Pavimentos de Hormigón con Losas Cortas

Tal como se adelantó en el Capítulo 1, un diseño de hormigón con losas cortas consiste en reemplazar las losas tradicionales de hormigón (AASHTO), usualmente de 3,5 a 4 m de largo y 3,7 de ancho (ancho de pista), por losas más pequeñas que distribuyen la carga de tránsito de manera inteligente. El largo de estas losas pequeñas está comprendido varía entre 1,2 y 2,4 m. El concepto fundamental de diseño consiste en que cada losa sea cargada en todo momento por un solo set de ruedas por eje, con lo cual disminuyen las tensiones en las losas y por ende el agrietamiento producto del efecto combinado entre las cargas de tránsito pesado y el alabeo producido en las losas. Esto se puede observar en la Figura 2-12.

Figura 2-12: Losas Tradicionales vs Losas Cortas Cargadas Mecánica y Térmicamente (Covarrubias V., 2012).

22 Los pavimentos de hormigón de losas cortas, pueden ser empleados tanto en proyectos de pavimentos nuevos y reconstrucción de pavimentos, como en rehabilitaciones de pavimentos existentes de asfalto, hormigón, o pavimentos compuestos.

2.2.1. Modelación del Suelo

Un aspecto importante de los pavimentos de losas cortas es la modelación del suelo. Para disminuir las tensiones por punzonamiento, se recomienda utilizar bases blandas, con una capacidad de soporte CBR entre 20 y 50%, para mejorar el apoyo de las losas en el suelo y disminuir el voladizo de los extremos producto de alabeos.

2.2.2. Modificaciones de Diseño

Debido a que se trabaja con losas de dimensiones más pequeñas, se deben considerar algunas modificaciones en el diseño, a fin de que el pavimento logre un buen comportamiento durante la vida de diseño:

 Un diseño de pavimento de losas cortas considera una mayor cantidad de cortes de juntas. Por ejemplo, para un pavimento de losas cortas de 1,75x1,75m con berma de hormigón, se tiene una cantidad de cortes aproximada de 4500 m lineales por km en una pista, en tanto que un diseño de hormigón tradicional de losas de 3,5 m posee una cantidad aproximada de cortes de 1230 m lineales por km en una pista. Debido a esto, el diseño no contempla el sello de juntas, de modo que, para impedir el ingreso de material incompresible a la junta, se limita el espesor del corte, utilizando una hoja de sierra delgada de ancho igual o inferior a 2,5 mm.

 Debido a la mayor cantidad de juntas de contracción sin sellar, es necesario utilizar una base granular que sea menos susceptible al agua y que reduzca al mínimo la posibilidad de bombeo y por ende escalonamiento. Para lograr esto, se debe limitar la cantidad de material fino de la base que pasa por el tamiz #200 (indicar abertura del tamiz en mm) a un 8%.

 Debe contemplarse el uso de una malla geotextil que actúe como capa de separación entre la subrasante y la base, a fin de que a esta última no ingrese material fino desde la subrasante.

 Debido a la gran cantidad de cortes de sierra, el diseño estándar de este tipo de pavimentos no considera el uso de barras de amarre ni elementos de traspaso de carga, por lo que la transferencia de carga desde una losa cargada a las losas vecinas se realiza principalmente por el roce de agregados en la junta. Considerar barras de traspaso en las juntas no es recomendable y es costoso. Sin embargo, se debe utilizar barras de traspaso de carga en las juntas de construcción. Para pavimentos de más de 15 cm de espesor, se deben utilizar barras de 25 mm de diámetro y 35 cm de longitud, espaciadas a una distancia de 30 cm. Para losas de menos de 15 cm de espesor, las barras deberán ser planas (barras en forma de diamante), pudiendo utilizarse también barras de acero estriadas de 10 mm de diámetro y 65 cm de longitud, colocadas a una separación de 50 cm (MINVU, 2016).

23  Con el fin de evitar el desplazamiento lateral de las losas, estas deben estar sujetas en el borde longitudinal ya sea con una berma de hormigón o estacas (pines) de acero verticales. Para este último caso, el Código de Especificaciones y Normas para Obras de Pavimentación vigente (MINVU, 2016) recomienda emplear dos estacas de acero por losa, de 12 mm de diámetro y 30 cm de longitud, enterradas en el borde exterior del pavimento, en la base y tocando la losa para afianzarla. También se puede considerar el uso de fibras estructurales en el hormigón.

El diseño de pavimentos de hormigón con losas cortas permite obtener una reducción en el espesor de las losas entre 4 y 10 cm con respecto a pavimentos de hormigón diseñados con métodos tradicionales tales como AASHTO 98, reduciendo el costo de construcción en aproximadamente un 20% del costo inicial (Covarrubias V., 2012). No obstante, estos niveles de ahorro podrían verse reducidos considerando un diseño de pavimento tradicional con la MEPDG calibrada para Chile (Delgadillo et al., 2014).

Considerando lo anterior, se tiene que, en principio, el aumento costos asociados a las modificaciones de diseño tales como mayor longitud de corte de juntas, instalación de geotextil, entre otros, se ven compensados por un ahorro en la cantidad de hormigón utilizado en la pavimentación.

Con respecto al corte de juntas, actualmente existen sistemas de corte en estado fresco de hormigón (Valverde, 2013). Debido al estado fresco de la mezcla, se obtienen de corte considerablemente más altos, del orden de 2 a 7 m lineales por minuto (120 a 420 m por hora), en comparación a cortadoras de hormigón endurecido que ofrecen rendimientos mucho más bajos (del orden de 20 m lineales por hora). Considerando la mayor cantidad de juntas en pavimentos de losas cortas, resulta conveniente emplear la tecnología SoffCut, a fin de reducir los tiempos de ejecución de cortes.

2.2.3. Desempeño de los Pavimentos de Losas Cortas

A la fecha, no existe experiencia acerca del desempeño de estos pavimentos en el largo plazo. Sin embargo, las modificaciones de diseño atacan la perdida de serviciabilidad y rugosidad superficial.

Debido a las dimensiones menores de las losas, disminuye el alabeo, por lo que las diferencias de altura entre los bordes y el centro de las losas es menor, logrando superficies más planas y contribuyendo a la regularidad superficial. Por otro lado, se tiene el doble de juntas en las losas cortas, las que además no suelen sellarse y tampoco usan barras de traspaso de carga, lo que tiene un efecto negativo en el deterioro de juntas, escalonamiento y la regularidad superficial en el tiempo.

El diseño de pavimentos con losas cortas contempla bases granulares con una cantidad limitada de finos. Esto provoca que las partículas gruesas estén en contacto entre sí, lo que impide un cambio volumétrico y perdida de soporte en caso de la remoción de finos en presencia de agua. Esto debería contribuir a controlar el bombeo de finos, lo cual reduciría el escalonamiento.

En base a experiencias con capas de refuerzo de hormigón con losas cortas en circuitos de prueba en Minnesota (Estados Unidos) durante los años 1992 a 2007, se determinó que alejar las

24 juntas longitudinales de las huellas de tránsito, reduce significativamente el agrietamiento en las esquinas interiores del pavimento (Synder, 2008). Se construyeron 10 circuitos de prueba, de los cuales 2 tenían un espesor de 3 pulgadas (75 mm): uno con losas de 1,2 x 1,2 m, y otro con losas de 1,5 x 1,8 m. El primer circuito, a pesar de tener losas más cortas y, teóricamente, menor alabeo y escalonamiento, presentó significativamente más grietas de esquina respecto del circuito con pistas de 1,5 x 1,8 m.