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.

AGRIETAMIENTO DEL PAVIMENTO: Gadientes de Temperatura y de Humedad.

Los esfuerzos provocados por gradientes de temperatura y de humedad en el interior  del pavimento también pueden contribuir al agrietamiento, la diferencia es que estos esfuerzos ocurren generalmente después de fraguado el concreto. La cara superior del pavimento (expuesta a la superficie) experimenta diariamente grandes variaciones en temperatura y en contenido de humedad, y estos cambios diarios son mucho menores en el fondo ó cerca del fondo del pavimento.

El alabeo de las losas es principalmente el resultado del gradiente de temperatura a través de la profundidad de la estructura del pavimento. Estos gradientes de temperatura varían  con las condiciones del clima y la hora del día, por ejemplo, el alabeo de las losas en el día se presenta cuando la porción superior se encuentra a una temperatura superior que la porción del fondo, la porción superior de la losa se expande más que en el fondo provocando una tendencia a pandearse. El peso propio de la losa opone resistencia al pandeo e induce esfuerzos de tensión en dirección al fondo de la losa y esfuerzos de compresión hacia la parte superior de la losa (figura 2). De noche el patrón de esfuerzos se presenta de manera inversa, es decir que se presentan esfuerzos de tensión hacia la parte superior de la losa y esfuerzos de compresión hacia el fondo del pavimento.

El alabeo por humedad es un factor que intenta contrarrestar el alabeo por gradientes de temperatura de día. Este pandeo por humedad es provocado por un diferencial de humedad desde la parte superior hasta el fondo de la losa. La parte superior se encuentra más seca que el fondo de la losa y un decremento en el contenido de humedad provoca una contracción, mientras que un incremento provoca una expansión.

El diferencial tiende a presentar esfuerzos de compresión en la base de la losa donde contrarresta a la carga y a los esfuerzos de tensión inducidos por el alabeo de día.

Figura 4.2-2 Alabeo de las losas de los pavimentos de concreto.

Sin embargo es sumamente complicado evaluar el efecto combinado de los alabeos por temperatura y los provocados por gradientes de humedad debido a su natural contradicción. Es principalmente por esto que los esfuerzos de alabeo calculados con formulas que únicamente consideran gradientes de temperatura son muy altos comparados con valores medidos en el comportamiento de un pavimento.

La combinación de las restricciones que provocan los cambios de humedad y de temperatura en combinación con las cargas también provocarán grietas transversales adicionales a las grietas iniciales y en pavimentos con dos carriles de circulación además se formará una grieta longitudinal a lo largo de la línea central del pavimento.

La figura 4.2.3a muestra el resultado de un padrón natural de agrietamiento, mientras que un adecuado sistema de juntas (figura 4.2.3b) provee una serie de juntas espaciadas para controlar (ubicación y geometría) la formación de estas grietas. 

Figura 4.2-3 (a) Patrón de agrietamiento provocado por el medio ambiente y los esfuerzos de las cargas en un pavimento de concreto sin juntas (b) Diseño adecuado de las juntas para controlar la ubicación y geometría de las grietas en un pavimento de concreto.

Factores que Influyen en la Contracción del Concreto.

La mayor parte de la contracción anticipada del concreto ocurre a muy temprana edad en la vida del pavimento provocado principalmente por cambios de temperatura. El calor de hidratación y temperatura del pavimento normalmente alcanza su valor máximo muy poco tiempo después de su colocación y una vez alcanzado su valor máximo, la temperatura del concreto baja debido a la reducción de la actividad de hidratación y también debido al efecto de la baja temperatura ambiente durante la primer noche del pavimento.

Otro factor que contribuye a la contracción inicial es la reducción de volumen  a causa de la pérdida de agua en la mezcla. El concreto para aplicaciones de caminos requiere de mayor cantidad de agua de mezcla que la requerida para hidratar el cemento, esta agua extra ayuda a conseguir una adecuada trabajabilidad para la colocación y  para las trabajos de terminado, sin embargo durante la consolidación y el fraguado la mayor parte del agua en exceso sangra a la superficie y se evapora provocando que con la perdida de agua el concreto ocupe menos volumen.

La fricción de la subrasante ó terreno de apoyo se resiste a la contracción del pavimento por lo que se presentan en el interior del pavimento algunos esfuerzos de tensión, loa cuáles de  no ser considerados pueden provocar grietas transversales como las mostradas en la figura 4.2-1. 

Figura 4.2-1 Agrietamiento inicial en un pavimento de concreto sin juntas.

El espaciamiento de las grietas iniciales del pavimento varían entre 1.20 y 5.00 metros y dependen de las propiedades del concreto, espesor, fricción de la base y de las condiciones climáticas durante y después de la colocación.

Los intervalos de las grietas son más cortos cuando los pavimentos se apoyan en bases rígidas ó estabilizadas por lo que hay menor abertura en cada grieta, mientras que la separación de las grietas será mucho mayor para pavimentos sobre bases granulares, por lo que al tener una separación mayor en las grietas iniciales se puede anticipar una mayor abertura y movimiento para cada grieta.

Agrietamiento en el Pavimento.

Un adecuado sistema de juntas esta basado en controlar el agrietamiento que ocurre de manera natural en el pavimento de concreto y las juntas son colocadas en el pavimento precisamente para controlar su ubicación y su geometría.