ES2242977T3

ES2242977T3 - Pavimento para la circulacion de vehiculos.

Info

Publication number: ES2242977T3
Application number: ES97925509T
Authority: ES
Inventors: David E. Pressler
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1996-05-14
Filing date: 1997-05-08
Publication date: 2005-11-16
Anticipated expiration: 2017-05-08
Also published as: CA2254891A1; US5863147A; WO1997043486A1; DE69732962T2; EP0898623B1; EP0898623A1; EP0898623A4; DE69732962D1

Abstract

SE PRESENTA UNA LOSA RIGIDA DE HORMIGON (12, 14) PARA EL TRANSPORTE DE TRAFICO VEHICULAR O DE FERROCARRIL QUE ESTA PROVISTA DE VIGAS LONGITUDINALES FUNCIONALES (32, 34) QUE SE EXTIENDEN O SOBRESALEN HACIA ABAJO DESDE LA PARTE INFERIOR DE LA LOSA (12, 14) Y QUE EST N COMPLETA Y CONTINUAMENTE SOPORTADAS POR EL MATERIAL INFERIOR. LAS VIGAS ADOSADAS (32, 34) EFECTUAN UNA ACCION DE MEJORA, REFUERZO Y ESTABILIZACION TANTO LONGITUDINAL COMO TRANSVERSALMENTE. LA FRICCION Y LA SUCCION, O LA ADHESION INTERFACIAL, ENTRE LAS VIGAS (32, 34) Y EL MATERIAL DE LA PARTE INFERIOR EN EL CUAL DESCANSAN PROVOCA QUE LAS VIGAS ACTUEN COMO ANCLAJES SOPORTANDO DE ESTA FORMA ADICIONALMENTE EL DESPLAZAMIENTO O LA DISTORSION DE LA LOSA.

Description

Pavimento para la circulación de vehículos.

Esta invención se refiere a un pavimento para la circulación de tráfico rodado, incluido tanto el tráfico por carretera como el ferroviario.

Cuando un hormigón de cemento portland u otra losa rígida a nivel del suelo se somete a esfuerzos de las cargas por eje del tráfico rodado o a los esfuerzos de expansión y contracción térmicas, la losa, relativamente delgada, se deforma para adaptarse a estos esfuerzos. Cuando la losa se deforma, se pueden formar grietas en la losa que debilitan más la losa y permiten que entren agua y otros materiales no deseados en la estructura de la losa. Cuando este proceso se prolonga durante un número variable de ciclos repetitivos, provocará finalmente el deterioro de la capacidad de servicio de la losa hasta que la losa alcanza un punto de rotura total.

Las típicas losas poseen una escasa capacidad inherente para resistir deformaciones verticales debido a que son relativamente delgadas en la dimensión vertical. La integridad de la losa depende de la estabilidad de los materiales subyacentes del firme de la carretera o de la resistencia de la losa de hormigón, y de los materiales de refuerzo incorporados en la losa, para resistir las deformaciones y el agrietamiento resultante. Normalmente, el momento de inercia alrededor del eje horizontal de la losa relativamente delgada resulta insuficiente para evitar que se den deformaciones.

Por consiguiente, las cargas por eje que se aproximan a las cargas máximas diseñadas para la losa pueden producir flexiones visibles o invisibles en la losa. Este proceso de flexión produce un efecto de desagüe bajo la losa que puede hacer que entren agua y otros materiales no deseados dentro de las cavidades que se crean bajo la losa. Las posteriores cargas por eje expulsarán de estas cavidades el agua y otras pequeñas partículas suspendidas en el agua a través de grietas en la losa cuando la losa flexiona hacia abajo y comprime el agua. Esta acción de desagüe agranda finalmente las cavidades subyacentes hasta que el soporte de la losa se reduce o degrada suficientemente hasta un punto en el que la losa sufre una
rotura.

Las losas también se flexionan debido a esfuerzos térmicos libres en el interior de la losa. Típicamente, la parte superior de una losa está expuesta a la atmósfera y la luz solar, lo que suele provocar que se expanda a lo largo del día y se contraiga durante la noche. El lado inferior de la losa cambia de temperatura de forma mucho más lenta debido a la exposición constante a la masa de suelo que lo rodea y que actúa como aislante. Por consiguiente, el centro de la losa se eleva respecto a los bordes de la losa cuando la parte superior de la losa está más caliente que la parte inferior, y a la inversa, los bordes libres de la losa se elevan respecto al centro de la losa cuando la parte inferior de la losa está más caliente que la parte superior. Esta acción puede hacer que la losa se agriete y finalmente sufra una rotura de manera similar a lo que se experimenta mediante repetidas cargas por eje. Siempre que una losa sufre una rotura, el resultado es una superficie irregular o cavitada. Esta cavitación resulta molesta para cualquier vehículo que pase sobre la losa y entre en contacto con las superficies irregulares. Normalmente habrá que llevar a cabo reparaciones que resultan caras e interrumpen el tráfico que hace uso de esa losa. Previamente, para evitar estos problemas, se aumentó la profundidad total de la totalidad de la losa o el firme subyacente para dar a la losa una mayor capacidad para resistir las cargas aplicadas. Esta construcción suele resultar muy cara debido a las grandes cantidades de material necesarias para aumentar el espesor de la totalidad de la losa o firme.

En el documento WO-A-8809412, RINGESTEN, del que parte la reivindicación 1, se describe una carretera diseñada para ser construida sobre un suelo con una baja capacidad de sustentación de carga. El material térreo de la capa de asiento de la losa se retira y se sustituye por un relleno de plástico celular. En el relleno de plástico se incorpora en una cuadrícula de vigas, formándose la carretera sobre la cuadrícula. La carretera y la cuadrícula "flotan" sobre el material plástico celular.

La invención se define mediante las características de la reivindicación 1. Comprende una viga (o vigas) de hormigón subterránea orientada normalmente de forma paralela y longitudinal, que se halla unida integralmente, o integrada, a la parte inferior de una losa de hormigón que lleva tráfico rodado. Esta viga puede tener diversos tamaños, formas y separaciones bajo la losa para permitir un soporte correcto de las cargas del diseño. La losa y la viga actúan como una unidad integral y pueden contener diversas cantidades de materiales de refuerzo para adaptarse a los esfuerzos que superan la capacidad del hormigón por sí solo. Un objeto de la adición de vigas bajo la losa es el de aumentar en gran medida la capacidad de soporte de las cargas de la losa usando un mínimo de material a fin de que las cargas por eje más pesadas puedan usar la losa durante un periodo de tiempo más largo antes de que la losa requiera mantenimiento o su sustitución. Otro objeto de la presente invención consiste en que las vigas actúen como un anclaje que resista las flexiones experimentadas en la losa provocadas normalmente por esfuerzos que se dan en la losa inducidos térmicamente o por cargas por eje. La losa no se flexiona tanto, lo que reduce en gran medida el número y la gravedad de las grietas de la losa. Esto, a su vez, evita que entren agua y otros materiales nocivos en la estructura de la losa, lo que prolonga la vida útil de la losa. Las vigas proporcionan también una resistencia añadida debido al gran aumento del momento de inercia alrededor del eje horizontal de la losa. Ya que las vigas se entierran por debajo del nivel del suelo, éstas actúan también como anclaje para evitar que la losa se flexione debido a esfuerzos inducidos térmicamente. La invención resulta particularmente ventajosa cuando la carga que se va a sostener es de naturaleza sustancial y dinámica.

Estas y otras ventajas de la presente invención resultarán evidentes a partir de la siguiente descripción, con referencia a los dibujos adjuntos, en los que:

la Fig. 1 es una vista en perspectiva, seccionada parcialmente, del pavimento de una carretera construido conforme a las enseñanzas de la presente invención;

la Fig. 2 es una vista ampliada en sección transversal del pavimento de la carretera que se ilustra en la figura 1;

la Fig. 3 es una vista en sección transversal fragmentada de una parte del pavimento de la carretera que se ilustra en las figuras 1 y 2;

la Fig. 4 es una vista similar a la de la figura 3, pero que ilustra otra forma de realización de la presente invención;

la Fig. 5 es una vista similar a las figuras 3 y 4, pero que ilustra otra forma de realización distinta de la presente invención;

las Figs. 6 y 7 son ilustraciones esquemáticas de la respuesta del pavimento de la técnica anterior cuando éste se expone a condiciones ambientales de calor y frío; y

la Fig. 8 es una vista en sección transversal tomada a través de un pavimento diseñado para soportar tráfico ferroviario.

Haciendo referencia ahora a los dibujos, un pavimento de carretera de dos carriles, indicado generalmente mediante el número 10, incluye un par de losas 12 y 14 unidas entre sí a lo largo de la línea central 16. Las losas 12 y 14 definen los carriles de circulación de una carretera de dos carriles. Desde cada una de las losas 12 y 14 se extiende un par de arcenes pavimentados de hormigón 18, 20, y desde los arcenes pavimentados 18 y 20 se extienden unas bermas de tierra 22, 24. Las losas 12 y 14 y los arcenes 18 y 20 se apoyan sobre un material granular, asfáltico u otro tipo de material de la subbase o de la capa de asiento de la losa usado comúnmente 26, tal como grava, para facilitar el drenaje de humedad hacia el exterior del pavimento 10. El material de la subbase está apoyado directamente sobre el material de la explanada o de la capa de asiento de la losa, indicado generalmente por el número 28, que ha sido nivelado y compactado. En lo sucesivo, la subbase granular 26 y la explanada de tierra 28 se denominan colectivamente material "de la capa de asiento de la losa". En las losas 12, 14 del pavimento 10 se coloca de forma convencional acero de refuerzo convencional 30.

Según la invención, desde cada una de las losas 12, 14 que definen los carriles de circulación del pavimento 10, se extiende hacia abajo un par de vigas 32, 34 espaciadas transversalmente que se extienden longitudinalmente. Las vigas 32, 34 están ancladas a sus correspondientes losas 12 ó 14 mediante barras de anclaje 36 convencionales. Las vigas 32, 34 (o una única viga) se extienden a través del material de la subbase 26 y dentro de unas zanjas 40, 42 excavadas en el material de la capa de asiento 28. Las vigas 32, 34 están hechas preferentemente de hormigón vertido directamente dentro de las zanjas 40 y 42 de forma que las vigas llenen completamente las zanjas. Cada una de las vigas 32, 34 incluye un par de bordes laterales 44, 46 y un borde de conexión inferior 48. Se observará que los bordes laterales 44 de la viga 34 están situados frente al borde lateral 46 de la viga 32 a fin de que las vigas 32, 34 retengan la parte del material de la subbase 26a situada entre las vigas 32 y 34 para evitar que se escurra la parte 26a del material de la subbase 26. También se observará que cada una de las vigas 32 y 34 se acopla y se apoya en el material de la capa de asiento de la losa 26 y 28 en cada uno de los tres lados salientes de las vigas 32 y 34.

Las vigas 32 y 34 resisten la deformación de la losa correspondiente 12 y 14 en la dirección tanto longitudinal como transversal. Los cambios de temperatura provocan esfuerzos térmicos en las losas tanto longitudinal como transversalmente. La presencia de las vigas aporta rigidez a la losa en la dirección longitudinal, permitiendo de ese modo que la losa resista mejor la deformación longitudinal de la losa. Además de la deformación longitudinal debida a cambios de temperatura, cargas por eje, particularmente las de camiones pesados, también pueden deformar la losa en dirección longitudinal. Las vigas 32, 34 se colocan bajo la losa en una posición en la que soporten la mayor parte del peso del tráfico sobre la losa, reforzando de ese modo la parte del pavimento que soporta las cargas por eje, y permitiendo de ese modo que el pavimento resista cargas por eje más pesadas durante un periodo de tiempo más largo que los pavimentos de la técnica anterior. Por consiguiente, entre las vigas correspondientes 32, 34 y los correspondientes bordes laterales 54, 56 de la losa se definen unas partes de bordes laterales de la losa 50, 52. Anclando las partes de los bordes a la losa adyacente o a un arcén de cemento correspondiente mediante el uso de barras de anclaje 58 es posible, o no, resistir la deformación de las partes de los bordes laterales 50, 52.

Los cambios de temperatura pueden provocar deformaciones transversales en la losa. Por ejemplo, en las figuras 6 y 7, se ilustra la posición nominal de una losa en líneas continuas. En la figura 6, con tiempo cálido, la superficie superior T de la losa se calienta por el sol y se expande. La superficie inferior B de la losa permanece contra el material relativamente frío del suelo o de la capa de asiento de la losa y o bien no se expande o se expande en menor medida. Por consiguiente, la losa adopta la posición indicada por las líneas discontinuas de la figura 6. Desde luego, se exagera la cantidad de deformación. No obstante, la losa tiende a apoyarse en los puntos X en los bordes de la losa, y la parte media de la losa tiende a quedar sin apoyo. Se crea una succión que tiende a hacer retroceder la parte media hacia la tierra, pero debido a que el hormigón es relativamente débil a la tensión, pueden aparecer grietas de forma casi inmediata, lo que tiende a provocar la rotura y la falla de la losa. En referencia a la figura 7, con tiempo frío, la parte superior de la losa se alabea hacia arriba, haciendo que la losa adopte la forma indicada mediante las líneas discontinuas de la figura 7. De nuevo se ha exagerado el grado de deformación. No obstante, la losa se apoya en el punto Y, y los bordes de la losa permanecen relativamente sin apoyo. Por consiguiente, el tráfico tiende a empujar hacia abajo los bordes de la losa, provocando la rotura de la losa y su falla definitiva. Con la presente invención, las vigas 32, 34 hechas de hormigón o un material rígido similar actúan como anclajes y como disipadores de calor, tendiendo de ese modo a resistir la deformación que se ilustra en las figuras 6 y 7. Estas deformaciones se resisten también debido a que los bordes laterales 44, 46 y 48 de las vigas 32 y 34 están acoplados por fricción con los bordes de sus respectivas zanjas 40 y 42. Además, entre las vigas y el borde inferior de la zanja puede darse una presión de aire negativa, lo que crea una succión, que resista aún más el movimiento de la losa. Aunque la succión variará dependiendo del tipo de suelo, la humedad del suelo, etc., será, aún así, considerable. Por consiguiente, la fricción que actúa sobre los bordes de la viga resiste aún más la deformación del pavimento del tipo que se conoce en la técnica anterior y que se ilustra en las figuras 6 y 7. Por lo tanto, las vigas actúan como anclajes para la losa, y ayudan a que la losa resista la acción de desagüe que se explica anteriormente. Se puede ajustar el ancho de las vigas 32, 34 y la distancia a la que penetran en el material de la capa de asiento de la losa para maximizar esta fricción y succión dependiendo de las condiciones de tráfico esperadas, y del tipo de suelo y el contenido de humedad medio del suelo. En la técnica anterior, el único modo de resistir las distorsiones longitudinales y transversales de la losa explicadas anteriormente consiste en aumentar el espesor de la losa. Al proporcionar las vigas 32 y 34, se puede reducir el espesor de la losa al tiempo que se siguen resistiendo las deformaciones mencionadas anteriormente. Además, las vigas 32 y 34 pueden fabricarse con material poroso, como por ejemplo hormigón poroso, de manera bien conocida por los expertos en la materia. El hormigón poroso permite drenar la humedad desde el material de la subbase 26 a través de las vigas 32, 34 por conductos 60 extendidos longitudinalmente y que están ubicados en las vigas 32, 34, cerca de los bordes inferiores 48 de las mismas. Por consiguiente, se puede expulsar el agua y las demás humedades a través de los conductos 60, que pueden ser, por ejemplo, una tubería.

Haciendo referencia ahora a la figura 4, los elementos iguales o sustancialmente iguales a los de las formas de realización de las figuras 1 a 3 conservan los mismos caracteres de referencia, pero aumentados en 100. En la forma de realización de la figura 4, la losa 114 está sostenida por cuatro vigas sustancialmente paralelas que se extienden longitudinalmente 162, 164, 166 y 168. Por consiguiente, en la presente invención se puede variar el número de vigas que sostienen la losa para soportar cargas por eje más pesadas, para resistir cargas térmicas, y para minimizar la cantidad de material necesario para la pavimentación y la subbase. Por ejemplo, si se usan cuatro vigas, cada viga puede ser más estrecha que en caso de usar menos vigas, al ser menor la separación entre las vigas, el espesor de la losa puede reducirse de forma similar. El número de vigas puede optimizarse dependiendo de las condiciones del suelo, las cargas del tráfico esperadas, las condiciones térmicas, etc. Se observará también que las vigas 162 y 168 se encuentran relativamente próximas a los bordes 154 y 156, permitiendo de ese modo que las vigas sostengan las partes de los bordes laterales 150, 152 en lugar de anclarlas en arcenes pavimentados para sostenerlas.

En la forma de realización de la figura 5, los elementos iguales o sustancialmente iguales a los de las formas de realización de las figuras 1 a 3 conservan los mismos caracteres de referencia, pero aumentados en 200. En referencia a la figura 5, la parte del borde lateral 250, 252 de la losa 214 está sostenida por unos apoyos inferiores 270, 272 que se prolongan hacia abajo a lo largo de los bordes de 254, 256 y, así, estabilizan y sostienen las partes de los bordes 250, 252 de la losa 214. La forma de realización de la figura 5 resulta particularmente útil cuando no existe ningún arcén al que anclar las partes del borde 250, 252.

Haciendo referencia ahora a la figura 8, los elementos iguales o sustancialmente iguales a los de las formas de realización de las figuras 1 a 3 conservan los mismos caracteres de referencia, pero aumentados en 300. En la forma de realización de la figura 8 se describe la presente invención aplicada a la plataforma de una línea ferroviaria. La losa 314 sostiene unos raíles ferroviarios convencionales 380, 382 que pueden estar asegurados a la misma mediante placas de asiento y de compensación 384, 386 y pernos de anclaje 388. Debido a que el peso del tráfico se aplica sobre la losa 314 en los raíles 380, 382, las vigas 332, 334 pueden situarse directamente debajo de los raíles 380, 382, a fin de maximizar la resistencia de la losa 314 y de que se minimice la flexión de la losa. Los raíles 380, 382 están a menudo sometidos a grandes esfuerzos debidos tanto a la aplicación de tráfico ferroviario sobre los raíles como a los cambios térmicos. La práctica convencional consiste en contener los raíles a fin de que admitan tales esfuerzos mediante el uso de traviesas de madera, que se montan sobre balastos de piedra. Las traviesas y los raíles ferroviarios requieren mucho mantenimiento, ya que las traviesas deben sustituirse con una cierta regularidad. El uso de la losa de hormigón 314, que se estabiliza mediante las vigas 332 y 334 tal como se explica anteriormente permite la aplicación de cargas por eje más pesadas y aumenta la vida útil total de la estructura.

Claims

1. Pavimento para la circulación de tráfico rodado o de cargas que comprende, una losa de hormigón (12, 14) rígida que se extiende longitudinalmente, material de la capa de asiento de la losa (26, 28) que sostiene dicha losa de forma continua, y vigas paralelas de hormigón de apoyo de la losa (32, 34) que se extienden longitudinalmente y sobresalen hacia abajo, integradas estructuralmente con dicha losa y que se extienden desde la misma, caracterizado porque dicho material de la capa de asiento de la losa incluye un material granular de la capa de asiento de la losa (26) en contacto continuo con dicha losa y un material térreo de la capa de asiento de la losa (28) debajo del material granular de la capa de asiento de la losa (26), en el que dichas vigas de hormigón de apoyo de la losa (32, 34) se extienden a través de dicho material granular de la capa de asiento de la losa y dentro de dicho material térreo de la capa de asiento de la losa, extendiéndose de forma continua tales materiales granulares y térreos de la capa de asiento de la losa entre dichas vigas de apoyo de la losa, y estando dicho material de la capa de asiento de la losa en contacto continuo con las vigas de apoyo de la losa a lo largo de la toda la extensión longitudinal de las mismas.

2. Pavimento según la reivindicación 1, caracterizado porque dichas vigas de apoyo de la losa (32, 34) se extienden dentro del material térreo de la capa de asiento de la losa (28) hasta una profundidad adecuada para crear unas fuerzas de fricción suficientes entre el material térreo de la capa de asiento de la losa (28) y dichas vigas de apoyo de la losa (32, 34) suficientes para contener la flexión y el movimiento de la losa (12, 14) en las direcciones longitudinal, transversal y vertical tanto hacia arriba como hacia abajo, provocados por los gradientes térmicos existentes dentro de la losa (12, 14), por lo que se evitan las cavidades entre la losa (12, 14) y el material granular de la capa de asiento de la losa (26) y el consiguiente deterioro de la losa (12, 14).

3. Pavimento según las reivindicaciones 1 ó 2, caracterizado porque dicha losa (12, 14) se apoya sobre el material térreo de la capa de asiento de la losa (28) mediante un par de dichas vigas de apoyo de la losa (32, 34).

4. Pavimento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque dicha losa (12, 14) se apoya sobre al menos dos vigas de apoyo de la losa (32, 34) por cada carril de circulación, y al menos una parte de dicho material térreo de la capa de asiento de la losa (28) está contenida entre las vigas de apoyo de la losa (32, 34).

5. Pavimento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque dichas vigas de apoyo de la losa (32, 34) llenan unas zanjas longitudinales (40, 42) en dicho material de la capa de asiento de la losa, extendiéndose dichas zanjas (40, 42) dentro de dicho material térreo de la capa de asiento de la losa (28) hasta una profundidad adecuada para crear unas fuerzas de fricción suficientes entre el material térreo de la capa de asiento de la losa y dicha viga de apoyo de la losa como para resistir la flexión en la viga y la estructura del pavimento.

6. Pavimento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque dicha losa (12, 14) se apoya sobre un par de vigas paralelas de apoyo de la losa (32, 34), y dicha losa define un par de bordes laterales que se extienden longitudinalmente (54, 56), estando cada una de dichas vigas de apoyo de la losa (32, 34) desplazada transversalmente respecto a uno de dichos bordes laterales (54, 56) correspondiente.

7. Pavimento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque dicha losa (12, 14) está integrada estructuralmente con cuatro de dichas vigas paralelas de apoyo de la losa (32, 34).

8. Pavimento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque dicha losa (12, 14) define un par de bordes laterales que se extienden longitudinalmente (54, 56), estando las correspondientes vigas de apoyo de la losa (32, 34) desplazadas transversalmente respecto a uno de dichos bordes laterales (54, 56) correspondiente, para definir una parte de borde (50, 52) de dicha losa (12, 14) entre cada una de dichas vigas de apoyo de la losa (32, 34) correspondientes, y su correspondiente borde lateral (54, 56).

9. Pavimento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado porque dichas vigas de apoyo de la losa (32, 34) son continuas y están hechas de un material homogéneo.

10. Pavimento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizado porque dicha dichas vigas de apoyo de la losa (32, 34) están construidas de hormigón estructural.

11. Pavimento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, caracterizado además por unos raíles (380, 382) montados en esa losa para soportar el tráfico ferroviario.

12. Pavimento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11, caracterizado además porque dichas vigas (32, 34; 232, 237) y losa (12, 14; 214) están ancladas entre sí mediante barras de anclaje (36, 236).

13. Un procedimiento para construir un pavimento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 12, caracterizado por las etapas de formación de vigas de apoyo sustancialmente homogéneas, continuas y que se extienden longitudinalmente (32, 34), que se extienden a través del material de la capa de asiento de la losa (26) y dentro de unas zanjas (40, 42) formadas en el material de la capa de asiento de la losa (28); colocación de una losa (12, 14) de hormigón que se extiende de forma continua entre dichas vigas de apoyo (32, 34) e integrada estructuralmente con las vigas de apoyo y en contacto continuo con el material de la capa de asiento de la losa (26).

14. Un procedimiento según la reivindicación 13, que comprende la etapa añadida de conectar las vigas (26, 28; 232, 237) y la losa (12, 14; 214) entre sí mediante barras de anclaje (36, 236).

15. Un procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 13 a 14, caracterizada además por las etapas de excavación de cuatro zanjas sustancialmente paralelas, llenado de dichas cuatro zanjas con hormigón e integración estructural de dicha losa sobre cada una de dichas cuatro vigas de apoyo.