PAVIMENTOS EN CONCRETO

INTRODUCCIÓN A MÉTODOS DE DISEÑO
Los dos métodos de diseño descritos en este Sistema de Diseño de Pavimentos de Concreto, el de la American Association of State Highways and Transportation Officials (AASHTO) y el de la Portland Cement Association (PCA) corresponden a los métodos de diseño de espesores de pavimentos más ampliamente usados a nivel mundial. Por este motivo se ha decidido incluir ambos métodos en el Sistema Pavimentos de Concreto.

DISEÑO SIMPLIFICADO DE PAVIMENTO DE CONCRETO.

El factor más importante en diseño de pavimentos de concreto es la resistencia del concreto utilizado.

El concreto que aquí se considera deberá tener una resistencia del concreto utilizado.

El concreto que aquí se considera deberá tener una resistencia a la compresión de 300 kg/cm`2, mínimo, a los 28 días de edad, o antes si se especifica otra edad. Si se usara resistencia de 250 kg/cm`2, se deberá aumentar el espesor de la losa, unos 2 cm.

Los pavimentos de concreto, están formado exclusivamente por la losa del concreto, la cual puede colocarse directamente sobre la sub rasante (para poco tránsito o suelos buenos de la subrazante) o sobre la sub base. La sub base tiende a corregir defectos del suelo sub rasante, siendo así un mejoramiento de esa capa.

a) Para contrarrestar la expansión y contracción excesivas del suelo de la surasante.
b) Para evitar la falla por “ bombeo” o eyección de finos y agua en la sub-base.
c) Para evitar el congelamiento de los suelos finos.
d) Como auxiliar en la construcción, principalmente en sub-rasantes muy arenosos.

Por lo tanto, si en suelo de la sub rasante es de tipo granular, o si el pavimento no estará sujeto a tránsito intenso, no se justifica el uso de la capa sub base.


DISEÑO

Métodos de diseño Para satisfacer adecuadamente las condiciones tanto del suelo, como de carga y tráfico a los que van a estar sometidos los pavimentos, se deben utilizar los métodos de la American Association of State Highways and Transportation Officials (Método AASTHO) y el de la Portland Cement Association (Método PCA)
Consideraciones generales

1. De acuerdo con el criterio de los métodos mencionados para el diseño de losas soportadas sobre el terreno, como es el caso de pavimentos de concreto y de pisos industriales, el concreto a emplearse en este tipo de losas será especificado de acuerdo a su resistencia a la flexión por tensión o módulo de ruptura (MR), en vez de la resistencia tradicional a la compresión (f’c) que es comúnmente usada en otro tipo de estructuras de concreto.

2. Lo anterior se fundamenta al considerar que en una losa de concreto sometida a cargas dinámicas, los esfuerzos de flexión internos se encuentran más cercanos a su resistencia ultima a la flexión (MR), que los esfuerzos internos de compresión contra su resistencia ultima a la compresión (f’c).



3. Espesor del pavimento


1. Para el cálculo del espesor de pavimentos de concreto, debe utilizarse “Método AASTHO” y verificarse a través del “Método PCA” (ver secciones 8.9 y 8.10 de esta especificación), siendo necesario conocer algunos aspectos del proyecto como los indicados a continuación:

a. Periodo de diseño (vida útil)

b. Resistencia a la tensión por flexión del concreto a utilizar

c. Modulo de reacción (k) del terreno natural

d. Información del tráfico

Se debe considerar en el diseño, el efecto de reducción de espesor del pavimento con la utilización de elementos confinantes y de transferencia de carga, tales como guarniciones integrales o ligadas mediante varillas de sujeción, así como camellones o acotamientos ligados a los carriles

3. Al tener mecanismos de transferencia de cargas en los bordes, el pavimento tendrá menos posibilidad de fallar en esas zonas, ya que se evitara por un lado el efecto de bombeo y por el otro el efecto flexionante en caso de presentarse erosión de la capa de apoyo en las zonas perimetrales.

4. De acuerdo con el método de AASHTO, la colocación de acotamientos pavimentados, los cuales actúan como elementos confinantes y de transferencia de carga, tiende a reducir espesores del orden de 2.5 cm. Ello se debe a que en esas zonas al aplicar una carga en acotamientos pavimentados, se produce una transmisión de esfuerzos del orden del 85% del total que resultaría de no contar con los citados acotamientos.

5. El efecto reductor de espesores de los acotamientos pavimentados debe considerarse en el desarrollo de los dos métodos de diseño ASSHTO y PCA. Por lo general los acotamientos deben diseñarse con espesores no menores a los 15 cm.
 Esfuerzos y deflexiones que se deben considerar en el diseño de pavimentos rígidos.

Contracciones debidas a cambios de temperatura así como por pérdida de volumen de la mezcla por la disminución del contenido de agua del concreto.

Esfuerzos de tensión generados en la base de la losa, que producen agrietamiento como resultado de la resistencia por fricción que se genera en la interface losa-capa de apoyo, pudiendo ser esta una base o sub-base
Esfuerzos de tensión y compresión en la losa, debidos a ondulaciones que se presentan por cambios en gradientes térmicos a lo largo de su sección transversal.

Esfuerzos de tensión y compresión en la losa, producto de las expansiones y contracciones debidos a los cambios de humedad (alabeo) a lo largo de la sección transversal de la losa.

Esfuerzos combinados del tránsito con el de la ondulación por temperatura que producen daños importantes a las losas, estos esfuerzos deben ser considerados en los análisis por fatiga.

Esfuerzos por cargas de tráfico

Esfuerzos debidos a fricción

a. En una losa sujeta a una reducción de la temperatura, la losa tenderá a moverse de las orillas hacia el centro por simetría, sin embargo la capa de apoyo tenderá a restringir este movimiento, generándose así los esfuerzos de fricción.

b. Los esfuerzos de fricción en la interface losa-capa de apoyo afectan al concreto, a las varillas de sujeción e incluso al acero de refuerzo, cuando este existe. Para pavimentos de concreto sin refuerzo, el espaciamiento de juntas deberá proponerse de manera que la fricción no provoque grietas.

c. La cuantía y distribución de acero entre juntas longitudinales (o varillas de sujeción) también serán función de los esfuerzos esperados.