A.GeneralidadesA.1 Definición de Pavimentos RígidosLos pavimentos rígidos de concreto son reconocidos como una solución vial debido a que siendo competitivos en términos de costos de construcción, destacan además por su larga vida, por su resistencia y por ser ecológicamente amigables. Entre sus principales fortalezas se deben considerar sus menores costos de mantenimiento y el menor costo de operación vehicular.Formado por una losa de concreto de cemento Portland sobre una base, sub base o directamente sobre la sub rasante. Trasmite directamente los esfuerzos al suelo de forma minimizada, es auto resistente. Hay que controlar el concreto.

A.2 Marco Histórico de los Pavimentos RígidosEl Estado panameño le faculta al Ministerio de Obras Públicas la potestad de estudiar, diseñar, construir y mantener las vías que en su conjunto forman la red vial. Esta red de caminos, carreteras y autopistas de 15,137.12 kilómetros a nivel nacional, diseminados en las diez provincias y cinco comarcas, tiene diferentes prototipos de superficies tales como: tierra, revestidos, tratamientos asfálticos, hormigón asfáltico y hormigón hidráulico.De los 15,137.12 kilómetros:

5.59 % (837.20 km), están construidos en hormigón hidráulico 35.47% (5,368.74 km), están cimentados en hormigón asfáltico y

tratamientos superficiales 28.25 % (4,276.21 km), poseen revestimientos de piedra o de

material selecto 30.69 % (4,645.76 km), están en tierra

Históricamente en la República de Panamá, el Ministerio de Obras Públicas ha optado por carreteras con superficies asfálticas o flexibles, basados en los criterios que estas tienen un costo de construcción menor y son más fácil de reparar; sin embargo su duración es muy corta (tienen una vida útil máxima de 15 años),además que uno de sus componentes (asfalto), es un derivado del petróleo que debe importarse, por ende es caro, con el agravante que contamina el ambiente y muchas veces no cumple con las especificaciones de calidad requeridas.Así tenemos que las rutas hechas en hormigón hidráulico desde 1935, se mantiene en uso, no obstante su mantenimiento ha sido poco, estas son: la Carretera Interamericana entre la frontera con Costa Rica y la población de Chepo, la Carretera Transístmica entre las ciudades de Panamá y Colón.

Desde 1980 hasta hoy, se han construido otras obras en hormigón hidráulico tales como: la Avenida Ricardo J. Alfaro, la autopista Panamá-Colón, la Carretera de Divisa a Las Tablas, los Corredores Norte y Sur y las tres fases de la Cinta Costera.Por los beneficios económicos, seguridad y comodidad, las empresas constructoras de viviendas en las ciudades de Panamá, Colón, David, Santiago, Chitré, Las Tablas y otras, han erigido calles de hormigón hidráulico, dado que duran muchos años y su mantenimiento rutinario se da en periodos largos.Analizando el tramo de la carretera Panamericana desde el hotel Riande Aeropuerto hacia Chepo y la población de Yaviza en Darién, el cual tiene 183.0 kilómetros, construida en 1980, de hormigón hidráulico el primer tramo hotel Riande Aeropuerto - Chepo y en base de piedra el segundo tramo Chepo - Yaviza. Debido a las condiciones climáticas del sector ya los sobre pesos que por la vía se transportaban tucas de madera, se deterioró en muchas ocasiones, dejando parte de los habitantes del distrito de Chepo y de la provincia darienita aislados.Con el Programa de Desarrollo Sostenible de Darién, promovido por el Programa de las Naciones Unidas para el Desarrollo y el Ministerio de la Presidencia, el Estado Panameño decidió en 2001 reconstruir la calzada del tramo Chepo hacia Darién, llevándola a pavimento de hormigón asfáltico (flexible), el cual fue terminado en 2003. Estos trabajos costaron 33.00 millones de Balboas. Un año después de finalizadas las tareas, los transportistas, periodistas y habitantes del área denunciaron el deterioro de la vía y que fue comprobado por el Ministerio de Obras Públicas, que la capa asfáltica presentaba la deficiencia llamada "cuero de lagarto", que luego se transformaba en huecos; a través de estos penetraba el agua y finalmente se desintegraba el pavimento, llegando al suelo natural.En las administraciones de los presidentes Moscoso, Torrijos y Martinelli se han invertido aproximadamente 30.0 millones de Balboas para rehabilitar diferentes tramos de la carretera al Darién, sin embargo las dificultades e incomodidades se mantienen.Después de invertirse más de 63 millones de Balboa el tramo de la carretera Panamericana entre Aguas Frías, Santa Fe y Metetí - Canglón se está deteriorando. Actualmente se terminó la construcción y rehabilitación en pavimento de hormigón asfáltico (flexible) del tramo de carretera Chepo - Cañita de 24.5 kilómetros a un costo de 59 millones, aunando el costo de esta carretera Panamericana.Con lo anterior expuesto sobre la carretera Panamericana, queda demostrado que la construcción de una vía en hormigón hidráulico como lo fue el tramo desde el hotel Riande Aeropuerto - Chepo con unos 34

años de vida, que actualmente se mantiene en buen estado con solo mantenimiento, demuestra a lo largo del tiempo lo económico y seguro de construir con este tipo de material.

A.3 Composición de los pavimentos rígidosLos pavimentos de concreto cuentan con una serie de capas que se sostienen desde la sub-rasante hasta la carpeta de rodadura. La calidad de los materiales que conforman las capas va mejorando a medida que se aproximan a la carpeta de rodadura.

Las capas que conforman el pavimento rígido son: sub-rasante, sub-base, y losa o superficie de rodadura como se muestra en la figura

Capas del pavimento rígido

Los elementos y funciones de un pavimento rígido son:

A.3.1 Sub-rasanteEs la capa de terreno de una carretera que soporta la estructura de pavimento y que se extiende hasta una profundidad que no afecte la carga de diseño que corresponde al tránsito previsto. Esta capa puede estar formada en corte o relleno y una vez compactada debe tener las secciones transversales y pendientes especificadas en los planos finales de diseño.El espesor de pavimento dependerá en gran parte de la calidad de la sub-rasante, por lo que ésta debe cumplir con los requisitos de resistencia, incompresibilidad e inmunidad a la expansión y contracción por efectos de la humedad, por consiguiente, el diseño de un pavimento

es esencialmente el ajuste de la carga de diseño por rueda a la capacidad de la sub-rasante. Se considera como la cimentación del pavimento y una de sus funciones principales es la de soportar las cargas que transmite el pavimento y darle sustentación, así como evitar que el terraplén contamine al pavimento y que sea absorbido por las terracerías.

A.3.2 Sub baseEs la capa de la estructura de pavimento destinada fundamentalmente a soportar, transmitir y distribuir con uniformidad las cargas aplicadas a la superficie de rodadura de pavimento, de tal manera que la capa de sub-rasante la pueda soportar absorbiendo la figura. Variaciones inherentes a dicho suelo que puedan afectar a la sub-base. La sub-base debe controlar los cambios de volumen y elasticidad que serían dañinos para el pavimento.Se utiliza además como capa de drenaje y contralor de ascensión capilar de agua, protegiendo así a la estructura de pavimento, por lo que generalmente se usan materiales granulares. Al haber capilaridad en época de heladas, se produce un hinchamiento del agua, causado por el congelamiento, lo que produce fallas en el pavimento, si éste no dispone de una sub-rasante o sub-base adecuada.

A.3.3 Capa de HormigónLa Capa de hormigón, losa o superficie de rodadura es la capa superior de la estructura de pavimento, construida con concreto hidráulico, por lo que debido a su rigidez y alto módulo de elasticidad, basan su capacidad portante en la losa, más que en la capacidad de la sub-rasante, dado que no usan capa de base.

A.4 Variaciones o Tipos de Pavimentos RígidosExisten tres tipos de pavimentos de concreto utilizados en vías:

A.4.1. Pavimento de concreto simple con juntasEn este tipo de pavimentos se requiere realizar juntas de contracción transversal que varían entre 3.5 y 6.0 m. La transferencia de carga entre paños adyacentes se puede dar mediante trabazón de agregados o mediante el empleo de pasadores.Las juntas inducen el agrietamiento propio del comportamiento del concreto por las tensiones originadas por los cambios de temperatura y humedad. Se recomienda no exceder los 4.5 m.

A.4.2. Pavimento de concreto armado con barras transversalesLa carpeta de rodadura es de concreto reforzado con mallas de acero, las que permiten incrementar la distancia entre juntas llegando a valores entre 7.5 y 9.0 m.Aunque tiene refuerzo moderado de acero siempre se espera que se produzcan fisuras controladas dentro de los paños. La transferencia de carga entre paños adyacentes se realiza mediante la trabazón de agregados o el empleo de pasadores.

Las juntas deben ser selladas debido a que por ellas podrían ingresar materiales incompresibles que restrinjan el movimiento de los paños de concreto, y agua que erosione las capas inferiores de soporte.A.4.3. Pavimentos de concreto continuamente reforzadosLas tensiones son controladas por una armadura de acero. Se espera la aparición de fisuras controladas a lo largo de todo el pavimento, distanciadas entre 0.6 y 2.0 m.

La nueva guía de diseño MEPDG 2010 ya no considera en su diseño a los pavimentos de concreto reforzado con juntas debido a que su comportamiento no ha sido el adecuado. Sí se trabaja, en cambio, con los de concreto simple con juntas y con los continuamente reforzados.Los pavimentos de concreto continuamente reforzados son especificados para periodos de diseño mayores a 30 años, por lo que es común apreciarlos en otras realidades como las de Estados Unidos y Europa. Los pavimentos de concreto simple con juntas son los que mejor se adaptan a nuestra realidad. Recomendamos no diseñar pavimentos con periodos de diseño menores a 20 años.

A.5 Diferencias generales entre pavimentos rígidos/flexiblesLos pavimentos son flexibles estando estos constituidos en su forma más sencilla por la sub-rasante, una capa sub-base, una capa base y una carpeta asfáltica de rodamiento. En cambio pavimentos rígidos, están constituidos de forma más sencilla; por una sub-rasante, una capa sub-base, una capa base y una capa de concreto; este tipo de pavimento actualmente es poco utilizado en nuestro país debido a su alto costo y a su tedioso proceso constructivo, pero el mismo debe ser empleado en carreteras en donde el tránsito vehicular sea elevado, en especial los vehículos pesados, ya que este tipo de pavimento tiende a ser más duradero en el tiempo que los pavimentos flexibles, y requieren de menos mantenimiento. A.5.1 Ventajas • Por su color claro la visibilidad en la noche es buena• Debido a su rigidez requiere poco espesor para distribuir la carga a

la sub-rasante• El costo de conservación es pequeño, su vida es larga (puede

llegar a 30 años y puede sobrepasar esta cifra)

A.5.2 Desventajas El color claro que presenta permite reflejar la luz del sol afectando

al usuario (día) El efecto de sonoridad que se siente al avanzar en la vía Elevado costo inicial, su costo de construcción es alto por lo tanto

su uso ha sido limitado a obras especificas

C.Patologías que afectan los pavimentosC.1 PatologíasHay una gran diversidad de patologías que se pueden generar en el hormigón, por diversas causas, ya sean constructivas o de mantenimiento.

C.1.1. Erosión por Bombeo y Escalonamiento Movimiento del agua (con material en suspensión) ubicada debajo de la losa o su eyección hacia la superficie como resultado de la presión generada por la acción de las cargas.Causas (deben coexistir):• Material fino capaz de entrar en

suspensión (arenas finas y limos).• Disponibilidad de agua en las capas inferiores del pavimento.• Deflexiones excesivas en bordes y esquinas.

C.1.2. Fisuras longitudinales:Son fisuras predominantemente paralelas al eje del pavimento. Posibles causas:- Aserrado tardío de la junta.

- Falta de junta longitudinal.- Incorrecta ejecución de la junta.- Asentamiento de la base o sub-rasante.- Excesiva relación longitud/ancho.

C.1.3. Fisuras transversales:Son fisuras predominantemente perpendiculares al eje del pavimento. Posibles causas:- Retracción térmica que origina alabeos.- Junta de contracción formada tardíamente.- Espesor de losa insuficiente para soportar solicitaciones.- Losas de longitud excesiva.

C.1.4. Fisuras en esquinaSe caracterizan por interceptar las juntas transversal y longitudinal, formando un ángulo de 50º aproximadamente con respecto al eje del pavimento. Posibles causas: - Repetición de cargas pesadas.- Perdida de soporte de la fundación originado por la erosión de la

base (Fenómeno de Bombeo por infiltración de agua en las juntas) o alabeo térmico.

- Deficiente transmisión de cargas entre las juntas.- Inadecuado diseño y mantenimiento de juntas.

C.1.5. Descascaramientos en juntas y fisurasPosibles causas:- Entrada de materiales incompresibles dentro de las juntas o

fisuras- Juntas mal diseñadas y mantenidas.

C.1.6. Fisuras por retracción: (tipo malla)Son fisuras capilares que se encuentran solo en la parte superior de la losa. Posibles causas:- Incorrecto curado del hormigón en zonas de clima frío, falta de

aditivos durante la etapa de construcción.C.1.7. DesintegraciónEste daño se caracteriza por una desintegración de la superficie del pavimento por pérdida de material fino, quedando expuesto el agregado grueso. Posibles causas:- Curado inapropiado- Hormigón mal dosificado.- Cuando la superficie presenta fisuración por retracción (tipo

malla).C.1.8. BachesEs una desintegración normalmente de forma redondeada, que se forma al desprenderse el hormigón de la superficie. Posibles causas:- Espesores insuficientes

- Retención de agua en zonas hundidas y /o fisuradas.- Cargas debidas al tránsito sobre fisuras que han alcanzado un alto

nivel de severidad.C.1.9. Levantamiento de losasSobreelevación de la superficie del pavimento, situada generalmente en zonas cercanas a las juntas o fisuras transversales. Puede presentarse con una explosión repentina, principalmente en las juntas. Posibles causas:- Restricción en la expansión de losas por la acción de las raíces de

árboles.- Variaciones térmicas cuando la longitud de las losas es excesiva y

no hay aplicadas juntas de expansión.- Mal colocación de barras de traspaso de cargas.- Suelos expansivos a poca profundidad.

C.1.10. Escalonamiento de juntas y grietas:Desnivel de dos superficies del pavimento separadas por una junta o fisura transversal. Posibles causas:- Erosión de la base- Asentamiento diferencial de la sub-rasante.- Drenaje insuficiente. 

C.1.11. Textura inadecuada:Es una carencia o pérdida de la textura superficial indispensable para que exista una fricción entre los neumáticos y el pavimento. Posibles causas:

- Inadecuada dosificación del hormigón.- Mala calidad de la arena.- No se terminó con una textura adecuada.

C.2. Mantenimiento y Reparación de pavimentos rígidosLa mayor parte del mantenimiento de los pavimentos de concreto consiste en: 

1. Llenar y sellar las juntas y grietas en la superficie del pavimento. Principal objeto de este informe.

2. Reparación de las áreas fragmentadas, descascaradas y con grietas múltiples.

3. Bacheado de áreas en donde se hayan presentado fallas4. Reparación de las áreas dañadas por asentamientos o bombeo.5. Tratamiento de pavimentos combados

C.2.1 Llenar y sellar las juntas y grietas en la superficie del pavimento Su objeto es el de prevenir la filtración de la humedad a la sub-rasante y el de mantener el espacio original de las juntas. Cuando se selle la junta,

el concreto debe estar seco y el espacio de la junta completamente limpio de toda escama, suciedad, polvo y otras materias extrañas, incluso el sellador de la junta vieja.Aserrado de JuntasCuando las juntas se ejecuten mediante aserrados, deberá disponerse de los siguientes elementos:

a) Máquinas aserradorasb) Tanques de agua remolcados o autopropulsados con la

capacidad requerida para proveer el agua necesaria para la refrigeración de los discos de sierra.

c) Discos de sierra

Limpieza de JuntasPrimeramente se procederá a recorrer con ganchos de metal las juntas, para extraer todo material que se encuentre fuertemente adherido, en caso de requerirlo se recurrirá al uso de un martillo neumático. Luego se realizara la limpieza final por medio de soplado de aire comprimido en la junta hasta extraer todo líquido y material que se encuentre obstruyendo la misma. Por lo que se requerirá un compresor instalado sobre un tráiler para realizar la tarea de manera ágil y eficazmente.Rellenado y Sellado de JuntasNo se deberá realizar el relleno y sellado de las juntas en los casos en que las mismas no se hallen limpias, secas, libre de restos de materiales y de toda otra obstrucción, cualquiera sea su naturaleza. Antes de esta operación la junta será pintada con un material adecuado para lograr adherencias con el material de relleno y sellado.

Mezcla de Relleno

La mezcla bituminosa a utilizar en el relleno y sellado de las juntas podrá ser:

1. Mezcla de betún asfáltico y relleno mineral, con un contenido de este último variable entre 15 % y 25 % en peso. El agregado tendrá una temperatura comprendida entre 160 °C y 200 °C en el momento de ser mezclado con el betún, el que también se habrá calentado previamente para fludificarlo suficientemente, a temperatura que en ningún caso excederá de 200 °C. La mezcla será homogénea y tendrá en el momento de verterla en las juntas, una temperatura mínima de 165 °C.

2. Mezclas plásticas de aplicación en frío o en caliente, cuyos componentes principales son caucho y asfalto, en proporciones variables.

Equipos Necesarios1. Un hogar o recipiente transparente en el que pueda producirse fuego.2. Una fuente o batea para el calentamiento del agregado.3. Un recipiente para la licuefacción del betún.4. Una batea para la mezcla del agregado y betún.5. Agitadores y cucharones para la remoción y transvasamiento de la

mezcla6. Dos o más “teteras” para la colocación del betún en el interior de las

juntas.

C.2.2. Reparación de las áreas fragmentadas, descascaradas y con grietas múltiplesEs un problema común para este tipo de pavimento. Las grietas múltiples se distinguen por las cuarteaduras irregulares sobre la superficie del pavimento. La fragmentación es una despostilladura o astilladura de un pavimento firme y, por lo regular, se presenta a lo

largo de juntas o grietas en el pavimento. El descascaramiento es provocado por el deterioro o la desintegración del concreto y puede ocurrir en cualquier lugar de la superficie del pavimento. En general, los agrietamientos menores en las superficies de concreto de cemento portland se reparan rellenándolos con un compuesto sellador de juntas. Cuando las áreas con agrietamientos, despostilladuras o astilladuras sean demasiado grandes para controlarlas con los métodos rutinarios de sellado de juntas, se harán reparaciones a base de concreto o de algún material epóxico.C.2.3. Bacheado de áreas en donde se hayan presentado fallasLas áreas con fallas en los pavimentos de concreto se repararán con concreto de cemento. Dichas áreas las marca un hombre calificado para este tipo de trabajo. Después, una cuadrilla de trabajo con martillos neumáticos u otro equipo mecánico va rompiendo y removiendo el concreto roto, y prepara el área para la nueva superficie. En el nuevo concreto se utilizara cemento de alta resistencia rápida. La profundidad del parche nunca será menor que el espesor de la losa existente y con frecuencia, es conveniente usar acero de refuerzo. Cuando los parches quedan adyacentes a las juntas de expansión, estas últimas deberán ser reemplazadas. Sin embargo, las juntas de contracción o construcción se pueden omitir si el bache se extiende a través de la anchura total del pavimento.C.2.4. Reparación de las áreas dañadas por asentamientos o bombeoUno de los mayores problemas en el mantenimiento de los pavimentos de concreto es la corrección del asentamiento de la losa, provocado por el bombeo. Por lo regular, este último se caracteriza por:

La fragmentación del pavimento cerca de la línea central y una junta o grieta transversal.

La expulsión de agua a través de las juntas y grietas. Manchas en la superficie del pavimento debidas al suelo de la sub-

rasante. La presencia de burbujas de lodo a la orilla del pavimento. Rotura del pavimento.

El bombeo de los pavimentos de concreto se puede prevenir con un mantenimiento adecuado del drenaje, con la corrección de las fallas del mismo y con el sellado de junta y grietas. En los lugares en que el bombeo ha avanzado hasta alcanzar un grado apreciable, esta situación se corrige por inyección o sellado subterráneo. Este procedimiento se lleva a cabo perforando algunos agujeros en la losa y forzando el paso a través de ellos de una lechada adecuada para llenar los huecos entre la sub-rasante y la losa.

C.2.5. Tratamiento de pavimentos combados o alabeadoEl abombamiento o reventón de los viejos pavimentos de concreto, es un problema continuo que, por lo regular, es provocado por la expansión longitudinal y porque falla el funcionamiento adecuado de las juntas de expansión transversales. Cuando esto ocurre, es necesario con frecuencia remover la parte del pavimento que se ha dañado y reemplazarla con un parche de concreto o de material asfáltico. Cuando se nota la evidencia de una compresión externa, se pueden evitar los abombamientos y los reventones del pavimento, cortando una junta de expansión de mayor anchura si ya existe alguna, o haciendo una junta nueva a través del pavimento.