Diseño de Pavimentos Rígidos

El pavimento es la superficie de rodamiento para los distintos tipos de vehículos, formada por el agrupamiento de capas de distintos materiales destinados a distribuir y transmitir las cargas aplicadas por el transito al cuerpo de terraplén. Existen dos tipos de pavimentos: los flexibles(de asfalto) y los rígidos (de concreto hidráulico). La diferencia entre estos tipos de pavimentos es la resistencia que presentan a la flexión.

INTRODUCCION:

Las capas que conforman el pavimento rígido son: subrasante, subbase, y losa o superficie de rodadura como se muestra en la Figura 3.1

PAVIMENTOS RIGIDOS

LOS ELEMENTOS Y FUNCIONES DE UN PAVIMENTO RÍGIDO SON:

Subbase. Es la capa de la estructura de pavimento destinada fundamentalmente a soportar ,transmitir y distribuir con uniformidad las cargas aplicadas a la superficie de rodadura de pavimento, de tal manera que la capa de subrasante la pueda soportar absorbiendo las variaciones inherentes a dicho suelo que puedan afectar a la subbase. La subbase debe controlar los cambios de volumen y elasticidad que serían dañinos para el pavimento.

Subrasante.- Es la capa de terreno de una carretera que soporta la estructura de pavimento y que se extiende hasta una profundidad que no afecte la carga de diseño que corresponde al tránsito previsto.

Losa (superficie de rodadura).- Es la capa superior de la estructura de pavimento, construida con concreto hidráulico, por lo que debido a su rigidez y alto módulo de elasticidad, basan su capacidad portante en la losa, más que en la capacidad de la subrasante, dado que no usan capa de base.

.

Además de los esfuerzos a flexión y de compresión, este tipo de pavimento se va a ver afectado en gran parte los esfuerzos que tenga que resistir al expandirse o contraerse por cambios de temperatura y por las condiciones climáticas

CARACTERISTICAS GENERALES:

Sobre el pavimento de hormigón recae la responsabilidad estructural y funcional, mientras que en sus capas inferiores tienen por misión asegurar su apoyo uniforme y estable.Su espesor puede ser inferior a 20 cm si el tráfico es muy ligero o llegar a 40 cm en algunas pistas de aeropuerto.

Algunas características son:

FIGURA 51.1

RIGIDEZ DEL PAVIMENTO:

Los hormigones tienen un comportamiento, bajo las acciones de trafico, fundamental mente elástico; incluso en condiciones severas de tráfico pesado, intenso , lento y elevadas temperaturas, no experimentaran deformaciones visco plásticas.

JUNTAS:

La retracción inicial del hormigón y las variaciones de volumen por cambios de temperatura y de humedad (parcialmente impedidas por el peso propio de la losa y su rozamiento con la base de apoyo) hacen necesaria la construcción de juntas para evitar la aparición aleatoria de fisuras en el pavimento. Muchas de las cuales se desportillarían bajo la acción directa del tráfico.

JUNTAS LONGITUDINALES• Se realizan normalmente en correspondencia con la

separación entre carriles de circulación. Pueden ser de Alabeo o de hormigonado.

• Las juntas longitudinales de alabeo se colocaran siempre que la anchura del hormigonado sea mayor a 5m, estas se pueden hacer en fresco o, como normalmente se realiza, cortando con sierra, siendo recomendable su posterior sellado. La ejecución con sierra nos da mas garantía que la ejecución en fresco.

• La función principal del sellado en las juntas es evitar que las precipitaciones que llegaran a caer sobre un carril utilicen la junta como desagüe.

• Fig 51.5

• Para la realización de la junta el corte tiene que ser de 3mm de espesor y una profundidad no menor a un tercio del espesor de la losa.

• Es recomendables en las juntas longitudinales, en sentido perpendicular, unas barras de unión de acero corrugado de 12mm de diámetro y 0.80m de longitud, espaciadas a 1m, para que los carriles no se separen. Solo en vías de baja intensidad de tráfico se puede presidir de dichas barras de unión.

Fig 51.6

ASERRADO DE JUNTAS

Cuando la junta se va a sellar con un sellador perforado, se hace una sola incisión hasta la profundidad recomendada por el fabricante del producto

JUNTAS TRANSVERSALES

• Se trata en general de juntas de contracción, aunque pueden existir algunas de dilatación.

• La realización de juntas en fresco se deben de realizar en vías de baja intensidad e trafico.

• El método tradicional de juntas con cuchillo vibrante requiere de unas manipulaciones del hormigón en la zona de la junta; una técnica mas moderna es la inserción de una tira de material plástico.

• Fig. 51.5

SENSIBILIDAD A AGENTES EXTERNOS:

Los pavimentos de hormigón no se ven afectados por eventuales depósitos de aceites y combustibles en su superficie, ventaja que puede tener importancia en estacionamientos y en rampas. En zonas sometidas a heladas es necesario incorporar al hormigón un airante.

CARACTERÍSTICAS SUPERFICIALES:

La resistencia al deslizamiento se puede conseguir empleando una proporcion apreciable de una arena silicea y dando al hormigón fresco una textura superficial adecuadamente el arrastre de una arpillera y posteriormente cepillado

DURABILIDAD:

La resistencia mecánica del hormigón aumenta con el tiempo y, si el proyecto del pavimento ha sido correcto, su índice de servicio disminuye lentamente. La fatiga a flexión del hormigón es la que determinara finalmente el agrietamiento generalizado del pavimento y la necesidad de su refuerzo o reconstrucción.

APERTURA A LA CIRCULACIÓN:

En general, la apertura a la circulacion ordinaria no debe realizarse antes antes de siete dias de la terminacion del pavimento. La apertura al trafico de obra requiere por su parte que la resistencia alcanzada por el hormigon sea al menos el 80 por 100 de la exigida a 28 dias.

CONSERVACION Y REHABILITACION:

Un pavimento de hormigón correctamente proyectado y constituido requiere poca conservación : eventual sellado de juntas y grietas, reconstrucción de alguna losa etc. .

TIPOS DE PAVIMENTOS:

Los pavimentos de hormigón pueden agruparse en 4 categorias.

*pavimentos de hormigón vibrado en masa.*pavimentos de hormigón compactado con rodillo.*pavimentos de hormigón armado.*pavimentos de hormigón pretensado.

FIGURA 51.2

PAVIMENTOS DE HORMIGÓN VIBRADO EN MASA:

Son en general, los de construcción mas sencilla y de menor coste, se utiliza juntas transversales de contracción y juntas longitudinales de alabeo entre carriles.Las juntas transversales suponen una solución de continuidad del pavimento, ya que los movimientos verticales, especialmente bajo la acción de los ejes de los vehículos pesados, son diferentes en las juntas que en el interior de la losa.El método mas usual para mejorar la transmisión de las cargas entre losas contiguas consiste en disponer unos pasadores, que son barras lisas de acero no adheridas al hormigón situadas a la mitad del espesor de la losa paralelas entre si y al eje de la via, en cambio, el llamado diseño californiano prescinde de los pasadores.

FIGURA 51.3

PAVIMENTOS DE HORMIGÓN COMPACTADO CON RODILLO:

Entre los pavimentos de hormigón en masa hay que citar los compactados con rodillo. Se trata de un hormigón con un bajo contenido de agua que ha de compactarse energicamente con rodillos vibratorios y de neumaticos de forma similar a como se hace con una gravacemento.Su comportamiento es similar al de los pavimentos tradicionales de hormigón vibrado. Sin embargo, al compactar con rodillos, la regularidad superficial que se obtiene no suele ser buena para circular a alta velocidad.

PAVIMENTOS DE HORMIGÓN ARMADO:

A este grupo pertenecen los pavimentos de hormigón armado con juntas constituidas por losas, los pavimentos continuos de hormigón armado y los pavimentos armados con fibras de acero.

Los pavimentos de hormigón armado con juntas fueron concebidos en una época en la que las juntas constituían la zona mas débil y un problema de conservación. Por lo que parecía conveniente reducir su número aumentando la longitud de las losas.

Los pavimentos continuos de hormigón armado constituye, en cambio, una extrapolacion positiva de la tecnica mencionada, dado que llegan a suprimirse las juntas transversales a costa de un aumentar la armadura longitudinal a unos valores superiores a 10 kg/m^2.

Los pavimentos de hormigón armado con fibras de acero se empezaron a emplear hace algunas decadas en aplicaciones en las que el elevado coste de este tipo de material es compesado por sus caracteristicas: aumento de la resistencia a traccion y a la fatiga, mejor comportamiento a flexotraccion, resistencia al impacto, durabilida, etc…

PAVIMENTOS DE HORMIGÓN PRETENSADO:

Gracias a la compresion que se introduce, se puede construir losas de 120 m de longitud o incluso mas y reducir el espesor del orden de un 50 por 100. se han ensayado varios sistemas de pretensado interno mediante cables o alambres y de pretensado externo mediante gatos planos hidraulicos y juntas neumaticas.

• Si el pavimento se encuentra en una zona relativamente lluviosa se recomienda que las junas que se realizan al cortar el concreto se sellen tras el correspondiente cajeado.

• En zonas poco lluviosas se pueden dejar las juntas sin sellar pero deberán ser estrechas (no mayor a 3.5mm) y limpiarse a fondo antes de abrir la carretera al trafico.

• Si el trafico pesado es intenso, se recomienda colocar pasadores de acero liso de 25mm de diámetro y longitud de 0.5m con una separación variable de entre 0.3m bajo la rodada del carril del proyecto y 0.6m en otras zonas o en el carril interior en vías de mas de un carril por sentido de circulación.

• Fig 51.6 y 51.7

ARCENES:

• En términos generales, las soluciones para el firme de los arcenes con calzada rígida son similares al caso de calzada flexible. Una opción diferente son los arcenes de hormigón, cuya ventaja principal, es el incremento de la capacidad estructural del pavimento para soportar las cargas del tráfico.

EJECUCIÓN:• La ejecución de un pavimento de hormigón consta

esquemáticamente de las siguientes fases:

• Preparación de la superficie de apoyo de las losas.

• Fabricación del hormigón.

• Transporte.

• Puesta en obra.

• Acabado, texturado y curado.

• Formación de las juntas.

Todas esta fases deben someterse a unos procesos de control de calidad, que igualmente debe aplicarse al pavimento ya terminado.

PREPARACIÓN DE LA SUPERFICIE DE APOYO

• Es esencial una buena regularidad de la superficie, no dañada por el tráfico de obra y poco erosionable. Entre la base de hormigón y el pavimento en algunos países es normal interponer una lamina de polietileno para que no exista adherencia, con lo que se impide que las grietas de retracción de la base se reflejen atreves del hormigón fresco del pavimento y se eliminan las coacciones al movimiento de las losas en el plano horizontal.

FABRICACIÓN DEL HORMIGÓN.• Es necesario tener acopio suficiente de los diferentes materiales

a utilizar. Se recomienda que al inicio de la obra se cuente con una buena cantidad del total de los áridos a utilizar. En cuanto al cemento se debe tener acopiado en todo momento un volumen superior al necesario para un día de fabricación. De igual manera no se debe olvidar que el suministro de agua puede constituir una dificultad en la regiones secas.

• Las centrales de fabricación son de mezcla discontinua. Su capacidad de producción debe ser tal que se pueda alimentar sin interrupción al equipo de extensión, esto lleva a que, si se hormigonan dos carriles dos carriles a un tiempo, la capacidad real de la central debe estar entre 150 y 300 m3/h.

• Fig 51.10

TRANSPORTE.

• Solo en obras muy pequeñas se puede realizar el amasado en revolvedoras, fundamentalmente por la lentitud en la descarga. En general, el transporte del hormigón a obra se realiza con camiones volquete. Para proteger al hormigón de la lluvia o de la desecación durante el transporte el transporte se emplean lonas o cobertores.

PUESTA EN OBRA.

• La puesta en obra de los pavimentos de hormigón vibrado hasta hace algunos años se realizaba con trenes de hormigonado, los cuales se constituían por maquinas que ruedan sobre encofrados metálicos afianzados y nivelados. Estos trenes constan de una o dos extendedoras, terminadoras transversales y a veces de una terminadora longitudinal o diagonal.

• En la actualidad, lo mas frecuente es la utilización de pavimentadoras de encofrados deslizantes, que concretan e una sola maquina el tren de hormigonado y que solo precisan de unos cortos encofrados deslizantes. Es decir, estas pavimentadoras son capaces de extender, vibrar y enrasar uniformemente el hormigón fresco.

• Fig 51.11

ACABADO, TEXTURADO Y CURADO

• En carreteras de alta velocidad de circulación, la macro textura es mas frecuente, se obtiene mediante un estriado longitudinal, por el paso de unos cepillos metálicos o de plástico.

• El producto filmogeno de curado debe pulverizarse mecánicamente, en forma de un roció fino continuo y uniforme, no solo sobre la superficie del pavimento, sino tambien sobre las laterales.

El compuesto retardador educe la evaporación del agua del concreto y se aplica inmediatamente después del terminado final, con un cubrimiento uniforme sobre la superficie y los bordes del pavimento.

FORMACIÓN DE JUNTAS

• Se forman por cerrado de una ranura con cierras autopropulsadas, las cuales están dotadas de discos de diamantes.

• En el caso de que las juntas se sellen, es necesario cajear las juntas en superficie y limpiarlas a fondo, el tiempo que transcurre entre la extensión y el cerrado varia según las características del hormigón y sobre todo de la temperatura ambiente. Suele estar entre 6 y 24 horas.

CONCLUSIÓN

BIBLIOGRAFÍA

Ingeniería de carreteras, McGraw-Hill, Vol II.

NORMATIVIDAD

N-CMT-2-02-001/02 Calidad del cemento Portland

N-CMT-2-02-002/02 Calidad de los agregados pétreos para Concreto Hidráulico

N-CMT-2-02-003/02 Calidad del agua para concreto hidráulico

N-CMT-2-02-004/02 Calidad de aditivos químicos para concreto hidráulico

N-CMT-2-02-005/02 Calidad del concreto hidráulico

N-CMT-2-02-006/02 Calidad de membranas de curado para concreto hidráulico

N-CMT-2-02-001/02 Calidad del cemento Portland

Esta norma contiene los requisitos de calidad de los cementos Portland que se utilicen en la elaboración de concreto hidráulico.

Si el cemento Portland se provee en sacos, estos mostraran, clara e indeleblemente:

Nombre o denominación genérica del producto Marca registrada Razón social y domicilio fiscal del fabricante Nombre y ubicación de la planta productora Designación normalizada Contenido en Kg de a cuerdo a la NOM-030-SCFI Leyenda “Hecho en México”

Si el cemento Portland se suministra a granel, se transportara en camiones-tolvas, carros-tolvas de ferrocarril o buques-tolvas.

Que sean herméticos y tapas adecuadas para evitar fugas y contaminaciones. Los vehículos deben ser limpiados cuidadosamente. Las tapas de las tolvas se sellaran de forma inviolable. Si han sido violados los sellos no se aceptara el material.

Cementos Portland de cualquier tipo de clase resistente 20 no deben almacenarse por mas de 3 meses

De clase resistente 30, 30R, 40 y 40R no deben almacenarse por mas de 2 meses CPO de 40 y 40R no mas de 1 mes. El almacenamiento se hará en lotes por separado. Los sacos se colocaran sobre tarimas, apilándolos en una altura no mayor a 2 m.

N-CMT-2-02-002/02 Calidad de los agregados pétreos para concreto hidráulico

Esta norma contiene las características de calidad de los agregados que se utilizan en la fabricación del concreto hidráulico.

La granulometría del agregado fino, indicado en el manual M-MMP-2-02-020 “Granulometría Agregados Pétreos”, estará comprendida entre los limites que se indican en la tabla 1 de esta norma.

El contenido en el agregado fino de arcilla y partículas deleznables, indicado en el manual M-MMP-2-02-031 “Terrones y partículas deleznables en los agregados”, no se deben exceder los limites de la tabla 2 de esta norma.

La granulometría en agregados gruesos indicado en el manual M-MMP-2-02-020 “Granulometría de agregados pétreos” , los limites estan indicados en la tabla 4 de esta norma

N-CMT-2-02-003/02 Calidad del agua para concreto hidráulico

Esta norma contiene las características de calidad del agua que se utiliza en la elaboración del concreto hidráulico y de los morteros de cemento Portland.

N-CMT-2-02-004/04 Calidad deAditivos químicos para concreto hidráulico

Esta norma contiene las características de calidad de los aditivos químicos que se utilizan en la fabricación de concreto hidráulico.

N-CMT-2-02-005/04 Calidad del concreto hidráulico

Esta norma contiene las características de calidad del concreto hidráulico que se utilice en la construcción de estructuras.

El revenimiento es la primera prueba que se le practica a un concreto en estado fresco, de a cuerdo con lo establecido en el manual M-MMP-2-02-056 “Revenimiento del concreto fresco”. Cuando no existan especificaciones al respecto aplicarán los valores nominales señalados en la tabla 1 de esta norma.

La temperatura máxima del concreto producido con materiales calentados para compensar las bajas temperaturas, no excederá de 32°Celsius en el momento de la producción y colocación.

En caso de climas fríos el contratista procurara mantener la temperatura del concreto arriba de los limites de la tabla 2 de esta norma

En climas la temperatura máxima del concreto en el momento de la producción y colocación no excederá de 32°Celsius.

Para contrarrestar el efecto de las altas temperaturas se pueden enfriar los materiales y la posibilidad de enfriar el agua sin que la temperatura del concreto llegue a -10°Celsius.

Para mejorar la resistencia al congelamiento y deshielo según el tamaño máximo nominal de agregado, se podrán emplear los porcentajes de contenido total de aire indicados en la tabla 3 de esta norma.

El concreto alcanzara la resistencia a la comprensión(f’c) o a la tensión(T) a los 28 días.

Para verificar la resistencia se elaboraran especímenes de a cuerdo a lo indicado en el manual M-MMP-2-02-055 “Muestreo de concreto hidraulico2 y serán probados conforme a los procedimientos de los manuales M-MMP-2-02-058 “Resistencia a la compresión simple de cilindros de concreto” y M-MMP-2-02059 “Resistencia a la tensión de cilindros de concreto”.

El concreto mezclado en planta serán operados dentro de los limites de capacidad y velocidad designados por el fabricante del equipo.

Se harán pruebas de uniformidad a los concretos con revenimientos inferior a 5cm, para determinar el tiempo de mezclado con el equipo que vaya a emplearse, de a cuerdo a la tabla 4 de esta norma.

Cuando el concreto sea mezclado totalmente en el camión revolvedor, se requerirán de 70 a 100 revoluciones a la velocidad de mezclado especificada(10 a 12 revoluciones por minuto). En caso de requerirse mezclado adicional este se realizara a la velocidad de agitación(2 a 6 veces por minuto).

N-CMT-2-02-006/04 Calidad de membranasDe curado para concreto hidráulico

El agua utilizada en el curado del concreto hidráulica será potable cumpliendo con la N-CMT-2-02-003 “Calidad del agua para concreto hidráulico”

Su aplicación sobre la superficie se hará en forma directa mediante roció o riego al iniciar el fraguado(2 a 4 horas).

La primer aplicación saturara la superficie sin formar charcos, continuando con aplicaciones periódicas solamente humedeciendo en lapsos entre 20 y 60 minutos, con el fin de mantener una película uniforme durante un periodo de 24hrs.

Si se van a usar otros líquidos, los compuestos translucidos seran incoloros y los ligeramente pigmentados deben ser colores distinguibles del concreto(las primeras 7 hrs).

Los compuestos líquidos deben tener una consistencia de tal forma que a 4°Celsius puedan ser aplicados por aspersión o con rodillo.

Los ingredientes usados para la elaboración de la membrana no serán tóxicos o inflamables, ni contendrán benceno, tolueno, tetracloruro de carbono o alcohol metílico.