Suelos Sedimentarios.


La  formación  de  los  suelos  sedimentarios  puede  explicarse  más  adecuadamente considerando la formación, el transporte y el depósito de los sedimentos.

El modo principal de la formación de sedimentos lo constituye la meteorización física y química de las rocas en la superficie terrestre. En general, las partículas de limo, arena y grava se forman por la meteorización física de las rocas, mientras que las partículas arcillosas proceden de la alteración química de las mismas.

Los  sedimentos  pueden  ser  transportados  por  cualquiera  de  los  cinco  agentes siguientes: agua, aire, hielo, gravedad y organismos vivos. El  transporte afecta a  los sedimentos de dos formas principales: a) modifica  la  forma, el  tamaño y  la  textura de las  partículas    por  abrasión,  desgaste,  impacto  y disolución;  b)  produce  una clasificación o graduación de las partículas.

Después de que las partículas se han formado y han sido transportadas se depositan para formar un suelo sedimentario. Las tres causas principales de este depósito en el agua son la reducción de la velocidad, la disminución de la solubilidad y el aumento de electrolitos. Cuando una corriente de agua desemboca en un lago, océano, etc., pierde la mayor parte de su velocidad. Disminuye así  la  fuerza de  la corriente y se produce una sedimentación. Cualquier cambio en  la  temperatura del agua o en su naturaleza química puede provocar una reducción en la solubilidad de la corriente, produciéndose la precipitación de algunos de los elementos disueltos. 

Figura 2: Esquema del proceso de formación de los suelos

Por tanto, el suelo es el resultado del proceso de meteorización de las rocas, con o sin transporte  de  los  productos  de  alteración.  Los  suelos  se  caracterizan fundamentalmente por los siguientes aspectos:

·  Los  suelos  están  formados  por  partículas  pequeñas  (desde micras  a  algunos centímetros) e individualizadas que pueden considerarse indeformables.
·  Entre  estas  partículas  quedan  huecos  con  un  volumen  total  del  orden  de
magnitud  del  volumen  ocupado  por  ellas  (desde  la  mitad  a  varias  veces superior).
·  Un suelo es un sistema multifase (sólida, líquida y gaseosa).
·  Los huecos pueden estar  llenos de agua  (suelos saturados), o con aire y agua (suelos semisaturados), lo que condiciona la respuesta de conjunto del material.

En  condiciones  normales  de  presión  y  temperatura,  el  agua  se  considera incompresible.

Suelos Residuales.

Los  suelos  residuales  se  originan  cuando  los  productos  de  la meteorización  de  las rocas  no  son  transportados  como  sedimentos,  sino  que  se  acumulan  in  situ.  Si  la velocidad de descomposición de  la  roca supera a  la de arrastre de  los productos de descomposición, se produce una acumulación de suelo residual. Entre los factores que influyen  sobre  la  velocidad  de  alteración  en  la  naturaleza  de  los  productos  de meteorización están el clima (temperatura y lluvia), el tiempo, la naturaleza de la roca original,  la  vegetación,  el  drenaje  y  la  actividad  bacteriana.  Los  suelos  residuales suelen  ser  más  abundantes  en  zonas  húmedas,  templadas,  favorables  al  ataque químico  de  las  rocas  y  con  suficiente  vegetación  para  evitar  que  los  productos  de meteorización sean fácilmente arrastrados.

CARACTERIZACION DE LOS SUELOS: Suelos y rocas,origen del suelo

La mayoría de los suelos que cubren la tierra están formados por la meteorización de  las rocas. Los geólogos emplean el  término meteorización de  las rocas para describir todos  los  procesos  externos,  por  medio  de  los  cuales  la  roca  experimenta  descomposición química y desintegración  física, proceso mediante el cual masas de roca  se  rompen  en  fragmentos  pequeños.  Esta  fragmentación  continua  es  un mero cambio  físico y por eso se  llama  también meteorización mecánica. Por otra parte,  la meteorización  química  de  una  roca  es  un  proceso  de  descomposición, mediante  el cual  los  minerales  constitutivos  de  rocas  allí  presentes  cambian  de  composición química.  En  la  descomposición,  los  minerales  persistentes  se  transforman  en minerales de composición y propiedades  físicas diferentes. Es preciso  indicar que  la desintegración  física  completa  la  descomposición,  ya  que  los minerales  y  partículas rocosas  de menor  tamaño  producidos  por meteorización mecánica  son mucho más susceptibles  al  cambio  químico  que  los  granos  minerales  firmemente  soldados  en grandes masas de roca compacta.

La meteorización mecánica es el proceso por el cual  las rocas se fracturan en piezas de menor  tamaño bajo  la acción de  las  fuerzas  físicas, como  la corriente de agua de los  ríos,  viento,  olas  oceánicas,  hielo  glacial,  acción  de  congelación,  además  de expansiones y contracciones causadas por ganancia y pérdida de calor.

La  meteorización  química  es  el  proceso  de  descomposición  química  de  la  roca original.  Entre  los  distintos  procesos  de  alteración  química  pueden  citarse:  la
hidratación  (paso  de  anhidrita  a  yeso),  disolución  (de  los  sulfatos  en  el  agua), oxidación  (de minerales de hierro expuestos a  la  intemperie), cementación  (por agua conteniendo carbonatos), etc.Por ejemplo, la meteorización química de los feldespatos puede producir minerales arcillosos.

Muy  relacionada  con  la  meteorización  química  se  encuentra  la  meteorización biológica,  producida  fundamentalmente  por  la  actividad  bacteriana,  originando putrefacciones en materiales orgánicos.

La acción conjunta o individual de estos procesos de meteorización da lugar a un perfil de meteorización de la roca en función de la profundidad (ver figura adjunta). En este
perfil  la  roca  sana  ocupa  la  zona  más  profunda,  transformándose  gradualmente  a suelo hacia la parte más superficial.

Figura 1: Perfil de meteorización, según diversas fuentes

Así, por ejemplo, la observación de una trinchera recién abierta (una excavación para una carretera, una pared de cantera, etc.), a menudo revelará una sucesión de capas de  diferentes  materiales  térreos.  En  la  base  del  afloramiento  puede  haber  roca compacta, denominada roca  firme; se encuentra  todavía en su  lugar de origen y está relativamente poco modificada. La  roca  firme  suele   presentar  innumerables grietas, denominadas  juntas o diaclasas, que son consecuencia de esfuerzos principalmente asociados a una historia anterior de procesos tectónicos. Allí donde existen familias de juntas que se cruzan, la roca firme se desintegra fácilmente en bloques.

Por  encima  de  la  roca  firme  puede  haber  una  capa  de  materia  mineral  blanda, denominada regolita. (El prefijo rego viene de la palabra griega que significa “manto”.)

La  regolita  puede  formarse  in  situ  por  descomposición  y  desintegración  de  la  roca firme  inmediatamente  subyacente;  este  tipo  se  denomina  regolita  residual  o  suelo residual.  Si  esta  capa  de  partículas  minerales  relativamente  sueltas  o  blandas, dispuestas sobre  la  roca  firme, es  transportada por agentes  tales como corrientes de agua,  hielo,  viento,  olas…,  recibe  el  nombre  de  regolita  transportada  o  suelo sedimentario.


Principales Formas Estructurales del Concreto Reforzado.


Las  figuras  que  siguen muestran algunas  de  las principales formas  estructurales del  concreto reforzado. Más adelante en este volumen se discuten métodos pertinentes de diseño para muchas de ellas.

Dentro de  los sistemas estructurales para entrepisos de edificios  se pueden mencionar el  entrepiso de placa y viga monolítica que se muestra en la figura  1.1, el  sistema de viguetas en una dirección de  la figura  1.2, y el sistema  tipo placa plana sin vigas que se muestra en la figura  1.3.

FIGURA 1.1 Losa de entrepiso de concreto reforzado en una dirección con vigas monolíticas  de apoyo.


FIGURA 1.2 Sistema de entrepiso de viguetas en 2 direcciones apoyado sobre vigas monolíticas de concreto y  riostra transversal  en la esquina.



FIGURA 1.3 Losa de entrepiso de placa plana sin vigas, apoyada directamente sobre columnas.

El  entrepiso  de  losa plana  que  se muestra  en  la  figura  1.4, frecuentemente usado  en  edificaciones más  cargadas  (como bodegas),  es  similar al  sistema de  entrepiso  de placa plana, pero utiliza mayores
espesores  de placa alrededor  de  las  columnas,  al  igual  que  columnas  acampanadas  en  la parte  superior para  reducir  los esfuerzos  y aumentar la resistencia en  las zonas de apoyo. La elección entre éstos y otros  sistemas de entrepiso y  cubierta depende de requisitos  funcionales, cargas,  luces  y espesores permisibles  de  elementos,  al  igual que de  factores económicos  y estéticos.

Cuando se requieren  luces  libres  largas para cubiertas,  se pueden utilizar cascarones  de  concreto que  permiten el uso de  superficies  extremadamente  delgadas, a menudo más delgadas que  una  cáscara de huevo. La cubierta en placa plegada de la figura 1.5 se puede construir fácilmente ya que está compuesta de  superficies planas. Estas cubiertas se han utilizado  para  luces de 200 pies y más. Los cascarones  cilíndricos de  la figura  1.6 son también fáciles  de  construir debido  a su curvatura  simple y
uniforme;  su comportamiento estructural  y el rango de  luces  y  cargas  son  similares  a  los del  sistema de placa plegada.


FIGURA 1.4 Sistema de entrepiso de losa plana, sin vigas pero con mayores espesores de placa alrededor de las columnas y columnas acampanadas  en la parte superior para absorber concentraciones  locales de fuerzas.



FIGURA 1.5 Cubierta de placas plegadas con una luz de 12 metros que, además de soportar las cargas normales de cubierta,  sostiene el cuarto piso mediante un sistema libre de columnas interiores.


FIGURA 1.6 Cubierta de cascarones cilíndricos que proporciona un espacio  interior libre de columnas. 

Los  cascarones  de  cubierta  con doble curvatura pueden generarse a partir  de  curvas matemáticas tales  como arcos  circulares, parábolas e hipérbolas, o pueden conformarse a partir de  combinaciones complejas de  formas. El paraboloide  hiperbólico, definido por una parábola  cóncava hacia abajo con movimiento a  lo largo  de una trayectoria parabólica  cóncava hacia arriba,  ha  sido ampliamente  utilizado. Aunque se  trata de una  superficie de doble  curvatura, tiene  la propiedad  de  contener  dos sistemas de  líneas  rectas generadoras  que permiten  la utilización  de  formaletas rectas  de madera.

El domo  de  la figura  1.7, que  sirve de  cubierta a eventos  de  tipo artístico, consiste esencialmente en un domo circular pero  incluye superficies monolíticas, y de bordes curvados hacia arriba, para proporcionar  rigidez  y  resistencia  en estas  regiones  críticas.


FIGURA 1.7 Cascarón esférico en Medellín, Colombia. Las superficies de borde en voladizo proporcionan rigidez al domo lateral.


FIGURA 1.8 Puente en concreto sobre el río Magdalena en Colombia

El diseño de puentes  ha dado  la oportunidad para algunas de las aplicaciones más retadoras  y creativas  de  la  ingeniería estructural. El puente que se muestra  en  la figura  1.8 consiste principalmente en dos vigas  cajón  gemelas de concreto  apoyadas  sobre  pilas con  forma de Y. La  figura  1.9 muestra un intercambiador  vial, estructura  en concreto que permite  el  flujo  vehicular  en tres  niveles. El  espectacular Natchez

Trace Parkway Bridge de  la figura  1.10, una estructura en arco de dos  luces que utiliza elementos  de concreto huecos  y prefabricados,  sirve de soporte  a una autopista de dos carriles a  155 pies por encima del nivel del  terreno  en el  valle. Esta estructura  ha merecido  varios honores,  incluyendo premios de  la American Society  of Civil Engineers y  de  la National Endowment  for  the Arts.
Los tanques  cilíndricos de concreto  se utilizan ampliamente para almacenamiento  de agua o como parte de plantas de tratamiento de aguas residuales. A menudo, los tanques cilíndricos se preesfuerzan circunferencialmente  para mantener  la compresión  en el concreto y  eliminar  el  agrietamiento que de  otra manera  produciría  la presión  interna  (figura  1.11).

Las  formas estructurales de  las  figuras.  1.1  a  1.11 difícilmente constituyen  un  inventario  completo, pero son ilustrativas de las formas compatibles  con las propiedades del concreto reforzado o preesforzado. Elias ilustran  la adaptabilidad del material a una  gran variedad de  estructuras y  componentes estructurales  unidimensionales  (vigas,  riostras,  columnas), bidimensionales  (losas, arcos, pórticos  rígidos) y  tridimensionales  (cascarones,  tanques). Esta variabilidad  permite adaptar  la  forma de  la estructura a  su función de una manera  económica,  y  proporciona al arquitecto y  al ingeniero  disefiador una amplia gama de posibilidades para  soluciones  estructurales estéticamente  satisfactorias.


FIGURA 1.9 Intercambiador vial de Carabineros en Medellín, Colombia.


FIGURA 1.10 Natchez Trace Parkway Bridge, cerca a Franklin, Tennessee, una estructura de dos luces en arcos de concreto merecedora de premios, que se levanta 155 pies por encima del nivel de terreno en el valle.

FIGURA  1.11 Tanques circulares de concreto utilizados en instalaciones para almacenamiento de malta en Cartagena, Colombia.

Concreto, Concreto Reforzado y Concreto Preesforzado.


El concreto es un material  semejante a la piedra que se obtiene mediante una mezcla cuidadosamente proporcionada de cemento, arena y grava u otro agregado,  y agua; después, esta mezcla se endurece en formaletas  con la forma y dimensiones deseadas. El cuerpo del material  consiste en agregado  fino y  grueso. 

El cemento y el agua interactúan  químicamente para unir  las partículas de agregado y conformar una masa sólida. Es necesario agregar agua, además de aquella que se requiere para la reacción química, con el fin de darle a la mezcla la trabajabilidad adecuada que permita llenar  las formaletas y rodear el acero de refuerzo embebido, antes de que inicie el endurecimiento. Se pueden obtener concretos en un amplio rango de propiedades ajustando apropiadamente las proporciones  de  los materiales  constitutivos. Un  rango aún más amplio de propiedades puede obtenerse mediante  la utilización de cementos especiales (cementos de alta resistencia  inicial), agregados especiales (los diversos agregados ligeros o pesados), aditivos (plastificantes y agentes incorporadores  de aire, microsílice  o cenizas volantes) y mediante métodos especiales de curado (curado al vapor).

Estas propiedades dependen en gran medida de las proporciones de la mezcla, del cuidado con el cual se mezclan los diferentes materiales constitutivos, y de las condiciones de humedad y temperatura bajo las cuales se mantenga  la mezcla desde  el momento  en que se coloca en la formaleta hasta que se encuentra totalmente  endurecida. El proceso de control de estas condiciones se conoce como curado. Para evitar la producción de concretos de bajos estándares  se requiere un alto grado de  supervisión y  control por parte de personas  con experiencia  durante todo el proceso, desde el proporcionamiento en peso de los componentes, pasando por el mezclado y el vaciado, hasta la terminación del curado.

Los  factores que hacen del concreto  un material de construcción  universal son tan evidentes que ha sido utilizado de diversas maneras por miles de años; probablemente  se comenzó a usar en el antiguo Egipto. Uno de estos  factores  consiste en la facilidad  con la cual, mientras  se encuentra en estado plástico, puede depositarse y llenar las formaletas y moldes de cualquier forma. Su alta resistencia  al  fuego y al clima son ventajas  evidentes. La mayor parte de los materiales constitutivos, con la excepción del cemento y los aditivos, están disponibles  a bajo costo, localmente o muy cerca del sitio de construcción. Su resistencia  a  la compresión,  similar a  la de  las piedras naturales, es alta lo que lo hace apropiado para elementos sometidos principalmente a compresión, tales como columnas o arcos. Asimismo, de nuevo como en las piedras.naturales, el concreto es un material relativamente  frágil, con una baja resistencia a la tensión comparada con  la resistencia a  la compresión. Esto  impide su utilización económica en elementos estructurales sometidos  a tensión ya sea en toda su sección (como el caso de elementos de amarre) o sobre parte de sus secciones transversales (como en vigas u otros elementos sometidos a flexión).

Para contrarrestar esta limitación, en la segunda mitad del siglo XIX se consideró factible utilizar acero para reforzar el concreto debido a su alta resistencia a la tensión, principalmente  en aquellos  sitios donde la baja resistencia a la tensión del concreto limitaría la capacidad portante del elemento. El  refuerzo, conformado usualmente por barras circulares  de acero con deformaciones superficiales apropiadas para proporcionar adherencia, se coloca en las formaletas antes de vaciar el concreto. Una vez las barras estén completamente rodeadas por la masa de concreto endurecido,  comienzan a  formar parte  integral del elemento. La combinación  resultante de  los  dos materiales, conocida como concreto reforzado, combina muchas de las ventajas de cada uno:  el costo relativamente  bajo, la buena resistencia al clima y al fuego,  la buena resistencia  a la compresión y la excelente capacidad de moldeo del concreto con la alta resistencia a la tensión y la aún mayor ductilidad  y tenacidad del acero. Es precisamente esta combinación la que permite el casi ilimitado rango de usos y posibilidades del concreto reforzado en la construcción de edificios, puentes, presas, tanques, depósitos y muchas otras estructuras.

En tiempos más recientes se ha logrado la producción  de aceros  cuya resistencia  a  la  fluencia es del orden de  cuatro y más veces  que  la de  los  aceros  comunes de refuerzo,  a costos  relativamente bajos. Asimismo, ahora es posible producir concretos con resistencias a la compresión cuatro a cinco  veces mayores  que los concretos  comunes. Estos materiales  de alta resistencia ofrecen ventajas que incluyen la posibilidad de emplear elementos con secciones transversales más pequeñas disminuyendo las cargas muertas y  logrando  luces más largas. Sin embargo, existen límites en las resistencias  de  los materiales  constitutivos, por encima de  los cuales surgen ciertos problemas. En efecto, la resistencia del elemento se  incrementa aproximadamente  en proporción a aquélla de  los materiales. Sin embargo, las altas deformaciones unitarias que resultan de los altos esfuerzos darían como resultado altas deformaciones  y deflexiones de estos elementos bajo condiciones normales de carga.

Igualmente importante es que las grandes deformaciones unitarias en los aceros  de refuerzo de alta resistencia inducirían amplias grietas en el concreto, de baja resistencia a la tensión de sus alrededores, lo cual no sólo sería estéticamente inadmisible, sino que expondría el acero de refuerzo a la corrosión por humedad y otras acciones químicas.

Esto  limita  la resistencia a la fluencia útil de los aceros de alta resistencia a aproximadamente 80 Klb/pulg2,  de acuerdo con muchas normas y especificaciones;  el de 60 Klb/pulg2 es el más común.

A pesar de  lo anterior, se ha encontrado una manera especial para combinar aceros  y  concretos de muy alta resistencia. Este tipo de construcción se conoce como concreto preesforzado. El acero, usualmente en forma de alambres,  cables o barras, se embebe en el concreto sometiéndolo a una tensión alta, la cual se equilibrará con esfuerzos de compresión en el concreto después del endurecimiento. Debido a esta precompresión, el concreto de un elemento a flexión se agrietará en la zona  de  tensión  para cargas mucho más altas que cuando no está  precomprimido. El preesfuerzo reduce de manera significativa  las deflexiones y las grietas de  flexión para cargas normales, y de esta manera permite la utilización efectiva de materiales de alta resistencia. El concreto preesforzado ha extendido  significativamente el rango de  luces posibles  del concreto estructural y los tipos de estructuras para los cuales es adecuado.

CANASTAS PASAJUNTAS EN JUNTAS TRANSVERSALES DE CONTRACCION





Fig 4.6-8CANASTAS PASAJUNTAS EN JUNTAS TRANSVERSALES DE CONTRACCION

CROQUIS No. 4 CORTE Y SELLADO DE JUNTA TRANSVERSAL DE CONSTRUCCION CON PASAJUNTAS (TIPO D)

D = Espesor de la losa de pavimento


Detalle de construcción de la junta


NOTA:
La relación ancho / profundidad del sellador de slilicón deberá ser como mínimo 1:1 y como
máximo 2:1.


Fig 4.6-7 Corte y sellado de junta de contracción transversal de construcción  (Con pasajuntas Tipo D)

CROQUIS No. 3 CORTE Y SELLADO DE JUNTA TRANSVERSALDE CONSTRUCCION CON PASAJUNTAS(TIPO C)

D = Espesor de la losa de pavimento



Detalle de construcción de la junta



NOTA:

La relación ancho / profundidad del sellador de slilicón deberá ser como mínimo 1:1 y como
máximo 2:1.

Fig 4.6- Corte y sellado de junta de contracción transversal (Con pasajuntas Tipo C)

CROQUIS No. 2 CORTE Y SELLADO DE JUNTA DE CONTRACCION TRANSVERSAL CON PASAJUNTAS (TIPO B)

D = Espesor de la losa de pavimento



Detalle de construcción de la junta


NOTA:

La relación ancho / profundidad del sellador de slilicón deberá ser como mínimo 1:1 y como máximo 2:1.

La ranura inicial de 3 mm para debilitar la sección deberá ser hecha en el momento  oportuno para evitar el agretamiento de la losa, la pérdida de agregados en la junta, o el  despostillamiento. El corte adicional para formar el depósito de la junta deberá efectuarse cuando menos 72 horas después del colado.

Fig 4.6-4 Corte y sellado de junta de contracción transversal (Con pasajuntas Tipo B)

CROQUIS No. 1 CORTE Y SELLADO DE JUNTA DE CONTRACCION LONGITUDINAL CON BARRA DE AMARRE (TIPO A)

D = Espesor de la losa de pavimento


Detalle de construcción de la junta


NOTA: 

La relación ancho / profundidad del sellador de slilicón deberá ser como mínimo 1:1 y como
máximo 2:1.

La ranura inicial de 3 mm para debilitar la sección deberá ser hecha en el momento oportuno para evitar el agretamiento de la losa, la pérdida de agregados en la junta, o el despostillamiento. El corte adicional para formar el depósito de la junta deberá efectuarse cuando menos 72 horas después del colado.

Fig 4.6-3 Corte y sellado de junta de contracción longitudinal (Con barra de amarre)

Depósito para el Sello de la Junta.


El factor de forma es crítico para el buen comportamiento a largo plazo de un sellador.
Debido a que la sección del sello de las juntas cambia durante la expansión y contracción del pavimento de concreto, se desarrollarán esfuerzos en el interior del sellador y a lo largo de la linea de unión del sellador con el depósito de la junta. Estos esfuerzos pueden ser excesivos si el factor de forma no es el apropiado para el material de sello.

La figura 4.6-2 muestra factores de forma comunes para sellos líquidos y para sellos a compresión. Un depósito para sello de junta con factor de forma igual ó menor a uno desarrolla menos esfuerzos en el sellado de la junta que si tuviera un factor de forma superior a uno. El diseño del factor de forma incluye el tomar en cuenta que el depósito no se debe llenar a tope ó al nivel del pavimento, el sello se deberá hacer de 6mm antes del nivel del pavimento, con el objeto de evitar futuros problemas con la extrusión del sello.

Figura 4.6-2 Factores de Forma Comunes en el Sellado de juntas. 
 

Cintilla de Respaldo: Evitar la adhesión del Sello con el fondo del Depósito de la Junta.


La cintilla de respaldo es un componente muy importante en la instalación de los sellos líquidos, ya que impide que el sello líquido fluya hasta el fondo de la junta, evitando la adhesión del sello con el fondo del depósito de la junta, además la cintilla de respaldo sirve para definir el factor de forma y optimizar la cantidad de sellador empleado.

Se instalan en el depósito de la junta antes que se coloque el sello líquido, mediante una herramienta que presiona a la cintilla a la profundidad requerida para obtener el factor de forma deseado. Su diámetro deberá ser un 25% más grande que el ancho del depósito para asegurar que entre ajustado.

Tipos de Selladores para Juntas.

Existen muchos materiales aceptados para el sellado de juntas en los pavimentos de concreto. La clasificación más simple los divide como líquidos (ó moldeados en el campo) y los pre-moldeados (compresión).

Sellos líquidos.
Los sellantes líquidos pueden ser colocados en frío, con un solo componente; autonivelables, toman la forma del depósito y dependen en gran parte de la adhesión de las caras de la junta para un sellado satisfactorio.

Sellos a compresión.
Los sellantes pre-moldeados son moldeados durante su fabricación y dependen en gran parte de la recuperación de la compresión para un sellado satisfactorio.

El diseño del depósito y la selección del sello a compresión deberá asegurar que el sello se mantenga siempre  a un nivel de compresión entre el 20 y el 50%. La profundidad del depósito  debe exceder de la profundidad del sello a compresión, pero no se relaciona directamente con el ancho del depósito. En general, el ancho del sello pre-moldeado puede ser de aproximadamente el doble del ancho del depósito, si el sello le queda chico, la apertura puede ser muy ancha y se perderá la compresión.

Una correcta instalación del sello a compresión depende exclusivamente de la recuperación de la compresión del sellador. A diferencia de los sellos líquidos que sufren tanto de compresión como de tensión, los sellos pre-moldeados ó a compresión son diseñados para estar a tensión durante toda su vida. Estos sellos requieren de un lubricante que aunque cuenta con algunas propiedades adhesivas, su principal función es lubricar durante la instalación.

El mejor comportamiento de sellos pre-moldeados es con aquellos que cuentan con al menos 5 celdas. La figura 4.6-1 muestra una sección de este tipo de selladores.

Figura 4.6-1 Sección de un sellador a compresión de cinco celdas.

Limpieza Previa de la Abertura de la Junta.


Previo al sellado, la abertura de la junta deberá ser limpiada a fondo de compuestos de curado, residuos, natas y cualquier otro material ajeno. La limpieza de las caras de la junta afecta directamente la adherencia del sellante al concreto. Una limpieza pobre reduce la adherencia del sellador a la interfase con la junta, lo que reduce significativamente la efectividad del sellador. Por lo tanto la correcta limpieza es esencial para obtener una superfice de junta que no perjudicará el lazo ó adhesión con el sellador.

La limpieza se puede hacer con sand-blast, agua, aire a presión, cepillado de alambre ó de varias otras maneras, esto dependiendo de las condiciones de la junta y las recomendaciones del fabricante del sellador.

Limpieza Previa de la Abertura de la Junta.


Previo al sellado, la abertura de la junta deberá ser limpiada a fondo de compuestos de curado, residuos, natas y cualquier otro material ajeno. La limpieza de las caras de la junta afecta directamente la adherencia del sellante al concreto. Una limpieza pobre reduce la adherencia del sellador a la interfase con la junta, lo que reduce significativamente la efectividad del sellador. Por lo tanto la correcta limpieza es esencial para obtener una superfice de junta que no perjudicará el lazo ó adhesión con el sellador.

La limpieza se puede hacer con sand-blast, agua, aire a presión, cepillado de alambre ó de varias otras maneras, esto dependiendo de las condiciones de la junta y las recomendaciones del fabricante del sellador.

Sellado de Juntas.


El objetivo del sellado de juntas es minimizar la infiltración del agua superficial y de materiales incompresibles al interior de la junta del pavimento y por ende al interior del pavimento y de su estructura.

Otra de las características que deben satisfacer las juntas selladas es la capacidad de resistir las repeticiones de contracción y expansión, al contraer y expanderse el pavimento debido a los cambios de temperatura y humedad.

El problema que puede presentarse con la infiltración de agua al interior del pavimento es el efecto conocido como “bombeo”. El bombeo es la expulsión de material por agua a través de las juntas. Mientras el agua es expulsada, se lleva partículas de grava, arena, arcilla, etc… resultando una progresiva perdida de apoyo del pavimento.

Los materiales contaminantes incompresibles causan presiones de apoyo puntuales, que pueden llevar a despostillamientos y desprendimientos. Además al no permitir la expansión de las losas de concreto se pueden presentar levantamientos de las losas de concreto en la zona de la junta. 

Recomendaciones para un Correcto Diseño de Juntas.


Las siguientes recomendaciones de hacen para un correcto diseño de juntas:

1. Evite losas de forma irregular.
2. La separación máxima entre juntas transversales deberá ser de 24 veces el espesor ó 5.0 metros, la que sea menor.
3. Mantenga losas tan cuadradas como sea posible, ya que losas angostas y largas tienden a agrietarse en mayor cantidad que las cuadradas.
4. Todas las juntas de contracción transversales deberán ser continuas a través de la guarnición y tener una profundidad igual a 1/3 del espesor del pavimento.
5. En las juntas de aislamiento, el relleno deberá ser a toda la profundidad y extenderse por la guarnición.
6. Si no se cuenta con guarniciones, las juntas longitudinales deberán amarrarse con barras de amarre.
7. Ajustes menores en la ubicación de las juntas, desplazando ó inclinando algunas juntas para que coincidan con los pozos de visita ó alcantarillas mejoran el comportamiento del pavimento.
8. Cuando el área pavimentada cuenta con estructuras de drenaje, coloque si le es posible las juntas de manera que coincidan con las estructuras.

Juntas de Expansión.

Un buen diseño, construcción y mantenimiento de las juntas de construcción ha prácticamente eliminado la necesidad de las juntas de expansión, excepto en algunos casos especiales y un uso incorrecto de las juntas de expansión trae consigo altos costos de construcción y de mantenimiento, a la apertura de las juntas de contracción adyacentes, perdida de la trabazón de agregado, a las falla en el sellado de las juntas, infiltración en las juntas y en general al buen comportamiento de los pavimentos.

En los pavimentos de concreto, solo son necesarias las juntas de expansión cuando:

1. El pavimento es construido a temperatura ambiente inferior a los 4 °C.
2. Las juntas de contracción permiten la infiltración de materiales incompresibles.
3. Los materiales usados en el pavimento han mostrado con experiencias pasadas, notorias características expansivas.

Sin embargo, bajo condiciones normales de trabajo estas condiciones no aplican, normalmente no es necesaria la utilización de las juntas de expansión.

Figura 4.5-7  Pozos de Visita.


Figura 4.5-8  Alcantarillas.

Juntas de Aislamiento.

Su objetivo principal es aislar el pavimento de una estructura, otra área pavimentada ó cualquier objeto inamovible. El uso adecuado de estas juntas disminuye los esfuerzos a compresión que se presentan entre el pavimento y una estructura ó entre dos secciones de pavimento. Las juntas de aislamiento incluyen las juntas a toda la profundidad y a todo lo ancho sobre los apoyos ó estribos del puente, intersecciones “T” ó asimétricas, rampas, entre pavimentos existentes y  pavimentos nuevos, así como también para juntas alrededor de estructuras en el interior del pavimento como pozos de visita, alcantarillas y estructuras del alumbrado público. 

Las juntas de aislamiento en intersecciones “T”, intersecciones asimétricas y en rampas no deberán tener pasajuntas debido a que se debe permitir el movimiento horizontal sin dañar el pavimento colindante.

En el caso de las juntas de aislamiento sin pasajuntas son construidas generalmente con ensanchamiento de bordes (figura 4.5-6 inciso b) para reducir los esfuerzos desarrollados al fondo de la losa. Los bordes colindantes de ambos pavimentos son ensanchados en un 20% iniciando a una distancia 1.5 metros de la junta y el material de filtro en la junta deberá extenderse completamente por todo el borde ensanchado de la losa.

Las juntas de aislamiento usadas en pozos de visita, alcantarillas, estructuras del alumbrado y edificios no tienen ni bordes ensanchados ni pasajuntas debido a que éstas son colocadas alrededor de otros objetos y no requieren transferencia de carga.
Ver figura 4.5-6

El ancho de las juntas de aislamiento se recomienda entre ½” a 1” (12 a 25 mm), ya que con anchos superiores se pueden presentar movimientos excesivos.

Se usa un material prefabricado como relleno de la abertura entre las losas. Este relleno es un material no absorvente ni reactivo, que normalmente es celotex. El relleno ó el celotex será colocado mediante estacas en la base y una vez que el concreto ha endurecido se retirarán ¾” (20 mm) del relleno para dejar espacio al sello de la junta.

 
Figura 4.5-6  Secciones de Juntas de Aislamiento.
 

4º Juntas de Aislamiento y de Expansión.

Las juntas de  aislamiento y de expansión permiten que se presente diferenciales anticipados de movimientos verticales y  horizontales entre un pavimento y otra estructura sin dañar al pavimento ó la estructura y dado que el comportamiento puede afectarse significativamente por el uso y la ubicación planeada de estas juntas, se deberá tener mucho cuidado en el proceso de diseño y aunque con frecuencia los términos se intercambien frecuentemente, las juntas de aislamiento no son iguales que las juntas de expansión.

3.a.- Formación de las Juntas Longitudinales.


Las juntas longitudinales de construcción como ya se mencionó anteriormente son la empleadas en el medio de los carriles ó franjas de construcción y generalmente son juntas endientadas.

Una junta endientada se forma en el borde de la losa ya sea por una protuberancia con una pavimentadora de cimbra deslizante ó uniéndole a la cimbra una cuña ó diente de metal ó madera de la forma, dimensiones y profundidad adecuada.

Las formas más comunes del endientado en la junta se muestran en la figura 4.5-5, las cuáles son en forma de un medio círculo y en forma trapezoidal con las dimensiones mostradas. 

Figura 4.5-5 Secciones Endientadas Estandar para Juntas Longirudinales.

Las juntas longitudinales de contracción cortando con disco en el concreto endurecido ó formando una ranura en el concreto fresco, de una manera muy similar al caso de las juntas transversales de contracción, sin embargo la profundidad del corte ó de la ranura deberá ser de un tercio del espesor (D/3) y el tiempo ó el momento para hacer el corte inicial no es tan crítico como en el caso de las juntas transversales de contracción ya que el movimiento de contracción longitudinal no es tan grande como la contracción transversal.

El corte de las juntas longitudinales deberá realizarse antes de 48 horas y antes de que cualquier equipo pesado ó vehículo circule sobre el pavimento. Sin embargo, bajo ciertas condiciones, como una fuerte caída en la temperatura ambiente durante la primera ó segunda noche, se pueden presentar agrietamientos longitudinales más temprano, por lo que es una buena práctica el realizar el corte tan pronto como sea pueda hacer.  

3º Juntas Longitudinales.


Las juntas longitudinales evitan la formación del agrietamiento longitudinal que de lo contrario se presentarían como se muestra en la figura 4.2-1. Estas grietas normalmente se desarrollan por los efectos combinados de las cargas y las restricciones del alabeo de la losa una vez que el pavimento esta sujeto al tránsito. En las pavimentaciones de proyectos de dos ó más carriles un espaciamiento de 3 a 4.0 metros tiene un propósito doble, el del control del agrietamiento y la delineación de los carriles.

Los dos tipos de juntas longitudinales que se pueden presentar en un pavimento de concreto, la junta longitudinal en el eje central del camino ó en la junta que divide los carriles de circulación, se presentan en la figura 4.5-5. 

En la parte superior de la figura se muestra una junta longitudinal usada cuando se pavimenta de franja en franja (ó carril). Esta junta tambien aplica para carriles adyacentes, acotamientos, guarniciones y cunetas. La junta podrá ó no estar edientada dependiendo del espesor de la losa y de los volúmenes del tráfico. La junta longitudinal mostrada al fondo de la figura es la usada cuando el ancho de pavimentación es tal que incluye dos ó varios carriles en una sola pasada. Estas juntas dependen de la barra de amarre para mantener la trabazón de agregado , su capacidad estructural y su serviciabilidad.

Figura 4.5-4 Secciones de juntas longitudinales, para cuando se pavimenta por franjas y a todo lo ancho
del área.

En la mayoria de las calles el pavimento es lateralmente restringido mediante un relleno por detrás de las guarniciones y no hay necesidad de amarrar las juntas longitudinales con barras de amarre, sin embargo, en calles que no tengan restricciones de movimiento lateral, las barras de amarre serán colocadas a la mitad del espesor de la losa

2.a.- Formación de la junta de Construcción.


El método más común de construir una junta transversal de construcción es terminando  los trabajos de pavimentación en una cimbra cabezera. Sin embargo como la colocación de esta cimbra requerirá de mano de obra, esto puede provocar que en esa zona la superficie del pavimento quede un poco más áspera, por lo que se recomienda un cuidado especial a los trabajos de terminado en esta zona para asegurarnos de tener una superficie suave.

Las Pasajuntas se colocan a través de la cimbra en unos agujeros previamente perforados en la cimbra y se recomienda dar una consolidación adicional al concreto para asegurar un satisfactorio encajonamiento de las pasajuntas. Antes de reanudar los trabajos de pavimentación se deberá quitar la cimbra cabezera.

Las juntas transversales de construcción que caigan en donde originalmente se planeó construir una junta de contracción ó de aislamiento se deberá sellar de acuerdo a las especificaciones de la junta originalmente planeada, con la excepción de que las juntas transversales de construcción no requieren de un corte inicial. Para junta de construcción de emergencia (endientada y amarrada) se realiza y se sella un corte de 1”(25mm).

2º Junta Transversal de Construcción.


Las juntas transversales de construcción son las empleadas en interrupciones ya  planeadas de los trabajos de pavimentación como lo son el final de un día de pavimentación, en accesos ó aproches de un puente y también en donde interrupciones no planeadas suspenden los trabajos de pavimentación por algún período de tiempo considerable.

Las juntas de construcción previamente planeadas como las del final de un día de pavimentación son construídas en las ubicaciones normales de las juntas y al ser estas juntas empalmadas a tope requieren de pasajuntas (de acero liso redondo) ya que no podrán contar con la trabazón de agregado para la transferencia de carga.


 a) Junta de contracción sin pasajuntas
b) Junta de contracción con pasajuntas


Figura 4.5-3 Sección de una junta transversal de contracción con y sin pasajuntas. 

En el caso de las juntas de construcción no planeadas se presentan justamente en un junta de contracción ya planeada ó muy cerca de ella, se recomienda que la junta se empalme a tope con pasajuntas, mientras que si la interrupción no planeada se presenta en los dos primeros tercios de la separación normal de las juntas,  la junta deberá ser endientada con barras de amarre (barras de acero corrugado), con el objeto de prevenir que la junta no agriete la losa adyacente.

1.a.- Formación de la Junta de Deformación.

El método más común para la formación de juntas transversales es mediante el corte con discos de diamante y es esencial que se cuente con buena mano de obra para que se obtenga una superficie suave y durable libre de despostillamientos.

Primeramente se realiza un corte inicial cuando el concreto tiene un cierto grado de endurecimiento y las contracciones son inferiores a aquellas que causan el agrietamiento, este corte inicial proporciona un plano de debilidad donde se iniciará el agrietamiento.

El corte deberá ser de al menos un tercio del espesor de la losa (D/3) y tener un ancho mínimo de 1/8 de pulgada (3 mm). 

Elegir bien el momento para entrar a realizar este corte es crítico, ya que un corte temprano ó prematuro provoca despostillamientos y desmoronamientos a lo largo de la cara de la junta, mientras que un corte tardío provoca agrietamientos en otras partes de la losa. El corte se iniciará tan pronto como el concreto haya desarrollado la suficiente resistencia para resistir los desmoronamientos en los bordes de la junta, que en nuestro país esto sucede de 6 a 8 horas después de colocado el concreto.

Las condiciones ambientales como lo son la temperatura ambiente, el cambio ó gradiente de temperatura, el viento, la humedad y la luz del sol directa tienen una gran influencia en el desarrollo de la resistencia del concreto y por lo tanto en el tiempo óptimo para realizar el corte. Además el diseño de la mezcla de concreto también influye, por ejemplo mezclas con agregados suaves  requieren menos desarrollo de resistencia para realizar el corte que los agregados más duros.

1º Junta Transversal de Contracción.


Las juntas transversales de contracción principalmente controlan el agrietamiento natural de los pavimentos de concreto. Su espaciamiento, profundidad del corte y el tiempo en que se deba realizar son factores críticos para el comportamiento de las juntas, por lo que un adecuado diseño especificará el intervalo de juntas que va a controlar las grietas y proveer una adecuada transferencia de carga entre las juntas.

Espaciamiento.

En los pavimentos de concreto, la junta es diseñada para formar un plano de debilidad  para controlar la formación de grietas transversales y la separación de las juntas se diseña para que no se formen grietas transversales intermedias ó aleatorias.

Lo más recomendable es que el espaciamiento se base en las experiencias locales ya que un cambio en el tipo de agregado grueso puede tener un efecto significativo en el coeficiente térmico del concreto y por consecuencia en el espaciamiento adecuado para las juntas.

La modulación de losas va a estar regida por la separación de las juntas transversales  que a su vez depende del espesor del pavimento.   

Existe una regla práctica que nos permite dimensionar los tableros de losas para inducir el agrietamiento controlado bajo los cortes de losas, sin necesidad de colocar acero de refuerzo continuo: 


Normalmente se utiliza el 21 cuando tenemos mayor fricción entre la sub-base y el pavimento de concreto, como en los casos en donde tenemos bases estabilizadas,  bases con textura muy cerrada o whitetopping.

El valor de 24 se utiliza cuando la fricción entre la sub-base y el pavimento corresponde  valores normales, como en el caso de sub-bases granulares.

La separación de juntas transversales que arroja esta fórmula no debe ser mayor de 5.0 m, en tal caso deberá limitarse a este valor de 5.0 m.

La otra dimensión que tiene que ver con la modulación de losas es la separación de juntas longitudinales, sin embargo esta está referenciada a la forma de los tableros de losas.

La forma ideal de un tablero de losa es la cuadrada, sin embargo no siempre es posible y conveniente tener las losas perfectamente cuadradas, por lo que nos vemos obligados a considerar un cierto grado de rectangularidad.

La relación entre largo y ancho de un tablero de losas no deberá estar fuera de estos límites:  0.71 a 1.4.

 
Fig. 4.5-2  Relación Largo – Ancho de losa.

Tipos de Juntas en Pavimentos de Concreto.


Los tipos de juntas más comunes en los pavimentos de concreto son:

1. Juntas Transversales de Contracción: Son 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.

2. Juntas Transversales de Construcción: Son las juntas colocadas al final de  un día de pavimentación ó por cualquier otra interrupción a los trabajos (por  ejemplo los accesos ó aproches a un puente). 

3. Junta Transversal de Expansión/Aislamiento: Estas juntas son colocadas en donde se permita el movimiento del pavimento sin dañar estructuras  adyacentes (puentes, estructuras de drenaje, etc.) ó el mismo pavimento.

4. Junta Longitudinal de Contracción:  Son las juntas que dividen los  carriles e tránsito y controlan el agrietamiento donde van a ser colados en una  sola franja dos ó más carriles. 

5. Junta Longitudinal de Construcción:  Estas juntas unen carriles  adyacentes cuando van a ser pavimentados en tiempos diferentes.

3º FACTORES QUE CONTRIBUYEN A LA TRANSFERENCIA DE CARGA: Bases estabilizadas.


Las bases estabilizadas reducen las deflexiones en las juntas, mejoran y mantienen la efectividad de la junta bajo la repetición de las cargas del tráfico. Además son una muy estable y suave plataforma de apoyo para los trabajos de pavimentación.

La figura 4.4.c.1 muestra como una base cementada ó de concreto pobre presenta más del doble de efectividad de la junta y que la perdida de transferencia de carga ocurre más lentamente que con las bases convencionales para pavimentos, cada pasajunta. 



Figura 4.4-1 Eficiencia de la junta para varios tipos de terrenos de apoyo (basada en una losa de 9” de espesor después de 1 millón de aplicaciones de carga).

2º FACTORES QUE CONTRIBUYEN A LA TRANSFERENCIA DE CARGA: Transferencia de carga mecánica – Pasajuntas.


La trabazón de agregados por sí sola no provee la suficiente transferencia de carga para un buen comportamiento a largo plazo en la mayoría de los pavimentos,  principalmente en los proyectos carreteros donde se tienen altos volúmenes de tráfico  pesado. Por lo que en caso inverso a las cantidades de tráfico mencionadas para la  trabazón de agregados, se recomienda usar las barras pasajuntas y dejar la  transferencia de carga en las juntas a medios mecánicos como lo son las barras pasajuntas en proyectos con un trafico superior a los 120 vehículos pesados diarios ó más de 5 millones de ESAL’s rígidos (Ejes Equivalentes Sencillos de 18 kips).

Las pasajuntas son barras de acero liso y redondo colocadas transversalmente a las juntas para transferir las cargas del tráfico sin restringir los movimientos horizontales de las juntas. Además mantienen a las losas alineadas horizontal y verticalmente. Dado que las pasajuntas llegan de un lado a otro de la junta, las aperturas diarias y de temporadas no afectan la transferencia de carga a lo largo de las juntas con pasajuntas como si lo hace en el caso de las juntas que no cuentan con pasajuntas.

Las pasajuntas reducen las deflexiones y los esfuerzos en las losas de concreto, así como el potencial de diferencias de elevación en las juntas, bombeo (expulsión de finos a través de las juntas) y rupturas en las esquinas. Por lo que toda esta reducción de deflexiones y esfuerzos en las losas al transmitir efectivamente la carga a lo largo de las juntas se traduce en un incremento en la vida de servicio del pavimento.

El diseño de las barras pasajuntas forma parte de un capitulo especial de este manual, en donde se explican como calcular y se dan recomendaciones de diámetros de acero, longitud de la barra, así como la separación entre cada pasajunta.

1º FACTORES QUE CONTRIBUYEN A LA TRANSFERENCIA DE CARGA: Trabazón de agregados.


La trabazón de agregados depende de la resistencia al cortante entre las partículas del agregado en las caras de la junta, debajo del corte inducido en la junta. Este sistema de transferencia de carga es más efectivo para pavimentos construidos con una corta separación de las juntas y bases estabilizadas no erosionables o bases permeables que experimenten bajos volúmenes de tráfico pesado.

Para incrementar la trabazón de agregados y minimizar la diferencia de elevación en las juntas, se recomienda:

•  Losas con espesores grandes, ya que una mayor área para trabazón de agregado provee una mejor transferencia de carga.
•  Poca separación de juntas, menor a 4.5 metros.
•  Bases rígidas (estabilizadas) con valores altos de módulo de subreacción del suelo (k).
•  Apoyo lateral mediante acotamientos de concreto.
•  Subrasantes con suelos de agregado grueso (drenaje).
•  Mejoras al drenaje, mediante drenes colectores y subrasantes permeables.

Para un medio ambiente con clima seco, árido y sin nieve las variaciones de temperatura y los movimientos de las juntas serán pequeñas por lo que la transferencia de carga a través de la trabazón de agregados puede comportarse bien siempre y cuando no se tengan muy altos volúmenes de tráfico pesado, sin embargo si se requerirá una corta separación de las juntas.

El agregado en sí es también importante para la transferencia de carga, por ejemplo sabemos que las grava triturada se comporta mejor que la no triturada debido a que éste provoca que las caras de las juntas sean más ásperas por lo que se desgastan menos que las caras redondeadas de los agregados no triturados. De la misma manera el agrietamiento inicial del concreto incrementa la aspereza de las caras de las juntas debido a que las grietas se forman alrededor del agregado en vez de a través de él.

En general se recomienda dejar la transferencia de carga únicamente a la trabazón de agregados para proyectos con menos de 5 millones de ESAL’s rígidos (Ejes Sencillos

Equivalentes de 18 kips ó 8.2 ton) ó con un tráfico inferior a los 80 ó 120 vehículos pesados diarios, ya que se ha encontrado con la experiencia que un tráfico mayor a este ya produce molestas fallas en las juntas, como lo son las diferencias de elevación, es decir que no empatan ambos lados de la junta.

Eficiencia de la Junta.


La transferencia de carga es la habilidad de la junta de transferir una parte de la carga aplicada de uno al otro lado de la junta (figura 4) y se mide por lo que llamamos como “eficiencia de la junta”.

Una junta es 100 % efectiva si logra transferir la mitad de la carga aplicada al otro lado de la junta, mientras que un 0% de efectividad significa que ninguna parte de la carga es transferida a través de la junta.

Figura 4.3-1 Eficiencia de las juntas.

La evaluación en campo de la transferencia de carga se realiza midiendo las deflexiones en cada lado de la junta dada una aplicación de carga. 

De manera que conociendo las deflexiones en las junta, por medio de la siguiente ecuación podemos conocer el % de eficiencia de la junta (E):

Donde:
∆ L = Deflección del lado cargado de la junta.
∆ U = Deflección del lado no cargado de la junta.