El daño calculado y acumulado es un parámetro mecanicista que representa el índice relativo de daño asociado a la carga en la estructura del pavimento. Cuando el “daño” es muy pequeño (p. ej. 0.0001) no se esperaría que la estructura del pavimento presente algún deterioro físico como agrietamiento o escalonamiento. A medida que el “daño” calculado aumenta a un valor significativo (p. ej. 0.1 o mayor), se puede esperar el desarrollo de deterioros visibles en algunas zonas a lo largo del proyecto.
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El daño incremental se calcula mes a mes y es transformado a un deterioro físico del pavimento tal como agrietamiento transversal o escalonamiento usando modelos calibrados que relacionan el daño calculado con el deterioro observable.
Los deterioros estructurales considerados para el diseño de JPCP son Agrietamiento transversal de la losa de hormigón asociado a fatiga y deflexión diferencial asociada a escalonamiento de la junta transversal. El Agrietamiento transversal de la losa de hormigón puede iniciarse tanto en la superficie de la losa de hormigón y propagarse hacia abajo (agrietamiento de arriba hacia abajo) o viceversa (agrietamiento de abajo hacia arriba) dependiendo de las condiciones de carga y del ambiente del lugar del proyecto, así como también propiedades de los materiales, características del diseño, y condiciones durante la construcción. Ambos tipos de agrietamiento son considerados en la Guía Empírico – Mecanicista de Diseño de Pavimentos. El daño se acumula diferencialmente para cada uno de los distintos deterioros y por ende requieren ser considerados en forma separada. A continuación, se explica la acumulación de daño en el proceso de dichos deterioros para pavimentos tipo JPCP.
2.2.5.1. Agrietamiento Transversal de Abajo hacia Arriba
Cuando los ejes de camiones se encuentran cerca del borde longitudinal de la losa, al medio entre las juntas transversales, se produce un esfuerzo de flexotracción crítico en el fondo de la losa como se muestra en la Figura 2.2-2. Dicho deterioro aumenta considerablemente cuando se produce un gradiente de temperatura positivo muy alto a través de la losa (la parte de arriba está más caliente que la parte de debajo de la losa). Cargas de tránsito repetidas de ejes pesados bajo dichas condiciones producen un daño por fatiga a lo largo del borde al fondo de la losa, el cual resulta eventualmente en una grieta transversal que se propaga hasta la superficie del pavimento. Con el tiempo, las grietas transversales en el pavimento se pueden deteriorar y generar rugosidad. Las medidas más efectivas para limitar el agrietamiento transversal de abajo hacia arriba incluyen las siguientes:
o Aumentar el espesor de la losa.
o Reducir el espaciamiento de juntas
o Usar losas ensanchadas.
o Usar mezclas de hormigón con Coeficiente de Expansión Térmica (CET) más bajo.
o Proveer una berma de hormigón amarrada.
o Usar una mezcla de hormigón con una mayor resistencia.
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Figura 2.2-2: Posición crítica para Agrietamiento de abajo hacia arriba
2.2.5.2. Agrietamiento Transversal de Arriba hacia Abajo
Cargas repetidas de camiones pesados con ciertos espaciamientos entre ejes cuando el pavimento se encuentra expuesto a un diferencial de temperatura negativo alto (la superficie de la losa está más fría que la parte más baja de la misma) ocasionan un daño en la superficie de la losa, el cual podría eventualmente derivar en un agrietamiento transversal o diagonal que se inicia en la superficie del pavimento.
La condición crítica de carga para el agrietamiento de arriba hacia abajo implica una combinación de ejes que cargan los bordes opuestos de la losa en forma simultánea. Bajo la presencia de un gradiente de temperatura negativo alto, dicha combinación de carga provoca un esfuerzo por tracción grande en la superficie de la losa cerca del borde crítico, como se muestra en la Figura 2.2-3. Dicho tipo de carga se da frecuentemente bajo la combinación de ejes de dirección y tracción de camiones y otros vehículos. Múltiples remolques con un espaciamiento relativamente corto entre eje de remolque a remolque son otra de las comunes causas de las cargas críticas para agrietamiento de arriba hacia abajo. El esfuerzo de arriba hacia abajo se vuelve crítico cuando se presenta una cantidad significativa de alabeo hacia arriba permanente. Así, el agrietamiento de arriba hacia abajo se puede controlar efectivamente empleando las siguientes medidas:
o Aumentar el espesor de la losa.
o Reducir el espaciamiento entre juntas.
o Proveer bermas amarradas de hormigón.
o Emplear losas ensanchadas.
o Usar una mezcla de hormigón con resistencia más alta, con CET y retracción más bajos.
o Usar base estabilizada.
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Figura 2.2-3: Posición crítica para Agrietamiento de arriba hacia abajo
2.2.5.3. Escalonamiento de Juntas
Las cargas repetidas de ejes pesados que cruzan las juntas transversales crean el potencial para el escalonamiento de juntas, como se muestra en la Figura 2.2-4. El escalonamiento se puede volver severo y provocar pérdida en la calidad de rodado requiriendo de rehabilitación prematura si alguna de las siguientes condiciones ocurre:
o Repetidas cargas de ejes pesados.
o Baja eficiencia de transferencia de carga de la junta (ETC)
o Presencia de finos bombeables bajo la junta; una base/subbase/sub-rasante erosionable.
o Presencia de humedad libre bajo la junta.
Las medidas más efectivas para controlar el escalonamiento de juntas incluyen las siguientes:
o Proveer barras de transferencia de carga.
o Aumentar el diámetro de las barras de transferencia de carga.
o Usar losas ensanchadas.
o Proveer una base menos erosionable.
o Especificar un espaciamiento de juntas menor.
o Mejorar las propiedades del agregado mayor (tamaño del agregado máximo, etc.).
o Proveer una berma amarrada.
o Proveer sub drenaje (particularmente para pavimentos sin barras de traspaso de carga).
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Figura 2.2-4: Posición crítica para escalonamiento