El hormigón es un material versátil, que debe su popularidad a los múltiples usos que se le pueden dar, porque es fácil de lograr con una calidad mínima y sobretodo porque es durable. Hoy en día su creciente industrialización permite obtenerlo con rapidez y óptima calidad, adecuándolo con aditivos a las aplicaciones más diversas. Ha habido aplicaciones masivas en calles y pueblos de todo el mundo. Su funcionamiento ha sido sin duda muy satisfactorio, proporcionando por largos años un rodaje cómodo y seguro, no obstante los espectaculares aumentos de tránsito que han experimentado dichas vías.
La mayoría de los pavimentos de hormigón simple con juntas de la nueva generación, posterior a 1978, se anticipa a partir de su estado actual que probablemente sobrepasaran el período de diseño de 20 años; requiriendo como es natural alguna preocupación para reparar daños localizados y sellar de vez en cuando sus junturas. En relación con las prácticas constructivas, es del caso señalar que al hormigón de pavimento no se le ha tratado siempre como es debido.
La tecnología, muy avanzada en aplicaciones de edificación, no ha ido a la par en el caso de la construcción de pavimentos, pues se ha procedido simplificadamente generalizando prácticas que no se ajustan a las particularidades del ambiente en campo abierto, como son las temperaturas altas y las condiciones extremas de evaporación, que tan importante consecuecia tiene sobre el producto terminado y después en funcionamiento.
Efectos de las Temperaturas
El pavimento es una estructura de gran superficie expuesta en relación a su volumen, y en tal sentido pasa gran parte del tiempo solicitado por gradientes térmicos y por gradientes de humedad en el espesor de las losas, además de las solicitaciones propias del tránsito. Tales gradientes deforman las losas del pavimento produciéndole alabeos que modifican continuamente las condiciones de apoyo y de contorno. Con propiedad puede decirse que el pavimento de hormigón es una estructura viva que se mueve al compás de la naturaleza. A las pocas horas después de mezclado el cemento con el agua comienzan reacciones químicas entre los diversos componentes, la que son bien conocidas.
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DEFORMACIÓN DE ALABEO CÓNCAVO EN EL PAVIMENTO RECIEN ENDURECIDO LUEHO DE VACEARSE CON ALTA RADIACIÓN SOLAR
El proceso es exotérmico y eleva la temperatura de la masa del hormigón bien por encima de su valor inicial. Mientras más alta la temperatura ambiental, debido a la radiación solar, más alta será la temperatura del hormigón y de la superficie de la base. Consecuentemente, la temperatura de la masa en proceso de endurecimiento puede sobrepasar el límite de lo 32°C generalmente considerado admisible. Es muy sabido que una alta temperatura en el hormigón fresco acelera la hidratación y reduce la resistencia mecánica. Aún más, una rápida evaporación de hecho puede hacer exceder la capacidad de retención de agua de los compuestos químicos formadores de membrana, perdiéndose parte del elemento vital para una buena estructura interna del hormigón.
Esta pérdida de agua superficial produce retracción plástica y fisuramiento, que en condiciones extremas reduce en varios milímetros el espesor útil del pavimento y favorece la propagación futura de grietas por fatigamiento debido al tránsito. Se trata entonces de un defecto grave que puede ser evitado y para el cual no existen soluciones prácticas de reparación. Por otra parte, el endurecimiento del hormigón en condiciones de fuerte radiación solar, consecuentemente con gradiente térmico positivo, produciría durante el enfriamiento una deformación de alabeo cóncavo que queda permanente en la losa
Efectos de los Cambios de Humedad
Cuando un hormigón endurecido se deja secar experimenta una contracción de volumen que luego se revierte al permitirle absorber agua. Si bien este comportamiento es conocido desde hace tiempo los efectos no se habían asociado claramente a sus consecuencias sobre los pavimentos. En efecto, mediciones de laboratorio indican que al pasar de un estado seco a saturado el hormigón experimenta un cambio en sus dimensiones del orden de 0,3 mm. por cada metro de longitud Se ve también que la absorción de agua es relativamente rápida y lenta su expulsión; lo que refleja que el estado mecánico normal de tensiones nulas en el hormigón es el estado saturado, y que al producirse el secamiento por evaporación lenta los capilares internos se van cerrando paulatinamente. Al existir agua libre los capilares en tensión la succionan, incorporándola tan rápidamente como la viscosidad del agua lo permite.
Durante cada Invierno lluvioso la estructura completa del pavimento puede suponerse que alcanza un grado de saturación relativamente uniforme y elevado. Tan pronto cesan las lluvias y a través de todo el Verano – Otoño el secamiento del pavimento progresa lentamente desde la superficie hacia abajo. Entretanto en la base y consecuentemente en la cara inferior de las losas, el grado de saturación permanece elevado, produciéndose en el pavimento un cierto gradiente de humedad que es máximo hacia el final del Otoño.
COMPORTAMIENTO ESTRUCTURAL
El pavimento de hormigón simple con juntas es una estructura constituida por losas de dimensiones finitas, cuyas condiciones de contorno son el apoyo sobre la base y las restricciones en los bordes que le imponen las losas adyacentes, a través de la trabazón mecánica en las caras irregulares de la grieta inducida.
Los ejes cargados transitan sobre el pavimento pasando de una losa a otra, con el efecto de que en ellas se inducen esfuerzos internos y deformaciones que acumulan fatiga en cada pasada. Por lo que se ha visto, el pavimento no es una estructura estática sino que se mueve al ritmo de los gradientes térmicos (de ciclo diario) y de los gradientes de humedad (de ciclo estacional), los que afectan las condiciones de contorno de las losas. Las investigaciones han demostrado que por efectos de esos gradientes, las losas de los pavimentos tienden a permanecer la mayor parte del tiempo en una condición estructural de alabeo cóncavo (Figura a), con apoyo en la zona central de la losa y bordes ligeramente despegados de la base En estas condiciones la posición crítica de carga se da cuando el eje pisa el borde transversal de la losa.
La condición de alabeo convexo (Figura b) habitualmente considerado el estado critico para el dimensionamiento de espesores, es un estado particular de corta duración que se da cuando el Sol calienta fuertemente la superficie del pavimento y los bordes de juntas se encuentran libres de girar. Tan pronto la temperatura media de la losa se eleva lo suficiente como para aproximarse al bloqueo de las juntas, la condición real de las losas es más bien similar a la que se muestra en la Figura c. En tales condiciones de alabeo más bien cilíndrico, los bordes de las losas están bien apoyados y no constituyen un caso crítico en cuanto a consumo de fatiga se refiere.
COMPORTAMIENTO FUNCIONAL
La funcionalidad de un pavimento de hormigón, siendo óptima cuando nuevo, comienza a deteriorarse cuando las losas empiezan a escalonarse en las juntas transversales a causa de la acumulación de arena fina bajo el borde de aproximación a la junta (figura de abajo). El factor desencadenante del escalonamiento es el fenómeno de bombeo del agua libre que ésta presente en el espacio entre la losa y la base, accionado por las cargas del tránsito. Para controlar el fenómeno de bombeo y consecuentemente el desarrollo de escalonamientos, entre losas, basta con atacar la causa principal, eliminando el agua mediante un efectivo drenaje. Si junto a esto se mejoran las condiciones de transferencia de carga en las juntas, se disminuyen las deflexiones y se habrá actuado sobre otra de las causas, además de mejorar las condiciones de trabajo estructural como ya se ha visto.
Otro comportamiento considerado típico es que el escalonamiento se desarrolla esencialmente en losas alabeadas sanas. Tan pronto las losas se subdividen por agrietamiento, las condiciones de apoyo mejoran y disminuyen las deflexiones; produ-ciéndose una disminución o al menos una estabilización de los escalonamientos Según se ha podido apreciar en terreno y confirmar con mediciones objetivas, la funcionalidad del pavimento no se afecta en general por la aparición de grietas, sino hasta un considerable tiempo después cuando los bordes quebrados comienzan a desconcharse o se saltan, produciendo una oquedad de tamaño suficiente para que las ruedas de los vehículos caigan en ella, haciéndolas notorias. Esta importante observación permite destacar el hecho de que cuando el pavimento se agrieta su vida funcional no se termina sino que sólo cambia de fase.
REFERENCIAS
Instituo Chileno del Cemento y el Hormigón. Pavimentos De Hormigon. Especificaciones Generales Construccion Inspeccion. Chile 1987
M. Poblete et al, «Efectos de la Humedad en el Comportamiento de Pavimentos de Hormigón». VIII Jornadas Chilenas del Hormigón. Pucón, Chile. Octubre, 1990.
S. Vaccaro, «Estudio y Determinación de Propiedades de Hormigones Porosos a ser Usados en La Construcción de Bases y Bermas de Pavimentos de Hormigón». Memoria para optar al título de Ingeniero Civil, Universidad de Chile.
A. M. Neville, Properties of Concrete. Pitman Pub.