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Mantenimiento Pavimento Rígido de Hormigón Federico Ezequiel Ulla En el presente informe se exponen los argumentos que fundamentan la necesidad de realizar un correcto mantenimiento de los pavimentos de hormigón, para evitar perjuicios materiales y económicos.
Estudiante de 6º año de Ingeniería Civil en la UTN-FRC San Gerónimo 235 (03572) 15442340
[email protected] 08/04/2013
Generalidades El Pavimento Rígido de Hormigón, es todo aquel pavimento que tenga una superficie con concreto de cemento portland. Esta clase de pavimentos se integran por una capa (losa) de concreto de cemento portland que se apoya en una capa de sub-base, constituida por grava; esta capa descansa en una capa c apa de suelo compactado, llamada subrasante. La resistencia estructural depende principalmente de la losa de concreto y en algunas oc ocasiones asiones presenta un armado de acero, de acuerdo al futuro uso de dicho pavimento. Con un costo inicial más elevado que el flexible, su período de vida varía entre 20 y 40 años; el mantenimiento que requiere es mínimo y solo se efectúa (comúnmente) en las juntas de las losas. En un pavimento rígido, debido a la consistencia de la superficie de rodadura, o sea, la alta rigidez de la losa de concreto le permite mantenerse como una placa y distribuir las cargas sobre un área mayor de la subrasante, transmitiendo presiones muy bajas a las capas inferiores. Por sí misma, la losa proporciona la mayor parte de la capacidad estructural del pavimento rígido.
Ventajas: 1. El mantenimiento que requiere es mínimo y solo se efectúa (comúnmente) en las juntas de las losas.
2. Al realizar la pavimentación con cimbras deslizantes la principal ventaja es el hecho de que una máquina, bajo el control de un solo operador reemplaza r eemplaza los diversos elementos que forman el acomodo de la maquinaria de pavimentación convencional. 3. Una superficie de concreto es durable, resistente y requiere mucho menos tiempo de mantenimiento y dinero. 4. Las cargas pesadas no forman roderas ni dislocamientos en el concreto, el cual conserva una alta resistencia antiderrapante. 5. Su período de vida varía entre 20 y 40 años .
Desventajas: 1. Tiene un costo inicial mucho más elevado que el pavimento flexible.
2. Se debe tener cuidado en el diseño.
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Juntas Las juntas tienen por fin mantener las tensiones que soporta el pavimento de hormigón, dentro de los límites admisibles, previniendo la formación de fisuras y grietas irregulares. ir regulares. Las juntas longitudinales se construirán sobre el eje de la calzada o paralelas a él; las juntas transversales formarán formarán ángulos rectos con ese eje, y ambos ambos serán perpendiculares a la superficie del pavimento.
En pavimentos se suelen utilizar los siguientes tipos de junta:
Juntas Longitudinales Se instalan para controlar el agrietamiento longitudinal, espaciándose a intervalos de 2,50 m a 4,00 m, coincidiendo generalmente con las líneas divisorias de las trochas de tránsito. No es aconsejable superar el intervalo de 4,00 m, a menos que la experiencia local indique que el pavimento con esas condiciones ha observado comportamiento satisfactorio. La profundidad de la ranura superior de estas juntas no debe ser inferior al cuarto del espesor del pavimento.
Juntas Transversales de Contracción Estas juntas denominadas de contracción, controlan el agrietamiento transversal al disminuir:
Las tensiones de tracción que se originan cuando la losa se contrae. Las tensiones que causa el alabeo producido por diferenciales de temperatura y de contenido de humedad en el espesor de la losa. 2
Estarán constituidas por una ranura practicada en el hormigón, de ancho que no excederá de 10 mm y de una profundidad comprendida entre un tercio y un cuarto del espesor de la losa. Una separación adecuada entre juntas que controle el agrietamiento eliminará la necesidad del uso de armadura distribuida en la losa. La mejor guía, con respecto a la separación entre juntas transversales, es la experiencia local sobre el comportamiento de pavimentos en servicio. Si no se cuenta con esta experiencia, se deben adoptar juntas espaciadas cada 4,00 m. a 6,50 m, según las siguientes recomendaciones:
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Juntas Transversales de Expansión Su objeto es disminuir las tensiones de compresión, proveyendo un espacio entre losas, que permita el movimiento del pavimento cuando se expande. No son de ejecución obligatoria, ya que cuando las juntas de contracción están adecuadamente separadas, la necesidad de las juntas de expansión depende, en gran medida, de la temperatura ambiente predominante durante la construcción y de las características de expansión del agregado grueso empleado. Los estudios teóricos, el comportamiento de pavimentos en servicio y los resultados de tramos experimentales, muestran que con excepción de su colocación frente a estructuras existentes y en intersecciones irregulares, las juntas de expansión no son necesarias en los pavimentos de hormigón, si:
Los agregados empleados tienen características normales de expansión. ex pansión.
La construcción tiene lugar con temperaturas normales.
Las juntas de contracción se ubican a intervalos que controlen el agrietamiento transversal. Las juntas de contracción se mantienen perfectamente selladas para impedir la infiltración de materiales incompresibles.
Si el pavimento se construye en invierno con bajas temperaturas, o si los agregados empleados son normalmente expansivos, se colocarán juntas de expansión a distancias de 180 m a 240 m. En condiciones normales, salvo las excepciones citadas anteriormente, debe prescindirse del uso de las juntas de expansión.
Juntas de unión Se colocan entre el pavimento y los elementos duros como las paredes par edes o pilares. Tendrán un espesor de 10 mm.
Juntas de Construcción Las juntas de construcción son las que se forman entre bandas de hormigonado, o bien, en una misma banda, entre losas contiguas c ontiguas ejecutadas con un desfase de tiempo importante. Es decir pueden ser Longitudinales o Trasversales. Estas últimas son necesarias al final de la jornada de trabajo y en paradas prolongadas (más de 1 hora) de la puesta en obra del hormigón. Siempre que sea posible deben hacerse coincidir con una junta de contracción. Deben ejecutarse formando un plano perpendicular a la superficie del pavimento.
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Mantenimiento La mayor parte del mantenimiento ma ntenimiento de los pavimentos de concreto consiste en: 1. Llenar y sellar las juntas y grietas en la superficie del pavimento. Principal objeto de este informe. 2. Reparación de las áreas fragmentadas, descascaradas y con grietas múltiples. 3. Bacheado de áreas en donde se hayan presentado fallas. 4. Reparación de las áreas dañadas por asentamientos o bombeo. 5. Tratamiento de pavimentos combados.
Llenar y sellar las juntas y grietas en e n la superficie del pavimento. Su objeto es el de prevenir la filtración de la humedad a la subrasante y el de mantener el espacio original de las juntas. Cuando se selle la junta, el concreto debe estar seco y el espacio de la junta completamente limpio de toda escama, suciedad, polvo y otras materias extrañas, incluso el sellador de la junta vieja. Aserrado de Juntas
Cuando las juntas se ejecuten mediante aserrados, deberá disponerse de los siguientes elementos: a) Maquinas aserradoras. b) Tanques de agua remolcados o autopropulsados con la capacidad requerida para proveer el agua necesaria para la refrigeración de los discos de sierra. c) Discos de sierra.
Limpieza de Juntas
Primeramente se procederá a recorrer con ganchos de metal las juntas, para extraer todo material que se encuentre fuertemente adherido, en caso de requerirlo se recurrirá al uso de un martillo neumático. Luego se realizara la limpieza final por medio de soplado de aire comprimido en la junta hasta extraer todo líquido y material que se encuentre obstruyendo la misma. Por lo que se 5
requerirá un compresor instalado sobre un tráiler para realizar la tarea de manera ágil y eficazmente. Rellenado y Sellado de Juntas
No se deberá realizar el relleno y sellado de las juntas en los casos en que las mismas no se hallen limpias, secas, libre de restos de materiales y de toda otra obstrucción, cualquiera sea su naturaleza. Antes de esta operación la junta será pintada con un material adecuado para lograr adherencias con el material de relleno y sellado.
Mezcla de Relleno
La mezcla bituminosa a utilizar en el relleno y sellado de las juntas podrá ser: 1. Mezcla de betún asfáltico y relleno mineral, con un contenido de este último variable entre 15 % y 25 % en peso. El agregado tendrá una temperatura comprendida entre 160 °C y 200 °C en el momento de ser mezclado con el betún, el que también se habrá calentado c alentado previamente para fludificarlo suficientemente, a temperatura que en ningún caso excederá de 200 °C. La mezcla será homogénea y tendrá en el momento de verterla en las l as juntas, una temperatura mínima de 165 °C. 2. Mezclas plásticas de aplicación en frío o en caliente, cuyos componentes principales son caucho y asfalto, en proporciones variables. Equipos Necesarios
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Un hogar o recipiente transparente tra nsparente en el que pueda producirse fuego. Una fuente o batea para el calentamiento del agregado. Un recipiente para la licuefacción del betún. Una batea para la mezcla del agregado y betún. Agitadores y cucharones para la remoción y transvasamiento de la mezcla Dos o más “teteras” para la l a colocación del betún en el interior de las juntas.
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Reparación de las áreas fragmentadas, descascaradas y con grietas múltiples. Es un problema común para este tipo de pavimento. Las grietas múltiples múlti ples se distinguen por las cuarteaduras irregulares sobre la superficie del pavimento. La fragmentación es una despostilladura o astilladura de un pavimento firme y, por lo regular, se presenta a lo largo de juntas o grietas en el pavimento. El descascaramiento es provocado por el deterioro deterioro o la desintegración del concreto y puede ocurrir en cualquier lugar de la superficie del pavimento. En general, los agrietamientos menores en las superficies de concreto de cemento portland se reparan rellenándolos con un compuesto sellador de juntas. Cuando las áreas con c on agrietamientos, despostilladuras o astilladuras sean demasiado grandes para controlarlas con los métodos rutinarios de sellado de juntas, juntas, se harán reparaciones a base de concreto o de algún material epóxico.
Bacheado de áreas en donde se hayan presentado fallas. Las áreas con fallas en los pavimentos de concreto se repararán con concreto de cemento. Dichas áreas las marca un hombre calificado para este tipo de trabajo. Después, una cuadrilla de trabajo con martillos neumáticos u otro equipo mecánico va rompiendo y removiendo el concreto roto, y prepara el área para la nueva superficie. En el nuevo concreto se utilizara cemento de alta resistencia rápida. La profundidad del parche nunca será menor que el espesor de la losa existente y con co n frecuencia, es conveniente usar acero de refuerzo. Cuando los parches quedan adyacentes a las juntas de expansión, estas últimas deberán ser reemplazadas. Sin embargo, las juntas de contracción o construcción se pueden omitir si el bache se extiende a través de la anchura total del pavimento.
Reparación de las áreas dañadas por asentamientos o bombeo. Uno de los mayores problemas en el mantenimiento de los pavimentos de concreto es la corrección del asentamiento de la losa, provocado por el bombeo. Por lo regular, este último se caracteriza por: La fragmentación del pavimento cerca de la línea central y una junta o grieta transversal. La expulsión de agua a través de las juntas y grietas. Manchas en la superficie del pavimento debidas al suelo de la subrasante. La presencia de burbujas de lodo a la orilla del pavimento. Rotura del pavimento.
El bombeo de los pavimentos de concreto c oncreto se puede prevenir con un mantenimiento mant enimiento adecuado del drenaje, con la corrección de las fallas del mismo y con el sellado de junta y grietas. En los lugares en que el bombeo ha avanzado hasta alcanzar un grado apreciable, esta situación se corrige por inyección o sellado subterráneo. Este procedimiento se lleva a cabo perforando algunos agujeros en la losa y forzando el paso a través de ellos de una lechada adecuada para llenar los huecos entre la subrasante y la losa. 7
Tratamiento de pavimentos combados o alabeado. El abombamiento o reventón de los viejos pavimentos de concreto, es un problema continuo que, por lo regular, es provocado por la expansión longitudinal y porque falla el funcionamiento adecuado de las juntas de expansión transversales. Cuando esto oc urre, es necesario con frecuencia remover la parte del pavimento que se ha dañado y reemplazarla con un parche de concreto o de material asfáltico. Cuando se nota la evidencia de una compresión externa, se pueden evitar los abombamientos y los reventones del pavimento, cortando una junta de expansión de mayor anchura si ya existe alguna, o haciendo una junta nueva nueva a través del pavimento.
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Patologías que afectan los pavimentos Hay una gran diversidad de patologías que se pueden generar en el hormigón, por diversas causas, ya sean constructivas o de mantenimiento. Presentándose muchas de ellas en los pavimentos de Laguna larga, como vemos a continuación:
Fisuras longitudinales: Son fisuras predominantemente paralelas al eje del pavimento. Posibles causas:
Aserrado tardío de la junta.
Falta de junta longitudinal.
Incorrecta ejecución de la junta. Asentamiento de la base o subrasante. Excesiva relación longitud/ancho.
Fisuras transversales: Son fisuras predominantemente perpendiculares al eje del pavimento. Posibles causas:
Retracción térmica que origina alabeos. Junta de contracción formada formada tardíamente.
Espesor de losa insuficiente para soportar solicitaciones. Losas de longitud excesiva.
Fisuras en esquina: Se caracterizan por interceptar las juntas transversal y longitudinal, formando un ángulo de 50º aproximadamente con respecto al eje del pavimento. Posibles causas:
Repetición de cargas pesadas.
Perdida de soporte de la fundación originado por la erosión de la base (Fenómeno de
Bombeo por infiltración de agua en las juntas) o alabeo térmico.
Deficiente transmisión de cargas entre las juntas.
Inadecuado diseño y mantenimiento de juntas.
Descascaramientos en juntas y fisuras: Posibles causas:
Entrada de materiales incompresibles dentro de las juntas o fisuras. Juntas mal diseñadas y mantenidas.
Fisuras por durabilidad: Se caracterizan por ser fisuras pequeñas, ubicadas muy cerca de los bordes bor des del pavimento y juntas, luego progresan hacia el centro de la losa. Posibles causas:
Congelamiento y descongelamiento de los agregados presentes en el hormigón.
Fisuras por retracción: (tipo malla) Son fisuras capilares que se encuentran solo en la parte superior de la losa. Posibles causas: 9
Incorrecto curado del hormigón en zonas de clima frio, falta de aditivos aditivos durante la etapa de construcción.
Desintegración: Este daño se caracteriza por una desintegración de la superficie del pavimento por perdida de material fino, quedando expuesto el agregado grueso. Posibles causas:
Curado inapropiado Hormigón mal dosificado. Cuando la superficie presenta fisuración por retracción (tipo malla).
Baches: Es una desintegración normalmente de forma redondeada, que se forma al desprenderse el hormigón de la superficie. Posibles causas:
Espesores insuficientes: Retención de agua en zonas hundidas y /o fisuradas. Cargas debidas al tránsito sobre fisuras que han alcanzado un alto nivel de severidad.
Levantamiento de losas: Sobreelevación de la superficie del pavimento, situada generalmente en zonas cercanas a las juntas o fisuras transversales. transversales. Puede presentarse con una una explosión repentina, principalmente en las juntas. Posibles causas:
Restricción en la expansión de losas por la acción de las raíces de árboles.
Variaciones térmicas cuando la longitud de las losas es excesiva y no hay aplicadas
juntas de expansión.
Mal colocación de barras de traspaso de cargas. Suelos expansivos a poca profundidad.
Escalonamiento de juntas y gritas: Desnivel de dos superficies del pavimento separadas por una junta o fisura transversal. Posibles causas:
Erosión de la base. Asentamiento diferencial de la subrasante. Drenaje insuficiente.
Bombeo: Expulsión de agua mezclada con suelos finos a través de las juntas. Posibles causas:
Surge a causa del movimiento vertical de la losa en juntas y fisuras por acción de las
cargas pesadas, lo cual provoca la eyección de materiales y agua a través de juntas y fisuras.
Textura inadecuada: Es una carencia o pérdida de la textura superficial indispensable para que exista una fricción entre los neumáticos y el pavimento. Posibles causas: 10
Inadecuada dosificación del hormigón. Mala calidad de la arena. No se terminó con una textura adecuada.
A continuación se reproducen fotografías actuales act uales de las patologías, anteriormente nombradas, que están afectando los pavimentos de hormigón de Laguna Larga. Se presentan repetidamente en todas las calles pavimentadas, teniendo un marcado aumento en las calles donde se produce la circulación de tránsito pesado.
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Conclusiones Resumiendo lo aquí expuesto y buscando una aplicación directa en los pavimentos de hormigón de nuestra localidad, la falta de mantenimiento, principalmente de juntas, produce las siguientes consecuencias: 1. Problemas de Infiltración de Agua: Derivando en fisuras y astillamientos, este fenómeno desarrolla de la l a siguiente manera: a. Infiltración de agua a la base del pavimento, provocando el fenómeno de Bombeo, que consiste en la licuación de la base y subrasante (suelo) bajo la junta. b. Al aplicarse una carga (paso de un vehículo) este suelo licuado es expulsado hacia arriba por medio de la junta. c. Al quedar el pavimento sin base y subrasante, en ese sector sector el pavimento deja de tener capacidad portante y al aplicársele nuevamente una carga se producen fisuramientos y astillamiento en bordes de juntas, muy clásicos en las esquinas de las losas de hormigón del pavimento.. d. Producidas estas fisuras y astillamientos, deben ser reparados con rapidez para no derivar en problemas mayores. 2. Problemas por el ingreso de materiales que taponan las juntas: Las juntas dejan de cumplir una sus funciones principales, la de contrarrestar los fenómenos de dilatación-contracción del hormigón, produciéndose problemas como ser: a. Grietas Transversales. b. Astillamiento en bordes de juntas. c. Fisuras en esquina. d. Descascaramientos. e. Levantamiento de losas. 3. Estos dos problemas principales desembocan en reparaciones que generalmente consisten en el retiro del hormigón afectado y una nueva ejecución del mismo, generando grandes costos y detenciones en el tránsito de varios días. 4. Por todas estas razones aconsejo que se planifique y se lleve a cabo un Programa Continuo de Mantenimiento de Pavimentos, el cual que si se realiza adecuadamente, consistirá únicamente en el mantenimiento de juntas, j untas, una actividad muy simple y económica. Haciendo esto protegeremos obras pasadas y estaremos preparados para ejecutar obras futuras. 5. Dicho Programa debe tener en cuenta la conformación de una cuadrilla fija de Mantenimiento de Calles, la cual deberá contar con: a. Personal suficiente. b. Capacitación inicial y continua. c. Tráiler con todos los elementos necesarios para mantener los pavimentos de hormigón, nombrados anteriormente. Sumando elementos de seguridad personal y elementos demarcadores (vallas, carteles, conos, etc.) d. Planificación continua de trabajos, por sectores en el tiempo. 23
6. Otra importante recomendación es el establecimiento de restricciones para la circulación de tránsito pesado, por las calles pavimentadas con hormigón, según horarios y tipo de vehículo o carga: a. Permitir la circulación de vehículos de tránsito pesado destinado al abastecimiento de comercios o industrias, estableciendo franjas horarias y días autorizados para circular. Excluyendo preferentemente la circulación los días fines de semana. b. Prohibir totalmente la circulación de vehículos de tránsito pesado destinado a transportar cargas agrícolas, de automotores y maquinarias, y otras que no justifiquen su circulación por el ejido urbano. urbano. c. Para poder hacer efectiva esta última prohibición se debe analizar la posibilidad de efectuar un desvió de tránsito pesado desde el camino “del Salto” eludiendo la localidad costeando costeando los canales sur y norte, por el costado
noroeste del ejido urbano, hasta conectarse con el acceso a la Autopista Córdoba – Rosario.
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Bibliografía GUÍA SECTORIAL: PAVIMENTOS PAVIMENTOS - Dirección de Inversión Inversión Pública – Ministerio de Economía - Provincia de Buenos Aires. PAVIMENTOS URBANOS DE HORMIGON DE CEMENTO PORTLAND – Instituto del Cemento Portland Argentino. ESPECIFICACIONES TÉCNICAS PARA LA CONSTRUCCIÓN DE PAVIMENTOS DE HORMIGÓN PARA CAMINOS Y CALLES - Instituto del Cemento Portland Argentino.
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