Microsoft Word - Apuntes de pavimentos.doc
1. Conceptos bsicos sobre
pavimentos..............................................................................
2
1.1. Introduccin
.............................................................................................................
2
1.2. Componentes estructurales del
pavimento..............................................................
2
1.3. Fundamentos del diseo de pavimentos
.................................................................
5
1.4. Factores que intervienen en el clculo de espesores
.............................................. 5
1.4.1. Trnsito
............................................................................................................
6
1.4.2. Resistencia de los materiales
..........................................................................
6
1.4.3.
Subrasante.......................................................................................................
7
1.4.4.
Drenaje.............................................................................................................
7
1.4.5. Accin de las heladas
......................................................................................
7
1.4.6. Vida til para el
diseo.....................................................................................
8
2. Mtodos de diseo de pavimentos
flexibles.....................................................................
9
3.1 Mtodo Shell
............................................................................................................
9
3.2 Procedimiento de diseo
.......................................................................................
11
2.1.1. Trnsito
..........................................................................................................
11
2.1.2. Caractersticas de la
subrasante....................................................................
11
2.1.3. bacos de
dimensionado...............................................................................
11
3. Pavimentos de Hormign
...............................................................................................
13
3.1
Subrasante.............................................................................................................
13
3.2 Calidad del hormign
.............................................................................................
15
3.3 Juntas
....................................................................................................................
15
1.4.1. Juntas
longitudinales......................................................................................
16
1.4.2. Juntas transversales
......................................................................................
16
1.4.3. Juntas de expansin
......................................................................................
17
3.1. Anlisis estructural del diseo y mtodo para el
dimensionamiento...................... 18
3.1.1. Fatiga
.............................................................................................................
18
3.1.2. Mtodo para el dimensionamiento
.................................................................
19
4.
Bibliografa......................................................................................................................
21
Departamento de Transporte
10
1. CONCEPTOS BSICOS SOBRE PAVIMENTOS
1.1. Introduccin
La funcin de un pavimento es la de proveer una superficie de
rodamiento adecuada al trnsito y distribuir las cargas aplicadas
por el mismo, sin que se sobrepasen las tensiones admisibles de las
distintas capas del pavimento y de los suelos de fundacin.
Un buen diseo debe cumplir con las condiciones enunciadas
precedentemente al menor costo inicial y con un mnimo de
conservacin durante la vida til del pavimento.
El objetivo del diseo de un pavimento es el de calcular el mnimo
espesor necesario de cada una de las capas para que cumplen con las
exigencias anteriores, teniendo en cuenta los valores econmicos de
las mismas para lograr la solucin tcnico-econmica ms
conveniente.
1.2. Componentes estructurales del pavimento
Los pavimentos estn formados por capas de resistencia
decreciente con la profundidad. Generalmente se componen de:
carpeta de rodamiento que puede ser de asfltica o de hormign - base
y subbase apoyado todo este conjunto sobre la subrasante. En
algunos casos pueden faltar algunas de estas capas1.
La funcin de cada una de las capas del pavimento es doble:
1) distribuir las tensiones provenientes de la parte superior
reducindolas hasta valores admisibles para las capas inferiores
y,
2) sersuficientementeresistentesporsmismasparasoportar,sin
deformaciones permanentes, las cargas a las cuales estn
sujetas.
En la figura 1 se muestra un perfil de un pavimento.
1 En los perfiles urbanos el perfil tipo posee adems un cordn
cuneta, que en nuestro medio generalmente es de H.
Figura N 1: Distribucin del peso de la rueda desde el punto de
contacto hasta la ltima capa de suelo. Caso particular de pavimento
flexible.Fuente: Trasportation Engineering and Planning 3 Edition,
Papacostas and Prevedouros
La figura 2 ilustra el efecto de distribucin de tensiones debido
a capas superiores del pavimento. La carga aplicada por una rueda
sobre la superficie de un pavimento puede asimilarse a una carga
uniforme p, igual a la presin de inflado del neumtico, distribuida
sobre un rea circular, equivalente al rea de contacto del mismo.
Los valores de las tensiones verticales que se obtienen pueden
expresarse como porcentaje de la carga uniformemente aplicada y el
rea cargada se considera radial de radio a.
En la figura 2.a se observa que las mximas tensiones verticales
se encuentran sobre el eje de simetra y disminuyen marcadamente a
medida que la profundidad pasa de a a 2a y 3a. Se compara la
situacin de un medio homogneo2 (en el que E1=E2) y el caso en que
existe una capa superior de mayor rigidez3 que la subyacente siendo
su mdulo deelasticidad E1= 10 E2.
2 La distribucin de tensiones en el interior de un macizo
homogneo por accin de una carga puntual ha sido resuelta por
Boussinesq, solucin que ha sido extendida por integracin al caso de
una carga uniforme y de dimensin finita.
3 La distribucin de tensiones en estructuras multicapas se debe
a la teora desarrollada por M.D. Burminster, con posterioridad a
Boussinesq. Los sistemas de ecuaciones permiten calcular en funcin
de los mdulos resistentes, el mdulo de Poisson y los espesores, las
tensiones y deformaciones en todo el pavimento. El mismo autor
resolvi el sistema de ecuaciones propuesto
Anlogamente en la figura 2.b se representan los esfuerzos
tangenciales calculados para relaciones modulares E1/E2 iguales a
1, 10 y 100.
Del anlisis de la figura se desprende claramente la influencia
en la distribucin de tensiones que tienen las capas con mdulos
resistentes elevados. Las tensiones en las capas inferiores
disminuyen sensiblemente, en tanto que se produce una concentracin
de tensiones en la capa superior.
Figura N 2: Distribucin de tensiones en un sistema bicapa.
Distribucin de tensiones verticales y tangenciales.
exclusivamente para un sistema de dos capas de mdulos E1 y E2;
espesor de la primera capa igual al radio del rea cargada y el
espesor de la segunda semi infinito.
Los calores de los mdulos E2 de los materiales sin cementacin
varan entre 300 kg/cm2 para suelos y an menores en caso de embebido
y baja densificacin hasta aproximadamente 10.000 kg/cm2 en casos
excepcionales para materiales de base con muy alta
densificacin.
Para la capa superior, si se trata de concreto asfltico E1 puede
alcanzar valor de 100.000 kg/cm2 a bajas temperaturas y disminuir
hasta 10.000 kg/cm2 para temperaturas muy elevadas. A 15 C de
temperatura el mdulo E1 es igual a 50.000 kg/cm2.
1.3. Fundamentos del diseo de pavimentos
Para el clculo de los espesores de un pavimento, como para el
dimensionamiento de todas las estructuras de ingeniera, es
necesario hacer el anlisis de la carga que va a actuar, conocer la
resistencia de los materiales de que se dispone y estudiar la
fundacin sobre la que se va a apoyar el conjunto.
El diseo de pavimentos comprende bsicamente dos aspectos:
1) el diseo de las mezclas y/o materiales a emplear en el
pavimento, y
2) el diseo estructural o dimensionamiento de los componentes
del pavimento.
Ambos aspectos si bien son diferentes, deben llevarse en forma
conjunta. En efecto, en el caso del dimensionamiento de un
pavimento el clculo de espesores depender de la resistencia de las
diversas capas estructurales, la que se relaciona directamente con
las caractersticas de los materiales y de las mezclas a emplear en
la construccin de las mismas. Asimismo, algunas de estas
propiedades condicionan los procesos constructivos, como por
ejemplo, la compactacin.
De all que el proyecto de un pavimento no se limita a indicar
los espesores de las diversas capas que constituyen la estructura
adoptada, sino que se complementa con las especificaciones tcnicas
en las que se definen los requerimientos de las mezclas a emplear,
y la manera en que se han de llevar a cabo los procedimientos
constructivos para satisfacer dichos requerimientos.
1.4. Factores que intervienen en el clculo de espesores
Los pavimentos son diseados para obtener en forma econmica un
buen comportamiento durante una larga vida de servicio. Diversos
factores deben analizarse para obtener el diseo del ms bajo costo
anual. Estos factores son:
Trnsito considerando las cargas por eje o rueda y su
frecuencia
Resistencia de los materiales
Subrasante
Drenaje
Accin de las heladas
Vida til para el diseo
1.4.1. TRNSITO
En el anlisis de las cargas actuantes, se deben tener en cuenta
el peso u nmero de vehculos que van a circular durante la vida til
del pavimento. No es posible llegar al conocimiento exacto de estos
nmeros ya que el mismo resulta cambiante a travs del tiempo,
pudindose hacer solamente estimaciones en base a hiptesis ms o
menos ajustadas a la realidad.
Originariamente se tenan en cuenta las cargas mximas, pero
posteriormente, se ha verificado la importancia de la repeticin de
cargas y la influencia de la fatiga en la falla de los
pavimentos.
El volumen y carcter del trnsito fijan el ancho del pavimento,
mientras que el peso y la frecuencia de las cargas de los ejes o de
las ruedas de los vehculos, determinan el espesor y otras
caractersticas del diseo estructural.
1.4.2. RESISTENCIA DE LOS MATERIALES
La determinacin de la resistencia de los materiales que
intervienen en la estructura deben hacerse en la forma ms critica
de trabajo: si los materiales de base son de tipo granular y pueden
ser afectados por la presencia de agua, proveniente de la napa, el
ensayo debe hacerse en eses condiciones de humedad.
Los ensayos de resistencia deben ser complementados con ensayos
de durabilidad de tal forma que se tenga seguridad de la
permanencia de sus propiedades en el tiempo.
En el caso de las mezclas asflticas, hay que tener en cuenta las
condiciones de temperatura de servicio, ya que en materiales
plasto-elsticos la resistencia vara sustancialmente con la
misma.
Con los resultados de la resistencia de los materiales a los que
se les aplica coeficientes de seguridad adecuados al tipo de
estructura que tenemos y conociendo las tensione a que se encuentra
sometido, se puede proceder al dimensionado del pavimento.
1.4.3. SUBRASANTE
El estudio de la fundacin debe realizarse como en el caso de
capa de rodamiento, base y subbase: en las condiciones ms criticas
de servicio.
Generalmente los procedimientos y ensayos que se utilizan para
el estudio de la subrasante son los mismos que se utilizan para los
materiales de subbase y base cuando no tienen cimentacin.
El punto fundamental es conocer el grado de compactacin y
porcentaje de humedad que va a tener en obra y hacer los ensayos en
estas condiciones.
Una buena densificacin de la subrasante es fundamental para
lograr un buen comportamiento de toda la estructura, evitando as el
posterior asentamiento por consolidacin.
En el caso de pavimentos rgidos la uniformidad de la subrasante
presenta una importancia ulterior, como es explicado ms
adelante.
1.4.4. DRENAJE
Merece una consideracin especial el drenaje adecuado del
pavimento, tanto superficial como subterrneo. El agua superficial
debe ser evacuada a travs de cunetas o desages pluviales. Con
respecto al drenaje subterrneo hay que tomar precauciones
necesarias para que el nivel de la napa se encuentre
suficientemente alejado del pavimento y en caso contrario, utilizar
capas drenantes que resulten menos susceptibles a la presencia de
agua. Con este objeto, en algunos casos resulta aconsejable la
colocacin de capas relativamente gruesas de arena; o capas
alternativas drenantes de arena e impermeables de suelo para cortar
la capilaridad y facilitar la compactacin.
1.4.5. ACCIN DE LAS HELADAS
La accin de las heladas produce dos efectos perjudiciales en los
pavimentos:
1) Levantamiento del pavimento por la presin que origina el
mayor espacio que ocupa el agua congelada.
2) Ablandamiento de la subrasante por el agua de deshielo.
Para ponerse del lado de la seguridad del efecto destructivo
debe evitarse la presencia de agua hasta las profundidades de
penetracin de la helada. La profundidad de penetracin depende de la
temperatura bajo el punto de congelamiento y del tiempo que la
misma se mantiene, ya que la transmisin de calor no es instantnea
en estos materiales. Por esta circunstancia solamente se producen
problemas de esta ndole en los lugares cuyo clima es riguroso
durante perodos prolongados.
Los suelos ms susceptibles son los suelos finos que tienen
elevada capilaridad y baja cohesin, entrando dentro de esta
clasificacin los duelos limosos y limo-arenosos. Las arenas y los
suelos arcillosos resultan menos sensibles.
En consecuencia en los climas en la que accin de las heladas
penetre hasta profundidades que afecten las capas de la estructura
y la subrasante, es necesario construir las primeras con materiales
que no sean sensibles y en el caso de la subrasante, se deben
sustituir los suelos no aptos hasta las profundidades de penetracin
de la helada. Afortunadamente, este problema de gran importancia en
algunos pases, no es crtico en el nuestro, salvo en algunas
regiones particulares.
1.4.6. VIDA TIL PARA EL DISEO
Conociendo las condiciones del trnsito, el pavimento puede ser
diseado para la vida de servicio que se desee. Debe establecerse el
volumen y peso del trnsito futuro previsible.
Se acostumbra a tomar vidas tiles del pavimento rgido
comprendidas entre 30 y 50 aos. Par el caso de pavimentos flexibles
las vidas tiles suelen estar comprendidas entre 15 y 20 aos.
2. MTODOS DE DISEO DE PAVIMENTOS FLEXIBLES
Existen distintos mtodos de diseo de pavimentos flexibles:
1) El mtodo Porter o del Valor Soporte California (CBR):
desarrollado en California por Porter y entra dentro del grupo de
los mtodos empricos. La idea directriz del autor fue la de buscar
un procedimiento que teniendo en cuenta las propiedades de los
materiales y el trnsito, fuera suficientemente simple para poder
utilizar, no solamente en el laboratorio en la faz de proyecto,
sino tambin en obra para hacer un control de la construccin
efectivo.
2) Mtodo del Instituto del Asfalto de los EEUU (AASHTO): es
tambin un mtodo emprico, basndose principalmente en trabajos de
correlacin de tipo estadstico.. Ha recibido numerosas
modificaciones y su forma actual se basa principalmente en la
correlacin establecida con los resultados de los caminos
experimentales AASHTO. La investigacin ha sido encarada tendiente a
la utlizacn de espesores totales de mezcla bituminosa tipo concreto
asfltico (full depth), no obstante para a utilizacin de otros
materiales de base se dan los coeficientes de equivalencia con los
cuales se pueden hacer diseos alternativos y elegir la solucin
tcnico- econmica ms conveniente.
3) Mtodo SHELL: el mtodo fue desarrollado por el equipo de
investigacin de la Shell y su procedimiento y fundamentos se
encuentran en las Curvas Shell 1963, para el diseo de pavimentos
flexibles. Basndose en la teora de capas y en las ecuaciones de
Burminster se han podido obtener los valores ms crticos de las
tensiones a que se encuentran sometida la estructura.
3.1Mtodo Shell
Los materiales son considerados de comportamiento elstico dentro
del mbito de aplicacin de las cargas dinmicas.
Se considera un sistema de tres capas distribuidas de la
siguiente forma:
a) una capa o capas con ligante asfltico. Se considera
conjuntamente la carpeta de rodamiento con la base asfltica cuando
sta existe;
b) una capa o capas granulares (no cementadas);
c) suelo de fundacin o subrasante.
Las condiciones crticas se encuentran ubicadas en el eje de
simetra del sistema. En la figura 15 se indican el sistema de capas
considerado y las condiciones crticas que se encuentran sobre el
eje de simetra y que son las siguientes:
a) tensin de traccin en la cara inferior de la capa ligada con
asfalto. En caso de que la misma exceda las tensiones admisibles se
produce la figuracin de la carpeta por la accin repetida de las
cargas de trnsito (fatiga).
b) Tensin de compresin vertical en la superficie de la
subrasante; si es excesiva se producen deformaciones permanentes
que se reflejan en la superficie.
La determinacin de los mdulos resistentes de los materiales no
cementados E2 y E3, ha sido hecha en las verdaderas condiciones de
servicio utilizando mtodos vibratorios en los cuales se hace uso de
las propiedad de que los mdulos guardan relacin con la velocidad de
propagacin de ondas y la densidad del material.
Heukelom y Foster encontraron que existe una cierta correlacin
entre el CBR y el mdulo dinmico expresado en kg/cm2, y que est dada
por la ecuacin:
E=q.CBR
El valor de q vara entre 50 y 200, pero con una correlacin mayor
en la zona de q=100; en consecuencia, la ecuacin de correlacin es
la siguiente:
E=100.CBR
Adems demostraron que los valores de E2 y E3 son
interdependientes y que su relacin de E2/E3 no supera el valor de
2,5 dependiente de las condiciones de densificacin de las
capas.
Por otra parte el mdulo E1 de la mezcla asfltica tampoco es
constante, dependiendo de la temperatura y de la velocidad de
aplicacin de la carga. Se obtiene en laboratorio para una gama
amplia de temperaturas y velocidad de aplicacin de la carga,
debindose elegir la situacin ms crtica de trabajo.
3.2Procedimiento de diseo
1.4.7. TRNSITO
Se hace una estimacin del trnsito reduciendo las cargas que van
a actuar a un nmero equivalente de pasadas de un eje tipo de 8,2
toneladas.
Para obtener el nmero total N de pasadas del eje de 8,2 tn se
debe estudiar la distribucin de las distintas cargas, obtener la
equivalencia de las mismas con respecto al eje tipo y calcular el
valor N.
En forma prctica este mtodo ha solucionado el problema
calculando el Factor de Distribcin de Cargas (FDC) diario, que es
la equivalencia porcentual de la cara tipo, extrapolndolo a la vida
til estimada, por medio de la frmula:
N = Total.de.ejes. por.trocha. por.da Vida.til(en.aos) 365
FDC100
1.4.8. CARACTERSTICAS DE LA SUBRASANTE
El Clculo para el diseo se basa en el mdulo elstico-dinmico del
suelo. Como su medicin por medio de los mtodos vibratorios resulta
engorrosa en el consecuencia no apto para el trabajo de rutina, se
utilizan las correlaciones obtenidas para el CBR y para el ensayo
de carga. Por las razones apuntadas anteriormente se aconseja
utilizar el ensayo de CBR.
La correlacin ha sido establecida por el mdulo dinmic y el CBR
hecho in situ. A los efectos del dimensionado el moldeo de la
probeta debe hacerse con la humedad de equilibrio de la subrasante
en servicio. Este grado de humedad es similar al que tiene el suelo
a una profundidad de 0,90 m de acuerdo a las investigaciones
realizadas en Inglaterra.
En los casos en que el suelo vaya a estar expuesto a la
penetracin de las heladas, el ensayo debe hacerse con el suelo
saturado. En estos casos, cuando el suelo sea limoso conviene
utilizar capas asflticas de espesores superiores a los mnimos en
los grficos.
1.4.9. BACOS DE DIMENSIONADO
Los bacos para el dimensionado han sido preparados para que no
se sobrepasen la deformacin admisible por compresin vertical de la
subrasante (parte curva de los bacos), ni la tensin de traccin en
la capa asfltica (parte recta de los bacos).
Con el valor del CBR de la subrasante, se elige el baco
correspondiente, en el cual entrando con el valor N de trnsito se
obtienen los espesores de mezcla asfltica y material granular no
cementado para subbase y base.
En los mismos bacos figuran separados por lneas punteadas los
espesores y CBR mnimos que deben tener las capas de subbase y base
no cementadas.
Como se puede ver existen mltiples combinaciones de mezcla
asfltica y capas granulares que resuelven casa caso, debindose
elegir entre ellas las que den la solucin ms econmica.
Resumiendo, la mecnica del dimensionado es la siguiente:
a) Establecer la caracterstica de la subrasante. Ensayo CBR.
b) Establecer el nmero N de repeticiones de carga
equivalente.
c) Elegir entre las variantes de la construccin. bacos de
diseo
d) Determinar las caractersticas para el material granular.
bacos de diseo.
3. PAVIMENTOS DE HORMIGN
3.1 Subrasante
Como consecuencia de su rigidez, el pavimento de hormign tiene
considerable resistencia de flexin denominada tambin de viga y alta
capacidad para distribuir las cargas. Las presiones sobre el suelo
o material debajo del pavimento, son muy pequeas por la distribucin
de las cargas sobre una amplia superficie. Se deduce en
consecuencia que los pavimentos de hormign no requieren subrasantes
resistentes.
Para asegurar el comportamiento satisfactorio del pavimento de
hormign, es necesario que el suelo de la subrasante posea
caractersticas y densidad uniformes, es decir, soporte uniforme. En
las superficies inestables que aparecen durante la construccin,
debe excavarse el material y reemplazarse por otro del mismo tipo
de las zonas adyacentes, compactad a similar densidad: es
equivocado el criterio de llenar los baches de reas dbiles con
material granular de mejor calidad que el adyacente, porque de este
modo se atenta contra el soporte uniforme que necesita el pavimento
de hormign.
Con una razonable uniformidad de la subrasante y previniendo los
cambio volumtricos excesivos de los suelos expansivos con un
cuidadoso control de la humedad y densidad durante la compactacin,
se logra una superficie adecuada para el asiendo del pavimento. La
compactacin de los suelos expansivos con un cuidados control de la
humedad y densidad durante la compactacin, se logra una superficie
adecuada para el asiento del pavimento4.
El soporte que la subrasante presta al pavimento se expresa con
el valor del mdulo de reaccin k de la subrasante y puede ser
determinado mediante ensayos de carga en el terreno o por
correlacin con valores soportes establecidos mediante otros
ensayos.Para el diseo de pavimentos suelen usarse los siguientes
valores del mdulo k de la subrasante:
4 La compactacin de los suelos expansivos con humedades iguales
o ligeramente superiores a la ptima del ensayo IRAM 10511 (AASHTO
normal T99-70), controlar efectivamente sus cambios volumtricos, an
en lugares de extensos perodos de tiempo seco, siempre que se evite
el secado de esos suelos, antes de construir el pavimento.
k (kg/cm3)Tipo de sueloComportamiento
2,8Limo y arcillaSatisfactorio
5,5ArenosoBueno
8,3Grava arenosaExcelente
Cuando es necesaria un asubbase se construye casi siempre con
materiales tratados con
cemento; en este caso pueden adoptarse los valores de k que se
expresan a continuacin:
Espesor de la subbase en cm (subrasante con k=2,8 kg/cm3)Valor k
para el diseo (kg/cm3)
108,4
12,511,2
1514,0
En caso de construirse subbases granulares no cementadas se
aconsejan los siguientes valores de k:
Espesor de la subbase (subrasante con k=2,8 kg/cm3)Valor k para
el diseo (kg/cm3)
10,03,6
15,03,9
22,54,4
30,05,3
3.2 Calidad del hormign
La eleccin de materiales y su dosificacin para elaborar
hormigones tiene por fin obtener:
1) durabilidad satisfactoria para las condiciones de servicio
previstas
2) resistencia a la flexin deseada.
Considerando que las tensiones crticas en el pavimento de
hormign son las de flexin, se utiliza para su diseo este tipo de
resistencia, expresada por su mdulo de rotura s`f..
Para condiciones promedio, el hormign que posee un mdulo de
rotura (mtodo de ensayo IRAM 1547 ASTM C78) comprendido entre 45 y
55 kg/cm2 a los 28 das, resulta econmicamente ms conveniente.
La cantidad de agua de la mezcla y su consolidacin tiene una
influencia crtica sobre la durabilidad del hormign endurecido. Para
un determinado y adecuado contenido de cemento, la menor cantidad
de agua que produzca un hormign plstico, trabajable y fcilmente
consolidable, permitir obtener la mayor durabilidad del hormign
endurecido5.
Cuando se necesitan condiciones especiales de durabilidad, se
aconseja la incorporacin de aires al hormign, la que adems de
mejorar la durabilidad del hormign endurecido, mejora las
condiciones del hormign plstico al:
1) prevenir la segregacin de los materiales
2) aumentar su trabajabilidad
3) disminuir la exudacin
4) reducir la cantidad de agua necesaria para obtener una
satisfactoria trabajabilidad
3.3JuntasLas juntas tienen por fin mantener las tensiones que
soporta el pavimento de hormign, dentro de los lmites admisibles,
previniendo la formacin de fisuras y grietas irregulares.
5 Como norma general, con agregados de buena calidad, puede
emplearse un hormign con una relacin agua-cemento alrededor de 0,48
y un contenido mnimo de cemento de 325 kg/m3. La resistencia a la
compresin promediada por secciones debe ser como mnimo de 300
kg/cm2 a los 28 das de edad.
1.4.1. JUNTAS LONGITUDINALES
Se instalan para controlar el agrietamiento longitudinal,
espacindose a intervalos de 2,5 a 4,0 m, coincidiendo generalmente
con las lneas divisorias de trochas de trnsito. No es aconsejable
superar el intervalo de 4,0 m a menos que la experiencia local
indique que el pavimento con esas condiciones ha observado
comportamiento satisfactorio.
La profundidad de la ranura superior de estas juntas no debe ser
inferior al cuarto del espesor del pavimento. Estas juntas llevan
normalmente barras de unin que impiden la separacin de sus bordes.
Para ms de cuatro trochas es conveniente intercalar una junta
longitudinal machihembrada o ensamblada de bordes libres.
1.4.2. JUNTAS TRANSVERSALES
Estas juntas denominadas de contraccin, controlan el
agrietamiento transversal al disminuir:
1) las tensiones de traccin que se originan cuando la losa se
contrae
2) Las tensiones que causa el alabeo producido por diferenciales
de temperatura y de contenido de humedad en el espesor de la
losa.
Cualquiera fuere el procedimiento constructivo de las juntas, la
profundidad de la ranura debe ser por lo menos igual al cuarto del
espesor de la losa.
Una separacin adecuada entre juntas que controle el
agrietamiento eliminar la necesidad del uso de armadura distribuida
en la losa6.
La mejor gua con respecto a la separacin entre juntas
transversales, es la experiencia local sobre el comportamiento de
pavimentos en servicio. Si no se cuenta con esta experiencia,
pueden seguirse las siguientes indicaciones con razonable seguridad
deobtener un satisfactorio control del agrietamiento.
6 La armadura distribuida en la losa tiene por nico fin mantener
unidos los bordes de cualquier grieta que eventualmente pudiera
producirse.
Tipo de agregado gruesoMxima separacin entre juntas
transversales
Grantico partido Calcreo partido Grava calcrea6,00 m
Grava silcea
Grava menor de 20mm (3/4) Escoria4,5 m
La necesidad de colocar en las juntas transversales elementos
para la transferencia de cargas (pasadores), depende de las
condiciones de la subrasante y del trnsito que llevar el pavimento.
Los pasadores no son necesarios en calles residenciales o de
trnsito liviano, pero deben colocarse en calles que soporten el
trnsito diario, de ms de 60 a 90 camiones pesados (200 a 300 ejes
pesados) por da, a menos que el pavimento asiente sobre una slida
subbase de material tratado con cemento.
1.4.3. JUNTAS DE EXPANSIN
Su objeto es disminuir las tensiones de compresin, proveyendo un
espacio entre losas, que permita el movimiento del pavimento cuando
se expande.
Cuando las juntas de contraccin estn adecuadamente separadas, la
necesidad de las juntas de expansin depende, en gran medida de la
temperatura ambiente predominante durante la construccin y de las
caractersticas de expansin del agregado grueso empleado.
Los estudios tericos, el comportamiento de pavimentos en
servicio y los resultados de tramos experimentales, muestran que
con excepcin de su colocacin frente a estructuras existentes y en
intersecciones irregulares, las juntas de expansin no son
necesarias en los pavimentos de hormign, si:
1) los agregados empleados tienen caractersticas normales de
expansin
2) la construccin tiene lugar con temperaturas normales
3) las juntas de contraccin se ubican a intervalos que controlen
el agrietamiento transversal, o
4) las juntas de contraccin se mantienen perfectamente selladas
para impedir la infiltracin de materiales incompresibles.
Si el pavimento se construye en invierno con bajas temperaturas,
o si los agregados empleados son anormalmente expansivos, se
colocarn juntas de expansin a distancias de 180 a 240 m. En
condiciones normales, salvo las excepciones citadas anteriormente,
debe prescindirse del uso de las juntas de expansin.
Poner foto de juntas
1.5. Anlisisestructuraldeldiseoymtodoparael dimensionamientoEl
procedimiento de diseo presentando en este apartado est basado
sobre frmulas bien conocidas avaladas por estudios tericos ensayos
de laboratorio sobre losas a escala natural y el comportamiento de
los pavimentos en servicio durante muchos aos.
1.5.1. FATIGA
Cuando las continuas aplicaciones de las cargas producen
tensiones que no exceden del 50% del mdulo de rotura (coeficiente
de seguridad igual o mayor a 2) el hormign soportar un nmero
ilimitado de tales tensiones sin que ocurran fallas por fatiga.
Cuando las tensiones producidas exceden el 50% del mdulo de rotura
(coeficiente de seguridad comprendido entre 1 y 2) queda limitado
el nmero de repeticiones de las tensiones para que el hormign no
experimente fallas por fatiga.
Este nmero limite o permitido de repeticiones de las tensiones
(cargas) puede determinarse mediante el uso de curvas de
fatiga.
Como la capacidad estructural del pavimento est medida por el
nmero de cargas por eje que puede soportar sin fallas, la capacidad
consumida para cualquier edad considerada, es la suma de la fatiga
consumida por cada grupo de cargas por eje. Si un grupo de
cargas
consume por ejemplo el 60% de la resistencia a la fatiga, queda
un 40% de capacidad estructural del pavimento para ser consumida
por otras cargas.
1.5.2. MTODO PARA EL DIMENSIONAMIENTO
Con el propsito de facilitar los clculos, ya sea para efectuar
un anlisis de las tensiones a que estar sometido un pavimento de
hormign, o para establecer las dimensiones de la seccin transversal
para resistir las cargas previstas se ha preparado el grafico...que
proporcional el espesor de las losas en funcin de las cargas por
eje simple, del mdulo k de reaccin de la subrasante y de la tensin
admisible del hormign a la flexin. Para poder establecer el efecto
de las cargas por eje tandem y compararlas con las de eje simple se
utilizan grficos.
En los siguientes ejemplos se ilustra sobre la aplicacin de los
grficos tanto para el dimensionamiento como el anlisis de
pavimentos.
Ejemplo 1: se quiere proyectar un pavimento del sistema local y
se estima que la carga mxima por eje simple de 6000 kg es la
frecuente.
Se sabe, que el hormign dosificado con los materiales de
utilizacin local tiene un mdulo de rotura sf=45 kg/cm2 y que la
subrasante est constituida por un suelo arcilloso, que una vez
compactado, tiene un mdulo de reaccin k=2,8 kg/cm3.
Para la carga estimada (no debe considerarse ningn factor de
seguridad de carga) se encuentra en el grfico correspondiente el
espesor de 14 cm, para una tensin admisible de
0,5x45kg/cm2=22,5kg/cm2.
Ejemplo2: Estudiar diseos equivalentes para el pavimento de una
calle de trnsito general con cargas pesadas y frecuentes, de
acuerdo con los datos que se consignan a continuacin:
Trnsito: el detallado en el cuadro siguiente que consigna las
cargas ms pesadas, sobre ejes simples o tandem y su frecuencia, en
las columnas 1 y 3.
Mdulo de rotura del hormign: sf =45 o 50 kg/cm2 de acuerdo a los
materiales de la dosificacin adoptada. El 50% de estos valores son
las tensiones admisibles para una reiteracin ilimitada de las
cargas.
Mdulo de reaccin de la subrasante: k=2,8kg/cm3 constituida por
suelos finos susceptibles de experimentar bombeo. Por este motivo,
como las cargas pesadas son frecuentes, debe intercalarse una
subbase entre la losa y la subrasante, para la que se adopta un
espesor de 10cm, constituida por materiales granulares
(k=3,6kg/cm3) o por suelo-cemento (k=8,4kg/cm3)
Para establecer en cada caso si los espesores adoptados son
adecuados para soportar las cargas previstas del trnsito se procede
a utilizar los baco del mtodo (ver filminas de explicacin del
TP).
Siendo el consumo de capacidad inferior al 100% los diseos
estudiados son adecuados para soportar las cargas previstas del
trnsito. Se adoptar el diseo que resulte ms econmico.
4. BIBLIOGRAFA
Diseo de espesores de pavimentos flexibles para pavimentacin
urbana, Ing. Jorge
M. Lockhart. Comisin permanente del asfalto. Buenos Aires.
1970.
Pavimentos urbanos de Hormign de Cemento Prtland. Instituto del
Cemento Portland Argentino.
Apuntes de materia Construccin de Carreteras. Universidad de
Buenos Aires.
Profesores Ings. Rod, Juan Manuel Campana y Ana Mara Lima.