I.U.P. “Santiago Mariño” – Fallas en pavimento rígido

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INTRODUCCION

Desde los senderos hechos a fuerza de paso, hasta las grandes carreteras de concreto, el

hombre ha modificado su entorno de acuerdo con las necesidades de su tiempo.

Actualmente, en la era de las comunicaciones, la necesidad de construir caminos más

fuertes y más seguros intensifica su mirada en el concreto, material de grandes

posibilidades para el desarrollo de los caminos en el mundo contemporáneo. La historia de

las modernas técnicas de construcción de caminos y puentes tiene sus inicios alrededor de

1850, con Tressaguet en Francia y John Metcalfe en el Reino Unido, quienes desarrollaron

un método de construcción con base en la colocación de piedras largas, limitadas por

piedras de tamaño progresivamente más pequeño. Este tipo de caminos, junto con otros

realizados con piedras, grava y arena, fueron diseñados para los bajos volúmenes y

velocidades de los primeros vehículos, hasta que la industria automotriz, al ir creciendo a

pasos agigantados, fue demandando mejores carreteras y caminos urbanos. El reto,

entonces, era buscar un material que resistiera pesadas cargas de manera eficiente y

duradera: la solución se tradujo en lo que ahora llamamos la construcción de caminos

pavimentados. Fue John Loundon MacAdam, a principios del siglo XIX quien desarrolló el

sistema notablemente más económico que se usa en la actualidad. La historia del primer

pavimento de concreto se remonta al año 1905, en la ciudad de Ohio, en los Estados

Unidos. De ahí en adelante, el uso de este material en la construcción de caminos será

recurrente, tanto en dicho país como en Europa.

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CONTENIDO

Pavimento

Pavimento (del latín pavimentu), en arquitectura, es la base horizontal de una determinada

construcción (o las diferentes bases de cada nivel de un edificio) que sirve de apoyo a las

personas, animales o cualquier pieza de mobiliario. Un pavimento puede tener diversos

tipos de revestimiento (madera, cerámica, etc.).

Pavimento (ingeniería civil)

También puede decirse pavimento a los conectores de vías de comunicación con asfaltos

combinados naturales.

En ingeniería civil, es la capa constituida por uno o más materiales que se colocan sobre el

terreno natural o nivelado, para aumentar su resistencia y servir para la circulación de

personas o vehículos. Entre los materiales utilizados en la pavimentación urbana, industrial

o vial están los suelos con mayor capacidad de soporte, los materiales rocosos, el hormigón

y las mezclas asfálticas. En la actualidad se encuentra en investigación pavimentos que

ayudan al medio ambiente como el formado por noxer.

Una de las primeras formas de pavimentación fue la calzada romana, construida en varias

camadas. Esta gran obra de ingeniería logró que varios tramos hayan resistido durante

siglos y se puedan encontrar inclusive hoy.

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Tipos de pavimentos

El pavimento puede ser definido como la unión de capas puestas unas sobre otras, de

manera horizontal, utilizado como superficie para que circulen los vehículos o peatones.

Puede ser clasificado en:

Pavimento articulado: posee una capa de hormigón que se caracteriza por ser muy

resistente y flexible. Además se le agregan varios elementos como el cemento.

Todos los materiales deben ser colocados da tal manera que resulten homogéneos.

Puede ser utilizado durante largos períodos de tiempo ya que resulta muy resistente

ante el desgaste y el agua. Es muy utilizado para la circulación de vehículos, además

para que el agua no se acumule. Algunos lugares donde se lo ve regularmente son

en calles, aeropuertos, entrada a puentes, cunetas, muelles, sendas peatonales, entre

muchos otros.

Un gran inconveniente que es normal que se produzca en este tipo de pavimentos,

se relaciona con la falla de la base. En este caso el arreglo puede resultar muy

costoso.

Pavimento rígido: está sostenido sobre una capa de material, está dotado de una

losa de cemento hidráulica. Estos tienen la capacidad de soportar cargas pesadas

gracias a su base de concreto. Estos tipos de pavimento son bastante económicos,

sobre todo a la hora del mantenimiento. Además al ser muy resistente puede ser

utilizado durante mucho tiempo, son fáciles para construir. Existen diversas clases

de éste, algunos de ellos son reforzados, simple, pre esforzado, entre otros. Son muy

utilizados en las ciudades y fábricas de trabajo industrial.

Pavimento flexible: reciben este nombre ya que pueden flexionarse o dicho de otra

manera son maleables. Estos pavimentos se encuentran sostenidos sobre un par de

capas flexibles y de base granular. Este resulta muy costoso, tanto en la

construcción, como en el mantenimiento. Es utilizado en zonas donde hay mucho

tránsito, como calles, parques de estacionamiento, veredas, entre otros.

Pavimento Semi-rígido: este pavimento, también conocido como pavimento

compuesto, es muy similar al flexible, pero también al de tipo rígido. La parte

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flexible suele estar en la parte superior, mientras que la rígida en la parte inferior.

Además es común que posea una capa de cemento o concreto. Gracias al cemento,

es estable y puede soportar cargamentos muy pesados, como aviones o camiones.

Pavimento Rígido

Anteriormente se pensaba que construir un pavimento de concreto hidráulico representaba

largos tiempos de ejecución, estructuras de carpetas robustas, grandes cantidades de acero

de refuerzo y superficies de rodamiento que al cabo de algún tiempo, se tornaban propensas

al derrapamiento de los vehículos. Atendiendo a lo anterior el equipo de expertos designado

a este fin, han diseñado y asesoran a los constructores de acuerdo a las necesidades

particulares de cada proyecto, en los cuales se cuida cada detalle con el fin de eficientizar

los recursos y garantizar la confortabilidad y seguridad del usuario.

Las ventajas de un pavimento de concreto hidráulico radican en:

Velocidad en su construcción

Mayor vida útil con alto índice de servicio

Mantenimiento mínimo

No se deforma ni deteriora con el tiempo

Requiere menor estructura de soporte

“Para la elaboración de un pavimento de concreto hidráulico es primordial contar con

materiales de la más alta calidad que garanticen su durabilidad y perfecto

funcionamiento”

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Tipos de Pavimentos Rígidos

Concreto hidráulico simple

No contiene armadura en la losa y el espaciamiento entre juntas es pequeño (entre 2.50

a4.50 metros o 8 a 15 pies). Las juntas pueden o no tener dispositivos de transferencia de

cargas (dovelas).

Concreto hidráulico reforzado

Tienen espaciamientos mayores entre juntas (entre 6.10 y 36.60 metros o 20 a 120 pies) y

llevan armadura distribuida en la losa a efecto de controlar y mantener cerradas las fisuras

de contracción.

Concreto hidráulico reforzado continuo

Tiene armadura continua longitudinal y no tiene juntas transversales, excepto juntas

deconstrucción. La armadura transversal es opcional en este caso. Estos pavimentos tienen

más armadura que las juntas armadas y el objetivo de esta armadura es mantener un

espaciamiento adecuado entre fisuras y que éstas permanezcan cerradas.

Aplicaciones del Pavimentos Rígidos

Aeropistas

En los aeropuertos, donde se demanda un mínimo de prórroga para la utilización del

pavimento terminado, se ha empleado un sistema de apertura rápida; éste consiste en el

colado secuencial del pavimento en la reconstrucción de pistas aéreas y plataformas.

Vialidades urbanas

La reconstrucción de vialidades urbanas se ha convertido en uno de los principales

problemas, pues además del tiempo y costo, afectan al tránsito vehicular. Sin embargo, con

los pavimentos de concreto de apertura rápida, estos problemas se minimizan

ostensiblemente.

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Zonas residenciales

El uso de pavimentos de concreto en zonas residenciales aumenta día con día, debido a la

reducción del tiempo de curado en la mezcla. Se ha demostrado que lo más eficiente para

disminuir el cierre de accesos, es la construcción con base en cimbra deslizante a todo lo

ancho de la calle. En los estacionamientos de las casas particulares, por ejemplo, se ha

logrado limitar a sólo 24 horas el impedimento para que los residentes metan sus

automóviles.

Elementos que integran un pavimento rígido

Subrasante:

Es la capa de terreno de una carretera que soporta la estructura de pavimento y que se

extiende hasta una profundidad que no afecte la carga de diseño que corresponde al tránsito

previsto. Esta capa puede estar formada en corte o relleno y una vez compactada debe tener

las secciones transversales y pendientes especificadas en los planos finales de diseño.

El espesor de pavimento dependerá en gran parte de la calidad de la subrasante, por lo que

ésta debe cumplir con los requisitos de resistencia, incompresibilidad e inmunidad a la

expansión y contracción por efectos de la humedad, por consiguiente, el diseño de un

pavimento es esencialmente el ajuste de la carga de diseño por rueda a la capacidad de la

subrasante.

Subbase:

Es la capa de la estructura de pavimento destinada fundamentalmente a soportar, transmitir

y distribuir con uniformidad las cargas aplicadas a la superficie de rodadura de pavimento,

de tal manera que la capa de subrasante la pueda soportar absorbiendo las variaciones

inherentes a dicho suelo que puedan afectar a la subbase. La subbase debe controlar los

cambios de volumen y elasticidad que serían dañinos para el pavimento.

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Se utiliza además como capa de drenaje y contralor de ascensión capilar de agua,

protegiendo así a la estructura de pavimento, por lo que generalmente se usan materiales

granulares. Al haber capilaridad en época de heladas, se produce un hinchamiento del agua,

causado por el congelamiento, lo que produce fallas en el pavimento, si éste no dispone de

una subrasante o subbase adecuada. Esta capa de material se coloca entre la subrasante y la

capa de base, sirviendo como material de transición, en los pavimentos flexibles.

Superficie de rodadura:

Es la capa superior de la estructura de pavimento, construida con concreto hidráulico, por lo

que debido a su rigidez y alto módulo de elasticidad, basan su capacidad portante en la losa,

más que en la capacidad de la subrasante, dado que no usan capa de base. En general, se

puede indicar que el concreto hidráulico distribuye mejor las cargas hacia la estructura de

pavimento.

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Materiales necesarios para la elaboración de una estructura de pavimento de concreto

hidráulico.

1. Cemento.

El cemento a utilizar para la elaboración del concreto será preferentemente Portland,

demarca aprobada oficialmente, el cual deberá cumplir lo especificado en las normas NMX

-C-414 - 1999 - ONNCCE. Si los documentos del proyecto o una especificación particular

no señalan algo diferente, se emplearán los denominados CPO (Cemento Portland

Ordinario)y CPP (Cemento Portland Puzolánico) dependiendo del caso y con sub -

clasificaciones30R, 40 y 40R. Estos cementos corresponden principalmente a los que

anteriormente se denominaban como Tipo I y Tipo IP.

2. Agua.

El agua que se emplee en la fabricación del concreto deberá cumplir con la norma NMX-C-

122, debe ser potable, y por lo tanto, estar libre de materiales perjudiciales tales como

aceites, grasas, materia orgánica, etc. En general, se considera adecuada el agua que sea

apta para el consumo humano.

3. Materiales pétreos.

Estos materiales se sujetarán al tratamiento o tratamientos necesarios para cumplir con los

requisitos de calidad que se indican en cada caso, debiendo el contratista prever las

características en el almacén y los tratamientos necesarios para su ulterior utilización. El

manejo y/o almacenamiento subsecuente de los agregados, deberá hacerse de tal manera

que se eviten segregaciones o contaminaciones con substancias u otros materiales

perjudiciales y de que se mantenga una condición de humedad uniforme, antes de ser

utilizados en la mezcla.

4. Grava

El agregado grueso será grava triturada totalmente con tamaño máximo de treinta y ocho

(38) milímetros, resistencia superior a la resistencia del concreto señalada en el proyecto

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5. Arena

El agregado fino o arena deberá tener un tamaño máximo de nueve punto cincuenta y un

milímetros (9.51 mm).

6. Aditivos.

Deberán emplearse aditivos del tipo “D” reductores de agua y retardantes con la

dosificación requerida para que la manejabilidad de la mezcla permanezca durante dos (2)

horas a partir de la finalización del mezclado a la temperatura estándar de veintitrés grados

centígrados (23° C) y no se produzca el fraguado después de cuatro (4) horas a partir de la

finalización del mezclado. Los aditivos deberán ser certificados por la casa productora. Para

asegurar la trabajabilidad de la mezcla, también se utilizara un agente inclusor de aire, con

los requisitos que señala la norma ASTM C 260.Estos aditivos se transportaran desde la

fábrica hasta la planta de concreto en camiones cisternas y se depositaran en tanques

especialmente diseñados para su almacenamiento y dosificación.

7. Concreto

El diseño de la mezcla, utilizando los agregados provenientes de los bancos ya tratados,

será responsabilidad del productor de concreto quien tiene la obligación de obtener la

resistencia y todas las demás características para el concreto fresco y endurecido, así como

las características adecuadas para lograr los acabados del pavimento. Durante la

construcción, la dosificación de la mezcla de concreto hidráulico se hará en peso y su

control durante la elaboración se hará bajo la responsabilidad exclusiva del Proveedor, es

conveniente que el suministro se realice por proveedores profesionales de concreto.

8. Membrana de Curado.

Para el curado de la superficie del concreto recién colada deberá emplearse una Membrana

de Curado de emulsión en agua y base parafina de color claro, el que deberá cumplir con

los requisitos de calidad que se describen en la normas

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Deberá aplicarse apropiadamente para proveer un sello impermeable que optimiza la

retención del agua de la mezcla. El pigmento blanco refleja los rayos solares ayudando a

mantener la superficie más fresca y prevenir la acumulación de calor.

9. Acero de refuerzo

El acero de refuerzo necesario para la construcción del pavimento se utiliza en las juntas, ya

sea como pasadores de cortante o pasajuntas o como barras de amarre para mantenerlos

cuerpos del pavimento unidos.

10. Barras de amarre.

En las juntas que muestre el proyecto y/o en los sitios que indique el Especificador del

proyecto, se colocarán barras de amarre con el propósito de evitar el corrimiento o

desplazamiento de las losas en el sentido perpendicular al de circulación. Las barras de

amarre serán de varilla corrugada, de acero estructural, con límite de fluencia (fy) de cuatro

mil doscientos kilogramos por centímetro cuadrado (4,200 kg/cm2), debiendo quedar

ahogadas en las losas, con las dimensiones y en la posición indicada en el proyecto. Estas

barras siempre deberán estar colocadas a la mitad del espesor del pavimento.

11. Barras Pasajuntas.

En las juntas transversales de contracción, en las juntas de construcción, en las juntas de

emergencia y/o en los sitios que indique el Supervisor del proyecto se colocarán barras

pasajuntas como mecanismos para garantizar la transferencia efectiva de carga entre las

losas adyacentes. Las barras serán de acero redondo liso y deberán quedar ahogadas en las

losas en la posición y con las dimensiones indicadas por el proyecto.

12. Sellador para juntas.

El material sellante para las juntas transversales y longitudinales deberá ser elástico,

resistente a los efectos de combustibles y aceites automotrices, con propiedades adherentes

con el concreto y que permita las dilataciones y contracciones que representen en las losas

de concreto sin degradarse, debiéndose emplear productos a base de silicona, poliuretano -

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asfalto o similares, los cuales deberán ser autonivelantes, de un solo componente y

solidificarse a temperatura ambiente.

Preparación del Terreno para construir una estructura de pavimento rígido.

Para construir correctamente un pavimento de concreto, es muy importante considerar una

serie de pasos al preparar el terreno, proceso conocido como diseño y construcción de las

subrasantes:

a. Compactación de los suelos:

De esta forma se garantiza un apoyo uniforme y estable para el pavimento.

b. Fijado de la rasante:

Consiste en la excavación de zanjas laterales, lo suficientemente profundas para aumentar

la distancia vertical entre el nivel freático y el pavimento.

c. Uniformado del terreno:

En zonas donde se tengan cambios bruscos en sentido horizontal del tipo de suelo.

d. Nivelación selectiva de la rasante:

En zonas de terraplén, a fin de colocar los mejores suelos cerca de la parte superior de la

elevación de la subrasante.

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Fallas de pavimento rígido

Grietas:

Las grietas son manifestaciones muy frecuentes de fallas causadas por la contracción del

concreto, expansión de las losas de pavimento, defectos de suelo d e f u n d a c i ó n ,

a c c i ó n d e c a r g a s d e t r á f i c o , f a l t a d e j u n t a s d e e x p a n s i ó n ,

contracción o de construcción.

Los tipos de grietas son:

Grietas de esquina

Grietas diagonales

Grietas longitudinales

Grietas de restricción

Grietas transversales

En el presente trabajo las grietas se han clasificado según su severidad, y se han

identificado con la letra “G”. Los niveles de severidad identificados son: baja, media y alta

severidad. Para mayor entendimiento, los tipos de grietas se han dibujado en cada losa,

exactamente como se presentan.

G1 = Grieta de baja severidad

G2 = Grieta de mediana severidad

G3 = Grieta de alta severidad

1. Grietas de esquina:

S on g r i e t a s d i agona l es q u e f o r m an un t r i án gu l o co n e l b o rd e o ju n t a

longitudinal y una junta o grieta transversal. Estas grietas pueden originarse por acción de

las cargas de tránsito sobre esquinas sin soporte o por alabeo de las losas. También se

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originan por acción de las cargas sobre áreas débiles de la subrasante como se muestra

en la figura

2. Grietas diagonales:

Son grietas en diagonal con la línea central de pavimento. Estas grietas se forman

generalmente por la acción del tránsito sobre los extremos de losas que han quedado sin

soporte por la acción del bombeo de la subrasante, como se muestra en la figura

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3. Grietas longitudinales:

Son grietas casi paralelas al eje central del pavimento. Su origen puede deberse a falta de juntas

longitudinales para eliminar los esfuerzos de contracción, m at e r i a l e s ex p an s i vo s en l a

s ub b as e o s ub r as an t e , e s f u e rzos d e a l ab eo e n combinación con las cargas, pérdidas

de soportes en los bordes longitudinales por efecto de la acción del bombeo.

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4. Grietas de restricción:

Estas son grietas que comienzan de una distancia no mayor de un metro del borde exterior

del pavimento y se dirigen siguiendo un alineamiento irregular hasta la junta transversal, la cual

restringe la expansión de la losa, ver figura

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5. Grietas transversales:

Son grietas en ángulos aproximadamente rectos con el eje central del pavimento.

Algunas de las causas principales son sobrecarga de flexión repetida, de las losas sometidas

a la acción del bombeo de la subrasante, las fallas del suelo de cimentación, la falta de

juntas poco profundas, a la concentración del concreto.

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6. Deformaciones:

Las deformaciones son cualquier cambio de la superficie del pavimento

r e f e r i d a a s u f o r m a o r i g i n a l . L o s e s c a l o n e s d e f a l l a s d e l a s

l o s a s , s o n deformaciones predominantes en los pavimentos de concreto. U n a

d e f o r m a c i ó n p u e d e p r o d u c i r s e s i e x i s t e b o m b e o , d e b i d o a q u e

ocasiona escalones de fallas y hundimiento de las losas. Otra causa de las

deformaciones son los suelos expansivos y los asentamientos de la cimentación.

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7. Levantamiento de Losas

El levantamiento de losas no es un fenómeno muy común y tiene lugar en las juntas o

fisuras de un pavimento de hormigón cuando están sometidos a altas temperaturas,

infiltración de material incompresible entro de las juntas y fisuras, lo cual va reduciendo

paulatinamente, a lo largo de varios años la capacidad de las losas de expandirse, también

influye, aunque en menor medida la presencia de áridos reactivos que produzcan expansión

en el hormigón. Debido a estas causas se desarrollan grandes presiones en el hormigón, las

que se liberan mediante la rotura o levantamiento de los bordes de la losa hacia arriba en

correspondencia con la junta o fisura.

8. Fisuras de esquina

Una fisura de esquina es aquella que intersecta una junta transversal y el borde de calzada

en un pavimento de hormigón simple. Esta fisura se extiende verticalmente en todo el

espesor de la losa. No debe ser confundida con el descascaramiento de esquina, que es una

fisura que forma un ángulo en el espesor de la losa y está dentro de los 0.3 m de la esquina.

Las causas son: cargas repetidas pesadas, pérdida de soporte, transferencia de carga

deficiente a lo largo de la junta.

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9. Fisuración en “D”

La figuración en “D” consiste en una serie de fisuras muy próximas en forma de media luna

(similar a una letra “D”), que aparecen en la superficie del pavimento en forma adyacente y

aproximadamente paralela a las juntas transversales y longitudinales del pavimento y al

borde libre. Estas fisuras pueden originarse por el congelamiento y descongelamiento de

agregados saturados en el hormigón, cuando estos son excesivamente porosos, es entonces

un problema más bien de los agregados que forman el hormigón que del comportamiento

del mismo pavimento.

10. Fisuras en forma de mapa

Consisten en una red de fisuras poco profundas, finas, en forma errática que se extienden

solo en la parte superior de la losa. Se las encuentran en hormigones antiguos, en los cuales

no se usaron aditivos incorporadores de aire en climas sujetos a congelamiento.

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11. Desportilladuras en juntas y fisuras

Es un proceso de daño gradual o rotura en los bordes de una junta o fisura. Las causas

pueden ser la infiltración de materiales incompresibles dentro de las juntas o fisuras, falta

de alineación y corrosión de pasadores o juntas mal diseñadas.

12. Fisuras transversales y diagonales

Las fisuras transversales son aquellas que recorren el pavimento en forma más o menos

perpendicular a la línea central. Sus causas son la repetición de cargas, tensiones por alabeo

y por contracción por secado.

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Este fenómeno, no es una falta para pavimentos de hormigón simple, no lo es para

pavimentos de hormigón armado continuo y/o juntas. Estas fisuras están previstas en el

diseño, la retracción del hormigón produce tensiones de tracción que son contrarrestadas

por la fricción entre losa y sub-base y por la armadura prevista, esta última mantiene unidas

las fisuras y asegura una buena transferencia de cargas a través de la trabazón de agregados.

Las fisuras transversales se convierten en una falla en estos casos cuando se rompe la

armadura y se abren las fisuras con todos los problemas inherentes a este fenómeno

(entrada de agua, corrosión de armaduras, perdida de trabazón entre agregados, deterioro de

fisuras)

13. Fisura Longitudinal

Las fisuras longitudinales van, en general, paralelas a la línea central del pavimento. Las

causas son: construcción inadecuada de juntas longitudinales, alabeo de la losa y

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movimientos de la subrasante por suelos expansivos o por hinchamiento debido a

congelamiento

14. Desplazamientos verticales (escalonamiento)

Este fenómeno tiene lugar en correspondencia con fisuras y juntas. Las causas son una

pérdida de soporte en una de las losas que desciende con respecto a la otra. La causa de esto

es el bombeo de finos y el arrastre de finos que migran en la parte inferior de una losa con

respecto a la otra. Este fenómeno es más probable cuando no existen mecanismos de

transferencia de cargas o los mismos son poco eficientes y la capa base es erosionable.

15. Bombeo de Finos

El bombeo de finos de la base o subrasante se origina por movimiento vertical de la losa en

juntas y fisuras bajo las cargas pesadas, cuando existe agua en la capa de apoyo, el impacto

de la llanta provoca la eyección de materiales y agua a través de juntas y fisuras. El bombeo

resulta grave cuando la cantidad de material eyectado deja partes importantes de la losa,

especialmente en esquinas, sin soporte, esto produce incrementos de tensiones,

deformaciones y finalmente rotura de losa.

16. Punzonamiento

Es la falla más importante en pavimentos de hormigón con armadura continua. El

punzonamiento tiene lugar cuando una sección de una losa de hormigón situada

entre dos fisuras de contracción muy próximas se rompe y desciende bajo la acción

de cargas repetidas. Esto ocurre, en general, en el borde externo del carril más

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transitado por los camiones. A veces se encuentran evidencias de bombeo cerca de

los sectores punzonados.

17. Daños en el sellado de juntas

Ocurre este problema cuando penetran materiales incompresibles o agua dentro de las

juntas. Las fallas en el sellado pueden deberse a una durabilidad baja, forma inadecuada del

reservorio para el sellante, o las propiedades de este último. Las fallas más comunes dentro

de esta clase son:

- Extrusión del sellante de la junta

- Sellante de baja calidad

- Endurecimiento de sellante (oxidación)

- Perdida de adherencia entre el sellante y los bordes del reservorio

- Ausencia de sellante

- Fisuración del sellante (falla cohesiva)