conferencia - web.asocem.org.peweb.asocem.org.pe/asocem/bib_img/67693-8-1.pdf · miembro del...

ASOCEM ASOCIACION DE PRODUCTORES DE CEMENTO

CONFERENCIA

ING. MAURICIO POBLETE RODRIGUEZ

NUEVOS CONCEPTOS A CONSIDERAR EN EL DISEÑO / CONSTRUCCIÓN / CONSERVACIÓN

DE PAVIMENTOS DE HORMIGÓN

NUEVOS CONCEPTOS A CONSIDERAR EN EL DISEÑO / CONSTRUCCIÓN / CONSERVACIÓN DE PAVIMENTOS DE HORMIGÓN

PRESENTACIÓN La presente edición recoge la versión

escrita de la exposición que efectuara el Ing. Mauricio Poblete Rodríguez, en el ciclo de conferencias organizado por la Asociación de Productores de Cemento, ASOCEM, conmemorando el 70° aniversario de la puesta en servicio de la carretera Lima-Callao o Av. Venezuela, construida con pavimentos de concreto del año 1924.


MAURICIO POBLETE RODRIGUEZ

Ingeniero Civil, Universidad de Chile, 1968. Master of Science, U. Of California (Berkely), 1972 Profesor Titular de la Universidad de Chile. Académico-Investigador del Instituto de Investigaciones y Ensayos de Materiales IDIEM de la Universidad de Chile. Profesor de la cátedra de Mecánica de Suelos y Geotecnia en la Escuela de Ingeniería de la Universidad de Chile. Entre 1984 y 1992 dirigió el proyecto de investigación que elaboró estrategias de conservación y modelos de deterioro estructural y funcional para los pavimentos rígidos de la red vial chilena, y elaboró un sistema computacional dedicado a evaluaciones técnico-económicas de este tipo de superficie. Es autor de más de 50 publicaciones técnicas de ámbito nacional e internacional en Ingeniería Geotecnica, Sísmica y de Pavimentos. Miembro del Comité de Diseño de Pavimentos Rígidos de Transportation Research Board, National Research Council, Washington, USA. Miembro del Comité Ejecutivo "Diseño y Evaluación de Pavimentos" Chile Miembro del Directorio del Instituto Chileno de Carreteras, filial IRF. Vicepresidente de la Sociedad Chilena de Ingeniería Geotécnica. Presidente de M.P Servicios Ingeniería Ltda., empresa dedicada a estudios y proyectos geotécnicos y de ingeniería vial. En esta última presta servicios especializados en evaluaciones técnico-económicas de pavimentos rígidos y en diseño de la conservación / rehabilitación / de pavimentos en general.


NUEVOS CONCEPTOS A CONSIDERAR EN EL DISEÑO / CONSTRUCCION / CONSERVACION

DE PAVIMENTOS DE HORMIGON

TEMARIO

Reseña de la experiencia chilena

El clima chileno en relación a pavimentos

El hormigón de Pavimento

Efectos de las temperaturas •

•

Efectos de los Cambios de Humedad

Comportamiento Estructural.

Comportamiento Funcional

Nuevos conceptos en diseño

Aspectos constructivos para una mayor duración

Conservación para un mejor servicio


RESEÑA DE LA EXPERIENCIA CHILENA

La tecnología de pavimentos de hormigón en Chile ha tenido sus etapas al igual que en toda otra actividad. Así por ejemplo, hasta el año 1970 se usan diseños tipo, con bases granulares y espesor fijo de 18 cm., sin consideración específica por el tránsito. El hormigón se elabora con árido integral y la inspección es más bien esporádica, controlándose la calidad final con ensayes de compresión de testigos. "A comienzos de 1968 se empieza a aplicar el método PCA de Consumo de Fatiga, considerando estudios simplificados de tránsito y estimando una resistencia a la flexotracción igual a 1/8 de la compresión. A partir de la misma fecha se comienza a controlar en forma paralela el hormigón mediante la resistencia a la flexo-tracción", incorporándose esta modalidad en las especificaciones de los programas de repavimentación, que comenzaron allá por 1977 (1). En 1974 se edita el Manual de Carreteras Vol. 5, que conserva vigencia hasta hoy, aunque circula una versión corregida y aumentada que no ha sido oficializada.

El año 1977 marca un cambio tecnológico muy importante pues se incorporan modernas máquinas pavimentadoras (CMI) de alto rendimiento, acorde con las exigencias de la repavimentación sin interrupción del tránsito. Se introdujeron las bases tratadas con cemento, BTC, como una forma de asegurar la no reflexión de grietas y también para estabilizar mejor la superficie ante el más exigente trajín de la maquinaria de pavimentación y del tránsito no interrumpido. Los espesores de los pavimentos se diseñan con referencia a resistencia de flexo-tracción y con consideración al número de repeticiones de ejes de carga, los que son proyectados en el período de diseño a través de estadísticas del tránsito medido en censos. Se comienzan a colocar drenes de calzada en algunos contratos, se exige calidad de rodadura con la regla Hi-Lo y varias otras novedades. Las instrucciones de diseño se revisan y se resumen en el Manual de Carreteras, Vol. 3 (1981), lo que significa también un gran avance. El hormigón se dosifica con mezclas de tres fracciones de árido, agregándose una proporción de chancado. También en esos años se empiezan a utilizar las membranas de curado y los materiales de sello en base de elastómeros.

En los años 1977-78 aparece un nuevo concepto de inspección mediante las

Asesorías residentes en obra, trayendo consigo la necesidad de que los contratistas ejerzan el autocontrol. Por su parte el Laboratorio Nacional de Vialidad completa su equipamiento, instituye los cursos de capacitación de Laboratoristas a nivel amplio para atender al sector público y privado, edita las Normas LNV, y promueve entre otras cosas el diseño de junturas según la calidad del material de sello. También en ese período comienzan a funcionar las Plazas de Pesaje con la idea de reducir los sobrepesos a través del pago de multas.

En 1984 la Dirección de Vialidad inicia el Plan de Control y Seguimiento de

Pavimentos, en donde el IDIEM de la Universidad de Chile aplica modernas tecnologías Análogo/Digitales para medir en terreno el comportamiento real de las losas que componen


el pavimento de hormigón con juntas. Como resultado de esta investigación se logra un conocimiento bastante profundo de los mecanismos que controlan el funcionamiento de los pavimentos (performance), obteniéndose conclusiones que difieren en importantes aspectos de los criterios internacionales tradicionalmente aceptados en el dimensionamiento de losas. La investigación permite también depurar un número significativo de recomendaciones prácticas que apuntan a mejorar el diseño y construcción de nuevos pavimentos (2).

En los últimos años se introducen diseños de sección trapezoidal en pavimentos de dobles calzadas del Longitudinal Sur y otros, y se construye sin mayores traumatismos un pavimento nuevo con barras de traspaso de carga en las juntas transversales. En cuanto a bases se tiende al uso de materiales granulares drenantes. Se crea la conciencia de cambiar el criterio de recepción de los pavimentos por resistencias a la tracción en ensayes de hendimiento, en lugar de compresión, entre varias otras cosas.

Hacia fines de la década de los años ochenta el tema es la Conservación de los

pavimentos recientemente construidos y la forma de utilizar el presupuesto, asignando los escasos recursos en los lugares donde es más necesario, con el objetivo central de asegurar una regularidad superficial satisfactoria. Para ello la Dirección de Vialidad refuerza el incipiente Sistema de Gestión y decide evaluar sus programas de conservación vial mediante el Modelo HDM del Banco Mundial. El IDIEM en conjunto con profesionales de la Dirección de Vialidad y de firmas proveedoras, se aboca a diseñar las operaciones de conservación de los pavimentos de hormigón que resultan técnicamente aconsejables como resultado de la investigación. El IDIEM también desarrolla un módulo especial para la evaluación técnica de los pavimentos de hormigón que incorpora los modelos de deterioro desarrollados en la investigación (3).

En la actualidad se destaca como importante que contando con un diagnóstico

objetivo de las causas que provocan los deterioros, las opciones de conservación propuestas sean aplicadas fundamentalmente con carácter preventivo o a lo más de rehabilitación. La idea actual que flota en el ambiente es establecer una política de conservación que evite el deterioro muy avanzado del pavimento, al punto de que la única opción para remediarlo sea la repavimentación. Considerando la enormidad de los costos operacionales involucrados en una repavimentación tal opción resulta casi impensable (4).

EL CLIMA CHILENO EN RELACION A LOS PAVIMENTOS

Antes de entrar en el tema de características propias del material es importante precisar algunos conceptos acerca del clima chileno en las zonas Central y Sur, que es donde se encuentra la gran mayoría de los pavimentos de hormigón. En general, el


clima chileno es templado debido a la acción reguladora del Océano Pacifico y a la protección que provee la Cordillera de Los Andes. Esto hace que las temperaturas medias del Invierno y del Verano no difieran grandemente, como podría esperarse por la Latitud de los lugares. Es común, sin embargo, que en días soleados de Verano se tengan fuertes oscilaciones de temperatura entre el día y la noche, siendo típico llegar a tener 50 °C en la superficie del pavimento después del medio día, la que desciende a 18 - 20 °C durante la noche hasta momentos antes de la salida del Sol. . Entre tanto, las oscilaciones de temperaturas en la cara inferior de las losas del pavimento son mucho menos pronunciadas (Figura 1). Durante los días nublados,

cuya frecuencia aumenta hacia el Sur, la condición térmica tiende a ser más estable. Según se ha comprobado con mediciones los ciclos de gradiente térmico en el pavimento no son simétricos sino que tienden a predominar en la condición negativa, esto es, la cara superior (superficie) más fría que la cara inferior (Figura 2) (5).

Con respecto a las precipitaciones, ellas aumentan hacia el Sur y en general también con la distancia a la Costa; teniendo como promedio unos 5 días de lluvia intensa al año en La Serena, unos 55 días en Chillan y unos 125 días en Puerto Montt (6). Las lluvias se concentran típicamente en los meses invernales de Mayo a Agosto, existiendo largos períodos secos en que el hormigón del pavimento tiene opción a secarse gradualmente desde la superficie hacia abajo. Esta condición prevaleciente de gradiente de humedad es máxima hacia mediados del Otoño.


Fig. 2 Desplazamientos Verticales Simultáneos de 5 puntos en la Losa Durante

un Ciclo Térmico Completo. Otra importante particularidad del clima chileno es la mediana a baja humedad

relativa, que lo hace ideal para el confort de las personas, especialmente en los días calurosos del Verano. El asunto es que si se hormigona un pavimento en las horas de mayor calor, las condiciones de evaporación tienden a ser muy extremas por viento y temperatura, lo que trae consigo importantes efectos perjudiciales, como se discutirá más adelante.

En la Costa del Norte de Chile las condiciones climáticas se aprecian favorables


debido a las escasas precipitaciones y al ambiente muy estable en términos de temperatura y de humedad. La Pampa se caracteriza por fuertes variaciones de temperatura entre el día y la noche, imponiendo gradientes térmicos de consideración en las losas de un pavimento de hormigón, las que se repiten día a día a causa de la ausencia total de nubes. Este hecho sugiere que se adopten cuidados especiales durante la construcción de pavimentos de hormigón, además de otros que se relacionan con las particularidades de los materiales de la zona, como la escasez de agua, áridos con contenido de sales (sulfatos), etc. EL HORMIGON DE PAVIMENTO

El hormigón es un material versátil, que debe su popularidad a los múltiples usos que se le pueden dar, porque es fácil de lograr con una calidad mínima y sobretodo porque es durable. Hoy en día su creciente industrialización permite obtenerlo con rapidez y óptima calidad, adecuándolo con aditivos a las aplicaciones más diversas. En pavimentos, nuestro país lo viene utilizando desde los albores de la tecnología, con la primera construcción realizada en 1924 en el camino de Viña a Limache, sector El Olivar. Ha habido aplicaciones masivas en calles y pueblos de todo el territorio, con alta proporción en las carreteras principales, como son el longitudinal Central y Sur y las rutas transversales más importantes. Su funcionamiento ha sido sin duda muy satisfactorio, proporcionando por largos años un rodaje cómodo y seguro, no obstante los espectaculares aumentos de tránsito que han experimentado dichas vías. La mayoría de los pavimentos de hormigón simple con juntas de la nueva generación, posterior a 1978, se anticipa a partir de su estado actual que probablemente sobrepasaran el período de diseño de 20 años; requiriendo como es natural alguna preocupación para reparar daños localizados y sellar de vez en cuando sus junturas.

En relación con las prácticas constructivas, es del caso señalar que al hormigón de

pavimento no se le ha tratado siempre como es debido. La tecnología, muy avanzada en aplicaciones de edificación, no ha ido a la par en el caso de la construcción de pavimentos, pues se ha procedido simplificadamente generalizando prácticas que no se ajustan a las particularidades del ambiente en campo abierto, como son las temperaturas altas y las condiciones extremas de evaporación, que tan importante consecuencia tiene sobre el producto terminado y después en funcionamiento.

Efectos de las Temperaturas

El pavimento es una estructura de gran superficie expuesta en relación a su volumen, y en tal sentido pasa gran parte del tiempo solicitado por gradientes térmicos y por gradientes de humedad en el espesor de las losas, además de las solicitaciones propias del tránsito. Tales gradientes deforman las losas del pavimento produciéndole alabeos que modifican continuamente las condiciones de apoyo y de contorno. Con propiedad puede decirse que el pavimento de hormigón es una estructura viva que se mueve al compás de la naturaleza.


A las pocas horas después de mezclado el cemento con el agua comienzan reacciones químicas entre los diversos componentes, la que son bien conocidas. El proceso es exotérmico y eleva la temperatura de la masa del hormigón bien por encima de su valor inicial. Mientras más alta la temperatura ambiental, debido a la radiación solar, más alta será la temperatura del hormigón y de la superficie de la base. Consecuentemente, la temperatura de la masa en proceso de endurecimiento puede sobrepasar el límite de lo 32°C generalmente considerado admisible (7).

Es muy sabido que una alta temperatura en el hormigón fresco acelera la hidratación

y reduce la resistencia mecánica. Aún más, una rápida evaporación de hecho puede hacer exceder la capacidad de retención de agua de los compuestos químicos formadores de membrana, perdiéndose parte del elemento vital para una buena estructura interna del hormigón. Esta pérdida de agua superficial produce retracción plástica y fisuramiento, que en condiciones extremas reduce en varios milímetros el espesor útil del pavimento y favorece la propagación futura de grietas por fatigamiento debido al tránsito. Se trata entonces de un defecto grave que puede ser evitado y para el cual no existen soluciones prácticas de reparación.

Por otra parte, el endurecimiento del hormigón en condiciones de fuerte radiación

solar, consecuentemente con gradiente térmico positivo, produciría durante el enfriamiento una deformación de alabeo cóncavo que queda permanente en la losa (Figura 3) (8).

Se ha podido demostrar también que un hormigón de pavimento, endurecido en ambiente de alta temperatura, al enfriarse se contrae más que un pavimento hormigonado a temperaturas más bien bajas. La consecuencia práctica de este hecho es que las juntas transversales de contracción «nacen» con una abertura innecesariamente grande, disminuyendo la trabazón mecánica entre las caras irregulares de la grieta inducida y


perjudicando consecuentemente la eficiencia de las juntas en su función de transferir las cargas del tránsito de una losa a otra.

Para volver a cerrar las juntas y alcanzar un estado de bloqueo de los bordes

transversales se necesita que el pavimento se dilate por elevación de su temperatura media, como se ilustra en la Figura 4. cosa que sólo suele ocurrir en días muy calurosos de verano.

Cuando un pavimento es hormigonado en condiciones de baja temperatura, las juntas inducidas se abren después de varios días o semanas, o tan pronto la temperatura ambiental desciende un poco más. En ese caso el pavimento tiene una temperatura de «bloqueo» baja, que a través de los ciclos térmicos le permitirá soportar el tránsito con buena transferencia de carga en las juntas transversales (9). Este efecto que la gente siempre piensa en suplir con dispositivos especiales, como barras de traspaso de carga (dowels) u otros, se obtiene gratis evitando el hormigonado con alta temperatura. Efectos de los Cambios de Humedad.

Cuando un hormigón endurecido se deja secar experimenta una contracción de volumen que luego se revierte al permitirle absorber agua. Si bien este comportamiento es conocido desde hace tiempo (7) los efectos no se habían asociado claramente a sus consecuencias sobre los pavimentos. En efecto, mediciones de laboratorio hechas en IDIEM en probetas prismáticas, cuyos resultados se ilustran en la Figura 5, indican que al


pasar de un estado seco a saturado el hormigón experimenta un cambio en sus dimensiones del orden de 0,3 mm. por cada metro de longitud (10). Se ve también que la absorción de agua es relativamente rápida y lenta su expulsión; lo que refleja que el estado mecánico normal de tensiones nulas en el hormigón es el estado saturado, y que al producirse el secamiento por evaporación lenta los capilares internos se van cerrando paulatinamente. Al existir agua libre los capilares en tensión la succionan, incorporándola tan rápidamente como la viscosidad del agua lo permite. En el pavimento este efecto ha podido ser identificado a través del comportamiento de las aberturas de juntas, como se muestra en la Figura 4. Allí se ven dos líneas paralelas separadas por una variación de aberturas de aproximadamente 0,1 mm. por metro, medidos a nivel del plano medio de una losa de pavimento, que indica que a igual temperatura media en Verano - Otoño las juntas están más abiertas que en Invierno. Visto el comportamiento de laboratorio, esta diferencia no cabe sino interpretarla como asociada a diferentes grados de humedad, lo que en último término puede ser representado como una diferencia térmica equivalente pero de signo contrario. Así, en el pavimento de la Figura 4, un secamiento representativo del paso del Invierno al Otoño equivale a aumentar la temperatura de bloqueo en unos 10°C. Por ello, un pavimento hormigonado en tiempo frío compensa mejor los efectos adversos del secamiento por tener su sistema de juntas más cerradas desde su nacimiento.

Durante cada Invierno lluvioso la estructura completa del pavimento puede suponerse que alcanza un grado de saturación relativamente uniforme y elevado. Tan pronto cesan las lluvias y a través de todo el Verano - Otoño el secamiento del pavimento progresa lentamente desde la superficie hacia abajo. Entretanto en la base y consecuentemente en la cara inferior de las losas, el grado de saturación permanece elevado, produciéndose en el pavimento un cierto gradiente de humedad que es máximo hacia el final del Otoño. El efecto de este gradiente de humedad es una deformación de alabeo cóncavo, de ciclo anual, por el mayor acortamiento de las fibras superiores de las losas del pavimento. Este mismo comportamiento pudo también ser reproducido en laboratorio, imponiendo un gradiente a las probetas prismáticas, por la vía de sentadas sobre una base con agua. Los


resultados se ilustran en la Figura 6. Se deduce de aquí que si el pavimento contara con un eficiente drenaje y la base (drenante) tuviera opción a secarse conjuntamente con las losas de hormigón, este efecto podría reducirse significativamente.

En resumen, de todo lo visto hasta aquí se desprende que por falta de mejores

cuidados en la construcción, muy fáciles de implementar, los pavimentos de hormigón suelen ser entregados al tránsito con algunos importantes handicaps que afectan su capacidad estructural una vez puestos en servicio.

COMPORTAMIENTO ESTRUCTURAL

El pavimento de hormigón simple con juntas es una estructura constituida por losas de dimensiones finitas, cuyas condiciones de contorno son el apoyo sobre la base y las restricciones en los bordes que le imponen las losas adyacentes, a través de la trabazón mecánica en las caras irregulares de la grieta inducida.

Los ejes cargados transitan sobre el pavimento pasando de una losa a otra, con el efecto de que en ellas se inducen esfuerzos internos y deformaciones que acumulan fatiga en cada pasada. Por lo que se ha visto, el pavimento no es una estructura estática sino que se mueve al ritmo de los gradientes térmicos (de ciclo diario) y de los gradientes de humedad (de ciclo estacional), los que afectan las condiciones de contorno de las losas.

La investigación del Plan de Seguimiento ha demostrado que por efectos de esos gradientes, las losas de los pavimentos tienden a permanecer la mayor parte del tiempo en una condición estructural de alabeo cóncavo (Figura 7a), con apoyo en la zona central de la


losa y bordes ligeramente despegados de la base (9). En estas condiciones la posición crítica de carga se da cuando el eje pisa el borde transversal de la losa. La condición de alabeo convexo (Figura 7b) habitualmente considerado el estado critico para el dimensionamiento de espesores, es un estado particular de corta duración que se da cuando el Sol calienta fuertemente la superficie del pavimento y los bordes de juntas se encuentran libres de girar.

Tan pronto la temperatura media de la losa se eleva lo suficiente como para aproximarse al bloqueo de las juntas, la condición real de las losas es más bien similar a la que se muestra en la Figura 7c. En tales condiciones de alabeo más bien cilíndrico, los bordes de las losas están bien apoyados y no constituyen un caso crítico en cuanto a consumo de fatiga se refiere. Los esfuerzos internos en las losas, producidos por la carga de ejes en la condición crítica, son máximos en el centro de la cara superior de la losa y en la zona central de los bordes superiores, tal como lo muestra el isograma de tensiones de la Figura 8. Al cabo de muchas repeticiones de carga, el material alcanza un fatigamiento que se manifiesta en la aparición


de fisuras en esos puntos, los que luego se propagan hacia abajo afectando todo el espesor de la losa, como se ilustra en la Figura 9. Es claro que si en los sectores de altos esfuerzos de flexo-tracción preexisten fisuramientos iniciados por retracción plástica en el hormigón fresco, la propagación de las fisuras se facilita grandemente y el fatigamiento se acelera. Este modo de fisuración se ve confirmado en terreno por el típico patrón de agrietamiento transversal y oblicuo que caracteriza a los pavimentos chilenos de hormigón.


Según se ha podido establecer en los análisis de moderación del comportamiento estructural (11), la magnitud de los esfuerzos de fIexo-tracción en la cara superior de las losas depende fuertemente de las variables espesor y longitud de losa, así como de las condiciones de contorno determinadas por el grado de alabeo y la transferencia de carga en las juntas transversales. Debido al mecanismo de trabajo con la carga en el borde, a mayor longitud de losa mayor es el espesor requerido para sustentar la carga. En efecto, la forma como estas variables influyen en el desempeño estructural de un pavimento con alabeo cóncavo puede verse en las curvas de la Figura 10, que presentan el grado de agrietamiento que se puede esperar en las losas de un pavimento que tendrá unos 35 millones de Ejes Equivalentes en 20 años. Cada curva representa una diferente longitud de losa y sirve para ilustrar que para cualquier longitud de losa una variación de 2-3 cm. en el espesor puede ser la diferencia entre casi no tener agrietamiento o tenerlo en forma generalizada en el plazo de diseño. Por otra parte, para cualquier nivel de agrietamiento, digamos afectando al 50% de las losas, una variación de longitud L de 3,5 a 4,5 m. puede significar un aumento de hasta 4 cm. en el espesor necesario para sustentar las mismas cargas. Queda entonces clara la conveniencia de limitar la longitud de losas a no más de 3,5 m. en los pavimentos sujetos a condiciones climáticas severas de gradientes. Debido a

que a mayor rigidez propia en la losa se reduce el área de apoyo, no queda clara la conveniencia de aumentar exageradamente el módulo resistente del hormigón, porque también aumenta su modulo elástico. Este tipo de análisis permitiría controlar el espesor de losas dentro de valores razonables, que hagan competitivo al hormigón frente a otras opciones. Similarmente se puede demostrar la importancia de contar con buena transferencia de carga en las juntas transversales.


COMPORTAMIENTO FUNCIONAL

La funcionalidad de un pavimento de hormigón, siendo óptima cuando nuevo, comienza a deteriorarse cuando las losas empiezan a escalonarse en las juntas transversales a causa de la acumulación de arena fina bajo el borde de aproximación a la junta (Figura 11). El factor desencadenante del escalonamiento es el fenómeno de bombeo del agua libre que ésta presente en el espacio entre la losa y la base, accionado por las cargas del tránsito. Para controlar el fenómeno de bombeo y consecuentemente el desarrollo de escalonamientos, entre losas, basta con atacar la causa principal, eliminando el agua mediante un efectivo drenaje. Si junto a esto se mejoran las condiciones de transferencia de carga en las juntas, se disminuyen las deflexiones y se habrá actuado sobre otra de las causas, además de mejorar las condiciones de trabajo estructural como ya se ha visto.


En Chile, debido a que la presencia de agua se limita a los meses lluviosos, el desarrollo del escalonamiento es intermitente, produciéndose incluso un «efecto Verano» durante el cual el escalonamiento desarrollado en Invierno decrece paulatinamente hasta el fin del Otoño, con el resultado global de que a lo más alcanza niveles de moderada severidad, como lo demuestran los datos de la Figura 12, que representan el valor medio de los escalonamientos en 70 juntas consecutivas. Los casos de escalonamiento comparativamente más severo se dan en regiones de mucha lluvia, en los que además hay condiciones propicias de suministro de finos arenosos desde el relleno bajo berma (12).

Otro comportamiento considerado típico es que el escalonamiento se desarrolla esencialmente en losas alabeadas sanas. Tan pronto las losas se subdividen por agrietamiento, las condiciones de apoyo mejoran y disminuyen las deflexiones; produ-ciéndose una disminución o al menos una estabilización de los escalonamientos.

Según se ha podido apreciar en terreno y confirmar con mediciones objetivas, la

funcionalidad del pavimento no se afecta en general por la aparición de grietas, sino hasta un considerable tiempo después cuando los bordes quebrados comienzan a desconcharse o se saltan, produciendo una oquedad de tamaño suficiente para que las ruedas de los vehículos caigan en ella, haciéndolas notorias. Esta importante observación permite destacar el hecho de que cuando el pavimento se agrieta su vida funcional no se termina sino que sólo cambia de fase (3).

En etapas más avanzadas del deterioro, el tránsito actuando sobre los fragmentos de

losa más pequeños puede llegar a producir baches por punzonamiento en la base, con el consiguiente perjuicio en la funcionalidad. Naturalmente que este efecto dependerá del tipo


de base, esperándose que sea más tardío si se trata de una BTC respecto de sí el material de apoyo es una base granular. En todo caso cuando estos fenómenos son localizados se pueden resolver con la reposición de las losas afectadas.

NUEVOS CONCEPTOS EN DISEÑO

El diseño de un pavimento de hormigón simple con juntas es mucho más que el solo

dimensionamiento del espesor de losas. Involucra decidir el tipo de base, el ancho y largo de las losas, la disposición o no de esviaje en las juntas, etc. Implica también preguntarse si habrá transferencia de carga efectiva en las juntas, si se podrá contar con un adecuado saneamiento, y así muchas otras interrogantes. En materia de solicitaciones sobre las losas, la consideración de las cargas del tránsito es sólo un aspecto de ellas, pues se ha visto que los gradientes de temperatura y humedad imponen condiciones de contorno bien particulares en las losas, que modifican sustancialmente los criterios usados tradicionalmente en diseño y no pueden ser ignorados.

En efecto, en el análisis estructural del problema la suposición teórica básica, que se remonta a los trabajos pioneros de Westergaard (1926), es considerar las losas plenamente apoyadas y adheridas a la base; considerando además transferencia de carga constante. La realidad, según se ha visto, es que las losas cambian continuamente de la forma cóncava a la convexa, pasando sólo circunstancialmente por la condición plana de pleno apoyo (9). En Chile la condición más crítica desde el punto de vista de consumo de fatiga es la cóncava, con sectores de losa que permanecen la mayor parte del tiempo despegados de la base. Además, la transferencia de carga en las juntas es esencialmente variable como respuesta a las contracciones y elongaciones de las losas ante los cambios térmicos y de humedad (13).

En cuanto al tipo de base es interesante discutir conceptos esenciales como son su rigidez y permeabilidad. En los últimos tiempos la tendencia mundial, principalmente europea, ha llevado al uso de bases de rigidez creciente debido a las adiciones de dosis cada vez más elevadas de cemento, con el fin esencial de impedir la erosión del material ante los efectos del bombeo. Por las razones expuestas al comienzo, y posiblemente también bajo esta influencia, el plan de repavimentación chileno de los años 1978 - 88 incluyó en varios contratos la disposición de bases tratadas con cemento, BTC, que resultaron ser bastante rígidas y no erosionables. Sin embargo, como los efectos ambientales de la temperatura y humedad no eran bien conocidos y en consecuencia no se incluyeron en las especificaciones los necesarios cuidados que hoy sabemos que son importantes, la rigidez de las bases pasó a ser un punto discutible. El resultado es que hoy día hablamos de preferir las bases granulares, parecidas a las tradicionales, procurando que sean más bien flexibles para acomodar mejor el apoyo de las losas, y que sean además drenantes.

La importancia de utilizar una base drenante ha debido quedar claro cuando se discutió la problemática del bombeo como causante de escalonamiento, pero además y principalmente porque es imperativo disminuir las causales de gradiente de humedad en el hormigón de las losas. Para lograr que el material de base sea drenante, se requiere limitar a tipo 10 - 15% máximo la fracción arenosa M#4 y suprimir del todo los finos limo - arcillosos (14). En tales condiciones se presentan, sin embargo, algunos problemas de


estabilidad bajo el trajín de maquinaria, que se resuelve incorporando material chancado y/o adicionando un ligante en lo posible flexible.

Otro concepto importante y sin costo incidente es el uso de esviaje en las juntas

transversales, que tendrían un doble efecto de mejorar la funcionalidad y además gradualizar la aplicación de carga en los bordes de las losas. Debe aclararse eso si que para ser beneficioso, el esviaje debe ser adelantado en el sentido del tránsito. También aparece como idea muy positiva la disposición de secciones trapezoidales, lo que no es otra cosa que reconocer en forma práctica el hecho obvio de que el tránsito pesado circula esencialmente por la pista derecha.

En relación con la transferencia de carga ya se ha dicho que puede ser suficiente confiar en la trabazón mecánica que está presente en las juntas transversales con poca abertura, y para lo cual sólo hace falta una construcción cuidadosa. En este sentido el duro árido silíceo de nuestros ríos otorga una ventaja local de durabilidad, que en otros lugares normalmente no se da. En todo caso para mejorar la transferencia de carga no puede descartarse el uso de barra de acero insertas con algún procedimiento perfeccionado de costo razonable.

Finalmente dentro de las disposiciones recomendables de diseño, resulta muy claro que en regiones lluviosas se deben instalar obligatoriamente drenes laterales al borde de loza o drenes de calzada, para una evacuación expedita de las aguas que de una forma u otra se infiltran hacia la base. El diseño de los drenes debe venir acompañado de la posibilidad de limpiarlos para mantener en el tiempo la condición drenante de todo el sistema. La adecuada instalación de los drenes servirá además para detener la migración de finos desde los rellenos bajo bermas. Desde el punto de vista de la infiltración del agua, para una mayor duración de los sellos de junturas, ahora sabemos que deben diseñarse para las solicitaciones compuestas de cizalle y elongación/ contracción.

Con todas las complejidades que se han señalado resulta aparente entonces la

necesidad de diseñar los futuros pavimentos de hormigón, considerando racionalmente todas las variables en juego, además de adoptarse los cuidados de construcción que se han destacado como imprescindibles. En un trabajo que se expone en estas mismas Jornadas (15) se presenta un procedimiento racional de cálculo de espesores basado en el concepto de Consumo de Fatiga, complementado con criterios de funcionalidad. El método que allí se propone resulta particularmente eficaz para la evaluación técnica de pavimentos en servicio, estimando con realismo el periodo de vida remanente que le resta antes de requerir una costosa rehabilitación.


ASPECTOS CONSTRUCTIVOS PARA UNA MAYOR DURACION

De todo lo que se ha visto en esta presentación es posible resumir los siguientes aspectos, que de ser implementados adecuadamente, deberían prolongar sustancialmente la vida útil de los futuros pavimentos de hormigón. 1 Procurar el hormigonado del pavimento en condiciones ambientales de temperatura más

bien baja y de alta humedad relativa, las que se dan corrientemente en los meses de Invierno. En tales condiciones será posible trabajar con comodidad un hormigón de baja razón agua/cemento, lo que permitirá reducir incluso las dosis de cemento para un mismo nivel de resistencia especificada.

2 Las condiciones ambientales de baja evaporación eliminaran prácticamente los riesgos

de agrietamiento plástico y harán más efectiva la membrana de curado. De paso y como ventaja también muy importante, se minimizarán las posibilidades de alabeo cóncavo inicial, según ya se ha explicado.

3 Para lograr estas condiciones favorables deberá procurarse una programación de las

obras a fin de hormigonar preferentemente en Invierno, evitando obviamente las condiciones de lluvia intensa. Una ligera llovizna no debiera ser causal de paralización de la faena.

4 En caso de no resultar siempre posible el hormigonado. en Invierno se deberían buscar

las condiciones propicias en otras épocas, para lo cual se ha propuesto como pieza de especificación el limitar la temperatura del hormigón fresco a un máximo de 24 °C, pero evitando en lo posible las condiciones de viento. En la Zona Central de Chile la estación de Verano es tradicionalmente calurosa y ventosa en horas diurnas, en tanto que las noches son habitualmente frescas y calmas. Por ello es conveniente considerar que en tal época se procure el hormigonado nocturno, aún cuando eso represente un mayor costo por iluminación y otros insumos.

El expediente casi normal de cubrir con toldo la faja en construcción no se considera un ideal, pues es posible que ayude a controlar las temperaturas pero no elimina el viento, salvo que se dispongan cortinas difuso ras.

5 Complementando las medidas anteriores está el uso de productos formadores de

membrana de óptimas condiciones de retentividad. Para ser efectiva, la membrana debe aplicarse en forma muy controlada, lo que sólo se consigue con elementos dosificadores mecánicos, y cuidando detalles como recargar la aplicación en los bordes, particularmente los bordes recién aserrados.

Todas estas sencillas recomendaciones constructivas, que complementan las

disposiciones ya existentes, tienen por finalidad obtener un hormigón de pavimento mejorado aun más por sobre lo logrado hasta ahora. El beneficio de agregar algunos costos marginales redundará en una mayor duración y confort, con lo cual esta alternativa de pavimento agregará mayores razones para preferirla en Carreteras de alto tránsito.


CONSERVACION PARA UN MEJOR SERVICIO

La finalidad última de un pavimento es prestar al usuario un rodaje cómodo y seguro a velocidad razonable, como es normalmente el caso cuando el pavimento está nuevo. Sin embargo, el tránsito va desgastando las cualidades iniciales, haciendo necesaria una preocupación por parte de la agencia vial para que esta aptitud de servicio se prolongue el mayor tiempo posible. En este aspecto como en muchos otros del diario vivir, más vale prevenir que curar.

Hasta el momento la investigación universitaria ha logrado depurar un diagnóstico objetivo acerca del funcionamiento de los pavimentos chilenos de hormigón, el que como se ha visto no coincide exactamente con todos los conceptos que se manejan internacionalmente; sea porque nuestra realidad parece ser un tanto diferente o porque no siempre se han dedicado tantos esfuerzos a analizarla en profundidad.

Las recomendaciones que es posible plantear con carácter preventivo en un pavimento en servicio, que ya lleva algún tiempo sometido al tránsito, se basan en las mismas ideas anteriormente discutidas, sólo que teniendo en cuenta que lo que no se hizo durante la construcción ya no se puede implementar después. De todas formas queda un recurso importante sobre el cual operar y es el de impedir, hasta donde sea posible, la presencia de agua libre al interior de la estructura del pavimento. Para ello puede ser recomendable instalar drenes con capacidad de ser mantenidos limpios y además sellar todas las junturas y grietas, para evitar el ingreso de agua y también de los cascajos incomprensibles que producen desconches en los cantos vivos. Estas acciones y varias otras técnicamente recomendables son posibles de aplicar ante cada tipo de deterioro; encontrándose disponibles en la Dirección de Vialidad los detalles de diseño y las especificaciones correspondientes (3).

En nuestro medio, la investigación universitaria ha producido también las herramientas de evaluación técnica para proyectar la evolución de los pavimentos de hormigón, estableciendo el grado de avance que tendrán los diversos deterioros a diferentes plazos futuros. Con esta información es posible calcular las consecuencias económicas de diferir la aplicación de las conservaciones adecuadas, y es lo que hace con dos trabajos que se presentan mañana en estas mismas Jornadas (16, 17).

El asunto de fondo en la Conservación de pavimentos se relaciona con el

reconocimiento de que la acción, para ser efectiva (que cumpla sus objetivos), debe ser oportuna. Esto conlleva la necesidad de obtener la información de estado en forma objetiva y confiable y tenerla disponible para la acción en forma rápida; toda vez que en el intertanto el pavimento continúa su evolución. Suele darse, por ejemplo, que las operaciones de conservación se apliquen cuando ya los deterioros son de otro tipo y/o se hayan extendido al punto de hacer insuficientes los recursos destinados a remediar una condición de deterioro que era válida varios años atrás. Por ello decimos que la conservación es un asunto de actitud, de reconocer la importancia económica de actuar preventivamente. Precisamente por esto, es que se cifran tantas esperanzas en el éxito de las concesiones futuras, cuyo resultado económico va a depender de una certera apreciación del óptimo en la ecuación combinada de los costos de construcción, más los costos de la conservación necesaria para mantener un adecuado nivel de servicio en los pavimentos.


REFERENCIAS 1 Laboratorio Nacional de Vialidad. Curso Laboratorista Vial, Vol. IV. Generalidades sobre

Diseño de Espesores de Pavimentos, 1985. 2 IDIEM, «Plan de Control y Seguimiento de Pavimentos de Hormigón». Convenio

Vialidad Resol. DGOP 321. Informe Final, 1989. 3 IDIEM, "Verificación de la Eficacia de la Conservación». Convenio Vialidad Resol.

DGOP 367. Informes Anuales 1990, 1991 Y 1992. 4 CEPAL, «Caminos: Un Nuevo Enfoque Para la Gestión y Conservación de redes

Viales». Santiago de Chile, 1992. 5 P. Ceza, "Estudio de la Distribución de Temperaturas en una Estructura de Pavimento».

Memoria para optar al título de Ingeniero Civil, Universidad de Chile, 1986. 6 A. García, "Estudio de la Infiltración de Aguas - Lluvias en una Estructura de

Pavimento». Memoria para optar al título de Ingeniero Civil, Universidad de Chile, 1986. 7 A. M. Neville, Properties of Concrete. Pitman Pub., 1975. 8 J. Eisenmann, G. Leykauf, "Effect of Paving Temperature on Pavement Performance».

2nd International Workshop on the Theoretical Design of Concrete Pavements. Siguenza, Spain. October, 1990.

9 M. Poblete et al, "Field Evaluation of Thermal Deformations in Undoweled PCC

Pavements Slabs». Transportation Research Record N° 1207. TRB, Washington DC, 1988.

10 M. Poblete et al, «Efectos de la Humedad en el Comportamiento de Pavimentos de

Hormigón». VIII Jornadas Chilenas del Hormigón. Pucón, Chile. Octubre, 1990. 11 M. Poblete et al, «Model of Slab Cracking for Portland Cement Concrete Pavements».

Transportation Research Record N°1307. TRB, Washington DC, 1991. 12 M. Poblete et al, "Faulting Evolution in Undoweled PCC Pavements with Slabs Curled

Upwards». 4th International Conference on Concrete Pavement Design and Rehabilitation. Purdue University, Indiana, USA. April 1989.

13 M. Poblete et al, «Load Transfer in Undoweled Transverse Joints of PCC Pavements».

Transportation Research Record N° 1207. TRB, Washington DC, 1988. 14 S. Vaccaro, «Estudio y Determinación de Propiedades de Hormigones Porosos a ser

Usados en La Construcción de Bases y Bermas de Pavimentos de Hormigón». Memoria para optar al título de Ingeniero Civil, Universidad de Chile, 1985.



15 R. Espinosa, A. García, J. González, M. Poblete, "Procedimiento Mecanicista - Empírico para Cálculo de Espesores y Vida Remanente Estructural de Pavimentos de Hormigón». IX Jornadas Chilenas del Hormigón. La Serena, 21 - 23 Octubre, 1992.

16 A. García, M. Poblete, J. David, "Proposición de Políticas de Conservación para

Pavimentos de Hormigón». IX Jornadas Chilenas del Hormigón. La Serena, 21 - 23 Octubre, 1992.

17 P. Ceza, M. Poblete, V. Venegas, "El HDM - IIIh: Herramienta para Evaluación Técnico -

Económica de Pavimentos de Hormigón». IX Jornadas Chilenas del Hormigón. La Serena, 21 Octubre, 1992.

conferencia - web.asocem.org.peweb.asocem.org.pe/asocem/bib_img/67693-8-1.pdf · miembro del...

Documents