DISEÑO DE PAVIMENTOS DE HORMIGÓN

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DISEÑO DE PAVIMENTOS DE HORMIGÓN Debido a que los distintos aspectos del diseño de pavimentos de hormigón están interrelacionados, es necesario analizar la función de cada uno de ellos para minimizar el agrietamiento incontrolable de las losas, la pérdida de soporte uniforme de la cimentación y la pérdida de la integridad de la superficie. Para controlar estos factores hay cuatro aspectos de diseño: 1. Calidad del hormigón. Elección de materiales adecuados y sus proporciones para un pavimento de hormigón que tenga la suficiente resistencia y durabilidad. 2. Diseño de la subbase y la subrasante. Se necesita una buena preparación de la subrasante para asegurar un soporte uniforme para la losa y controlar los cambios de volumen en la subrasante debido a los suelos expansivos y el congelamiento. Cuando el volumen de tráfico es pesado, se necesita el uso de una capa de subbase para prevenir el bombeo de lodo, esta capa debe ser compuesta de un material granular que no se consolide o estabilizado para prevenir fallas en las juntas. 3. Diseño del espesor. El espesor de la losa se determina de tal forma que los esfuerzos de flexión debido a las cargas de tráfico se mantengan en límites seguros. 4. Diseño de las juntas. La posición de las juntas determina donde se formarán las grietas debido a los esfuerzos de contracción restringida y a los esfuerzos térmicos. Estos esfuerzos son minimizados mediante el uso de espaciamientos cortos entre las juntas en pavimentos simples y en los pavimentos reforzados que tienen espaciamientos mayores, se formarán grietas intermedias entre las juntas pero no son perjudiciales ya que son cosidas por el refuerzo de acero. CALIDAD DEL HORMIGÓN Las siguientes recomendaciones se dan específicamente para mezclas de pavimentos para obtener la durabilidad necesaria

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DISEÑO DE PAVIMENTOS DE HORMIGÓN

Debido a que los distintos aspectos del diseño de pavimentos de hormigón están interrelacionados, es necesario analizar la función de cada uno de ellos para minimizar el agrietamiento incontrolable de las losas, la pérdida de soporte uniforme de la cimentación y la pérdida de la integridad de la superficie. Para controlar estos factores hay cuatro aspectos de diseño:

1. Calidad del hormigón. Elección de materiales adecuados y sus proporciones para un pavimento de hormigón que tenga la suficiente resistencia y durabilidad.

2. Diseño de la subbase y la subrasante. Se necesita una buena preparación de la subrasante para asegurar un soporte uniforme para la losa y controlar los cambios de volumen en la subrasante debido a los suelos expansivos y el congelamiento. Cuando el volumen de tráfico es pesado, se necesita el uso de una capa de subbase para prevenir el bombeo de lodo, esta capa debe ser compuesta de un material granular que no se consolide o estabilizado para prevenir fallas en las juntas.

3. Diseño del espesor. El espesor de la losa se determina de tal forma que los esfuerzos de flexión debido a las cargas de tráfico se mantengan en límites seguros.

4. Diseño de las juntas. La posición de las juntas determina donde se formarán las grietas debido a los esfuerzos de contracción restringida y a los esfuerzos térmicos. Estos esfuerzos son minimizados mediante el uso de espaciamientos cortos entre las juntas en pavimentos simples y en los pavimentos reforzados que tienen espaciamientos mayores, se formarán grietas intermedias entre las juntas pero no son perjudiciales ya que son cosidas por el refuerzo de acero.

CALIDAD DEL HORMIGÓN

Las siguientes recomendaciones se dan específicamente para mezclas de pavimentos para obtener la durabilidad necesaria para resistir el efecto del clima y el tráfico; y la resistencia a la flexión necesaria para soportar los pesos esperados y las cargas de tráfico.

En los lugares afectados por el hielo, los pavimentos están expuestos a varios ciclos de hielo y deshielo y al uso de sales para el deshielo. Para proteger al pavimento de estos agentes es necesario que la mezcla tenga una baja relación agua-cemento, un adecuado contenido de cemento y aire incluido. Las cantidades de aire incluido depende del tamaño máximo de agregado y siempre el tamaño máximo de agregado no debe exceder un cuarto del espesor del pavimento.

La cantidad de agua en la mezcla también tiene una influencia crítica en la durabilidad y la resistencia al medio ambiente del hormigón endurecido. Se debe usar la menor cantidad de agua para una cantidad dada de cemento para producir un hormigón trabajable y así obtener el hormigón endurecido de mayor durabilidad.

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La experiencia con hormigones con aire incluido muestra que para una satisfactoria durabilidad la relación agua-cemento no debe exceder 0,54. El contenido de cemento debe ser por lo menos 307 kilogramos por metro cúbico y en lugares con problemas de congelamiento la relación agua-cemento no debe exceder 0,49 y el contenido de cemento debe ser por lo menos 335 kilogramos por metro cúbico.

CIMENTACIÓN DE LA LOSA

Debido a la rigidez que tiene la losa, se considera que las cargas que recibe se distribuyen uniformemente en la zona que ocupa y por ende los esfuerzos son bajos, por tanto la cimentación no se diseña para soportar grandes esfuerzos sino para darle un soporte uniforme a la losa.

Se presentan problemas para darle un soporte uniforme a la losa cuando en el sitio hay suelos expansivos, congelamiento y bombeo de lodo.

Los suelos expansivos debido a su naturaleza incrementan su volumen considerablemente cuando aumenta su humedad y por ello pueden dejar de brindar el soporte uniforme para la losa, el problema de suelos expansivos se pude solucionar tratando la subrasante a través de una gradación selectiva, compactación o colocación de material no expansivo encima.

El congelamiento produce un empuje debido al aumento de volumen que se produce cuando el agua se congela y los suelos más susceptibles a este fenómeno son los limos que tienen suficiente permeabilidad y capacidad de capilaridad para que el efecto sea crítico. Lo más económico para solucionar este problema resulta en tratar la subrasante a través de una gradación selectiva, compactación, drenes, etcétera.

El mud-pumping se produce debajo de las juntas de la losa, de las grietas y los bordes, cuando el suelo está saturado y hay un tráfico pesado. La combinación de estos fenómenos provoca un desplazamiento forzado del material y cuando el efecto ocurre por un largo periodo se remueve suficiente material para quitarle el soporte uniforme a la losa. Para prevenir este fenómeno es necesario usar una subbase de gradación uniforme y compactada, y el espesor de la subbase depende de cuan pesado sea el tráfico, por ejemplo para carreteras se usa de 10 a 15 centímetros.

DISEÑO DEL ESPESOR

Para el diseño del espesor se escoge un espesor y se calcula el consumo de fatiga total que debe ser menor que el 125%, teóricamente debería ser 100% pero se usa 125% debido a que el hormigón continúa ganando resistencia después de los 28 días. Para el diseño del espesor de la losa se deben tomar en cuenta los siguientes parámetros.

1) Coeficiente de Balasto: Para el diseño se utiliza este coeficiente también llamado módulo de reacción del suelo, el cual se obtiene haciendo una prueba de placa y el

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coeficiente de balasto k es igual a la razón entre la presión ejercida sobre el suelo y la deformación obtenida

2) Esfuerzos: Los pavimentos están sujetos a esfuerzos de flexión y usualmente la razón entre los esfuerzos y la resistencia es mayor a 0,5. Gracias a estudios experimentales se sabe que los esfuerzos son críticos en el borde de la junta transversal, pero ahí los esfuerzos térmicos y de retracción son pequeños y son despreciados.

3) Resistencia a la flexión: El módulo de ruptura MR es la resistencia a la flexión obtenida ensayando una viga de hormigón a los 28 días. Se puede estimar el módulo de ruptura del hormigón como 2 a 3 veces la raíz cuadrada de f’c (kg/cm2).

4) Fatiga: Se define como la razón de esfuerzos como la relación entre los esfuerzos de flexión y el módulo de ruptura. Experimentalmente se conoce que a medida que la razón de esfuerzos disminuye, el número de de repeticiones del esfuerzo para que falle aumenta. Para el diseño se usa la hipótesis de Miner que supone que la fatiga que no es usada por la repetición de una carga es usada por la repetición de otra carga y en total deberían sumar 100%, pero para el diseño se usa hasta el 125%.

5) Factores de seguridad de carga: Se usa un FS de 1,0 para pavimentos que van a estar sometidos volúmenes pequeños de camiones, 1,1 para volúmenes moderados de camiones y 1,2 para volúmenes altos de camiones.

6) Periodo de análisis de tráfico: Se asume que la vida útil del pavimento como 40 años debido a que a pesar de que se pueda colocar otra capa encima, la losa sigue soportando las cargas.

7) Análisis del tráfico: El objetivo del estudio de tráfico es obtener el número de cargas de eje simple y eje múltiple separados en categorías dependiendo del peso que va a soportar el pavimento durante su periodo de diseño.

El proceso anterior se usa para autopistas, para aeropuertos el MR se toma a los 90 días, los factores de seguridad de carga son mayores y depende del lugar del aeropuerto y la frecuencia de la carga, y los esfuerzos debido a las cargas se obtienen de cartas de influencia donde ingresando el esfuerzo admisible del pavimento y el coeficiente de balasto, se obtiene el espesor de la losa.

DISEÑO DE LAS JUNTAS

Las juntas en losas de hormigón sobre suelo se construyen para permitir a la losa de concreto moverse ligeramente y proveer una apariencia libre de grietas. Los movimientos de la losa son causados por:

Contracción del hormigón debido al secado. Cambios de temperatura Esfuerzo directo o de flexión por las cargas aplicadas Asentamiento de la losa

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Si el movimiento es restringido, la losa se agrietará cuando la resistencia del hormigón a tensión sea excedida. Las juntas son necesarias para que las grietas se formen en ubicaciones preseleccionadas.

Se puede dividir las juntas según su dirección en dos tipos: juntas transversales y juntas longitudinales. Las juntas transversales pueden ser de contracción, de construcción o de expansión y aislamiento.

Las juntas de contracción se proveen en la losa para absorber el encogimiento y aliviar esfuerzos internos, las juntas colocadas y construidas adecuadamente reducen el agrietamiento fortuito y son más fáciles de sellar y mantener. Se recomienda que la razón lado largo a lado corto de los paños divididos por juntas no exceda 1,5 o podría haber agrietamiento excesivo, el ACI recomienda que las juntas de contracción se coloquen de 24

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a 36 veces el espesor de la losa en ambas direcciones. Las juntas pueden ser hechas cortando la losa con sierra o colocando una tira preformada.

El sellado de la junta se realizar para evitar que el agua entre a la junta y cause daño por congelamiento, corrosión del refuerzo o daño a la subbase; y también evitar el ingreso de materiales extraños. Debido a que las juntas de contracción dividen a la losa en paños más pequeños, es necesario que la junta sea capaz de transmitir cargas verticales de un segmento a otro, la transferencia de carga puede ser lograda a través de engranaje del agregado, juntas machimbradas o dovelas. Las dovelas deben tener un lado no adherido al hormigón para permitir el movimiento horizontal.

Las juntas de expansión se construyen con un espacio a través del espesor de la losa para permitir el movimiento. Se usa muy poco este tipo de juntas en carreteras principales excepto en paños cercanos a estructuras fijas. Se debe periódicamente mantener este tipo de juntas ya que caso contrario pueden producirse estallidos.

Las juntas de construcción se usan cuando se acaba la labor del día o se interrumpe el colado por alguna emergencia. Usualmente se utilizan juntas ancladas para tener una mejor transferencia de carga, si la junta coincide con una de contracción se coloca una dovela lisa y sino se puede usar una varilla corrugada.

Las juntas longitudinales se utilizan en carreteras para controlar el agrietamiento a lo largo de la línea central del pavimento. El tipo depende de la forma de construcción: un carril a la vez o todos los carriles. Si se construye un carril a la vez es necesario el uso de un machimbrado con anclas corrugadas, y si se construye todos los carriles es preferible cortar con sierra para generar la ranura y colocar anclaje adherido a ambos lados de la junta para evitar movimiento.

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BIBLIOGRAFÍA

- ACI 224.3R – 95, “Juntas en las construcciones de concreto”.

- Fintel , M. “Handbook of concrete engineering”.

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UNIVERDIDAD CATOLICA

SANTIAGO DE GUAYAQUIL

TUTORIA:

HORMIGON II

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INTEGRANTES:

FERNANDO GOMEZ

RICARDO PALACIOS

ALBERTO MARMOL

NIVEL :

400