Apunte pavimentos

Departamento de Transporte

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1. Conceptos básicos sobre pavimentos.............................................................................. 2

1.1. Introducción ............................................................................................................. 2

1.2. Componentes estructurales del pavimento.............................................................. 2

1.3. Fundamentos del diseño de pavimentos ................................................................. 5

1.4. Factores que intervienen en el cálculo de espesores.............................................. 5

1.4.1. Tránsito ............................................................................................................ 6

1.4.2. Resistencia de los materiales .......................................................................... 6

1.4.3. Subrasante....................................................................................................... 7

1.4.4. Drenaje............................................................................................................. 7

1.4.5. Acción de las heladas ...................................................................................... 7

1.4.6. Vida útil para el diseño..................................................................................... 8

2. Métodos de diseño de pavimentos flexibles..................................................................... 9

3.1 Método Shell ............................................................................................................ 9

3.2 Procedimiento de diseño ....................................................................................... 11

1.4.7. Tránsito .......................................................................................................... 11

1.4.8. Características de la subrasante.................................................................... 11

1.4.9. Ábacos de dimensionado............................................................................... 11

3. Pavimentos de Hormigón ............................................................................................... 13

3.1 Subrasante............................................................................................................. 13

3.2 Calidad del hormigón ............................................................................................. 15

3.3 Juntas .................................................................................................................... 15

1.4.1. Juntas longitudinales...................................................................................... 16

1.4.2. Juntas transversales ...................................................................................... 16

1.4.3. Juntas de expansión ...................................................................................... 17

1.5. Análisis estructural del diseño y método para el dimensionamiento...................... 18

1.5.1. Fatiga ............................................................................................................. 18

1.5.2. Método para el dimensionamiento ................................................................. 19

4. Bibliografía...................................................................................................................... 21


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1. CONCEPTOS BÁSICOS SOBRE PAVIMENTOS

1.1. Introducción

La función de un pavimento es la de proveer una superficie de rodamiento adecuada al

tránsito 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 fundación.

Un buen diseño debe cumplir con las condiciones enunciadas precedentemente al menor

costo inicial y con un mínimo de conservación durante la vida útil del pavimento.

El objetivo del diseño de un pavimento es el de calcular el mínimo espesor necesario de

cada una de las capas para que cumplen con las exigencias anteriores, teniendo en cuenta

los valores económicos de las mismas para lograr la solución técnico-económica más

conveniente.

1.2. Componentes estructurales del pavimento

Los pavimentos están formados por capas de resistencia decreciente con la profundidad.

Generalmente se componen de: carpeta de rodamiento – que puede ser de asfáltica o de

hormigón - base y subbase apoyado todo este conjunto sobre la subrasante. En algunos

casos pueden faltar algunas de estas capas1.

La función de cada una de las capas del pavimento es doble:

1) distribuir las tensiones provenientes de la parte superior reduciéndolas hasta

valores admisibles para las capas inferiores y,

2) ser suficientemente resistentes por sí mismas para soportar, sin

deformaciones permanentes, las cargas a las cuales están sujetas.

En la figura 1 se muestra un perfil de un pavimento.

1 En los perfiles urbanos el perfil tipo posee además un cordón cuneta, que en nuestro medio generalmente es de Hº.


3

Figura Nº 1: Distribución del peso de la rueda desde el punto de contacto hasta la última 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 distribución 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 presión de inflado del neumático, distribuida

sobre un área circular, equivalente al área de contacto del mismo. Los valores de las

tensiones verticales que se obtienen pueden expresarse como porcentaje de la carga

uniformemente aplicada y el área cargada se considera radial de radio “a”.

En la figura 2.a se observa que las máximas tensiones verticales se encuentran sobre el eje

de simetría y disminuyen marcadamente a medida que la profundidad pasa de “a” a 2a” y

“3a”. Se compara la situación de un medio homogéneo2 (en el que E1=E2) y el caso en que

existe una capa superior de mayor rigidez3 que la subyacente siendo su módulo de

elasticidad E1= 10 E2.

2 La distribución de tensiones en el interior de un macizo homogéneo por acción de una carga puntual ha sido resuelta por Boussinesq, solución que ha sido extendida por integración al caso de una carga uniforme y de dimensión finita.

3 La distribución de tensiones en estructuras multicapas se debe a la teoría desarrollada por M.D. Burminster, con posterioridad a Boussinesq. Los sistemas de ecuaciones permiten calcular en función de los módulos resistentes, el módulo de Poisson y los espesores, las tensiones y deformaciones en todo el pavimento. El mismo autor resolvió el sistema de ecuaciones propuesto


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Análogamente en la figura 2.b se representan los esfuerzos tangenciales calculados para

relaciones modulares E1/E2 iguales a 1, 10 y 100.

Del análisis de la figura se desprende claramente la influencia en la distribución de tensiones

que tienen las capas con módulos resistentes elevados. Las tensiones en las capas

inferiores disminuyen sensiblemente, en tanto que se produce una concentración de

tensiones en la capa superior.

Figura Nº 2: Distribución de tensiones en un sistema bicapa. Distribución de tensiones verticales y tangenciales.

exclusivamente para un sistema de dos capas de módulos E1 y E2; espesor de la primera capa igual al radio del área cargada y el espesor de la segunda semi infinito.


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Los calores de los módulos E2 de los materiales sin cementación varían entre 300 kg/cm2

para suelos y aún menores en caso de embebido y baja densificación hasta

aproximadamente 10.000 kg/cm2 en casos excepcionales para materiales de base con muy

alta densificación.

Para la capa superior, si se trata de concreto asfáltico E1 puede alcanzar valor de 100.000

kg/cm2 a bajas temperaturas y disminuir hasta 10.000 kg/cm2 para temperaturas muy

elevadas. A 15º C de temperatura el módulo E1 es igual a 50.000 kg/cm2.

1.3. Fundamentos del diseño de pavimentos

Para el cálculo de los espesores de un pavimento, como para el dimensionamiento de todas

las estructuras de ingeniería, es necesario hacer el análisis de la carga que va a actuar,

conocer la resistencia de los materiales de que se dispone y estudiar la fundación sobre la

que se va a apoyar el conjunto.

El diseño de pavimentos comprende básicamente dos aspectos:

1) el diseño de las mezclas y/o materiales a emplear en el pavimento, y

2) el diseño 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 cálculo de espesores dependerá de la

resistencia de las diversas capas estructurales, la que se relaciona directamente con las

características de los materiales y de las mezclas a emplear en la construcción de las

mismas. Asimismo, algunas de estas propiedades condicionan los procesos constructivos,

como por ejemplo, la compactación.

De allí 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 técnicas 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 cálculo de espesores

Los pavimentos son diseñados para obtener en forma económica un buen comportamiento

durante una larga vida de servicio. Diversos factores deben analizarse para obtener el

diseño del más bajo costo anual. Estos factores son:


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• Tránsito considerando las cargas por eje o rueda y su frecuencia

• Resistencia de los materiales

• Subrasante

• Drenaje

• Acción de las heladas

• Vida útil para el diseño

1.4.1. TRÁNSITO

En el análisis de las cargas actuantes, se deben tener en cuenta el peso u número de

vehículos que van a circular durante la vida útil del pavimento. No es posible llegar al

conocimiento exacto de estos números ya que el mismo resulta cambiante a través del

tiempo, pudiéndose hacer solamente estimaciones en base a hipótesis más o menos

ajustadas a la realidad.

Originariamente se tenían en cuenta las cargas máximas, pero posteriormente, se ha

verificado la importancia de la repetición de cargas y la influencia de la fatiga en la falla de

los pavimentos.

El volumen y carácter del tránsito fijan el ancho del pavimento, mientras que el peso y la

frecuencia de las cargas de los ejes o de las ruedas de los vehículos, determinan el espesor

y otras características del diseño estructural.

1.4.2. RESISTENCIA DE LOS MATERIALES

La determinación de la resistencia de los materiales que intervienen en la estructura deben

hacerse en la forma más 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 asfálticas, hay que tener en cuenta las condiciones de

temperatura de servicio, ya que en materiales plasto-elásticos la resistencia varía

sustancialmente con la misma.


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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 fundación debe realizarse como en el caso de capa de rodamiento, base y

subbase: en las condiciones más 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

cimentación.

El punto fundamental es conocer el grado de compactación y porcentaje de humedad que va

a tener en obra y hacer los ensayos en estas condiciones.

Una buena densificación de la subrasante es fundamental para lograr un buen

comportamiento de toda la estructura, evitando así el posterior asentamiento por

consolidación.

En el caso de pavimentos rígidos la uniformidad de la subrasante presenta una importancia

ulterior, como es explicado más adelante.

1.4.4. DRENAJE

Merece una consideración especial el drenaje adecuado del pavimento, tanto superficial

como subterráneo. El agua superficial debe ser evacuada a través de cunetas o desagües

pluviales. Con respecto al drenaje subterráneo 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 colocación de capas relativamente

gruesas de arena; o capas alternativas drenantes de arena e impermeables de suelo para

cortar la capilaridad y facilitar la compactación.

1.4.5. ACCIÓN DE LAS HELADAS

La acción de las heladas produce dos efectos perjudiciales en los pavimentos:

1) Levantamiento del pavimento por la presión que origina el mayor espacio que ocupa

el agua congelada.


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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 penetración de la helada. La profundidad de penetración

depende de la temperatura bajo el punto de congelamiento y del tiempo que la misma se

mantiene, ya que la transmisión de calor no es instantánea en estos materiales. Por esta

circunstancia solamente se producen problemas de esta índole en los lugares cuyo clima es

riguroso durante períodos prolongados.

Los suelos más susceptibles son los suelos finos que tienen elevada capilaridad y baja

cohesión, entrando dentro de esta clasificación los duelos limosos y limo-arenosos. Las

arenas y los suelos arcillosos resultan menos sensibles.

En consecuencia en los climas en la que acción 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 penetración de la helada. Afortunadamente, este

problema de gran importancia en algunos países, no es crítico en el nuestro, salvo en

algunas regiones particulares.

1.4.6. VIDA ÚTIL PARA EL DISEÑO

Conociendo las condiciones del tránsito, el pavimento puede ser diseñado para la vida de

servicio que se desee. Debe establecerse el volumen y peso del tránsito futuro previsible.

Se acostumbra a tomar vidas útiles del pavimento rígido comprendidas entre 30 y 50 años.

Par el caso de pavimentos flexibles las vidas útiles suelen estar comprendidas entre 15 y 20

años.


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2. MÉTODOS DE DISEÑO DE PAVIMENTOS FLEXIBLES Existen distintos métodos de diseño de pavimentos flexibles:

1) El método Porter o del Valor Soporte California (CBR): desarrollado en California por

Porter y entra dentro del grupo de los métodos empíricos. La idea directriz del autor

fue la de buscar un procedimiento que teniendo en cuenta las propiedades de los

materiales y el tránsito, fuera suficientemente simple para poder utilizar, no

solamente en el laboratorio en la faz de proyecto, sino también en obra para hacer

un control de la construcción efectivo.

2) Método del Instituto del Asfalto de los EEUU (AASHTO): es también un método

empírico, basándose principalmente en trabajos de correlación de tipo estadístico..

Ha recibido numerosas modificaciones y su forma actual se basa principalmente en

la correlación establecida con los resultados de los caminos experimentales

AASHTO. La investigación ha sido encarada tendiente a la utlizacón de espesores

totales de mezcla bituminosa tipo concreto asfáltico (full depth), no obstante para a

utilización de otros materiales de base se dan los coeficientes de equivalencia con

los cuales se pueden hacer diseños alternativos y elegir la solución técnico-

económica más conveniente.

3) Método SHELL: el método fue desarrollado por el equipo de investigación de la Shell

y su procedimiento y fundamentos se encuentran en las Curvas Shell 1963, para el

diseño de pavimentos flexibles. Basándose en la teoría de capas y en las ecuaciones

de Burminster se han podido obtener los valores más críticos de las tensiones a que

se encuentran sometida la estructura.

3.1 Método Shell

Los materiales son considerados de comportamiento elástico dentro del ámbito de

aplicación de las cargas dinámicas.

Se considera un sistema de tres capas distribuidas de la siguiente forma:

a) una capa o capas con ligante asfáltico. Se considera conjuntamente la carpeta de

rodamiento con la base asfáltica cuando ésta existe;

b) una capa o capas granulares (no cementadas);

c) suelo de fundación o subrasante.


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Las condiciones críticas se encuentran ubicadas en el eje de simetría del sistema. En la

figura 15 se indican el sistema de capas considerado y las condiciones críticas que se

encuentran sobre el eje de simetría y que son las siguientes:

a) tensión de tracción en la cara inferior de la capa ligada con asfalto. En caso de que la

misma exceda las tensiones admisibles se produce la figuración de la carpeta por la

acción repetida de las cargas de tránsito (fatiga).

b) Tensión de compresión vertical en la superficie de la subrasante; si es excesiva se

producen deformaciones permanentes que se reflejan en la superficie.

La determinación de los módulos resistentes de los materiales no cementados E2 y E3, ha

sido hecha en las verdaderas condiciones de servicio utilizando métodos vibratorios en los

cuales se hace uso de las propiedad de que los módulos guardan relación con la velocidad

de propagación de ondas y la densidad del material.

Heukelom y Foster encontraron que existe una cierta correlación entre el CBR y el módulo

dinámico expresado en kg/cm2, y que está dada por la ecuación:

E=q.CBR

El valor de q varía entre 50 y 200, pero con una correlación mayor en la zona de q=100; en

consecuencia, la ecuación de correlación es la siguiente:

E=100.CBR

Además demostraron que los valores de E2 y E3 son interdependientes y que su relación de

E2/E3 no supera el valor de 2,5 dependiente de las condiciones de densificación de las

capas.

Por otra parte el módulo E1 de la mezcla asfáltica tampoco es constante, dependiendo de la

temperatura y de la velocidad de aplicación de la carga. Se obtiene en laboratorio para una

gama amplia de temperaturas y velocidad de aplicación de la carga, debiéndose elegir la

situación más crítica de trabajo.


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3.2 Procedimiento de diseño

1.4.7. TRÁNSITO

Se hace una estimación del tránsito reduciendo las cargas que van a actuar a un número

equivalente de pasadas de un eje tipo de 8,2 toneladas.

Para obtener el número total N de pasadas del eje de 8,2 tn se debe estudiar la distribución

de las distintas cargas, obtener la equivalencia de las mismas con respecto al eje tipo y

calcular el valor N.

En forma práctica este método ha solucionado el problema calculando el Factor de

Distribción de Cargas (FDC) diario, que es la equivalencia porcentual de la cara tipo,

extrapolándolo a la vida útil estimada, por medio de la fórmula:

1.4.8. CARACTERÍSTICAS DE LA SUBRASANTE

El Cálculo para el diseño se basa en el módulo elástico-dinámico del suelo. Como su

medición por medio de los métodos 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 correlación ha sido establecida por el módulo dinámic 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 penetración de las heladas, el

ensayo debe hacerse con el suelo saturado. En estos casos, cuando el suelo sea limoso

conviene utilizar capas asfálticas de espesores superiores a los mínimos en los gráficos.

1.4.9. ÁBACOS DE DIMENSIONADO

Los ábacos para el dimensionado han sido preparados para que no se sobrepasen la

deformación admisible por compresión vertical de la subrasante (parte curva de los ábacos),

ni la tensión de tracción en la capa asfáltica (parte recta de los ábacos).

. . . . . . . ( . ) 365100FDCN Total de ejes por trocha por día Vida útil en años= × × ×


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Con el valor del CBR de la subrasante, se elige el ábaco correspondiente, en el cual

entrando con el valor N de tránsito se obtienen los espesores de mezcla asfáltica y material

granular no cementado para subbase y base.

En los mismos ábacos figuran separados por líneas punteadas los espesores y CBR

mínimos que deben tener las capas de subbase y base no cementadas.

Como se puede ver existen múltiples combinaciones de mezcla asfáltica y capas granulares

que resuelven casa caso, debiéndose elegir entre ellas las que den la solución más

económica.

Resumiendo, la mecánica del dimensionado es la siguiente:

a) Establecer la característica de la subrasante. Ensayo CBR.

b) Establecer el número N de repeticiones de carga equivalente.

c) Elegir entre las variantes de la construcción. Ábacos de diseño

d) Determinar las características para el material granular. Ábacos de diseño.


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3. PAVIMENTOS DE HORMIGÓN

3.1 Subrasante

Como consecuencia de su rigidez, el pavimento de hormigón tiene considerable resistencia

de flexión denominada también de viga y alta capacidad para distribuir las cargas. Las

presiones sobre el suelo o material debajo del pavimento, son muy pequeñas por la

distribución de las cargas sobre una amplia superficie. Se deduce en consecuencia que los

pavimentos de hormigón no requieren subrasantes resistentes.

Para asegurar el comportamiento satisfactorio del pavimento de hormigón, es necesario que

el suelo de la subrasante posea características y densidad uniformes, es decir, soporte

uniforme. En las superficies inestables que aparecen durante la construcción, 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 áreas

débiles con material granular de mejor calidad que el adyacente, porque de este modo se

atenta contra el soporte uniforme que necesita el pavimento de hormigón.

Con una razonable uniformidad de la subrasante y previniendo los cambio volumétricos

excesivos de los suelos expansivos con un cuidadoso control de la humedad y densidad

durante la compactación, se logra una superficie adecuada para el asiendo del pavimento.

La compactación de los suelos expansivos con un cuidados control de la humedad y

densidad durante la compactación, se logra una superficie adecuada para el asiento del

pavimento4.

El soporte que la subrasante presta al pavimento se expresa con el valor del módulo de

reacción “k” de la subrasante y puede ser determinado mediante ensayos de carga en el

terreno o por correlación con valores soportes establecidos mediante otros ensayos.

Para el diseño de pavimentos suelen usarse los siguientes valores del módulo k de la

subrasante:

4 La compactación de los suelos expansivos con humedades iguales o ligeramente superiores a la óptima del ensayo IRAM 10511 (AASHTO normal T99-70), controlará efectivamente sus cambios volumétricos, aún en lugares de extensos períodos de tiempo seco, siempre que se evite el secado de esos suelos, antes de construir el pavimento.


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k (kg/cm3) Tipo de suelo Comportamiento

2,8 Limo y arcilla Satisfactorio

5,5 Arenoso Bueno

8,3 Grava arenosa Excelente

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 continuación:

Espesor de la subbase en cm (subrasante

con k=2,8 kg/cm3)

Valor k para el diseño (kg/cm3)

10 8,4

12,5 11,2

15 14,0

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 diseño (kg/cm3)

10,0 3,6

15,0 3,9

22,5 4,4

30,0 5,3


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3.2 Calidad del hormigón

La elección de materiales y su dosificación para elaborar hormigones tiene por fin obtener:

1) durabilidad satisfactoria para las condiciones de servicio previstas

2) resistencia a la flexión deseada.

Considerando que las tensiones críticas en el pavimento de hormigón son las de flexión, se

utiliza para su diseño este tipo de resistencia, expresada por su módulo de rotura s`f..

Para condiciones promedio, el hormigón que posee un módulo de rotura (método de ensayo

IRAM 1547 – ASTM C78) comprendido entre 45 y 55 kg/cm2 a los 28 días, resulta

económicamente más conveniente.

La cantidad de agua de la mezcla y su consolidación tiene una influencia crítica sobre la

durabilidad del hormigón endurecido. Para un determinado y adecuado contenido de

cemento, la menor cantidad de agua que produzca un hormigón plástico, trabajable y

fácilmente consolidable, permitirá obtener la mayor durabilidad del hormigón endurecido5.

Cuando se necesitan condiciones especiales de durabilidad, se aconseja la incorporación de

aires al hormigón, la que además de mejorar la durabilidad del hormigón endurecido, mejora

las condiciones del hormigón plástico al:

1) prevenir la segregación de los materiales

2) aumentar su trabajabilidad

3) disminuir la exudación

4) reducir la cantidad de agua necesaria para obtener una satisfactoria trabajabilidad

3.3 Juntas

Las juntas tienen por fin mantener las tensiones que soporta el pavimento de hormigón,

dentro de los límites admisibles, previniendo la formación de fisuras y grietas irregulares.

5 Como norma general, con agregados de buena calidad, puede emplearse un hormigón con una relación agua-cemento alrededor de 0,48 y un contenido mínimo de cemento de 325 kg/m3. La resistencia a la compresión promediada por secciones debe ser como mínimo de 300 kg/cm2 a los 28 días de edad.


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1.4.1. JUNTAS LONGITUDINALES

Se instalan para controlar el agrietamiento longitudinal, espaciándose a intervalos de 2,5 a

4,0 m, coincidiendo generalmente con las líneas divisorias de trochas de tránsito. 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 unión que impiden la

separación de sus bordes. Para más de cuatro trochas es conveniente intercalar una junta

longitudinal machihembrada o ensamblada de bordes libres.

1.4.2. JUNTAS TRANSVERSALES

Estas juntas denominadas de contracción, controlan el agrietamiento transversal al

disminuir:

1) las tensiones de tracción 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 separación adecuada entre juntas que controle el agrietamiento eliminará la necesidad

del uso de armadura distribuida en la losa6.

La mejor guía con respecto a la separación 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 de

obtener un satisfactorio control del agrietamiento.

6 La armadura distribuida en la losa tiene por único fin mantener unidos los bordes de cualquier grieta que eventualmente pudiera producirse.


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Tipo de agregado grueso Máxima separación entre juntas

transversales

Granítico partido

Calcáreo partido

Grava calcárea

6,00 m

Grava silícea

Grava menor de 20mm (3/4”)

Escoria

4,5 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 tránsito que llevará

el pavimento. Los pasadores no son necesarios en calles residenciales o de tránsito liviano,

pero deben colocarse en calles que soporten el tránsito diario, de más de 60 a 90 camiones

pesados (200 a 300 ejes pesados) por día, a menos que el pavimento asiente sobre una

sólida subbase de material tratado con cemento.

1.4.3. JUNTAS DE EXPANSIÓN

Su objeto es disminuir las tensiones de compresión, proveyendo un espacio entre losas, que

permita el movimiento del pavimento cuando se expande.

Cuando las juntas de contracción están adecuadamente separadas, la necesidad de las

juntas de expansión depende, en gran medida de la temperatura ambiente predominante

durante la construcción y de las características de expansión del agregado grueso

empleado.

Los estudios teóricos, el comportamiento de pavimentos en servicio y los resultados de

tramos experimentales, muestran que con excepción de su colocación frente a estructuras

existentes y en intersecciones irregulares, las juntas de expansión no son necesarias en los

pavimentos de hormigón, si:

1) los agregados empleados tienen características normales de expansión


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2) la construcción tiene lugar con temperaturas normales

3) las juntas de contracción se ubican a intervalos que controlen el agrietamiento

transversal, o

4) las juntas de contracción se mantienen perfectamente selladas para impedir la

infiltración de materiales incompresibles.

Si el pavimento se construye en invierno con bajas temperaturas, o si los agregados

empleados son anormalmente expansivos, se colocarán juntas de expansión a distancias de

180 a 240 m. En condiciones normales, salvo las excepciones citadas anteriormente, debe

prescindirse del uso de las juntas de expansión.

Poner foto de juntas

1.5. Análisis estructural del diseño y método para el dimensionamiento

El procedimiento de diseño presentando en este apartado está basado sobre fórmulas bien

conocidas avaladas por estudios teóricos ensayos de laboratorio sobre losas a escala

natural y el comportamiento de los pavimentos en servicio durante muchos años.

1.5.1. FATIGA

Cuando las continuas aplicaciones de las cargas producen tensiones que no exceden del

50% del módulo de rotura (coeficiente de seguridad igual o mayor a 2) el hormigón soportará

un número ilimitado de tales tensiones sin que ocurran fallas por fatiga. Cuando las

tensiones producidas exceden el 50% del módulo de rotura (coeficiente de seguridad

comprendido entre 1 y 2) queda limitado el número de repeticiones de las tensiones para

que el hormigón no experimente fallas por fatiga.

Este número limite o permitido de repeticiones de las tensiones (cargas) puede determinarse

mediante el uso de curvas de fatiga.

Como la capacidad estructural del pavimento está medida por el número 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


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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. MÉTODO PARA EL DIMENSIONAMIENTO

Con el propósito de facilitar los cálculos, ya sea para efectuar un análisis de las tensiones a

que estará sometido un pavimento de hormigón, o para establecer las dimensiones de la

sección transversal para resistir las cargas previstas se ha preparado el grafico...que

proporcional el espesor de las losas en función de las cargas por eje simple, del módulo “k”

de reacción de la subrasante y de la tensión admisible del hormigón a la flexión. Para poder

establecer el efecto de las cargas por eje tandem y compararlas con las de eje simple se

utilizan gráficos.

En los siguientes ejemplos se ilustra sobre la aplicación de los gráficos tanto para el

dimensionamiento como el análisis de pavimentos.

Ejemplo 1: se quiere proyectar un pavimento del sistema local y se estima que la carga

máxima por eje simple de 6000 kg es la frecuente.

Se sabe, que el hormigón dosificado con los materiales de utilización local tiene un módulo

de rotura s’f=45 kg/cm2 y que la subrasante está constituida por un suelo arcilloso, que una

vez compactado, tiene un módulo de reacción k=2,8 kg/cm3.

Para la carga estimada (no debe considerarse ningún factor de seguridad de carga) se

encuentra en el gráfico correspondiente el espesor de 14 cm, para una tensión admisible de

0,5x45kg/cm2=22,5kg/cm2.

Ejemplo2: Estudiar diseños equivalentes para el pavimento de una calle de tránsito general

con cargas pesadas y frecuentes, de acuerdo con los datos que se consignan a

continuación:

• Tránsito: el detallado en el cuadro siguiente que consigna las cargas más

pesadas, sobre ejes simples o tandem y su frecuencia, en las columnas 1 y 3.

• Módulo de rotura del hormigón: s’f =45 o 50 kg/cm2 de acuerdo a los materiales

de la dosificación adoptada. El 50% de estos valores son las tensiones

admisibles para una reiteración ilimitada de las cargas.


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• Módulo de reacción 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 tránsito se procede a utilizar los ábaco del método

(ver filminas de explicación del TP).

Siendo el consumo de capacidad inferior al 100% los diseños estudiados son

adecuados para soportar las cargas previstas del tránsito. Se adoptará el diseño

que resulte más económico.


21

4. BIBLIOGRAFÍA Diseño de espesores de pavimentos flexibles para pavimentación urbana, Ing. Jorge

M. Lockhart. Comisión permanente del asfalto. Buenos Aires. 1970.

Pavimentos urbanos de Hormigón de Cemento Pórtland. Instituto del Cemento Portland

Argentino.

Apuntes de materia Construcción de Carreteras. Universidad de Buenos Aires.

Profesores Ings. Rodó, Juan Manuel Campana y Ana María Lima.

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Apunte pavimentos