Pavimentos de Concreto ArmadoLos pavimentos de concreto armado son alternativas constructivas  de vías de comunicación, vías de acceso para peatones ya sea en zonas pobladas, urbanas, industriales o en cualquier zona que lo requiera. La ejecución de esta técnica se basa en la construcción de mallas de barras de acero (cabillas) a lo largo de todo el terreno a pavimentar, luego se procede a rellenar toda la capa con concreto tomando una altura de acuerdo a los estudios realizados para el fin de la obra.

Su adecuación a lugares donde la administración no es históricamente propensa a realizar trabajos sistemáticos de conservación; debido a la diminuta exigencia de mantenimiento del concreto y la baja inversión en este rubro.La vida útil que se puede considerar en el diseño es de 60 años, muy superior a las otras opciones.

La construcción puede realizarse sin condicionamientos, en cualquier lugar. En obras importantes o urbanas, es posible utilizar concreto premezclado y en trabajos menores con equipo que generalmente se encuentra disponibles en empresas de diferente magnitud, utilizando mano de obra no especializada y materiales locales o fácilmente disponibles. Recoge un constante desarrollo tecnológico, tanto en el diseño como en la aplicación, en una amplia gama de concretos, como los tipos compactado con rodillos, porosos, con fibras, etc.

Las condiciones de seguridad se incrementan por la mejor reflexión de luz, que facilita la visión; y por la textura superficial, que mejora la atracción entre las llantas  vehículo y el pavimento. El concreto armado permite lograr una superficie de rodamiento con alto grado de planicidad y por su rigidez esta superficie permanece plana durante toda su vida útil, evitando las deformaciones que disminuyen el área de contacto entre llanta y pavimento.Los pavimentos de concreto armado  pueden ser construidos con altos índices de servicio, por su grado de seguridad, adicionalmente se puede dar al pavimento una superficie altamente antiderrapante. La utilización de conectores permite mantener estos índices de servicio, evitando la presencia de escalonamientos en las losas, sobretodo en  tramos donde el tráfico es más pesado.

El diminuto mantenimiento que requiere, lo privilegia en vías urbanas y aquellas de alto tránsito, por evitar las congestiones vehiculares ocasionadas por reparaciones. Es indicado, en intersecciones, playas de estacionamiento y áreas en que los vehículos realizan frenadas, aceleraciones y giros, por su apropiada estabilidad.

-   Puede construirse en situaciones favorables directamente sobre la subrasante.

-   El concreto es inmune a la acción aceite, gasolina y grasa, derivadas del accionar de los vehículos.

-   Los procedimientos de construcción no contaminan el ambiente urbano, como sucede con los asfálticos en caliente.

-   El pavimento de concreto armado tiene un amplio valor residual al término de su vida útil, posibilitando su  fácil reforzamiento.

-   Eventualmente puede reciclarse el material.-   Finalmente, es bien conocida la contribución del concreto de ahorro

energético, en cuanto sus componentes tienen bajo consumo de combustible fósil.A este grupo pertenecen los pavimentos de hormigón armado con juntas constituidos por losas, los pavimentos continuos de hormigón  armado y los pavimentos armados con fibra de acero.

Pavimento de concreto armado con barras transversales

La carpeta de rodadura es de concreto reforzado con mallas de acero, las que permiten incrementar la distancia entre juntas llegando a valores entre 7.5 y 9.0 m.Aunque tiene refuerzo moderado de acero siempre se espera que se produzcan fisuras controladas dentro de los paños. La transferencia de carga entre paños adyacentes se realiza mediante la trabazón de agregados o el empleo de pasadores.Esquema de pavimento de concreto reforzado con juntas.

Pavimentos de concreto continuamente reforzados

Las tensiones son controladas por una armadura de acero. Se espera la aparición de fisuras controladas a lo largo de todo el pavimento, distanciadas entre 0.6 y 2.0 m.

Pavimentos de concreto con refuerzo de acero no estructural (Fig. 3)Pavimentos que tienen el refuerzo de acero en el tercio superior de la sección transversal, generalmente a no menos de 5cm bajo la superficie. El refuerzo no cumple función estructural y su finalidad es resistir las tensiones de contracción del concreto en estado joven y controlar loa agrietamientos.Reduciendo la cantidad de juntas que constituyen un factor d debilitamiento de la calzada de concreto, es posible diseñar losas de mayor longitud que en los pavimentos sin refuerzo con el uso de pasadores. Con este diseño se han logrado losas de 9 y 12 m. De largo entre juntas transversales de contracción.La sección máxima de acero es de 0.3% de la sección transversal del pavimento.El uso de este tipo de pavimentos es restringido y mayormente se aplica en pisos industriales.

 Pavimentos de concreto con refuerzo de Acero Continuo (Fig. 4)En este tipo de pavimento el refuerzo asume todas las deformaciones y específicamente las de temperatura, por lo cual se eliminan las juntas de contracción, quedando únicamente las juntas de construcción y de dilatación en la vecindad de alguna obra de arte.La figuración es controlada por una armadura continua en el medio de la calzada, diseñada para admitir una fina red de fisuras que no comprometan el buen comportamiento del pavimento.Esta técnica se ha extendido con éxito desde 1960 en los Estados Unidos y si bien exige una apropiada tecnología constructiva, no requiere de mayor conservación, manifestando poca sensibilidad a las fallas de la base.La cantidad máxima de acero es 1.5% de la sección transversal.Se utiliza generalmente en zonas de clima frío. También en los recubrimientos sobre pavimentos deteriorados de concreto y asfalto.El espesor de este tipo de pavimento tiene un cálculo especial, que se especifica en las normas AASHTO y PCA.

 

Pavimentos de concreto con refuerzo de acero estructuralEn estos pavimentos el refuerzo de acero asume tensiones de tracción y comprensión. De esta manera, es posible reducir el espesor de la losa, hasta 10 ó 12 cm. Se aplica en pisos industriales, donde las losas deben resistir cargas de gran magnitud.Las dimensiones de las losas son similares a los tipos anteriores, pues el acero no atraviesa la junta transversal para evitar la aparición de fisuras.En las juntas longitudinales que el refuerzo pasa la junta, generalmente aparecen fisuras. En principio, cuanto mayor es el tamaño de la losa mayor es el riesgo de fisuras.Pavimentos de concreto Pretensado

El desarrollo de los pavimentos de concreto pretensado es limitado, habiéndose aplicado principalmente en aeropuertos, como sucedió en la primera experiencia en el aeropuerto de Orly (París), realizado por Freyssinet en 1948 y posteriormente el aeropuerto de Río de Janeiro.

Pavimentos de hormigón armado con juntas

Fueron concebidos en una época en la que las juntas constituían la zona más débil y un problema de conservación, por lo que parecía conveniente reducir su número aumentando la longitud de las losas. La misión de las armaduras que se colocan en la mitad superior de la losa, no es estructural, si no la de mantener cosidas las fisuras transversales que inevitablemente aparecen en las losas largas de siete metros, normalmente de 10 a 20 metros y a veces incluso o más.

De este modo se asegura la transferencia de las cargas que las fisuras, se impide la intrusión de agua y se evita el desportillamiento de las grietas bajo la acción del tráfico.

 Este tipo de pavimentos, antes bastante empleado en algunos países para tráficos pesados intensos, ha caído prácticamente en desuso debido a que su mayor coste no está compensado para una mayor calidad. Las actuales junta de contracción tienen mejor comportamiento que las antiguas, muy espaciadas y por tanto, sometidas a grandes variaciones de abertura. Estos pavimentos se emplean en las zonas industriales por ejemplo en industrias siderúrgicas.  

En los Pavimentos de hormigón armado con juntas están las siguientes formas:

-          Juntas longitudinalesSon aquellas que van paralelas al eje central de la vía, controlan la fisuración y en algunos casos delinean las líneas de tráfico. Cuando se realiza el vaciado en una sola pasada de dos o más carriles, la transferencia de carga generalmente se produce por la trabazón mecánica de los agregados que se origina en la junta después del corte, sin embargo, se recomienda además el colocado de barras corrugadas. Aunque el tiempo de corte no es tan crítico como en las juntas transversales, es conveniente efectuarlo tan pronto como sea posible especialmente cuando existen subbases estabilizadas u ocurren cambios de temperatura muy bruscos.

Se tienen los siguientes tipos:

§  De contracción. Se deben utilizar para dividir a los carriles en la dirección longitudinal o donde se construyen dos o más anchos de carriles al mismo tiempo.

§  De construcción. Se deben de localizar entre dos carriles construidos en diferentes etapas, deben ser del tipo machihembradas.

-          Juntas transversalesSon las juntas que son construidas transversalmente al eje central del pavimento y que son espaciadas para controlar el agrietamiento provocado por los efectos de las contracciones como por los cambios de temperatura y de humedad. En los pavimentos de hormigón se dispondrán juntas transversales generalmente de contracción. También se dan juntas de hormigonado y de dilatación, aunque estas últimas casi no se ejecutan en la actualidad debido a su mal comportamiento.

Se tienen los siguientes tipos:

§  De contracción. Localizadas en forma transversal al eje central del pavimento, su espaciamiento es para evitar agrietamiento provocado por los esfuerzos debidos a cambios de temperatura y humedad. Contribuyen a aliviar los esfuerzos por tensión al contraerse la losa por un lado, y por el otro los esfuerzos de alabeo generados en las losas por cambios en los gradientes térmicos.

§  De construcción. Juntas colocadas al final del día o por cualquier otra interrupción en los trabajos, deben ser planeadas con anticipación para ubicarlas en los cambios de pendientes o en las losas de aproximación de puentes. Cuando estas juntas son proyectadas en las ubicaciones normales de las juntas y al tratarse de juntas empalmadas a tope, requieren de pasajuntas ya que no podrán contar con la trabazón del agregado para la transferencia de carga, en el caso de una junta de construcción no planeada en donde la interrupción se presenta en los dos primeros tercios de la separación normal de las juntas, la junta debe ser machihembrada con barras de amarre con el propósito de prevenir que la junta no agriete la losa adyacente.

§  De aislamiento/expansión. Necesarias para permitir el movimiento horizontal o los desplazamientos del pavimento respecto a estructuras existentes como estribos de puentes, losas de aproximación, alcantarillas, etc., las juntas de expansión no son necesarias teniendo un buen diseño, construcción y mantenimiento de las juntas de construcción.Pavimentos Continuos De Hormigón Armado

Constituyen, un cambio, en la extrapolación positiva de la técnica mencionada, dado a que llegaron a suprimirse las juntas transversales a costa de aumentar la armadura longitudinal (de acero de alto límite elástico) a unos valores superiores a 10kg/m2. Esta armadura se coloca en el centro del espesor de la losa. Sé por muchas fisuras de abertura inferior a 0,5 mm, distanciadas generalmente entre 1 y  3 metros, que son imperceptibles para el usuario y que no se deterioran bajo el tráfico. En los extremos se requieren juntas especiales para absorber los movimientos hasta cinco centímetros o unos estribos anclados al terreno para impedirlos.

Elevado coste del acero resta competitividad a esta técnica. Aún así, los pavimentos continuos de hormigón armado pueden ser considerados en los tramos con un tráfico pesado muy intenso, especialmente si se trata de refuerzos. Por otro lado la sustitución de las barras por unos flejes corrugados de acero de muy alto límite elástico permite reducir la cuantía hasta casi la mitad.

Pavimentos de hormigón armado con fibras de acero

Se empezaron a emplear hace algunas décadas en aplicaciones en las que el elevado coste de este tipo de material es compensado por sus características: aumento de la resistencia a la tracción y a  la fatiga, mejor comportamiento a flexotracción, resistencia el impacto, durabilidad, entre otros. Se de utilizar diversos tipos de fibras de acero de extremos conformados que tienen, por ejemplo  0,5 mm  de diámetro y 50 mm de longitud. Una dosificación normal de las fibras puede ser de unos 40 kg/m3, que han de dispersarse homogéneamente en toda la masa del hormigón.

Con este material se puede reducir el espesor del pavimento del orden de un 30% y aumentar el esparcimiento de las juntas, por lo que en algunos casos puede resultar competitivos: pavimentos de puentes y pavimento sometidos a cargas muy pesadas (industriales o portuarios).

Ventajas del hormigón reforzado con fibras de acero

Resistente al impacto, a la fatiga, más dúctil y más tenaz

-          El hormigón reforzado con fibras de acero supone una alternativa eficaz ante la necesidad de reforzar y mejorar el comportamiento estructural del hormigón armado tradicional.

-          Incorporando y distribuyendo homogéneamente fibras de acero en la matriz de hormigón puede reducirse significativamente la fragilidad y con ello mejorar las propiedades mecánicas del hormigón.

-          El efecto de armado espacial en todo el volumen del hormigón, permite obtener un importante incremento de la tenacidad y una mayor

capacidad de resistencia a los efectos dinámicos y al choque, como consecuencia de una mayor capacidad de absorción de energía.

Resistente a la flexión

-    El hormigón de fibra de acero puede garantizar el comportamiento resistente, tanto elástico como plástico, de losas o soleras de hormigón sobre suelos flexibles, industriales, pavimentos para el tránsito o aparcamiento de vehículos, etc. sometidos a solicitaciones de cargas dinámicas, estáticas o concentradas.

-    Una placa de hormigón armada con fibra de acero, aguanta sencillamente más y durante más tiempo siendo posible optimizar el espesor de la misma. (Previa aprobación del proyectista)

-    El hormigón reforzado con fibras de acero puede soportar considerables deformaciones aún después de la formación de la primera fisura sin llegar al colapso de la losa considerada.

-    La óptima distribución de las fibras de acero y su homogeneidad garantizan una mejor eficacia del refuerzo, así como una redistribución homogénea de las tensiones que se generan en la vida útil del hormigón.

Reducción de fisuración. Durabilidad

En el hormigón armado los cambios de volumen, en la fase elasto plástica, y las tensiones internas diferenciales que por esta causa se originan, pueden implicar la formación de fisuras con lo que se aumenta el riesgo de corrosión.

Las fibras de acero, homogéneamente distribuidas en la matriz de hormigón, participan íntimamente en dichos cambios de volumen y actúan absorbiendo gran parte de las tensiones internas diferenciales que se originan, reduciendo significativamente tanto el número como el tamaño de las fisuras de retracción plástica.

Con el hormigón de fibra de acero  son necesarias menos juntas de retracción, con lo que se consiguen superficies continuas de mayores dimensiones e incluso losas industriales sin juntas de retracción.

Se suministra mezclado

-    El hormigón de fibra de acero se suministra como una mezcla de hormigón fabricada y armada con fibras de acero normalizadas, seleccionadas y dosificadas según cada especificación.

-     La fabricación en central, a través de un proceso de calidad controlada, asegura una distribución óptima de las fibras de acero y permite obtener un producto final homogéneo.

Grandes posibilidades de aplicación

-    El hormigón de fibra de acero es ideal para cualquier tipo de losa armada, suelos industriales y otras soleras de gran capacidad portante sometidas a cargas extremas.

-    Puede utilizarse en cualquier pavimento de hormigón: como capa de hormigonado recubriendo zonas de desgaste, como recubrimiento de carreteras y puentes, aparcamientos de vehículos, rampas de acceso a viviendas unifamiliares o de uso agrícola, etc.

-    El hormigón de fibra de acero puede suministrarse con consistencia fluida para su utilización y es un producto bombeable.

-    El hormigón de fibra de acero es un producto perfectamente adaptado a la utilización de "Guías Láser" para enrasar capas de hormigón.

Consideraciones de diseño de los Pavimentos de Concreto Armado

-    Consideraciones ambientales.- Los cambios en la temperatura y en la humedad inducen movimientos de la losa, resultando en concentraciones de esfuerzos y en alabeos.

-    Espesor de losa.- El espesor del pavimento afecta los esfuerzos de alabeo y las deflexiones para la transferencia de carga.

-    Transferencia de carga.- La transferencia de carga varía para cada tipo de junta, por lo que el tipo y el tamaño de las barras influyen en el diseño de las juntas.

-    Transito.- La clasificación, canalización y el predominio de cargas en el borde influyen significativamente en los requerimientos de transferencia de carga para el comportamiento a largo plazo.

-    Características del concreto.- Los componentes de los materiales afectan la resistencia del concreto y los requerimientos de juntas, los materiales seleccionados para el concreto determinan las contracciones de la losa.

-     Tipo de subrasante o terreno de apoyo.- Los valores de soporte y las características friccionantes en la interface del pavimento con el terreno de apoyo para diferentes tipos de suelos afectan los movimientos y el soporte de las losas.

-   Características del sellador.- El espaciamiento de las juntas influye en la selección del tipo de sellador.

-    Apoyo lateral.- El tipo de acotamiento afecta el soporte de la orilla del pavimento y la habilidad de las juntas centrales para realizar la transferencia de carga.

Agrietamiento de los Pavimentos de Concreto ArmadoUn adecuado sistema de juntas permite controlar el agrietamiento que ocurre de manera natural en el pavimento de concreto y las juntas se deben colocar en el pavimento precisamente para controlar su ubicación y su geometría.

A.      Contracción-    Se debe tomar en cuenta que la mayor parte de la contracción

anticipada del concreto ocurre a muy temprana edad en la vida del pavimento, provocado principalmente por los cambios de temperatura, así como también la reducción de volumen a causa de la perdida de agua en la mezcla.

-    Otro factor muy importante que se debe tomar en cuenta es la fricción que se presenta en la subrasante o capa de apoyo como resistencia a la contracción del pavimento presentándose algunos esfuerzos de tensión los cuales deben ser considerados para no provocar grietas transversales.

B.      Gradientes-     Se deben tomar en cuenta los esfuerzos provocados por gradientes de

temperatura y humedad que contribuyen al agrietamiento y se presentan generalmente después de fraguado el concreto, estos esfuerzos provocan el alabeo de las losas que combinado con las cargas pueden provocar grietas transversales adicionales a las grietas iniciales y en pavimentos con dos carriles de circulación además se formara una grieta longitudinal a lo largo de la línea central del pavimento.

Drenaje en los Pavimentos de Concreto ArmadoEl drenaje superficial tiene el propósito de alejar las aguas de los pavimentos. Esto evitara su influencia negativa, tanto en el aspecto de la estabilidad de su infraestructura, como en sus condiciones de transitabilidad. Las dimensiones de la sobras de drenaje serán determinadas en base a cálculos hidráulicos, tomando como base la información pluviométrica disponible.La eliminación del agua que escurre sobre la superficie del pavimento, se efectúa por medio del bombeo en las secciones en tangente y mediante peralte en las curvas, de modo que el escurrimiento sea hacia las cunetas. Los paseos de una carretera pavimentada se someterán a un tratamiento de impermeabilización. De este modo se lograra fijar los agregados y se evita que estos sean arrastrados a las cunetas por el agua que fluye desde el pavimento.

-    El pavimento de concreto debe contar con un drenaje adecuado a fin de evitar la expulsión de los finos de las capas inferiores.

-    Se debe mantener el sellador impermeable en la zona de juntas, a fin de evitar el ingreso y movimiento de finos vía agua hacia los acotamientos o a otras zonas adyacentes de la losa

-    Se debe establecer un drenaje adecuado en la superficie del pavimento considerando un bombeo del 2.0 % mínimo en un sentido para desalojar el agua de lluvia.

Cargas por tránsito del Pavimento de Concreto Armado

Se debe considerar tanto la geometría de las cargas o la configuración de los vehículos, como la distribución e intensidad de cargas, estos efectos de los vehículos se deben considerar de las siguientes formas:

-    Transito fijo. De acuerdo con el criterio de tránsito fijo, toda la distribución vehicular se convierte a una carga de llanta sencilla equivalente, la cual determina el espesor del pavimento y diseñar para la carga mayor que se pueda anticipar, inclusive transformando las cargas por arreglos múltiples de llantas a una carga sencilla.

-   Vehículo fijo. El espesor del pavimento viene regido por el número de repeticiones de carga de un vehículo estándar o de carga por eje de peso nominal, usualmente de 8.2 ton

-    Vehículo y tráfico variables. Con este enfoque los vehículos y variables se toman en cuenta por separado e individualmente para evaluar sus efectos en el diseño del pavimento, formando grupos de cargas similares para luego determinar y sumar los efectos separados de cada grupo, tales como esfuerzos, deformaciones y deflexiones.

Diseño geométrico de los Pavimentos de Concreto Armado

El diseño geométrico será realizado en la Ingeniería de detalle del proyecto tomando en consideración los siguientes aspectos.

-    Rasante longitudinal.- La elevación mínima respecto a la del proyecto deberá ser del 0.6%. La rasante máxima será limitada por las capacidades del equipo extendido.

-    Anchos de calle.- El ancho de las vialidades dependerá del tránsito que deben soportar, es común establecer un ancho mínimo del orden de 7 m, con una pendiente transversal del 2%. Se recomienda que no existan variaciones fuertes en anchos y pendientes. Son comunes los carriles con anchos de 3.0 a 3.6 m para disminuir el riesgo de que los conductores rebasen en carriles sencillos.

-     Anchos de carriles de estacionamiento en calles.- Pueden adoptarse los siguientes criterios para los anchos de los carriles de estacionamiento adyacentes a las guarniciones: 2.4 m para el caso de que predominen automóviles, y de 2.7 a 3.0 m para el caso de que por la vialidad circulen camiones pesados. En arterias principales el ancho de estos carriles puede llegar de 3.0 a 3.7 m, lo que permitirá que sirvan incluso para dar vuelta No son recomendables anchos menores

Las armaduras longitudinales de concreto armado continuoLas armaduras longitudinales se colocan en el sitio en las estructuras armadas continuas a fin de:- Repartir los esfuerzos de fraguado del concreto,- Prevenir la apertura de las fisuras.Estas armaduras se colocan en un plano paralelo a la superficie de la calzada:- Bajo la fibra neutra (a la mitad del espesor de la placa), en la zona que se comprime bajo las cargas rodantes,- A más de 8 cm de la superficie de la calzada para evitar la corrosión.La relación p de las secciones de acero y del concreto es función de la adherencia entre los dos materiales, del grado del acero y de la resistencia a la tracción del concreto.