadas a la cara de la losa de CCP existente. Las vari l las de amarre o de sujeción se deben anclar fi rmemente y deben ser consistentes con los amarres usados en la construcción del pavimento nuevo (por ejemplo, var i l las No. 5 de 75 cm de largo, lechadeadas y espaciadas a no más de 80 cm centro a centro) .

* Se puede co locar un geotexti l para el a l ivio de reflexión de grietas a lo largo de la j unta longitud ina l de ensanche.

* La sobrecarpeta genera lmente debe tener e l m ismo es­pesor sobre la sección de ensanchada que en el resto del carr i l de tránsito.

* De ser necesario, se debe colocar un subdrenaje longitudinal.

1 1 . 1 6 ERRORES POTENCIALES Y POSI B LES AJ USTES EN EL PROCEDIMI ENTO PARA EL D ISEÑO DEL ESPESOR

Los espesores de sobrecarpeta obtenidos por medio de estos procedimientos deben ser razonables cuando el pavimento tiene una deficiencia estructural . Si el espesor de la sobrecarpeta no parece ser razonable, se puede deber a una o más de las causas siguientes:

* El deterioro del pavimento podría ser causado principal­mente por factores no asociados a cargas. Un espesor de sobrecarpeta calculado en menos de cero o próximo a cero sugiere que el pavimento no requiere de un mejoramiento estructural . Si existe una deficiencia funcional, se puede colocar un espesor de sobrecarpeta tan mín imo como sea factible de construirse y que pueda resolver el problema.

* Pueden ser necesario hacer a lgunas mod ificaciones en los datos de entrada para d iseñar la sobrecarpeta a fi n de ajustar los proced im ientos a las condiciones específicas de la entidad encargada del proyecto. Cada una de estas ú l timas debe probar los procedim ientos de d iseño de sobrecarpetas en proyectos rea les para i nvestigar la ne­cesidad de modificaciones. La Referencia 5 contiene muchos ejemplos de d i seño de sobrecarpetas que i l us­tran datos de entrada y resu l tados típ icos.

* Nivel de confiabilidad en el diseño de una sobrecar­peta, R. Cada entidad responsable del proyecto debe revisar los n iveles de confiabi l idad de d iseño recomen­dados para los d i seños de sobrecarpetas, puesto que las recomendaciones que se dan en la Parte 1 de la Ref. 4 están orientadas para apl icarse en los d iseños de pavimentos nuevos. Véase la Sección 1 1 . 1 4 de este capítu lo sobre la d i scusión de la confiabi l idad en el d i seño de una sobrecarpeta.

1 69

Capítulo 1 1

* Desviación estándar total, So. Los va lores recomenda­dos para el d i seño de un pavimento nuevo pueden ser demas iado a l tos o demasiado bajos cuando se trata del d i seño de una sobrecarpeta. Véase la Sección 1 1 . 1 4 acerca d e l a Desviación Estándar Tota l .

* Espesor efectivo de la losa y factores de ajuste del número estructural, NE. Existen muchos aspectos rela­cionados con los espesores rea les a considerar, así como en los NE que pueden requerir ajustes por parte de los encargados del proyecto.

* Módulo de Resiliencia de diseño de la capa de apoyo y valor k efectivo. Específicamente, se debe usar un módu lo de resi l i encia que sea consistente con e l i ncor­porado en la ecuación de d i seño para pavimento flexi­ble en la Parte 1 1 , Sección 5 .4 .5 . de la Ref. 4.

* Otros datos de entrada para el diseño podrían ser erróneos. Los rangos de var iación de los va lores t íp icos para los datos de entrada se dan en las hojas de trabajo para el d i seño de sobrecarpetas. Ver tablas anexas a l fi nal de este capítu lo .

1 1 . 1 7 EJ EMPLOS DE DI SEÑOS Y DOCUMENT ACION

La ya c i tada Ref. 5 proporciona m uchos ejemp los de d i seño de sobrecarpetas para pavimentos en d i ferentes re­giones de l os Estados U n idos . Esto puede aportar al diseña­dor u na va l iosa comprens ión de los resu l tados obten idos para proyectos rea les . La Ref. 6 cont iene documentación sobre los conceptos i nvo l ucrados en los proced i m ientos de d iseño de los sobrecarpetas6.

1 1 . 1 8 EV ALUACION DE PAVIMENTOS PARA EL DISEÑO DE SOB RECARPET AS

Es importante l l evar a cabo una eval uación del pavimento existente a fi n de identificar cua lqu ier deficiencia del t ipo funcional y/o estructura l , con objeto de seleccionar la repara­ción apropiada para la sobrecarpeta, los tratamientos para la reflexión de gr ietas y los d i seños de sobrecarpetas para corregir estas deficiencias. Esta sección proporciona una secuencia de ayuda resum ida para la eval uación del pavimento para el d iseño de una sobrecarpeta.

1 1 . 1 8. 1 Diseño de una sobrecarpeta a lo largo de un tramo

Los proyectos de rehabi l itación de pavimentos involucran tramos de pavimentos que van desde algunos cientos de metros hasta varios ki lómetros. Existen dos métodos para diseñar el

1 70

Rehabilitación de pavimentos por medio de sobrecarpetas

espesor de una sobrecarpeta para un proyecto, ambos tienen ventajas y desventajas. El i ngen iero d iseñador debe seleccionar el método que mejor se ajuste a la situación específica de diseño.

* Método de Sección Uniforme. E l proyecto se d iv ide en secc iones de d i seño con cond ic iones re lat ivamente un iformes. Cada sección un i forme se cons idera i nde­pend ientemente, y l os datos de entrada para e l d i seño de l sobrecarpeta se obt ienen de cada secc ión que representa su cond ic ión promed io (ejemp lo, espesor promed io, n úmero promed io de gr i etas transversa les por km, módu lo de e lastic idad promed io ) . Los datos de entrada promed io para l a secc ión se usan para obtener un espesor ú n ico de sobrecarpeta para el tramo comp leto de la sección . Es importante seña lar que se debe usar los datos de entrada promed io en el proced im iento de d iseño AASHTO, ya que la confiabi­l i dad de d i seño se apl i ca poster i ormente para dar el factor de segur idad apropiado.

* Método de Zonas Puntuales. Los espesores de sobrecar­petas se determ i nan para pun tos específicos a l o largo de una secc ión u n i forme de d i seño (ejemp lo, cada 1 00 m) . Todos l os datos de entrada requer idos se determi­nan para cada punto de aná l i s i s, de modo que se pueda d i señar e l espesor de la sobrecarpeta. Los fac­tores que pueden camb iar de u n punto a otro i nc l uyen deflex ión, espesores y cond ic iones fís i cas; usua l mente otros datos de entrada son razonab lemente constantes a lo largo de l proyecto. Este método aparentemente requ i ere mucho más trabajo; s i n embargo, en la rea l i­dad no requ i ere tanta labor ios idad ad ic iona l en el campo; ún i camente más c ic los a través de l procedi­m iento de d i seño. Esto se puede hacer efic ientemente usando una computadora .

E l método de zonas puntua les produce un espesor reque­r ido de d i seño de sobrecarpeta para. cada punto de aná l is is a lo largo de l proyecto para u n n ive l dado de confiab i l idad. Al selecc ionar u n espesor para la secc ión u n i forme se debe tomar en cuenta que cada espesor de sobrecarpeta ya se ha i ncrementado para cons iderar e l n ive l de confiab i l i dad del d i seño.

La selección de un espesor mayor q ue e l promed io de los va lores ca lcu lados representaría un d i seño para un va lor de confiabi l idad más a l to. Los espesores de sobrecarpeta de punto a punto pueden ser usados para d iv id i r e l proyecto en seccio­nes de d iferente espesor de d i seño de sobrecarpetas si existe una var iación s istemática a lo largo del proyecto, o se puede seleccionar un espesor un iforme de d i seño para todo el pro­yecto.

Se pueden selecc ionar áreas que tengan requer im ientos de espesor inusualmente a l tos para l l evar a cabo i nvestigaciones de campo adiciona les, y puede ser cas i u n hecho su reparación extensiva o. su reconstrucción.

Rehabilitación de pavimentos por medio de sobrecarpetas

1 1 . 1 8.2 Evaluación funcional de un · pavimento existente

El deter ioro funcional se defi ne como cua lqu ier condición que afecte adversamente a l usuario de carreteras. A conti nua­ción se proporcionan a lgunas sol uciones de sobrecarpeta re­comendadas para reso lver prob lemas funcionales. Ver también la tabla s igu iente:

Tabla 1 1 .3

Capa(s) Causa de Roderas Causantes de los Solución

Roderas

Espesor total del pa- Terreno de apoyo / Sobrecarpeta vimento inadecuado capa subrasante gruesa

Capa granular ines- Base o sub-base Quitar capa table debido a satu- inestable o ración sobrecarpeta

gruesa

Capa inestable debi- Base Quitar capa do a baja resistencia inestable o al cortante sobrecarpeta

gruesa

Mezcla CA inestable Superficie Remover capa ( i n c l u ye n d o d e s- inestable prendimiento)

Compactació n por carpeta, base, Fresado de la tránsito sub base superficie y/o

nivelación de la sobrecarpeta

Desgaste por l lantas Carpeta de Fresado de la con irregularidades rodamiento superficie y/o

nivelación de la sobrecarpeta

Fricción superficial e hidroplaneo

Todo tipo En c l imas h úmedos se manifiesta una fr icción de pavimentos. pobre debido a l pu l ido de la superficie (ma­

crotextura y/o m icrotextura i nadecuados) . Se puede uti l izar una sobrecarpeta delgada que sea adecuada para e l n ivel de tránsito y así remed iar este problema.

Pavimentos Se puede presentar fricción pobre debido a con carpeta de CA. sangrado de la superficie. Podría requerirse

el fresado de la superficie de CA para qui tar e l material con humedecim ientos excesi­vos, con objeto de evitar mayor sangrado a través de la sobrecarpeta, y e l im inar así roderas debido a la inestabi l idad. Después del fresado, puede usarse una capa friccio­nante de estructura abierta o un espesor de sobrecarpeta que sea adecuado para el n ivel de tránsito, a fin de remediar este problema.

Capítulo 1 1

Pavimento con Hidrop laneo y sa lp icaduras debidos a las carpeta asfáltica.roderas. Es importante determ inar cuál o cua­

les capas están sufr iendo daños por roderas y tomar la acción correctiva apropiada.

Rugosidad de la superficie

Todo tipo Distorsión ondu lator ia de gran longitud en la de pavimentos. superfic ie, incl uyendo levantam ientos y ex­

pansiones. Este problema normalmente se co­rr ige med iante una sobrecarpeta de n ivelación o compensación con un espesor variable (es­pesor adecuado en las crestas o puntos a l tos) .

Pavimento con La rugosidad es provocada en grietas transver­carpeta CA. sa les deter ioradas, gr ietas longitud ina les y ba­

c h e s . U n a sob reca rpeta c o n ve n c i o n a l corregirá l a aspereza só lo d e forma tempora l , hasta que las gr ietas se reflejen a través de el la . E l problema se puede corregir med iante la reparación del pavimento en toda la sección transversal en las áreas deter ioradas, comple­tada con una sobrecarpeta CA más gruesa que incorpore un tratamiento para e l control de reflexión de gr ietas.

Pavimentos con Por desprend im ientos en la carpeta. Para re­carpeta de CA. mediar este problema, se puede usar una

sobrecarpeta de CA delgada. Se podría reque­r i r el fresado de la superfic ie existente para qu itar e l mater ia l deter iorado a fi n de evitar la pérd ida de adherencia. Si e l desmorona­m iento en los bordes se debe a desprendi­m ientos, se debe qu itar la capa completa, ya que el descascaramiento conti nuará y puede acelerarse por debajo de la sobrecarpeta re­cién colocada.

Pavimento con Rugosidad por asti l lamiento (i ncl uyendo ba­superficie CCP. ches) y desperfectos en juntas transversa les,

longitud ina les y gr ietas. El asti l l amiento se puede resolver reparando la sección completa o parc ia lmente, sólo donde se usen materia les r ígidos. En genera l , los desperfectos se pueden corregi r por med io de una sobrecarpeta de espesor adecuado; no obstante, en genera l las anomal ías son i nd icativo de una transferencia de carga pobre y un subdrenaje deficiente. La transferencia de carga i nadecuada provocará el asti l l amiento de gr ietas ya reflejadas en una sobrecarpeta de CA. De igual modo, podría ser necesar io mejorar el subdrenaje.

En ocasiones resu lta acertado apl icar lo que se ha l lamado "sobrecarpetas preventivas" con la i ntención de retrasar la velocidad de deter ioro. Este tipo de sobrecarpeta inc luye CA o de concreto h idráu l i co delgado y varios tratamientos de superficie. Esto se puede ap l icar a pavimentos que no presen­tan una deficiencia funcional o estructural i nmediata, pero cuya condición podría deter iorase ráp idamente en el futuro.

171

Capítulo 1 1

Servicio

C E o

p1 p2 1 . 50

Pavimento existente

N , n ú m e ro de a p l ic a c i o n e s d e c a rg a

Figura 1 1 .7 Pérdida de la capacidad estructural con el tiempo debido al tráfico.

Los d iseños de sobrecarpetas ( incl uyendo espesor, reparacio­nes previas y tratam ientos para gr ietas por reflexión) se deben d ir igir a las causas de los prob lemas funcionales para evitar su reapar ición.

Esto sólo puede lograrse a través de cri terios i ngenier i les sanos, y requ iere de experiencia para resolver los problemas específicos i nvo l ucrados. El d iseño de la sobrecarpeta requeri­da para corregir prob lemas funcionales se debe coord i nar con la requerida para corregir cua lqu ier deficiencia estructura l .

1 1 . 1 8.3 Evaluación estructural del pavimento existente

El deter ioro estructura l se defi ne como cua lqu ier condición degenerativa que reduce la capacidad del pavimento para soportar cargas. Los proced im ientos de d i seño de sobrecarpe­tas presentados aqu í se basan en el concepto de que el tiempo y las cargas de tránsito reducen la capacidad del pavimento para soportar cargas y se puede d i señar una sobrecarpeta para aumentar la capacidad del pavimento con objeto de que soporte cargas durante un per íodo de d i seño futuro .

La F ig. 1 1 . 7 i l ustra los conceptos genera les de deficiencia estructural y de capacidad estructural efectiva. La capacidad

1 72

Rehabilitación de pavimentos por medio de sobrecarpetas

estructural de un pavimento cuando es n uevo se denota como CEo. Para pavimentos flex ib les, la capacidad estructural es el número estructural SN (o N . E) . Para un pav imento r ígido, la capacidad estructural corresponde al espesor de la losa D. Para pavimentos compuestos existentes (CNCCP) la capacidad es­tructura l se expresa como un espesor de losa equ iva lente.

La capacidad estructural decl i na con e l t iempo y con el tráns i to, y para cuando se rea l iza una eva l uación para el d iseño de la sobrecarpeta, la capacidad estructural ha d ism inu ido a CEef. La capacidad estructural efectiva para cada t ipo de pavimento se expresa como sigue:

* Pavimentos flex ib les : N Eí , (Número Estructura l efectivo)

* Pavimentos r ígidos y compuestos: Üef

S i se requ iere una capacidad estructura l CEf para el tránsito futuro esperado durante el periodo de d iseño de la sobrecar­peta, se debe agregar una sobrecarpeta a la estructura existente que tenga una capacidad estructural de CEo (es decir, CEf -CEef) . Este método para el d i seño de una sobrecarpeta común­mente se l lama método de defic iencia estructura l . Como es lógico pensar, la capacidad estructural de sobrecarpeta reque­r ida se puede corregi r razonablemente bien ún icamente si la eval uación de la capacidad existente es correcta. En r igor el objetivo pr incipal de la eval uación estructura l es determ inar la capacidad estructural efectiva.

La ve locidad de deterioro en la gran mayoría de los casos no es l i nea l , es decir, no exi ste re lación d i recta entre el número de repeticiones, N, y la capacidad estructura l , C .E . , o el índ ice de serv icio. Cada tramo será d iferente. No existe tampoco un método ún ico para d ictami nar la capacidad estructural efecti­va. Se debe considerar los mater ia les del pavimento actuales, y se deberá prever su comportamiento a futuro. Ex isten tres maneras bás icas de eva l uar la C .E .ef:

* Capacidad estructura l , C .E . , basada en moni toreo del estado actual ( i nspección ocu lar) : se basa en la i nspec­ción ocu lar. I ncl uye un levantamiento fís i co de las con­d iciones actuales de daños, drenaje, rugosidad, etc.

* En base al monitoreo con pruebas no destructivas, PND. Con este ti po de pruebas se busca med i r d i rectamente a lo largo del proyecto la r igidez de la superfic ie de apoyo y de las capas que conforman el pavimento.

* Basado en el daño por fatiga i nd ucido por tránsito: se fundamenta en e l conocim iento de l tráns i to que se tenga hasta la fecha para el d iagnóstico de los efectos causados por la fatiga en el momento presente. De esta manera, puede asignárse le una vida remanente a l pavimento. Este método funciona mejor cuando no son tan vis i bles los deterioros en el pavimento.

a) Basado en monitoreo físico y ensaye de materiales

Inspección ocular: U na parte esencia l de toda eva l uación es un recorrido técn ico sobre e l tramo proble-

Rehabilitación de pavimentos por medio de sobrecarpetas

ma. Esto, j unto con e l estud io de los p lanos y documentos de proyecto y construcción, además de los programas de mante­nimiento, en caso de exist ir, perm it irá dar una idea más apro­ximada sobre el estado de l cam ino. Se buscará identificar, clasificar y ordenar el t i po, frecuencia y causas probables de los daños. A conti nuación se en l i stan las causas más comunes en los d i ferentes ti pos de pavimentos. Es importante señalar que algunos de estos problemas no tienen su origen en las cargas impuestas por e l tráns i to, sino que se deben a otros factores. En todo caso, ta les problemas se incrementan por las cargas.

Pavimentos asfálticos

* Fa l las por fat iga, l a cual produce en la superfic ie una textura del t ipo de p ie l de cocodri lo . Se requ iere bacheo o sobrecarpetas de refuerzo para evitar su recurrencia

* Roderas en la ruta de tráns i to de las l lantas. Agr ietam ien­to transversa l y longitud i na l que degeneran en baches.

* Areas de fa l la puntuales en proceso de desintegración y que causan el co lapso de las carpetas de rodamiento, por ejemplo PCC con fuertes desprend im ientos de agrega­dos o b loques de concreto desprend idos, prob lemas de d urab i l idad en el concreto o "D cracking", problemas en capas sub-base y/o de subrasante . Cuando la zona daña­da no es de gran extens ión se podrán ejecutar recons­trucciones a sección (o peral te de losa) completa. En caso contrar io, será menester una sobrecarpeta para restable­cer la capacidad estructural en las zonas más débi les.

Pavimentos de concreto

* Agr ietamiento transversa l y longitud ina l (por fracturas y por desprend im ientos) . Normalmente, se deberán reme­d iar las anomal ías previo a la colocación de la sobrecar­peta, si se qu iere evitar la reflexión de grietas en esta ú l t ima. Esta reparación se deberá hacer de preferencia en la sección completa. Desde l uego, cuando se uti l icen sobrecarpetas desl igadas se podrá presc indir de prepara­ciones costosas.

* Rotura de esqu i nas en agr ietamientos y juntas transver­sales. Se deben reparar en toda su sección o peral te, y a todo l o ancho de l carr i l . Esto no se requ iere hacer en e l caso de sobrecarpetas de PCCP Y R, PCSP y PCCP.

* Fal las loca les en losas, con desi ntegraciones causantes de desporti l lamientos y baches. (por ejemplo las causa­das por a l ternancias de congelam iento y deshie lo en ciertos agregados o "D cracking, reacción á lcal i-agrega­do, y otros problemas de durab i l idad en el concreto) . A lgunos espesores de sobrecarpeta o reparaciones pre­vias pueden ser i nc luso proh ib it ivas.

* Fal las de p laca, pri nc ipa lmente en los del t ipo PCCR. Esto requ iere una reparación a sección completa. La co locación de una sobrecarpeta reducirá sens ib lemente la ocurrencia de este problema.

Capítulo 1 1

Monitoreo J unto a l levantam iento fís ico de daños, se del subdrenaje. deberán monitorear las características de dre­

naje, para así detectar problemas relacionados con agua y tomar las med idas correctivas una vez que se coloque la sobrecarpeta.

Extracción de núcleos Se deben obtener núcleos de explora­y ensaye de materiales. ción para i nvestigar las causas de los

deterioros. La loca l ización de esta ex­ploración será función de lo observa­do en el monitoreo y de las Pruebas No Destructivas, PN D.

Siempre resu l ta recomendable obtener núcleos, ya que a través de éstos se m iden espesores e i nformación igualmente importante. Los programas de ensayes en estos corazones servirán para determ inar la evol ución del comportam iento de los mater ia les in situ en comparación con los de proyecto, o con los que se uti l izaría en un pavimento nuevo. Algunas de las pruebas típ icas en núcleos recuperados son, por ejemplo, la de res istencias, de d istr i bución granu lométr ica, su degrada­ción, dureza, etc., en particu lar en carpetas asfá l t icas y de CCP.

b) Capacidad estructural basada en pruebas de deflexión no destructivas

Mediante las pruebas no destructivas, PND, se podrán obtener, a bajo costo, propiedades importantes de las capas que forman el pavimento.

Depend iendo del tipo de pavimento, se podrá obtener i nformación var iada de las PN D. En el caso de pavimentos r ígidos, la evaluación con este tipo de pruebas arroja: i nforma­ción sobre:

* transferencias de carga en juntas y agr ietamientos,

�* el va lor efectivo del módu lo de reacción, k ef. ,

* estimación del módu lo de e lasticidad del concreto, y con el lo el de su resistencia. Por otro lado, en el caso de pavimentos flex ib les, estas pruebas nos s irven para conocer:

* módu lo de resi l iencia de los suelos de apoyo, y

* el valor del N úmero Estructural efectivo, N . E . ef .

Además, med iante PND es pos ib le d i ferenciar tramos de cond ición estructura l igual o análoga, ayudando así a l d iseño del cam ino por reestructurar . También podemos est imar el módu lo de resi l iencia en cada una de las capas que componen el pavimento.

e) Capacidad estructural basada en la vida remanente

E l concepto de vida remanente se i l ustró en la F ig. 1 1 . 7. Esencialmente, lo que esta i l ustración muestra es el daño por fatiga que el pavimento sufre por la acción del tránsito, el cual reduce su capacidad para absorber más de este ú lt imo hasta

173

Capítulo 1 1

l legar a l a fa l la. Para un tiempo dado, qu izás n o se observen daños apreciables, s in embargo, su capacidad estructural ha d i sm inu ido a un va lor ta l que este ú lt imo es menor respecto a la capacidad de carga estructural futura, esto es, el número de ejes que e l pavimento sea sol icitado a tomar en e l futuro.

Para determ inar la vida remanente, e l proyectista debe determi nar el número de ejes que el pavimento ha soportado hasta la fecha, y est imar e l número de cargas que podrá tomar hasta su "fa l la" (cuando e l va lor del índ ice de servicio sea de 1 .5 ) . Ambas cantidades de tránsito se deben expresar en térmi­nos de 8 .2 ton (ESAL's de 1 8 k ips) . La d iferencia entre ambas cantidades, expresada como porcentaje del tránsito total a la "fa l la", se defi ne como Vida Remanente:

V.R. = 1 00 [ 1 -N

N P ] 1 . 5

V.R. = vida Remanente

Ec. 1 1 . 1

Np = tránsito tota l a la fecha, ESAL's de 8 .2 ton ( 1 8 k ips)

N 1 . 5 = tránsito total hasta la "fa l la", ESAL's de 8 .2 ton ( 1 8 k ips)

U na vez conocido el va lor de V.R. se podrá determ inar mediante la F ig. 1 1 .8 e l factor de cond ición, e l cual se defi ne como:

C . E n CF = -­

C . E o

Donde:

Ec. 1 1 .2

CEn = capacidad estructura l del pavimento después de Np ESAL's

CEo = capacidad estructura l origi nal

De esta manera, la capacidad estructural actual es e l pro­ducto de la C.E . or iginal y el factor de condición CF . Para un pavimento dado, se puede estimar e l Número Estructura l , N . E . , or iginal a partir de sus espesores de las capas que lo componen y los coeficientes estructura les de cada uno de e l los (AASHTO 1 993) . E l va lor del N . E efectivo será entonces:

N . E .ef. = CF * N . E .o Ec . 1 1 . 3

Esto constituye un valor l ími te m i n 1mo, s in considerar cua lqu ier reparación previa a la sobrecarpeta. Para la determ i­nación aproximada de ía vida remanente, V.R. , el va lor de N , . 5 puede estimarse mediante la ecuación para pavimentos nuevos de la AASHTO o nomogramas de so l ución de este cr iter io, o a lgunos aceptados por las dependencias que encom ienden e l proyecto.

Si se emplea cri terio ya ci tado, se deberá emplear un índ ice de servicio term ina l o de n ivel de rechazo de 1 . 5, con una confiabi l idad del 50%, para ser consistente con la prueba exper imental de la AASHTO original .

1 74

Rehabilitación de pavimentos. por medio de sobrecarpetas

En caso de que e l tráns i to presente N p sea mayor a l de fal la, N 1 . 5 , lo cual resu l taría en una V .R. negativa, se recomienda uti l izar el va lor C.F . m ín imo de 0.50, o en caso extremo no ut i l izar el concepto de V.R.

Las fuentes de error en este enfoque para la determ inación de N .E . ef y Def son :

* La capacidad de pred icción que pudiese tener l a ecua­ción de la AASHTO derivada de l tramo de prueba.

* El comportamiento tan d iferente que se observa incluso en tramos de igual d i seño.

* Estimación de los ESAL's pasados.

* Esta metodología, V.R. , no toma en cuenta s i rea lmente se rea l izaron trabajos previos que se pudiesen ejecutar antes de la co locación de la sobrecarpeta de refuerzo. En los casos de pavimentos muy deter iorados, los valores de NEef y Def pueden resu l tar m uy bajos med iante este método, en comparación con otras metodo logías que toman en cuenta reparaciones previas a la apl i cación de sobrecarpetas. Así, e l método de V.R. es apl icable a pavimentos con daños v is ib les .

Los resu l tados con este enfoque en a lgunas ocasiones pue­den conducir a resu l tados engañosos. Se pueden presentar dos errores extremos con el enfoque de Vida Remanente :

* En un pavimento dado puede exi st ir poca vida remanen­te, aun si los daños por cargas de tráns i to no sean tan evidentes. M ientras que los daños asociados a fatiga pueden existir s i n agr ietamiento aparente, no debe pre­sentar mucho daño, pues de otra manera la estructura del pavimento presentar ía un cuadro de agr ietamiento francamente pronunciado. S i existe poco agr ietamiento debido a cargas de tránsito y en n iveles bajos de severi­dad, el pavimento podr ía tener todavía una V.R. a lta, sin importar lo que sugiera el cá lcu lo de la V.R. basado en e l tránsito.

* La V.R. podría ser extremadamente a l ta aunque existan evidencias de grietas de severidad media a a l ta atri bui­bles al tránsito veh icu lar . En este caso el pav imento en real idad t iene una V.R. baja.

En cua lqu ier punto i ntermed io de estas dos condiciones extremas, la determ inación de la V .R. basándose excl usiva­mente en e l tránsito pasado no nos perm it i rá conocer los daños por fat iga. Pero también deducir el daño por med io de obser­vaciones puede resu l tar más d ifíci l . S i l a V.R. ca lcu lada no concuerda razonablemente bien con con la cantidad y severi­dad de daños presentes asociados con carga, entonces no se recomienda uti l izar e l enfoque de V.R. para med i r l a capacidad estructural del pavimento existente.

El enfoque de V.R para determ i nar la capacidad estructural no es ap l i cable d irectamente, s i n modifi caciones, a pavimentos que ya han. s ido reforzados con sobrecarpetas.

Rehabilitación de pavimentos por medio de sobrecarpetas

> (.)

LL

� o +--

1

0 .9

0 .8

0 .7

(.) � 0 .6

0 .5 1 00 90 80 70

Capítulo 11

60 50 40 30 20 1 0 o Vida residual , R I , º/o

Figura 1 1 .8 Relación entre el factor de condición y vida remanente.

1 1 . 1 8.4 Módulo de resi l iencia Mr y su determinación para diseño

E l módu lo de res i l iencia, MR, se emplea para caracterizar a las capas de apoyo de l pavimento (terreno natural y capas subrasantes) . Este módu lo es una medida de las propiedades elást icas de los suelos, considerando también sus propiedades o respuestas no l i nea les. Este parámetro se puede uti l izar directamente en el d i seño de pav imentos flexib les, no así en los del tipo r ígido, en donde se t iene �ue transformar a módu los de reacción (va lor de "k", en kg/cm2/cm) . Este ú l t imo va lor de

· preferencia podrá ser obten ido d i rectamente de mediciones de campo. La forma de obtener MR en laborator io se describe en el método de prueba de l a AASHTO T 2 74 .

Dado que no todos l o s laboratorios cuentan con este equ i­po, se han creado corre laciones más o menos confiables, respecto a los VRS, va lor de resistencia, R, o índ ices de suelos. Sin embargo, se recomienda hacer determi naciones d irectas de MR en el l aboratorio en probetas convenientemente prepa­radas. En caso de que se trabaje con correlaciones, éstas se obtendrán para los materia les naturales y equ ipos d i sponib les de cada región y dependencia.

Las guías de d i seño de la AASHTO, 1 993 (Ref. 4, cap. 1 ) proponen l a sigu iente correlación:

MR = 1 500 VRS Ec. 1 1 .4

Donde:

VRS = Valor Relativo de Soporte de acuerdo con e l Cuerpo de I ngen ieros de E .U .A:

Esta correlación se considera aceptable para suelos fi nos saturados, de VRS < 1 O

E l va lor del módu lo e lást ico en condiciones d i námicas (o de resi l iencia) de los suelos está i nfl uenciado por los procedi­mientos constructivos y en particu lar por la compactación lograda en el sitio. La s iguiente es una l i sta de requer imientos ad icionales al momento de preparar una especificación:

* Cuando no se cumplan en campo los requ is itos básicos de grados de compactación a lcanzados a través del control de pesos vol umétricos secos máximos, PVSM, entonces se deberán hacer ajustes al MR.

* Cuando se tengan suelos muy res i l ientes o expansivos en un tramo dado, éstos deberán cubrirse, si es posible, con una cubierta de suelos seleccionados de banco, para miti­gar el efecto nocivo de los mismos. En ocasiones, los del tipo expansivo pueden mejorarse si se compactan a hume­dades del orden del 1 a 2% por arriba de la óptima. En otras puede resu ltar más económico tratar estos suelos de alta resi l iencia y/o expansión mediante cal y cemento, o aislar con geomembranas buena parte del espesor de estos sue­los, a fin de aminorar posibles cambios en la humedad.

* Se deben evitar todos los suelos de tipo orgán ico. En estos casos, s i e l depósito es muy superficia l , deberá removerse y substi tuirse por suelos de banco de présta-

1 75

Capítulo 1 1

m o d e mater ia les. Cuando n o sean tan profundos, debe­rán ser preconso l idados con terraplenes de carga (o de precarga), y aun empleando drenes verticales para ace­lerar el proceso de consol idación.

* En aque l los casos en los que existan variaciones impor­tantes en el tipo de suelos de apoyo, es conveniente escarificar y co locar mater ia l producto de banco o co lo­car una capa mejorada o estabi l izada con cemento portland o cal . También se puede sobreexcavar y co locar rel lenos de mater ia l seleccionado tanto en cortes como en terraplenes. Cuando existan var iaciones fuertes en el terreno de apoyo, se justifican i ncl uso ajustes en espeso­res de las capas de sub-base.

* Aunque se suponga que en un proyecto nuevo se hayan hecho previsiones de drenaje y subdrenaje, es necesario ver ificar que e l s istema de desa lojo de agua funcione lo mejor pos ib le, sobre todo en las zonas en donde los cambios de humedad sean importantes en a lgunos ti pos de suelos, y si esto se conjuga con condiciones topográ­ficas adversas, como los resumideros s in sa l ida, plan icies sujetas a i nundación, todo en presencia de suelos a l ta­mente p lásticos, susceptibles a cambios vo l umétricos o a pérd ida de la resistencia, del t ipo expansivo, etc. I ncl uso qu izás convenga co locar capas de materia l dre­nante para la colección de agua, y tubos drenantes para colectar y desa lojar fuera de la estructura del pavimento el agua. A lgunas obras complementarias ta les como zanjas, cunetas y d iques de acopio de agua, requ ieren superficies drenantes especia les.

* Algunos suelos extremosos, como arci l las a l tamente plásticas, y suelos granu lares l i bres de fi nos en estado seco no permiten su acomodo y compactación adecua­dos, debido a su mov i l idad . En estos casos se sugiere

* el empleo de mezclas, por ejemplo con suelos granu­lares en el primero de los casos;

* ad ición de ad itivos a los suelos granu lares, para dar le cierta cohesión;

* la adición de ad itivos acelerantes del secado en mate­r ia les arci l losos p lásticos, para ganancia temprana de resistencias al esfuerzo cortante,

'i� en ocasiones se debe colocar una capa de material seleccionado, a manera de "plataforma de trabajo" sobre los suelos d ifíci les y faci l itar las maniobras de equipo.

Los valores del módu lo de res i lencia, MR, se asocian a la condición de mater ia l en estado compacto. Sin embargo, si los suelos son débi les, se deberán considerar condiciones de apoyo en suelos sin compactar.

Obtención del M R

E l módu lo de res i l iencia del terreno y/o de las terracerías, MR, puede obtenerse a través de

* ensayes de laboratorio,

176

Rehabilitación de pavimentos por medio de sobrecarpetas

* determinación ind irecta a través de PN D,

* corre lación con otros parámetros (va lor R, VRS, etc.),

* de acuerdo con la información del d i seño or iginal y los datos de construcción . I ndependientemente del método de estimación de MR, el v.a lor deberá ser congruente con los empleados para la formu lación correspondiente a la capa de apoyo que caracterizó al tramo de prueba AASHTO. Esto es más vá l ido para el caso de estimarlo a part ir de las PN D, en donde el va lor de este módulo resu l ta muy a l to y no consistente con el empleado en la ecuación resu l tante de d iseño propuesta a partir de la citada prueba. En estos casos este valor deberá ser ajus­tado, ya que estar ía del l ado de la insegur idad , y el d i seño ser ía i ncorrecto.

El va lor de MR a partir de PN D normalmrnte a base de deflectómetros se ca lcu la como:

Ec. 1 1 .5

Donde:

MR = módu lo de resi l iencia del terreno de apoyo (en kg/cm2) .

dr = deflexiones medidas a una d i stancia rad ia l r ( en cm).

r = distancia rad ial a la cual la deflexión se mide (en cm).

La ecuación se fundamenta en que las med iciones más retiradas del l ugar de la carga en rea l idad m iden las deflexiones que sufre la capa de apoyo o sübrasante, y es i ndependiente del rad io del área que configura el cargada. Para hacer este enfoque práctico, se uti l iza la med ición l o más cercana posible a la carga, pero lo suficientemente retirada de ta l forma que la carga ya no represente i nfl uencia en los geófonos de med ición per i metra les.

E l valor de MR así obtenido deberá afectarse por un factor de ajuste C, para hacer que su va lor sea consistente con la capa subrasante empleada en la formu lación de AASHTO. Se reco­mienda uti l i zar un valor de C no mayor de 0 .33 para aj ustar el valor determ inado i nd irectamente de MR. De esta manera:

Ec. 1 1 .6

Lo anterior toma en cuenta el hecho de que los valores medidos i ndirectamente a través de PN D siempre han resultado, según varios estudios (REF. 3, pp 1 1 1-9 1 ), hasta tres veces el valor medido en el laboratorio. Este tipo de consideraciones tiene mucha incidencia en el cálculo de sobrecarpetas flexibles.

1 1 . 1 9 METO DOS D E D I SEÑO

Por l o menos e n los países d e Norteamér ica, antes d e 1 960 los d iseños de sobrecarpetas eran casi empír icos ya que se

Rehabil itación de pavimentos por medio de sobrecarpetas

basaban exc lus ivamente en la exper iencia. Fue en esos años que se i n i ció de manera profusa las pruebas de eval uación estructural del t ipo no destructivo, PN D. Casi en todas las dependencias encargadas de los proyectos preva lecen los criter ios de d i seño que consideran a l a capa de refuerzo como si se tratase de un pavimento nuevo, con la ún ica salvedad de que ahora se toma en cuenta la vida remanente, V.R. , de la estructura existente, para que s i rva como cimentación a la nueva capa. S i se pretende d i señar un pavimento compuesto (concreto asfá l t ico con capas de concreto h idráu l ico) se deberá tomar al pav imento existente con el 1 00% de vida remanente, VR, o como nuevo.

Existen tres categorías bás icas de metodo logías de d i seño:

* el enfoque de espesores efectivos,

* el de deflexiones, y

* metodologías empír ico-mecan ístico.

I ndependientemente del t ipo de d i seño y del de sobrecar-1 peta, se deberá rea l izar un l evantam iento o mon itoreo de la

situación de l cam i no, de sus subzonas, en caso de existir, tomando en cuenta la edad, t ipología de daños, severidad de estos ú lt imos, y tráns ito.

La clas ificación de subtramos podr ía, incl uso, con l levar diseños de sobrecarpetas d iferentes para un m ismo proyecto de reconstrucción.

1 1 . 1 9 . 1 Enfoque de espesores efectivos

Se fundamenta en e l hecho de que, para soportar e l tráns i to actua l y futuro, una superfic ie de rodamiento requiere un espesor de sobrecarpeta d e refuerzo que resu l te de l a d i ferencia entre e l pav imento considerado como nuevo y e l espesor efectivo del exi stente:

Dsc = Dn - De Ec. 1 1 . 7

hsc representa el espesor de sobrecarpeta, hn el espesor de un pavimento considerado nuevo, y he e l espesor del existente. El método supone que e l espesor actua l del pavimento es función del tráns ito que haya soportado, s iendo "mayor" con­forme más nuevo, y haciéndose más delgado conforme va ten iendo menos capacidad de soportar cargas, es decir, con­forme tenga mayor edad . En la ecuación anter ior cada uno de sus térmi nos será convertido a espesor de concreto asfá lt ico o de losa de CCP, según el caso. Dado que el espesor efectivo en un t iempo dado del pavimento es función del estado, espesor, y t ipo de cada una de las capas que lo componen, se le l lama también a este enfoque proced im iento de Anál i s i s de Componentes.

La ecuación que más se ha d ifundido es la del Cuerpo de Ingenieros de E .U .A., C IUSA, l a cual es e l resu l tado de tramos experimenta les ejecutados por tal i n stitución, y actualmente es adoptada en forma por la AASHTO. Tiene la s igu iente forma:

hsc = n-J h:� - C'h� Ec. 1 1 .8

Capítulo 1 1

Aquí he e s e l espesor del pavimento existente, n o e l efectivo como en la ecuación anterior. E l va lor de "n" defi ne el t ipo de sobrecarpeta y el de C, refleja la cond ición de la superficie de rodamiento, y tienen los s iguientes va lores:

Tabla 1 1 .4 Pavimentos de dimensionamiento

n = 2 Sobrecarpeta no adherida.

n = 1 .4 Para sobrecarpetas colocadas directamente sobre el oavimento existente

n = 1 .0 Sobrecaroeta l iaada.

C' = 1 .0 Para p avi m e ntos l i b res d e daño. est ruct u ra les imoortantes. Poco aarietamiento.

C' = 0.75 Pavimentos existentes para agrietamiento transversal in icial, agrietamiento en esquinas debido tránsito, pero sin agrietamiento progresivo, y cuando este últ imo es reciente .

C' = 0.35 Pavimento seriamente fracturado y dañado.

Nótese, por ejemplo, que cuando C' = 1 y n = 1 , las dos ecuaciones anteriores son igua les en forma, no así en s ign ifi­cado, ya que en la primera de e l l as he es e l espesor efectivo, mientras que en la segunda es el ex istente. De esta manera, a l ap l icar· estos valores en la segunda ecuación e l lo i nd icaría que el pavimento existente, en el caso de ser concreto, estar ía como si fuese nuevo, l ibre de daños por fatiga, o cua lqu ier deterioro por cargas o intemperismo. E l lo desde l uego no podrá ser el caso, y está en contra del concepto de vida remanente, V. R., que se d i scutió anteriormente.

1 1 . 1 9 .2 Enfoque por deflexiones

Cuanto mayores deflexiones se regi stren en la superficie de rodamiento, mayor es l a debi l idad en l as capas que componen la estructura del pavimento. Para este propósito se m iden excl usivamente l as deflexiones d i rectamente bajo la carga. No se deben confundir con medición de deflexiones med iante transductores para obtener la configuración de desplazamien­tos, de los uti l izados en los métodos empír ico-mecan íst icos. Este método se basa só lo en la re lación empír ica entre defle­xión-espesor de sobrecarpeta (caso de reencarpetado con con­creto asfá l tico, I nsti tuto del Asfa l to, aunque se uti l iza en a lgunos departamentos de transportes de E .U .A., de Canadá y el Reino Un ido) .

1 1 . 1 9 .3 Enfoques empírico-mecanísticos

Al igual que s i se tratase de pavimentos nuevos, estos enfoques consideran los esfuerzos cr íticos, deformaciones y deflexiones por cualqu ier método mecan ístico, y la pred icción de los daños resu l tantes se hace con base en criterios de fal la empíricos. También aqu í será necesario eva l uar las condicio­nes fís icas actuales del pavimento, para que poster iormente se pueda determi nar el espesor de la sobrecarpeta. En ambos casos, pavimento existente y sobrecarpeta, los daños deberán estar en l ímites aceptab les.

1 77

Capítulo 1 1

SOBRECARPETAS LIGADAS

Pavimento Nuevo (sección completa)

Carga de la llanta (

Sobrecarpeta

CONDICION BASICA:

El c o nj u nto pavi m e nto ex ist e nte-so b recarpeta es estructuralmente equivalente a una sección completa de pavimento (nuevo). Ambas estructuras resisten el tráfico proyectado a futuro. Se cumple:

a In = esfuerzo crítico en la orilla, en pavimento nuevo (sección total)

0te < _0_tn_ Mr(e) Mr {n)

Mr {e) = resistencia a la flexión del pavimento existente

existente

to = esfuerzo crítico en la orilla, sobrecarpeta

Mr (n) = resistencia a la flexión de sección completa (nuevo)

Figura 1 1 .9 Concepto de equivalencia de esfuerzos.

El cr iter io de fa l la empleado en sobrecarpetas de CCP es e l de agr ietamiento por fat iga. Aqu í ya no r ige tanto el cr iter io de erosión (como e l propuesto por la PCA de EUA, para pavimen­tos nuevos), ya que se uti l i za e l pavimento existente como base de apoyo, y se considera como no eros ionable.

E l método de sobrecarpeta de refuerzo es vál ido cuando el pavimento ex istente t iene una vida remanente, defi n ida esta ú lt ima como:

m n i " - < Li N¡

i = 1 Ec. 1 1 . 9

En donde ni es el número real de pasadas para un grupo de carga i-ésimo, y N¡ e l número de repeticiones o pasadas permis ib le, m es e l número de grupos de ejes o cargas. Si e l pavimento existente no tiene VR, entonces la sobrecarpeta se representa como una capa superior de un conjunto de dos, s iendo la inferior el pavimento existente. El módu lo de la capa de apoyo es función del estado de este ú l timo.

Agrietamiento por fatiga

Primeramente, se determ ina la VR del pavimento existente med iante la relación:

n r

N a

En donde:

ne N a

Ec. 1 1 . 1 0

nr � número de pasadas adicionales que pueden apl icarse a l pavimento exi stente después de la sobrecarpeta

Na = N úmero de carga permis ib le del pavimento existente antes de la sobrecarpeta

ne = número de repeticiones actua les del pavimento exi s­tente antes de la ejecución de sobrecarpeta

1 78

Rehabilitación de pavimentos por medio de sobrecarpetas

Posteriormente, con base en los esfuerzos de tens ión y las correspondientes deformaciones en e l lecho i nfer ior del pavi­mento existente una vez co locada la sobrecarpeta, se determi­na e l n úmero perm i s i b l e de repet ic iones de carga del pavimento reforzado.

Dado que el pavimento existente no es n uevo y tiene una vida remanente, VR, de nr/Na , el n úmero de repetic iones debe mu lt ip l icarse por nr/Na para obtener las repeticiones permisi­b les después de la sobrecarpeta.

1 1 . 1 9.4 El método de la PCA

Según ya se mencionó en párrafos anteriores, exi sten tres grandes categorías de sobrecarpetas en pav imentos de CCP:

* Adheridas.

* No adheridas.

* Parcia lmente adheridas (para efectos de d i seño, depende de la cantidad de adhesión entre las dos carpetas) .

* y una cuarta opciona l : refuerzos a pav imentos asfálticos deteriorados que caen de hecho en la tercera categoría, a saber, adhesión parcia l entre concreto y asfalto.

Evaluación del pavimento existente

Como parte de la mayoría de los d i seños, se debe ejecutar una eva luación de las cond iciones actua les de l pav imento. Esto se puede hacer med iante:

* I nspección ocu lar o monitoreo físi co,

* pruebas no destructivas, y

* eva l uación de los mater ia les a través de ensayes de laborator io.

Levantamiento físico

Estas actividades estarán enfocadas a un levantamiento de daños, su frecuencia, t ipología y severidad . Esto permitirá .. subd iv id ir los tramos en subzonas caracterizadas por los mis· mos problemas, ya sean de d iseño, tránsito, loca l ización o construcción. En proyectos pequeños se debe moni torear todo e l tramo; en cam inos de gran extens ión se tomarán secciones t ipo a parti r de 1 O a 20 l osas. Posteriormente se seleccionarán al azar tales un idades muestra. Se recomienda uti l izar del 25% al 50% de cada una de las secciones (muestra tipo) . La frecuen­cia de muestreo dependerá de la geometr ía y de las condicio­nes genera les. En cada una de la m uestras o secciones se determ i nará e l t i po, sever idad y extens ión de l os daños. Des­pués se clasifica si e l daño es bajo, medio o a l to. En este último caso, se harán las reparaciones necesarias antes de colocar la sobrecarpeta .

Rehabilitación de pavimentos por medio de sobrecarpetas

Espesor total: existente y sobrecarpeta, cm

20.5 23 25 28 30.5

20.5 ?3 25 28 30.5 Espesor de pavimento sección completa, en cm

33

2 37 - 40.5 kgfan2 33.5 - 37 kgfan

33.5 - 37 kgfan 2

33

35.5

35.5

Figura 1 1 . 1 O Posición de la carga para el análisis de esfuerzos (PCA).

Tabla 1 1 .5 Levantamiento de daños en avimentos de concreto

Fracturamiento en esquinas

Escalonamiento

Agrietamiento longitudinal

Fracturamiento transversal

Bombeo

Reacción álcal i-agregado

Astil lamientos

1 1 . 19.4. 1 Pruebas de deflexión no destructivas, PDND

E l estado fís ico de l cam ino determ i nará la necesidad, cuan­tía y ti po de las med iciones de deflexiones. S i se sospecha que en tramos bien defi n idos de pavimento con deterioros s im i lares imputables a cargas de tránsi to, entonces se deberá ver ificar la capacidad estructural en ta l es áreas. Además, este tipo de med iciones se efectuarán en j untas y grietas, para ver s i existe buena transmis ión de carga por trabazón de agregado {o fricción de agregado) o pasajuntas.

También se i nvestigará med iante estas mediciones s i existe socavación por debajo de las losas o "pérd ida de soporte" . Se sugiere emplear equ ipo PDN D que apl ique cargas de impacto pico en el rango de 3 . 7 a 4 .5 ton . No se recomienda equ tpo más l i gero.

1 1 . 1 9.4.2 Evaluación de materiales en el lugar

La identificación y clasifi cación correctas de las capas terreno natura l , subrasante y/o sub-base, así como los ensayes de res i stencia correspond ientes, servirán para obtener los mó­dulos de reacción, Kd de d i seño. Además, para e l caso de sobrecarpetas de concreto adher idas tota lmente, será necesa­rio caracterizar al pav imento existente a través del módu lo de ruptura, Mr y del de e lastic idad, Ec. E l valor Kd puede ser determ i nado a través de PN D o de med iciones i nd i rectas.

Capítulo 1 1

Dado que no e s práct ico cortar vigas en e l pavimento existente, se acepta en este cr iter io obtener núcleos y ensayar­los según la norma ASTM C 496 "Resistencia a la tensión ind i recta en especímenes c i l índr icos" (prueba bras i l eña). Se deben recuperar muestras a separaciones de 1 00 a 1 50 m, y de preferencia los núcleos se obtendrán de la parte med ia de las losas seleccionadas. Las partes inferiores en de los núcleos pueden ser recortados o "cabeceados", pero en no más de 1 .30 cm. Para cada sección la resi stencia a la tensión efectiva se puede establecer como:

fte = ft - 1 . 65 S Ec. 1 1 . 1 1

En donde:

fte = resi stencia efectiva a la tensión ind i recta.

ft = promed io de la resistencia a la tensión ind i recta .

S = desviación estándar de la res istencia a la tensión i nd i recta.

La ecuación anter ior es vá l ida y considera imp l ícitamente que só lo el 5% de todas las muestras de una sección anal izada puede ser i nfer ior a los va lores efectivos.

De acuerdo con este método, e l módu lo de ruptura Mr se puede determ inar med iante la re lación :

Mr = AB fte Ec. 1 1 . 1 2

En donde A es una constante de regresión basada en la experiencia regional y B es un valor de daño igual a 0.9 que relaciona las resi stencias entre un espécimen s ituado a aproxi­madamente a 0.60 m respecto a la ori l la de la losa del carr i l lento, a aque l l a correspondiente a la or i l la . Los Va lores de "A" reportados en la l i teratura van de 1 .3 5 a 1 .55 . En ausencia de valores de correlación local es o part iculares en la región en que se apl ique el método, se sugiere emplear 1 .45 .

E l va lor del módu lo de elasticidad deberá ser determinado de acuerdo a la norma ASTM C 469 "Módu lo de E last icidad Estático y Re lación de Poi sson del Concreto a Compresión"; a l ternativamente se podrá estimar mediante la corre lación:

Ec = --/1 4,000 f' e

Tabla 1 1 .6 Evaluación de materiales del avimento existente

Módulo de reacción

Determinación directa o indirecta en cada una de las capas que comoonen el oavimento.

Prooiedades del concreto

Resistencia a la flexión .

Módulo de elasticidad.

Metodoloaía recomendada

Muestras a cada 1 00 ó 1 50m de longitud, en partes medias de las losas, y en zonas localizadas a 50 cm respecto a las oril las del carril de baia. El diámetro no será menor a 1 0 cm.

1 79

Capítulo 1 1

1 1. 19.5 Sobrecarpetas de concreto no adheridas

E l cr i ter io de d i seño de la PCA se fu ndamenta en e l s igu iente postu lado: co locar una sobrecarpeta que ju nto con e l pavimento ex i stente sea equ iva lente a un pav imento nuevo ( losa nueva más sub-base y capa subrasante exi sten­tes) . Se parte del hecho de que la equ iva lencia estructura l , en térm i nos de agr i etam iento por fat iga, se cump le s i e l esfuerzo desarro l l ado en las or i l las de l a sobrecarpeta crol es menor que e l desarro l l ado en la or i l l a de un pav imento nuevo, crtn ta l como aparece en la F i g. 1 1 . 9 .

Las cargas se colocaron d i rectamente sobre las grietas y éstas se modelaron como e lementos suaves dentro del método de e lementos fi n itos, MEF, empleado para desarrol lar un pro­grama de cómputo denom inado JSLAB (Tayabj i , S .D. , 1 984) .

Las ruedas de carga fueron colocadas d irectamente en la ori l la y sobre agrietamientos del pavimento existente (F ig. 1 1 . 1 O) .

Se obtuvieron las i nfl uencias de agrietam ientos para d ife­rentes espaciamientos de estos ú l t imos, 1 . 5, 2 y 3 m . Como era de esperarse, se observó que los esfuerzos eran mayores en las or i l las cuando ex ist ía gr ieta.

1 1. 19.5. 1 Cartas de diseño

Mediante e l programa de cómputo y ut i l izando el MEF, se prepararon curvas de d i seño para lo cual se emplearon los s igu ientes parámetros :

ESPESOR DEL PAVIMENTO EXISTENTE, CM

1 0 1 3 1 5

Rehabilitación de pavimentos por medio de sobrecarpetas

Ejes senci l los equ ivalentes, ESAL's, para representar e l tránsito

Ec = 3 5 1 ,535 kg/cm2 , para la sobrecarpeta

Ec = 2 1 0,92 1 y 281 ,228 kg/cm2 para el pavimento existente

Se t ipificaron tres casos:

* Caso 1 .- E l pavimento exi stente presenta fuerte fractura­m iento en la mitad de la l osa y agrietam iento en la esqu ina. Por otro lado, existe poca transferencia de carga entre juntas y grietas.

* Caso 2 .- El pavi mento presenta poco deter ioro en la m i tad de las losas y fracturam iento l i gero en las esqui­nas. Ex i ste transferenc ia de carga razonab les entre losas a través de gr ietas y j un tas . Se puede corregir daños de manera senci l la antes de co locar la sobrecar­peta .

* Caso 3 .- E l pav imento existente presenta só lo agrieta­m ientos pequeños en las partes med ias de las losas; exi ste buena transferencia de cargas entre las losas y las gr ietas. E l soporte de losas es bueno, ya que se han rea l izado i nyecciones de sel lo por debajo de las losas en zonas socavadas (ver figs . 1 1 . 1 1 , 1 1 . 1 2 y 1 1 . 1 3 ) .

Es importante señalar que en la preparación de la gráfica para el caso 1 , se co locó la carga d i rectamente sobre una de la or i l las de la sobrecarpeta, y sobre una gr ieta en e l pavimento existente. La gráfica del caso 3 representa a l caso en que el pavimento existente esté l íbre de agr ietam ientos.

1 8 21 23 25

SOBRECARPET-8__

1 ESPESOR DE LA SOBRECARPETA, EN CM

1 5

1 7

' · 20.5 !':· LINEA DE BASE 23

........... . 25 28

30.5

21 23 25 28

ESPESOR DE LOSA A SECCION COMPLETA. CM.

: : ;. • . . ·'· : � --

2 K = 2.7 • 8.0 kg/cm

. ......_ . - · -- ·

30.5 33

Figura 1 1 . 1 1 Ejemplo de curvas típicas de diseño sobrecarpetas de concreto. Gas.o 1 .

1 80

35

Rehabilitación de pavimentos por medio de sobrecarpetas Capítulo 1 1

ESPESOR DEL PAVIMENTO EXISTENTE, E N CM

1 0 1 3 1 5 1 8 21 23 25

SOBRECARPE"ffi_

ESPESOR DE LA SOBRECARPETA, EN CM 1 5

1 7

2 1 23 25

ESPESOR A SECCION COMPL�TA, EN CM

2 K = 2.8 - 8.3 kg/cm

28 30.5 33 35

Figura 1 1 . 1 2 Ejemplo de curvas típicas de diseño sobrecarpetas de concreto. Caso 2.

La del caso 2 corresponde a una interpolación de los dos casos anter iores. Los espesores resu l tantes son para e l caso de que no existan acotam ientos l igados a la superficie de roda­miento.

Cuando éstos se construyan con espesores m ín imos de 1 5 cm, se podrá reducir e l espesor de las l osas pri ncipales obteni­das de las gráficas del orden de 2.5 cm.

Espesor de sobrecarpetas

Para que haya congruencia en los resu l tados, como primer paso se recomienda obtener e l espesor de un nuevo pavimento con la metodología de la PCA (Port land Cement Association\ También podrá uti l izarse el método de la AASHTO. Como es de suponer, será necesar io conocer con la mayor precisión posib le e l tráns i to de d i seño.

Para determ i nar e l espesor del pavimento "nuevo", se uti l i­zarán las m ismas condic iones de apoyo del pavimento existen­te. Así, de manera resum ida se deberá conocer:

* Resistencia del concreto a emplear.

* Condiciones de apoyo de d iseño (módu lo de reacción de la capa subrasante o del terreno natura l de apoyo) .

* Tráns ito de d i seño (ca lcu lar lo tomando la d istr ibución veh icu lar y tasas de crecimiento reales, para un periodo de d i seño) .

Basándose en las cond iciones fís icas existentes en el pavi­mento, se entra en la tab la correspondiente (casos 1 a 3 ) . Nótese por ejemplo que para e l caso 1 , e l espesor m ín imo de sobrecarpeta es de 1 6 cm (6" ) , pues no se recomiendan espe­sores menores.

A manera de ejemplo, a conti nuación se presentan dos tablas mostrando valores hes, para los casos del método PCA y el del Cuerpo de I ngenieros.

En este ú lt imo caso se ut i l izó c = 0.35 , 0.60 y 0.80:

Tabla 1 1 .7 Espesores representativos de sobrecar eta, PCA

Espesor de sobrecarpeta, hes, en cm

hn. en cm tef, en cm Caso 1 Caso 2 Caso 3

20 1 7.5 (1 5.2) ( 1 5.2) 20 1 7.8 1 8.3 1 5.2 1 5.2

1 5 1 9.3 1 7.3 1 5.2

23 22.9 1 7.8 ( 1 5.2) 25 20 23.4 1 9.8 1 5.2

1 7.8 23.9 22.4 20.32

23 29.2 26.4 22.9 30.5 20 29.7 27.4 25.4

1 7.8 30 28.5 27.4

Nótese que los casos 1 , 2 y 3 tienen buena re lación con los valores determi nados por medio de la ecuación del C IUSA,

181

Capítulo 1 1

ESPESOR DEL PAVIMENTO EXISTENTE, E N CM

1 0 1 3

ESPESOR D E LA SOBRECARPETA, E N CM 1 5

1 7

� LINEA DE BASL • ............. 23 •

25

21 23

1 5

25

Rehabilitación de pavimentos por medio de sobrecarpetas

1 8 2 1 23 25

SOBRECARPE�

K = 2.8 - 8.3 kg/cm2

28 30.5 33 35

ESPESOR DEL PAVIMENTO A SECCION COMPLETA (NUEVO), EN CM L Figura 1 1 . 1 3 Ejemplo de curvas típicas de diseño sobrecarpetas de concreto. Caso 3.

tab la i nfer ior, para valores de C de 0.3 a 0.5, 0.5 a 0. 70, y de Concepto básico de diseño 0.7 a 0.90, respe(nvamente.

Tabla 1 1 .8 Espesores de sobrecarpeta determinados se ún la ecuación del CIUSA

Espesor de sobrecarpeta, hol, en cm

hn, en cm tef, en cm C= 0.35 C= 0.60

20 1 6.5 (1 5.2)

20 1 7.8 1 7.3 (1 5.2)

1 5 1 8.3 1 6.5

23 21 .6 1 8.3 25 20 21 .6 20

1 7.8 23.0 21 .3

23 27.4 24.9

30.5 20 28.0 26.2

1 7.8 28.7 27.2

1 1 . 1 9.6 Sobrecarpetas de concreto adheridas

C= 0.80

(1 5.2)

(1 5.2)

1 5.2

1 5.2

1 7.5

1 9.8

22.6

24.4

25.9

Su apl icación se justifica cuando los daños en pavimento existente no son muy pronunciados o cr íticos. Se uti l izan cuando es necesario reforzar una sección dada para un tránsito futuro previamente ca lcu lado.

1 82

Al igual que en el caso anterior, el proced im iento se fundamenta en que un pav imento existente funciona como capa base y que a l agregar l e la sobrecarpeta, sea estructural­mente equ ivalente a un pavimento nuevo; en ambos casos para un mismo tránsito de futuro. E l lo imp l ica que e l pavimento reencarpetado tendría una vida de servic io equ iva lente a la que correspondería si se hubiera constru ido un pav imento nuevo. La d i ferencia respecto al caso de sobrecarpeta des l i gada es la loca l ización de los esfuerzos crít icos de ori l la que se comparan

Pavimento Nuevo (sección completa)

mttl@Mtll.f ftt Su�e o terreno de apoyo

CONDICION BASICA:

El c o nj u n to pavi m e nto e x i s t e n t e - s o b r e c a r p et a e s estructuralmente equivalente a una sección completa d e pavimento (nuevo). Ambas estructuras resisten el tráfico proyectado a futuro. Se cumple:

a < a to tn

ªin = esfuerzo crítico en la orilla, en pavimento nuevo (sección total)

ª10 = esfuerzo crítico en la orilla, sobrecarpeta

Figura 1 1 . 1 4 Concepto de equivalencia de esfuerzos.

existente

l

Rehabilitación de pavimentos por medio de sobrecarpetas Capítulo 1 1

,------------------------------------------------- --� Espesor total : existente y sobrecarpeta , cm

20.5 23 25 28 A

20.5 23 25 28

30.5

Curva

2

3

30.5

33

Mr

37 - 40.5 kg/cnf 33.5 - 37 kg/cnf

2 33.5 - 37 kg/cm

33

35.5

35.5

Espesor de pavimento sección completa, en cm

Figura 1 1 . 1 5 Ejemplo de carta de diseño. Sobrecarpetas adheridas.

en ambos casos: reencarpetado y nuevo. En el primer caso se comparaba el esfuerzo desarro l lado en la base del pavimento nuevo -sección comp leta- con el desarro l lado en la base de la sobrecarpeta . En este caso se comparan ahora los esfuerzos desarrol lados en el lecho i nfer ior de las losas, en ambos casos .

Se debe cumpl i r la condic ión de que, para iguales cond i­ciones de apoyo, los esfuerzos cr ít icos normal izados en el conjunto losa existente-sobrecarpeta son iguales o menores a los desarro l lados en un pavimento nuevo. La normal ización se hace respecto a la resistencia a la flexión, Mr. Con respecto a la F ig 1 4 . anter ior, los parámetros requeridos para ambos pavimentos, nuevo y reencarpetados, son :

* Res i stencia a la f lexión de d i seño.

* Esfuerzos de tensión críticos, crtn y crte.

Para los esfuerzos cr ít icos de sección completa, tanto en el pavimento existente como en e l nuevo se requ iere conocer el módu lo de elast ic idad de los concretos. En este enfoque se uti l izó un programa computo USLAB8) uti l izando e lementos fin itos para las cond ición de carga en las ori l las, en pavimento nuevo y en pavimento reforzado o reencarpetado, a fi n de determ inar los esfuerzos de tens ión críticos. Con estos anál i s i s se prepararon cartas de d i seño para un cierto rango de valores de Mr, de los módu los de elastic idad, Ec:

* Ec (pavimento nuevo) = 28 1 . 3 a 3 5 1 . 5 x 1 O 3 kg/cm2

* Mr (pavimento nuevo ) = 42 a 46 kg/cm2

En la F ig. 1 1 . 1 5 aparece una gráfica de d i seño para los s iguientes rangos de parámetros:

* Res istencia a la flexión del pavimento existente = 30 - 33 .4 kg/cm2

* Resistencia a la flexión del pavimento existente = 33 .4 - 3 7 kg/cm2

* Resistencia a la flexión del pavimento existente = 3 7 - 40.5 kg/cm2

Para elaborar estas gráficas se uti l izó el módu lo de e lastici­dad Ec = D.Mr. El va lor Mr en PS I , y e l va lor de correlación D en el rango de 6000 a 7000. Nótese que las cartas de d iseño se prepararon sólo para e l rango de Mr entre 30 y 40.5 kg/cm2.

Para va lores menores de Mr = 30 kg/cm2, los espesores teóricos de sobrecarpeta adherida son excesivos y no se reco­mienda su empleo. Además, con valores tan bajos de Mr es muy pos ib le que el pavimento esté seriamente deteriorado, de manera que ya no sea recomendable un reencarpetado adhe­rido, s ino que ya una colocación d i recta de la capa de refuerzo sobre el pavimento existente. Para el caso en que Mr sea mayor a 40.5 kg/cm2, entonces el espesor de la sobrecarpeta será dado por la d iferencia entre el pavimento nuevo o de sección completa y la del pavimento existente, más cua lqu ier profun­d idad de fresado o "desbastado", o escarificación.

Es importante señalar que el máximo espesor l igado o adherido es de 1 2 .5 cm (5") , y si se requ iere un mayor espesor,

1 83

Capítulo 1 1

deberá decid irse por u na capa co locada d i rectamente sobre l a superfic ie dañada existente. No s e recomiendan espesores l i gados menores de 5 cm.

1 1 .20 SOB RECARPETAS ADH ERI DAS DE CONCRETO DE PCSJ PCCP, PCCPyR, Y PCCR9

Tal como se mencionó en párrafos precedentes, en el marco general del reencarpetado es común el empleo de sobrecarpe­tas de concreto adheridas sobre pavimentos de concreto s imple con juntas, reforzado con j untas, y continuamente reforzado, para mejorar la capacidad estructura l y condición funciona l . U na sobrecarpeta de concreto adherida consiste de las s iguien­tes actividades:

* Reparación de áreas deter ioradas y mejoras en e l subdre­naje (si fuera necesar io) .

* Ensanche de la construcción (caso de requerirse) .

* Reparación de la superficie existente para asegurar una adherencia confiable.

* Colocación de l a sobrecarpeta de concreto.

* Aserrado y se l lado de las juntas.

1 1 .20. 1 Viabil idad

U na sobrecarpeta adher ida med iante PCSJ, PCCP, PCCPyR, Y PCCR es una a l ternativa viable de rehabi l itación para pavi­mentos de cemento port land, CP, excepto cuando las condi­ci ones del pav imento exi stente requ ieran una remoción sustancial o ser reemplazadas, o cuando existan problemas de durab i l idad . Entre las cond iciones bajo las cua les no ser ía fact ib le una sobrecarpeta de PCP adherida se i ncl uyen las s iguientes:

* El grado de deter ioro por agrietamiento de la losa y del ast i l lam iento de las j untas es tan grande que es ind ispen­sab le una sustancia l remoción y reemplazamiento de la superfic ie existente.

* Ha ocurrido un deterioro sign ificativo de la losa PCP debido a prob lemas de durab i l idad (por ejemplo, pro­blemas de durab i l idad o "O cracki ng", o también prob le­mas de react iv idad de agregados) . Esto afectará e l comportam iento de las sobrecarpetas.

* El gá l i bo de los puentes es inadecuado para e l espesor requerido de la sobrecarpeta. Esto usua lmente no es un problema, ya que l a s sobrecarpetas adher idas normal­mente son bastante delgadas.

S i la duración de la construcción tiene una importancia cr ít ica, las sobrecarpetas pueden uti l izar mezclas de concreto h idráu l i co de a l ta res istencia temprana. Se han abierto las

1 84

Rehabilitación de pavimentos por medio de sobrecarpetas

sobrecarpetas de concreto en u n período de 6 a 24 horas después de su co locación usando estas mezclas.

1 1 .20.2 Reparaciones previas

Se deben reparar los s iguientes t ipos de daños antes de la co locación de la sobrecarpeta de CP adherida:

Tabla 1 1 .9 Ti o de daño

Tipo de oroblema Tioo de reparación

Grietas activas Reparación a toda profundidad o reemolazo de la losa

Baches Reoaración a toda orofundidad

Juntas astilladas Reparac ión parc ia l o a toda orofundidad

Remiendos deteriorados Reoaración a toda orofundidad

Bombeo/fallas Drenaies laterales

Asentamientos/levantamientos Levantamiento de la losa por inyección de lodos y cemento, o reconstrucción del área

Las reparaciones a toda la sección o profundidad y los reemplazamientos de losas en PCSJ , PCCP y PCCPyR deben ser también de concreto con pasaju ntas o amarres para propor­cionar transferencia de carga a través de l as j untas de repara­ción. Las reparaciones a toda profund idad en PCCR deben ser de concreto h idráu l i co y deben estar conti nuamente reforzadas con acero que esté amarrado o soldado al acero de refuerzo en la losa existente, a fi n de proporcionar transferencia de carga a través de las j untas y, con e l l o, conti nu idad a la losa .

Las reparaciones de CA a toda profund idad no se deben usar antes de la colocación de una sobrecarpeta de concreto adherida; asim ismo todos los bacheas CA existentes se deben qu i tar y deben ser reemplazados con concreto h idráu l i co.

Antes de co locar la sobrecarpeta, hay que i n stal ar drenajes laterales, además de procurar e l manten im iento de los drenajes ya existentes, u otras mejoras en el subdrenaje cuando una eva l uación del subdrenaje i nd ique la necesidad de real izar tales mejoras.

Se deben hacer j untas de a l iv io de presión ún icamente en estructuras fijas y no a i ntervalos regu lares a lo l argo del pavimento. La ún ica excepción de esto es cuando un agregado reactivo ya haya causado expans ión de l a losa. En rutas de tránsito i ntenso, las j untas de expans ión deben ser de l t ipo de trabajo pesado con pasajuntas . S i l as j untas contienen un número significativo de partícu las incompresib les, deberán ser l impiadas y sel ladas antes de colocar la sobrecarpeta.

1 1 .20.3 Control de reflexión grietas

Cualqu ier gr ieta en formación en la l osa PCSP, PCCP , PCCP y R, y PCCR exi stente se puede reflejar a través de la sobrecar­peta de concreto adher ida en e l térm ino de un año. La defle­x ión de gr i eta se puede contro l ar e n las sobrecarpetas

Rehabilitación de pavimentos por medio de sobrecarpetas

adheridas por medio de reparaciones a toda la profund idad de las grietas en formación en el pavimento existente, y para PCSP, PCCP , PCCP y R, por med io de aserrado y sel lado de juntas a través de la sobrecarpeta d irectamente sobre las juntas de reparación . Las grietas relativamente cerradas que no estén activas o trabajando no necesitan ser reparadas, ya que no todas se reflejarán a través de la sobrecarpeta, y aquel las que sí se reflejen, usualmente permanecerán apretadas. Las grietas cerradas en PCCR tardarán varios años para que se reflejen a través de la sobrecarpeta, y aun entonces permanecerán relativamente cerradas.

1 1 .20.4 Subdrenaje

Es aconsejable real izar monitoreos de las zonas con proble­mas de drenaje. La construcción y manten im iento de cua lqu ier obra vial norma lmente requ iere de i ncl uso d iferentes ti pos de subdrenes. El desa lojo del agua garantiza un mejor comporta­miento estructural de las capas que componen un pavimento, y en consecuencia a larga la vida úti l de este ú lt imo.

Los elementos de subdrenaje se deben planear desde la etapa constructiva para, posteriormente, uti l izarlos en las labores de conservación. Un decremento de los flujos de sal ida medidos a la sal ida en las piezas de drenaje que conducen el agua de las capas inferiores del pavimento son indicativo de un drenaje pobre.

En genera l , los pavimentos de concreto pueden tener un comportamiento deficiente si no se prevé e l hecho de que las longitudes netas de losa pueden incrementarse. Los factores que pueden i ncrementar la longitud "rea l " de las losas son vaí ios y se pueden cata logar como sigue:

* I nfi l tración de partícu las sól idas dentro de juntas y gr ietas sel ladas deficientemente.

* Fenómeno de bombeo ("pumpi ng") de las capas de apoyo de las losas, provocando la i ntrusión de mater ia les de la sub-base dentro de las juntas y grietas.

* El uso de materiales reactivos en la fabricación del concreto h idráu l ico.

S i bien las losas permanecen en real idad con la misma longitud, los elementos arr iba mencionados (juntas rel lenas de sól idos) hacen que las losas no tengan l ibertad para moverse. Como resu ltado, las losas, al expanderse por efecto de cambios cícl icos de temperatura a lo largo del d ía y del tiempo, estarán sujetas a esfuerzos de compresión en sus extremos. Cuando estos esfuerzos superan a la resistencia del concreto, es cuando sobre­vienen los asti l lamientos y desprendimientos por bloques. En zonas de aproches de puentes, incl uso las losas materialmente empujan a sus extremidades, particu larmente cuando se conju­gan cl imas ca lurosos que producen expansión de los tableros de pavimento y rel lenos sól idos en las juntas transversales.

Juntas de expansión:Por lo anteriormente expuesto, en a lgu­nas dependencias se co locan juntas de este ti po, por lo genera l con anchos de 5 a 1 O cm, pr i ncipalmente en zonas veci nas a puentes.

Capítulo 1 1

Este tipo d e j untas normalmente se re l lenan con hu le-espu­ma o mater ia l del t ipo de cartón asfa l tado, a fi n de evitar la i ntrusión de i ncompresib les.

Este tipo de so lución no se aconseja en pavimentos de concreto s in pasajuntas, PCSP, con poco espaciam iento entre las j untas transversa les, ni en los del tipo continuamente reforzado, PCCR. En los primeros se puede ocasionar i nvol un­tar iamente un deter ioro en la trabazón o fr icción de agregados en el área de a l ivio de pres ión. Por esta zona podrá entrar e l agua, con e l consigu iente deterioro de las capas inferiores. Lo mismo ocurre con los del t ipo cont inuamente reforzados. Este ti po de juntas rompe su i ntegridad y puede perm it ir el paso del agua. E l empleo de juntas de expansión en este t ipo de pavimentos se justifica sólo en las inmed iaciones de puentes, en donde ya se haya presentado fa l las prismáticas (por b loques) defi n idas así como desporti l lam ientos.

Como regla genera l , se debe ver ificar que las j untas de a l ivio (expansión) no provoquen detr imento en el comporta­miento de los se l los de las juntas transversa les; esto es, que estos sel los permanezcan en contacto con las paredes de las losas una vez que estas ú l timas puedan moverse por efecto de las nuevas juntas de al ivio (no hay que olvidar que la presencia de éstas podrán i nducir aberturas excesivas en a lgunas juntas) .

1 1 .20.5 Diseño del espesor

Si se co loca la sobrecarpeta para algún propósito funcional, como pueden ser la rugosidad o la fr icción, se debe colocar una sobrecarpeta de espesor m ín imo que resuelva el problema funciona l . Si la sobrecarpeta se co loca con el propósito de lograr un mejoramiento estructura l , e l espesor requerido de la sobrecarpeta es una función de la capacidad estructural reque­rida para hacer frente a las demandas del tráns ito futuro y a la capacidad estructural del pavimento existente. E l espesor re­querido de la sobrecarpeta para i ncrementar la capacidad estructural para soportar el tránsito futuro se determina por med io de la sigu iente ecuación.

Dsc = Üf - Üef Ec. 1 1 . 1 2

en donde

Dsc = espesor requerido de la sobrecarpeta PCP adherida, pu lgadas

Üf = espesor de la losa para soportar e l tránsito futuro, pu lgadas

Def = espesor efectivo de la losa existente, pu lgadas

En los Estados Un idos se tienen exper iencias exitosas de sobrecarpetas de concreto adheridas tan delgadas como de hasta 5 cm (dos pu lgadas) , y tan gruesas como 1 5 cm (seis pu lgadas) o más. Las más típicas han sido de 7.4 a 1 O cm (3 a 4 pu lgadas) para la mayoría de las sobrecarpetas para carrete­ras. Si la sobrecarpeta adherida se co loca ún icamente para un propósito funcional , como por ejemplo el de proveer de

1 85

Capítulo 1 1

rugosidad o fr icción a l a superficie, u n espesor d e 7 .5 cm (3" ) podría ser e l adecuado.

E l espesor de la sobrecarpeta requerido se puede determi­nar a través de los pasos de d iseño que se enumeran a conti­nuación. Estos pasos proporcionan un ampl io método de d iseño que i nc l uyen ensayes sobre e l pavimento con objeto de obtener datos vá l idos de d iseño. S i no fuera pos ib le rea l izar estas pruebas, se puede desarro l lar un d i seño aprox imado de la sobrecarpeta de acuerdo con los daños v i s ib les obser­vados, sa l tándose los pasos 4 y 5 y est imando otros datos de entrada.

E l d i seño de la sobrecarpeta se puede hacer para una sección un iforme o con base en el método de zonas puntuales, ta l como se descr ibe en párrafos anter iores.

Paso 1: Diseño del pavimento existente

Cond iciones y requer imientos:

* Espesor del pav imento existente.

* Tipo de transferencia de carga (d ispositivos mecánicos, fr icción de agregado, PCCR).

* Tipo de acotamiento ( l igado al cuerpo pr incipa l , de concreto, otras) .

Paso 2: Análisis de tránsito

* ESAL's de 1 8 k ip acumu lados pasados en el carr i l de d iseño (Np) para usarse en e l método de la vida rema­nente para la determinación de Üef ún icamente.

* ESAL's de 8 .2 ton ( 1 8 kips) futuros pronosticados en el carri l de d iseño, para e l per íodo de d iseño (Nf) .

Paso 3: Levantamiento de las condiciones físicas.

Los sigu ientes daños se miden durante los levantamientos fís icos de las cond iciones para PCSP, PCCP y PCCR. El muestre se puede rea l izar a lo largo del proyecto para estimar daños en los carr i les de tránsito más i ntenso. Los tipos de daño y las severidades se definen en otras publ icaciones 1 0. Deter iorado sign ifica un pavimento con daños de severidad med iana a a l ta.

PCSP, PCCP!PCCPyR

1 86

* Número de juntas transversa les deterioradas por Km.

* N úmero de gr ietas transversa les deterioradas por Km.

* N úmero de j untas de expansión existentes, j untas excep-ciona lmente anchas ( 2 . 5 cm o 1 pu lg) o reconstruccio­nes CA a toda a profund idad .

* Presencia, y severidad media alta genera l izada de pro­blemas de durab i l idad de PCP.

Rehabilitación de pavimentos por medio de sobrecarpetas

* Agrietam iento "D" : baja sever idad (ún icamente grie­tas), severidad med iana (a lgo de asti l lam iento), alta severidad (asti l lam iento severo) .

* Agrietamiento por reactividad en los agregados: seve­ridad baja, med iana y a l ta .

* Evidencia de fa l las, bombeo de fi nos o agua en l a s j untas, grietas o en e l borde del pav imento.

PCCR

* N úmero de baches por k i lómetro.

* N úmero de gr ietas transversa l es deter ioradas por ki lóme­tro.

* N úmero de j untas de expansión existentes, j untas excep­cionalmente anchas (2 .5 cm) o bacheas de concreto h idráu l ico a toda profund idad .

* N úmero de reparaciones existentes y nuevas antes de la sobrecarpeta, por ki lómetro.

* Presencia y sever idad genera l de prob lemas de dura­b i l idad en PCP (NOTA: e l asti l l am iento superfic ia l de grietas cerradas e·n donde e l PCCR subyacente está sano, no se debe cons iderar como u n prob lema de durab i l idad) .

�* Agr ietam iento "D": baja severidad (gr ietas ún icamen­te), sever idad med

-ia (a lgo de asti l lamiento), severidad

alta (asti l lamiento severo) .

* Agrietamiento por agregado reactivo: sever idad baja, med iana y a l ta .

* Evidencia de bombeo de fi nos o agua.

Paso 4: Pruebas de deflexión (altamente recomendable)

Se aconseja med ir las configuraciones de deflexión de la losa en la rodada exterior a lo largo de l proyecto, a u n i ntervalo que permita valorar adecuadamente las cond iciones. Los inter-valos típicos son de 30 a 300 m .

·

Normalmente se m iden las deflexiones con sensores loca­l izados a O, 30, 60 y 90 cm desde e l centro de la carga. Se recomienda un aparato para med ir la deflexión por cargas pesadas (el deflectómetro de impu l sos por caída, por ejemplo) y una magnitud de carga de 4 .2 ton (9,000 l i bras). E n ASTM D 4694 y D 4695 se proporcionan pautas ad icionales sobre las pruebas de deflexión.

Para cada losa probada se debe ca lcu lar otra vez el valor efectivo y el módu lo de elasticidad de la losa, usando las Fig.s 1 1 . 1 6 y 1 1 . 1 7, o un procedim iento de ver ificación. El AREA de cada configuración de deflexiones se ca lcu la como sigue: --

Ec. 1 1 . 1 3

Rehabilitación de pavimentos por medio de sobrecarpetas Capítulo 1 1

26 24

¡ 1 00 . . k=50 pci . : ¡ . ! i . . . . . . . . . · · ·-� · · · · . . . . . . . . . . . . . . . . · ·� · . . . .. . . . . . .. . . .. . . . . . + . . . . . . . . . . .. . . . .. . . ·

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.. · -- · · · · · · · ---- · · · · · · <· · -- · ·p=9·000 · · ·1-¡ptas · - -=4�0 ·1 --·to ·n· · · · · -

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CJ') 22 C'O

--· · -a=s-��-- -pulgadas·i- = --1-5-- ·cm- -

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: : : : "O 20 C'O

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o 23 24 25 26 27 28 29 30 3 1

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· · · · · · · · · · · · · - ·r · · ·· ·

· · · · · · · · · · · · · · · · · ·�· . . .

1

1 1

32 33 ¡ 34 35 36 1 Config u ración de deflexiones, AREA, pu lgada 1

..____ _______ ___ ___J Figura 1 1 . 1 6 Determinación de K dinámico a partir de do y AREA.

en donde

do = deflexión en e l centro de la placa de carga, cm

d i = deflexiones a 30, 60 y 90 cm desde el centro de la placa, cm

El AREA var iará típicamente de 29 a 32 para concreto sano.

Valor k dinámico efectivo

Con do y el AREA se entra a la F ig. 1 1 . 1 6 para determinar el valor k d i nám ico efectivo debajo de cada losa para un rad io de carga circu lar de 1 5 cm (5.9 pu lgadas) y una magnitud de 4. 1 ton (9,000 l i bras) . Nótese que para cargas que fl uctúan entre 2,000 l i bras más o menos, las deflexiones se pueden esca lar l i nealmente hasta a 9,000 l i bras.

S i se está d i señando un espesor ún ico de sobrecarpetas para una sección un iforme, calcu le el valor k d inámico efectivo promed io de las losas ensayadas en la sección uniforme.

Valor k estático efectivo

Valor k estático efectivo = Va lor k d i námico efectivo/2

E l va lor k efectivo puede requerir un ajuste para tomar en cuenta los efectos por cambios de estación usando el método presentado en la Parte 1 1 , Sección 3 .2 . 1 de la guía de d iseño de la AASHTO, 1 993 . S i n embargo, el va lor k puede cambiar

substancialmente y tener ún icamente un efecto muy pequeño en el espesor resu l tante de la sobrecarpeta .

Módulo elástico de una losa de concreto (E)

Se ut i l iza la F ig. 1 1 . 1 7 con AREA, cuando se conoce previamente el va lor k d inámico efectivo, y es pos ib le deter­minar así un va lor para ED3, en donde O es el espesor de la losa. Luego se resuelve para E conociendo e l espesor de la losa, D. Los valores típicos E de losas var ían entre 3 a 8 m i l lones de psi .

Si se obtiene un va lor E de la losa que esté fuera de este rango, puede haber un error debido a las sigu ientes situaciones:

* el espesor supuesto de la losa,

* la configuración de la superficie deformada por deflexio­nes puede haber sido med ido sobre una grieta, o

* el PCP puede estar relativamente deter iorado.

S i se está d iseñando un espesor ún ico de sobrecarpetas para una sección un iforme, ca lcu le e l va lor E promed io de las losas ensayadas en la sección un iforme.

Se recomienda evitar va lores de k o de E que parezcan estar significativamente fuera de l ínea con respecto al resto de los datos de entrada.

1 87

Capítulo 1 1 Rehabilitación de pavimentos por medio de sobrecarpetas

1 00000 (O o

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1 00 23 24 25 26 27

1 1 1 1 1

28 29 30 31 32 33 34 35 36 Area de la configuración de deflexiones, pu lgadas

Figura 1 1 . 1 7 Determinación del módulo elástico en pavimentos de concreto, a part ir de valores de k, AREA y espesor de losa.

Transferencia de carga en una junta

Para los pavimentos del t ipo PCSJ , PCCP y PCCPyR, se debe medir la transferencia de carga en las j untas en la rodada exterior, en juntas transversa les representativas. No se aconseja med ir la transferencia de cargas cuando la temperatura ambien­te sea mayor de 2 7°C.

La placa de carga deberá co locarse sobre un lado de la j unta tocando el borde de la p laca . Después se procede a med ir la deflexión en e l centro de la placa de carga y a 30 cm desde el centro; fi nalmente, se ca lcu la la transferencia de carga por deflexión a partir de la ecuación sigu iente:

[ó u l ) ó LT = 1 00 M X B Ec. 1 1 . 1 4

en donde

�L T = transferencia de carga por deflexión (%) .

�u l = deflexión del l ado s in carga (cm).

�I = deflexión del l ado cargado (cm).

B = factor de corrección de flexión de la losa.

El factor de corrección por flexión de la losa, B, es necesar io debido a que las deflexiones do y d3o medidas a 30 cm una de

1 88

la otra no ser ían igua les, aún cuando se m idan en e l i nter ior de una losa.

Es pos ib le determ inar un va lor apropiado para e l factor de corrección a partir de la relación de do a d3o para mediciones de configuraciones deformadas por deflexión, en el centro de losas típicas, tal como se muestra en la ecuación de abajo. Los valores t ípicos para B var ían entre 1 .05 y 1 . 1 5 .

B = d o centro d 1 2 centro

Ec. 1 1 . 1 5

S i se está d iseñando u n espesor ú n ico para l a sobrecarpeta de una sección un iforme, se debe calcu lar e l va lor promedio de transferencia de carga por deflexión en las j untas ensayadas en la sección un iforme.

Para PCSP, PCCP, y PCCy R, se puede est imar e l coeficiente de transferencia de carga, J, usando las s iguientes pautas:

Tabla 1 1 . 1 O Coeficientes de transferencia de carga ara diferentes eficiencias

Porcentaje de transferencia J

de caraa

>70 3.2

50-70 3.5

<50 4.0

Rehabilitación de pavimentos por medio de sobrecarpetas

Si la rehab i l i tación inc l uye la ad ición de un acotamiento de concreto l i gado med iante vari l las, puede ser apropiado un factor J menor.

Para PCCR, se debe emplear un J = 2.2 a 2.6 para e l d i seño de la sobrecarpeta, supon iendo que las grietas y los baches se reparan con PCP conti nuamente reforzado.

Tabla 1 1 .1 1 Relación ti o de acotamiento con 1 1J 1 1

Acotamiento Asfalto PCCP, con vari l las

de su·eción

Dispos itivo de transferencia de Si No Si No cara a.

Tioo de oavimento.

Pavimento con jun-tas, y con juntas y 3.2 3.8 - 4.4 2.5 - 3. 1 3.6 - 4.2 refuerzo.

PCCR 2.9 - 3.2 No

2.3 - 2.9 No

aol icable aplicable

Paso 5: Obtención de núcleos y ensaye de materiales (altamente recomendado)

Módulo de ruptura de PCP (Mr)

Se deben recuperar varios n úcleos de 1 5 cm (6 pu lgadas) de diámetro a la m i tad de la losa y ensayar los a tensión indirecta (ASTM C 496) . Ca lcu le la resistencia a tensión indi­recta (psi) de los corazones. Est ime el módu lo de ruptura según la sigu iente ecuación :

Mr = 2 1 0 + 1 .02 IT Ec . 1 1 . 1 6

en donde

Mr = módu lo de ruptura, psi .

IT = resistencia a tensión i nd i recta de corazones de 1 5 cm de diámetro, psi .

Paso 6: Determinación del espesor requerido de la losa para tránsito futuro (Df)

Los datos para determ inar Df para sobrecarpetas de concre­to hidráu l ico adheridas son representativos de la losa existente y de las propiedades de los suelos de apoyo. Esto sobresale

· debido a que son las propiedades de la losa existente (es decir, módu lo e lástico, módu lo de ruptura y transferencia de carga) los que controlarán el comportamiento de la sobrecarpeta adher ida.

Valor k estático efectivo

Se determ ina a partir de uno de los s iguientes métodos:

* Ver ifique e l valor k d inámico efectivo a part ir de las configuraciones deformadas de los ensayes de deflexión, ta l como se descr ibe en e l Paso 4. Divida entre 2 e l valor

Capítulo 1 1

k d inámico efectivo para obtener e l va lor k estático efectivo.

* Real izar pruebas de carga de p laca (ASTM D 1 1 96) después de qu itar la l.osa en a lgunos sit ios. Esta a l terna­tiva puede ser costosa y consume tiempo, por lo que no se usa con frecuencia. El va lor k estático obten ido puede requerir ajustes debido a los efectos producidos por cambio de estación con el método presentado en la Parte 1 1 , Sección 3 . 2 . 1 de la gu ía AASHTO.

* Estimar a partir de los datos del suelo y e l t ipo y espesor de la base, usando la F ig. 9 .2 del capítu lo 9. Esta a l ter­nativa es s imple, pero hay que estar consciente que el valor k estático obten ido es só lo una estimación aproxi­m�da. El va lor de k estático obtenido puede requerir de ajustes para tomar en cuenta efectos estacionales usando e l método refer ido en el párrafo anter ior .

Pérdida de servicio, PS, de diseño

Es igual al I nd ice de Servicio Presente, ISP i nmed iatamente después de la sobrecarpeta (P I ) , menos el I SP en el momento de la siguiente rehabi l i tación (P2 ) .

}, factor de transferencia de carga.

Véase el Paso 4 .

Módulo de ruptura de la losa

Determinado por uno de los sigu ientes métodos:

* Est imado a partir de la resistencia a tensión i ndirecta medida a partir de corazones de 1 5 cm (6 pu lgadas) de diámetro, ta l como se descr ibe en el Paso 5.

* Estimado a partir de E ver ificado de la losa, usando la s igu iente ecuación:

Mr � 43.5 [ 1�6] + 488 .5

en donde

Mr = módulo de ruptura, psi

Ec 1 1 . 1 6

E = Módu lo e lástico verificado, de la losa de concreto, psi

Para de concreto, Mr se puede determi nar a partir de los va lores E verificados ún icamente en puntos que no tienen gr ietas dentro de las superficies deformadas por deflexión.

Módulo elástico de losa PCP existente

Este va lor estará determinado por a lguno de los siguientes métodos:

* Verificado a partir de las mediciones de deflexión, tal como se describe en el Paso 4.

* Estimado a partir de la resistencia a tensión indi recta.

1 89

Capítulo 1 1 Rehabilitación de pavimentos por medio d e sobrecarpetas

Tabla 1 1 . 1 2 ho'a de traba'o ara la Determinación de Df ara PCCP, PCCP V R , PCCR

LOSA

Espesor de losa de concreto existente _____ cm

Tipo de sistema de transferencia de carga: dispositivo mecánico, fricción por agregado, PCCR

Tipo de acotamientos = de concreto, con varillas de sujeción, otros

Módulo de ruptura del concreto (típicamente 42 a 56 kg/cm2

)

Módulo E de PCC (2. 1 a 5.6 kg/cm2

para PCC sin daños, < 2.1 kg/cm2

para PCC dañados)

Factor de transferencia de carga J (3.2 a 4.0 para PCCP, PCCP y R 2.2 a 2.6 para PCCR)

____ (kg/cm2

)

____ (kg/cm2

)

TRAFICO

ESALs de 1 8 kip futuros en carril de diseño por el periodo de diseño (Nt) SOPORTE V DRENAJE

Valor k dinámico efectivo

Valor k estático efectivo = Valor k dinámico efectivo/2 (típicamente 1 .4 a 1 4 kg/cm2/cm)

Coeficiente de subdrenaje, Cd (típicamente 1 .0 para condiciones pobres de subdrenaje)

____ (kg/cm2/cm)

____ (kg/cm2/cm)

PERDIDA DE SERVICIABILIDAD

Pérdida PSI de diseño (P1 -P2)

CONFIABILIDAD

Confiabilidad de diseño, R (80 a 99%)

Desviación estándar total, So (típicament 0.39)

_____ 0/o

CAPACIDAD ESTRUCTURAL FUTURA

El espesor de losa requerido para tráfico futuro se determina a partir de la ecuación de diseño para paviemtno rígido o Ose nomograma presentado en el capítulo 9. (ecuación de la AASHTO)

Df = cm

Pérdida de soporte de la losa existente

Las esqu inas de losas que presentan pérd ida de soporte se pueden identificar usando las pruebas de deflexión FWD tal como se descr ibe en la l i teratura 1 1 . La pérd ida de soporte de PCCR se puede determ i nar graficando un perfi l de deflexión de borde de losa o de rodada, e identificando las zonas de pavimento con deflexiones sign ificativamente a l tas. La pérd ida de apoyo existente se puede mejorar con estabi l ización de la losa. Para e l d iseño de espesor, normalmente se supone una losa completamente soportada LS = O.

Confiabilidad del diseño de la sobrecarpeta, R (%) Véase el capítu lo 9 .

Desviación estándar total (So) para pavimento rígido

Véase el capítu lo 9 .

Capacidad de subdrenaje de losa existente

Después de haber l levado a cabo las mejoras en el subdre­naje, se puede proponer un va lor de Cd, conforme a los l i neamientos segu idos en el capítu lo 9 . E l bombeo o las fa l las en las j untas y grietas observados en el Paso 3 son una evidencia de que existe un problema en el subdrenaje.

1 90

Al seleccionar este va lor, nótese que las cond iciones pobres del subsuelo en la Prueba de Carreteras AASHTO se caracteri­zaban con un Cd igual a 1 .0 . Terminado lo anter ior :

* Calcu le Df para los datos de d i seño anteriores, usando la ecuación de d iseño de pavimento r ígido o el nomo­grama presentado en el cap. 9 . Al d i señar u n espesor de sobrecarpeta para una sección de pavimento un iforme, se debe usar valores de entrada promed io. Al d i señar el espesor de una sobrecarpeta para zonas específicas a lo l argo de un proyecto, se deben usar los datos exc lusivos para esas juntas. E n la Tabla 1 1 . 1 2 se proporciona una hoja de trabajo para determ inar Üf. Se proporcionan como gu ía valores típicos de entrada. Los valores que se encuentran fuera de estos rangos se deben usar con pre­caución.

Paso 7: Determinación del espesor efectivo de losa (Der) de un pavimento existente

A conti nuación, se presentan los proced im ientos de levan­tamientos fís icos de las condiciones y el estab lecim iento de la vida remanente, V.R.

Def a partir del levantamiento de las condiciones para pavimentos de concreto hidráulico

E l espesor efectivo de la losa existente (Def) se ca lcula por med io de �a s iguiente ecuación:

Rehabilitación de pavimentos por medio de sobrecarpetas Capítulo 1 1

1 0 .95

0 .9 0 . 85

0. 8 0. 75

� 0 .7 0 .65

0 .6 0 .55

0 . 5 0 .45

0.4

�: . . . . ... . . . . . . . . . . . . . . ,. "' ..... . ........ . . . . . . . . . . ; . . ..................... ; .................... . . . . ; ... . . . . . . . . . . . . . ......... .; .... . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ; ..... .. . . . . . . . ... . . . . . . . ; .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ; ...... . . . . .. . . . ... . . . . . . ; ........................ ;. ...

.

·

.

························�·······················• ��

o 20 40 60 80 1 00 1 20 1 40 1 60 1 80 200 Juntas Transversales deterioradas y agrietamientos I mi l las

Figura 1 1 . 1 8 Factor de Ajuste fjc.

Def = Fjc * Fdur * Ffat * D Ec. 1 1 . 1 7

en donde

D = espesor de la losa PCP existente, en pu lgadas

Factor de ajuste de juntas y grietas (Fjc)

Este factor aj usta la pérd ida extra en 1 5 1 causada por la reflexión de las gr ietas deter ioradas en los reencarpetados, mismas que son el resu l tado de j untas y gr ietas deterioradas no reparadas, y otras d isconti nu idades presentes en la losa ex is­tente antes de la sobrecarpeta . U na junta o grieta deter iorada en la losa existente se reflejará rápidamente a través de una sobrecarpeta de l t ipo de CA, y contr ibu irá a la pérd ida de serviciabi l idad, por lo tanto, se recomienda que todas las j untas y grietas deter ioradas (pavimentos defectuosos con problemas de grietas d i sti ntas del t ipo "D cracking" o problemas de reactividad de agregado) y cualesqu ier otro ti po de d isconti­nu idades mayores en la losa existente, sean reparadas con PCP a toda la profundidad, con pasajuntas o var i l l as de sujeción antes de la sobrecarpeta, de modo que Fjc = 1 .00.

S i no es pos ib le reparar todas las áreas deter ioradas, para determ i nar Fjc se necesita la s igu iente información, con objeto de i ncrementar el espesor de la sobrecarpeta para tomar en cuenta la pérd ida extra en el índ ice de servicio i n ic ia l , I S I , debido a la reflexión de grietas deterioradas (por carri 1 de diseño) .

* Pavimentos que no -tienen agrietamiento " D " o proble-mas de Reactividad de agregados:

* N úmero de juntas deter ioradas no reparadas/km .

* Número de gr ietas deter ioradas no reparadas/km.

* N úmero de baches no reparados/km .

* N úmero de j untas de expansión, j untas excepcional­mente anchas ( 1 pu lgada) y bacheas de CA a todo lo ancho y a toda profund idad del carr i l/km .

Nótese que no se incl uyen l a s grietas cerradas que puedan mantenerse juntas por refuerzo en J RCP o PCCR. Sin embargo, si una grieta en PCCPyR o PCCR está asti 1 l ada y t iene fal las, probablemente e l acero ha fa l lado y la gr ieta deba ser conside­rada como activa. E l asti l lamiento superfic ia l de gr ietas PCCR no ind ica necesariamente que la gr ieta se esté agrandando. Se usa e l número total de juntas, gr ietas, baches y otras d isconti­nu idades deterioradas no reparadas por k i lómetro (o m i l la) para determinar e l Fjc a partir de la F ig. 1 1 . 1 8 .

Pavimentos con problemas de durabi l idad (" D cracking") o deterioro por agregados reactivos

Los pavimentos pueden estar sujetos a deter ioros en las juntas y gr ietas por prob lemas de durab i l idad. E l factor Fdur se usa para ajustar el espesor total y así resolver este problema. Por lo tantG, cuando éste sea e l caso, e l F¡c se debe determ inar

1 91

Capítulo 1 1 Rehabilitación de pavimentos por medio de sobrecarpetas

Tabla 1 1 .1 3 Cálculo de Def ara sobrecar eta de concreto adheridads a PCCP, PCCP Y R , PCCR

Método del estado físico actual

Fjc Número de juntas deterioradas no reparadas/milla

Número de grietas deterioradas no reparadas/milla

Número de baches no reparados/milla

Número de juntas de expansión, juntas excepcionalmente anchas, ( > 1 pulg. ) o baches = ___ _

de gran profundidad/milla

Total / mil la

Fjc = (figura 1 1 . 1 8) (Valor recomendado 1 .0 reparar todas las áreas deterioradas)

Fdur 1 .00: No hay signos de problemas de durabilidad en el concreto existente

0.96-0.99: Existe algún agrietamiento de durabilidad pero no existe descascaramiento

0.88-0.95: Existe agrietamiento y descascaramiento

Fdur= ___ _

Ftat 0 .97-1 .00: Existen muy pocas grietas transversales / baches

0.94-0.96: Existe un número significativo de agrietamiento transversal / baches

0.90-0.93: Existe una gran cantidad de agrietamiento transversal / baches

Ffat = ___ _

Deff = Fjc * Fdyr * Ffat * D = ___ _

Método de Vida Remanente

Np = ESAL's pasados de carril de diseño

N1 .5 = ESA's de carril de diseño a P2 de 1 .5

RL = 1 00 [ 1 - (:.e5 ] = ----

CF = (Figura 1 1 .8)

Deff = CF * D =

a partir de la F ig. 1 1 . 1 8, usando ún icamente las juntas y gr ietas deter ioradas no reparadas que no son causadas por prob lemas de durabi l idad . S i todas las j untas y grietas deter ioradas están asti l ladas debido a "D cracki ng" o por agregados reactivos, entonces F¡c = 1 .0. Esto evitará que se ajuste dos veces con los factores F¡c y Fdur .

Factor de ajuste de durabilidad (Fdur)

Este factor aj usta una pérd ida extra en los índ ices de servicio de la sobrecarpeta cuando la losa existente tiene problemas de durabi l idad como los ocasionados por cic los de h ie lo y desh ie­lo ( "D cracking"), o por agregados reactivos. Usando los datos del levantamiento fís ico de las condiciones del Paso 3, Fdur se asigna como s igue:

1 .00

0.96 - 0.99

0.80 - 0.95

1 92

Ningún signo de problemas de durabi lidad en PCP.

Existe agrietamiento por durabi l idad, pero no astillamiento.

Existe agrietamiento y astillamiento (normalmente no se recomienda una sobrecarpeta de concreto adherida en estas condiciones).

= ----

Factor de ajuste de daño por fatiga (FraJ

Este factor aj usta el daño por fatiga que pud iera ex istir en la losa. Se determ ina observando el grado de agr ietamiento transversal (PCCP, PCSP, PCCPy R) o l os baches en pav imentos del t ipo PCCR que pueden ser causados pr i nc ipa lmente por cargas repetidas.

Para determinar este coeficiente, se hecha mano de los datos del levantamiento fís ico de l Paso 3 y las s iguientes pautas para estimar Ffat para e l carr i l de d iseño.

0.97 - t .00: Existen pocas grietas transversales y baches (ninguno causado por agrietamiento "D" o anomal ías por agregado reactivo)

En PCCP y PCSP: < 5% de las losas tienen g rietas

En PCCP y R

En PCCR:

< 1 6 grietas en formación por Km

< 3 baches por Km

0.94 - 0.96: Existe un número significativo de g rietas transversa­les/baches (ninguno causado por "D cracking" o por daños causa­dos por agregado reactivo)

PCCP y PCSP : 5-1 5% de las losas tienen g rietas

PCCP y R :

PCCR:

1 6 - 47 grietas funcionales por km

3 - 8 baches por km

Rehabilitación de pavimentos por medio de sobrecarpetas

0.90 - 0.93: Existe un gran número de grietas transversales/baches (ninguno causado por "D cracking" o anomal ías por agregado reactivo)

PCCP y PCSP > 1 5% de las losas están agrietadas

,PCCP y R :

' PCCR:

> 47 grietas por km

> 2 baches por km

Per a partir de la vida remanente ipara pavimentos PCP

La vida remanente de l pavimento está dada por la s iguiente ¡ecuación :

V . R � 1 00 [ 1 - (�P5 ) ] Ec. 1 1 . 1 8

E n donde

RL = vida remanente, %

N p = tráns i to tota l hasta ahora, ESALs

N 1 . 5 = tráns i to tota l hasta la "fa l la" del pav imento, ESALs

N 1 . 5 se puede estimar usando las ecuaciones para d iseño de pavimentos nuevos o el nomograma del capítu lo 9. Para ser cons istente con la Prueba de Carreteras AASHTO y el desarro­l lo de estas ecuaciones, se recomienda considerar la "fa l la" cuando e l índ i ce de servic io presente, I SP, sea igual a 1 . 5 y tenga una confiabi l idad de l 50 % . Def se determ ina por med io de la s iguiente ecuación:

Def = CF * D Ec. 1 1 . 1 9

en donde

CF = factor de cond ición determ inado por la F ig. 1 1 . 8

D = espesor de la losa existente, pu lgadas

Se debe tomar en cuenta que el Def determinado por este método no refleja n i ngún benefici9 por la reparación previa para el reencarpetado. Por eso, la estimación de Def obten ida se debe considerar como un l ím ite i nfer ior . E l Def del pavimen­to será más a l to si se real izan reparaciones pre l im inares de los daños asociados a l as cargas. En la Tabla 1 1 . 1 3 se proporciona una hoja de trabajo para la determi nación de Def para PCCP, PCSP, PCCyR y PCCR.

Paso 8: Determinación del espesor de la sobrecarpeta

E l espesor de la sobrecarpeta de concreto adherida se ca lcu la como se i nd ica a conti nuación :

Dsc = 0f - Def

en donde

Dsc = Espesor requer ido de la sobrecarpeta PCP adherida, en cm (o pu lgadas)

Capítulo 1 1

0f = Espesor d e losa determ inado e n e l Paso 6, cm (pulgadas)

Def = Espesor efectivo de losa ex istente determ inado en el Paso 7, cm (pulgadas)

E l espesor de la sobrecarpeta determ i nado a part ir de la re lación anter ior debe ser razonab le cuando se req u iera sobrecarpetas para correg i r u na deficiencia estructura l (véa­se la Sección 1 1 . 1 6 para u na d i scus ión de l os factores que pueden dar como resu l tado espesores de sobrecarpetas no razonab les) .

1 1 .20.6. Acotamientos

Véase la Sección 1 1 . 1 5 para pautas genera les.

1 1 .20.7. Juntas

PCSP, PCCP, PCCPyR y PCCR existentes

Las juntas transversales y longitud ina les se deben cortar con disco completamer.ite a través del espesor de la sobrecarpeta (más una profund idad de 1 .2 5 cm) tan pronto como lo permita el curado después de la colocación de la sobrecarpeta. Si no se rea l iza e l corte de las juntas inmed iatamente después de la co locación, puede haber un rompim iento de la l iga o adhesión, lo que puede generar agrietamiento en las j untas, en cuyo caso no se debe co locar pasajuntas o acero de refuerzo. Se debe aserrar una caja o ranura apropiados para el sel lo y procederá a co locar un sel lador tan pronto como sea pos ib le .

PCCR existente

En pavimentos existentes del t ipo conti nuamente reforzado no se requ iere cortar las juntas transversales en la sobrecarpeta adherida. Asimismo, en donde se haya uti l izado el bacheo a toda profundidad con concreto reforzado y sujetado con var i­l las son necesarias las j untas transversa les para las j untas extremas. Las juntas longitud inales se deben aserrar de la m isma manera que para PCSJ, PCCP y PCCPyR.

1 1 .20.8 Procedimientos de adhesión y materiales

E l comportamiento exitoso de la sobrecarpeta tota lmente adherida depende de una l iga confiable con la superficie existente . A continuación se proporcionan las s iguientes reco­mendaciones:

* La superficie existente se debe l impiar y se le debe dar rugosidad a través de un proceso mecánico que remueva una capa delgada de concreto pero que no dañe (agriete) la superficie. El si stema más usado es el de ch iflón con perd igones, aunque también se ha uti l izado el fresado en frío; s in embargo, éste dañar la superfic ie y entonces se requ iere un chifloneo poster ior con arena para remo­ver las partícu las sueltas.

1 93

Capítulo 1 1

* U n agente adherente para lograr una adherencia más confiable. Para este propósito se han uti l izado con éxito agua, cemento y mortero de arena, lechada de agua y cemento, y epóxicos de baja viscosidad. En a lgunos casos se ha tenido éxito con sobrecarpetas adheridas constru idas s in un agente adherente.

1 1 .20. 9. Ensanches

Véase la Sección 1 1 . 1 5 para pautas genera les.

1 1 .2 1 SOBRECARPETAS NO ADH ERI DAS DE CCP, CSP Y CCR , DE CCP, CSP , CCR

Para mejorar tanto la capacidad estructural como la condi­ción funcional , se puede colocar una sobrecarpeta no adherida con pasajuntas con o sin refuerzo, PCP o CCP y R, y también del t ipo cont inuamente reforzado, CCR, de un PCP, PCPyR, y PCCR existente, o un pavimento compuesto (CNPCP) . Para constru i r una sobrecarpeta de concreto no adherida se requ ie­ren las s iguientes tareas previas:

* La reparac ión de ún icamente las áreas muy deter iora­das y e l mejoram iento de l sub-drenaje (si fuera nece­sar io)

* Ampl iación o de la construcción (si fuera necesar io)

* Colocación de una capa de separación (esta capa puede servir también como una capa de n ive lación)

* Colocación de la sobrecarpeta de concreto

* Aserrado y sel lado de las juntas

1 1 .2 1 . 1 Viabi l idad

Un sobrecarpetas no adherida es una a l ternativa de rehabi­l itación viable para pavimentos de concreto de cemento port-

Rehabilitación de pavimentos.por medio de sobrecarpetas

land y para práct icamente todas las condic iones. Son más rentables cuando el pavimento existente está severamente deter iorado, pues habrá relativamente poca necesidad de re­paraciones previas a la colocación de sobrecarpetas. Las con­d iciones bajo las cuales no ser ía v iable una sobrecarpeta de concreto no adherida i ncl uyen:

* E l grado de deterioro por agr ietamiento de la losa y e l asti l lam iento de las j untas no es tan grande y otras a l ternativas resu l tarían mucho más económicas.

* El espacio l i bre vertical en los puentes es i nadecuado para el espesor requer ido de la sobrecarpeta. Esto se puede resolver reconstruyendo e l pav imento por debajo de los puentes o e levándolos. Las sobrecarpetas no adheridas más gruesas también podrían neces i tar la co­locación de seña les y pasamanos ad ic ionales, así como e l incremento de las pendientes latera l es y una extensión de las a lcantar i l las, en caso de haber las. Se debe d ispo­ner de sufic iente derecho de v ía para perm it i r estas actividades.

* El pavimento existente es suscepti b le de sufr i r levanta­m ientos y/o asentamientos grandes.

S i la duración de la construcción t iene importancia cr ítica, las sobrecarpetas PCP pueden uti l izar mezclas de a l ta resisten­cia temprana. Existen test imon ios en donde las sobrecarpetas de concreto se han abierto en un térmi no de 6 a 24 horas después de la colocaeión cuando se ha usado estas mezclas.

1 1 .2 1 .2 Reparaciones previas a la sobrecarpeta

Una ventaja importante de las sobrecarpetas no adher idas es que la cantidad de reparaciones a l pavimento existente se reduce substancialmente. S i n embargo, las sobrecarpetas no adheridas no pretenden un i r áreas loca l i zadas de soporte no un iforme.

Se debe reparar los ti pos de daños l i stados en tab la 1 1 . 1 2, mostrada más adelante, antes de co locar este t ipo de sobrecar-

Tabla 1 1 .1 4 Ti o de daño re aración revia

Tipo de daño Tioo de sobrecarpetas Reoaración

Grieta en formación PCSP PCCP PCCPvR. v No se necesita reparación

PCCR Reparación a toda profundidad con pasaji.mtas si la deflexión diferencial es sianificativa

Bache PCSP PCCP PCCPyR y PCCR Reparación a sección completa

Junta astillada PCSP. PCCP. PCCPvR No se reouiere reparación

PCCR Reparac ión a toda p rofu n d idad d e j u ntas seve ramente deterioradas

Bombeo PCSP, PCCP, PCCPvR y PCCR Drenajes laterales (si fuera necesario)

Asentamiento PCSP PCCP, PCCPyR y PCCR Nivelación con CA

Transferencia de carga pobre PCSP, PCCP, PCCPyR y PCCR No se requiere reparación; si el pavimento tiene juntas o g rietas junta/grieta con t ransferencia de carga pobre , considere una capa de

separación CA más aruesa

1 94

Rehabilitación de pavimentos por medio de sobrecarpetas

peta a fi n de evitar la reflex ión de gr ietas que puedan reducir su vida de servic io.

Otras formas de tratamiento previo para pavimentos muy deteriorados i ncl uyen fractura de la losa (rompimiento/asenta­miento, grieta/asentam iento o uti l ización de grava) de concreto existente antes de la colocación de la capa de separación. La fractura y el asentam iento de la losa existente puede propor­cionar un soporte más un iforme para las sobrecarpetas por colocar .

1 1 .2 1 .3 Control de reflexión de grietas

Normalmente cuando se usa una capa de separación de carpeta asfá l t ica, CA, de 2 . 5 cm a 5 cm, no debe existir n i ngún prob lema con la reflexión de gr ietas a través de una sobrecar­peta no adher ida. S i n embargo, este espesor de la capa de separación puede no ser adecuada para una sobrecarpeta no adherida cuando e l pav imento existente tiene transferencia de carga pobre y deflexiones d iferencia les a l tas a través de las gr ietas transversa les y las j untas.

1 1 .2 1 .4 Subdrenaje

Véase la Sección 1 1 . 7 para sugerencias genera les

1 1 .2 1 .5 Diseño del espesor

E l espesor necesario de la sobrecarpeta no adherida es una

, función de la capacidad estructura l requerida para cumpl i r con 1 demandas futuras de tráns i to y la capacidad estructural del

pavimento existente. E l espesor requerido de la sobrecarpeta que i ncremente su capacidad estructural a fi n de que pueda soportar e l tráns i to futuro, está determinado por la s iguiente ecuación.

Dsc = ...Jof 2 - Üef 2 Ec. 1 1 .20

en donde

Dsc = Espesor requer ido de la sobrecarpeta PCP no adhe­rida (en cm).

Df = Espesor de la losa para soportar e l tránsito futuro (en cm) .

Def = Espesor efectivo de la losa existente (en cm) .

En nuestro med io se han constru ido exitosamente sobrecar­petas de concreto no adheridas tan delgados de hasta 5 cm, sobre todo en via l idades urbanas y tan gruesos de hasta 30 cm o más. Para pavimentos de carreteras son típ icos aque l los espesores de sobrecarpetas no adheridas en el rango de 1 8 cm a 25 cm.

E l espesor requerido de la sobrecarpeta se puede determ i­nar a través de los s iguientes pasos de d i seño, los cua les constituyen un amp l io método que recomienda ensayes sobre el pavimento para obtener datos vá l idos de d i seño. Si no es

Capítulo 1 1

pos ib le rea l izar estas pruebas, s e puede desarrol lar un d iseño aprox imado de d i seño con base en las observaciones de los daños vis ib les, saltándose los Pasos 4 y 5, y est imando otros datos.

Se puede hacer e l d i seño de la sobrecarpeta para una sección un iforme o en una base de zonas puntuales, ta l como se descr ibe en la Sección 1 1 .8 . 1 .

Paso 1: Diseño de pavimento existente

Primeramente se caracterizarán los s iguientes aspectos:

* Espesor de losa existente.

* Tipo de transferencia de carga (pasajuntas, fr icción por agregado, PCCR).

* Tipo de acotamiento (con var i l las de sujeción, PCP, otros).

Paso 2: Análisis de tránsito

* ESAL's de 8 .2 ton ( 1 8 k ips) acumu lativos que han pasado en el carr i l de d i seño (Np), para usarse en la determ ina­ción de Def del método de la vida remanente, V.R. , ún icamente.

* ESAL's de 8 .2 ton ( 1 8 k ips) futuros pronosticados en el carr i l de d i seño durante e l per íodo de d i seño (Nf)

Paso 3: Levantamiento físico de las condiciones actuales

Los s iguientes daños se m iden mediante la eval uación ocu lar y e l registro de daños para PCSP, PCCP, PCCPyR y PCCR. Para estimar estas cantidades en el carr i l de tránsito más pesado se puede usar e l muestreo a lo largo del proyecto. Los ti pos y sever idades de los daños se defi nen en las referencias ( 1 2 ) 1 2 . Deteriorado significa severidad med ia o mayor.

PCCP, PCSP/ PCCyR

* N úmero de j untas transversales deter ioradas por km.

* Número de grietas transversa les deter ioradas por km.

* Número de juntas de expansión existentes, j untas excep-cionalmente anchas ( 2 . 5 cm) o bacheas CA a todo lo ancho y profund idad del carr i l .

* Presencia y sever idad genera l de problemas de durabi l i­dad en pavimentos de concreto.

* Problemas de durabi l idad ( "O cracki ng"): baja severi­dad (grietas ún icamente), severidad med ia (a lgo de asti l lamiento), a l ta severidad (asti l lamiento severo) .

* Agrietamiento por reactividad de agregados: severidad baja, media y a l ta.

* Evidencia de fa l las, bombeo de fi nos o agua en las j untas, grietas y en la ori l la del pavimento.

1 95

Capítulo 1 1

PCCR

* N úmero de baches por km.

* N úmero de grietas transversales deter ioradas por km, número de juntas de expansión existentes, j untas excep­cional mente anchas (2 . 5 cm) o bacheas de CA a todo lo ancho y profundidad del carr i l .

* N úmero de reparaciones existentes y nuevas previas a l sobrecarpetas, por km .

* Presencia y severidad general de problemas de durabi 1 i­d ad PCP (NOTA: el asti l lam iento superficial de grietas muy cerradas en donde el PCCR subyacente es fi rme, no se debe considerar como un problema de durabi l idad).

*� Durabi l idad ("D cracki ng"): baja sever idad (gr ietas ún i­camente), severidad med ia (algo de asti l lamiento) , se­veridad a l ta (asti l lam iento severo) .

* Agr ietam iento por agregado reactivo: sever idad baja, media y a l ta.

* Evidencia de bombeo de fi nos o agua

Paso 4: Pruebas de deflexión (recomendadas)

Al d i señar una sobrecarpeta no adherida para PCCP, PCCPyR o PCCR exi stentes, se sugiere segui r l as recomenda­ciones que más adelante se ind ican para las pruebas de defle­xión y determ i nación del valor k estático efectivo. Al diseñar una sobrecarpeta no adherida para CNPCP existente, será necesario determi nar los módu los de elasticidad de las carpetas asfá l t icas en var ios puntos, tomando en cuenta las temperaturas durante la medición, fi nalmente se med i rán deflexiones y se determ inará el va lor k estático efectivo de manera más rea l i sta.

En segu ida se deben med ir las configuraciones de deflexión de la losa en la rodada exterior a lo largo del proyecto a un i nterva lo suficiente para va lorar adecuadamente las cond icio­nes. los i nterva los típicos son de 30 m a 300 m. Se deben med ir las deflexiones con sensores loca l izados a O, 30 cm, 60 cm y 90 cm desde el centro de la carga. Es común el empleo de un aparato para medir deflexiones para carga pesada (ejemplo, e l Deflectómetro de Ca ída o de impu lsos), uti l izando una magn i­tud de carga de 4.2 ton . ASTM D 4694 y D 4695 proporcionan pautas adiciona les sobre las pruebas de deflexión.

Para cada losa probada, ver ifique e l va lor k efectivo usando la F ig. 1 1 . 1 6 o un procedim iento de ver ificación confiable. E l AREA de cada curva deformada por deflexión de l terreno se ca lcu la por med io de la s igu iente ecuación.

en donde

do = deflexión en el centro de la placa de carga, cm

1 96

Rehabilitación de pavimentos por medio de sobrecarpetas

d i = deflexiones a 30 cm, 60 cm, 90 cm, desde e l centro de la p laca, cm.

E l AREA variará típicamente de 29 a 32 para concreto sano

Valor k dinámico efectivo

Al igual q ue en el caso de sobrecarpetas adheridas, recurra a la F ig. 1 1 . 1 6 con do y AREA para determ i nar el valor k d inám ico efectivo debajo de cada losa para un rad io de carga circu lar de 5 .9 pu l!?adas y una magn itud de 9,000 l ibras. Nótese que para cargas de 2 ,000 l ibras más o menos, las deflexiones se pueden esca lar l i nea lmente a deflex iones de 9,000 l i bras.

Si se está d i señando un espesor ún ico de sobrecarpetas para una sección un iforme, ca lcu le e l va lor k d i námico efectivo promed io de las losas probadas en la sección un iforme.

Valor k estático efectivo

Valor k estático efectivo = Va lor k d inám ico efectivo/2

Tal como se menciona en párrafos anteriores, puede ser necesario ajustar el va lor k estático efectivo para tomar en cuenta efectos estacionales usando el método presentado en la Parte 1 1 , Sección 3 .2 . 1 de la mu lticitada gu ía de d iseño de la AASHTO. S in embargo, el valor k puede cambiar substancialmente y tener solo un efecto muy pequeño sobre el espesor de la sobrecarpeta.

Paso S: Obtención de núcleos y pruebas en materiales

Cuando se d i seña una sobrecarpeta no adherida para PCCP, 1 PCSP, PCPyR o PCCR existentes, la obtención de núc leos y las : pruebas de mater ia les de l a losa PCP exi stente no son necesa- , r ios para el d i seño del espesor de la sobrecarpeta. Cuando

·

tenga que d i señarse una sobrecarpeta no adher ida para CNPCP existente, se uti l izará la prueba ASTM D4 1 23, para la determi nación del módu lo CA por med io de la obtención de corazones y ensayes de mater ia les.

Es recomendable ejecutar la prueba a varias temperaturas, a fi n de tener una gráfica en donde se m uestre la variación de E respecto a la temperatura.

Al ternativamente se podrán obtener var ios n úcleos de 1 5 c m d e d iámetro y ensayarlos a la tens ión i nd i recta d e acuerdo a la norma ASTM C 496. De esta manera se conoce la resisten­cia a la tensión i nd i recta. Luego se ap l i cará la ecuación 1 1 . 1 5 para obtener e l Mr.

Paso 6: Determinación del espesor de losa requerido para tránsito futuro (Df)

El módu lo e lástico, el modu lo de ruptura y los datos de transferencia de carga para determ inar Df en e l caso de sobre­carpetas PCP no adheridas de pavimentos de concreto y CNPCP, son representativos de la n ueva sobrecarpeta de concreto h i.dráu l ico que se ha de co locar, más que de la l osa

Rehabilitación de pavimentos por medio de sobrecarpetas

existente. Esto hay que enfatizar lo, ya que son las propiedades ya citadas de la losa de sobrecarpeta las que contro larán el comportam iento de la sobrecarpeta no adherida.

Valor k estático efectivo por debajo del pavimento existente

Este valor puede ser determ inado a partir de uno de los sigu ientes métodos.

* Primero se debe ver ificar e l va lor k d inámico efectivo a partir de las configuraciones de deflexión, ta l como se descr ibe en el Paso 4. D ivida el valor k d i námico efectivo sobre dos para obtener el va lor k estático efectivo. E l valor k estático obtenido puede requer ir ser ajustado para tomar en cuenta los efectos de los cambios de estación durante e l año (véase la Parte 1 1 , Sección 3 .2 . 1 de la gu ía de la AASHTO ya citada) .

* Procédase a rea l izar pruebas de carga de p lacas (ASTM D 1 1 96) después de la remoción de la losa en a lgunos s i tios. Esta a l ternativa puede resu l tar · costosa y requerir de mucho tiempo, por lo que no se usa con frecuencia. El va lor k estático obtenido puede requer ir ser ajustado para tomar en cuenta los cambios de estación, como ya se ha mencionado con anter ioridad .

* Haga estimaciones a part ir de l o s suelos y e l t ipo y espesor de la base, usando la F ig. 9 .2 en el capítulo 9 . Esta a l ternativa es s imple, pero se debe reconocer que e l va lor k estát ico obtenido es só lo una aproximación. Puede ser preciso ajustar e l valor k estático obten ido para tomar en cuenta l os efectos estaciona les.

Pérdida ISP de diseño

Estimar el índ ice de servicio presente I SP, el cual es por defi n ición el índ ice de servicio, i nmed iatamente después de la sobrecarpeta (P 1 ) menos PS I en el momento de la s igu iente rehabi 1 itación (P2)

/, factor de transferencia de carga· para diseño de juntas de la sobrecarpeta PCP no adherida

Véase la sección 1 1 .20 .5 paso 4 .

Módulo de ruptura de PCP para sobrecarpetas PCP no adherida

Módulo elástico de sobrecarpetas PCP no adherida

Pérdida de soporte

U se LS = O para sobrecarpetas PCP no adherida.

Confiabilidad del diseño de sobrecarpetas, R (%) Véase d i scusión y tab la anexas en cap. 9. Se anexa tabla en

e l anexo de figuras.

Capítulo 1 1

Desviación estándar total (So) para pavimento rígido

Véase el cap. 9 . Se anexa tabla con va lores tipo.

Capacidad del subdrenaje de la Josa existente después de las mejoras del subdrenaje, si las hubiera

Véase e l capítu lo 9, así como también la Referencia 1 3 1 3 , para obtener pautas en la determi nación de Cd . E l bombeo y las fa l las en juntas y grietas determ inadas en el paso 3 es una evidencia de que existe un prob lema de subdrenaje. Al selec­cionar este valor, se debe tomar en cuenta que en los tramos experimenta les de la AASHTO e l drenaje pobre estuvo carac­ter izado con un Cd de 1 .0.

Ca lcu le Df para los datos de d i seño anter iores usando la ecuación de d i seño de pavimento r ígido o el nomograma presentado en el cap. 9, que es e l de sol ución en la ecuación de d i seño propuesta para pav imentos r ígidos. En la Tabla 1 1 . 1 5 se proporciona una hoja de trabajo para determ i nar Df.

Paso 7: Determinación del espesor efectivo de una losa (Der) del pavimento existente

Se presentan l os proced i m i entos de i n specci ón ocu lar y l evantam i ento fís i co de l a cond i ción y de l a v ida rema­nente de una losa.

Der a partir del levantamiento físico de las condiciones del camino

E l espesor efectivo (Def) de un pavimento PCP o CNPCP existente se ca lcu la por med io de la s iguiente ecuación :

Def = Fjcu * D Ec. 1 1 .2 1

e n donde

D = espesor de la losa PCP existente (en pu lgadas)

(NOTA: el valor máximo sugerido de D para usarse en el diseño de una sobrecarpeta de concreto no adherida es de 25 cm o 1 O pulgadas aun cuando el D existente sea mayor que 25 cm.)

Fjcu = factor de ajuste para j untas y grietas para sobrecar­petas de concreto no adherida.

Se debe hacer notar que la carpeta asfált ica existente no se toma en cuenta para determinar e l espesor efectivo de la losa de un pavimento compuesto CNPCP existente.

Las eva l uaciones o levantamientos fís icos de las sobrecar­peta de concreto no adherida con j untas, han mostrado muy poca evidencia de reflexión de grietas u otros problemas causados por lél losa existente.

Por lo tanto, no se usan Fdur y Ffat para este tipo de sobrecarpetas de concreto . E l factor Fjcv se modifica para

1 97

Capítulo 1 1 Rehabilitación d e pavimentos por medio d e sobrecarpetas

1 r-____ 0.95 -

0 .9 0.85 · · · · · ·· · · · · · · · · · · · · · · ·

0 .8 0.75

::s C1) 0.7 .....

u. 0 .65

0.6 0 .55

0 .5 0.45 ·············-···········

0 .4 o 20 40 60 80 1 00 1 20 1 40 1 60 1 80 200

J untas transversales y grietas deterioradas /mi l la Figura 1 1 . 1 9 Factor d e ajuste Fjcv, para sobrecarpteas PCSS, PCCP, PCCP Y R y PCCR.

mostrar un efecto reducido de gr ietas y juntas deterioradas en la losa ex istente como se muestra en la F ig. 1 1 . 1 8 .

Factor de ajuste de juntas y grietas (F¡cv)

Este factor hace los ajustes por la pérd ida extra en el I SP causada por reflex ión de gr ietas deterioradas o baches en las sobrecarpetas, que resu l tan de juntas deterioradas, grietas y otras d iscont inu idades no reparadas en la losa ex istente, previo a la construcción de las sobrecarpetas. Se ha observado muy poca pérd ida de ese tipo en I SP para sobrecarpetas no adher i­das del ti po, PCSP o JRCP.

Con objeto de determi nar Fjcu para e l ajuste del espesor de sobrecarpeta se debe conjuntar l a información que a conti nua­ción se consigna, para así compensar la pérd ida extra en e l I SP por reflex ión de gr ietas deter ioradas y que no han s ido repara­das.

* N úmero de juntas no reparadas (km).

* Número de gr ietas no reparadas (km).

* N úmero de juntas de expansión, j untas excepciona lmen­te anchas ( > 2 .5 cm) o bacheos CA a todo lo ancho y profund idad del carr i l (km) .

Se usa el número total de juntas/gr ietas deterioradas no reparadas y otras d isconti nu idades (anteriores a la sobrecarpe­tas) por km, a fi n de determi nar Fjcv a parti r de la F ig. 1 1 . 1 8

1 98

para un tipo dado de sobrecarpetas de concreto. Como una alternativa a !a reparación extensiva a toda profund idad para una sobrecarpeta no adherida que ha de co locarse en un pavimento muy deteriorado, se puede colocar una capa i nter­ca lada más gruesa para tratar de e l im inar cua lqu ier problema de reflexión de gr ietas, de modo que Fjcv sea = 1 .0.

Dera partir de la vida remanente para pavimentos PCP

La vida remar.ente del pavimento está defi n ida por la ecuación 1 1 . 1 8 :

RL � 1 00 [ 1 - �Ps ] en donde

RL = vida remanente, %

Ec. 1 1 .22

Np = tránsito total hasta e l momento de dar l a rehabi l ita­ción, ESAL's

N i . s = tránsito tota l hasta la "fa l la" del pavimento, ESAL's

Se puede estimar N 1 .s usando la ecuación de d i seño de pavimento nuevo o los nomogramas para el caso. Para ser consistentes con la Prueba de Carreteras AASHTO y el desa­rro l lo de estas ecuaciones, se recom ienda un I SP de "fa l la" o rechazo igual a 1 .5 y una confiab i l idad de 50% .

Rehabilitación de pavimentos por medio de sobrecarpetas Capítulo 1 1

Tabla 1 1 . 1 5 H o · a d e traba· o ara l a determinación d e Df ara sobrecar etas d e concreto n o adheridas.

LOSA

Tipo de sistema de transferencia de carga: fricción por agregado. PCCR

Tipo de acotamientos = de concreto con varillas de sujeción, otros

Módulo de ruptura del concreto de la sobrecarpeta no adherida (típicamente de 42 a 56 kg/cm2)

Módulo E de PCC de sobrecarpeta desl igados (2. 1 a 5.6 kg/cm2)

____ (kg/cm2/cm)

____ (kg/cm2/cm)

Factor J de transferencia de carga de la sobrecarpeta no adherida (2.5 a 4.4 para PCC unido, 2.3 a 3.2 = ___ _

para PCCR)

TRAFICO

ESALs futuros de 8.2 ton (1 8 kips) en el carril de diseño por el período de diseño (Nf)

SOPORTE Y DRENAJE

Valor k dinámico efectivo

· Valor k estático efectivo = Valor k dinámico efectivo/ 2 (típicamente 1 .4 a 1 4 kg/cm2/cm)

Coeficiente de subdrenaje, De (típicamente 1 .0 para pobres condiciones de subdrenaje)

PERDIDA DE SERVICIABILIDAD

Pérdida de servicio (P1 -P2), PSI

CONFIABILIDAD

Confiabilidad de diseño, R. (80 a 99%)

Desviación estándar total, So (típicamente 0.39)

CAPACIDAD ESTRUCTURAL FUTURA

El espesor de losa requerido para el tráfico futuro se determina a partir de la ecuación de diseño de pavimento rígido o del nomograma del capítulo 9 (ecuación de la AASHTO, 1 993) ·

Df= cm

Def se determ ina con la s iguiente ecuación:

Def = CF * D

en donde

Ec. 1 1 .2 3

CF = factor de cond ición determinado por la F ig. 1 1 .8

D = espesor de la losa existente, pu lgadas. (NOTA: el valor máximo de D para usarse en el d i seño de una sobrecarpeta de concreto no adherida es de 25 cm, aún cuando el D existente sea mayor a ta l cantidad .

Es importante hacer notar que el Def determ i nado por este método no toma en cuenta n i ngún beneficio debido a una reparación previa del pavimento exi stente antes de la co loca­ción del reencarpetado. La estimación del Def obtenido debe ser, pues, considerado un va lor l ím ite i nfer ior. E l Def del pavimento será más a l to s i se l leva a cabo la reparación previa de los daños asociados con las cargas. También se enfatiza que este método para determ inar Def no es ap l i cable para pavimen­tos CNPCP.

En la Tab la 1 1 . 1 6 se proporciona una hoja de trabajo para la determ i nación de Def.

Paso 8: Determinación del espesor de la sobrecarpeta

E l espesor de la sobrecarpeta PCP no adherida se ca lcu la como sigue:

Dsc = -.Jo f - D �f Ec. 1 1 .24

en donde

Dsc = Espesor requerido de la sobrecarpeta de concreto no adherida, cm

Dí = Espesor de la losa, determinado en el Paso 6, cm

Def = Espesor efectivo de la losa existente, determ i nado en e l Paso 7, cm

El espesor de reencarpetado determ i nado por la re lación anter ior normalmente es adecuado cuando se pretenda corre­gir una deficiencia estructural . Véase la Sección 1 1 . 1 6 para una d iscusión de los factores que pueden dar como resu ltado espesores de sobrecarpetas no razonables.

1 1 .2 1 .6 Acotamientos

Véase la Sección 1 1 .9 para pautas genera les .

1 99

Capítulo 1 1 Rehabilitación de pavimentos por medio de sobrecarpetas

Tabla 1 1 . 1 6 Cálculo de Dett ara Sobrecar etas de concreto no adheridads a PCCP, PCCP Y R , PCCR CA/PCC Método del estado físico actual

Sobrecarpeta PCCP, PCCCP Y R ó PCCR:

Fjcu Número de juntas deterioradas no reparadas/milla

Número de grietas deterioradas no reparadas/milla

Número de baches no reparados/milla

Número de juntas de expansión, juntas excepcionalmente anchas, ( > 1 pulg. ) o bacheo CA de gran profundidad a todo lo ancho del carril / mil la

Total / mil la

Fjcu = ____ (figura 1 1 . 1 9 )

Espesor de Losa Efectivo:

Dett = Fjcu * D = ____ _

NOTAS: D máximo permitido de 25 cm (1 0 pulg) para usarse en el cálculo de Dett en sobrecarpetas no adheridas. La carpeta asfáltica existente se desprecia al calcular Dett para pavimentos CA/PCC al diseñar una sobrecarpeta no adherida.

Método de Vida Remanente

Np = ESAL's pasados de carril de diseño

N1 .s = ESA's de carril de diseño a P2 de 1 .5

VR = 1 00 [ 1 - (:,e5 )] = ___ _

CF = (Figura 1 1 .8)

Dett = CF * D = ____ _

NOTA: D máximo ermitido de 25 cm 1 O ul ara usarse en el cálculo de Deff ara sobrecar etas de concreto no adheridas.

1 1 .2 1 . 7 J untas 1 1 .2 1 . 9 Capa de separación-compensación

Al igual que en el caso de la construcción de pavimento nuevo, se deben proveer juntas transversa les y longitud ina les, excepto en lo que se refiere a las s igu ientes pautas para espaciam iento de juntas en el caso de sobrecarpetas de con­creto. Debido al soporte i nusualmente r ígido por debajo de la losa, es aconsejable l im itar el espaciamiento de juntas a lo siguiente, a fin de contro lar el esfuerzo de a labeo por grad iente térmico:

Espaciam iento máximo de juntas (pies) =

1 . 75 * Espesor de losa (pu lgadas)

Ejemplo: espesor de losa = 8 pu lgadas (20 cm)

espaciamiento de juntas = 8 * 1 . 75 = 1 4 pies (4 .5m)

1 1 .2 1 .8 Refuerzo

Los sobrecarpetas de concreto no adheridas PCCP y PCCR deben contener refuerzo para mantener cerradas las juntas y las grietas. E l d i seño del refuerzo debe seguir las pautas dadas para la construcción de pavimentos nuevos, excepto que el factor de fr icción debe ser a l to (por ejemplo de 2 a 4) debido a la adherencia entre la capa de separación CA y el reencarpe­tado de concreto 1 4 .

200

Se necesita una capa i nterca lada de separación entre la sobrecarpeta PCP no adherida y la losa existente con objeto de ais lar el reencarpetado de las gr ietas y otro t ipo de deter ioro en la losa existente.

E l mater ia l de la capa de separación que más común y exitosamente se ha usado es una mezcla asfá l t ica, co locada con un espesor promed io de 2 . 5 cm. S i se requ iere una n ivelación, también se puede usar la c i tada mezcl a i ntercalada para ese propósito.

A lgunos materia les delgados que se han usado como rom· pedores de adherencia no se han comportado m uy bien. Otras capas delgadas i ncl uyen tratamientos de superfic ia les, lecha· das sel lantes y asfa l to con recubr im iento de arena, para pavi· mentas existentes; estos proced i mientos han evitado gran cantidad de fal las o roturas de la losa.

Para carreteras con un gran vol umen de tránsito se debe considerar el problema potencial de la erosión de la capa separa· dora. Un tratamiento superficial delgado puede erosionarse más rápidamente que una mezcla asfá ltica. No existe razón para no uti l izar una capa intercalada granular, permeable de estructura abierta, a condición de que se diseñe un sistema de drenaje que colecte el agua de esta capa. Este t ipo de i ntercapa debe propor­cionar un excelente control de reflexión de grietas y evitar el bombeo y la erosión de la capa de compensación.

Rehabi litación de pavimentos por medio de sobrecarpetas

1 1.2 1. 10 Ensanche

Véase la Sección 1 1 . 1 5 respecto a pautas genera les.

1 1 .22 SOB RECARPETAS PCCP, PCSP, PCCPYR ,Y PCCR SOBRE U N PAVIMENTO ASFALTICO "Whitetopping"

Desde hace a lgunos años s e h a venido construyendo en diferentes países sobrecarpetas de l t ipo PCCP, PCSP, PCCPyR y PCCR sobre un pavimento CA para mejorar tanto la capaci­dad estructura l , así como las condic iones funcionales. Este tipo de sobrecarpetas consiste de la siguiente secuencia constructiva:

* Reparación de áreas deterioradas y real ización de mejo­ras en el subdrenaje (si así se requ iere) .

* Ampl iación de la superfic ie de construcción (si fuese necesario) .

* Fresado de la superficie existente en caso de existir d istor­siones importantes o bombeo superficial i nadecuado.

* Colocación de una capa de n ivelación CA (si fuera necesario) .

* Colocación de la sobrecarpeta de concreto.

* Aserrado y se l lado de juntas.

1 1 .2 2 . 1 Viabi l idad

U na sobrecarpeta de concreto es una alternativa viable de rehab i l i tación para pav imentos de flexib les para prácticamente todas las cond ic iones. Son más rentables cuando el pavimento existente está ser iamente deter iorado.

Las condiciones bajo las cua les no ser ía viable este tipo de reencarpetado i ncl uyen :

* E l grado de deter ioro no es tan grande y otras alternativas serían mucho más económicas.

* El gá l i bo en puentes es i nadecuado para e l espesor requerido de la sobrecarpeta. Esto se puede so l ucionar reconstruyendo el pav imento debajo de los puentes o e levándolos. Las sobrecarpetas de concreto más gruesas pueden requer i r seña lam ientos y pasamanos ad iciona­les, así como también i ncrementar los bombeos superfi­c ia les y extender o ampl iar las a lcantar i l las en caso de que las haya. Se debe d i sponer de suficiente derecho de vía para perm it i r estas actividades.

* El pavimento existente es susceptib le de grandes movi­m ientos vert ica les y asentam ientos.

S i la duración de la construcción tiene importancia cr ít ica, las sobrecarpetas de concreto pueden uti l izar mezclas de alta

Capítulo 1 1

res istencia temprana. Este ti po d e sobrecarpetas, e n las que se ha usado las mezclas ya citadas, han sido abiertas al tránsito en un per íodo de 6 a 24 horas después de su colocación.

1 1 .22 .2 Reparaciones p rel iminares

Una ventaja importante de las rehab i l i taciones de superfi­c ies asfá l t icas por med io de sobrecarpetas PCCP, PCSP, PCCPyR , Y PCCR es que la cantidad de reparación requerida para e l pavimento existente se reduce de manera importante.

S i n embargo, antes de la co locación de la sobrecarpeta se debe reparar los s iguientes ti pos de daños (enumerados en la tabla 1 1 . 1 7), a fin de evitar gr ietas por reflexión que puedan reducir su vida de serv icio.

1 1 .22.3. Control de reflexión de grietas

Las reflexión de gr ietas genera lmente no son un prob lema para sobrecarpetas PCCP, PCSP, PCCPyR Y PCCR de una sobrecarpeta CA.

S in embargo, s i el pavimento flex ib le existente tiene gr ietas transversa les por temperatura y que sean severas, podría ser recomendable colocar algún t ipo de capa de separación sobre las gr ietas transversa les para reducir el potencial de agrieta­m iento por reflex ión.

Tabla 1 1 . 1 7

Tipo d e daño Tipo de

Tipo de Reparación sobrecaroetas

Agrietamiento PCCP, PCSP, No se necesita reparación de cocodrilo. PCCPyR, PCCR áreas bacheadas en zonas

de deflexiones altas.

Grietas PCCP, PCSP, No se necesita reparación. transversales. PCCPvR PCCR

Bombeo, PCCP, PCSP, Drenajes laterales (s i fuera desgaste PCCPyR, PCCR necesario). de capa. Quitar la capa desgastada si

es severa.

Asentamiento/ PCCP, PCSP, Nivelación con mezcla asfál-levantamiento. PCCPvR, PCCR ti ca.

1 1 .22.4 Subdrenaje

Véase la Sección 1 1 . 7 respecto a pautas

1 1 .22 .5 Diseño del espesor

E l espesor requerido de la sobrecarpeta de concreto es una función de la capacidad estructura l requerida para hacer frente a la demanda futura de tránsito y al soporte proporcionado por el pavimento CA subyacente. E l espesor requerido de la sobre­carpeta para incrementar la capacidad estructura l para soportar el tránsito futuro se determina por la s iguiente ecuación.

Dsc = Üf. Ec. 1 1 .25

201

Capítulo 1 1

en donde

Dsc = espesor requerido de la sobrecarpeta de concreto, cm

Dí = espesor de la losa para soportar e l tránsito futuro, cm

En nuestro pa ís se tienen buenas experiencias con sobre­carpetas de concreto no adheridas sobre pavimentos asfá l ti cos tan delgadas de hasta de 1 2 . 5 cm y tan gruesas como de 30 cm o más. En México, para la mayoría de las sobrecarpetas en pavimentos carreteros los espesores típicos han sido del rango de 1 8 a 28 cm.

E l espesor requer ido de la sobrecarpeta se puede deter­m i nar a través de la secuencia de d i seño que abajo se deta l l a . E stos pasos de d i seño proporcionan un método ampl io que recom iendan ensayes d i rectamente sobre e l pav imento ex i s­tente, a fi n de obtener i nformación lo más representativa pos ib le para e l proyecto.

S i no es pos ib le l levar a cabo estas pruebas, se puede desarro l lar un d i seño aproximado de la sobrecarpeta basándo­se en las observaciones vis i bles de daños, omitiendo los Pasos 4 y 5 y es ti mando otros parámetros.

Se puede hacer e l d i seño de la sobrecarpeta para una sección un iforme de acuerdo con el método de zonas puntua­les, ta l como se descr ibe en la Sección 1 1 . 1 8 . 1

Paso 1 : Diseño de pavimento existente

Tipo de mater ia l existente y espesores de sobrecarpetas

Paso 2: Análisis de tránsito

ESAL's de 8 . 2 ton ( 1 8 k ips ) futuros pronosticados en e l carr i l de d i seño para e l per íodo de d i seño (Nf) .

Paso 3: Levantamiento físico de las condiciones actuales

No se requ iere u n levantam iento deta l lado de la cond i­ción de l daño.

Sólo es necesario uno más genera l que identifique cua lqu ie­ra de los s iguientes daños que pueden afectar el comportam ien­to de una sobrecarpeta de concreto h idráu l i co.

202

* Levan ta m i e n tos y expa n s i ones d e l a s capas d e apoyo

* S ignos de desgaste de la capa de concreto asfált ico. Esto podría convertirse en a lgo más serio bajo una sobrecar­peta de concreto.

* Grietas transversa les importantes que, s in una nueva capa de separación, se puedan reflejar a través de la nueva sobrecarpeta.

Rehabilitación de pavimentos por medio de sobrecarpetas

Paso 4: Pruebas de deflexión (muy recomendadas)

Resu l ta conveniente med ir las configuraciones deformadas por deflexión en la rodada exter ior a lo largo de l proyecto, a un i nterva lo sufic iente para va lorar adecuadamente el estado fís ico. Los i nterva los típicos están en el rango de 30 a 300 m.

Se recomienda un aparato de deflexión para carga pesada (por ej . e l Deftectómetro de Caída o de l t ipo de impulso existente) en el mercado y una magn itud de carga de 9,000 l i bras. Las normas ASTM D 4694 y D 4695 proporcionan pautas ad icionales sobre pruebas de deflexión in situ. Estas ú l timas se deben med ir en e l centro de la carga, y, por lo menos, a otra d istancia respecto al punto de carga.

Para cada punto de ensaye, determ inar de manera ind irecta el módu lo de resi l iencia (Mr) y el módu lo efectivo de l conjunto de pavimento (Ep) de acuerdo con l os proced im ientos descrítos en la gu ía de d iseño para rehabi l i taciones con concreto asfál­tico de la ASSHTO.

Valor k dinámico efectivo

Est ime el va lor k d i nám ico efectivo a part i r de la F ig. 9.2, en el capítu l o 9 (tomado de la gu ía de D i seño de la AASHTO, 1 993) , usando el módu l o de resi l ienc ia de la capa de apoyo (MR) , e l mód u lo e lást ico efectivo de las capas de pavimento (Ep) y el espesor tota l de las capas de l pav imento por encima de la subrasante (D) . Es necesar i o i n si st i r q ue el módu lo de res i l iencia usado para estimar el va lor k d i nám i co efectivo no se debe aj ustar por e l factor C (0 . 3 3 , por ejemp lo) que corresponde al momento de estab lecer el mód u lo de resis­tenc ia de d iseño para sobrecarpetas asfá l t i cas en pavimentos flex ib l es ex i stentes .

S i se está d i señando un espesor ún ico de sobrecarpetas para una sección un i forme, calcu le e l va lor k d i nám ico efectivo promed io de la sección un iforme.

Paso 5: Obtención de núcleos y prueba de materiales

A menos de que exista a lguna condic ión i nusual de daño, no se requ iere la obtención de corazones y n i ensayes de materia les.

Paso 6: Determinación del espesor requerido de losa para tránsito futuro (Df)

Va°Jor k estático efectivo

Se requ iere determ inar este valor en la base de la sobrecar­peta de concreto sobre un pav imento CA existente. Se deter­m ina a parti r de uno de los s igu ientes métodos.

. * Determine e l valor k d i námico efectivo a partir del módu lo de resi l iencia calcu lado i nd irectamente del apo­yo, MR, e l módu lo del pavimento, Ep, y e l espesor del

Rehabilitación de pavimentos por medio de sobrecarpetas Capítulo 1 1

Tabla 1 1 . 1 8 Hoja d e trabajo para la determicación de Df para sobrecarpetas de concreto apl icados a ·

avimentos de concreto asfáltico

LOSA

Tipo de sistema de transferencia de carga: dispositivo mecánico, fricción entre agregado, PCCR

Tipo de acotamientos = de concreto con vari l las de sujeción, otros

Módulo de ruptura del concreto de la sobrecarpeta no adherida (típicamente de 42 a 56 kg/cm2

)

Módulo E de PCC de sobrecarpeta no adherida (2. 1 a 5.6 kg/cm2)

= ____ (kg/cm2/cm)

____ (kg/cm2/cm)

Factor J de transferencia de carga de la sobrecarpeta no adherida (2 .5 a 4.4 para PCC unido, 2.3 a 3.2 = ___ _

para PCCR)

TRAFICO

ESAL8 futuros de 8.2 ton (1 8 kips) en el carril de diseño por el período de diseño (Nf)

SOPORTE Y DRENAJE

Valor k dinámico efectivo

Valor k estático efectivo = Valor k dinámico efectivo/ 2 (típicamente 1 .4 a 1 4 kg/cm2/cm)

Coeficiente de subdrenaje, De (típicamente 1 .0 para pobres condiciones de subdrenaje)

PERDIDA DE SERVICIABILIDAD

Pérdida de diseño (P1 -P2), PSI

CONFIABILIDAD

Confiabilidad de diseño, R. (80 a 99%)

Desviación estándar total , So (típicamente 0.39)

CAPACIDAD ESTRUCTURAL FUTURA

El espesor de losa requerido para el tráfico futuro se determina a partir de la ecuación de diseño de pavimento rígido o del nomograma del capítulo 9 (ecuación de la AASHTO) .

Df= cm

pavimento, D, tal como se descr ibe en el Paso 4 . Divida e l valor k d i námico efectivo entre 2 para obtener e l valor k estático. E l valor k estático puede requer ir ajustes para tomar en cuenta los efectos por cambios estacionales de la resistencia .

* Haga la estimación dé k a parti r de los datos del suelo y los ti pos y espesores de la capa del pavimento, usando la F ig. 9 . 2 . El va lor k estático obtenido podría requerir a lgunos aj ustes para tomar en cuenta efectos por cam­bios de estacionales.

Pérdida del Indice de Servicio Presente, ISP, de diseño

Establecer u n I SP inmed iatamente después de la colocación de la sobrecarpeta (P 1 ) menos ISP en e l momento de la s igu ien­te rehabi 1 i ta.ción (P2) .

J, factor de transferencia de carga para el diseño de juntas de sobrecarpetas PCP (ver Capítulo 9)

Módulo de ruptura de la sobrecarpeta de concreto

Use el módu lo de ruptura determi nado con el ensaye de carga en vigas en e l tercio medio a un promed io a 28 d ías de la sobrecarpeta .

Módulo de elasticidad de sobrecarpetas de concreto

Use un módu lo de elasticidad promed io a los 28 días para la sobrecarpeta.

Pérdida de soporte (ver Capítulo 9)

Confiabilidad del diseño de sobrecarpetas, R (%) (ver Capítulo 9)

Desviación estándar total (So) para pavimento rígido (ver Capítulo 9)

Capacidad de subdrenaje del pavimento existente CA

Estab lecer un va lor del coeficente de drenaje, Cd, después de mejoras en e l subdrenaje, s i las hubiese. Véase Capítu lo 9 para a lgunas pautas en la determi nación de Cd . En la selección de este valor, se debe tener presente que la cond ición de drenaje pobre en la Prueba de Carreteras AASHTO estuvo caracterizada con un Cd de 1 .0. Ver tab la con valores de d iseño en el Capítu lo 9.

Calcu le Df para los datos de d i seño anteriores usando la ecuación de d iseño de pavimento rígido o el nomograma del

203

Capítulo 1 1

cap. 9 ( para la sol ución de la ecuación de la AASHTO) . A l d i señar e l espesor de sobrecarpetas para una sección un i forme de pavimento se deben usar los va lores promed io para los datos de entrada en el nomograma de sol ución.

Al d iseñar e l espesor de una sobrecarpeta para puntos específi cos a lo largo del proyecto se deben usar los datos para d icho punto en particu lar. En la Tabla 1 1 . 1 8 se proporciona una hoja de trabajo para la determ inación de Df.

Paso 7: Determinación del espesor de la sobrecarpeta

E l espesor de la sobrecarpeta de concreto h idráu l i co se ca lcu la como s igue:

Dsc = Üf

E l espesor de la sobrecarpeta determinado a partir de la relación anterior debe ser razonable cuando esta ú ltima se requie­ra para corregir una deficiencia estructura l . Véase la Sección 1 1 . 1 6 para una d iscusión de los factores que pueden dar como resultado espesores no razonables de la sobrecarpeta.

204

Rehabilitación de pavimentos por medio de sobrecarpetas

1 1 .22.6. Acotamientos

Véase la Sección 1 1 .9 para a lgunas recomendaciones.

1 1 .22 .7. Juntas

La junta se debe fabr icar rea l izando cortes completos a través del espesor de la sobrecarpeta, más 1 cm. De profundi­dad . En esta junta no se deben colocar pasaj untas ni vari l l as de sujeción.

Se debe constru ir, as im ismo, la caja se l lante, ta l como se deta l la en capítu los anteriores.

1 1 .22.8. Ampl iación

Véase la Sección 1 1 . 1 5 respecto a pautas.

A continuación se presentan a lgunos ejemp los de ap l ica­ción, con el propósito de i l ustra las secuencias de trabajo y aná l is is .

Rehabilitación de pavimentos por medio de sobrecarpetas

EJ EMPLOS D E APL ICACION Sobrecarpetas desl igadas d e concreto: Sobre concreto existente

Cálculo indirecto de Kef.

dO d30 d60 d90 Radio de la Módulo de reacción efectivo dinámico, Carga milésima milésima milésima milésima Area en rigidez Kdin en lbs pulgadas relativa lk, de pulg. de pulg. de pulg. de pulg.

en pulg. p/8.d0.lk"2 en psi Kdinámico

91 44 3.89 3.37 2 .85 2.4 28.8894601 5 29.61 999977 334.90878 0.981 1 86 328.60772

9088 3.89 3.33 2.81 2 .31 28.50385604 28.40 1 3 1 441 362.03608 0.979825 354.73202

91 04 3.94 3.33 2.81 2.36 28.29441 624 27.7809791 9 374.24064 0.979073 366.40872

9 128 3.94 3.42 2.85 2.4 28.751 26904 29. 17 1 23398 340.31 4 0.980702 333.74656

Promedios= 349.91 61 5

Kestático= 1 7 4.95808

a = 5 .9" ( 1 5 cm) y = 0 .5772 1 6 Espesor de la losa = 8.2" (20 cm)

Tráfico futuro y pavimento existente

Espesor de la losa = 8 .2 " (20 cm) Tráfico en e lcarr i l de d i seño, ESAL's = 1 1 ,000,00

Determinación del espesor requerido, Dsc

Parámetros de d iseño para la nueva sobrecarpeta Módu lo de ruptura de la sobrecarpeta, MR = 700 psi Módu lo de e lasticidad de la sobrecarpeta = 4; 900,000 psi Módu lo efectivo del módu lo de reacción, k ef. = 1 73 psi/i n Cof. de transferencia de cargas, J = 4 Módu lo de ruptura, S 'o = 700 psi P 1 = 4 .5 Ec = 4,900,000 psi P2 = 4 .2 Desviación estándar, So = 0 .35

Pérd ida de soporte = O

(49 kg/cm2) (344,505 kf cm2) (4 .8 kg/cm )

(49 kg/cm2) (344,505 kg/ cm2)

Coef. de drenaje = 1

Capítulo 1 1

Módulo de elasticidad

E, en psi

5.381 1 E+06

4.91 03E+06

4.6431 E+06

5 . 141 5E+06

5 0 1 9 037

E l proceso es el de proponer espesores para d iferentes índices de servic io para obtener ESAL's de d i seño en el futuro: . '

Pro uesto Df, en ul . cm R, % Millones de ESAL'S calculados

9.4

1 0.5

1 1 . 1

1 1 .6

1 2.6

Determinar Def

Proponer:

23.876 50

26.67 80

28.1 94 90

29.464 95

32.004 99

F¡u = 0.94 (para el caso del 1 00% de gr ietas transversales deterioradas) Def = Djcu X D existente = 7 .71 " (20 cm)

Obtención del espesor de sobrecarpeta -V ot - o�, Nivel de confianza % Es esor de sobrecar eta ul .

50 5.38

80 7. 1 3

90 7.99

95 8.67

99 9.97

1 0 972.879

1 1 ,282 235

1 1 .337 203

1 1 .285 326

1 1 ,235,624

Es esor en cm

1 3.67

1 8. 1 1

20.29

22.02

25.32

205

Capítulo 1 1 Rehabilitación d e pavimentos por medio d e sobrecarpetas

Sobrecarpetas l igadas de concreto: Sobre PCCR existente

Cálculo indirecto de Kef.

dO d30 d60 d90 Radio de la Módulo de reacción efectivo dinámico, Carga

milésima milésima milésima milésima Area en rigidez Kdin

en lbs pulgadas relativa lk, de pulg. de pulg. de pulg. de pulg. en pulg. p/8.d0.lk"2 en psi Kdinámico

2000 1 .6 1 .5 1 .4 1 .2 32.250 47;8401 6444 68.27 0.991 627 67.70

2000 1 .4 1 .2 1 . 1 0.9 29.571 32.05852079 1 73.75 0.98351 3 1 70.89

2000 1 .2 1 . 1 1 0.9 31 .500 41 .951 1 41 95 1 1 8.38 0.989525 1 1 7. 1 4

2000 2.3 2 1 .7 1 .3 28.696 28.99449568 1 29.29 0.980506 1 26.77

Promedios = 1 1 8.57

Kestático = 59.29

a = 5 .9" ( 1 5cm) y = 0 . 5 772 1 6 Espesor de la losa = 8 .2" (20 cm)

Tráfico futuro y pavimento existente

Espesor de la losa = 8 .2" (20 cm) Tráfico en e lcarr i l de d i seño, ESAL's = 23,305,980

Determinación del espesor requerido, Dr

Parámetros de d i seño para la nueva sobrecarpeta

Módu lo de ruptura de la sobrecarpeta, S'o = 73 5 psi Módu lo de elasticidad de la sobrecarpeta = 5, 700,000 psi Módu lo efectivo de l módu lo de reacción, k ef. = 60 psi/i n Cof. de transferencia de cargas, J = 2 . 5 P1 = 4 . 5 Ec = 5, 700,000 psi P2 = 4 .2 Desviación estándar, So = 0.39 .

Pérd ida de soporte = O

(52 kg/cm2) (400, 750 k_fcm2) ( 1 . 7 kg/cm )

(400, 750 kg/ cm2)

Coef. de drenaje = 1

Módulo de elasticidad

E, en psi

8.1 242E+06

4. 1 353E+06

8.31 1 9E+06

2.0527E+06

5 656.030

El proceso es el de proponer espesores para d iferentes índ ices de servic io para obtener ESA' I de d iseño en el futuro:

Pro uesto Df, en ul .

8.6

9.7

1 0.3

1 0.8

1 1 .8

Determi nar Def

Proponer: Fjc = 0.95 Ffat = 0.95 Fdur = 1

#

cm

21 .844

24.638

26. 1 62

27.432

29.972

Üef = Fjc X Fdur X Fexistente = 7.22" ( 1 8 . 3 5 cm)

R, %

50

80

90

95

99

Obtención del espesor de sobrecarpeta Dsobrecarga = º' - Üef

Nivel de confianza % Es esor de sobrecar eta ul .

50 1 .38

80 2.48

90 3.08

95 3.58

99 4.58

206

Millones de ESAL'S calculados

22 945 51 0

23,530,930

23 578 01 2

23.375 539

23.049 084

Es esor en cm

3.51

6.30

7.82

9 .09

1 1 .63

Rehabllltaclón de pavimentos por medio de sobrecarpetas

Sobrecarpetas de concreto en pavimentos asfálticos

Información del pavimento existente

Espesor de la carpeta asfá l tica: 5 . 5 ''

Base de piedra triturada: 1 2 "

Sub-base: O

( 1 4cm)

(30 cm)

Capa subrasante: cons iste en l imo arenoso y gravas arenosas

Espesor tota l : 1 7 . 5 " (44cm)

ESAL's futuros: 4,200,000

Obtención de Ep, a partir de deflexiones medidas

1 J 1 - � 1 +

1( � ), J do = 1 . Sp.a. _ _ / (º :J

E p) Ep

Mr 'V 1 + - 'V =-a MR

Dr = 0.0445 (medido) r = 36 (dato)

o = 1 7. 5 "

a = 5 . 9 "

a' = rad io de l área cargada

P = 9000 psi

MR = 1 3 ,483 psi

p = 8 2 . 2 9 78 7 psi Ep

MR = 1 . 256 (propuesto)

Ep = 1 6,934.83 psi

MR;do = 0. 3 6 1 05 36 . 1 04869

do = 1 . 5p.a' [2 .2 1 E -05 + 4.01 8E -05]

do = 1 . Sp.a' [6.23 E -05 ]

MRE*do'

= 0.03 6 1 3 p

A = 1 09 .3588 pu lg2

do = 0.024 1 "

do' = 0.0453 794 pulg

Solución: proponer e l va lor de Ep/MR hasta que el va lor (MR. do/P) con e l ca lcu lado de MR. do/Ep.

ae = -/a2

+ ( D 'J �J Checar que se cumpla r > ae

ae = 1 9 . 78 1 62 r = 3 6

0. 7ae = 1 3 .84 7 1 3 :.

Ut i l izando la figura 9 .2 del capítu lo 9:

Kef d i námico = 780 l b/pu lg2/pu lg

Kef estáti co = 3 90 l b/pu lg2/pu lg

Determinación de Df

(2 . 1 6 kg/cm3)

( 1 0.80 kg/cm3)

Parámetros de d iseño para la nueva sobrecarpeta

Módu lo de ruptura de la sobrecarpeta, MR = 690 psi

Módu lo de elasticidad de la sobrecarpeta = 4,200,000 psi

Módu lo efectivo del módu lo de reacción, Kef. = 3 90 pci

Coef. de transferencia de cargas, J = 3 .2

( 48 kg/cm2)

( 2. 9 x 1 05 kg/cm2)

( 1 0 .8 kg/cm3)

Capítulo 1 1

207

P l = 4.5 P2 = 2 .5

Ec = 4,200,000 psi

Pérd ida de soporte = O

Solución

( kg/ cm2) Desviación estándar, So = 0 . 3 5 Coef. de drenaje = 1

Var iar Dí y R hasta lograr va lores muy aproximados de los ESAL's de futuro de proyecto.

Pro uesto Df, en ul . Es eser en cm Nviel de confianza, % 65 1 6.51 50

7.4 1 8.80 80

7.9 20.07 90 -

8.4 21 .34 95

9.2 23.37 99 ----

208

Millones de ESAL'S calculados

4 495 669

4 286 492

41238131 6

4 433 596

4 .31 2 ,91 8

Rehabilitación de pavimentos por medio de sobrecarpetas

Referencias

1 "AASHTO, "Maintenance Manual", American Associa­, tion of State H ighway and Transportation offic ia ls, Wash ington, o.e. ( 1 976) .

2 Federa l H ighway Adm in i stration, " Pavement Rehabi l i ta-tion Manual " , Pavement Divis ion, Office of H ighway Opera­

, tions, Wash ington, D .C . (Versión actua l ) . ¡ · oarter, M . I . Barenberg, E .J . , and Yrjanson, W.A., "Jo int Repair l· .... For Port land Cement Concrete Pavements, " NCHRP Report No 28 1 , Transportat ion Research Board, 1 985 : "Construcción de Pavimentos de Concreto, Manua l del Parti­(c¡pante", AASHTO / FHWA / I ndustria, Capacitación Conjunta. ' Pub l i cación No. FHWA, H l-96-02 7, 1 996 , Snyder, M .B . , Reiter, M .J . , Ha l l , K.T. and Darter, M . 1 . , "Reha­! bi l itat ion Techn iques," Report No FHWA- RD- 88- 071 , Federa l I H ighway Adm i n i strat ion, 1 989 .

3Vespa, J .W., Ha l l , K .T . , Darter, M . I . , and Ha l l , J . P. , "Per­.formance of Resurfaci ng of JRCP and CRCP on the l l l i no is

1 lnterstate H ighway System", l l l i nois H ighway Research Report ' No 5 1 7 -5, Federa l H ighway Admin i strat ion Report No FHWA-IL-U l-229, 1 990.

4 AASHTO Gu ide for Design of Pavement Structures, Ame­rican Association of State H ighway and Transportat ion Offi­cia ls, 1 993 . Parte 1, Capítu lo 4 .

5 Darter, M . I . , E l l iot, R. P . , and Ha l l , K.T., "Revis ion of the AASHTO Pavement Over lay Design Procedures, App.endix: Over lay Design Examples, " , NCHRP Project 20 -7/Task 39, F ina l Report, Apr i l 1 992 .

6 Darter, M . I . , E l l iot, R. P . , and Ha l l , K .T . , "Revis ion of the AASHTO Pavement Over lay Design Procedures, Appendix: Documentation of Design Procedures," , NCHRP Project 20 -7/Task 39, F i nal Report, Apri l 1 992

Capítulo 1 1

7 "Th ickness Design for Concrete H igway and Street Pave­ments", Port land Cement Association, 1 984, boletín técnico EB 1 09 .01 P

8 Tayabj i , S .D . and Col ley, B . E . , "Analysis of Jo inted Con­crete Pavements" , reporte preparado para la Construction Te­chnology Laboratories para la Federa l H ighway Admin i stration de E .U .. Febrero de 1 984

9 Adaptado del capítu lo 5 , parte 1 1 1 , de "AASHTO Gu ide For the Design of Pavement Structures" , American Association of State H ighway and Transportat ion Offic ia ls, 1 993 .

1 0 Ver por ejemplo " Di stress ldentification Manual for the Long - Term Pavement Performance Project" , Strategic H igh­way Research Program, National Research Counci l , SHRP -P -338, Washington, D.C. 1 993

1 1 Darter, M . I . , Barenberg, E .J . , and Yrjanson, W.A., "Joint Repair Methods For Port land Cement Concrete Pavements", NCHRP Report No 281 , Transportation Research Board, 1 985

1 2 Smith, K, D. , Darter, M. I . , Rauhut, J . B . , and Ha l l , K.T., "D istress ldentification Manual for the Long Term Pavement Performance (l TPP) Studies", Strategic H ighway, Research Pro­gram, 1 988. Alternativamente se podrá uti l izar "D i stress lden­tification Manual for the Long-Term Pavement Performance Proyect" . Strategic H ighway Research Program . SARP-P-338, Washi ngton, D.C. , 1 993

13 Smith, K. D. , Peshkin, D .G . , Darter, M. I . , Muel ler, A . L. and Carpenter, S .H . , "Performance of joi nted Concrete Pave­ments, Phase 1, Vol ume 5, Data Col lection and Ana lysis pro ­ced ures" , Federa l H i ghway Acl rn i n i strat ion Report No . FHWNRD/89/1 40, March 1 990.

1 4 Ver la Parte 1 1 , Sección 3 .4 de la gu ía de d i seño de pavimentos AASHTO, 1 993) .

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