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Boletín Técnico / Junio 2014 / Número 51

Las juntas en los pavimentos de concreto

Las juntas en los pavimentos de concreto y en las construcciones en concreto en general son necesarias por diversas razones. Los cambios volumétricos por cambios de temperatura y humedad, la suspensión y reanudación del trabajo y el aislamiento de estructuras, son algunas de las razones del uso de juntas.

DESCARGAR

Por ejemplo, el concreto es un material que por su naturaleza tiende a contraerse y cambiar de volumen ante cambios térmicos y de humedad, este hecho, sumado a las restricciones circundantes a los elementos, provocan agrietamiento en el concreto. Con tal de prevenir el agrietamiento aleatorio se utilizan juntas, que en tales circunstancias no son más que una grieta inducida o controlada (ver Ilustración 1).

De manera sencilla puede decirse que el uso de las juntas armoniza el comportamiento propio del material con las limitaciones de la aplicación y las necesidades constructivas que puedan presentarse durante la ejecución de los proyectos de pavimentación. "Los sistemas adecuados de junteo para pavimentos de concreto aseguran la capacidad estructural y calidad de conducción" (ACI 224.3R-95, 2002).

 

GrietaJunta

Ilustración 1. Grieta inducida por una junta aserrada

Tipos de juntas en los pavimentos de concreto y su funcionamiento

En el caso de los pavimentos de concreto, las juntas pueden dividirse según su función en tres grandes grupos: juntas de contracción, aislamiento o expansión y de construcción. Asimismo, según su geometría pueden dividirse en juntas longitudinales y juntas transversales.

Juntas de contracción

Los pavimentos de concreto se contraen una vez que el concreto empieza a fraguar y endurecerse, sin embargo la restricción ocasionada por la base provoca que el concreto, a temprana edad, se agriete al contraerse.

Las juntas de contracción permiten que las grietas causadas por esta contracción sean definidas en un lugar predeterminado, con bordes más fuertes, más fáciles de sellar y de mantener, caso contrario de las grietas, que si bien es cierto siguen un patrón de ocurrencia más o menos definido, lo errático de los bordes favorece el despostillamiento de las mismas y dificulta las operaciones de sellado, mantenimiento y reparación.

Los cambios de temperatura que ocurren en el pavimento a lo largo del día y la noche provocan alabeos en las losas, los cuales, sumados a las condiciones de carga del pavimento, generan esfuerzos de tensión y agrietamiento en el concreto. Un correcto espaciamiento de las juntas de contracción puede minimizar la ocurrencia de grietas por cambios térmicos al reducir los efectos perjudiciales del alabeo.


El espaciamiento entre las juntas transversales de contracción debe definirse en el diseño. Es recomendable que la relación de aspecto o coeficiente de esbeltez de la losa (largo/ancho) esté comprendida entre 0.71 y 1.4, preferiblemente las losas resultantes deben ser lo más cuadradas posibles.

Para las condiciones locales de Nicaragua es recomendable una relación de aspecto entre 0.8 a 1.25 con una separación máxima entre juntas de contracción alrededor de 15 veces el espesor de la losa de concreto.

En el caso de los pavimentos, las juntas de contracción se construyen mediante el aserrado del concreto con sierra de disco (ver Ilustración 2). El aserrado debe realizarse entre 4 a 12 horas después del colado del concreto, con una profundidad de 1/3 del espesor de la losa, este corte generará un plano débil por donde se producirá la grieta. Si se utiliza cortadoras de corte en verde (concreto fresco), el tiempo puede reducirse de 1 a 4 horas.

El tiempo en el que se realiza el corte es fundamental para que la junta trabaje adecuadamente. Si el corte se realiza muy pronto, el concreto no ha endurecido lo suficiente para soportar el corte de sierra y el resultado será una junta despostillada que deberá repararse. 

 

CorteJunta

Ilustración 2. Aserrado de junta de contracción 

Si el corte se realiza demasiado tarde, la grieta se formará en un lugar distinto a la junta y generará los problemas conexos de mantenimiento y reparación. Esto es crítico para el desempeño del pavimento si la transferencia de carga entre una losa y otra se realiza mediante dovelas, dado que si la grieta se forma fuera de su área de influencia, las dovelas no trabajarán.

Para evitar estos problemas, es fundamental determinar el tiempo o ventana de corte para cada proyecto específico. Es recomendable un tramo de prueba en el sitio del proyecto, con los materiales, la mezcla, equipos a utilizar y horario de colocación para su determinación.

Las juntas de contracción pueden ser transversales y longitudinales. Las juntas transversales deben cortarse primero, siempre tratando de reducir los esfuerzos de contracción. Para esto, el corte de las juntas transversales debe empezar por la mitad del tramo, luego se debe cortar a la mitad de los 2 tramos resultantes, a partir de este punto puede cortarse cada dos juntas y luego la del centro.

Juntas de aislamiento o expansión

Como ya se ha mencionado, el concreto expuesto a cambios térmicos experimentará cambios volumétricos, este hecho además de provocar las grietas por contracción, que son minimizadas por las juntas aserradas (juntas de contracción), también provoca que las estructuras construidas dentro o alrededor de las losas sean presionadas contra estas.

Esta presión entre las losas de concreto y las estructuras aledañas provoca esfuerzos concentrados que agrietan el pavimento. Para evitar esta situación, alrededor de toda estructura que esté en contacto con el pavimento debe construirse una junta de aislamiento.


Estas juntas de aislamiento permiten el movimiento relativo, horizontal y/o vertical, entre las losas de concreto y las estructuras, de manera tal que absorben o minimizan los esfuerzos que pueden resultar en grietas. Las juntas de aislamiento deben construirse alrededor de pozos de visita, entradas de alcantarilla y en los bordes entre el pavimento y la cuneta (en caso de existir).

En el caso de los pozos de visita o de estructuras embebidas dentro del pavimento, las juntas de aislamiento se construyen formando aberturas circulares o en forma de diamante (ver Ilustración 3). Estas aberturas no serán llenadas hasta que el concreto del pavimento alrededor de la abertura haya endurecido y que se haya colocado un material aislante a todo el espesor de la junta, de forma tal que separe el concreto endurecido y el nuevo concreto.

 

JuntaAislamiento

Ilustración 3. Junta de aislamiento en un pozo de visita 

Un tipo de junta de aislamiento o expansión especial es aquella que se construye entre las mismas losas del pavimento para aislar completamente una de la otra, pero en estas se utilizan dovelas para transferir carga de una losa a la otra.

Juntas de construcción

En los proyectos de pavimentación muchas veces se requiere suspender el trabajo y continuarlo posteriormente, pero, para que exista continuidad estructural entre una colada y otra, el pavimento debe proveerse de una junta de construcción antes de retomar el trabajo.

Por lo general, estas suspensiones de trabajo ocurren entre el final de una jornada laboral y la siguiente o cuando el tiempo entre una colada y otra ha superado el tiempo de fraguado inicial del concreto.

Las juntas de construcción pueden ser planeadas o no, sin embargo es conveniente lograr que las juntas de construcción transversales coincidan con la localización de una junta de contracción.

 

 JuntaConstruccion

Ilustración 4. Junta de construcción longitudinal

Una junta de construcción que no coincide con una junta de contracción solo puede ejecutarse si no se ha colado aún la banda contigua. Asimismo, cuando se cuela la banda contigua será necesario reforzar la losa adyacente a la junta de construcción ejecutada fuera de lugar, si esto no ocurre, la losa se agrietará.

Dado que las juntas de construcción son juntas a tope, deben proveerse de transferencia de carga mediante el uso barras de acero (dovelas), lisas para el caso de las juntas de construcción transversales y corrugadas para el caso de la junta de construcción longitudinal, esta barra corrugada evita el desplazamiento de las losas hacia los lados y el ensanchamiento de la junta (ver Ilustración 4).


Algunos problemas relacionados con las juntas en los pavimentos

Como ya se ha visto, las juntas en los pavimentos no son más que mecanismos que permiten minimizar el agrietamiento aleatorio del concreto, y sus problemas conexos, por efecto de los cambios volumétricos que sufre a lo largo de su puesta en servicio.

Sin embargo, las juntas también traen consigo efectos secundarios que pueden afectar el desempeño del pavimento. Estos efectos secundarios están ligados principalmente a la intromisión de material no compresible dentro de la junta y a la filtración de agua hacia las capas de terracerías a través de la junta.

La intromisión de material incompresible acarrea consigo el despostillamiento de la junta. Cuando las losas se expanden por efecto de los cambios térmicos, las juntas tienden a cerrarse, lo que presiona el material incompresible despostillando la junta y rompiendo la losa (ver Ilustración 5). Las juntas despostilladas disminuyen el confort de los usuarios al circular por el pavimento y facilitan la filtración de una mayor cantidad de agua.

Por otro lado, la filtración de agua a través de las juntas trae consigo diversos problemas que condicionan el buen funcionamiento del pavimento. En principio, si la junta está provista de dovelas de transferencia de carga o de barras de amarre, el agua que se infiltre corroerá el acero y se perderá la transferencia de carga o el amarre entre las losas, cuyos efectos pueden ser nefastos para el desempeño estructural de la vía.

 

JuntasDespostilladas

Ilustración 5. Juntas despostilladas y losas agrietadas.

En el caso de juntas sin dovelas, el agua infiltrada puede disminuir la efectividad de la transferencia de carga por trabazón (fricción) de agregados, al producir un efecto lubricante entre las caras irregulares de la grieta que se forma debajo de la junta. Esta situación puede propiciar el escalonamiento de las losas (diferencial de nivel entre los dos lados de una junta) y otros deterioros estructurales como grietas de esquina

Asimismo, cuando el agua alcanza las capas inferiores del pavimento puede provocar cambios de volumen en la base y bombeo o eyección del material fino a través de la junta. Los cambios de volumen y bombeo ocasionan pérdida de soporte en la losa, lo que resulta en el agrietamiento del concreto (ver Ilustración 5).

El dilema del sello en las juntas de los pavimentos de concreto

Para reducir los problemas asociados a las juntas, la práctica convencional recomienda sellarlas con un material que según ACI 224.3R debe cumplir, entre otras cosas, con los siguientes requisitos:

  • Ser relativamente impermeable.
  • Deformarse para acomodar el movimiento y ritmo en que ocurra.
  • Tener suficiente recuperación de sus propiedades originales y forma.
  • Permanecer en contacto con las caras de la junta.
  • No romperse internamente (falla de cohesión).
  • No endurecerse o hacerse inaceptablemente quebradizo a bajas temperaturas.
  • Ser sustituible al final de una razonable vida de servicio.

En el caso de los pavimentos, se han utilizados materiales bituminosos, sellos de silicón y sellos pre-moldeados. Entre ellos, los más utilizados en Nicaragua son los sellos de silicón porque tienen una vida útil aceptable a un costo relativamente económico (ver Ilustracción 6).

Sin embargo, se debe tener presente la necesidad del cambio de este material como actividad de mantenimiento periódico. En dependencia de la vida útil del material, puede requerirse cambio el sello cada 4 o 5 años.

Una técnica que se está utilizando recientemente como alternativa al sello de las juntas consiste en producir una junta más delgada mediante el aserrado en verde de 3 mm de espesor. Con esta técnica se pretende minimizar el ancho de la junta por donde pueden introducirse las partículas incompresibles, limitando así el tamaño de las partículas que pueden despostillar la junta.

 

Sellado

Ilustración 6. Sellado de una junta con silicón 

Sin embargo, debe tenerse presente que por efectos de la contracción por secado, la junta terminará abriéndose más allá de los 3 mm y que por muy angosta que sea la junta, siempre se introducirá agua a través de ella y potencialmente se pueden producir los problemas mencionados con anterioridad.

Una de las medidas utilizadas para reducir los posibles efectos adversos de la filtración de agua a través de las juntas es la utilización de bases estabilizadas con cemento, que en teoría reducen el riesgo de bombeo de finos, sin embargo, se desconoce cuánto tanto tiempo pueden soportar dichas prestaciones, sobre todo en zonas con altas precipitaciones.

Conclusiones

Las juntas en los pavimentos de concreto son necesarias para garantizar un adecuado desempeño durante su vida útil, dado que armonizan el comportamiento del material con las limitaciones de la aplicación y las necesidades constructivas.

Para un correcto desempeño del pavimento, las juntas de contracción deben ser diseñadas en función de minimizar el agrietamiento ocasionado por los cambios de volumen que sufrirá el pavimento, tomando en cuenta las dimensiones de la vía y de las losas resultantes, así como el espesor del concreto que será colocado.

Todo elemento extraño a la superficie de rodadura que deba quedar inmerso en la losa de concreto, debe estar aislado mediante juntas de aislamiento adecuadamente construidas. Esto minimizará las posibles grietas que pueden generarse por el contacto losa-elemento.

Las juntas de construcción deben coincidir preferiblemente con las juntas de contracción para evitar problemas de agrietamiento. A las juntas de construcción transversales siempre se le deben colocar dovelas de acero lisas para asegurar la transferencia de carga entre una losa y la otra, a las juntas longitudinales se le deben colocar barras corrugadas para evitar el ensanchamiento de la junta.

Las juntas originan efectos adversos que deben ser evaluados y tratados para reducirlos. El sello es una de las medidas tomadas para ello, su utilización o no deberá estar sopesada considerando el nivel de tolerancia antes los problemas o costos que puedan surgir a raíz de tal decisión.

Bibliografía

ACI 224.3R-95 Juntas en las construcciones de concreto ACI 224.3R-95 [Libro]. - México, D.F. : Instituto Mexicano del Cemento y del Concreto A.C., 2002.


Pavimentos de concreto: Cuidado con la mezcla de concreto

Aunque el concreto puede producirse in-situ o en planta (premezclado), en la construcción de pavimentos de concreto es recomendable la utilización de concreto premezclado, entre otras razones por el estricto control de calidad que se da a los procesos de elaboración en planta, la capacidad de producción y entrega, la selección y almacenamiento de los materiales, la dosificación por peso y la dificultad de mezclar in-situ concretos de bajo revenimiento (secos) y en las cantidades requeridas durante la construcción de pavimentos (ver Ilustración 1).

La elección del revenimiento de la mezcla de concreto debe estar en función de los equipos de colocación disponibles, 3 a 4 pulg. para codales, reglas y rodillos vibratorios. El tamaño nominal máximo del agregado para losas de pavimento no debe superar 1/3 del espesor de la losa, se debe procurar que sea lo más grande posible, sobre todo cuando la transferencia de carga entre las losas será por trabazón de agregados (sin dovelas).

 

ConcretoPremezclado

Ilustración 1. Concreto premezclado de bajo revenimiento

La mezcla de concreto para pavimentos se especifica para cumplir un módulo de ruptura a la flexión o Mr, por lo que su control debe realizarse mediante la elaboración de viguetas. Sin embargo, puede aceptarse el control mediante cilindros convencionales para pruebas de resistencia a compresión, siempre y cuando en el momento del diseño de la mezcla se hayan elaborado especímenes de los dos tipos (cilindros y viguetas) que sirvan para determinar una ecuación de correlación específica para la mezcla de la forma Mr = C *√(f'c). Donde C es un coeficiente numérico.


¿Sabía usted?

Que la calibración de las máquinas de fuerza utilizadas para realizar pruebas de compresión en el concreto debe ser verificada rutinariamente, esto para garantizar la confiabilidad de sus resultados. Máquinas no calibradas pueden ser fuentes de controversias en los proyectos, dado que condicionan la precisión de los resultados.

Las verificaciones de calibración de las máquinas de fuerza, así como del resto de equipos utilizados en un laboratorio de materiales, deben ser realizadas por personal capacitado, con los conocimientos y equipos necesarios para tal fin.

Según ASTM C 39 las verificaciones deben realizarse al menos 1 vez cada 18 meses (de preferencia cada 12 meses), cuando sean instaladas, reubicadas, cuando se realicen mantenimientos, reparaciones o ajustes que afecten el sistema de fuerza y la salida de los resultados o cuando existan dudas acerca de la precisión de los mismos.

Las verificaciones se realizan mediante patrones de fuerza trazables, también conocidos como celdas de carga (ver Ilustración 1), los cuales permiten conocer la precisión y el error inherente a las mediciones de las máquinas, cuyos valores deben estar dentro de los límites permisibles. Por ejemplo, ASTM C 39 especifica que el porcentaje de error para las cargas con el rango de uso propuesto para la máquina de ensayo no deberá exceder ± 1.0 % de la carga indicada.

 

CeldaCarga

Ilustración 1. Celda de carga utilizada para verificar la calibración de una máquina de fuerza