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Componentes principales de un pavimento de hormigón

Figura 1. Estructura típica de un pavimento rígido (Calo et al., 2015)

Una sección común de un pavimento rígido se compone de una capa superior, conocida como calzada de hormigón, que es responsable de proporcionar la mayor parte de la capacidad estructural del pavimento. Esta capa se apoya sobre una base de material seleccionado, que puede o no estar tratada con un ligante, y a su vez descansa sobre el suelo natural o la explanada (ver Figura 1).

Calzada de hormigón

La capa superior del pavimento está conformada por la calzada de hormigón, la cual tiene la responsabilidad de proporcionar tanto las características funcionales como gran parte de la capacidad estructural requerida. En cuanto a las características funcionales, es la encargada de brindar las condiciones superficiales necesarias, como el drenaje superficial, la fricción y la regularidad, de acuerdo con el tipo de vía y las condiciones de servicio, a fin de garantizar una conducción segura y cómoda. En lo que respecta a su capacidad estructural, debe ser lo suficientemente resistente para soportar las cargas durante el periodo de servicio y actuar como una barrera impermeable para las capas inferiores del pavimento, minimizando la entrada de agua desde la superficie hacia el interior de la estructura.

El espesor de la calzada dependerá en gran medida del nivel de tránsito pesado previsto, oscilando entre 15 cm y 20 cm para vías urbanas o de bajo tránsito pesado y de 20 cm a 30 cm en rutas de mayor volumen de vehículos pesados.

Base

La capa fundamental en el comportamiento del firme de un pavimento rígido es su base, pues proporciona un apoyo continuo, uniforme y estable a lo largo del tiempo. Si no se cumple esta condición, las losas del pavimento se ven sometidas a tensiones y deformaciones significativas debido a las cargas del tráfico. Esta capa se encuentra ubicada justo debajo de la calzada de hormigón y su función principal es prevenir la erosión en la interfaz entre la losa y el apoyo, lo que la convierte en un elemento obligatorio en las vías con tránsito pesado.

Además de esta función principal, la incorporación de la base en la estructura del pavimento ofrece varios beneficios, tales como mejorar la distribución de cargas, reducir las tensiones en las capas inferiores de la estructura, contribuir al drenaje subsuperficial del agua de infiltración, proteger los suelos de la explanada de la acción de las heladas, garantizar un soporte uniforme para la calzada de hormigón y proporcionar una plataforma de trabajo adecuada que no sea susceptible a las condiciones climáticas y sea apta para la circulación de vehículos de obra.

Una de las causas que puede provocar la falta de uniformidad en la base es lo que se conoce como bombeo de finos (pumping, en inglés): si hay agua debajo de la losa, la base contiene una proporción significativa de finos y la intensidad del tráfico pesado es relativamente alta, la circulación de estos vehículos y el paso de una losa a otra contigua puede provocar el bombeo de la mezcla de agua y finos en la zona de juntas o bordes del pavimento, lo que conduce a la erosión de la base y al descalce de las losas.

En el caso de tráficos medios y ligeros, se suelen utilizar las bases granulares tradicionales, como el macadam o la zahorra artificial (que consisten en gravas y arenas trituradas). No obstante, cuando se trata de tráficos pesados, es necesario emplear materiales granulares tratados con un ligante o conglomerante, como las bases de gravacemento.

Subbase

La subbase es una capa de firme que se ubica debajo de la base en la explanada, también conocida como subrasante. En algunos casos, esta capa puede no ser necesaria si la explanada ya cuenta con una elevada capacidad de soporte granular. Su principal función es proporcionar una base uniforme para la colocación y compactación de la capa de base, además de constituir una plataforma adecuada para su construcción. Es importante que esta capa tenga una función drenante, para lo cual es necesario que los materiales empleados no contengan finos. En cualquier caso, esta capa es generalmente necesaria como capa de transición. Las subbases granulares se componen de gravas y arenas naturales o trituradas, suelos estabilizados con cemento, gravaescoria, entre otros materiales.

Explanada

La subrasante o explanada es la superficie sobre la que se asienta la superestructura del pavimento. Es crucial que esta superficie tenga la resistencia y la regularidad geométrica adecuadas, pues es el soporte directo del pavimento. Además, la explanada puede estar compuesta por la capa superior del terraplén o el fondo de las excavaciones en terreno natural, y es responsable de soportar la estructura del pavimento. Para asegurar la estabilidad y el óptimo estado de la explanada, se seleccionan suelos con características aceptables y se compactan en capas para crear un cuerpo estable capaz de resistir la carga de diseño del tránsito.

Subdrenaje

En ciertas situaciones, es posible mejorar el sistema de drenaje de una estructura, incluyendo estructuras de subdrenaje. Esto permite eliminar rápidamente el agua que se filtra inevitablemente por las juntas y fisuras, evitando los efectos perjudiciales que podría causar su acumulación en la estructura del pavimento. Los subdrenes se componen de una red colectora de tuberías perforadas o ranuradas que se alojan en zanjas para recolectar el agua subterránea. El objetivo es controlar y retirar el agua, minimizando su efecto negativo en las capas estructurales del pavimento.

Juntas

Las juntas son cruciales para determinar las dimensiones de las losas del pavimento y controlar la formación de fisuras tanto en la etapa temprana como en servicio. Existen dos tipos de juntas: las de contracción, que implican debilitar la sección de hormigón, y las de construcción, que se moldean. La opción más común es utilizar el aserrado para crear las juntas, aunque también pueden formarse en fresco con la creación de surcos en el hormigón. En este último caso, puede haber manipulaciones posteriores que afecten la regularidad superficial, lo que limita su uso en juntas transversales en carreteras con tráfico intenso. El serrado de las juntas debe realizarse antes de que se formen las fisuras, pero no demasiado pronto, pues los bordes podrían dañarse. El momento adecuado depende del tipo de cemento y las condiciones de humedad y temperatura. Según el PG-3, se debe hacer el serrado de las juntas transversales dentro de las primeras 24 horas después de la puesta en obra del hormigón, mientras que para las longitudinales, el serrado debe hacerse entre 24 y 72 horas después. La profundidad mínima del corte debe ser de un tercio o un cuarto del espesor de la losa para las juntas longitudinales y transversales, respectivamente. Es recomendable sellar las juntas, especialmente en áreas con mucha lluvia, y para ello se utilizan productos de sellado, preferiblemente perfiles preformados de materiales elastoméricos que se introducen a presión.

Transferencia de carga

La transferencia de carga se refiere a la capacidad de una junta para transmitir una parte de la carga aplicada en una losa a la losa adyacente. Esta transferencia se puede lograr mediante la trabazón de áridos, que se produce entre las caras de la fisura que se desarrolla por debajo de la junta, o mediante el uso de pasadores. En algunos casos, se pueden emplear ambas técnicas en conjunto para lograr una transferencia de carga óptima.

Pasadores

Los pasadores son barras de acero lisas que se colocan en las juntas transversales para transferir cargas sin restringir el movimiento horizontal de las losas. Además de colaborar en la disminución de las tensiones y deflexiones en el hormigón, reducen el potencial de escalonamiento, bombeo y rotura de esquinas en las losas.

Figura 2. Canastilla de pasadores (Calo et al., 2015)

Barras de unión

Los pasadores son barras de acero lisas que se colocan en las juntas transversales para transferir cargas sin restringir el movimiento horizontal de las losas. Su función principal es disminuir las tensiones y deflexiones en el hormigón, al mismo tiempo que reducen el riesgo de escalonamiento, bombeo y rotura de esquinas en las losas.

Figura 3. Barras de unión (Calo et al., 2015)

Arcenes

Aunque no forma parte de la estructura, la condición de soporte en los bordes de la calzada es fundamental en los pavimentos de hormigón. Si el arcén está pavimentado con una estructura de hormigón, la calzada puede transferir una parte de las cargas aplicadas a su estructura, lo que reduce las tensiones y deflexiones debidas a las cargas. Además, minimiza la infiltración de agua desde la superficie del pavimento. Además de los arcenes, existen otras alternativas estructurales, como la incorporación de bordillos (en pavimentos urbanos) o la ejecución de sobreanchos de calzada, que también contribuyen significativamente a mejorar la condición de soporte en los bordes.

Referencias:

CALO, D.; SOUZA, E.; MARCOLINI, E. (2015). Manual de diseño y construcción de pavimentos de hormigón. Instituto del Cemento Portland Argentino (ICPA).

IECA (2012). Firmes de hormigón en carreteras. Guías técnicas. Firmes y explanadas.

KRAEMER, C. (1965) Pavimentos de hormigón normal y pretensado. Experiencia española en el tramo de ensayo. Publicación n.º 18 del Laboratorio de Transporte y Mecánica del Suelo. Centro de Estudios y Experimentación de Obras Públicas (CEDEX). Madrid.

KRAEMER, C.; MORILLA, I.; DEL VAL, M.A. (1999). Carreteras II. Explanaciones, firmes, drenaje, pavimentos. Universidad Politécnica de Madrid, Madrid.

RECUENCO, E. (2014). Firmes y pavimentos de carreteras y otras infraestructuras. Garceta grupo editorial, Colección Escuelas, Madrid.

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Pavimentos de hormigón armado con juntas para carreteras

Figura 1. Pasadores en una junta de construcción de un pavimento rígido

En su momento, los pavimentos de hormigón armado con juntas se popularizaron debido a su capacidad para reducir la cantidad de uniones, lo que resultó en una separación de varias decenas de metros, llegando incluso a los 30 m. El diseño buscó solucionar el problema de conservación que representaban estas juntas, consideradas como la zona más débil, mediante la reducción de su número mediante el aumento de la longitud de las losas. Si bien estos pavimentos solían ser utilizados para el tráfico pesado, en la actualidad son poco comunes en las carreteras, aunque se utilizan en pavimentos industriales y otras aplicaciones. No obstante, han quedado en desuso debido a su elevado costo, pues no se considera que su calidad sea proporcional al precio.

Los pavimentos de hormigón armado con juntas (Figura 2) se dividen en losas, las cuales tienen una longitud mayor y la armadura no se dispone de forma continua. En cambio, se interrumpe en la zona de las juntas, donde se instalan pasadores para mejorar las condiciones de transferencia de carga.

Figura 2. Esquema de un pavimento de hormigón armado con juntas

Es importante destacar que la mayor separación entre juntas puede provocar un mayor movimiento en la losa, debido a los cambios en la temperatura y la humedad, lo que puede afectar la transferencia de carga y aumentar la demanda en los sellos de las juntas. Por lo tanto, en este tipo de pavimentos, se exige la incorporación de pasadores en todas las juntas transversales, como medida obligatoria para garantizar la estabilidad del pavimento a largo plazo.

Figura 3
Figura 3. Sección de un pavimento de hormigón armado con juntas

Las armaduras se ubican en el tercio superior de la losa, no con una función estructural, sino para evitar las fisuras transversales que puedan formarse entre las juntas. Esto garantiza la transmisión de cargas en las fisuras, impide la penetración de agua y otros materiales finos y evita la formación de grietas en forma de “V” bajo la acción del tráfico. La distancia entre juntas longitudinales se mantiene en torno a los 4-6 m, como en el caso del hormigón en masa, aunque en la actualidad se recomienda no superar los 9 m de separación entre juntas.

Figura 4. Pavimento de hormigón armado con juntas

La cuantía geométrica de armadura suele estar entre el 0,07% y el 0,10% del área de la sección transversal, y es frecuente el uso de mallas electrosoldadas, como la de tipo ME 15 x 15 A ø 6-6 B 500 T. En el sentido transversal, se utilizan tanto barras de unión como armadura distribuida, aunque con una cuantía inferior a la utilizada en el sentido longitudinal.

Veamos en esta animación cómo funcionan los pasadores ante el paso del tráfico:

Referencias:

IECA (2012). Firmes de hormigón en carreteras. Guías técnicas. Firmes y explanadas.

KRAEMER, C.; MORILLA, I.; DEL VAL, M.A. (1999). Carreteras II. Explanaciones, firmes, drenaje, pavimentos. Universidad Politécnica de Madrid, Madrid.

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Pavimentos de hormigón en masa con juntas para carreteras

Figura 1. Estructura tipo de un pavimento rígido

Existen varios tipos de pavimentos de hormigón, que se clasifican en función de la existencia o no de armaduras y de la disposición de las juntas (Figura 1). Los pavimentos de hormigón en masa o de hormigón armado con juntas, y los pavimentos continuos de hormigón armado, son los más comunes en carreteras, mientras que los pavimentos de hormigón pretensado, los de hormigón armado con fibras, los de hormigón compactado con rodillo, de hormigón poroso, y los de elementos prefabricados (losas o adoquines) son menos frecuentes.

A continuación, se detallan los pavimentos de hormigón en masa con juntas, los cuales se consideran los más económicos y sencillos de construir (Figura 2). Estos pavimentos son usuales en diversas categorías de tráfico, soportando un promedio de hasta 2.000 vehículos pesados por carril y día. El control de la fisuración se logra mediante la inclusión de juntas, ya sean estas longitudinales o transversales, y pueden cumplir diferentes funciones como juntas de construcción, de contracción o de dilatación, dependiendo de su diseño.

Figura 2. Pavimento de hormigón en masa con juntas.

La fisuración se controla dividiendo al pavimento en losas con una separación entre juntas transversales de 3,5 a 6,0 m, que depende, entre otros factores, del tipo de base, el espesor y el coeficiente de expansión térmica (Figura 3). La separación entre juntas en una losa está estrechamente relacionada con su espesor. Si no hay grandes gradientes de temperatura, la distancia entre las juntas no debería exceder 25-30 veces el espesor de la losa. Si hay gradientes importantes de temperatura, la separación entre juntas debe reducirse a 15-20 veces el espesor de la losa. Se recomienda colocar las juntas a distancias inferiores a 5 m, y si no hay pasadores, no deben superar los 4 m. Como regla general, las losas deben ser rectangulares, y la relación entre sus lados no debe ser superior a 1,5. En calzadas con un ancho mayor de 5 m, se deben disponer juntas longitudinales.

Figura 3. Esquema de un pavimento de hormigón en masa con juntas

La transferencia de carga a través de las juntas es un factor relevante que condiciona el desempeño de los pavimentos. Una mala transferencia de carga puede provocar problemas como el escalonamiento de las juntas, la erosión de las bases debido a la eyección de agua con suelo fino (también conocido como “bombeo”) y roturas de las esquinas. En este tipo de juntas, existen dos mecanismos de transferencia de carga: la trabazón entre los áridos y el uso de pasadores.

Con frecuencia, se colocan barras de unión de acero corrugado en las juntas longitudinales para mantener unidas las losas adyacentes. Estas barras permiten la deformación debida al gradiente térmico, pero evitan la separación de las juntas entre carriles de circulación y el escalonamiento causado por el tráfico. A pesar de ello, estos fenómenos suelen ocurrir con poca frecuencia en las juntas longitudinales.

Con tráficos medios (IMD entre 200 y 2.000 vehículos pesados), suele ser común el empleo de pasadores en las juntas transversales para mejorar la transmisión de cargas entre las losas. Son barras lisas de acero no adheridas al hormigón, situadas a mitad de espesor, paralelas entre sí y al eje de la vía. De esta manera, se garantiza que las losas a ambos lados de la junta tengan una deflexión similar al paso de los vehículos. A pesar de que el empleo de pasadores reduce el espesor de las losas y aumenta la separación entre las juntas, también se han logrado excelentes resultados en pavimentos sin pasadores cuando las juntas se han dispuesto a distancias inferiores a 4 m.

El diseño “californiano” prescinde de los pasadores (Figura 4), aunque solo se utiliza en España para el tráfico medio y ligero. Sin embargo, cuando se espera más de 200 vehículos pesados por carril y sentido, se adoptan medidas para prolongar la vida útil del pavimento. Estas incluyen bases resistentes al desgaste como el hormigón magro o el gravacemento con mayor contenido de conglomerante, sistemas de drenaje para evitar la acumulación de agua en las juntas y bordes del pavimento (drenes laterales o bases porosas) y la construcción de losas cortas (aproximadamente de 4 m) con juntas inclinadas 1:6 para minimizar las tensiones.

Figura 4. Pavimento de hormigón en masa con juntas transversales inclinadas (Kraemer et al., 1999)

Hay que evitar los finos de los arcenes cercanos para prevenir el escalonamiento del pavimento. Se pueden implementar soluciones como zanjas longitudinales porosas o bases drenantes sin finos o estabilizadas empleando gravacemento o suelocemento. Sin embargo, la opción más efectiva suele ser un arcén de hormigón en masa con barras de unión al carril adyacente y una junta longitudinal sellada. Se comprueba que, con estas medidas, los pavimentos de hormigón en masa con juntas sin pasadores soportan el tráfico pesado, siempre y cuando no haya mucha lluvia. Además, es importante considerar el efecto positivo que tiene un arcén de hormigón en la estructura y en la prevención de la erosión. No obstante, en España, los pasadores son obligatorios para el tráfico pesado y medio-alto.

La técnica californiana se adapta bien a las pavimentadoras de encofrados deslizantes, pues no requiere pasadores. Antes de la década de 1980, los pasadores se introducían mediante vibración con una máquina que rodaba sobre encofrados fijos, o bien, la pavimentadora debía detenerse en cada junta para colocar los pasadores mediante horquillas, lo que empeoraba la regularidad superficial. Actualmente, las pavimentadoras cuentan con dispositivos que introducen los pasadores sin interrupciones y sin afectar al hormigón de la junta, lo que simplifica el proceso y aumenta su eficiencia. Además, el sobrecoste de utilizar pasadores es mínimo, lo que hace que esta solución sea competitiva para tráficos pesados y medios-alto.

Os dejo un webminar, desarrollado en 2020, del Instituto del Cemento Portland Argentino, sobre la ejecución de pavimentos de hormigón con tecnología convencional. Espero que os sea útil.

También recomiendo la videoconferencia sobre diseño y ejecución de juntas en pavimentos de hormigón, cuyo ponente es César Bartolomé, director del Área de Innovación de IECA. Espero que os guste.

Referencias:

IECA (2012). Firmes de hormigón en carreteras. Guías técnicas. Firmes y explanadas.

KRAEMER, C.; MORILLA, I.; DEL VAL, M.A. (1999). Carreteras II. Explanaciones, firmes, drenaje, pavimentos. Universidad Politécnica de Madrid, Madrid.

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Esta obra está bajo una licencia de Creative Commons Reconocimiento-NoComercial-SinObraDerivada 4.0 Internacional.

Procedimiento para la construcción y reparación de pavimentos de hormigón

losaLa construcción y la reparación de losas de hormigón usadas como pavimento es un reto que requiere el uso de técnicas constructivas. Uno de los problemas principales radica en la solución de las juntas para conseguir economía y durabilidad en la ejecución de esta unidad de obra. Os presento a continuación una solución de la empresa FAROBEL que resuelve el problema con losas más pequeñas y de menor espesor (entre 3,30 y 0,80 m) para reducir las tensiones por flexión debidas a las cargas y gradientes térmicos.  La reparación de los firmes actuales de asfalto se hace con pequeñas losas de 0,8*1,1*0,08 con juntas JRI+ y la reparación de los firmes de hormigón con una aplicación de la junta JRI+ para pavimentos de hormigón ya existentes. Para ello se utiliza una junta machihembrada tipo JRI+ que apoya los bordes y permite giros entre dichos bordes de losas. A esa junta se le dota de gomas impermeables, resultando un pavimento con transferencia de cargas e impermeabilidad permanentes.

jri+detalles

Las ventajas que presenta esta tecnología se pueden resumir en los siguientes puntos:

1.- Elimina las capas de base

2.- Elimina los pasadores

3.- Elimina el corte y el sellado

4.- Disminuye el espesor de las losas de hormigón

5.- Disminuye el mantenimiento

6.- Puede ponerse la capa asfáltica de rodadura sin erosionarse en la zona de la fisura.

7.- Aumenta la vida útil del pavimento

sistemafuerzasJri+

Os dejo un vídeo sobre la instalación:

También os dejo un artículo de José Ramón Vázquez sobre el tema.

Descargar (PDF, 1.12MB)

 

 

Juntas en pavimentos de hormigón

http://www.duravia.com.pe

Los pavimentos de hormigón más habitualmente empleados son los de hormigón en masa con juntas y, en menor proporción, los de hormigón armado con juntas (en donde el armado puede realizarse bien mediante armadura convencional o bien con fibras metálicas).  En función de su posición con respecto al avance del hormigonado, las juntas en un pavimento de hormigón se pueden clasificar como juntas longitudinales, que son paralelas a dicho avance, y como juntas transversales, que son las perpendiculares al mismo.  Os recomiendo la Guía Técnica de IECA sobre Diseño y ejecución de juntas en pavimentos y soleras de hormigón.

También recomiendo la videoconferencia sobre diseño y ejecución de juntas en pavimentos de hormigón, cuyo ponente es César Bartolomé, director del Área de Innovación de IECA. Espero que os guste.