MÓDULO 13: DISEÑO PAVIMENTOS RÍGIDOS CALLES Y CARRETERAS - FERNANDO SÁNCHEZ SABOGAL

DISEÑO DE PAVIMENTOS
RÍGIDOS PARA CALLES Y
CARRETERAS

CONTENIDO
Método de diseño PCA
Método de diseño PCA simplificado
Diseño de juntas

Los estudios teóricos del comportamiento de losas y
los desarrollos recientes de análisis de esfuerzos y
deformaciones en pavimentos rígidos
Pavimentos experimentales sometidos a tránsito
controlado, como los de Bates, Pittsburg, Maryland y
AASHO
El estudio del comportamiento bajo servicio de
pavimentos normalmente construidos, sometidos a
tránsito mixto, el cual ha constituido la mayor fuente de
conocimiento
DISEÑO DE PAVIMENTOS RÍGIDOS
PARA CALLES Y CARRETERAS
BASES DE LOS CRITERIOS ACTUALES PARA EL
DISEÑO DE PAVIMENTOS RÍGIDOS

MÉTODOS DE DISEÑO
MÉTODO DE DISEÑO
PCA

MÉTODO DE DISEÑO PCA
Generalidades
Publicado en 1966 y actualizado en 1984
Es aplicable a:
— Pavimentos de concreto simple con juntas
— Pavimentos de concreto reforzado con juntas
— Pavimentos con refuerzo continuo

Generalidades
Los esfuerzos y deflexiones críticas se han calculado
y combinado con criterios de diseño, para desarrollar
tablas y gráficas de diseño
Los criterios de diseño consideran:
—Análisis de fatiga
—Análisis de erosión

 Reconoce que el pavimento puede fallar por fatiga
del concreto
 Se basa en el cálculo de esfuerzos por cargas en el
borde de las losas, a medio camino entre juntas
transversales
ANÁLISIS DE FATIGA

Los esfuerzos debidos al alabeo no son
considerados en el diseño
La magnitud de los esfuerzos críticos se reduce si
las bermas se anclan al pavimento
 El análisis de fatiga controla los diseños de
pavimentos delgados para bajo tránsito,
independientemente del tipo de transferencia de carga
en las juntas transversales
ANÁLISIS DE FATIGA

La resistencia a la fatiga se basa en la relación de
esfuerzos:
Se considera que la resistencia a fatiga no consumida por
una carga queda disponible para ser consumida por las
repeticiones de otras cargas (Ley de Miner)
ANÁLISIS DE FATIGA
concretodelroturadeMódulo
ejeporcargalaporproducidoEsfuerzo

ANÁLISIS DE FATIGA

 Considera que el pavimento falla por bombeo, por
erosión del soporte y por escalonamiento de las juntas
La deflexión más crítica ocurre en la esquina de la
losa, cuando la carga está situada en la junta, en
cercanías de la esquina
ANÁLISIS DE EROSIÓN

La deflexión en la esquina de la losa se reduce si la
berma está anclada al pavimento o si la losa es lo
suficientemente ancha como para que las llantas
circulen lejos del borde de la losa
 El análisis de erosión controla el diseño de los
pavimentos espesos para tránsito medio y pesado
cuando la transferencia de carga es por trabazón de
agregados y controla el diseño para tránsito pesado
cuando la transferencia es por varillas
ANÁLISIS DE EROSIÓN

FACTORES DE DISEÑO DEL PAVIMENTO
Factor Medida
Soporte Módulo de reacción (k) de la subrasante o del conjunto
subrasante - subbase, si esta última se coloca
Resistencia del concreto Resistencia de tracción por flexión con carga en los
tercios medios. Se utiliza una resistencia de diseño a 28
días de curado de la mezcla y se denomina módulo de
rotura.
Cargas del tránsito Se debe conocer el espectro de cargas por eje y
proyectarlo durante el periodo de diseño del pavimento.
Las cargas incluyen un factor de seguridad según la
intensidad del tránsito (1.0, 1.1, 1.2)
Otros factores Tipo de transferencia de carga en juntas transversales.
Presencia de bermas de concreto ancladas al pavimento

CONSIDERACIONES DE DISEÑO
 La resistencia de cada suelo se debe expresar en
términos del módulo de reacción (k)
 No se requiere realizar correcciones de ―k‖ por
efectos estacionales
 Se permite la determinación de ―k‖ por correlación
con el CBR
CBR (%) 3 4 5 8 10 20
k (pci) 100 120 140 175 200 250
Soporte del pavimento

 La colocación de una subbase para prevenir el
bombeo (granular o estabilizada) y para brindar un
apoyo más uniforme a las losas, se traduce en un
incremento del módulo de reacción del soporte (k),
el cual se aprovecha en el diseño del espesor de las
losas

 Los esfuerzos que sufre un pavimento rígido bajo
carga son de compresión y tensión
Los esfuerzos de compresión son muy bajos respecto
de la resistencia a la compresión del concreto
 Los esfuerzos de tensión pueden representar una
fracción importante de resistencia a flexión, razón por
la cual son éstos los que se consideran en el diseño del
pavimento
Resistencia del concreto

Resistencia del concreto a flexión

El diseño hace uso del valor de fatiga del concreto
bajo flexión repetida
 El criterio de fatiga se basa en la hipótesis de que la
resistencia a fatiga no consumida por las repeticiones
de una determinada carga queda disponible para las
repeticiones de las demás
 El consumo total de fatiga no deberá exceder de
100%
 La ecuación de fatiga está incorporada en las
gráficas de diseño
Resistencia del concreto

 El método exige el conocimiento del espectro de
cargas por eje, discriminado por tipo de eje (simple,
tándem, triple)
 El espectro actual debe proyectarse al futuro de
acuerdo con la tasa de crecimiento anual de tránsito,
para determinar el número esperado de aplicaciones de
cada grupo de carga por eje durante el periodo de diseño
que, generalmente, es 20 años
Cargas del tránsito

Las magnitudes de las cargas por eje se deben
afectar por un factor de seguridad:
—Vías con un flujo importante de tránsito
pesado, FSC=1.2
—Vías con moderado volumen de tránsito de
vehículos pesados, FSC= 1.1
—Vías residenciales y otras con bajo volumen
de tránsito, FSC = 1.0
Cargas del tránsito

I - Tipo de transferencia de carga en las juntas
transversales
 El método considera dos sistemas:
—Por varillas para la transferencia de carga (pasadores)
— Por trabazón de agregados
Otros factores

transversales
 La inclusión de varillas para la transferencia de
carga (pasadores) en la juntas trasversales de
contracción mejora el comportamiento del pavimento
en relación con la posibilidad de falla por
escalonamiento, en particular cuando los volúmenes de
tránsito son elevados
Otros factores

transversales
Otros factores
VARILLAS DE TRANSFERENCIA

transversales
Otros factores
TRABAZÓN DE AGREGADOS

II - Uso de bermas de concreto
 El empleo de bermas de concreto ancladas al
pavimento produce alguna transferencia de carga que
da lugar a reducciones en los esfuerzos de flexión y en
las deflexiones producidas por las cargas de los
vehículos, las cuales se pueden traducir en una
disminución del espesor de diseño
Otros factores

II - Uso de bermas de concreto
Otros factores

TABLAS Y GRÁFICAS DE DISEÑO

TABLA PARA EL CÁLCULO DEL ESFUERZO EQUIVALENTE PARA
EJE SENCILLO EN UN PAVIMENTO SIN BERMAS DE CONCRETO (PARCIAL)
(EJE SIMPLE/EJE TÁNDEM)
50 100 150 200 300 500 700
4.0 825/679 726/585 671/542 634/516 584/486 523/457 484/443
4.5 699/586 616/500 571/460 540/435 498/406 448/378 417/363
5.0 602/516 531/436 493/399 467/376 432/349 390/321 363/307
5.5 526/461 464/387 431/353 409/331 379/305 343/278 320/264
6.0 465/416 411/348 382/316 362/296 336/271 304/246 285/232
6.5 417/380 367/317 341/286 324/267 300/244 273/220 256/207
k combinado (lb/pg3)Espesor
losas(pg)

GRÁFICA PARAANÁLISIS DE FATIGA

TABLA PARA EL CÁLCULO DEL FACTOR DE EROSIÓN PARA EJE
SIMPLE EN UN PAVIMENTO CON SISTEMA DE TRANSFERENCIA POR
VARILLAS Y SIN BERMAS DE CONCRETO (PARCIAL)
(EJE SIMPLE/EJE TÁNDEM)
50 100 200 300 500 700
4.0 3.74/3.83 3.73/3.79 3.72/3.75 3.71/3.73 3.70/3.70 3.68/3.67
4.5 3.59/3.70 3.57/3.65 3.56/3.61 3.55/3.58 3.54/3.55 3.52/3.53
5.0 3.45/3.58 3.43/3.52 3.42/3.48 3.41/3.45 3.40/3.42 3.38/3.40
5.5 3.33/3.47 3.31/3.41 3.29/3.36 3.28/3.33 3.27/3.30 3.26/3.28
6.0 3.22/3.38 3.19/3.31 3.18/3.26 3.17/3.23 3.15/3.20 3.14/3.17
6.5 3.11/3.29 3.09/3.22 3.07/3.16 3.06/3.13 3.05/3.10 3.03/3.07
Espesor
losas(pg)
k combinado (lb/pg3)

GRÁFICA PARAANÁLISIS DE EROSIÓN

MODELO DE HOJA DE CÁLCULO
Proyecto:
Espesor: cm Juntas con dovelas:
ksist.: MPa/m Bermas de concreto:
fctM,k: MPa Período de diseño (años):
Fsc:
ANÁLISIS DE FATIGA ANÁLISIS DE EROSIÓN
CARGAS CARGAS NÚMERO NÚMERO CONSUMO NÚMERO DAÑOS POR
POR EJE POR EJE REPETICIONES REPETICONES DE FATIGA REPETICIONES EROSIÓN
(kN) x Fsc ESPERADAS ADMISIBLES (%) ADMISIBLES (%)
1 2 3 4 5 6 7
EJES SENCILOS Esf. equivalente: Factor de erosión:
Factor de relación de esfuerzo:
EJES TÁNDEM Esf. equivalente: Factor de erosión:
EJES TRÍDEM Esf. equivalente: Factor de erosión:
TOTAL TOTAL
PROCEDIMIENTO DE DISEÑO

Inclusión de datos de entrada en la hoja de cálculo
Espesor de tanteo de losas de concreto
Módulo de reacción de la subrasante o del conjunto
subrasante - subbase
Módulo de rotura promedio del concreto

Factor de seguridad de carga adoptado
Sistema de transferencia de carga en las juntas
transversales
Presencia o ausencia de bermas de concreto
Periodo de diseño del pavimento

 Esfuerzo equivalente para ejes simples, tomado de la
tabla que corresponda (pavimento con o sin berma) en
función del espesor de tanteo y del ―k‖ de diseño
Relación de esfuerzos para ejes simples = Esfuerzo
equivalente para ejes simples / Módulo de rotura del
concreto
Factor de erosión para ejes simples, tomado de la tabla
que corresponda, según los tipos de confinamiento y
transferencia de carga, en función del espesor de tanteo y
del ―k‖ de diseño

Esfuerzo equivalente, relación de esfuerzos y factor de
erosión para ejes tándem con un procedimiento similar al
de los ejes simples
Inclusión del espectro de cargas elegido (columna 1)
Multiplicación de cada valor de carga x FSC (columna
2)
Inclusión de número de repeticiones esperadas de cada
carga por eje (columna 3)

Análisis de fatiga
 Para cada una de las cargas por eje simple de la
columna 2 y la relación de esfuerzos para ejes simples,
se determina el número admisible de repeticiones de
carga en la gráfica de análisis de fatiga y se coloca en
la casilla correspondiente de la columna 4
 Si el número de repeticiones admisible resulta
superior a 10,000,000, se escribirá ―ilimitado‖ en la
casilla correspondiente

Análisis de fatiga
Se procede de manera similar con las cargas por eje
tándem
 Se calcula el consumo de fatiga de cada una de las
cargas por eje simple y tándem, dividiendo los valores
de la columna 3 por los valores de la columna 4. Se
coloca cada resultado en la columna 5, como porcentaje
 La suma de todos los valores de la columna 5 será el
consumo total de fatiga, correspondiente al espesor de
tanteo escogido

Análisis de erosión
 Para cada una de las cargas por eje simple de la
columna 2 y el factor de erosión para ejes simples, se
determina el número de repeticiones admisibles por
este concepto en la gráfica que corresponda (según si el
pavimento tiene o no bermas de concreto) y se coloca
en la casilla correspondiente de la columna 6
 Para repeticiones mayores de 100,000,000, se
escribe ―ilimitado‖

Análisis de erosión
Se procede de manera similar con las cargas por eje
tándem
Se calcula el daño relativo por erosión, relacionando,
en porcentaje, los valores de las columnas 3 y 6
 Se colocan los valores calculados en la columna 7
 La suma de todos los valores de la columna 7 es el
daño total por erosión correspondiente al espesor de
tanteo escogido

Análisis de resultados
 El espesor de losas escogido para el tanteo se
considera inadecuado si el consumo total de fatiga o
el daño total por erosión superan 100%
 En este caso, se realiza otro tanteo con un espesor
de losas mayor
 Si los totales son mucho menores que 100%, se
debe realizar otro tanteo con un espesor menor

Análisis de resultados
Para disminuir el número de tanteos, el efecto del
espesor sobre los daños por fatiga y erosión se ajusta a
una proyección geométrica
 Por ejemplo, si el consumo de fatiga para un espesor
de 20 cm resultó 178% y para uno de 24 cm fue 33%,
el consumo de fatiga para 22 cm será
%7733*178 

HOJA DE CÁLCULO CON TANTEO DE DISEÑO

OTRAS POSIBILIDADES DEL MÉTODO DE LA PCA
 El método contempla la posibilidad de incluir capas
de subbase de concreto pobre e incluye gráficas de
diseño para ello
 Se tiene en cuenta la presencia de ejes triples, los
cuales se procesan en una hoja de cálculo extra
 Se considera que cada eje triple equivale a 3 ejes
simples, cada uno de ellos con una carga igual a la
tercera parte del eje triple y se emplean las tablas y
escalas gráficas correspondientes a los ejes simples para
los cálculos de fatiga y erosión

DISEÑO MEDIANTE PROGRAMAS DE CÓMPUTO
Existen programas de cómputo que realizan los tanteos
con gran rapidez, a partir de los parámetros básicos de
diseño (ejemplo: programa BS-PCA)

PROGRAMA BS-PCA
PANTALLA CON INFORMACIÓN SOBRE TRÁNSITO

PANTALLA CON DATOS DE ENTRADA Y RESULTADOS
PROGRAMA BS-PCA

MÉTODOS DE DISEÑO
MÉTODO DE DISEÑO
PCA SIMPLIFICADO

Generalidades
 Este método se aplica cuando no se dispone de datos
sobre el espectro de cargas
 La PCA ha generado unas tablas de diseño basadas
en volúmenes de tránsito mixto que representan
diferentes categorías de calles y carreteras de los
Estados Unidos de América
 Su aplicación en otros medios debe ser cuidadosa,
debido a las diferencias en las costumbres del tránsito,
en particular las cargas máximas por eje
MÉTODO SIMPLIFICADO DE DISEÑO PCA

Generalidades
El tránsito y el soporte se caracterizan de manera
diferente al método general de la PCA
 El módulo de rotura del concreto y las condiciones
de transferencia de carga y confinamiento lateral se
analizan de la misma manera
 Los factores de seguridad de carga están
incorporados en las tablas de diseño, las cuales han
sido elaboradas para un periodo de diseño de 20 años

CLASIFICACIÓN DEL TRÁNSITO
TPD
(ADT)
* TPD VC
(ADTT)
Ejes simples Ejes tándem
Calles residenciales
Carreteras secundarias de
tránsito bajo y medio
Calles colectoras
Carreteras secundarias de
mayor tránsito
Vias arterias de bajo tránsito
Vías arterias y carreteras
primarias de tránsito medio
3000-12000
(2 carriles)
Vias expresas de tránsito bajo y
medio
3000-50000
(4 carriles)
3000-20000
(2 carriles)
3000-150000
(4 carriles o
más)
Descripción de la vía
Tránsito Máximas cargas por eje, kips (t)
1
3
2
Categoría
Vias arterias primarias y
expresas de alto tránsito
25 ó -
500-5000+
1500-8000+
40 -1000
200-800
700-5000
CATEGORIAS DE CARGA POR EJE
34 (16) 60 (27)
26 (12) 44 (20)
22 (10) 36 (16)
30 (14) 52 (24)
4
* Se excluye todo vehículo de 2 ejes y 4 llantas

Consideraciones sobre TPD (ADT) y TPDvc (ADTT)
 TPD (ADT) es el tránsito promedio diario en ambas
direcciones, el cual incluye todos los vehículos
 TPDvc (ADTT) es el tránsito promedio diario en
ambas direcciones, de vehículos comerciales (vehículos
con 6 o más llantas)

Consideraciones sobre TPD (ADT) y TPDvc (ADTT)
Los valores de TPD y TPDvc que se usan para el
diseño deben ser valores promedio durante el periodo de
diseño, por lo que los valores iniciales deben ser
afectados por factores de proyección que dependen de la
tasa anual de crecimiento del tránsito

CLASIFICACIÓN DEL SOPORTE
Tipo de
soporte
Tipo de suelo Rango típico de k
(pci)
Bajo Suelo de grano fino donde predominan
partículas de limo y arcilla
75-120
Medio Arenas y mezclas de grava y arena
con cantidades moderadas de
partículas finas
130-170
Alto Arenas y mezclas de gravas y arenas
relativamente libres de finos plásticos
180-220
Muy alto Subrasantes protegidas con
subbases tratadas con cemento
250-400

PASOS PARA EL DISEÑO
 Se elige una categoría de tránsito
 Lo correcto es basarse en la descripción del tipo de
vía y las cargas máximas esperables por eje, más que
en los valores de TPD y TPDvc, los cuales han sido
incluidos para ilustrar valores típicos
 Se determina el tipo de soporte

PASOS PARA EL DISEÑO
Se establecen las características de transferencia de
carga y confinamiento lateral del pavimento
 Se escoge la tabla de diseño apropiada para los
parámetros citados
 Se halla el espesor de losas de concreto requerido,
según el módulo de rotura de diseño de la mezcla

EJEMPLO DE DISEÑO
Datos del problema
Vía arteria de dos carriles
TPD de diseño = 6,200 vehículos
TPDvc de diseño = 630 vehículos comerciales
No se espera la acción de cargas inusualmente altas o bajas
Suelo de subrasante arcilloso (k = 80 lb/pg3)
Subbase granular de 4 pulgadas de espesor
Módulo de rotura del concreto = 650 lb/pg2
Transferencia de cagas por varillas
Pavimento confinado por berma de concreto

EJEMPLO DE DISEÑO
Solución del problema
Considerando el tipo de vía y el hecho de que no
habrá cargas excepcionales, se escoge la Categoría 3
de tránsito
Para la combinación de subrasante y subbase
granular, en encuentra un ―k‖ combinado de 120 pci,
al cual corresponde un Soporte Bajo
Se escoge la tabla de diseño adecuada a los datos
del problema (categoría de tránsito, tipo de
transferencia de carga y existencia de confinamiento)

EJEMPLO DE TABLA DE DISEÑO DEL PAVIMENTO
Bajo Medio Alto Muy alto
6.5 83 320
7.0 52 220 550 1900
7.5 320 1200 2900 9800
8.0 1600 5700 13300
8.5 6900 23700
PAVIMENTO CON BERMAS DE CONCRETO
650
Módulo rotura
concreto (lb/pg2)
Espesor
losas (pg)
SOPORTE SUBRASANTE - SUBBASE

EJEMPLO DE DISEÑO
Solución del problema (cont.)
Para un módulo de rotura de 650 psi, la tabla
muestra que
—7.5 pulgadas de losas soportan un TPDvc hasta
de 320 vehículos comerciales
—8.0 pulgadas de losas soportan un TPDvc hasta
de 1600 vehículos comerciales
Como el TPDvc del problema es 630, se concluye
que el espesor de losas requerido es 8.0 pulgadas

CAPACIDAD DE SOPORTE
SENSIBILIDAD DE LOS FACTORES DE DISEÑO
Si se duplica el módulo de reacción de diseño, se
logra una disminución media de 2 cm en el espesor de
losas si el soporte es bajo o medio
 La disminución es del orden de 1 cm para soportes
de mejor calidad

RESISTENCIA DE DISEÑO DEL CONCRETO
Tránsito Junta Resistencia del concreto
Sin pasadores
No tiene influencia. El control lo ejerce la
erosión
Con pasadores
En promedio, un aumento de 3 kg/cm2 reduce
1 cm el espesor
Liviano a
medio
Con y sin pasadores En promedio, un aumento de 3 kg/cm2
disminuye 1 cm el espesor
Medio a
muy
pesado
BERMA PAVIMENTADA EN CONCRETO
Su consideración permite disminuir, en promedio, 3 cm
el espesor del pavimento

COLOCACIÓN DE PASADORES EN JUNTAS TRANSVERSALES
Tránsito Resistencia del concreto Efecto de los pasadores
Alta Permite reducir el espesor en 5 cm
Media y baja Permite reducir el espesor en 2 cm
Alta Permite reducir el espesor de 2 a 3 cm
Media y baja No influye
Liviano a medio Alta a baja No influye
Liviano Alta a baja No influye
Pesado y muy
pesado
Medio

ELEMENTOS AUXILIARES
DISEÑO DE JUNTAS EN
PAVIMENTOS RÍGIDOS

FUNCIONES DE LAS JUNTAS DE LOS PAVIMENTOS RÍGIDOS
 Controlar el agrietamiento transversal y longitudinal
generado por la contracción restringida del concreto y
por los efectos combinados del alabeo y las cargas del
tránsito
 Permitir los movimientos de las losas
 Asegurar una adecuada transferencia de carga
 Proveer espacio para el material de sello
DISEÑO DE JUNTAS

FISURACIÓN INICIAL DEL CONCRETO
 La contracción generada durante las primeras horas
de vida del pavimento, a causa de la reducción de
volumen y temperatura del concreto, genera fricción
entre el pavimento y el soporte
 Esta fricción produce esfuerzos de tracción que
causan un patrón de fisuramiento transversal a
intervalos del orden de 10 a 45 metros
DISEÑO DE JUNTAS

Debido a la acción de gradientes térmicos, los
segmentos en los cuales se ha dividido el pavimento
tienden a alabearse, generándose esfuerzos de flexión
proporcionales a la longitud de los segmentos, los
cuales exceden el módulo de rotura, dando lugar a la
aparición de fisuras intermedias
 El proceso se sigue repitiendo hasta que las
dimensiones de los segmentos sean tales, que la
magnitud del esfuerzo generado por el gradiente
térmico resulte inferior al módulo de rotura del concreto
DISEÑO DE JUNTAS
FISURACIÓN INICIAL DEL CONCRETO

FISURACIÓN INICIAL DE UN PAVIMENTO RÍGIDO TÍPICO SIN JUNTAS
DISEÑO DE JUNTAS

PROPÓSITO DEL PROYECTO DE JUNTAS
 Determinar las dimensiones de las losas que
conduzcan a la forma más económica de controlar la
fisuración transversal y longitudinal debida a cambios
volumétricos del concreto y al alabeo restringido
DISEÑO DE JUNTAS

TIPOS DE JUNTAS EN PAVIMENTOS RÍGIDOS
DISEÑO DE JUNTAS

DISEÑO DE JUNTAS
TIPOS DE JUNTAS EN PAVIMENTOS RÍGIDOS

DIMENSIONES MÍNIMAS DE LOS PASADORES DE CARGA
PCA (1975)
mm pg
160-180 22,2 7/8 350 300
190-200 25,4 1 350 300
210-230 28,6 1 1/8 400 300
240-250 31,8 1 1/4 450 300
260-280 34,9 1 3/8 450 300
290-300 38,1 1 1/2 500 300
diámetro del pasador *Espesor del
pavimento (mm)
longitud
(mm)
separación entre
centros (mm)
DISEÑO DE JUNTAS

Existe una regla según la cual el diámetro de la varilla
no puede ser menor de 1/8 del espesor de la losa (PCA,
1975)
La PCA (1991) recomienda diámetros de 1 y ¼‖ para
espesores de losa menores de 250 mm y 1 y ½‖‖ para
espesores iguales o mayores a 250 mm
Existen recomendaciones según las cuales las losas de
menos de 170 mm no requieren pasadores, debido a que
corresponden a vías de tránsito liviano
DISEÑO DE JUNTAS
DIMENSIONES MÍNIMAS DE LOS PASADORES DE CARGA

RECOMENDACIONES SOBRE VARILLAS DE ANCLAJE GRADO 60 EN
LAS JUNTAS LONGITUDINALES DE PAVIMENTOS RÍGIDOS
Carril 3.05 m Carril 3.35 m Carril 3.65 m Carril 3.05 m Carril 3.35 m Carril 3.65 m
150 1,20 1,20 1,20 1,20 1,20 1,20
175 1,20 1,20 1,20 1,20 1,20 1,20
200 1,20 1,20 1,20 1,20 1,20 1,20
225 1,20 1,20 1,20 1,20 1,20 1,20
250 1,20 1,15 1,10 1,20 1,20 1,20
850 1000
Espesor
losa
(mm)
varillas de 1/2" varillas de 5/8"
Separación entre centros (m)Long
(mm)
Long (mm) Separación entre centros (m)
No se deben colocar varillas de anclaje a menos de 38 cm de la junta transversal
DISEÑO DE JUNTAS

SEPARACIÓN ENTRE JUNTAS
 Los registros locales de comportamiento constituyen la
mejor guía para establecer la separación entre juntas que
controlen efectivamente los agrietamientos transversal y
longitudinal
 La juntas longitudinales de pavimentos rígidos de calles y
carreteras suelen cumplir la doble función de dividir el
pavimento en carriles y de controlar las fisuras longitudinales
 La separación entre juntas transversales de contracción, que
determina la longitud de las losas, debe garantizar que la
abertura de la junta no sea excesiva si la transferencia de carga
es por trabazón de agregados
DISEÑO DE JUNTAS

RECOMENDACIONES SOBRE LONGITUDES MÁXIMAS DE
LOSAS EN PAVIMENTOS DE CONCRETO SIMPLE
DISEÑO DE JUNTAS

EJEMPLO DE APLICACIÓN DEL CRITERIO FHWA
LONGITUDES DE LOSA RESULTANTES PARA UN RANGO NORMAL DE
ESPESORES DE LOSAS Y MÓDULOS DE RELACIÓN DE SOPORTE DE
MANERA QUE L/l = 5
l (pg) L (pie) l (pg) L (pie) l (pg) L (pie)
9 42.0 17.5 35.3 14.7 25.0 10.4
13 55.3 23.0 46.5 19.4 32.9 13.7
k=100 pci k=200 pci k=800pciEspesor de losa (pg)
 De acuerdo con la tabla, si los soportes son rígidos
(subbases estabilizadas) la longitud de las losas debe ser
menor
— Del orden de 12 pies para losas de 9 pulgadas de
espesor, y del orden de 15 pies para losas de 13
pulgadas
DISEÑO DE JUNTAS

COMPARACIÓN DE LONGITUDES MÁXIMAS DE LOSAS
SEGÚN DIVERSOS CRITERIOS
(espesor = 9 pulgadas)
Criterio
FAA
PCA
Fordyce
L= 2x9 = 18 pies (5.5 m)
L=25*9/12 = 18.75 pies (5.7 m)
depende del tipo de agregado grueso
FHWA
Longitud máxima
k= 100 pci; L = 17.5 pies (5.3 m)
k= 200 pci; L = 14.7 pies (4.5 m)
k= 800 pci; L = 10.4 pies (3.2 m)
DISEÑO DE JUNTAS

 Las juntas tienen por finalidad ayudar a la
construcción y minimizar los agrietamientos aleatorios
del pavimento
Se debe tener en cuenta que el concreto tiende siempre
a tomar la forma cuadrada
 Las losas largas y estrechas tienden a agrietarse más
que las losas aproximadamente cuadradas
 La relación largo/ancho no debería exceder de 1.4
RECOMENDACIONES GENERALES PARA LA DISPOSICIÓN
DE JUNTAS EN PAVIMENTOS DE CONCRETO SIMPLE
DISEÑO DE JUNTAS

Las losas delgadas se tienden a agrietar a menores
intervalos que las losas espesas
 Los lados de las losas en las zonas de giro no deben
tener menos de 45 cm
Se deben hacer ajustes menores en la distribución de
juntas donde haya sumideros o pozos de inspección y
las losas donde ellos queden incluidos suelen armarse
en la parte superior
DISEÑO DE JUNTAS
RECOMENDACIONES GENERALES PARA LA DISPOSICIÓN
DE JUNTAS EN PAVIMENTOS DE CONCRETO SIMPLE

EJEMPLO DE DISTRIBUCIÓN DE JUNTAS EN
PAVIMENTOS DE CONCRETO SIMPLE
DISEÑO DE JUNTAS
reforzadas

EJEMPLO DE DISTRIBUCIÓN DE JUNTAS EN
PAVIMENTOS DE CONCRETO SIMPLE
DISEÑO DE JUNTAS

EJEMPLOS DE DISPOSICIÓN DE JUNTAS AISLADORAS
EN PAVIMENTOS DE CONCRETO SIMPLE
DISEÑO DE JUNTAS

DISEÑO DE JUNTAS
REFUERZO DE LOSAS DE FORMA IRREGULAR O CON
ESTRUCTURAS FIJAS EN SU INTERIOR

ESQUEMA DE TRANSICIÓN ENTRE PAVIMENTOS
ASFÁLTICO Y RÍGIDO
DISEÑO DE JUNTAS

DISEÑO DEL SELLO DE LAS JUNTAS
Las juntas deben ser selladas para minimizar la
infiltración de agua superficial y de materiales
incompresibles dentro de ellas
Las características requeridas de un sellador son
diferentes para los distintos tipos de juntas. Un
sellador para una junta longitudinal no requiere ser tan
elástico como para una junta transversal
DISEÑO DE JUNTAS

Las dimensiones de las cajas de las juntas son un
factor importante en la selección y comportamiento de
los selladores
Las dimensiones de las cajas se establecen para
ayudar a los materiales selladores a soportar los
movimientos de apertura y cierre de las juntas
Las estimaciones de los movimientos de las juntas
transversales se hacen con la ecuación:
DISEÑO DE JUNTAS
DL = CL ( a Dt + d)

El ancho de la caja para alojar el sello debe ser como
mínimo de 6 mm y como máximo de 10 mm
El ancho de corte con la sierra y la profundidad de
inserción del cordón de respaldo determinan la forma
del sellador
El factor de forma (relación profundidad/ancho) es
crítico para el éxito a largo plazo de los selladores
líquidos
DISEÑO DE JUNTAS
Cajas para selladores líquidos

DISEÑO DE JUNTAS
Los movimientos de expansión y contracción de las
losas inducen deformaciones en el material de sello y
tensiones en sus áreas de adherencia con la caja
Un factor de forma menor de 1.0 produce tensiones
más bajas en el sellador, lo que minimiza la pérdida de
adherencia con las paredes de la junta

DISEÑO DE JUNTAS

Los selladores líquidos de vertido en caliente
soportan hasta un 20% de alargamiento con respecto a
su ancho original, mientras las siliconas y otros
materiales de bajo módulo soportan hasta el 100%
En consecuencia, el sellador se debe escoger de
acuerdo con su alargamiento máximo esperado a causa
de la retracción del concreto
DISEÑO DE JUNTAS

DL = CL ( a Dt + d)
DL = 0.8*4*1000 ( 10-5*25 + 0.00045) = 2.24 mm
DISEÑO DE JUNTAS
Ejemplo
Si se tienen los siguientes datos:
C = 0.8; L = 4 metros; α = 10-5; ΔT = 25ºC y
δ = 0.00045:
Y se emplea la ecuación:
Se obtiene la siguiente abertura máxima de la junta:

De acuerdo con recomendaciones de ACPA, el ancho
mínimo de la caja para alojar el sello debe ser de 6 mm
Como según el ejemplo, la abertura de la junta será de
2.24 mm, después de la contracción del concreto el
reservorio tendrá un ancho de 6.0+2.24 = 8.24 mm, lo
que hace que el material de sello deba tener un
porcentaje de alargamiento mayor de 2.24/6.0 = 0.37 (37
%), con el fin de soportar, sin desprenderse, el
movimiento de la junta en sentido horizontal
DISEÑO DE JUNTAS

DISEÑO DE JUNTAS

DISEÑO DE JUNTAS
Cajas para selladores preformados
Los selladores preformados se colocan para permanecer
en compresión dentro de la junta durante su vida útil, aun
cuando la junta esté abierta a su máxima anchura
Ello es necesario para mantener la presión de contacto
requerida entre la junta y el sellador, de manera que éste
se conserve en su lugar
Si la junta se abre hasta un ancho mayor que el del
sellador, éste fallará, por cuanto caerá dentro de la junta o
será expulsado por el tránsito

DISEÑO DE JUNTAS
Es muy importante elegir el tamaño correcto de
sellador y que éste mantenga sus propiedades elásticas
El sellador debe permanecer en compresión,
transmitiendo esfuerzos a las caras de la junta a través
de sus nervaduras
Si la junta se hace muy estrecha y los esfuerzos de
compresión sobre el sellador son muy altos, éste pierde
su elasticidad y el sello falla cayendo al fondo de la
junta o siendo expulsado de ésta

DISEÑO DE JUNTAS

DISEÑO DE JUNTAS
Procedimiento para elegir el tamaño del sellador
preformado
El primer paso consiste en calcular la abertura que
puede tener la junta: DL = CL ( a Dt + d)
Determinadas las aberturas máxima y mínima de la
junta, se establece el rango de trabajo del sellador, de
manera que éste se encuentre comprimido por lo menos
20%, pero no más de 60 %
Estimado el rango de trabajo, se determina el ancho
que requiere el sellador

DISEÑO DE JUNTAS
Ejemplo de cálculo del tamaño del sellador preformado
Datos:
–Temperatura en el instante de colocar el sellador = 28 ºC
–Temperatura máxima del pavimento = 45 ºC
–Temperatura mínima del pavimento = 0 ºC
–Longitud de losa = 4.50 metros
–Coeficiente de dilatación térmica del concreto (α) = 10-5/º C
–Coeficiente de contracción por secado (δ) = 0.00045
–Factor de ajuste por fricción = 0.8

DISEÑO DE JUNTAS
Determinación de la mayor abertura de la junta (frío):
DL = 0.8*4.5*1000 [ 10-5* (28 - 0) + 0.00045] = 2.63 mm
DL = 0.8*4.5*1000 [ 10-5* (45 - 28) + 0.00045] = 2.23 mm
Determinación de la menor abertura de la junta (calor):
Si el ancho de corte de la junta es 10 mm, las aberturas
máxima y mínima de la caja serán:
D máx. = 10 + 2.63 = 12.63 mm
D mín. = 10 - 2.23 = 7.77 mm

DISEÑO DE JUNTAS
Determinación del rango de trabajo del sellador
preformado
–Si el sello debe permanecer comprimido no menos de
20% cuando la junta está abierta, ni más de 60% cuando
está cerrada, su rango de trabajo se determina así:
Ancho máximo del sello = Ancho mínimo de junta*5.0
Ancho mínimo del sello = Ancho máximo de junta*1.2

DISEÑO DE JUNTAS
Determinación del rango de trabajo del sellador
preformado
Ancho máximo del sello = 7.77*5.0 = 38.9 mm
Ancho mínimo del sello = 12.63*1.2 = 15.2 mm

DISEÑO DE JUNTAS
Determinación del ancho del sellador preformado
–Un criterio es tomar el promedio de estos dos extremos
(27 mm), aunque una regla general es tomar el doble del
ancho de corte en el momento de sellado, si cumple los
criterios del cálculo. De acuerdo con esta regla, el ancho
sería 10*2 = 20 mm (3/4‖) y su rango de trabajo:
Máximo = 20 – 0.2*20 = 16 mm (20% de compresión)
Mínimo = 20 – 0.6*20 = 8 mm (60% de compresión)

MÓDULO 13: DISEÑO PAVIMENTOS RÍGIDOS CALLES Y CARRETERAS - FERNANDO SÁNCHEZ SABOGAL

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