Reservorio de la Junta y Diseño de Sellador

Esta opción permite el diseño del reservorio para alojar el material de sello de la junta transversal que es un elemento muy importante en el diseño de pavimentos rígidos. Un reservorio de junta adecuado ayudará a asegurar el desempeño apropiado del sellador a lo largo de la vida del pavimento.

Los datos que se requieren para dimensionar el reservorio son: el coeficiente de retracción térmica del hormigón, el rango de temperatura estimado desde el momento de la colocación del hormigón a una temperatura mínima promedio, el coeficiente de retracción por secado del hormigón y un factor de fricción losa-base (diferente del coeficiente de rozamiento).

Figura 3.13. Diseño de reservorio de juntas y sellador

Las propiedades requeridas son: el material del sellador, su deformación admisible y el factor de forma aplicable, el espaciamiento de juntas transversales (que ha sido introducido en la pestaña

Información Adicional según se detalló en 3.2). A continuación se analizan en detalle estos datos.

Los resultados a obtener serán el ancho mínimo recomendado de la abertura de juntas y la profundidad a la cual se debe colocar el sellador, sin embargo, en algunos casos estos valores pueden ser menores a los mínimos especificados por el fabricante, en este caso deberán usarse estos últimos.

3.2.2.1. Coeficiente de Expansión Térmica del Hormigón

El coeficiente de expansión térmica del hormigón es una medida del cambio de dimensiones del material cuando está sujeto a variaciones de temperatura. El coeficiente de expansión térmica depende de factores como la relación agua cemento, la edad del hormigón, el contenido de cemento y la humedad relativa del ambiente, sin embargo, el tipo de agregado grueso en la mezcla tiene el mayor impacto en este coeficiente. Algunas guías para estimar este valor, en base a diferentes tipos de agregado grueso se presentan a continuación. Debe notarse que este cuadro está bajo revisión y debe usarse con precaución.

Tipo de Agregado Grueso Coeficiente de Expansión Térmico 10-6 mm/mm/ºC (10-6 pg/pg/ºF) Cuarzo 11.91 (6.6) Arenisca 11.7 (13.5) Grava 10.8 (6.0) Granito 9.5 (5.3) Basalto 8.6 (4.8) Caliza 6.8 (3.8)

Tabla 3.12. – Coeficiente de expansión térmica en función al tipo de agregado grueso

Ref. AASHTO Guía de Diseño Parte II. Sección 2.5.2. y Tabla 2.10.

3.2.2.2. Rango de Temperatura de Colocación del Hormigón a una Temperatura Mínima

El rango de temperatura que se requiere para el cálculo de la apertura de juntas es la diferencia entre la temperatura al momento de vaciado del hormigón y la mínima promedio en la zona del proyecto. Este rango permite estimar el acortamiento de la losa.

3.2.2.3. Coeficiente de Retracción por Secado de la Losa de Hormigón

La retracción del hormigón se debe a la evaporación paulatina del agua de la mezcla, que origina también un cambio en su longitud. Depende del contenido de cemento; los tipos de mezclas y agregados utilizados; el uso de aditivos; el contenido de agua; el método y condiciones de curado y los distintos tipos de agregados, se requiere estimar un valor de retracción a los 28 días. En ausencia de mayores datos, se presenta a continuación un valor de retracción estimado en base al esfuerzo de tensión indirecto, cuyo ensayo se realiza bajo ASTM C 476. Como un valor aproximado, puede considerarse que la resistencia a la tracción indirecta estará en el orden del 86% del módulo de ruptura S´c.

Tensión Indirecta 28 días

Esfuerzo en KPa (psi) Retracción, mm/mm o pg/pg

menor a 2,100 (300) 0.0008 2.800(400) 0.0006 3.400(500) 0.00045 4.100(600) 0.0003 mayor a 4.800 (700) 0.0002

Tabla 3.13. Retracción en función a la resistencia a la tensión indirecta

Ref. AASHTO Guía de Diseño Parte I. Sección 2.5.2. y Tabla 2.9.

3.2.2.4. Coeficiente de Ajuste por Fricción entre Losa y Subbase

Con los valores hasta ahora presentados se podría considerar que la losa puede moverse libremente, sin embargo, al existir una cierta fricción con la capa subyacente, se requiere utilizar un factor de ajuste que considere la restricción al movimiento en la junta transversal. Los valores recomendados son simplemente 0.65 para una base estabilizada (como ser una base tratada con cemento u hormigón pobre), y un valor de 0.80 para una base granular. Ref. Guía de Diseño AASHTO Parte II. Sección 3.3.3.

3.2.2.5. Tipo de Sellador

Existen tres categorías de materiales para sellar juntas transversales que se pueden especificar: bituminosos; silicona y materiales preformados. Todos los materiales comúnmente usados caen en una de las siguientes categorías:

Selladores Bituminosos

Los selladores en base a petróleo son una familia de materiales de sellado, termoplásticos moldeados en la obra, que pueden ser aplicados en caliente o en frío, pueden ser modificados con una variedad de productos, incluyendo fibras, goma y polímeros. Su vida útil está entre 5 a 10 años dependiendo del producto. Deben cumplir con las normas ASTM D1190, D3405, D3406 y D1850.

Silicona o Poliuretano

Los selladores de silicona se aplican en frío, son materiales termoajustables que tradicionalmente, han requerido de herramientas después de colocados para lograr una forma adecuada, sin embargo, actualmente existen selladores autonivelantes que no requieren de herramientas para su formado. La durabilidad de este tipo de productos varía entre 10 a 15 años.

Selladores Preformados

Selladores de juntas preformados, fabricados en base a neopreno, goma u otro material sintético, tienen un diseño de sección transversal que mantiene el sellador comprimido en la junta, otros selladores requieren de la aplicación de un pegamento o de un lubricante.

Los selladores de base bituminosa, silicona o poliuretano, se moldean en obra y para el diseño del sellador se requiere conocer su deformación admisible, normalmente se diseñan a la tracción y con este dato se puede determinar el ancho del reservorio de la junta. Con el factor de forma recomendado se puede determinar la profundidad del reservorio.

Deformación Admisible del Sellador

La deformación admisible del sellador es un valor especificado por el fabricante y toma en cuenta las características específicas de tracción del material de sello. Esta información normalmente está disponible en las cartillas de cada producto. Un valor típico para un sellador en base a petróleo es de 0.25 y para selladores de silicona o poliuretano es de 0.50. El valor representa el porcentaje al cual se puede elongar el material de sello. Este concepto no es aplicable a selladores preformados puesto que ellos se introducen comprimidos dentro de la junta. Ref. Guía de Diseño AASHTO Parte II. Sección 3.3.3.

Factor de Forma del Sellador

Es la relación recomendable entre la profundidad y el ancho y(P/A) del sellador. Para selladores en base a petróleo esta relación varía entre 1:1 hasta 2:1, es decir que la profundidad dentro de la caja del sellador puede variar entre una a dos veces el ancho. Para selladores de silicona o poliuretano, estos valores varían en función del fabricante siendo la más común de 1:2. Este factor debe ser introducido en el programa como un decimal (0.5 para un factor de forma de 1:2). Es importante revisar siempre la cartilla de recomendaciones del fabricante, puesto que existen valores mínimos recomendados tanto para el ancho así como para el espesor. Otros productos también cuentan con factores de forma recomendados por el fabricante.

3.2.2.6. Apertura de la junta

La apertura calculada de la junta corresponde al valor máximo esperado en una junta de contracción que ocurre a la temperatura mínima promedio, de acuerdo con la Guía de Diseño AASHTO Parte II. Sección 3.3.3. Ese valor de la apertura se utiliza para determinar el ancho requerido del reservorio del sellador.

3.2.2.7. Ancho del Reservorio de Junta

El ancho mínimo recomendado para el reservorio de la junta es una función de la apertura calculada de la junta y de la deformación admisible para un sellador específico. Se calcula al dividir la apertura de la junta entre la deformación admisible del sellador.

3.2.2.8. Espesor mínimo del sello

Es el espesor mínimo calculado en la parte central del sellador, es decir que en ningún lugar del reservorio debería existir un espesor menor. Este valor se calcula al multiplicar el ancho del reservorio de la junta por el factor de forma del sellador. Es importante referirse a las especificaciones del proveedor del material ya que, especialmente cuando se utilizan juntas próximas los valores mínimos recomendados pueden resultar mayores a los calculados. Usualmente el ancho mínimo para la apertura de juntas es de 6mm.

3.2.2.9. Profundidad Mínima del Sello

Se refiere a la profundidad que debe tener el material del sello en la parte central de la junta. Este valor se calcula mediante el factor de forma y se refiere únicamente al material del sello de juntas. Cuanto se utilizan espaciamientos cortos y bajos rangos de temperatura, tanto la apertura como la profundidad pueden estar fuera de los límites prácticos, por este motivo es importante revisar las recomendaciones de los fabricantes antes de adoptar un valor.

3.2.2.10. Profundidad Mínima de Corte de Ampliación

Se refiere a la profundidad total de ampliación para alojar el material del sello de juntas y la tira de respaldo denominada en inglés “backer rod”. Esta tira de respaldo, de sección circular es un material fácilmente compresible que permite reducir el volumen de sellador requerido evitando que éste se adhiera a la parte inferior, de manera que el sello trabaje únicamente a tracción o compresión.

Cabe aclarar que inicialmente se realiza un corte de plano de debilitamiento para inducir la fisuración por debajo de la junta transversal, este corte debe realizarse a 1/3 del espesor de la losa, sin embargo, para alojar el material de sello, se debe realizar un corte de ampliación que contemple el ancho calculado del sellador y una profundidad en la que se establezca tanto el espesor de ampliación así como el diámetro de la tira de respaldo (backer rod). En función del ancho, DIPAV calcula un diámetro de la tira de respaldo algo mayor que el ancho calculado, de manera que este elemento no se mueva dentro de la junta. Adicionalmente, es necesario considerar que el sello debería estar remetido dentro de la junta en al menos 3 mm en la parte central para protegerlo del tráfico vehicular.

Puesto que los selladores deben desplazarse 3 mm, este valor se añade al cálculo para la profundidad del sellador, de este modo, para juntas transversales, la profundidad mínima es de 12.5 mm y para juntas longitudinales 9.5 mm. La profundidad sugerida por DIPAV es la mínima requerida y el diseñador debe hacer un ajuste por razones prácticas en función del diámetro de tira de

respaldo disponible y la ovalización que ésta pueda presentar. Ref. AASHTO Guía de Diseño Parte II. Sección 3.3.3