Juntas Abiertas - Tesis

UNIVERSIDAD DE CHILE
FACULTAD DE CIENCIAS FÍSICAS Y MATEMÁTICAS
DEPARTAMENTO DE INGENIERIA CIVIL
SOLUCIONES DE SELLOS PARA JUNTAS EN TABLEROS DE PUENTES
MEMORIA PARA OPTAR AL TÍTULO DE INGENIERO CIVIL
CARLOS ALBERTO ORTÚZAR NÚÑEZ
PROFESOR GUÍA:
FEDERICO DELFIN ARIZTIA
MIEMBROS DE LA COMISIÓN:
PEDRO ACEVEDO MOYANO
VLADIMIR TORRENS FUNEZ
,
SANTIAGO DE CHILE
ENERO 2007
.
AGREDECIMIENTOS: Quiero agradecer a mi profesor guía Federico Delfín por la
paciencia y buena voluntad, a mis padres que me apoyaron y alentaron a concluir este
trabajo, también quisiera agradecer a mis tíos Carlos Núñez, Gabriel Ortúzar, Pepi y mi
prima Daniela Charme.
1 INTRODUCCION:..................................................................................................................... 6
1.1 ANTECEDENTES: ............................................................................................................... 6
1.2 GENERALIDADES:............................................................................................................. 7
2 ANALISIS DE LAS VARIABLES QUE INTERVIENEN EN EL MOVIMIENTO DE
LAS JUNTAS: ............................................................................................................................... 9
2.1 Evaluación del movimiento de la junta: ................................................................................ 9
2.2 Movimientos Térmicos:....................................................................................................... 10
2.3 Movimientos Irreversibles:.................................................................................................. 11
2.3.1 Retracción:.................................................................................................................... 11
2.3.2 Creep............................................................................................................................. 12
2.4 Solicitaciones sísmicas: ....................................................................................................... 12
2.4.1 Análisis del Espectro de Respuesta: ............................................................................. 12
2.4.2 Placas de Apoyo: .......................................................................................................... 13
2.5 Otros factores: ..................................................................................................................... 14
2.5.1 Efecto de las placas de apoyo:...................................................................................... 14
2.5.2 Cargas vivas, movimiento inducido por el tráfico:....................................................... 16
2.5.3 Esviaje .......................................................................................................................... 17
3 TIPOS DE JUNTAS DE EXPANSION Y SUS CARACTERÍSTICAS .............................. 19
3.1 Juntas Abiertas: ................................................................................................................... 19
3.1.1 Junta Armada o con guarda canto: ............................................................................... 19
3.1.2 Junta con placa deslizante: ........................................................................................... 20
3.1.3 Junta dentada: ............................................................................................................... 20
3.2 Juntas Cerradas:................................................................................................................... 22
3.2.1 Sellos Moldeados in Situ: ............................................................................................. 23
3.2.1.1 Sellos Termoestables, Curado Químico: ............................................................... 23
3.2.1.2 Sello Asfáltico Modificado con Polímeros Aplicados en Caliente: ...................... 25
3.2.2 Sellos Preformados:...................................................................................................... 26
3.2.2.1 Sello en Compresión: ............................................................................................ 26
3.2.2.2 Sello en Franja o Membrana: ................................................................................ 28
3.2.2.3 Sello de neopreno inflable (Jeene): ....................................................................... 28
3.2.2.4 Sello Elastomérico Reforzado: .............................................................................. 29
3.2.2.5 Sistemas Modulares o de Rieles: ........................................................................... 30
3.2.2.6 Instalación de dispositivos preensamblados:......................................................... 30
4 NORMAS QUE REGULAN EL DISEÑO DE LAS JUNTAS ............................................. 32
4.1 Norma AASHTO................................................................................................................. 32
4.1.1 Cargas y movimientos: ................................................................................................. 32
4.1.2 Requerimientos para Juntas:......................................................................................... 32
4.1.2.1 Diseño estructural:................................................................................................. 33
4.1.2.2 Geometría: ............................................................................................................. 34
4.1.2.3 Materiales: ............................................................................................................. 34
4.1.2.4 Mantención: ........................................................................................................... 35
4.1.3 Selección: ..................................................................................................................... 35
4.1.3.1 Numero de juntas:.................................................................................................. 35
4.1.3.2 Ubicación de las juntas. ......................................................................................... 36
4.1.4 Requerimientos del diseño: .......................................................................................... 36
4.1.4.1 Movimientos durante la construcción: .................................................................. 36
4.1.4.2 Movimientos en servicio ....................................................................................... 37
4.1.4.3 Protección .............................................................................................................. 37
4.1.4.4 Placas deslizantes .................................................................................................. 38
4.1.4.5 Junta Armadas ....................................................................................................... 38
4.1.4.6 Anclajes: ................................................................................................................ 38
4.1.4.7 Pernos: ................................................................................................................... 38
4.1.5 Instalación: ................................................................................................................... 39
4.1.6 Ajustes: ......................................................................................................................... 39
4.1.6.1 Empalmes en terreno ............................................................................................. 40
4.1.7 Consideración para tipos de juntas especificas: ........................................................... 40
4.1.7.1 Juntas Abiertas: (Esquema 3.1.1 fig. 6)................................................................. 40
4.1.7.2 Juntas Cerradas:..................................................................................................... 41
4.1.7.3 Impermeabilización de juntas................................................................................ 41
4.1.7.4 Sellos moldeados in situ (Esquema 3.2.1.1 fig. 11) .............................................. 41
4.1.7.5 Sellos en compresión (Esquema 3.2.2.1 fig. 14) ................................................... 42
4.1.7.6 Sellos en franja (Esquema 3.2.2.2 fig. 16)............................................................. 42
4.1.7.7 Sello elastomérico reforzado: (Esquema 3.2.2.4 fig. 18) ...................................... 42
4.1.7.8 Sellos modulares: (Esquema 3.2.2.5 fig. 19)......................................................... 43
4.2 Norma A.C.I. ....................................................................................................................... 43
4.2.1 Juntas en Construcciones de Hormigón: ...................................................................... 43
4.2.2 Guía para el Sellado de Juntas en Estructuras de Hormigón [2] .................................. 44
4.2.2.1 Funcionamiento de los sellos: ............................................................................... 44
4.2.2.2 Fallas en los sellos: ................................................................................................ 45
4.2.2.3 Efectos de temperatura: ......................................................................................... 47
4.2.2.4 Factor de forma en sellos moldeados in situ: ........................................................ 49
4.2.2.5 Función de materiales de soporte y bond breakers................................................ 50
4.2.2.6 Determinación de los anchos para sellos moldeados in situ.................................. 51
4.2.2.7 Selección del tamaño de los sellos en compresión:............................................... 51
4.2.2.8 Instalación: ............................................................................................................ 54
5 ANÁLISIS DE LOS MATERIALES DE SELLO PARA JUNTAS .................................... 55
5.1 Materiales para sellos .......................................................................................................... 55
5.1.1 Materiales para Sello Moldeados en Situ: .................................................................... 56
5.1.2 Materiales para Sellos Preformados: ............................................................................ 57
5.2 Análisis de las Especificaciones .......................................................................................... 57
5.2.1 Sellos Termoestables de curado químico: (Esquema 3.2.1.1 fig. 11) .......................... 58
5.2.1.1 Preparación de la probeta: ..................................................................................... 58
5.2.1.2 Curado del Sello .................................................................................................... 58
5.2.1.3 Ensayo: .................................................................................................................. 59
5.2.1.4 Selección del sello: ................................................................................................ 59
5.2.2 Sellos Asfálticos Modificados con Polímeros: (Esquema 3.2.1.2 fig. 12) ................... 60
5.2.2.1 Recubrimiento Asfáltico:....................................................................................... 60
5.2.2.1.1 Ensayo de Punto de Ablandamiento:.............................................................. 60
5.2.2.1.2 Ensayo de Ductilidad...................................................................................... 60
5.2.2.1.3 Ensayo de Penetración a Temperatura baja:................................................... 61
5.2.2.1.4 Ensayo de penetración .................................................................................... 61
5.2.2.1.5 Tensión de adhesión ....................................................................................... 62
5.2.2.1.6 Fluencia .......................................................................................................... 62
5.2.2.1.7 Resiliencia ...................................................................................................... 62
5.2.2.1.8 Flexibilidad..................................................................................................... 63
5.2.2.1.9 Asphlt Compatibility ...................................................................................... 63
5.2.2.2 Barra de Apoyo...................................................................................................... 63
5.2.2.3 Agregado: .............................................................................................................. 64
5.2.2.4 Placa: ..................................................................................................................... 64
5.2.3 Sellos en Compresión: (Esquema 3.2.2.1 fig. 14) ........................................................ 64
5.2.3.1 Recuperación elástica: ........................................................................................... 64
5.2.3.2 Propiedades de Extensión-Compresión. ................................................................ 65
5.2.3.3 Resistencia a la tracción ........................................................................................ 65
5.2.3.4 Dureza.................................................................................................................... 66
5.2.3.5 Envejecimiento al Horno ....................................................................................... 66
5.2.3.6 Hinchamiento ........................................................................................................ 66
5.2.3.7 Resistencia al ozono .............................................................................................. 67
5.2.4 Sellos en Franja. (Esquema 3.2.2.2 fig. 16).................................................................. 67
5.2.4.1 Resistencia a la tracción ........................................................................................ 67
5.2.4.2 Dureza.................................................................................................................... 68
5.2.4.3 Envejecimiento al Horno:...................................................................................... 68
5.2.4.4 Hinchamiento: ....................................................................................................... 68
5.2.4.5 Resistencia al Ozono: ............................................................................................ 68
5.2.4.6 Rigidez a baja temperatura: ................................................................................... 68
5.2.4.7 Compresión: .......................................................................................................... 69
5.2.5 Juntas Elastoméricas Reforzadas: (Esquema 3.2.2.4 fig. 12)....................................... 69
5.2.5.1 Ensayos de la probeta sin envejecer: ..................................................................... 69
5.2.5.2 Ensayos de la probeta sometida a envejecimiento: ............................................... 70
5.2.5.3 Compresión: .......................................................................................................... 70
5.2.5.4 Resistencia al ozono: ............................................................................................. 70
5.2.5.5 Placa de Refuerzo: ................................................................................................. 70
5.2.6 Adhesivos: .................................................................................................................... 71
5.2.6.1 Contenido de sólidos: ............................................................................................ 71
5.2.6.2 Viscosidad y Relación de Corte: ........................................................................... 72
5.2.6.3 Lubricating Life..................................................................................................... 72
5.2.6.4 Sag: ........................................................................................................................ 72
5.2.6.5 Peel Strength:......................................................................................................... 72
5.2.7 Juntas Modulares: (Esquema 3.2.2.5 fig. 19) ............................................................... 73
5.2.7.1 Ensayo OMV (Opening Movement Vibration test) .............................................. 73
5.2.7.1.1 Definición de la Falla: .................................................................................... 74
5.2.7.2 Ensayo SPO (Seal Push Out Test)......................................................................... 74
5.2.7.2.1 Aplicación de la carga: ................................................................................... 75
5.2.7.2.2 Definición de la falla. ..................................................................................... 75
5.2.7.1 Requerimientos para los materiales que componen los sistemas modulares......... 76
5.2.7.1.1 Sellos Elastoméricos:...................................................................................... 76
5.2.7.1.2 Otros Materiales: ............................................................................................ 76
6 DESEMPEÑO, MANTENCIÓN E INSPECCION: ............................................................. 78
6.1 Desempeño: ......................................................................................................................... 78
6.1.1 Juntas Abiertas: ............................................................................................................ 78
6.1.1.1 Junta Armada o con guarda canto: (Esquema 3.1.1 fig. 6).................................... 79
6.1.1.2 Junta con placa deslizante: (Esquema 3.1.2 fig. 7)................................................ 79
6.1.1.3 Junta dentada: (Esquema 3.1.3 fig. 8) ................................................................... 79
6.1.2 Juntas cerradas:............................................................................................................. 82
6.1.2.1 Sellos moldeados in Situ: ...................................................................................... 82
6.1.2.1.1 Sellos Termo Endurecidos, Curado Químico: (Esquema 3.2.1.1 fig. 11) ...... 82
6.1.2.1.2 Sellos Asfálticos Modificados con Poliméricos:
(Esquema 3.2.1.2 fig. 12) .............................................................................................. 83
6.1.2.2 Sellos Preformados ................................................................................................ 83
6.1.2.2.1 Sellos en compresión: (Esquema 3.2.2.1 fig. 14) ........................................... 83
6.1.2.2.2 Sellos en franja: (Esquema 3.2.2.2 fig. 16) .................................................... 84
6.1.2.2.3 Sello de neopreno inflable (Jeene): (Esquema 3.2.2.3 fig. 17)....................... 84
6.1.2.2.4 Sello Elastomérico Reforzado: (Esquema 3.2.2.4 fig. 18) ............................. 84
6.1.2.2.5 Sistemas Modulares: (Esquema 3.2.2.5 fig. 19) ............................................. 85
6.2 Experiencia en el extranjero: ............................................................................................... 86
6.3 Mantenimiento:.................................................................................................................... 87
6.3.1 Mantenimiento recomendado para cada sistema de junta: ........................................... 87
6.3.1.1 Juntas Abiertas: ..................................................................................................... 87
6.3.1.2 Juntas Cerradas:..................................................................................................... 88
6.3.1.2.1 Sellos Moldeados in situ:................................................................................ 88
6.3.1.2.2 Sellos Preformados:........................................................................................ 88
7 SELECCIÓN Y BUENA PRÁCTICA.................................................................................... 89
7.1 Recomendaciones: ............................................................................................................... 89
7.1.1 Implementar un programa preventivo de mantenimiento: ........................................... 89
7.1.2 Usar blockout en la junta de cubierta ........................................................................... 89
7.1.3 Proteger en contra movimientos inusuales ................................................................... 90
7.1.4 Construir el tamaño de la abertura adecuado................................................................ 90
7.2 Selección: ............................................................................................................................ 90
8 DISCUSIÓN, CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ............................................. 92
8.1 Discusión: ............................................................................................................................ 92
8.1.1 Factores que influyen en el movimiento de juntas de expansión: ................................ 92
8.1.2 Aplicación Puente Aconcagua:..................................................................................... 92
8.1.3 Tipos, desempeño y selección de sellos: ...................................................................... 93
8.1.4 Normas y Especificaciones de Materiales:................................................................... 94
8.2 Conclusiones: ...................................................................................................................... 95
8.2.1 Selección y Desempeño:............................................................................................... 95
8.2.2 Aplicación Puente Aconcagua:..................................................................................... 96
8.3 Recomendaciones: ............................................................................................................... 97
ANEXO A: CÁLCULO DEL MOVIMIENTO EN LAS JUNTAS ........................................ 98
ANEXO B: DETERMINACIÓN DEL RANGO TOTAL DE MOVIMIENTO EN UN
PUENTE REAL......................................................................................................................... 101
1.
2.
3.
4.
5.
6.
Movimientos Térmicos:............................................................................................... 101
Movimientos Irreversibles:.......................................................................................... 102
Solicitación Sísmica: ................................................................................................... 104
Cubicación del Tablero Puente Aconcagua:................................................................ 105
Otras Variables: ........................................................................................................... 106
Movimientos Totales: .................................................................................................. 106
ANEXO C: GLOSARIO ........................................................................................................... 107
BIBLIOGRAFIA Y REFERENCIAS...................................................................................... 110
PLANOS:
1.
2.
3.
4.
Detalle
Vista General
Detalle Tablero
Viga Metalica
1 INTRODUCCION:
1.1 ANTECEDENTES:
En nuestro país la infraestructura vial ha experimentado un fuerte desarrollo, acorde al constante
crecimiento económico de los últimos años, es por esto que la construcción de nuevas carreteras
y líneas de transporte público, como el Metro y Ferrocarriles, seguirán extendiendo y mejorando
los sistemas viales ya existentes. Por otra parte, existe suficiente evidencia que la infraestructura
vial particularmente los puentes, requieren de un cuidado y mantención especial para asegurar su
vida útil.
El Ministerio de Obres Publicas (MOP) encomendó una investigación conjunta entre la Dirección
de Investigaciones Científicas y Tecnológicas de la Pontificia Universidad Católica de Chile
(DICTUC), y el Centro de Investigación, Desarrollo e Innovación de Estructuras y Materiales
(IDIEM) para realizar un catastro de 36 puentes, destinando un monto de $11.540 millones para
la reparación de todas las estructuras dañadas, 6 de las cuales serán reemplazadas. Los resultados
de la investigación revelaron que los daños principales se encontraron bajo las juntas, las cuales
no contaban con sistemas de sellado adecuados para proteger los elementos estructurales de la
corrosión y el desgaste producto del ingreso del agua y escombros a través de las juntas. [16,17]
Este trabajo consiste en una recopilación y análisis de la información disponible actualmente
destacando los puntos de mayor relevancia en el diseño y utilización de sellos en juntas, los
cuales constituyen un aspecto crítico para la durabilidad y el funcionamiento eficiente de los
puentes.
En primer lugar se estudiaron los factores que afectan el movimiento en las juntas de puentes con
la finalidad de poder cuantificar a través de los modelos matemáticos encontrados en la literatura
el rango total de movimiento que en definitiva gobernará el diseño, funcionamiento y desempeño
del sello en la junta. Además, se presenta un ejemplo de un puente real al cual se le aplican las
ecuaciones teóricas simulando el movimiento esperado en sus juntas.
Con el objeto de garantizar el buen uso y la práctica de los sistemas de juntas, se caracterizaron
las distintas soluciones describiendo su estructura, limites de servicialidad, requerimientos de
diseño señalados en las normas internacionales y las especificaciones para los materiales que las
componen, junto con recomendaciones para su selección, instalación y mantención.
En consecuencia esta memoria será de gran utilidad para estudiantes, ingenieros de puentes,
diseñadores y fabricantes de sistemas de sello a nivel nacional, los cuales podrán encontrar
información actualizada sobre las diferentes soluciones, respaldada por la experiencia y
tecnología de países desarrollados.
1.2 GENERALIDADES:
La función de la losa del puente es distribuir las cargas vehiculares a través de la superestructura
a las cepas y fundaciones. Comúnmente el hormigón armado es el material utilizado para formar
la losa de cubierta, ya que, provee resistencia y durabilidad adecuada.
Tensiones de tracción pueden afectar a la estructura del puente por el asentamiento de cepas,
diferencias de temperatura y cambios volumétricos en el hormigón, pueden generar fisuras y
grietas de importancia. Por lo cual, el ingeniero que diseña puentes responde ante esta situación
en dos formas, puede minimizar o eliminar las juntas, diseñando los elementos de la
superestructura y subestructura de tal forma de resistir las tensiones generadas por estos
desplazamientos, o bien puede, proveer aberturas (Juntas de Expansión) en el tablero,
perpendiculares a la dirección significativa del movimiento, como las que se muestran en la
figura 1. [7]
El daño en las juntas de puentes causan millonarias pérdidas para el Ministerio de Obras
Públicas, esto incluye tanto a la junta como a los elementos que quedan afectados por la acción
del agua y escombros que se introducen en las juntas del tablero. Para reducir el daño bajo la
cubierta los diseñadores llenan o cubren la junta con materiales de sello flexibles.
Al principio se empleaban diseños que no impedían el paso del agua y los escombros desde el
tablero, sin embargo en los últimos 40 años se han empleados materiales flexibles para cerrar y
sellar la junta, aunque ninguno de ellos ha logrado funcionar a la perfección, lo cual explica por
que se han seguido desarrollando nuevos dispositivos y materiales. [10,2]
El objetivo principal es lograr una junta que presente las siguientes propiedades:
1.
2.
3.
4.
5.
Capaz de acomodar movimientos de servicio y sismos
Estanquidad al agua.
Con el menor mantenimiento posible.
Que sea tan durable como el tablero mismo.
Sea confortable para los usuarios, es decir que mantenga nivelada la superficie de rodado
del puente sin irregularidades perceptibles al tráfico.
Actualmente se dispone de materiales y sistemas de sello que reúnen la mayoría de esas
propiedades, sin embargo, todas requieren mantenimiento para su correcto funcionamiento y así
evitar daños estructurales costosos.
Fig. 1: Grafica de la ubicación de las Juntas.
2 ANALISIS DE LAS VARIABLES QUE INTERVIENEN EN EL
MOVIMIENTO DE LAS JUNTAS:
El factor principal para determinar el tipo de junta requerida es el rango total de movimiento que
éstas deben acomodar a lo largo del ciclo anual, es por esta razón que es de gran importancia
analizar las variables que influyen en el movimiento de las juntas.
2.1 Evaluación del movimiento de la junta:
En las juntas de puentes es posible encontrar movimientos en todos los grados de libertad, tres
traslaciones y tres rotaciones como se muestra en la figura 2, sin embargo, el más importante es el
de traslación en el eje longitudinal del puente, ya que es el de mayor magnitud tanto para efectos
estáticos como para dinámicos, siendo éste el movimiento que determina el desempeño de los
sellos.
Los movimientos de las juntas se presentan para las condiciones de servicio del puente y para
solicitaciones sísmicas eventuales y al sumarse ambas se obtiene el movimiento total. [17]
Si la superestructura es de hormigón, los movimientos que se deben considerar bajo condición de
servicio son: el acortamiento elástico de pretensado, creep, retracción del hormigón y efectos de
la temperatura y humedad, en cambio, si la superestructura es de acero, los movimientos que se
deben calcular son solo por efectos de temperatura. [7]
Otros factores que deben ser considerados para determinar la magnitud del movimiento
requerido, incluyen consideraciones de los efectos de esviaje, asentamiento, rotaciones debido a
cargas vivas, y la resistencia al movimiento por parte de las placas de apoyo y subestructura. [1,3]
Fig.2: Seis grados de libertad
A menudo, la única componente del movimiento del puente que se calcula, es la traslación
longitudinal, sin embargo puentes inusualmente anchos tienen movimientos transversales
significativos. [8]
2.2 Movimientos Térmicos:
El movimiento térmico depende de la composición del tablero, geometría de la estructura y el
largo de expansión, junto con el rango de la temperatura ambiental y el gradiente temperatura a
través del tablero. [10]
Para calcular el movimiento térmico, se debe contar con el rango de las temperaturas extremas de
la región donde se ubica el puente, el largo de expansión y el coeficiente de expansión térmica de
hormigón. [1,3]
ΔL = ΔT ⋅ L ⋅ K t
(1)
Donde,
ΔL = Movimiento térmico en mm
ΔT = Rango de Temperatura Extremas, en ºC;
L = Largo del tramo, en mm;
K t = Coeficiente de Expansión Térmica, en mm/m/ºC;
Además, se debe asegurar que el movimiento calculado de esta manera, sea el 75 % del valor de
diseño para la junta, es decir, el rango de movimiento de diseño para la junta debe ser mayor o
igual que 1.33 x ΔL . [18]
El coeficiente de expansión térmica en tableros de hormigón, depende principalmente del tipo y
proporción del agregado usado y el grado de saturación del hormigón. [10]
En ausencia de información precisa, la AASHTO recomienda los siguientes valores para los
coeficientes de expansión térmica:
Tabla 1: Coeficientes de expansión térmica
K t ( mm / m /º C )
Material
Hormigón de densidad normal (2.4 t/m³)
Hormigón de baja densidad (1.6 – 1.9 t/m³)
Acero
10.8 × 10 −3
9 × 10 −3
12 × 10 −3
En la tabla 2 se presentan los valores del coeficiente de expansión térmica para distintos tipos de
estructuras de puentes, derivados de mediciones de movimiento y temperaturas efectivas en un
periodo de un año. [10]
Tabla 2: Respuesta Térmica de varios tipos de puentes.
Respuesta Térmica medida
Tipo de Puente
K t ( mm / m /º C )
Vigas de hormigón y losa de cubierta con una
sección cajón de hormigón de altura variable
Sección cajón de hormigón
Viga y tablero de hormigón
Tablero de hormigón alivianado
Tablero de hormigón macizo
Tablero de hormigón sobre vigas cajón de acero
Tablero de hormigón sobre vigas I de acero
10.4 ×10 −3
12 × 10 −3
10.5 ×10 −3
12.7 × 10 −3
6 × 10 −3
11.8 ×10 −3
10.5 × 10 −3
Para el cálculo de los coeficientes, el factor que más influye en los movimientos medidos en estas
investigaciones, fue el relacionado con los cambios de la temperatura efectiva del tablero. [11]
2.3 Movimientos Irreversibles:
Los movimientos irreversibles son dos, el primero es la retracción del hormigón, y el segundo es
la deformación diferida en el tiempo o Creep del hormigón. Estas son propiedades que dependen
de varios factores, alguno de los cuales pueden no ser conocidos al momento del diseño y ocurren
en un periodo mayor a los 20 años. [1,5]
Los métodos para determinar la retracción y el creep, están tomados de Collins y Mitchell (1991)
y éstos se basan en las recomendaciones del ACI 209. [1]
2.3.1 Retracción:
La retracción es un fenómeno de reducción volumétrica que experimenta el hormigón durante el
proceso de secado debido a la pérdida del agua no ligada en la hidratación.
La retracción del hormigón puede variar en un amplio rango, mínima si se mantiene
continuamente inmerso en agua, hasta exceder una deformación unitaria de 0.0008, para
secciones delgadas hechas con agregados de alta retracción y secciones que no son
apropiadamente curadas.
La retracción se ve afectada por:
- Las características del agregado y proporción entre el cemento y el agregado;
- Rango de humedad ambiente;
- Relación agua/cemento;
- Tipo de Curado y duración;
- Relación área volumen de la sección;
- Edad del hormigón considerada.
Las expresiones para calcular la retracción del hormigón se presentan en el anexo A.
2.3.2 Creep
El creep se define como la deformación bajo carga constante dependiente del tiempo, y está
influenciada por los mismos factores que la retracción como también: [1,5]
- Magnitud y duración de la carga;
- Madurez del concreto al momento de la carga, y;
- Temperatura del concreto.
La deformación por creep es aproximadamente proporcional al esfuerzo producido por las cargas
normales de servicio.
Las expresiones para calcular el Creep del hormigón se presentan en el anexo A.
2.4 Solicitaciones sísmicas:
Para lograr comprender la naturaleza del movimiento de las juntas durante un sismo, es necesario
conocer el método de análisis que existe para modelar la respuesta de la estructura frente a cargas
sísmicas.
También se debe analizar el comportamiento y el diseño de las placas de apoyo, que influye
directamente en los rangos de movimientos que experimentara la junta durante las solicitaciones
sísmicas.
2.4.1 Análisis del Espectro de Respuesta:
Para este análisis solo los valores máximos de la respuesta del sismo son suficientes y las
respuestas en cada modo de vibrar de la estructura pueden ser calculadas usando un grado
generalizado de libertad. Se deben incluir en el análisis la cantidad suficiente suficientes modos,
para asegurar que la masa efectiva incluida en el modelo es al menos 90% de la masa total de la
estructura. [4,12,13]
A pesar que el análisis lineal, es por lejos el método más común en el análisis y diseño de
puentes, la verdadera respuesta de los elementos del puente a los terremotos es no lineal, por que
la rigidez de los elementos cambia durante los sismos, esto debido al comportamiento del
material y a la geometría cambiante de los elementos. [4]
El análisis y diseño de superestructuras del puente, está usualmente controlado por cargas
verticales no-sísmicas, es así que el análisis y el diseño es dominado por requerimientos de
esfuerzo y funcionalidad. Como consecuencia, la estructura del puente en sus rótulas o apoyos
isostáticos es fuerte y rígida, particularmente en la dirección horizontal, donde las fuerzas
inerciales sísmicas tienden a ser mayores. Se ha observado que en sismos pasados la
superestructura no ha experimentado un daño significativo y se ha mantenido en el rango lineal.
[4]
2.4.2 Placas de Apoyo:
Las rótulas de la superestructura son susceptibles a daño por las cargas laterales del sismo. Las
rotulas consisten en una placa de apoyo para transferir las cargas verticales de los elementos
soportantes y llaves de corte para limitar los movimientos horizontales en la dirección transversal
del puente. [4,12]
Las placas de apoyo pueden ser clasificadas en dos categorías, las que son diseñadas para
transmitir la fuerza sísmica a los componentes adyacentes; y las que cumplen una función
aisladora y que son diseñadas para transmitir y reducir la fuerza por medio de la disipación de la
energía (concepto de aislamiento) o por redistribución. Idealmente estas placas de apoyo basadas
en el aislamiento resisten las fuerzas sísmicas reducidas, restringen los desplazamientos, disipan
la energía y retornan la estructura a la posición original después del sismo. [4,15]
Las placas de apoyo más comunes son de acero y elastoméricas. Las de acero son diseñadas para
actuar como rodillo o conector. La respuesta de corte horizontal de las placas de apoyo
elastoméricas es no-lineal hasta para cargas bajas. La rigidez al corte de las placas varía con el
desplazamiento de corte, frecuencia dinámica de la carga y la magnitud de la carga vertical.
[4,12]
La pérdida de apoyo para la superestructura es la forma más severa de falla para el puente. Una
de las mayores causas para este tipo de falla, es el inadecuado largo de soporte en los extremos de
las vigas.
La AASHTO 1996, requiere los siguientes largos de soporte para cada categoría de desempeño
sísmico. (SPD):
SPC A y B
N = 203 + 1.67 ⋅ L + 6.66 ⋅ H (mm.)
(2)
SPC C y D
N = 305 + 2.5 ⋅ L + 10 ⋅ H (mm.)
(3)
Donde;
L = Largo en m del tablero del puente desde el soporte en consideración hasta la junta adyacente.
N = Largo de soporte mínimo en mm.
H = Altura de la columna o cepa en m.
Los apoyos más utilizados en la actualidad son los apoyos elastoméricos, compuestos de
neopreno, reforzados con placas de acero. Algunos ejemplos se encuentran en la figura 3, donde
se muestran tres tipos, el primero resiste la carga deformándose en la dirección donde se aplica la
carga; el segundo se desliza después que la resistencia a la fricción ha sido excedida; el tercero
tiene un cilindro de corte que limita la deformación del elastómero.
Fig. 3: Tipos de Apoyos Elastoméricos
2.5 Otros factores:
2.5.1 Efecto de las placas de apoyo:
Cualquier movimiento horizontal de la superestructura del puente será contrarrestado por la
resistencia de las placas de apoyo y la rigidez o resistencia a la flexión de los elementos de la
subestructura. La rigidez de los estribos, la flexión relativa de las cepas y el tipo de fundación,
afectarán la magnitud del movimiento y las fuerzas que se oponen al movimiento en las placas de
apoyo. [1]
El coeficiente de fricción de las placas de apoyo nunca es constante, depende de la temperatura,
velocidad de deslizamiento y la posición de las placas de apoyo relativo a sus placas bases.
Mientras menores sean los movimientos del tablero mayor será el efecto de la fricción de las
placas de apoyo. [11]
Esto se basa en el siguiente argumento: Si el peso del puente, Mg, y el coeficiente de fricción de
las placas μ, son conocidos, es posible calcular la fuerza, F, requerida para sobrepasar la fuerza
de fricción de las placas de apoyo (F = μMg), esta fuerza puede ser convertida en su equivalente
en el cambio de largo por la formula:
δl =
F ⋅l
EA
(4)
Donde;
δl = Cambio en el largo, (mm);
F = Es la fuerza requerida para sobrepasar la fricción (N);
l = Es el largo de expansión de el puente, (mm);
E = Es el modulo de Young`s, (kN/mm²);
A = Es el área de la sección transversal de la cubierta.
Con este cálculo se puede apreciar cambios en el largo causados por la fricción de las placas
hasta 9 mm, en puentes donde se midió este efecto. [11]
En la figura 4 se puede apreciar los efectos causados por la interacción entre la temperatura y la
fricción de las placas de apoyo. Empezando en el punto A; la posición mínima de la temperatura
y movimiento efectivo del puente en un año; la temperatura del puente aumenta con un
movimiento casi nulo hasta que en el punto B, la fuerza (F) en el tablero, sobrepasa la fuerza de
fricción. Luego el movimiento toma lugar a lo largo de la línea BC hasta que el puente alcanza la
máxima temperatura y movimiento efectivo del día en el punto C. El efecto se repite, hasta el
punto D, mientras la temperatura disminuye. Como este ejemplo se desarrolla en el período del
año donde las temperaturas aumentan, el movimiento cesa en el punto E (a una mayor
temperatura que A) que es el punto de menor temperatura efectiva del puente del día siguiente.
Asumiendo que no hay otros factores involucrados, un ciclo similar, se puede apreciar que
mientras la temperatura y movimiento efectivo del puente aumenta día tras día. Las pendientes
de las líneas AC, EG, IK, etc. son los coeficientes de expansión térmica diarios, de las cuales se
desprende una línea que pasa por el medio de éstas, XY, que cuya pendiente es el coeficiente
expansión térmica efectivo. El proceso se revierte en el periodo del año donde las temperaturas
decaen.
Fig. 4: Diagrama que representa el efecto la fricción de las placas de apoyo. [11]
2.5.2 Cargas vivas, movimiento inducido por el tráfico:
Estos movimientos son principalmente producidos por rotaciones en los extremos de los vanos e
influenciados por: [10]
-
Rigidez del tablero
Carga de tráfico
Profundidad de la placa de apoyo bajo la superficie
Posición del eje de rotación de la cubierta
Tipo y comportamiento de las placas de apoyo
Diseño y materiales de la junta.
Restricciones estructurales
Mediciones demuestran que la apertura horizontal de la junta es proporcional al eje de carga y
está relacionado a la posición del vehiculo en el vano. En adición el tipo de estructura influencia
la magnitud de los movimientos y rotaciones y los cambios entre estos dos parámetros son
aproximadamente proporcionales. [10]
Las estructuras compuestas tienden a tener mayores amplitudes de movimiento en la junta,
debido a la menor rigidez de la cubierta y mayor profundidad desde la superficie a las placas de
apoyo. [10]
En estructuras de vanos múltiples, ambos lados de la junta pueden rotar, por lo que una carga de
tráfico simultánea sobre vanos contiguos puede aumentar el movimiento en la junta. Un mayor
incremento puede ocurrir donde coincidan cargas en pistas adyacentes, esto queda en evidencia
cuando vehículos comerciales con cargas anormales pasan sobre la junta. [10]
Un ejemplo de las variaciones en los movimientos y rotaciones, para distintas cargas sobre un
puente con un tablero compuesto con vigas cajón de acero, se muestra en la tabla 3,
Tabla 3: Comparación de movimientos y rotaciones en la junta para distintas cargas.
Abertura horizontal Rotación en la junta
Vehículo
Carga (ton)
en la junta (mm)
(radianes ×10 −6 )
Auto
>1
>0.01
10
Vehículo Pesado
20
0.08
90
Carga Anormal
148
0.48
700
Esto es razonable, ya que la superestructura tiene un comportamiento lineal-elástico y por lo
tanto, a mayor carga experimentará una mayor deformación.
2.5.3 Esviaje
Para ajustar el movimiento esperado en el tablero del puente cuando éste se encuentra esviado es
común en la práctica, incrementar el movimiento calculado para un largo no esviado. El sistema
de expansión es sobredimensionado por la deformación por torsión. Por ejemplo, un puente con
un esviaje de 45º, tendrá un mayor movimiento esperado total que uno con un vano igual, pero
con un esviaje de 15º o menor. Una aproximación del movimiento total estimado, ΔL, es calcular
el movimiento para un puente sin esviaje de igual vano, L, y dividiendo por el coseno del ángulo
de esviaje, α. [3]
Deformación con esviaje =
ΔL
cos(α )
(5)
Fig. 5: Esquema de puente con esviaje, medición del ángulo y el largo involucrado.
3 TIPOS DE JUNTAS DE EXPANSION Y SUS CARACTERÍSTICAS
En este capitulo se indicarán los diferentes sistemas de juntas que existen en la actualidad,
describiendo sus características principales y métodos de instalación.
Existe consenso entre especialistas e ingenieros de puentes, según se observa en las publicaciones
de la NCHRP y el A.C.I., que las juntas de expansión se pueden dividir en las siguientes
categorías:
Abiertas
Armada o Guarda Canto
Placa Deslizante
Placa Dentadas
Tabla 4: Sistemas de Juntas
TIPOS DE SISTEMAS DE JUNTAS
Cerradas
Moldeados en Situ
Preformados
Asfalto con Agregado Polimérico
Sello en Franja o Membrana
Termo Endurecidos, Curado Químico Sello en Compresión
Sello de Neopreno Inflable
Sello Elastomérico Reforzado
Sistemas Modulares o de Riel
3.1 Juntas Abiertas:
Los tipos más comunes de juntas abiertas son: la guarda cantos, la placa deslizante y junta
dentada; estos fueron los primeros tipos de juntas utilizados en los puentes modernos, pero en los
últimos años han perdido preferencia, debido a que estos sistemas permiten el ingreso de agua y
escombros, especialmente en zonas lluviosas.
Para evitar que esto suceda, se han instalado sistemas de drenaje bajo la junta, y así, lograr
proteger la subestructura. Este sistema consta de una membrana no corrosiva, que se instala bajo
la junta y se sujeta al hormigón del tablero, como se muestra en la figura 6.
3.1.1 Junta Armada o con guarda canto:
La junta con guarda cantos, como la mayoría de las juntas abiertas, no impiden el paso del agua
ni de los escombros. Esta junta no entrega una superficie de transición entre los bordes
adyacentes de la losa, por lo que deben ser usadas en puentes de vanos cortos que permiten
movimientos debidos a la temperatura menores que 25 mm. Un perfil angular de acero es
comúnmente usado en el borde superior, sin embargo muchas juntas son construidas sin el. El
perfil es anclado al hormigón por medio de pernos, barras. Un detalle típico es mostrado en la
figura 7.
3.1.2 Junta con placa deslizante:
Es similar a la junta armada, pero con la diferencia que una placa metálica es anclada a lo largo
de uno de sus bordes, el lado no anclado descansa en una placa metálica de asiento en el otro
borde. Las juntas con placas deslizantes son utilizadas para movimientos de 25 a 75 mm, hoy en
día es considerada como una junta abierta. No es impermeable, pero si previene que los
escombros traspasen por la abertura. Este sistema es anclado al hormigón por medio de pernos
soldados de acero y barras. Detalle en la figura 7.
3.1.3 Junta dentada:
Puede acomodar movimientos de hasta 100 mm, se encuentra provista por dos placas dentadas
una a cada lado de la abertura, éstas se entrelazan para permitir el movimiento cubriendo el
espacio requerido entre ellas. Al igual que otros sistemas de juntas abiertas, a éste también se
puede instalar una membrana de drenaje para colectar basura y agentes contaminantes. Una
descripción de la junta se puede apreciar en la figura 8.
Hay variadas opiniones con respecto a este tipo de sistemas, como con todas las otras juntas
abiertas, los costos iniciales son en general, menores que los costos para las juntas cerradas. En
muchos lugares se ha optado por juntas dentadas en puentes con vanos mas largos. [7]
Fig. 6: Junta Abierta, cubre junta con membrana de drenaje y sistema de anclaje. [17]
Fig. 7: Junta con placa deslizante y membrana de drenaje. [17]
Fig. 8: Junta de placa dentada con una membrana de drenaje. [17]
3.2 Juntas Cerradas:
En juntas abiertas el agua, escombros, productos químicos y abrasivos, se introducen desde el
recubrimiento del tablero a la apertura de la junta, estos agentes contaminantes, aceleran el
proceso de corrosión, tanto del acero estructural, como del acero de refuerzo en el hormigón,
ocasionando el degradación y pérdida de resistencia de los elementos del puente bajo la junta. En
regiones donde las condiciones climáticas en la temporada invernal son muy severas, se utiliza
sal para descongelar las autopistas, esto aumenta aun más el problema. En figuras 9 y 10, se
aprecian los daños causados.
Los sistemas de juntas selladas se comenzaron a aplicar en los años 1930, y con el paso del
tiempo comenzaron a evolucionar, esto gracias a mejoras en el diseño, métodos de instalación
más refinados y al desarrollo tecnológico de distintos materiales, como barras de anclaje más
resistentes y mejores productos para sellar.
En las últimas décadas, las juntas han evolucionado con el objetivo de aumentar la vida útil de los
puentes, creando sistemas que hacen continua la superficie de rodado, logrando impermeabilizar
el tablero, impidiendo que se dañen elementos estructurales fundamentales de la subestructura.
Los fabricantes buscaron sistemas económicamente viables, de bajo costo de mantenimiento, que
impidieran el paso del agua y que fuera durable, tan durable como el tablero del puente.
Fig. 9: Daños provocados por juntas deficientes, Corrosión en viga de diafragma de acero.
[7]
Fig. 10: Daños provocados por juntas deficientes, escombros en el caballete del puente. [7]
3.2.1 Sellos Moldeados in Situ:
3.2.1.1 Sellos Termoestables, Curado Químico:
Este fue uno de los primeros intentos en realizar una junta impermeable, habitualmente es
utilizado en vanos de poca longitud, donde el desplazamiento es de 5 mm o menor. Sin embargo,
materiales con curado químico han sido usados en juntas de hasta 100 mm de ancho con
movimientos del orden de 50 mm, a pesar de esto, es más usual confinarlas en la mitad de ese
tamaño para asegurar el buen desempeño y economía en materiales.
El material vertido en la apertura debe ser rígido, adherente e impermeable y tiene que ser
colocado en la parte superior de la junta, cumpliendo la función de un sellador. La silicona es el
sellador elastomérico más utilizado en la actualidad, es un polímero de dos componentes,
autonivelante y de secado rápido. [7]
Para la instalación de este tipo de sello se utiliza un material preformado de respaldo,
generalmente de espuma de polietileno que es introducido a presión para evitar dejar espacios por
donde el sello pueda escapar a través de la junta Este material de respaldo es colocado para
materializar la forma y profundidad deseada para el sello. Es importante que los bordes de la
junta estén limpios y sanos para que el sellador elastomérico se adhiera apropiadamente. También
se puede instalar con un sello de transición o guardacantos de mortero epóxico en la proporción
1:3 para proteger los bordes de la junta contra los impactos del tráfico, en la figura 11 se aprecia
un esquema de este sistema.
El espesor del sello elastomérico en el centro no debería ser mayor que la mitad del ancho de la
junta. Asimismo es importante que el fondo del sello no se adhiera al material de soporte. Se
desempeña mejor cuando el sello es vertido con una temperatura ambiental por encima de los 4
ºC.
Las aplicaciones son usualmente realizadas por una boquilla que expulsa el sello bajo presión,
esta puede ser formada y dimensionada para moldear el sello en la junta. El sello es suministrado
en cartuchos y aplicado por una pistola de calafateo. En el caso de sellos de dos componentes,
una mezcla completa y uniforme es esencial para lograr un curado apropiado.
La aplicación del sello en la junta requiere un operador capacitado. La pistola de calafateo debe
ser controlada en un ángulo (alrededor de 45º) y desplazada derechamente a través de la junta.
Fig. 11: Juntas con sellos moldeados en situ. [17]
3.2.1.2 Sello Asfáltico Modificado con Polímeros Aplicados en Caliente:
Este sello es utilizado en juntas para movimientos menores a 50 mm, y puede ser usado en
tableros de hormigón, y en especial si el recubrimiento es de mezcla asfáltica. Las marcas de
mayor prestigio son la "JME-60" de Composan Construcción, Española, la "Expandex" de
Watson Bowman ACME (Telcons Ingenieros S.A) y la "Proflex Spandec" de E.C.S.I del Reino
Unido.
La temperatura ambiente adecuada para la instalación esta entre los 5 ºC y 35 ºC. Para ejecutar
este sello se debe primero tapar la abertura de la junta y colocar la carpeta asfáltica de
recubrimiento a lo largo de toda la cubierta del puente, hasta la superficie de rodado. Luego se
debe retirar una sección de dimensiones entre 500 mm y 750 mm de ancho y entre 75 mm y 100
mm de profundidad justo en el centro de la junta (Blockout). Un perfil de soporte de tipo celular
o compresible es introducido a presión en la apertura de la junta.
El material de asfalto polimérico es calentado a 190 ºC y vertido sobre el perfil de soporte hasta
llenar completamente la abertura de la junta. Una placa de 230 mm de ancho, 1.2 m de largo y 6
mm de espesor con agujeros de fijación cada 300 mm centrados en la placa es colocada centrada
en la junta cubriendo todo su ancho y longitud, y luego es fijada con los clavos de fijación.
El bloque removido es rellenado con asfalto polimérico que formara la capa base sobre la junta,
estos son calentados a la misma temperatura, después que este material es colocado, se consolida
por medio de un compactador de plato vibrante. Finalmente el material de recubrimiento es
vertido sobre la parte superior de la mezcla compactada hasta que todos los huecos sean llenados,
luego se le aplica un agregado fino para recubrir y así lograr una mejor tracción, un detalle típico
se puede apreciar en la figura 12.
Fig. 12: Sello Asfáltico Modificado con Polímeros. [17]
3.2.2 Sellos Preformados:
3.2.2.1 Sello en Compresión:
Los sellos de compresión están compuestos por una sección continua de neopreno elastomérico
preformado de forma rectangular, que es comprimida en la abertura de la junta y colocado en
todo el ancho del tablero haciendo que la junta sea estanca al agua. Existen sellos en compresión
de sección transversal cerrada o abierta. Este tipo de sistemas tiene un rango de movimiento de 5
a 60 mm.
Los sellos de compresión de sección transversal abierta están estructurados en forma de reticular
para permitir que el sello esté comprimido permanentemente, mientras que provee estabilidad y
presión a las paredes de la junta durante el movimiento. Los cantos de junta pueden ser
fortalecidas con armadura o con un material de concreto polimérico. Un detalle típico se ve en la
figura 14.
También, existe la alternativa con una sección cerrada, con un rango de movimiento similar a la
sección abierta. El material ocupado es de tipo celular parecido a una espuma, es un sello
polimérico de baja densidad. Para su correcto funcionamiento es necesario utilizar un adhesivo
para sujetar el sello a las paredes de la junta.
Para su instalación la sección es comprimida e insertada en la junta usando un adhesivo que sirve
también como lubricante para facilitar su colocación para fijar el material en su lugar. Estos
sellos se diseñan para asegurar que siempre esté bajo compresión, para impedir desplazamientos
en la junta y lograr la impermeabilización deseada. Los empalmes deberían ser evitados,
comúnmente se colocan barras de soporte en el fondo para que el sello no se desplace a través de
la junta.
El sello tiene que ser dimensionado apropiadamente para la abertura actual de la junta. La
abertura debe estar construida apropiadamente con un ancho y lados verticales uniformes y
ningún borde defectuoso. También, debe ser colocado a una distancia correcta desde el tope del
tablero. Para facilitar la instalación de los sellos en compresión deben ser instalados a
temperaturas bajas, ya que las juntas se encuentran con una mayor apertura. Una descripción del
sistema de sellado y su instalación se pueden ver en las figuras 13 y 15.
Fig. 13: Junta con sello de compresión cerrada, con armadura y barras de soporte. [17]
Fig. 14: Junta con sello de compresión abierta, con armadura y barras de soporte. [17]
Fig. 15: Instalación de Sello de Compresión cerrado. [7]
3.2.2.2 Sello en Franja o Membrana:
Una junta de sello en franja consiste en una membrana de neopreno rígido anclado a un perfil
metálico en ambos lados de la junta. El material es premoldeado en forma de “V”, con lo que
esta se puede alargar y cerrar según los desplazamientos de la junta. Este tipo de junta tiene un
rango de movimiento hasta de 100 mm. Un detalle típico se muestra en la figura 16.
Fig. 16: Junta con Sello en Franja. [17]
3.2.2.3 Sello de neopreno inflable (Jeene):
Es un perfil elastomérico especialmente diseñado para el sello de juntas de dilatación y
contracción, capaz de soportar ciclos térmicos y cargas dinámicas, este sistema, a demás esta
constituido por un adhesivo epóxico de dos componentes que se aplica en ambos lados de la junta
y un sistema de presurización del perfil durante el periodo de curado. Este período dura
aproximadamente 24 hrs y pasado este tiempo se puede permitir la salida del aire. Existen
perfiles premoldeados que acomodan movimientos desde 4 a 100 mm.
Con esto se puede lograr un sistema hermético e impermeable, para su óptimo desempeño los
bordes de la junta deben estar limpios, secos y sin imperfecciones, es conveniente instalar la junta
con una temperatura ambiente de 20º C. Una descripción se muestra en la figura 17.
Para juntas donde existe un tráfico intenso y de gran carga, se puede colocar una franja de un
hormigón polimérico y así evitar daños en los bordes del tablero.
Fig. 17: Junta con Sello preformado de Neopreno. [17]
3.2.2.4 Sello Elastomérico Reforzado:
Está constituido por una banda de material elastomérico, formulado adecuadamente para dar
elasticidad y durabilidad. Dentro de esté se encuentran unos refuerzos de acero, que le confieren
la rigidez y la resistencia necesaria para transmitir las cargas de tráfico.
Es colocado sobre la apertura de la junta y anclado rígidamente en ambos lados. Este anclaje se
logra por medio de pernos que están insertados en el hormigón del tablero. Si este sello es
colocado apropiadamente el neopreno se estira y se encoje tanto como lo hace la abertura de
junta. Existen varios modelos de este tipo de sello, ellos pueden abarcar un rango de movimiento
de 60 mm, 100 mm y hasta 160 mm. La figura 18 muestra el detalle.
Fig. 18: Sello elastomérico reforzado. [17]
3.2.2.5 Sistemas Modulares o de Rieles:
Este tipo de sistema acomoda movimientos mayores a 100 mm. Los componentes de la junta son
dimensionados de acuerdo a magnitud de los movimientos que establece el ancho de la abertura.
Estas juntas modulares han sido diseñadas para uso en puentes con vanos de gran longitud, con
una capacidad de movimiento de hasta 2000 mm. El movimiento normal es entre 150 mm y 600
mm. Este sistema consta de tres componentes principales: selladores, barras de soporte, vigas
centrales y de borde. Un detalle típico se puede ver en la figura 19.
Los selladores y las vigas separadoras forman una superficie de apoyo y logran dar
impermeabilidad a la junta. Las vigas de separación son normalmente plegadas o formadas en
frío y permiten la unión de los sellos en serie. Las vigas se encuentran sostenidas por barras de
soporte en intervalos consecutivos y estos se fijan a la caja de soporte por medio de los apoyos
elastoméricos y los resortes de control, los cuales permiten el giro de las barras.
Fig. 19: Junta Modular. [17]
3.2.2.6 Instalación de dispositivos preensamblados:
La colocación sellos de gran dimensión para acomodar grandes movimientos en juntas de
puentes, presenta problemas especiales. Primero, estos sellos no son fáciles para manejar y no
pueden ser doblados o moldeados para adaptarse a un abrupto cambio de dirección. Segundo,
requieren una fuerza considerable para comprimirlos mientras son empujados y palanqueados
dentro de la apertura, especialmente si es un día caluroso y la junta esta cerrada parcialmente más
allá de su rango medio. Por estas razones, y por que el sello debe ser dimensionado dentro de la
apertura de la junta, el sistema debe contar con elementos que lo mantengan precomprimido o
preajustado para el ancho requerido, previo al hormigonado. Después de que el hormigón haya
fraguado, la junta es activada, soltando las fijaciones del sistema de instalación.
Sellos en franja y sistemas modulares, diseñados para acomodar grandes movimientos, son
provistos precomprimidos o preajustados listos para la instalación y para su subsiguiente
activación.
Dispositivos de tensión-compresión como los sellos elastoméricos reforzados, requieren ser
colocados al ras con la superficie del pavimento. Se deben tomar provisiones para los pernos del
sistema de anclaje, ya sea insertando un molde que ajuste el ancho del dispositivo cuando el
hormigón es colocado, o perforando e instalando los anclajes después de la colocación del
hormigón.
En casos donde las unidades de anclaje son preconectados a los elementos de borde (sellos en
franja y sistemas armados), la posición y nivel de la junta de expansión es fijada y luego el
hormigón es colocado.
4 NORMAS QUE REGULAN EL DISEÑO DE LAS JUNTAS
En este capítulo se indicarán las principales especificaciones que definen las bases para el diseño
y aplicación de los sistemas de sellos en juntas para puentes, dichas especificaciones se
encuentran contenidas en las principales normas internacionales, como lo son la AASHTO y la
ACI.
A pesar de que algunas de las indicaciones y conceptos que se presentan a continuación ya han
sido mencionados anteriormente, es de gran importancia para esta investigación, destacar las
especificaciones más relevantes de la normativa actual, ya que permiten dar un marco regulatorio
para la implementación y desarrollo de las diferentes alternativas de juntas en nuestro país.
4.1 Norma AASHTO
En Chile la norma de diseño que se ocupa para el desarrollo de infraestructura vial es la
desarrollada en los Estados Unidos, en particular la norma AASHTO LRFD Especificaciones de
Diseño para Puentes.
En particular se comentaran las recomendaciones de mayor relevancia para los distintos tipos de
sistemas de sello para juntas de expansión que se han caracterizados en este trabajo.
4.1.1 Cargas y movimientos:
Las juntas del tablero deben ser diseñadas para resistir las cargas y acomodar movimientos de
servicio y satisfacer los requerimientos de los estados límites de esfuerzo.
Ningún daño originado por el movimiento de las juntas o apoyos, puede ser permitido en el
estado límite de servicio y ningún daño irreparable deberá ocurrir en los esfuerzos límites o
eventos extremos.
Se tienen que considerar rotaciones y traslaciones en los dos ejes horizontales y uno vertical, los
movimientos deberán incluir aquellos causados por cargas de tráfico, deformaciones y
desplazamientos causados por efectos instantáneos y de largo plazo, tales como efectos de Creep,
retracción y temperatura. Las juntas deberán permitir todos los movimientos antes mencionados.
Los efectos de curvatura, esviaje, rotaciones y restricciones en los apoyos deben ser considerados
en el análisis para el cálculo de movimientos en las juntas.
4.1.2 Requerimientos para Juntas:
Las juntas de tableros deberán tener componentes adecuados para acomodar los movimientos
anteriormente nombrados. El tipo de junta deberá permitir el transito de motociclistas, bicicletas
y peatones sin dañar significativamente la superficie de rodado ni menos causar daño a los
vehículos que transitan por el puente. La junta debe ser diseñada para prevenir daños a la
estructura del agua, ataques químicos y escombros del camino.
4.1.2.1 Diseño estructural:
Para determinar el efecto de las fuerzas y movimientos se tiene que considerar los siguientes
factores:
1. Propiedades de los materiales en la estructura, incluyendo: Coeficiente de Expansión
Térmico, Modulo de Elasticidad y Módulo de Poisson.
2. Efectos de temperatura, Creep, y retracción.
3. Tamaño de los componentes estructurales.
4. Tolerancias en la construcción.
5. Método y secuencia de la construcción.
6. Esviaje y curvatura.
7. Resistencia de las juntas al movimiento.
8. Desarrollo del pavimento de acercamiento.
9. Movimientos de fundación asociados con la consolidación y estabilización de suelos.
10. Restricciones estructurales.
11. Repuestas estructurales estáticas y dinámicas, y su interacción.
El largo de la superestructura que afectará el movimiento de una de sus juntas será considerado
desde la junta hasta el punto neutral de la estructura.
Para una superestructura curvada que no se encuentra lateralmente restringida por placas de
apoyos, la dirección del movimiento longitudinal en una placa de apoyo o junta, puede ser
asumida paralela a la cuerda de la línea central de la cubierta, tomada desde la junta hasta el
centro de la estructura.
Comentarios:
Los movimientos de la superestructura incluyen cambios volumétricos, tales como retracción,
temperatura, humedad y Creep, el paso de tráfico vehicular y pedestre, presión del viento y la
acción de sismos.
Los movimientos de la subestructura incluyen diferencias de asentamiento de las cepas y estribos;
inclinación, flexión y traslación horizontal de estribos tipo muros, que responden a la colocación
del relleno, como también el desplazamiento de estribos cerrados debido a la consolidación del
terraplén.
Cualquier movimiento horizontal de la superestructura del puente será contrarrestado por la
resistencia de las placas de apoyo del puente y la rigidez o resistencia a la flexión de los
elementos de la subestructura. La rigidez de los estribos y la flexión relativa de las cepas de altura
variable y los tipos de fundaciones, afectarán la magnitud del movimiento y las fuerzas que se
oponen al movimiento en las placas de apoyo.
Pavimentos rígidos de aproximación compuestos de piedra, ladrillo o concreto experimentaran
una presión longitudinal considerable, debido a la expansión del tablero. Se asegurará la
liberación efectiva de la presión del pavimento o se colocarán anclajes en el pavimento de
aproximación para proteger las estructuras del puente de estas presiones potencialmente
destructivas y así preservar el rango de movimiento de las juntas del tablero y el desempeño de
los sellos.
Cuando el movimiento horizontal en los extremos de la superestructura originado por cambios
volumétricos, las fuerzas producidas dentro de la estructura que se resiste a estos cambios están
balanceadas. El punto neutral puede ser localizado estimando estas fuerzas, tomando en cuenta la
resistencia relativa al movimiento de las placas de apoyo y subestructura. El largo de la
superestructura que contribuye al movimiento en una junta en particular, puede ser determinado
de esta forma.
4.1.2.2 Geometría:
Para puentes rectangulares o con un ligero esviaje, es preferible cambios mínimos en la
alineación vertical y horizontal de la junta, con tal de simplificar el movimiento y de esta manera
incrementar el desempeño de la estructura.
4.1.2.3 Materiales:
Los materiales seleccionados tienen que asegurar que sean: elástica, térmica y químicamente
compatibles. Cuando existan diferencias sustanciales los materiales en las interfaces deben ser
formulados para proveer sistemas completamente funcionales.
Materiales que no sean elastómeros deben tener una vida de servicio no menor a 75 años. Sellos
para juntas y canales de drenaje elastoméricos deben proveer una vida de servicio no menor a 25
años.
Juntas expuestas al tráfico deben tener un tratamiento en la superficie que impida el
deslizamiento de las ruedas y todas sus partes deben ser resistentes al desgaste y al impacto
vehicular.
Excepto para pernos de alta resistencia, los sujetadores para juntas expuestos a desechos
químicos deben ser de acero inoxidable.
Comentarios:
Hay que dar preferir los materiales que se adecuen a las distintas variables de instalación y que
sean más apropiados para ser mezclados en terreno. También, preferir aquellos materiales que
puedan ser reparados y alterados, sin requerir un equipo de mantención especializado. Además,
escoger componentes y elementos que estarán disponibles cuando se necesite su reemplazo.
4.1.2.4 Mantención:
Las juntas de tablero deben ser diseñadas para operar con una mínima mantención durante la vida
útil del puente.
Componentes mecánicos y elastoméricos de la junta deben ser reemplazables.
Comentarios:
La posición de placas de apoyo, componentes estructurales, juntas, espaldares de estribos y la
configuración de la parte superior de cepas, deben ser escogidos para proveer suficiente espacio y
un acceso conveniente a las juntas debajo del tablero.
4.1.3 Selección:
4.1.3.1 Numero de juntas:
El número de juntas de tablero móviles en la estructura deben ser mínimas. Es necesario dar
preferencia a los sistemas de cubierta continuos y cuando sea propicio, utilizar un diseño de
puente integral.
Las juntas pueden ser provistas en los estribos de estructuras de un solo vano expuesta a
asentamientos diferenciales apreciables. Las juntas del tablero intermedias son consideradas para
puentes con múltiples vanos, donde el asentamiento diferencial de las cepas resultará en grandes
tensiones.
Comentarios:
Los puentes integrales, es decir, puentes sin juntas de tablero, deben ser considerados donde el
largo de la superestructura y flexibilidad de la subestructura son tal que, las tensiones secundarias
debidas a los movimientos restringidos, son controladas dentro de los límites tolerables.
Los tableros con un vano largo y vigas de acero continuas y ligeramente esviadas, pueden
soportar diferencias de asentamiento sin generar tensiones secundarias significativas.
Consecuentemente juntas de tablero intermedias son ocasionalmente necesarias para puentes de
vanos múltiples soportados por fundaciones seguras, es decir, pilotes, lechos de rocas y suelos
densos.
4.1.3.2 Ubicación de las juntas.
Las juntas de tablero tienen que ser evitadas sobre las carreteras, líneas férreas, pasarelas, otras
áreas públicas y en puntos bajos de curvas verticales cóncavas.
Deben ser posicionadas con respecto a los espaldares y muros alas de los estribos para prevenir
la descarga del drenaje del tablero que se acumula en el intermedio de la junta por encima de las
bases del puente.
Las juntas abiertas se localizarán solo donde el drenaje pueda ser dirigido, pasando a través de
las placas de apoyo y descargado directamente bajo la junta.
Colocar juntas cerradas o impermeables cuando éstas se encuentren directamente sobre elementos
estructurales y placas de apoyo que pueden verse afectados por la acumulación de escombros.
Para puentes rectos los elementos longitudinales de las juntas como placas dentadas, cunetas,
barreras de placas y vigas de soporte para los sellos de juntas modulares deben ser colocados
paralelos al eje longitudinal del tablero.
4.1.4 Requerimientos del diseño:
4.1.4.1 Movimientos durante la construcción:
El método de construcción conviene que sea planificado, de tal manera de retrasar la construcción
de los estribos y cepas que se encuentren localizadas en terraplenes o adyacentes a ellos, hasta
que estos hayan sido emplazados y consolidados. De lo contrario, las juntas deben dimensionarse
para acomodar los posibles movimientos de estribos y cepas debidos a la consolidación del
terraplén después de su construcción.
Comentarios:
Donde es también deseable o necesario acomodar asentamientos u otros movimientos de
construcción antes de la instalación y ajustes de las juntas de cubiertas, los siguientes controles de
construcción pueden ser usados:
• Colocar el terraplén del estribo antes de la excavación y construcción de la cepa y estribo.
• Sobrecargar los terraplenes para acelerar la consolidación y ajustes de los subsuelos.
• Utilizar Blockout de tablero para permitir que las cargas muertas en el vano se encuentren
en un porcentaje mayor, antes de la instalación de la junta.
4.1.4.2 Movimientos en servicio
Una abertura en la superficie de la vía, W, en mm, en una junta de tablero transversal, medida
normal a la junta, en el movimiento extremo, que se determina usando la combinación de cargas
de fuerzas especificada en tabla 3.4.1-1 de la norma AASHTO, debe satisfacer:
Para una sola abertura:
(
W ≤ 64 + 38 ⋅ 1 − 2 ⋅ sen 2θ
)
Para múltiples aberturas modulares:
(
W ≤ 50 + 25 ⋅ 1 − 2 ⋅ sen 2θ
Donde:
)
θ = es el ángulo de esviaje en la junta (DEG)
Para superestructuras de metal y madera no pretensada el ancho de la abertura de un junta de
tablero no debe ser menor que 25 mm en el movimiento extremo. Para superestructuras de
hormigón, se considera que la apertura de las juntas debido al Creep y la retracción, puedan
requerir inicialmente una apertura inicial mínima que no exceda los 25 mm.
En el movimiento extremo, la apertura entre dientes adyacentes en una placa dentada no debe
exceder:
- 50 mm para aberturas longitudinales mayores que 200 mm. o
- 75 mm para aberturas longitudinales o menores que 200 mm.
4.1.4.3 Protección
Las juntas de tableros se diseñarán para soportar los efectos del tráfico vehicular, equipos de
mantención de pavimento y otros daños inducidos a largo plazo.
Juntas en tableros de hormigón se armarán con perfiles de acero soldados o laminados. Tal
armadura debe estar colocada bajo la superficie de rodado y protegida de las palas de las
barredoras de nieve.
La protección contra las palas quita nieve de la armadura de las juntas de tablero y sellos de
juntas puede consistir en franjas de concreto de amortiguación de 300 a 400 mm. de ancho, con
una armadura de 6.5 a 9.5 mm bajo la superficie de tales franjas.
Precauciones adicionales para prevenir el daño de las palas de las barredoras de nieve, cuando el
esviaje de las juntas coincida con el esviaje de las hojas de la pala, en un ángulo típico de 30º a
35º.
4.1.4.4 Placas deslizantes
Las placas deslizantes y dentadas tienen que ser diseñadas como miembros en cantilever capaces
de soportar cargas de peso.
La diferencia de asentamiento entre los dos lados de la junta de placa deslizante debe ser
estudiada. Si la diferencia de asentamiento no puede ser reducida a niveles aceptables o ser
acomodada en el diseño de la placa y sus soportes, se utilizará un sistema de junta más propicio.
Comentarios
Como en este sistema una de las placas se encuentra apoyada sobre la otra, puede ocurrir que
debido al desplazamiento vertical del tablero o a movimientos longitudinales en distintos planos,
estas pueden quedar sujetas a las reacciones de las cargas muertas y vivas de la superestructura.
Las placas que no son capaces de resistir tales cargas pueden fallar y convertirse en un peligro
para el tráfico vehicular.
4.1.4.5 Junta Armadas
El perfil metálico incrustado en el borde del hormigón de la junta, debe estar perforado con una
separación máxima de 460 mm. y con un diámetro mínimo de 20 mm.
A las superficies de metal con un ancho mayor que 300 mm y que se encuentren expuestas al
tráfico vehicular, se someterán a un tratamiento antideslizante.
En los perfiles de acero son necesarios huecos de ventilación para ayudar la salida del aire
atrapado y de esta forma lograr un substrato del hormigón sólido bajo el borde de la junta.
4.1.4.6 Anclajes:
La armadura del anclaje o los conectores de corte deben estar dispuestos de tal manera de
asegurar que el comportamiento entre el hormigón y los componentes de la junta sea el adecuado,
y prevenir la corrosión bajo la superficie de la junta, sellando los espacios entre el hormigón y la
armadura.
Anclajes para juntas armadas deben ser directamente conectados a soportes estructurales o
extenderse hasta enganchar los refuerzos de acero del hormigón.
4.1.4.7 Pernos:
Los pernos de anclaje para placas deslizante, sellos de juntas y juntas armadas serán pernos de
alta resistencia completamente apretados. La conexión de elementos no metálicos con pernos de
alta resistencia debe ser evitada. Está prohibido el uso de anclajes de expansión y pernos de
anclaje avellanados.
4.1.5 Instalación:
4.1.6 Ajustes:
La temperatura de colocación del puente o cualquier componente debe ser tomada como la
temperatura promedio actual del aire sobre un período de 24 hrs. antes del procedimiento de
instalación.
Para superestructuras de gran longitud se incluirá un margen en la especificación de los anchos de
junta, debido a las inexactitudes inherentes en el establecimiento de la temperatura de instalación
y los movimientos de la subestructura que pueden tomar lugar durante el tiempo entre el
establecimiento del ancho de la junta y la completa instalación de ésta. En el diseño de juntas
para estructuras largas, se le debe dar preferencia a dispositivos, detalles y procedimientos que
permitirán ajustar y completar en menor tiempo posible la junta.
Las conexiones de los soportes de las juntas a los miembros primarios debe permitir ajustes
horizontales, verticales y rotacionales.
Utilizar un blockout, que consiste en remover una sección rectangular a lo ancho de la junta para
lograr la correcta colocación del sistema de sello y para rellenar con materiales de mejor calidad
y resistencia.
Comentarios:
Excepto para puentes cortos donde las variaciones de la temperatura de instalación tendrá efectos
despreciables en el ancho de las juntas, se deberán incluir planos para cada junta de expansión
donde se especifiquen los anchos de la instalación para un probable rango de temperatura.
Para estructuras de hormigón se considerará el uso de termómetros y mediciones de la
temperatura en las juntas de expansión en medio de los tableros de la superestructura.
Se recomienda un cuadro de desbalance para la instalación de juntas de expansión, para tomar en
cuenta la incertidumbre de la temperatura de instalación al momento del diseño. El diseñador
puede proveer un cuadro de desbalance en los planos de diseño. La colocación de la junta de
expansión durante el moldeado del tablero, deberá acomodar las diferencias entre la temperatura
de instalación y la temperatura de diseño asumida.
El método constructivo deberá permitir la mayor cantidad de movimientos por la carga muerta de
la estructura antes de la colocación y ajuste de las juntas.
4.1.6.1 Empalmes en terreno
El diseño de juntas deberá incluir el detalle para los empalmes en terreno en la etapa de
construcción y para juntas mayores que 18 m. Cuando sea posible, los empalmes se realizaran
alejados del paso de las ruedas y la cuneta.
Los empalmes en terreno planificados para la etapa de construcción deberán estar localizados con
respecto a juntas de construcción y así proveer el espacio suficiente para la conexión del
empalme.
Cuando sea posible, deberán ser usados solo aquellos sellos que puedan ser instalados en una sola
pieza. Cuando el empalme sea inevitable, éste deberá ser vulcanizado
4.1.7 Consideración para tipos de juntas especificas:
4.1.7.1 Juntas Abiertas: (Esquema 3.1.1 fig. 6)
Las juntas abiertas permiten el flujo de agua a través de la junta. Estas no deben ser usadas donde
puedan transitar vehículos con desechos químicos y estos puedan ser vertidos al tablero del
puente.
Bajo ciertas condiciones, las juntas abiertas pueden proveer una solución efectiva y económica.
En general, juntas abiertas son bien aplicadas para autopistas secundarias donde existen pocos
elementos abrasivos como arena y sal. No son apropiados para áreas urbanas donde el costo
indirecto para la mantención de juntas dañadas es alto.
El desempeño satisfactorio depende de un sistema de drenaje efectivo del tablero, el control de la
descarga del tablero a través de las juntas y la contención y eliminación de desechos. Es esencial
que el drenaje de la superficie y los escombros de la pista no se acumulen en ninguna parte de la
estructura bajo la junta.
La protección contra los efectos nocivos del drenaje del tablero, puede incluir el moldear
superficies estructurales para prevenir la retención de desechos de la carretera y proveer
superficies con deflectores, corazas, cobertores y recubrimientos.
4.1.7.2 Juntas Cerradas:
Las juntas cerradas deberán sellar la superficie del tablero, incluyendo cunetas, pasarelas y
barreras de contención. El sellado de las juntas deberá prevenir la acumulación de agua y
desperdicios.
El drenaje acumulado en los recesos de la junta y en las depresiones del sello no puede ser
descargado a las cepas del puente o en otras porciones horizontales de la estructura.
Cuando el movimiento es acomodado por medio del cambio de geometría de membranas
elastoméricas, éstas no entrarán en contacto con las ruedas de los vehículos.
Aún no han sido desarrollados sellos de juntas completamente efectivos para algunas situaciones,
particularmente donde hay juntas con un gran esviaje con cunetas o barreras levantadas y
especialmente cuando las juntas están sujetas a movimientos sustanciales.
Sellos en franja que están deprimidos bajo la superficie del camino y que tienen forma de canal,
eventualmente se llenarán con escombros y debido a esto cuando la junta se cierre, se romperá.
4.1.7.3 Impermeabilización de juntas
Sistemas de juntas impermeables, incluyendo canales, colectores y botaderos, deben ser
diseñados para colectar, conducir y descargar el drenaje del tablero fuera de la estructura.
En el diseño de canales de drenaje, estas consideraciones deben ser tomadas:
-
Pendientes de los canales no menores que 1/12,
Aberturas de descargas grandes para los canales,
Canales prefabricados,
Canales compuestos de elastómero reforzado, acero inoxidable, u otro metal con un
recubrimiento durable,
Sujetadores de acero inoxidable,
Canales que sean reemplazables debajo de la junta,
Canales que puedan ser limpiados desde la superficie del camino,
Juntas metálicas soldadas y empalmes elastoméricos vulcanizados.
4.1.7.4 Sellos moldeados in situ (Esquema 3.2.1.1 fig. 11)
Los sellos vertidos deben ser usados solo en juntas expuestas a movimientos pequeños y para
aplicaciones donde la impermeabilidad es de segunda importancia.
4.1.7.5 Sellos en compresión (Esquema 3.2.2.1 fig. 14)
El ancho nominal de los sellos en compresión no deben ser menores que 64 mm ni mayores que
150 mm y serán especificados en anchos con incrementos en múltiplos de 12 mm.
En carreteras principales los sellos serán entregados sin empalmes o cortes.
En los extremos los sellos deberán ser protegidos por cobertores sujetos firmemente. Sellos
secundarios en cunetas y barreras pueden ser cortados y doblados como sea necesario para ayudar
en el encorvamiento e inserción en la junta.
Sellos de sección transversal cerrada no tienen que ser usados en juntas donde estén sometidos a
una compresión importante, a menos que el sello y el adhesivo adecuado hayan sido
documentados por ensayos a largo plazo para aplicaciones similares.
Sellos en compresión se usarán sólo en estructuras donde el rango de movimiento pueda ser
calculado en forma precisa.
4.1.7.6 Sellos en franja (Esquema 3.2.2.2 fig. 16)
En la selección y aplicación de sellos en franja se deben tomar las siguientes consideraciones:
- Diseñar con sistemas de anclajes que no estén expuestos a las cargas de tráfico,
- Diseñar juntas que permitan el cierre completo, sin efectos perjudiciales al sello,
- Diseñar juntas donde los sellos elastoméricos se extiendan directamente a los bordes del
tablero en vez de doblar en cunetas o barreras,
- Sellos que sean formados para expulsar escombros, y
- Sellos sin cambios abruptos en la alineación horizontal y vertical.
4.1.7.7 Sello elastomérico reforzado: (Esquema 3.2.2.4 fig. 18)
La aplicación de sellos elastoméricos reforzados estará limitada a estructuras en caminos
secundarios con tráfico de camiones liviano y en puentes con un esviaje ligero. Estos no deben
ser usados cuando no existan cálculos certeros de los rangos de movimiento de la junta.
Para la utilización de éste tipo de sellos se tomarán las siguientes consideraciones:
- Los sellos tienen que ser suministrados en una sola pieza continua para todo el largo de la junta.
- Los sellos con empalmes deben ser vulcanizados, y
- Utilizar anclajes capaces de soportar las fuerzas necesarias para comprimir y alargar el sello.
4.1.7.8 Sellos modulares: (Esquema 3.2.2.5 fig. 19)
Para la utilización de sellos modulares se tomarán las siguientes consideraciones:
-
Sellos que han sido verificados en ensayos de larga duración.
Sellos diseñados para facilitar la reparación y reemplazo de sus componentes.
Sellos en zonas urbanas que tengan componentes diseñados para minimizar el ruido.
Sellos que son totalmente ensamblados por el fabricante.
La geometría de la junta se debe mantener lo más simple posible. Se deben considerar blockout
para permitir la instalación del sello.
4.2 Norma A.C.I.
4.2.1 Juntas en Construcciones de Hormigón:
La norma A.C.I. “Juntas en Construcciones de Hormigón, ACI 224.3R-93” hace mención a las
principales características que deben cumplir las juntas y las condiciones en que deben operar en
puentes, consideraciones que ya han sido mencionados en este trabajo. Las indicaciones
relevantes para la práctica y el uso de estos sistemas son las siguientes:
• Para juntas que no son selladas por ningún tipo de sistema, por razones de seguridad la
rueda del vehículo no debe caer en la junta, en especial cuando se encuentra con un esviaje,
dando como limite 100 mm. Para movimientos esperados mayores a éste, se debe estudiar
la colocación de un elemento de sello en la junta.
• La capacidad de expansión del dispositivo debe ser siempre mayor que la calculada para
desplazamientos térmico.
• El resultado del acortamiento de post-tensado debe ser considerado cuando se determine el
tamaño de la junta.
• Una armadura de acero debe ser colocada para proteger los bordes de concreto y la interfaz
del sistema de junta y hormigón.
• Los anclajes deben ser colocados dentro del refuerzo del tablero para evitar que se suelten o
que el sistema de anclaje se esfuerce demasiado.
• Para que la junta sea hermética debe ser continua a través de toda la superficie del tablero.
• Cuando son usadas juntas abiertas se recomienda proteger el hormigón de la subestructura
con un recubrimiento epóxico o selladores químicos. Usualmente las juntas abiertas ya no
son recomendadas.
• En sistemas de juntas cerrados, los materiales de caucho o neopreno no deben ser
directamente afectados por las cargas de ruedas. Adicionalmente, el diseño debe minimizar
la acumulación de escombros que dañen el sello o que impidan el movimiento.
4.2.2 Guía para el Sellado de Juntas en Estructuras de Hormigón [2]
El Instituto Americano del Concreto, A.C.I, también tiene una guía enfocada en los sellos para
todos los tipos de juntas (Guía para el Sellado de Juntas en Estructuras de Hormigón, ACI 504R90), a continuación se presentan los aspectos específicos relativos a sellos para juntas en tableros
de puentes.
4.2.2.1 Funcionamiento de los sellos:
El funcionamiento del sello en la junta depende tanto del movimiento que debe acomodar y en la
forma de la junta, como en las propiedades físicas del sello.
Desde el punto de vista del funcionamiento del sello, las juntas de puentes clasifican como juntas
a tope, es decir, los elementos estructurales están contiguos y sus movimientos son
principalmente horizontales en el plano de la junta.
Para funcionar apropiadamente, el sello debe deformarse en respuesta a los movimientos de
abertura o clausura de la junta, sin que ningún otro cambio afecte su capacidad para mantener el
sellado. Según esto existen tres condiciones funcionales de esfuerzo para los sellos en juntas a
tope:
1.- El sello siempre en tracción: Esta condición para la mayoría de los sellos es la principal causa
de falla ya que, aquí se presentan esfuerzos que pueden inducir la falla del sello. Es por esta
razón, que no se diseñan sellos bajo esta condición.
2.- El sello siempre en compresión: Este principio es ilustrado en la figura 20, y así se concibe el
funcionamiento de los sellos en compresión que se verán a continuación.
3.- El sello se encuentra en un ciclo de compresión y tracción. La mayoría de los sellos
moldeados in situ y sellos preformados funcionan de esta manera. El comportamiento de
estos sellos se ilustra en la figura 21.
Se han desarrollado y experimentado con varias soluciones y éstas se pueden clasificar en dos
grupos principales:
1.- Sellos moldeados en situ, que son aplicados en forma líquida o semilíquida y su forma final
está dada por el espacio que provee la apertura de la junta.
2.- Sellos preformados diseñados y desarrollados en la planta de fabricación.
Figura 20: Sellos en compresión. [2]
Figura 21: Sellos en ciclo tensión-compresión. [2]
4.2.2.2 Fallas en los sellos:
El malfuncionamiento del sello bajo ciertas condiciones de esfuerzo consistente en fallas por
tensión, en el sello o en la conexión a la cara de la junta, éstas son conocidas como fallas
cohesivas y adhesivas respectivamente.
En el caso de sellos preformados que están diseñados para trabajar siempre en compresión, el
malfuncionamiento generalmente proviene de la incapacidad para generar suficiente presión de
contacto con las caras de la junta. Los detalles se muestran en la figura 23.
El malfuncionamiento de sellos moldeados in situ, que están diseñados para funcionar en ciclos
de compresión y tracción, pueden deberse a la inversión en el sentido del esfuerzo o bajo el
esfuerzo sostenido por una deformación constante. Los resultados de la falla se pueden ver en la
figura 22.
Cuando movimientos secundarios ocurren fuera de la dirección de funcionamiento, como pueden
serlo, desplazamientos verticales por asentamiento de cepas o el impacto en las juntas bajo el
tráfico; fuerzas de corte ocurren a través de los sellos. La profundidad y el ancho de los sellos,
requeridos para acomodar los movimientos principales, pueden proveer cualquier resistencia al
corte requerido.
Fig. 22: Fallas producidas en sellos moldeados en situ. [2]
Figura 23: Sello pierde su compresión en clima frío. [2]
4.2.2.3 Efectos de temperatura:
Cambios en la temperatura entre la instalación y el máximo y mínimo experimentado en servicio,
afecta el comportamiento del sello. De la figura 24, se puede concluir que mientras más cercana
sea la temperatura de instalación a la temperatura media anual, el sello sufrirá menos esfuerzos en
su vida útil y se desempeñará mejor en la junta. El rango de temperaturas de servicio ha sido
asumido desde -29 a 54 ºC.
La diferencia entre el rango de temperatura de servicio y el rango de la temperatura ambiente del
aire puede ser considerable, dependiendo de la ubicación, exposición, materiales que están siendo
unidos, por la absorción y transferencia de calor del sol y la pérdida debido a la radiación.
Los sellos generalmente se desempeñan mejor cuando el movimiento de apertura y clausura de la
junta ocurre lenta y uniformemente. Lamentablemente, las juntas de las estructuras raramente se
comportan así, donde se encuentran presentes restricciones, como fuerzas de fricción, se debe
acumular suficiente fuerza para realizar cualquier movimiento y cuando esto sucede, un
desplazamiento repentino ocurre y puede llegar a romper un sello frágil. Este tipo de
comportamiento es mencionado en el capitulo dos, en relación al efecto que tienen las placas de
apoyo en el movimiento de las juntas.
Es por esto que la flexibilidad de los sellos, sobre un rango amplio de temperaturas es importante,
particularmente a temperaturas bajas, donde algunos materiales sufren la pérdida de elasticidad y
endurecimiento indebido y que bajo otras condiciones pueden ser apropiados como sellos.
Generalmente todos los materiales se desempeñan de mejor forma a temperaturas altas, sin
embargo, con algunos termoplásticos el reblandecimiento puede acarrear problemas de
hundimiento y flujo.
Figura 24: “Efecto de la temperatura de instalación de sellos.” [2]
4.2.2.4 Factor de forma en sellos moldeados in situ:
Estos sellos deben ser completamente sólidos (o semisólidos) a temperaturas de servicio y estos
alterarán su forma pero no su volumen cuando la junta se cierre o abra.
Las fuerzas de cohesión y adhesión desarrolladas por el sello son una función crítica de la forma
que éste tiene. Para un sello dado, su extensión elástica es función tanto de la forma del molde en
donde fue instalado como de las propiedades físicas del material.
Un modelo matemático de la deformación del sello fue desarrollado por Tons, las mediciones de
laboratorio mostraron que las superficies expuestas de un sello elásticamente deformado asumen
una forma parabólica, incluso hasta cerca de la rotura. Tons concluyó que la extensión total es
aumentada directamente con el ancho e inversamente con la profundidad del sello en la junta.
Con esto se introduce el factor de forma, que es la razón entre el espesor (o profundidad) y el
ancho, el cual influirá en el estiramiento y contracción del sello. En la figura 25 se muestra como
afecta el factor de forma a los esfuerzos internos del sello y como al incrementar el ancho y
reducir la profundidad se reducen los esfuerzos y mejora el desempeño y al mismo tiempo se
ocupa una menor cantidad de material.
Es importante considerar que el factor de forma está basado en las tensiones cohesivas del sello y
éste debe ser provisto con un área apropiada en la cara de la junta para soportar las tensiones
producidas en la unión, es por esta razón, que la experiencia ha indicado un factor de forma
mínimo de 3:2 (profundidad / ancho), mayor a lo teóricamente recomendado 1:1 o 1:2 en orden
de alcanzar un mejor desempeño. Generalmente la profundidad escogida no debería ser menor a
12.7 mm.
Figura 25: Cambios en el factor de forma afectan las tensiones internas de servicio (S). [2]
4.2.2.5 Función de materiales de soporte y bond breakers
Estos materiales son usados para alcanzar el factor de forma deseado en sellos moldeados, el
principal requerimiento para el material del bond breakers es que no se debe adherir al sello.
El material de apoyo ayuda al sello a lograr su máxima extensión y evita que este se dañe por
hundimiento. Además, el material tiene que ser escogido de tal manera que al comprimirse la
junta, éste no empuje al sello y debe mantener el contacto con las caras de la junta cuando esta
esté abierta.
Recubrir las caras de la junta es esencial para ciertos sellos moldeados, mejora su fuerza de
adhesión y también su extensión, especialmente a temperaturas bajas.
4.2.2.6 Determinación de los anchos para sellos moldeados in situ.
Para que los sellos moldeados en situ puedan acomodar el movimiento calculado en la junta, la
selección del ancho y profundidad debe estar basada en el esfuerzo máximo permitido en el sello
y esto ocurre, en la mayoría de los casos, cuando se encuentran extendidos. La magnitud del
movimiento cuando el sello está sometido a este esfuerzo es la diferencia entre el ancho de la
junta al tiempo de la instalación y el ancho de la junta en su máxima apertura.
Cuando el ancho de la junta es diseñado, usualmente no se puede conocer o especificar una
temperatura de instalación precisa, todo lo que se puede hacer es dar un rango de temperatura,
tomando la peor situación en que el sello todavía funciona adecuadamente. Un rango práctico de
temperaturas tomando en cuenta éste y otros factores como la condensación de la humedad a
bajas temperaturas y la reducción de la vida de trabajo en altas temperaturas, ha sido determinado
de 4 a 32 ºC. Teniendo en cuenta que cuando la temperatura decae, es la situación más crítica
para el desempeño del sello, figura 24. Consecuentemente, se espera que para sellos instalados a
temperaturas bajas cercanas al extremo inferior del rango, éstos tengan un mejor desempeño.
Para calcular y seleccionar el ancho de la junta para un sello con un rango de expansióncontracción de +25% (que es el rango más común para una amplia clase de sellos termo plásticos
endurecidos de curado químico), se puede utilizar el gráfico de la figura 26. Gráficas similares
han sido preparadas para otros sellos y condiciones, pero la mayoría de los fabricantes publican
ayudas en forma de tablas y gráficos para la selección de los anchos de junta apropiadas para sus
productos.
4.2.2.7 Selección del tamaño de los sellos en compresión:
Debe existir una presión permanente contra las caras de la junta, para que los sellos en
compresión funcionen apropiadamente.
Sellos en compresión de sección transversal abierta (figura 14) deben permanecer en compresión
aproximadamente un 85 % del ancho nominal cuando la apertura en junta sea máxima para lograr
mantener la suficiente presión de contacto y resistir los desplazamientos generados por cargas de
tráficos y otras eventualidades, y no comprimir más del 50 % del ancho nominal a la máxima
clausura para prevenir daños por sobre compresión. Este límite de compresión ha sido establecido
por los productores y usuarios para estar en el punto cuando el sello alcance 498 kg/cm².
La capacidad de movimiento de sellos en compresión de sección transversal abierta (figura 13) es
aproximadamente el 35 a 40 % del ancho descomprimido del sello. El rango de movimiento para
sellos de sección cerrada, es menor en un 10 %.
El principio de la selección del tamaño es similar a los sellos moldeados en situ, en que el ancho
descomprimido original del sello es requerido para mantener el sello dentro del rango de
compresión especificado, tomando en cuenta a demás la temperatura de instalación, el ancho de
apertura normal y el movimiento esperado. La figura 27, tiene un gráfico que determina el ancho
del sello para una determinada cantidad de movimiento esperado.
4.2.2.8 Instalación:
La técnica más apropiada para instalar un sello depende de: el material, el ancho, la forma e
inclinación de la junta. Cada paso en la construcción y preparación de la junta para recibir el sello
requiere de un trabajo cuidadoso y una inspección minuciosa para evitar defectos iniciales que
pueden ser costosos y consumir tiempo para corregirlos.
Entre las especificaciones para el trabajo se tiene que indicar como debe ser instalado el sello y
algunas características especiales requeridas en la construcción o preparación de la junta para
recibirlo. Detalle o forma de la junta para la profundidad requerida, ancho y locación debe ser
mostrada en los planos.
El tiempo más favorable para instalar sellos moldeados en situ, si el programa de construcción lo
permite, es en días secos cuando la temperatura esta cercana de la media anual. Sellos en
compresión, son más fáciles de instalar en días helados.
Preparación de la superficie de la junta
Las superficies de la junta deben estar limpias y libres de defectos que puedan impedir la unión
de sellos moldeados in situ, o prevenir el contacto uniforme de sellos preformados. Para la
remoción de los contaminantes se pueden cortar o cepillar las superficies. Los solventes usados
con la intención de remover aceites y otros, usualmente tienen el efecto contrario y llevan los
contaminantes más allá dentro de los poros del hormigón.
Una limpieza final para remover el polvo es usualmente requerida, esto es esencial donde una
unión buena debe ser desarrollada con los sellos termoestables de curado químico. Esta tarea
puede ser realizada cepillando las superficies, pero el uso de compresores de aire libres de aceite
tiene resultados mejores y más eficientes. Como regla general, las caras de la junta deben estar
secas, dado que el sello debe adherirse con el hormigón.
Inspección:
En la inspección de cada junta, se debe asegurar que se encuentre lo suficientemente limpia y
seca. Es necesario también chequear el ancho y la temperatura del hormigón para comparar la
con la temperatura de diseño. Las restricciones en el ancho y la temperatura de la junta, al tiempo
de la instalación del sello, deberían ser mostradas en los planos.
5 ANÁLISIS DE LOS MATERIALES DE SELLO PARA JUNTAS
La configuración y formación de las juntas, la exposición a condiciones medio ambientales
extremas, el contacto con agentes abrasivos, el impacto de cargas de tráfico son variables que
imponen restricciones sobre el tipo de material que puede ser utilizado en el diseño de juntas de
expansión en tableros de puentes.
En este capítulo se detallan los diferentes materiales cumplen con las características requeridas
para el sellado de juntas y sus propiedades funcionales, así como también, un análisis de las
especificaciones de la ASTM, American Society for Testing & Materials Specifications y otros
estudios desarrollados sobre este tema por organismos específicos.
5.1 Materiales para sellos
Ningún material posee todas las propiedades necesarias para cumplir con un comportamiento
satisfactorio en la gran variedad de casos, es por esto que el poder seleccionar un material que sea
económicamente y técnicamente aceptable para cada aplicación se un aspecto muy relevante
dentro del diseño de estos dispositivos para tableros de puentes.
En esta sección se presentarán los distintos materiales que actualmente se utilizan para el sellado
de juntas y sus características principales, tanto para sellos moldeados in situ como sellos
preformados. La información que se presenta a continuación fue obtenida de la Guía para el
Sellado de Juntas en Estructuras de Hormigón. ACI 504R-90
Para un desempeño satisfactorio el sello debe:
1.- Ser un material resiliente,
2.- Capaz de deformarse para acomodar el movimiento que experimenta el tablero,
3.- Resistir las solicitaciones mecánicas, impacto y condiciones climáticas extremas,
4.- Adherirse al hormigón, ya sea por medio de mecanismos de anclaje en sellos preformados, o
en el caso de los sellos moldeados in situ, que la superficie del sello unida a la cara de la junta
pueda soportar altas tensiones.
En la tabla 7 se presentan los materiales actualmente utilizados para sellos moldeados in situ y
preformados:
Tabla 5: Tipos de materiales en aplicaciones para sellos en tableros de puentes.
Material
Moldeados en Situ
1.-Termoestables. Aplicados en caliente
Asfalto-Caucho
2.- Termoendurecidos. Curado químico
Polisulfuro
Polisulfuro alquitrán de hulla
Poliuretano alquitrán de hulla
Siliconas
Preformados
3.- Sellos en Franja
Neopreno (Policloropreno)
EPDM (Caucho de etileno propileno dieno)
4.- Sellos en Compresión y Sistemas
Tensión-Compresión
Neopreno (Policloropreno)
EPDM (Caucho de etileno propileno dieno)
5.1.1 Materiales para Sello Moldeados en Situ:
Para estos materiales existen dos categorías:
5.1.1.1 Termoplásticos, Aplicados en Caliente:
Estos materiales son susceptibles a los cambios de temperatura, se vuelven blandos al calor y se
endurecen en el frío. Existen un variedad de este tipo de materiales, pero el único que cumple con
las restricciones para el uso en juntas de puentes es el Asfalto Modificados con Poliméricos. Este
se encuentra usualmente en un rango de extensión-compresión del 5 %. Su tiempo de vida
efectivo es corto y tiende a perder su elasticidad y plasticidad con la edad. Las propiedades físicas
se pueden ver afectadas negativamente por el sobre calentamiento durante la instalación.
5.1.1.2 Termoestables, Curado Químico:
En esta categoría, los sellos pueden ser de uno o dos componentes, los cuales son curados a través
de una reacción química desde un estado líquido, cuando es aplicado, a un estado sólido. Entre
estos materiales se encuentran el Polisulfuro, el Polisulfuro alquitrán de hulla, el Poliuretano
alquitrán de carbón, y la Silicona. Estos son resistentes al desgaste y el ozono, tienen flexibilidad
y resistencia; tanto para temperaturas altas y bajas; son inertes a un amplio rango de químicos,
como por ejemplo, solventes y combustibles. Todas estas propiedades hacen de estos materiales,
apropiados para ser utilizados en juntas de puentes, además, tienen un rango de expansióncompresión mayor a + 100 % / - 50 % para siliconas, 25 % para polisulfuros y poliuretano.
Los sellos curados químicamente pueden soportar mayores movimientos, más que cualquier otro
sello moldeado in situ; y la silicona se mantiene más flexible en temperaturas bajas, más que
cualquier otro sello líquido moldeado in situ. [2]
5.1.2 Materiales para Sellos Preformados:
Estos se pueden clasificar en las siguientes categorías:
5.1.2.1 Sellos en Franja (Membranas):
Estos sistemas de sellado son esencialmente impermeables y flexibles, formados con los
siguientes materiales: Neopreno (Policloropreno), EPDM (Caucho de etileno propileno dieno).
5.1.2.2 Sellos en Compresión y Sistemas Tensión-Compresión:
Para sellos en compresión y sistema tensión-compresión se utilizan comúnmente el Neopreno y el
EPDM, ambos cauchos sintéticos.
El neopreno tiene alta resistencia al aceite, agua, vapor e intemperie, y también tiene buena
adhesión a metales, a los que pueden ser vulcanizados.
El EPDM (Caucho de etileno propileno dieno), tiene alta resistencia al agua, pero se deterioran
cuando son expuestos al aire y sol. Baja resistencia a aceites y solventes.
5.2 Análisis de las Especificaciones
Para garantizar el buen desempeño de los sistemas de juntas, sus materiales componentes deben
cumplir con algunos requisitos mínimos de resistencia, durabilidad y resiliencia. Sin embargo,
productos de distintos fabricantes, han presentado un desempeño insatisfactorio y han fallado
prematuramente.
Es por esto que las especificaciones y los ensayos correspondientes buscan poder garantizar
cualidades mínimas para los materiales que componen los distintos tipos de juntas.
Desafortunadamente, entre todos los tipos de sellos para juntas usados hoy, sólo los sellos
asfálticos modificados con polímeros, sellos en compresión, y los sellos en franja, tienen
especificaciones y ensayos que se encuentran disponibles en la ASTM.
Pero también se han desarrollado métodos de evaluación y ensayo en laboratorios, que han
logrado una mayor efectividad en la identificación de sistemas no adecuados, tanto para sellos
termoestables de curado químico como de juntas modulares. Algunas modificaciones a los
métodos de ensayo para los sellos vertidos, han sido recomendadas en diversas investigaciones
[9], al igual que se han incorporado ensayos para los sistemas de juntas modulares [8].
En cuanto los sellos elastoméricos reforzados y junta Jeene, ningún estudio que desarrolle
especificaciones y ensayos para evaluar y controlar sus características, fueron identificados en la
literatura.
5.2.1 Sellos Termoestables de curado químico: (Esquema 3.2.1.1 fig. 11)
El estándar más relevante es el ASTM C 719 [23] sin embargo, este tipo de ensayo se ocupa en
sellos e impermeabilizaciones de edificios que tienen requerimientos de desempeños menos
rigurosos, por lo que, sellos vertidos inadecuadamente pueden pasar la prueba y ser
equivocadamente aprobados para la instalación en tableros de puentes. [9]
Es por esto que, para mejorar la predicción del desempeño de sellos termoestables instalados en
tableros de puentes, los investigadores han modificado métodos de ensayos basados en resultados
de pruebas en laboratorio.
5.2.1.1 Preparación de la probeta:
Las dimensiones de la mezcla de mortero y la muestra del sello, debe seguir las recomendaciones
en ASTM C 719. El cemento debe ser Tipo III Pórtland, conforme a ASTM C 150 [24]. El
agregado de fino debe estar conforme con ASTM C 33 [25]. Deben ser hechos cubos de mortero
de 76.2, por 50.8, por 25.4 mm., conforme a ASTM D 1985 [26]. Después del curado de los
cubos, éstos deben ser cortados en la mitad para quedar con dimensiones de 76.2 por 25.4 por
25.4 mm., luego deben tener un tratamiento de limpieza de las superficies como se especifica en
ASTM D 1985. Cuando las probetas estén completamente secas, las dos mitades deben ser sellas
de acuerdo con ASTM C 719.
5.2.1.2 Curado del Sello
ASTM C 719 describe el curado y las condiciones ambientales para sellos de uno o varios
componentes. Las condiciones estándares en el ensayo son definidas como una temperatura de
22.8 ± 2.2 ºC, y una humedad relativa de 50 ± 5 %. Para sellos de un solo componente, el período
de curado consiste en 7 días de condiciones estándar, seguido por 7 días a 37.8 ± 2.2 ºC y un 95
% de humedad relativa, seguido por 7 días de condiciones estándar. Para sellos con más
componentes, éstos deben ser curados en condiciones estándares por 14 días. Después del período
de curado, los sellos deben ser inmersos en agua destilada o desionizada por 7 días y luego
colocada en un horno a 70 ºC bajo compresión por 7 días.
El proceso de calentamiento está diseñado para determinar la cantidad de compresión que el sello
experimentará. Mientras más compresión experimenta el sello, pierde una mayor capacidad de
resistencia. Es por esto, que el proceso de curado y condicionamiento especificado en ASTM C
719 es necesario para determinar, si el sello puede acomodar los movimientos de la junta en los
días más calurosos de verano. Sin embargo, algunos resultados de los ensayos muestran que el
proceso de recalentamiento mejora la fuerza de adhesión de ciertos tipos de sellos. Por esta razón,
el ensayo también debe ser realizado con la omisión de los pasos de inmersión en agua y
recalentamiento y deben ser curados con solo 14 días en condiciones estándares. Sellos sin
recalentamiento, son representativos de instalaciones en el otoño. Estas probetas pueden ser
después ensayadas con los sellos que fueron inmersos y recalentados a la misma edad en el día 35
y el día 28 después de la fabricación para sellos de uno y varios componentes, respectivamente.
Además de las dos condiciones de curado mencionadas anteriormente, sellos de un solo
componente deben ser curados en condiciones estándares por 21 días consecutivos, seguido por
una sucesión de condiciones estándares por 14 días, con tal de ensayar junto con otro sello de un
componente en el día 35.
El remover el período de 7 días de la elevación de temperatura y humedad, es realizado porque el
tiempo de curado para la mayoría de los sellos simples depende completamente de la cantidad de
humedad en el ambiente. La condición de curado bajo estas condiciones tiene la intención de
simular el curado de sello en climas secos y lugares con humedad donde se requiere mayor
tiempo de curado.
5.2.1.3 Ensayo:
El método original especificado en ASTM C 719, requiere que las probetas de sellos se sometan a
ciclos de compresión y extensión sin embargo, investigadores observaron que este método es
inadecuado para determinar con exactitud, la capacidad de resistencia de los sellos para puentes
moldeados in situ. Los sellos deben ser sometidos a tensión pura hasta la falla, en vez de ciclos de
compresión y tracción. Los ensayos deben ser desarrollados en dos temperaturas diferentes, la
temperatura estándar descrita en ASTM C 719 y -40 ºC. Tres probetas para cada condición de
curado descrita anteriormente, deben ser ensayadas para cada temperatura.
5.2.1.4 Selección del sello:
La guía para la aceptación del sello está basada en la capacidad de tensión del sello. Para evaluar
la capacidad de tensión, los resultados de los ensayos de tracción en probetas curadas de acuerdo
con ASTM C 719, incluyen los pasos de la inmersión en agua y recalentamiento. El ensayo a 40
ºC representa el peor escenario para los sellos que son estirados hasta su extensión máxima en el
invierno después de experimentar compresión durante el verano. Para pasar el ensayo, el sello
debe mostrar un mínimo de 100 % de estiramiento antes de la falla.
Para evaluar la fuerza de adhesión, ensayos de tracción deben ser realizados en probetas de sellos
de un componente, curados por 21 días en condiciones estándares y sellos con más componentes
deben ser curados por 14 días en condiciones estándares.
Como fue mencionado anteriormente, las probetas no son inmersas en agua ni recalentadas en el
horno porque el calor puede aumentar su fuerza de adhesión. Resultados para ensayos en
condiciones estándares y a -40 ºC, deben ser usadas para determinar la fuerza de adhesión. Para
cumplir con los requisitos del ensayo, un sello debe mostrar un mínimo de 200 % de estiramiento
sin despegarse de los bloques de mortero. El tiempo para que el sello desarrolle una consistencia
adecuada, debe ser menor a 6 hrs, y el tiempo requerido para la preparación de la cara de la junta
debe ser limitada a 24 hrs.
5.2.2 Sellos Asfálticos Modificados con Polímeros: (Esquema 3.2.1.2 fig. 12)
Los requisitos mínimos que deben cumplir las Juntas de Tapón Asfáltico se encuentran descritos
en ASTM D6297-01 [27]. En esta norma se encuentran los diferentes ensayos y exigencias a los
que deben ser sometidos los siguientes materiales que componen la junta: Recubrimiento
Asfáltico, Barra de Apoyo, Agregado y Placa.
5.2.2.1 Recubrimiento Asfáltico:
5.2.2.1.1 Ensayo de Punto de Ablandamiento:
Este se realiza debido a que los asfaltos de diferentes tipos se reblandecen a diferentes
temperaturas y este consiste en llenar el asfalto fundido en un anillo. El ensayo se debe realizar
de acuerdo con ASTM D36 [28]. La muestra se suspende un baño de agua y sobre de la muestra
se sitúa una bola de acero de dimensiones y peso especificados; como se muestra en la figura 28;
para luego calentar el baño de agua a una velocidad determinada, se anota la temperatura a la cual
la bola de acero toca el fondo del vaso de cristal, esta temperatura se denomina punto de
ablandamiento del asfalto. La ASTM D6297-01 requiere una temperatura de ablandamiento
mínimo de 83ºC.
Fig. 28: Ensayo punto de ablandamiento, anillo y bola.
5.2.2.1.2 Ensayo de Ductilidad
La ductilidad se mide por el alargamiento antes de producirse la rotura de una probeta de material
asfáltico estirada por sus extremos con una velocidad constante. Este ensayo se debe realizar
según la el ASTM D113 [29], la figura 29 muestra en forma esquemática el ensayo. La ASTM
D6297-01 requiere que el material logre una elongación antes de la rotura de 400 mm a una
temperatura de 25 ºC.
Fig 29: Esquema de Ensayo de Ductilidad para cemento asfáltico
5.2.2.1.3 Ensayo de Penetración a Temperatura baja:
El procedimiento del ensayo debe realizarse según la ASTM D5 [30]. Consiste en la penetración
de una muestra del material asfáltico bajo una temperatura de -18 ºC y por medio de una aguja de
200 g, por un tiempo de 60 seg. La preparación de la probeta debe estar de acuerdo con ASTM
D244 [32] En la figura 30 se encuentra un esquema del ensayo. La ASTM D6297-01 requiere una
penetración mínima de 1 mm.
Procedimiento de los ensayos:
El procedimiento de los siguientes ensayos debe realizarse según la ASTM D5329 [31].
5.2.2.1.4 Ensayo de penetración
Este consiste en la penetración de una muestra del material asfáltico bajo una temperatura de 25
ºC y por medio de una aguja de 150 gr. de peso, por un tiempo de 5 seg. La preparación de la
probeta debe estar de acuerdo con ASTM D244. La ASTM D6297-01 requiere una penetración
máxima de 7.5 mm.
Fig. 30: Esquema de Ensayo de Penetración.
5.2.2.1.5 Tensión de adhesión
El ensayo se realiza por medio de un equipo que aplica tracción a la probeta en condiciones
normales (23 ± 2 ºC), a una tasa de 12.7 ± 2.5 mm/min, continuando la extensión hasta que la
muestra alcance la falla cohesiva o adhesiva. La ASTM D6297-01 requiere una elongación
mínima del 700%.
5.2.2.1.6 Fluencia
Molde: Construir un molde de 40 x 60 x 3.2 mm (ancho, largo, profundidad), y colocarlo en un
panel de hojalata con un espesor entre 0.25 y 0.64mm.
Preparación de la probeta: Verter un porción de la muestra preparada de acuerdo con ASTM
D5167 [33]. Dejar que la muestra se enfríe al menos una hora y media, luego quitar el molde y
dejar que la muestra se cure en condiciones estándar como lo recomiendan las especificaciones
del material.
Procedimiento: Marcar líneas de referencia en el panel en el borde inferior del sello. Luego
colocar el panel con la muestra en un horno conforme a ASTM E 145 [34], a una temperatura de
60 ºC por 5 horas. Durante el ensayo, montar el panel de tal manera que el eje longitudinal esté
en un ángulo de 75º ± 1º con la horizontal y que el eje transversal este horizontal. Luego medir el
escurrimiento de la muestra bajo las líneas de referencia. La ASTM D6297-01 requiere un
escurrimiento máximo de 3 mm.
5.2.2.1.7 Resiliencia
Equipamiento: Conducir este ensayo usando el penetrómetro estándar descrito en el método de
ensayo ASTM D5, exceptuando que hay que reemplazar la aguja del penetrómetro con una bola
de penetración, que junto con el eje del penetrómetro deben pesar 75 ± 0.01 g.
Preparación de la probeta: Preparar la probeta según lo especifica la ASTM D5167 usando un
pote de 177.5 cm³, curar la probeta a 25 ºC.
Procedimiento: Fijar el dial indicador en cero y colocar la bola de penetración en contacto con la
probeta, soltar la bola de penetración y permitir que penetre por 5 segundos y anotar la lectura
como P. Luego presionar para la bola de penetración baje 100 unidades adicionales más en 10
segundos y anotar la lectura como P+100. Soltar el fijador de la bola de penetración permitiendo
que la probeta se recupere por 20 segundos y anotar la lectura final, F.
Recuperación, % = P+100 – F, La ASTM D6297-01 requiere un porcentaje de recuperación
entre un 40 y 70%.
5.2.2.1.8 Flexibilidad
Preparación de la probeta: Preparar la probeta como lo especificado en el ensayo de Fluencia.
Procedimiento: Colocar la probeta en un horno, mantenido una temperatura de 70º ± 1 ºC por 72
horas. Después remover del horno a -23 ºC por 24 horas, luego doblar lentamente el panel de lata
con la muestra intacta sobre una prensa mandril de 6.4 mm de diámetro produciendo una curva de
90º en el panel con un radio máximo en la curva de 3.2 mm. Localizando la curva en el punto
medio del largo de la probeta. La ASTM D6297-01 requiere que la probeta supere este
procedimiento sin dañarse o separarse del panel.
5.2.2.1.9 Asphlt Compatibility
Preparación de la probeta: Las probetas preparadas de acuerdo con la sección en Probetas de
Ensayo de los Métodos de Ensayo D 1559, D 1074, o D 1561, son apropiadas para este propósito.
Preparación de las probetas de asfalto: Preparar dos probetas de ensayo no menores a 100 mm
en diámetro y 63 mm de altura de mezcla asfáltica caliente usando un cemento asfáltico con un
grado de viscosidad AC-20 como se describe en ASTM D 3381 [35]
Acanalar bloques de asfalto: Cortar una ranura de 100 mm de largo por 13 ± 3.2 mm de ancho
por 19 ± 3.2 de profundidad en la superficie superior de cada probeta. Luego limpiar las ranuras
con agua para que no queden residuos del corte. Envolver con cinta adhesiva de tela la probeta o
reforzarla para que no descienda o colapse durante el ensayo. Sellar con masilla los extremos de
las ranuras para prevenir derrames. Verter el sello de juntas, preparado como se describe en
ASTM D5167, dentro de las ranuras, rellenándolas completamente.
Procedimiento: Colocar las probetas en un horno de tiro forzado, a una temperatura de 60 ± 3ºC.
Inmediatamente después de retirarlo del horno, examinar las probetas en busca de las
incompatibilidades (como las requeridas en las especificaciones del material) del sello con el
cemento asfáltico. La ASTM D6297-01 dice que debe cumplir con las incompatibilidades
especificadas por el fabricante.
5.2.2.2 Barra de Apoyo
La barra de apoyo tiene que ser un cilindro de espuma celular, con un diámetro de 150 % del
ancho de la apertura y capaz de soportar la alta temperatura del material de recubrimiento. Debe
tener las siguientes propiedades:
Tabla 6: Ensayos y Requisitos mínimos para la barra de apoyo
Descripción
Ensayo ASTM
Requisitos
Densidad
D1622
32 Kg/m³
Resistencia a Tracción
D1623
172 kPa
Absorción de Agua
C509
1.0 % de la masa
Compresión 50 %
D545
91.7 kPa
Expulsión
D545
2.54 mm
Recuperación
D545
99.21 %
Vol. Absorción de Agua
D545
0.246 %
5.2.2.3 Agregado:
El agregado para el material asfáltico debe ser chancado, lavado, pre-pesado, pre-empaquetado.
Debe ser suministrada en tamaños nominales de 19, 12.5, 9.5 mm según lo recomienda el
fabricante de la junta.
5.2.2.4 Placa:
De acuerdo a la ASTM D6297-01, el material debe ser Acero Templado o Aluminio, que cumpla
con los requerimientos de ASTM A36 o A36M-Acero templado y ASTM B209, aluminio. Las
dimensiones mínimas de la placa son de 1.2 m de largo, 200 mm de ancho y 6 mm. de espesor.
5.2.3 Sellos en Compresión: (Esquema 3.2.2.1 fig. 14)
Las características de desempeño para sellos en compresión están descritas en ASTM D 3542
[36]. La especificación es sólo aplicable a los sellos en donde su altura excede el 90 % de su
ancho nominal (Altura > 0.9 x Ancho). Los ensayos que permitirán calificar a los sellos en
compresión para el uso en juntas de puentes incluyen recuperación elástica, propiedades de
compresión-flexión, resistencia a la tracción, dureza, envejecimiento de horno, hinchamiento y
resistencia al ozono.
5.2.3.1 Recuperación elástica:
Los ensayos de baja y alta recuperación son usados para determinar el grado de recuperación de
un sello a compresión después que ha sido comprimido un 50 % de su ancho, por una cantidad de
tiempo especificada bajo condiciones de temperatura extrema. El porcentaje de recuperación
deberá ser calculado con la expresión:
R=
Wr
⋅ 100
Wn
Donde R = recuperación, %
Wr = ancho recuperado, mm.
Wn = ancho nominal, mm.
Se deben realizar un total de 6 probetas para el ensayo cortando de una muestra del sello. Dos de
estos serán usados para el ensayo de alta recuperación y los cuatro restantes son usados para el
ensayo de baja recuperación.
Las probetas deben ser dobladas un 50 % de su ancho nominal usando el ensamblaje especificado
en el Método B de ASTM D 395 [37]. Para el ensayo de alta recuperación, dos probetas
comprimidas son colocadas en un horno, conforme a ASTM D 573 [38], por 70 hrs. El horno
debería ser capaz de mantener una temperatura de 100 ± 1.1 ºC. Las probetas deberían ser
calentadas previamente. Después del ensayo, la fuerza de compresión es retirada y a la probeta se
le permite recuperarse a 22.8 ± 2.2 ºC por una hora antes que el ancho recuperado sea medido.
ASTM D 3542 requiere 85 % de alta recuperación.
De acuerdo con ASTM 3542 los sellos a compresión deben ser ensayados en dos condiciones
para el ensayo de baja recuperación, -10 ± 1.1 ºC por 72 hrs. y -28.9 ± 1.1 ºC por 22 hrs. Dos
probetas deberán ser ensayadas bajo cada una de las dos condiciones. ASTM D 3542 requiere un
88 % de baja recuperación en probetas ensayadas a -10 ± 1.1 ºC y 83 % a -28.9 ± 1.1 ºC.
5.2.3.2 Propiedades de Extensión-Compresión.
El propósito del ensayo de compresión-deflexión es determinar el rango de movimiento de un
sello a compresión. Los resultados del ensayo están dados en términos del Límite Mínimo de
Compresibilidad (LC mín) y el Límite Máximo de Compresibilidad (LC máx). Ambos límites
son expresados como porcentaje del ancho nominal. LC mín es definido como el ancho
comprimido correspondiente a una presión de contacto de 42.7 kgf/cm². LC máx es definido
como el ancho comprimido correspondiente a una presión de contacto de 497.8 kgf/cm².
Las probetas para el ensayo de compresión-deflexión son preparadas en la misma forma que el
ensayo de alta y baja recuperación. Las fuerzas requeridas para los ensayos LC mn y LC m´´ax,
serán obtenidas multiplicando el área de contacto por 42.7 y 497.8 kgf/cm² respectivamente. Las
fuerzas requeridas serán aplicadas a las probetas de acuerdo con el Método A de ASTM 575 [39].
Durante la compresión, la tendencia de la superficie superior de la probeta es a desalinearse
horizontalmente, si se desalinea más de 6.5 mm, el sello debería ser rechazado. La diferencia
entre LC mín y LC máx es el rango permisible de movimiento para la probeta.
5.2.3.3 Resistencia a la tracción
A pesar de que los sellos siempre trabajan en compresión la resistencia a la tracción y la
elongación de rotura son dos parámetros importantes para verificar la calidad del material y
pueden ser usados para predecir como los sellos se desempeñaran durante su vida útil. El método
del ensayo está explícitamente detallado en ASTM D 412 [40].
El ensayo debe realizarse a una temperatura de 22.8 ± 2.2 ºC, y una humedad relativa debe ser
mantenida a 50 ± 5 % a lo largo del ensayo, si el material es afectado por la humedad. Las
probetas deben ser colocadas bajo esas condiciones a lo menos 24 hrs. antes que el ensayo se
efectúe.
Para que los sellos a compresión cumplan con los requerimientos de ASTM D 3542, deben
demostrar una resistencia a la tensión de 28447 kgf /cm² y una elongación mínima a la rotura de
250%.
5.2.3.4 Dureza
La dureza de los sellos debe ser probada por un durómetro tipo A como se especifica en la ASTM
D 2240 [41]. Las probetas del ensayo deben ser al menos 6.4 mm de espesor. Este grosor puede
ser obtenido por una composición de piezas empleadas. Las superficies de las probetas deben ser
planas y paralelas sobre un área suficiente para que el pie de la prensa tenga un diámetro mínimo
de contacto de 12.7 mm en la probeta. También, las superficies de la probeta no deben ser
redondas, disparejas, o ásperas. La ASTM D 3542 requiere que el sello muestre una dureza Shore
de 55 ± 5 puntos.
5.2.3.5 Envejecimiento al Horno
Los ensayos de tracción y dureza se realizan en probetas que son colocadas en un horno a 100 ºC
por 70 h. La preparación de las probetas es exactamente la misma que en las secciones
mencionadas anteriormente para cada ensayo. Después que las probetas son calentadas por 70 h,
ellas son ensayadas para la resistencia a la tracción y elongación de rotura de acuerdo con ASTM
D 412 y ensayadas para la dureza de acuerdo con ASTM 2240. Para lograr pasar los ensayos, los
sellos no deben perder más del 20% de su resistencia a la tracción o elongación a la rotura y no
pueden aumentar su dureza Shore más de 10 puntos, comparando a los resultados para los
ensayos en condiciones normales.
5.2.3.6 Hinchamiento
El ensayo de dilatación de aceite es usado para determinar habilidad de los materiales sello para
soportar el efecto de líquidos derivados del petróleo. El método del ensayo está detallado en
ASTM D 471 [42]. A menos que sea especificado de otra manera, las probetas deben ser
preparadas de acuerdo con los requerimientos de ASTM D 3182 [43] y la ASTM D 3183 [44]. El
aceite tipo ASTM Oil No.3 debe ser usado en el ensayo. El ensayo es realizado a 100 ºC por 70
h. ASTM D 3542 especifica que el sello no debe experimentar aumento de peso mayor al 45%.
5.2.3.7 Resistencia al ozono
El ensayo de resistencia al ozono es usado para estimar la resistencia de los materiales de sello al
agrietamiento cuando están expuestos a un ambiente que contiene ozono. El método del ensayo
es explicado en ASTM D 1149 [45]. Las probetas deben ser preparadas de acuerdo con el Método
A de la ASTM D 518 [46]. Las probetas deben ser limpiadas con tolueno para remover la
contaminación de la superficie antes del ensayo. Luego las probetas son colocadas en una cámara
que contenga 300 partes por millón (ppm) de ozono en el aire y deben estar sujetas a una tensión
de tracción en la superficie de un 20% a una temperatura de 40 ºC por 70 h. ASTM D 3542
especifica que el sello no debe mostrar agrietamiento después del ensayo. Las probetas fallan el
ensayo si se agrietan, separan o se pegan durante el ensayo de baja y alta recuperación descritos
anteriormente.
5.2.4 Sellos en Franja. (Esquema 3.2.2.2 fig. 16)
Las especificaciones para sellos en franja están descritas en ASTM D 5973 [47]. El uso de acero
estructural para los rieles fijadores debe cumplir con ASTM A 588, Especificaciones Estándares
para Acero Estructural de Alta-resistencia Baja-Aleación con 345 MPa punto de fluencia en 100
mm de espesor, ASTM A 36 [48]; ASTM A 572 [49]; u otras especificaciones dadas por el
comprador.
Muchos de los ensayos a los sellos en franja son los mismos mencionados en ASTM D 3542 para
sellos en compresión, sin embargo, un par de ensayos especificados en ASTM 5973 no se
mencionan en ASTM D 3542. Los ensayos que son excluidos en ASTM D 5973 son los ensayos
de alta y baja recuperación y el ensayo de compresión-deflexión. En lugar de eso, un ensayo de
rigidez a baja temperatura y un ensayo a compresión son incluidos en ASTM D 5973. Las
siguientes secciones proveen breves explicaciones de los ensayos usados para medir la resistencia
a la tracción, dureza, envejecimiento al horno, hinchamiento, resistencia al ozono, rigidez a baja
temperatura, y compresión. Detalles que conciernen a la preparación de las probetas no serán
dadas si el método es el mismo que se describió anteriormente para sellos en compresión.
5.2.4.1 Resistencia a la tracción
La resistencia a la tracción y la elongación de rotura para los materiales de sellos en franja, se
ensayan de acuerdo a ASTM D 412.
ASTM D 5973 requiere que el sello en franja muestre un mínimo de resistencia a la tensión de
28447 kgf/cm² y un mínimo de elongación a la rotura de 250%.
5.2.4.2 Dureza
La dureza de los sellos se prueban con un durómetro (Shore Tipo A) como se especifica en
ASTM D 2240. La especificación ASTM D 3542 requiere que los materiales de los sellos en
franja muestren una dureza Shore de 55 a 65 puntos.
5.2.4.3 Envejecimiento al Horno:
La resistencia a la tracción, elongación de rotura y dureza de durómetro de los materiales de
sellos en franja deben ser medidos después que éstos hayan sido colocados en un horno a 100 ºC.
Después que las probetas son calentadas por 70 h, son luego ensayadas para resistencia a la
tracción y elongación de rotura de acuerdo con ASTM D 412 y dureza de durómetro de acuerdo
con ASTM D 2240.
Los materiales de sellos en franja que aprueben el ensayo no podrán perder más del 20% de su
resistencia a la tracción o elongación de rotura y no deben tener un incremento de dureza que
exceda los 10 puntos comparando los resultados del ensayo bajo condiciones normales.
5.2.4.4 Hinchamiento:
El ensayo de hinchamiento en aceite se realiza de acuerdo con ASTM D 471. El tipo de aceite
usado en el ensayo debe ser ASTM Oil No.3. El ensayo es desarrollado a 100 ºC por 70 h. ASTM
D 5973 requiere que el incremento de peso del material del sello en franja no exceda el 45%.
5.2.4.5 Resistencia al Ozono:
Materiales de sellos en franja deben ser ensayados para la resistencia al ozono de acuerdo con
ASTM D 1149. ASTM D 5973 requiere que el material del sello en franja no muestre
agrietamientos después del ensayo.
5.2.4.6 Rigidez a baja temperatura:
El ensayo de rigidez a baja temperatura se usa para determinar el cambio en la dureza del
material del sello en franja, después de ser colocado a -10 ºC por 7 días. El ensayo debe ser
desarrollado de acuerdo con ASTM D 2240. ASTM D 5973 requiere el material del sello en
franja no tenga un incremento en la dureza Shore que exceda 15 puntos después de la condición
de baja temperatura.
5.2.4.7 Compresión:
La aplicación de la compresión en materiales de sellos en franja, realizado de acuerdo al método
B de ASTM D 395. Las probetas del ensayo consistentes en discos cilíndricos cortados y
preparados en laboratorios. Las dimensiones estándar de las probetas son de 6.1 ± 0.25 mm de
espesor y 12.95 ± 0.25 mm de diámetro. Todas las probetas deben estar expuestas a 22.8 ± 2.2 ºC
por al menos 3 h antes del ensayo. Si la aplicación de compresión, en aplicaciones anteriores, ha
mostrado que se ve afectada por la humedad atmosférica, las probetas deben expuestas a una
humedad relativa de 50 ± 5 % por al menos 24 h antes del comienzo del ensayo.
Después que las probetas son colocadas bajo las condiciones especificadas, se deben comprimir
a una deflexión constante usando una prensa de compresión a 100 ºC por 70 h, luego el resultado
de la aplicación de compresión, se calcula usando la ecuación:
CS =
to − t f
to
⋅ 100
Donde CS = Porcentaje de Compresión.
to = Espesor Original.
t f = Espesor Final
ASTM D 5973 exige que el material de sello en franja no muestre una deformación de
compresión permanente superior al 35%.
5.2.5 Juntas Elastoméricas Reforzadas: (Esquema 3.2.2.4 fig. 12)
A pesar que existen especificaciones que regulan la calidad de los materiales que componen este
sistema, en la bibliografía no se encontraron estudios, ni ensayos a largo plazo, que simulen las
condiciones que este tipo de sello debe soportar en terreno.
Según el Manual de Carreteras vol.5 ITEM 350 el perfil de policloropreno deberá cumplir las
siguientes características técnicas, y ser sometido a ensayos y/o certificaciones de acuerdo a las
instrucciones del Departamento de Puentes:
5.2.5.1 Ensayos de la probeta sin envejecer:
a) Dureza 60±10 Shore, según ASTM D-2240.
b) Tracción y elongación, según ASTM D-412 (Tracción Rmin=120 kgf/cm², Elongación mínima
350%)
c) Deformación por compresión según ASTM D-395, se ensayará a 100°C durante 22 horas
(Deformación máxima admisible 35%)
5.2.5.2 Ensayos de la probeta sometida a envejecimiento:
La probeta se calentará según ASTM D-573 (100°C durante 72 horas), para luego realizar los
siguientes ensayos:
a) Dureza (variación máxima admisible 10 puntos)
b) Tracción (disminución máxima admisible 15%)
c) Elongación (disminución máxima admisible 40%)
5.2.5.3 Compresión:
Según ASTM D-395 método B (100°C durante 22 horas), deformación máxima admisible 35%.
5.2.5.4 Resistencia al ozono:
Según ASTM D-1149 (el elemento no deberá presentar ninguna grieta).
5.2.5.5 Placa de Refuerzo:
El dispositivo de anclaje de acero debe estar de acuerdo con ASTM A36.
5.2.6 Adhesivos:
Los adhesivos son utilizados con frecuencia para facilitar la instalación de sellos a compresión y
sellos en franja y para asegurar una unión adecuada en el tablero del puente.
El adhesivo para estas aplicaciones debe cumplir con ASTM D 4070 [50] estás especificaciones
pueden ser divididas en dos partes, requerimientos generales y físicos.
Los requerimientos generales establecen que el adhesivo debe ser de un solo componente, curado
en humedad, componente poliuretano extendido con un solvente de hidrocarburo. Los
componentes deben proveer una lubricación adecuada para la inserción del sello en la junta y, en
la aplicación efectiva en terreno, debe adherir el sello a la cara de la junta, durante los repetidos
ciclos de expansión y contracción, sellando efectivamente la junta.
La segunda parte de las especificaciones describe una serie de ensayos para evaluar las
propiedades físicas de los adhesivos, incluyendo contenido de sólidos, viscosidad y relación de
corte, Lubricating Life, sag, y Peel Strength. Para que las probetas del adhesivo sean ensayadas
cada una debe ser un cuarto del volumen de un galón, que está formado por tres o más muestras
separadas escogidas al azar.
5.2.6.1 Contenido de sólidos:
El ensayo de contenido de sólidos se realiza, colocando uniformemente 1.6 g del adhesivo con
una varilla, sobre una hoja de aluminio en un plato.
Luego son colocados en un horno a 105 ± 2.2 ºC por 3 h aproximadamente. El contenido de
sólidos es calculado con la expresión:
SC =
Wr
⋅ 100
Ws
Donde SC = Contenido de Sólidos, %
Wr = Peso del Residuo, en g
Wn = Peso de la muestra, en g
ASTM D 4070 requiere que el contenido de sólidos del adhesivo sea al menos un 60%.
5.2.6.2 Viscosidad y Relación de Corte:
La viscosidad del material es determinado a 22.8 ± 2.2 ºC de acuerdo con el método B de ASTM
D 1084 [51]. ASTM D 4070 requiere una viscosidad entre 20000 y 300000 cP.
La relación de corte del material puede ser calculado dividiendo la viscosidad a 0.5 rpm por la
viscosidad a 2.5 rpm. Para que los materiales adhesivos alcancen los requerimientos ellos deben
tener una relación de corte mínimo de 1.5, 2.0, y 2.5 para viscosidades en el rango de 20000 a
100000 cP, 100001 a 200000 cP, y 200001 a 300000 cP, respectivamente. Sin embargo, en
cualquier rango de viscosidad, el material adhesivo no debe tener una relación de corte mayor
que 4.0.
5.2.6.3 Lubricating Life
En el ensayo de vida lubricante, se aplica el adhesivo sobre una superficie de dimensiones; 63.5 a
76.2 mm de ancho por 152.4 de largo por 0.76 ± 0.1 mm. de espesor; sobre una placa de vidrio.
Para determinar la vida lubricante del adhesivo, la tira de recubrimiento es friccionada en
intervalos de 30 minutos. Al tiempo que la fricción aumenta notablemente y el material empieza
a espesar o se vuelve pegajoso, es registrado como la vida del lubricante. Para pasar el ensayo, el
lubricante debe tener al menos 2 h de vida lubricante como se especifica en ASTM D 4070.
5.2.6.4 Sag:
Las probetas evaluadas en el ensayo de pandeo son preparadas de la misma manera descrita en el
ensayo de vida lubricante. Después que la muestra del adhesivo es aplicada al vidrio, este se
voltea de manera que la muestra enfrente el suelo por una hora. El lubricante es rechazado si el
pandeo ocurre dentro de la primera hora del ensayo.
5.2.6.5 Peel Strength:
Los procedimientos para el ensayo de resistencia de piel están detallados en ASTM D 4070. En
este ensayo son usados los siguientes elementos: tiras de caucho, bloques de hormigón, rodillos
de acero, bloques de acero, y pesos de 0.5 y 1 kg. La superficie de una tira de caucho de 25.4 mm
de ancho, es tratada con un esmeril, de tal manera la superficie de la tira se vuelva áspera, luego
con una brocha, se le aplica un recubrimiento de adhesivo, también se aplica a la superficie del
bloque de hormigón. Un rodillo de acero de 50.8 mm, con un peso de 4.5 kg. es usado para rodar
sobre la tira del caucho, luego que las dos superficies recubiertas hayan sido pegadas. Luego de
pasar seis veces con el rodillo, un bloque de acero de 50.8 mm de ancho, con un peso de 4.5 kg es
colocado en la tira, y la probeta es curada por 48 hrs. Después del curado, el bloque de acero es
removido, y alrededor de 25.4 mm de uno de los extremos de la tira de caucho es separada del
hormigón. Luego el bloque es rotado de tal manera que la tira quede horizontal al suelo pero
enfrentándolo. Luego un peso de 0.5 Kg. es suspendido desde el extremo libre de la tira de
caucho por 3 minutos. La distancia de la tira que es arrancada del concreto es medida, y el peso
es retirado. El proceso es repetido para un peso de 1 kg. ASTM D 4070 requiere un máximo de
largos arrancados del hormigón es de 0 a 12.7 mm para 0.5 y 1 Kg, respectivamente.
5.2.7 Juntas Modulares: (Esquema 3.2.2.5 fig. 19)
Las especificaciones de ensayos para sistemas de juntas modulares no se encuentran en los
Standard del ASTM, sin embargo, la National Cooperative Highway Research Program realizó
un estudio, en que se determinaron los requerimientos para los materiales que componen estos
sistemas, tales como, resistencia a la fatiga, corrosión, amplitud de movimiento admisible, y
vibración. Esto se logra simulando en laboratorio las condiciones en que se verán expuestos en
terreno los sistemas de juntas modulares. El estudio consistió en buscar los ensayos que puedan
predecir el comportamiento en terreno de este sistema de sellado, los ensayos desarrollados se
describen a continuación para explicar el funcionamiento de las juntas modulares.
5.2.7.1 Ensayo OMV (Opening Movement Vibration test)
El ensayo de movimiento de apertura y vibración, simula el movimiento más común de MBJS
(Modular Bridge Joint System), el movimiento debido a la expansión y contracción termal de la
superestructura. Además, también simula las cargas de tráfico durante la vida en servicio.
El movimiento longitudinal simulado será cíclico con una frecuencia que no exceda los 0.1 Hz, y
con un desplazamiento de ± 50.8 mm. para la apertura media de la junta, éste debe ser aplicado
en el centro de la muestra por medio de una viga repartidora, que se encuentra sujeta a la viga
separadora de borde y a cada caja de soporte en el extremo libre para el movimiento de la MBJS,
como se aprecia en la figura 31.
Las cargas de tráfico simuladas deben ser aplicadas por un vibrador neumático de alta frecuencia,
capaz de ejercer una presión de al menos 33 kN con una frecuencia entre 125 y 150 Hz. El
vibrador debe ser colocado lo más cerca posible al centro de la conexión entre la viga separadora
central y la barra de soporte y no debe exceder 30 cm desde el centro de vibración al centro de la
conexión. Y no deberá impedir el movimiento de longitudinal de apertura y clausura.
Fig. 31: Esquema de montaje para ensayo de OMV, para Juntas Modulares [8]
5.2.7.1.1 Definición de la Falla:
Cuando cualquier componente de la muestra impida el correcto funcionamiento o que reduzca la
capacidad de carga del sistema será definido como falla. Los siguientes criterios han sido
observados en los ensayos preliminares.
Conexiones Soldadas:
Cuando ocurran grietas por fatiga o fracturas en cualquier soldadura debe ser considerado como
falla.
Componentes Elastoméricos:
Cualquier movimiento fuera de la posición diseñada para los apoyos y resortes de control deberá
ser considerado como falla. Cualquier movimiento fuera de la posición de diseño para los resortes
de control también debe ser considerado como falla si la mayor abertura entre cualquiera de dos
vigas separadoras de borde o vigas separadoras centrales es mayor que el doble de la menor
abertura. La perdida de adherencia del sello o de impermeabilidad es una falla, si ocurre antes de
9.130 movimientos longitudinales simulados (equivalentes a 25 años de vida).
Conexiones Apernadas:
El aflojamiento, fractura, o movimiento fuera de lugar de los pernos usados en cualquier
conexión debe ser considerado como falla.
Termino del Ensayo:
El ensayo deberá continuar aunque se presenten fallas hasta que:
- Hayan concluidos 27400 ciclos de movimientos longitudinales simulados (equivalente a 75
años de vida)
- El MBJS no funciona apropiadamente.
- Se estima arriesgado continuar con el ensayo
5.2.7.2 Ensayo SPO (Seal Push Out Test)
Una vez las muestras hayan superado el ensayo OMV, deben ser sometidas al ensayo SPO, con
un mínimo de cinco ensayos consecutivos a cada muestra.
El ensayo no simula las condiciones reales de servicio, como escombros en un sello, sin embargo
el ensayo puede ser usado para medir la efectividad del sello para resistir cargas verticales. Un
marco de carga que reacciona en si mismo fue construido para instalar la muestra. El marco
consiste en dos columnas y una viga que se conecta, ya sea con sujetadores o soldando a las vigas
del borde del sistema.
5.2.7.2.1 Aplicación de la carga:
Las cargas deben ser aplicadas a los sellos por un dispositivo capaz de controlar el
desplazamiento y entregar un mínimo de 22.4 kN de fuerza con un medidor de la carga aplicada.
El sello debe ser abierto 75 ± 10 mm mientras se realiza el ensayo. El desplazamiento debe ser
aplicado perpendicular al plano de las vigas separadoras centrales. Las cargas deben ser aplicadas
al sello a través de una barra de acero cilíndrica, con un diámetro de 25.4 mm y 533.4 mm de
largo. La carga será aplicada con una de tasa de desplazamiento de 10 mm/ seg. Un esquema del
ensayo se puede apreciar en la figura 32.
5.2.7.2.2 Definición de la falla.
Si cualquiera de los ensayos para una muestra en particular falla al llegar a una fuerza mínima de
6000 N debe ser considerado como falla. En el caso eventual, que sólo uno de los cinco ensayos
consecutivos falla antes de alcanzar el mínimo requerido, ese ensayo debe ser descartado y
reemplazado por tres nuevos ensayos consecutivos usando la muestra original.
Fig. 32: Esquema de montaje para ensayo de remoción del sello [8]
5.2.7.1 Requerimientos para los materiales que componen los sistemas
modulares
5.2.7.1.1 Sellos Elastoméricos:
La revisión de las especificaciones de ASTM, ha mostrado apropiadas especificaciones para
sellos en franja: ASTM D5973, y para sellos de expansión con múltiples almas AASHTO M 297
y ASTM D 3542. Se considera que los sellos bajo estas especificaciones tienen un desempeño
adecuado, con la excepción de que tienen la susceptibilidad de separarse desde las vigas de borde
y vigas centrales. Los estándares del ASTM pueden asegurar la calidad del material, pero no
pueden predecir la interacción de estos componentes con las vigas separadoras centrales y de
borde. El ensayo SPO evalúa específicamente la susceptibilidad de separación del sello frente a
cargas verticales. Es por esto que se concluyó, que no se necesitan ensayos adicionales, ni
requerimientos para los componentes de los sellos para asegurar su desempeño y durabilidad. [8]
En el caso de los amortiguadores y apoyos elastoméricos, las especificaciones dadas en ASTM,
fueron encontradas poco efectivas, ya que estaban referidas a materiales más básicos. Es por esto,
que se concluyó que la mejor forma de detectar y evitar problemas potenciales con estos
componentes era que los fabricantes continuaran con el uso de la misma formulación, proceso de
fabricación y provisiones de amortiguadores y apoyos utilizados en MBJS que pasaron el ensayo
OMV. Si los componentes se comportan bien, en las severas condiciones del ensayo OMV, se
puede esperar que ellos se comporten bien en servicio.
5.2.7.1.2 Otros Materiales:
En el caso de los otros materiales que componen los MBJS, las especificaciones de la AASHTO
y ASTM, pueden asegurar que cumplan con los requisitos mínimos de resistencia y durabilidad.
•
El acero estructural deberá estar conforme con los requerimientos de AASHTO M270GR36, 50 or 50W, componentes de Aluminio no deberán ser usados.
•
El acero inoxidable debe estar bajo los requerimientos de ASTM A240 Tipo 304
•
Pernos, tuercas, arandelas, y otros elementos de trabajo deben estar conformes de
AASHTO M164 Tipo 1 o 2 y deben estar galvanizados de acuerdo con AASHTO M232 o
AASHTO M298 Class 50.
•
Clavos soldados, deben estar conformes a los requerimientos de ASTM A 108.
•
PTFE o Teflón debe ser 100% teflón virgen, malla de PTFE tejida, o PTFE abollado
conforme a los requerimientos de la sección 18.8 de las AASHTO LRFD
Especificaciones para Construcción de Puentes.
•
Adhesivo: La misma formulación y fabricación del adhesivo lubricante usado en el
ensayo SPO descrito anteriormente, debe ser usado para instalar el sello. Debe estar
conforme a los requerimientos de ASTM D4070. Sin embargo, el adhesivo no debe ser
del tipo epóxico u otro adhesivo que sea tan resistente que resulte muy complicado el
reemplazo del sello.
•
Resortes de control: Debe ser provisto con la misma composición y formulación del
material, fabricante, procedimiento de fabricación, y configuración de resortes de control
usado en el ensayo OMV.
6 DESEMPEÑO, MANTENCIÓN E INSPECCION:
Este capítulo tiene por objetivo dar a conocer el comportamiento de los sistemas de juntas
estudiados anteriormente, con tal propósito, se revisó información relacionada a la experiencia de
distintos organismos relacionados con el cuidado y mantenimiento de puentes. La información
recopilada de Chile y principalmente de países desarrollados, como EE.UU. y el Reino Unido,
que ya llevan décadas probando y estudiando distintas soluciones.
Este capítulo contiene la experiencia en el uso de estos sistemas y será de gran valor, por que
permite conocer las fallas que se presentan con mayor frecuencia durante el tiempo de servicio de
los sistemas de juntas. Además, se incluyen indicaciones generales para el mantenimiento, que es
imprescindible si se desea lograr un funcionamiento óptimo y extender el tiempo de servicio de
las juntas.
6.1 Desempeño:
Existe mucha experiencia de sellos que han tenido un mal desempeño, resultando en el deterioro
de una gran cantidad de puentes.
Las principales causas de un pobre desempeño provienen en gran medida por un diseño
deficiente:
1.- El diseño de la geometría de la junta era insuficiente para acomodar el movimiento.
2.- Condiciones de servicio que no fueron anticipadas, resultando en movimientos de junta
mayores a los previstos para el diseño original del sello.
3.- La elección equivocada del tipo de junta para las condiciones en que se debe desempeñar, a
menudo, por el mal argumento de la economía en el costo inicial.
4.- La mala ejecución durante la construcción de la junta y mala preparación para recibir o
instalar el sello.
6.1.1 Juntas Abiertas:
Las fallas de estos sistemas se deben principalmente al drenaje, se llenan con escombros
ocupando el espacio para el desagüe, haciendo que se rebalse y derrame agua en las estructuras
de soporte del puente.
También las fijaciones metálicas han resultado corroídas y en algunos casos han sido removidos;
en la actualidad se usan membranas flexibles, que están hechas de materiales no corrosivos, como
la fibra de vidrio y el neopreno. Las membranas funcionan en forma mas eficiente si se diseñan
con una pendiente mínima de 1%, y así poder evacuar los escombros fuera del tablero, a demás
tienen que ser accesibles para un fácil mantenimiento y deben evitar que el agua se filtre al final
del canal. Es difícil lograr que estas características se cumplan, debido al limitado espacio en los
puentes existentes.
6.1.1.1 Junta Armada o con guarda canto: (Esquema 3.1.1 fig. 6)
Resulta difícil proteger el metal expuesto a la corrosión y lograr que el hormigón quede bien
consolidado bajo el perfil. Con el paso del tiempo el ángulo se puede desencajar debido a
soportes inadecuados o fatiga de los elementos de anclaje. El metal suelto puede convertirse en
un peligro para el tráfico.
Comúnmente en juntas sin perfiles de acero los bordes de hormigón del tablero se fragmentan,
este efecto se puede ver en la figuras 33 y 34, una vez que existe el daño, el deterioro continuará
hasta que no se repare o se reconstruya el sector dañado.
Cuando los tableros son reparados las armaduras dañadas deben ser reemplazadas por un mortero
elastomérico. La junta puede ser rediseñada para colocar un sello hermético.
6.1.1.2 Junta con placa deslizante: (Esquema 3.1.2 fig. 7)
Es común que con el paso del tiempo las placas se aflojen, creando ruidos molestos bajo el paso
del tráfico, ocasionalmente éstas quedan completamente sueltas, convirtiéndose en un peligro
para el transito vehicular. Las causas de estos problemas están a menudo relacionadas con el
diseño y la construcción. Por ejemplo, la consolidación inadecuada del hormigón causa pérdida
de soporte y mal anclaje de las placas. Escombros no compresibles se acumulan en la ranura al
final de la placa, pasado el tiempo estos escombros tienden a levantar la parte no anclada de la
placa deslizante haciéndola mas vulnerable a los impactos del tráfico. Los anclajes también se
corren y están propensas a fatiga por el impacto del tráfico. Con el tiempo la superficie de
rodado alrededor de las placas se deteriora y esto incrementa el impacto vehicular en la junta
desencajando las placas.
Juntas con placas deslizantes han sido encontradas insatisfactorias en autopistas con una cantidad
significativa de tráfico pesado. En la mayoría de los lugares este tipo de junta ha sido
reemplazada por otro tipo de sistema. [7]
6.1.1.3 Junta dentada: (Esquema 3.1.3 fig. 8)
Las juntas dentadas tienden a tener menos problemas que muchas otras, algunas tienen problemas
con de anclaje o presentan las puntas dentadas dobladas, y en algunas ocasiones dientes rotos,
como resultado de esto aumenta el ruido, perturbando a los habitantes alrededor del puente y
queda una mala superficie de rodado para el transito vehicular. Los efectos se muestran en la
figura 35, el problema mas común es la fragmentación del pavimento alrededor de la junta, como
se muestra en la figura 36, para que los elementos bajo el puente estén debidamente protegidos es
necesario realizar un mantenimiento a la membrana de drenaje evitando que se deposite
demasiados escombros.
Fig. 33: “Junta Abierta, sin armadura con el borde dañado” [7]
Fig. 34: Junta Abierta, falla de la armadura de la junta. [7]
Fig. 35: Daño en juntas dentada, dientes se han levantado. [7]
Fig. 36: Daño en pavimento alrededor de junta dentada. [7]
6.1.2 Juntas cerradas:
Durante las últimas décadas se ha experimentado con los actuales sistemas, los cuales han sido
mejorados pero no han logrado obtener un desempeño ideal. Los cambios realizados a estos
sistemas se han debido a los daños producidos por impactos de tráfico y desechos no
compresibles que se introducen en aperturas de la junta.
Los materiales utilizados en los sellos han mejorado, anclajes son más resistentes y mejor
diseñados, y se ha refinado la metodología de instalación.
6.1.2.1 Sellos moldeados in Situ:
6.1.2.1.1 Sellos Termo Endurecidos, Curado Químico: (Esquema 3.2.1.1 fig. 11)
Los primeros materiales vertidos fueron productos de asfalto caliente o de alquitrán mineral los
cuales no se desempeñaron satisfactoriamente. Los materiales poliméricos tenían los mismos
problemas que los anteriores, incluyendo fallas de adhesión a los bordes de la junta y fallas de
cohesión (ruptura interna del sello) y daños por escombros no compresibles. El daño en el borde
de la junta también puede provocar la falla del sello.
Se ha tenido éxito al colocar un sello de transición o guardacantos de mortero epóxico para
reforzar el borde del tablero y así lograr una zona donde el impacto vehicular sea absorbido por
un material con menor rigidez, impidiendo que el borde de la cubierta sea dañado.
Hay ciertas ventajas en este tipo de sellos, a diferencia de muchos sellos premoldeados, su
actuación generalmente no es afectada por paredes de juntas que no están perfectamente paralelas
o perfectamente verticales, es también algo relativamente fácil de reparar.
Este sistema es de simple y rápido mantenimiento, ya que si una pequeña porción de sello falla,
es fácil de remover, limpiar las paredes y rápidamente volver a llenar la junta. Esta actividad
minimiza la interrupción del tráfico y los peligros de la zona de trabajo.
Fig. 37: Falla en sellos por escombros no compresibles. [7]
6.1.2.1.2 Sellos Asfálticos Modificados con Poliméricos:
(Esquema 3.2.1.2 fig. 12)
La principal ventaja de este sistema es su fácil instalación y reparación, y sus costos son
relativamente bajos.
La desventaja de estos sistemas es que fueron desarrollados exclusivamente para juntas en
puentes sin cunetas. Este sistema no provee un efectivo método de sello en juntas con pendientes,
especialmente en tableros más largos y juntas esviadas donde el movimiento de la cubierta
arruina el sistema, resultando una falla temprana de éste. [7]
En este sistema se presentan los inconvenientes que tiene el uso de asfaltos, dado que este
material visco elástico es fuertemente influenciado por los cambios de temperatura, por lo que
cuando se encuentra en climas calurosos tiende a fluir y cuando se coloca en climas muy fríos se
vuelve un material frágil y quebradizo, a demás no puede soportar cambios de temperatura muy
grandes entre el día y la noche sin que se produzca daño. Por lo que se recomienda su uso en
condiciones climáticas moderadas. Con el paso del tiempo, donde transitan vehículos muy
pesados, se pueden producir surcos y laminado en el sector de la junta.
6.1.2.2 Sellos Preformados
6.1.2.2.1 Sellos en compresión: (Esquema 3.2.2.1 fig. 14)
Se han presentado casos en que al poco tiempo de colocado estos se mueven y con el paso del
tiempo pierden compresión. La experiencia en el uso de estos sistemas indica que funcionan en
forma óptima en regiones donde existen temperaturas extremas moderadas, ya que para
diferencias de temperaturas mayores el rango de movimiento de la junta aumenta [7]
En lugares calurosos los sellos se puede encoger debido a grandes movimientos de compresión, el
aire dentro no se recupera cuando se vuelve a expandir la junta especialmente si no está
apropiadamente ventilado. Con el paso del tiempo se han reportado casos en el sello pierde su
capacidad de retener su compresión inicial debido a la perdida de elasticidad, en particular si los
rangos de movimiento son grandes. [7]
A pesar de estos problemas, el sello en compresión es uno de los que mejor desempeño ha
mostrado y es uno de los preferidos por su duración y bajo costo comparativo. [7,9]
6.1.2.2.2 Sellos en franja: (Esquema 3.2.2.2 fig. 16)
Estas juntas se han desempeñado bien y bajo condiciones similares el sello en franja tiende a
comportarse mejor que otros sellos, sin embargo, estos son difíciles de reemplazar y las secciones
empalmadas se deben evitar.
El desgarro de la membrana ocurre normalmente cuando el sello se encuentra extendido y
objetos no compresibles se introducen en las hendiduras, al momento que la junta se cierra estos
materiales se acuñan provocando la rotura de la membrana con la consecuente perdida de
impermeabilidad. La falla también puede provenir del tránsito al pasar por escombros
acumulados en la junta. Ocasionalmente la membrana se desgarra en los bordes de mordazas, un
ejemplo de esta situación se ve en la figura 38.
6.1.2.2.3 Sello de neopreno inflable (Jeene): (Esquema 3.2.2.3 fig. 17)
Las ventajas de esta junta son de rápida instalación, con inconvenientes menores a los usuarios
incluso se puede permitir el paso del tráfico mientras la junta todavía esta inflada.
A diferencia del sello a compresión este sistema puede tolerar irregularidades menores de la
abertura de la junta, como la falta de alineación vertical u horizontal de las caras de la junta.
Las desventajas incluyen, la total dependencia del material epóxico adhesivo para lograr la
estanqueidad, también este sistema fallará si es que se daña el borde de la junta después de haber
colocado el perfil.
6.1.2.2.4 Sello Elastomérico Reforzado: (Esquema 3.2.2.4 fig. 18)
Estos requieren la total reposición si son dañados, por lo que el costo es un factor a considerar en
la elección, el fracaso de los empalmes es otro problema. En países donde se usaron por décadas
estos sistemas de juntas, se presentaron fallas con los pernos de anclaje, pero en la actualidad se
están ocupando anclajes epóxicos. [7]
Fig. 38: Junta con sello de franja con membrana desgarrada en bordes de mordazas. [7]
También las tapas que cubren las tuercas que sujetan estos sistemas pueden salirse, a causa del
tráfico o falla del adhesivo. Los bordes de la unión se pueden fragmentar, haciendo al sello más
vulnerable a las filtraciones e impacto del tráfico.
Otro problema es que el sello elastomérico debe ser colocado cuando la temperatura del puente es
la adecuada. Si la temperatura ambiente es demasiado fría al momento de la instalación, el sello
se doblará y será dañado por el tráfico, cuando la temperatura sea muy alta. En el caso contrario,
en que la temperatura ambiente es muy calida al momento de la instalación, el exceso de
estiramiento durante climas muy fríos, dañara el material de sello o los anclajes.
6.1.2.2.5 Sistemas Modulares: (Esquema 3.2.2.5 fig. 19)
Los sistemas modulares han presentado problemas, incluyendo fisuras por fatiga en soldaduras,
daño al material de sello y daño a los soportes. Un ejemplo en la figura 39. Los costos de este
sistema y su mantenimiento son elevados, por lo que solo se justifica su uso cuando se necesita
abarcar movimientos muy largos.
La dificultad es que el sistema de junta debe ser capaz de permanecer hermético y debe ser
soportado por un sistema móvil de marcos. Lo más complicado es resolver el tema de la
durabilidad. El material sellador debe ser resistente y el sistema de marcos debe ser diseñado para
resistir tensiones de fatiga muy prolongadas.
Fig. 39: Junta Modular o de riel, dañada. [7]
6.2 Experiencia en el extranjero:
El desempeño de los sistemas de juntas ha sido investigado y documentado en sendos reportes
(NCHRP Synthesis 319, Report No. UT-05.04), los cuales contienen la impresión de las distintas
agencias estatales del transporte de los E.E.U.U. sobre el comportamiento de los diferentes sellos
nombrados en este trabajo.
En la encuesta realizada por la NCHRP, casi la mitad de las agencias no especificaban juntas
abiertas, el resto especifica juntas dentadas con canal de drenaje. Con respecto a las juntas
cerradas, las agencias indicaron que todos los sellos tienen problemas, pero los menos
problemáticos son los sellos en franja y luego le siguen los sellos en compresión. Los sistemas
más evitados por las agencias encuestadas, fueron en primer lugar la junta abierta con placa
deslizante seguidas por la junta con sello elastomérico reforzado.
6.3 Mantenimiento:
La falla de una junta de expansión puede crear un peligro serio para el tráfico, es por eso que se
recomienda que las juntas sean regularmente inspeccionadas para asegurar que continúan
funcionando de acuerdo con todos los requisitos de las normativas que se especifican en este
trabajo.
Usualmente el sistema utilizado en las juntas de expansión no tendrá el mismo tiempo de servicio
como el puente mismo. Ciertamente muchos de los materiales usados en algunos tipos de sellados
tienen una vidas mucho más cortas y tales materiales, como sellos en compresión divididos o
sellos moldeados despegados, necesitarán un reemplazo, los sellos asfálticos pueden necesitar
una nivelación y los sellos elastoméricos pueden necesitar al reemplazo parcial o total. Estas
operaciones usualmente pueden ser efectuadas rápidamente durante los períodos de temporada
baja de flujo de tráfico.
Es importante también que fallas como el bloqueo del drenaje o aberturas obstruidas por material
arrastrado con el agua, sean detectadas con anterioridad, ya que los cloruros contenidos en el
agua que no es drenada pueden tener efectos muy dañinos en el hormigón armado o los
elementos de acero en la estructura del puente. Además las aberturas obstruidas pueden transmitir
gran cantidad de fuerza a sistema de unión de la junta.
El reemplazo de juntas de expansión es relativamente caro por los costos del manejo del tráfico
vehicular y los gastos indirectos en retraso de tiempos de viaje que son adicionales al costo de
solamente reemplazar la junta. Es por eso que cuando se planifican operaciones de mantención
del recubrimiento en la autovía, cualquier junta del puente que este afectada debería ser mirada
de cerca, ya que si es necesario pueden ser reemplazadas al mismo tiempo. En algunos casos
puede ser preferible reemplazar junturas antes de que hayan llegado al fin de sus vidas útiles si el
trabajo puede ser combinado con otras actividades de mantenimiento.
6.3.1 Mantenimiento recomendado para cada sistema de junta:
Recomendaciones hechas en el reporte de la Utah Department of Transportation (UDOT) Report
No. UT-05.04, “Performace of Concrete Bridge Deck Joints”
6.3.1.1 Juntas Abiertas:
Las membranas de drenaje deben ser limpiados al menos una vez al año y más seguido si es
necesario. La junta debe estar libre de corrosión y placas o dientes dañados deben ser
reemplazados.
6.3.1.2 Juntas Cerradas:
6.3.1.2.1 Sellos Moldeados in situ:
Sellos Termoestables, Curado Químico:
Para obtener el mayor desempeño, los sellos deben ser reparados en otoño o primavera, para
reducir la tensión impuesta en el sello.
Sello Asfáltico Modificado con Polímeros:
Si la superficie adyacente a una junta fallada se deteriora, ambos deben ser reemplazados para
mejorar la calidad adecuada y durabilidad del sistema.
6.3.1.2.2 Sellos Preformados:
Sellos en Compresión:
La armadura de los sellos debería ser repintada periódicamente para evitar la corrosión.
Sellos en Franja:
Cuando se realice la mantención del tablero el recubrimiento de la losa no debe ser colocado
sobre el sistema de anclaje de los sellos.
Sellos Elastoméricos Reforzados:
Los pernos deben ser ajustados después de al menos 7 días luego de la instalación inicial para
compensar el creep del elastómero y todos los pernos deben ser reapretados anualmente.
Todas las secciones deben ser reemplazadas y todos los tapones para los pernos deben ser
reemplazados.
7 SELECCIÓN Y BUENA PRÁCTICA
En este capítulo se entrega una serie de recomendaciones para maximizar la vida de servicio de
los sellos en juntas y una guía para seleccionar el sello adecuado dependiendo del desempeño del
sello frente a distintas variables revisadas en este trabajo.
7.1 Recomendaciones:
7.1.1 Implementar un programa preventivo de mantenimiento:
La mantención de un puente es reactiva, esto es, solo se reacciona cuando falla alguna parte de la
estructura. Sin embargo el mantenimiento es para preservar, esto requiere una estrategia
preventiva. Desafortunadamente los recursos destinados al mantenimiento del puente son a
menudo inadecuados y solo sirven para responder nada más que a problemas inmediatos. Dicha
estrategia es justificada dado que lo fondos son limitados. Un apropiado nivel de mantenimiento
extiende el ciclo de vida del puente y reduce costo total del ciclo de vida.
Un programa preventivo involucra utilizar materiales y diseños que permiten realizar el
mantenimiento con mayor facilidad. Actividades preventivas de mantenimiento incluyen lavar el
tablero, remover escombros y arreglar pequeños problemas antes que resulte en la falla del
sistema. Algunos procedimientos de mantención, como el lavado de tableros, son realizados en
intervalos regulares. Otros, como la reparación de anclajes o pernos sueltos, deben ser
identificados por un minucioso programa de inspección y una prioridad alta a la reparación.
El objetivo del mantenimiento preventivo debe ser la de preservar la condición de sello
hermético. El sello debe ser reparado si alguna parte se está filtrando el agua. Escombros y grava
debe ser removido desde la superficie para prevenir el daño del sello. El mantenimiento
preventivo incluye el mejoramiento y limpieza de la carretera que se encuentra próxima al
puente, evitando con esto que los escombros lleguen a la cubierta.
7.1.2 Usar blockout en la junta de cubierta
Un blockout es una sección rectangular del tablero del puente, adyacente a la junta, que es
removido o moldeado. Es usado para facilitar el tamaño apropiado de la abertura y el correcto
posicionamiento y anclaje del ensamblaje del sello. Esto también permite el uso de materiales
más durables en el término de la junta. Los blockout son requeridos frecuentemente para
reemplazar un sistema de junta existe. Es mucho más fácil de controlar el ancho y forma de la
junta cuando la sección rectangular es hecho después de realizado el tablero. Esto permite que el
sistema de junta sea colocada después que la deflexión por la carga muerta y la retracción del
hormigón hayan ocurrido. Es también más fácil instalar el sistema de junta a la altura apropiada
para lograr una superficie de rodado óptima y minimizar el daño del tráfico.
El material con que se rellena la sección es importante, muchos sistemas de juntas fallan por el
daño que ocurre al material que rodea la junta. Los blockout permiten el uso de materiales más
caros y más durables para soportar el sello y además provee bordes más resistentes contra el alto
impacto del tráfico pesado. El material que cumple con las características de resistencia y
durabilidad es el hormigón polimérico.
7.1.3 Proteger en contra movimientos inusuales
Los sellos de juntas ocasionalmente fallan debido a movimientos de la estructura inesperados.
Presión del terraplén, asentamiento, socavado, o un acontecimiento sísmico pueden ser la causa.
Dichos movimientos pueden ser la causa de que la junta se abra o cierre más allá de las
suposiciones del diseño. Los sellos se pueden desgarrarse o aplastar o los anclajes pueden fallar.
Para corregir estos problemas, la estructura debe estar primero estabilizada y las placas de apoyo
reposicionadas, luego la apertura de la junta puede ser restaurada, ya sea cortándola o agregando
hormigón. Ocasionalmente, si el ancho de la apertura ha aumentado, un sello más ancho puede
ser usado para evitar restaurar la abertura de la junta.
7.1.4 Construir el tamaño de la abertura adecuado
El tamaño del sello debe ser determinado basándose en el rango de movimiento. El tamaño de la
abertura es diseñado para mantener al sello impermeable todo el tiempo sin dañarse por
desgarramiento o aplastamiento. Para una vida de servicio óptima del sello de una junta, la
apertura debe ser construida apropiadamente. Los lados de la abertura deben ser verticales y la
apertura debe estar derecha, con bordes paralelos, para el total del ancho de la junta. Esto es
particularmente importante cuando se usan sellos de compresión.
7.2 Selección:
En esta sección se quiere mostrar los tipos de sellos que son apropiados para diferentes
condiciones de servicio, diseño e instalación. Para la selección del sello hay que tener presente
que el principal factor que influye en el funcionamiento del sistema de sellado, es movimiento
esperado en la junta, tema que fue estudiado en detalle en capitulo dos. Pero ciertamente existen
otras variables que influyen directa o indirectamente en el desempeño del sello, como la
frecuencia y tipo de tráfico, materiales, diseño y ejecución del sello y temperatura de instalación,
etc.
Esto restringe los tipos de sellos ha ciertos aspectos que el diseñador busca, es claro que todos los
sellos tienen ventajas y desventajas, dependiendo de la variable con la que se esta comparando.
Es por esto, que el aumento o disminución en el rango de una variable, está directamente
relacionado con el desempeño que el sello tendrá en servicio, vale decir, si el sello se encuentra
en un rango donde ya ha llegando al límite de su servicialidad, entonces dicho rango tiene un
gran efecto en el desempeño del sello en la junta. En la tabla 9 se muestra la comparación de los
sellos incluidos en esta investigación, con los factores nombrados anteriormente y se indica la
influencia que estos tienen en el buen desempeño de cada sistema.
M
B
B
B
B
B
B
B
B
B
B
M
B
B
B
B
B
B
A
N/A
N/A
N/A
N/A
M
B
B
B
B
B
B
B
B
B
B
B
B
B
B
B
B
Efecto en el desempeño
B
B
M
B
B
N/A
N/A
B
B
M
M
B
B
B
B
M
Dinamicos
B
B
B
B
B
B
B B B
B
B B M M
B B M
B B B
B B B
B M H
B B M
B B M
B
M
M
M
M
B
B
B
M
A
A
A
A
M
M
M
Frecuencia/
Pista/Hora
B
B
B
B
B
B
B
B
B
B
M
M
M
B
B
B
B
M
A
A
A
M
M
M
Carga de Ejes
(kN)
M-A
M-A
A
A
M
B-M
B-M
M-A
M
B-M
A
M
M
M
H
B-M
B
B
B
B
M
M
B
B
B
B
M
B
M
B
B
B
B
B
A
B
B
M
B
B
B
B
B-M
B-M
B
B
B
B
M
M-A
B-M
B-M
B
B
B
A
M
A
A
A
A
M
M
M
A
A
A
A
M
B
B
A
Temperatura de Servicio Deterioro Preparación
Diseño
Mater.
Anclaje y
Instalación (ºC)
en la
y
del sitio y
de la
Usados
Adhesión
Horizontales
Horizontales
Verticales
Interperie Corrosión ejecución
Junta
0-15 15-50 50-100 100+ <0.05 0.05-0.1 >0.1 <2 2-4 >4 <10 10-50 >50 <10 10-40 >40
<10 10-15 >15
Termales
B = Bajo
)
M = Moderado
)
A = Alto
)
N/A = No Aplicable
Asfalto
Polimérico
Compresión
Franja
Jenne
Elastomérico
Reforzado
Modulares
Junta
dentada
Termo
endurecidos
Tipo de Junta
Tráfico sobre la Junta
Tabla 9: "Desempeño de los sistemas de juntas frente a diferentes parámentros"
Movimientos en la Junta (mm)
8 DISCUSIÓN, CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
8.1 Discusión:
8.1.1 Factores que influyen en el movimiento de juntas de expansión:
El efecto térmico sobre los materiales es el factor de mayor relevancia entre todos los que afectan
el movimiento en servicio de las juntas, debido a su mayor magnitud y a su naturaleza cíclica.
Para evaluar la magnitud de los movimientos de las juntas, se deben modelar las estructuras y
realizar complejos análisis de elementos finitos mediante software avanzados que consideren
todos los componentes de deformación involucrados, sin embargo, en el pasado se han realizado
estudios y mediciones, sobre la respuesta térmica dependiendo de la geometría y composición de
la superestructura, y gracias a estos trabajos se pueden lograr estimaciones del movimiento
esperado. [10]
Las placas de apoyo son de gran importancia debido a que afectan el movimiento de las juntas, a
través de la fricción y controlan los desplazamientos máximos en los sismos, por medio de la
rigidez al corte del sistema de placas deslizantes o de los apoyos elastoméricos.
Con respecto al análisis sísmico hay que tomar en cuenta que cuando se calcula el
desplazamiento máximo, el factor R, que es el factor de modificación de la respuesta, se le asigna
el valor 1 para conexiones de columna, cepa o pilote a viga cabezal o superestructura, y 0.8 para
las conexiones de juntas de expansión dentro de la superestructura, esto quiere decir que esos
componentes son diseñados para fuerzas elásticas, y es adoptado de esta manera para asegurar el
comportamiento inelástico en las regiones deseadas y para mantener la integridad de toda la
estructura del puente en esas conexiones importantes.[22, 4]
8.1.2 Aplicación Puente Aconcagua:
El coeficiente de expansión térmica utilizado para calcular el rango movimiento por temperatura
es una buena aproximación tomando en cuenta que el puente esta compuesto por concreto y
acero, considerando el promedio de los coeficientes de expansión térmica para ambos materiales
se consigue un valor muy cercano al utilizado en este caso. Sin embargo el coeficiente fue
determinado por medio de mediciones de puentes en el Reino Unido, que pueden tener una
geometría y apoyos diferentes al puente Aconcagua.
El rango total de movimiento que deben acomodar las juntas es de 170 mm, incluyendo
movimientos de servicio y solicitaciones sísmicas. El diseño original, claramente no contemplaba
eventos sísmicos, ya que la apertura de las juntas solo tiene 30 mm, sin embargo esta distancia es
suficiente para cubrir la totalidad de los movimientos de servicio, dando la posibilidad de permitir
acomodar movimientos que no fueron considerados en este análisis como cargas vehiculares.
Esto implica que en el análisis dinámico se consideró el contacto entre tableros contiguos del
puente durante un sismo de gran intensidad, y como se mencionó en 2.7.1 la acción sísmica no
provoca grandes daños a la superestructura y si es que los produjera su reparación sería simple,
ya que solo se necesita reparar los bordes de las vigas terminales dañadas (Plano de detalle).
En este puente las placas de apoyo no fueron pensadas como aisladores sísmicos, a pesar de que
el material utilizado es una placa elastomérica tipo II (figura 3), cumple la función de disminuir y
amortiguar los esfuerzos transmitidos a la subestructura. (2.4.2)
8.1.3 Tipos, desempeño y selección de sellos:
A pesar de que los tipos de juntas mencionados en el capítulo 3, representan la mayor parte de los
sistemas de sellos existentes en la actualidad, en la investigación se encontraron otros
dispositivos que corresponden a sistemas mixtos que combinaban las cualidades de los distintos
sistemas mencionados. Por ejemplo, una junta mixta tipo “ACEROTON”, que incluye una junta
de placa deslizante con un sello de compresión como se aprecia en la figura 40.
Como en Chile, los sistemas de sellado en juntas están siendo incorporados recientemente no
existe experiencia sobre su desempeño, dado que toma varios años después de la instalación
inicial para evaluar el desempeño de un sello en particular. Una excepción son las juntas abiertas
las cuales han sido usadas por décadas en el país, como es el caso del puente Aconcagua 1971.
Con resultados que ya conocemos. (Capítulo 1.1)
Respecto a la selección de los sellos; resulta claro que todos tienen sus ventajas y desventajas,
pero el diseñador o ingeniero de puentes buscará sistemas de sellado, en los cuales la influencia
de los factores establecidos en la tabla 9, tengan el menor efecto en el buen desempeño de los
mismos. También hay que notar que algunos de los factores de comparación, como el diseño de
la junta o la preparación del sitio y ejecución, se refieren al cuidado que se debe tener con tales
parámetros para lograr un buen desempeño.
Fig. 40: Junta Mixta tipo ACEROTON
8.1.4 Normas y Especificaciones de Materiales:
Las normas para el diseño de juntas y sellos existentes en países desarrollados como Estados
Unidos y el Reino Unido, cuentan con la preferencia de la mayoría de los ingenieros y
diseñadores nacionales, debido a que estos países poseen una mayor cantidad de recursos
destinados a la investigación y el desarrollo de nuevas tecnologías para la construcción y el
diseño de estructuras viales, a esto se suma la experiencia ganada por la aplicación de los
avances alcanzados. En consecuencia esta memoria se ha basado en el conocimiento de los
diferentes trabajos y avances desarrollados en esos países.
Otro aspecto que es importante destacar, se refiere a la búsqueda de materiales con un mejor
desempeño, teniendo en cuenta que sus propiedades deben ser correctamente evaluadas para
asegurar un comportamiento adecuado de las juntas. Ciertamente algunos ensayos de la norma
ASTM se adecuan perfectamente a las condiciones y exigencias a las que los materiales se verán
sometidos en servicio, sin embargo si se instalan sellos que cumplen con los requisitos de la
norma en lugares donde las condiciones climáticas no son tan extremas como las simuladas en los
ensayos, el sello estaría siendo sobredimensionado y las capacidades del material no estarían
siendo ocupados en forma óptima, y sellos que no aprobaron las especificaciones y ensayos de la
norma se hubieran desempeñado correctamente en condiciones ambientales moderadas.
8.2 Conclusiones:
Esta memoria contiene una revisión de antecedentes sobre diseño y especificaciones de
materiales y sistemas constructivos para las juntas de puentes, comúnmente usadas tanto en
Chile como en el extranjero. Orientada hacia diseñadores e ingenieros, contratistas y fabricantes
de sistemas de juntas a nivel nacional, a quienes se entrega información actualizada sobre el
diseño, instalación, mantención, recomendaciones para la selección de sistemas de juntas,
incluyendo también un ejemplo el cual permite aplicar los conocimientos adquiridos en el
presente trabajo en la verificación del diseño de la junta del puente.
El costo de proveer juntas bien selladas, usando la solución adecuada y controlando
cuidadosamente la instalación representa un costo poco significativo si se tiene en cuenta que la
mayor parte de los costos de mantención están asociados a esta partida.
Los sistemas y materiales sellos actualmente disponibles y los conocimientos y criterios para el
diseño de juntas permite asegurar un mejor desempeño y no existe justificación para realizar una
práctica deficiente de sellado cuando la integridad y servicialidad de la estructura está en juego.
8.2.1 Selección y Desempeño:
1.- Para movimientos menores a 15 mm utilizar ya sea sellos moldeados in situ o Cubre Junta de
acero dentada.
2.- Para movimientos menores a 50 mm, los sellos de mejor desempeño según la literatura
analizada se encuentran en el siguiente orden: Sellos preformados en compresión, Sello
Asfáltico Modificados con Polímeros, Sellos Termoestables con curado químico y Junta
dentada.
3.- Para movimientos menores a 100 mm, los sellos de mejor desempeño según la literatura
analizada se encuentran en el siguiente orden: Sellos en Franja, Sellos Preformados Jeene,
Juntas Modulares, Sellos Elastoméricos Reforzados y Junta dentada.
4.- Para movimientos mayores a 100 mm, los sellos de mejor desempeño según la literatura
analizada se encuentran en el siguiente orden: Juntas Modulares, Sellos Elastoméricos
Reforzados y Junta dentada.
5.- En general, si se utiliza un sistema de junta abierto, se le debe proveer con un sistema de
drenaje para evitar el ingreso de escombros y agua.
8.2.2 Aplicación Puente Aconcagua:
El diseño original de las juntas abiertas con placa deslizante del puente Aconcagua, no consideró
la protección de las juntas frente a la acción del agua y escombros provenientes del camino, lo
cual seguramente afecto las estructuras en la zona de influencia de las juntas, acelerando el
deterioro del hormigón y la corrosión del acero. Para la solucionar este problema se debió sellar
la abertura de la junta y así lograr la estanquidad del tablero; se encontraron dos alternativas
dependiendo de la respuesta sísmica que se espera del puente:
1.- Dejar el diseño de la misma forma y ocupar un sello vertido en caliente (Asfalto Polimérico) o
en frío (Sellos de curado químico), para acomodar movimientos de servicio de 16 mm con un
ancho entre 500 y 750 mm; también se podría optar por sellos preformados en compresión
cuyo desempeño ha sido satisfactorio. También, se puede colocar una junta dentada con un
canal de drenaje bajo la apertura, con una pendiente no menor a 1/12.
2.- Agrandar la abertura de la junta y permitir que las placas de apoyo trabajen como aisladores
sísmicos Tipo II (Ver plano de detalle), colocado un sistema de expansión que pueda
acomodar movimientos de 170 mm, como juntas dentadas con canal de drenaje, sello
elastomérico reforzado o una junta modular.
La solución más económica es la primera, dado que se ocupan menos materiales y la instalación
es más rápida, sin embargo al momento de un sismo de gran intensidad, las juntas seguramente
resultarán dañadas, por lo que deben ser reselladas o cambiadas dependiendo del daño producido.
Por otra parte, la segunda solución es más costosa pero los daños al momento del sismo serán
mínimos o nulos en comparación con la primera solución.
8.3 Recomendaciones:
Más allá de las recomendaciones técnicas mencionadas para el diseño, selección y la buena
práctica constructiva de los distintos sistemas de juntas, existen ciertos aspectos en los cuales
todavía se puede lograr un avance importante, por ejemplo:
1.- Comprender a cabalidad los movimientos y solicitaciones a que están sometidas las juntas, a
través de la investigación y estudios en terreno de diferentes topologías de tableros.
2.- Estudiar el comportamiento de los distintos materiales de sello para condiciones en puedan
desempeñarse mejor para sellado de juntas y tratar de optimizar el uso de los mismos,
realizando especificaciones que puedan agrupar los materiales apropiados para distintos
rangos de temperatura, es decir, modificar las condiciones de ensayos dependiendo de la
región donde se ocupe el material.
3.- Estudiar especificaciones y calificar la idoneidad técnica para sistemas de sellado que no
cuentan con ningún tipo de certificación, tales como los Sellos Elastoméricos Reforzados,
Junta Jeene y Juntas Modulares.
4.-Métodos y procedimientos de instalación que garanticen el buen desempeño de los sellos.
Junto con estos avances, en corto plazo a nivel nacional se puede realizar una encuesta nacional
para ver el estado de la práctica en sistemas de juntas, con tal de hacer que los diseñadores e
ingenieros estén más concientes de la importancia en el diseño de juntas y la selección de un sello
apropiado. También colocar instrucciones claras en los planos, en las especificaciones que eviten
el uso de soluciones no adecuadas.
Muchos de los problemas que presenta la infraestructura de los puentes actuales continuarán
ocurriendo a menos que se compartan y difundan los avances tecnológicos, recomendaciones y
técnicas avanzadas disponibles para el diseño y sellado de juntas.
Este trabajo de título podría ser complementado y profundizado con estudios sobre modelos para
predecir los movimientos en las juntas, así como también el diseño de ensayos que se ajusten a
las condiciones climáticas del país y de esta manera optimizar el uso de los materiales. Además,
sería factible realizar un estudio detallado que incluya una comparación económica de las
distintos productos y sistemas existentes en el mercado para cada tipo de sello, considerando un
estudio de costo-beneficios para demostrar que la realización de un mantenimiento preventivo
aumenta la vida en servicio del puente.
ANEXO A: CÁLCULO DEL MOVIMIENTO EN LAS JUNTAS
1. RETRACCIÓN:
Para el caso del hormigón sin agregados propensos a la retracción, la deformación unitaria debido
a la retracción ε sh , en el tiempo t, debe ser calculada de la siguiente manera: [1]
⎛ t ⎞
−3
⎟ ⋅ 0.51 × 10 ;
⎝ 35 + t ⎠
ε sh = −k s ⋅ k h ⋅ ⎜
(1)
Donde;
t = Tiempo de secado, días;
k s = Factor del tamaño especificado en la ecuación 3;
k h = Factor de la humedad especificado en la ecuación 4;
Si el concreto de húmedo es expuesto a secado después de que hayan transcurrido 5 días de
curado, la retracción determinada con la ecuación (1) debe ser incrementada en un 20%.
Para el curado del concreto al vapor sin agregados propensos a la retracción, la deformación
unitaria debido a la retracción ε sh , en el tiempo t, debe ser calculada de la siguiente manera:
⎛ t ⎞
−3
⎟ ⋅ 0.56 × 10 ;
⎝ 55 + t ⎠
ε sh = − k s ⋅ k h ⋅ ⎜
(2)
Donde;
t
⎞ ⎛ 45 + t ⎞ ⎛ 1064 − 3.7 ⋅ (V / S ) ⎞
⎛
ks = ⎜
⎟
⎟⋅⎜
⎟⋅⎜
0.0142⋅(V / S )
923
+t⎠ ⎝ t ⎠ ⎝
⎠
⎝ 26 ⋅ e
(3)
Donde;
t = tiempo de secado, días;
V/S = Relación volumen y superficie de secado del hormigón;
Donde el factor de humedad k h es:
Para H < 80%;
Para H ≥ 80%;
⎛ 140 − H ⎞
kh = ⎜
⎟
⎝ 70 ⎠
⎛ 100 − H ⎞
kh = 3 ⋅ ⎜
⎟
⎝ 70 ⎠
(4)
2. CREEP:
El coeficiente de creep puede ser estimado como:
(t − t i )
H ⎞
⎛
− 0.118
C t = 3.5 ⋅ k c ⋅ k f ⋅ ⎜1.58 −
⋅ ti
⎟⋅
0.6
120 ⎠ 10 + (t − t i )
⎝
0.6
(5)
Donde;
kf =
62
, factor del esfuerzo del concreto; (6)
42 + f c`
−0.0213⋅(V / S )
⎞
t
⎛
⎞ ⎛ 45 + t ⎞ ⎛ 1.8 + 1.77 ⋅ e
⎟⎟ ,
⎜
⋅
kc = ⎜
⋅
⎟
⎜
⎟
0.0142⋅(V / S )
⎜
2.587
+t⎠ ⎝ t ⎠ ⎝
⎝ 26 ⋅ e
⎠
(7)
k c = efecto de la relación V/S (Volumen/Superficie);
t = Maduración del concreto, días;
H = Humedad Relativa %;
ti = Tiempo desde que la carga fue inicialmente aplicada, días;
El coeficiente de creep es aplicado a la deformación unitaria instantánea debido a la aplicación de
la carga.
ε cr = C t ⋅ ε i
(8)
Donde;
ε i = Deformación unitaria instantánea a la aplicación de la carga;
3. CÁLCULO DE LAS DEFORMACIONES SÍSMICAS:
Como los apoyos elastoméricos que se presentan en la figura 4, tienen propiedades de aislamiento
sísmico, el cálculo de la deformación que experimentarán debido a cargas las laterales
provocadas por movimientos sísmicos, tiene que estar de acuerdo con la guía de aislamiento
sísmico de la AASHTO.
Método de la carga uniforme:
El procedimiento básico es determinar la rigidez estructural equivalente total, por medio del
cálculo de la carga horizontal uniforme que producirá un máximo de 25 mm de desplazamiento
en la estructura. Esta rigidez es utilizada en conjunto con la masa total para predecir el período
fundamental. Este a su vez, es utilizado con el espectro de respuesta de modo único para
determinar una fuerza sísmica equivalente y así calcular el desplazamiento máximo. [4,15]
Procedimiento:
Después de determinar el largo de soporte mínimo, se debe determinar las dimensiones de las
placas de apoyo, que tienen que estar conformes con los requerimientos de las cargas estáticas,
resguardando que las tensiones máximas de compresión no sean superadas por las cargas de peso
propio y sobrecarga.
Los datos que se necesitan para el análisis son el módulo de corte, G, y el amortiguamiento de la
placa, β. [15, 20]
Se debe calcular la rigidez total del conjunto de aisladores:
N
k eff = ∑
1
A⋅G
Hr
, en ton/m,
(9)
Donde;
G = Módulo de corte tangente, (ton/m²)
A = Área de la placa. (m²)
H r = Altura total de la goma. (m)
Con este dato se pueda calcular el período del sistema con la siguiente fórmula:
T = 2 ⋅π ⋅
W
, en segundos,
k eff ⋅ g
(10)
Donde;
W = Es el peso propio total de la superestructura;
g = Fuerza de gravedad;
Luego con la fórmula 15, se puede calcular el desplazamiento máximo;
Δ max =
A ⋅ S ⋅T
4⋅ B⋅ R
, en m,
Donde;
A = Aceleración básica del suelo;
S = Coeficiente de Importancia;
T = Período aislado de la superestructura;
B = Amortiguamiento de la placa.
(11)
ANEXO B: DETERMINACIÓN DEL
MOVIMIENTO EN UN PUENTE REAL
RANGO
TOTAL
DE
Para tener una mejor idea de los movimientos que ocurren en las juntas y lograr dimensionar el
efecto que tienen los distintos factores mencionados en los puntos anteriores, es necesario aplicar
las ecuaciones de la teoría a un caso real.
Con este objetivo, se tomó como ejemplo el puente Aconcagua ubicado en la Quinta Región de
Valparaíso en Calera, en el camino internacional Valparaíso-Mendoza, construido en la década
de los 70. Los planos donde se detalla el puente se encuentran adjuntos a este trabajo, y fueron
facilitados por la sección de Investigación y Ensaye de Estructura (IEE) del IDIEM.
También se desea sugerir una o más soluciones de sistemas de juntas, dependiendo de los
resultados que se obtendrán a continuación.
Características Generales del Puente:
El puente del Aconcagua atraviesa el río del mismo nombre, es un puente de tramos múltiples y
esta compuesto por 7 vanos de 35.5 m cada uno, con una longitud total de 248.5 metros.
La superestructura de cada sección del puente está compuesta por una losa de hormigón de
espesor variable, se apoya sobre dos vigas doble T metálicas de 170 cm de altura. La
subestructura consta de 7 cepas con dos columnas circulares cada una, con una zapata de 8 m de
largo, 3.5 m de ancho y 2 m de profundidad apoyada sobre 4 pilotes.
El sistema de junta con que fue diseñado este puente, es de junta abierta con placa deslizante con
una apertura de 3 cm.
1. Movimientos Térmicos:
Para el cálculo de los movimientos debidos a la temperatura, necesitamos el coeficiente de
expansión térmica, la longitud involucrada en el movimiento y el rango de temperaturas extremas
anuales de la región.
Datos;
1.- El largo que afecta al movimiento de la junta son L = 35.5 m,
2.- El coeficiente de expansión térmica lo obtenemos de la tabla 1, para puentes con tablero de
hormigón sobre vigas I de acero, K t = 0.0105 mm / m /º C ,
3.- Las temperaturas extremas de la región de La Calera fueron facilitadas por la Dirección
Meteorológica de Chile, y fueron escogidas entre los años 1993 y 2001 de la estación
meteorológica de La Cruz, que es la más cercana al puente Aconcagua;
Tmáx = 38.2 ºC y Tmin = -2.4 ºC lo que implica un rango de ΔT = 40.6 ºC,
Ahora utilizando la ecuación (2.1) se obtiene el siguiente rango de movimientos
ΔL = ΔT ⋅ L ⋅ K t = 15.1 mm.
2. Movimientos Irreversibles:
Supuestos:
El cálculo de los movimientos que se realizará al puente Aconcagua será hecho, para efectos de
Retracción y Creep, para un tiempo de 18 meses después del término de la construcción de la
totalidad de las estructuras del puente. (Equivalente a 548 días)
2.1 Retracción:
Para el cálculo de la retracción se supondrá que la losa se comporta como un material lineal
elástico y no se ve afectada por las conexiones con las vigas de acero y que la deformación ocurre
en forma simétrica en el eje longitudinal del puente. [21]
Primero hay que calcular las constantes que involucran la superficie de curado y la humedad
relativa del ambiente al momento del curado,
Factor de Tamaño Ks:
En la tabla 1 se muestran los valores para conseguir la relación Volumen / Superficie, datos
obtenidos de la cubicación en la sección B.4 de este anexo:
Tabla 1: Relación V/S
Volumen 1.03039E+11 mm3
Superficie 397600000 mm2
259.15
mm
V/S
Factor de Humedad Kh:
Suponiendo que la humedad promedio en el puente es 60% y ocupando la ecuación (A.4) se
obtiene: Kh = 1.14
Con el valor de la relación V/S, el factor de humedad y ocupando la ecuación (A.1), se puede
graficar la retracción del hormigón en el tiempo:
Deformación Unitaria por Retracción
6.01E-05
ε sh
5.01E-05
4.01E-05
3.01E-05
2.01E-05
1.01E-05
8.10E-08
0
5000
10000
15000
Días
Fig. 1: “Deformación Unitaria por Retracción”
Para el caso de 18 meses, la deformación unitaria por retracción del hormigón es:
ε sh = 2.344 x 10 −5 ;
Multiplicando por el largo del tablero (35.5 m) obtenemos el desplazamiento por retracción:
Δsh =0.832 mm
2.2 Creep:
Las deformaciones diferidas por la aplicación de cargas permanentes se manifiestan en un
aumento de la curvatura o flecha inicial producida al momento de tomar las solicitaciones. La
flecha, en el caso de los puentes, es la deformación vertical producida en el centro del tablero y la
curvatura se refiere al giro de la sección transversal del puente. Al ir aumentado la deflexión por
Creep, también aumenta el giro en los apoyos haciendo que las juntas se separen.
Como el tablero del puente Aconcagua esta compuesto por una losa de hormigón y vigas
metálicas, el efecto del Creep se ve restringido, ya que la totalidad de las cargas se encuentran
soportadas por las estructuras metálicas, y la losa sólo toma las cargas en la dirección transversal
del puente, es decir, actúa como una losa unidireccional. Así, el efecto del Creep se presentara
sólo en la dirección transversal, donde se hace el traspaso de las cargas a las vigas metálicas y no
en la dirección longitudinal de la losa, por lo que no tendrá mayor influencia en la rotación y
consecuente movimiento en las juntas. [21]
3. Solicitación Sísmica:
Supuestos: Datos como el Modulo de Corte (G) y la amortiguación (B) del apoyo elastomérico,
se supondrán conocidos, los valores fueron obtenidos de placas de apoyo similares. [20]
Para calcular el efecto de las solicitaciones sísmicas, se debe primero calcular la rigidez total de
los 4 apoyos elastoméricos que soportan el tablero, para poder obtener el período del sistema.
Datos; (La geometría de la placa de apoyo se encuentra en el plano de detalle)
1.- G = 12 Kg/cm²,
2.- A = 1600 cm²,
3.- H r = 2.8 cm
Ahora ocupando la ecuación (A.9) obtenemos la rigidez del sistema:
k eff = 2742.9 ton/m;
Luego se calcula el período con el peso del tablero W, obtenido de la cubicación del tablero (el
detalle de la cubicación se encuentra en la sección B) y la ecuación (A.10) obtenemos:
T = 0.68 seg.
Ahora con el período calculado anteriormente, la ecuación (A.11) y los siguientes datos se puede
obtener el desplazamiento máximo:
1.- Como La Calera se ubica en la zona sísmica III, la aceleración básica del suelo, A = 0.4 g;
[13]
2.- Coeficiente de importancia, S = 1.0 [20]
3.- Amortiguamiento de la placa, B = 1.1 y [20]
4.- Factor de modificación de la respuesta R = 0.8;
Δ max = 0.077 m,
Como el desplazamiento calculado es de un solo tablero, también se tiene que sumar el
desplazamiento que tendrá el tablero contiguo, por lo que la junta debe acomodar un movimiento
total de 0.154 mm.
4. Cubicación del Tablero Puente Aconcagua:
Losa
H.A.
Pasarela
Recubrimiento
cm^2
24745
4280
4000
Vigas Terminal
2510500
Peso Esp. Ton/m3
2.5
6.19
2.5
1.07
2.4
0.96
suma = 8.22 ton/m
Total (35.5 m) = 291.68 ton
2.5
Total =
6.27625
297.95
mm3
85152000
602888000
226880000
207584000
52000000
277787.5
17927600
1192709388
9.36
m3
1.193
ton
mm3
5985.6
1559040
1354500
2919525.6
49631935.43
0.39
m3
0.050
ton
Peso específico Acero = 7.850 ton/m3
2 x Vigas Metalicas
Platabanda Superior
Alma
1ª Platabanda Inf
2ª Platabanda Inf
3ª Platabanda Inf
Atiezadores de Rigidez
Atiezadores de Carga
TOTAL =
Peso por viga =
2x Barandas Met. tipo = 2.08 m
Cañeria 2''
Barras f16
Barras f63
Total tipo
Total (35.5m)
Peso por Baranda
3 x Arriostramientos
Perfil L Diagonales
Perfil 2L Sup
Perfil 2L Inf
Planchas a
b
c
Total c/u
Peso x Arriostra
=
=
mm2
2877.7
=
=
=
mm3
9854464
15046784
15046784
211200
631040
966880
41757152
0.33
ton
m3
0.042
ton
Peso Total del Tablero
Losa
2 x Vigas Metálicas
3 x Arriostramientos
2 x Barandas Metálicas
Total
=
=
=
=
=
ton
297.95
18.73
0.98
0.78
318.44
5. Otras Variables:
Como no existe ángulo de esviaje en el tablero del puente, no tiene sentido evaluar la ecuación
(2.5), sin embargo hay que notar la simpleza de su aplicación.
Variables como efecto de las placas de apoyo y cargas vivas de tráfico mencionados en este
capítulo, tienen como objetivo dar cuenta de su dimensión e influencia en el movimiento de las
juntas. En el caso del puente Aconcagua requiere un cálculo más detallado y mediciones en
terreno, que están fuera del alcance de este trabajo de título.
6. Movimientos Totales:
Los movimientos que un sistema de junta debe acomodar son los movimientos de servicio
(Temperatura y Retracción) y movimientos sísmicos, sumados se obtiene el rango total de
movimiento:
Tabla 2: Rango de Movimiento Total (mm)
Movimientos por Temperatura
15.1
Movimiento por Retracción
0.83
Movimientos Sísmicos
154
Rango de Movimiento Total
170
ANEXO C: GLOSARIO
Juntas de Expansión: Se definen como juntas de tablero, los dispositivos que enlazan los bordes
de dos tableros contiguos, o de un tablero y un estribo de forma que permitan los movimientos
por cambios de temperatura, deformaciones reológícas en caso de hormigón y deformaciones de
la estructura, al tiempo que presentan una superficie lo más continua posible a la rodadura.
Superestructura: Es la parte superior de un puente y está compuesta por la losa que constituye el
tablero sobre el cual circula el transito y las vigas principales que se diseñan para resistir trabajo a
flexión.
Subestructura: Es la parte inferior de un puente y está compuesta por las apoyos, cepas,
columnas, estribos y fundaciones los cuales cumplen la función de transmitir las cargas de la
superestructura al suelo.
Esviaje: Cuando la forma en planta del tablero no es rectangular, por que el eje longitudinal del
puente y el eje longitudinal del río forman un ángulo diferente a 90º. (Ver punto 2.5.3)
Puentes Isostáticos: es aquel puente cuyos tableros son estáticamente independientes uno de otro
y, a su vez, independientes, desde el punto de vista de flexión, de los apoyos que lo sostienen.
Placas de Apoyo: Las funciones de los apoyos, además de transferir las fuerzas de la
superestructura a la subestructura, son las de disipar y aislar los desplazamientos de traslación y
rotación debidos a expansión térmica, contracción por flujo plástico, deflexión en miembros
estructurales, cargas dinámicas y vibraciones, entre otros. (Ver punto 2.4.2)
Cepas: Parte de la subestructura que transmite las cargas de la superestructura a través de los
apoyos hacia la fundación.
Estribo: Es parte de la subestructura del puente y se sitúan en los extremos sosteniendo los
terraplenes que conducen a él.
Curado: Proceso a temperatura ambiente de materiales termoestables que inicialmente se
encontraba en un estado liquido pero que, poco a poco, se van haciendo más viscosos hasta que
se forma un sólido elástico.
Polimérico: Los polímeros son macromoléculas (generalmente orgánicas) formadas por la unión
de moléculas más pequeñas llamadas monómeros. Se pueden clasificar según su aplicación:
Elastómeros, Plásticos, Fibras, Recubrimientos, Adhesivos y según su comportamiento a alta
temperatura: Termoplásticos y Termoestables
Termoestables: Se descomponen químicamente al calentarlos, en vez de fluir. Este
comportamiento se debe a una estructura con muchos entrecruzamientos, que impiden los
desplazamientos relativos de las moléculas.
Termoplásticos: A temperatura ambiente son materiales rígidos, pero al elevar la temperatura se
vuelven blandos y moldeables. Sus propiedades no cambian si se funden y se moldean varias
veces.
Elastómeros: Los elastómeros son aquellos polímeros que muestran un comportamiento elástico,
es decir, se deforman al someterlos a una fuerza pero recuperan su forma inicial al suprimir la
fuerza.
Vanos: Tramos entre cada cepa del puente.
Membrana: Canal utilizado en juntas abiertas para drenar el agua y desperdicios provenientes de
la superficie del tablero evitando que se derramen sobre las cepas o estribos del puente. (Figura 6)
Material de Soporte (Bond Breaker): Es un material compresible que se utiliza en la instalación
de sellos moldeados in situ evitando que el material vertido en la junta escurra a través de ella,
además dan el factor de forma (4.2.2.4) para un desempeño correcto. (Ver figura 11, punto
4.2.2.5)
Calafetear: Proceso de sellado de juntas utilizado materiales termoestables por medio de una
pistola de calafeteo.
Blockout: Bloque que es removido de los bordes de la junta para facilitar la instalación de los
sellos, luego se rellena con materiales de mejor calidad y resistencia al impacto vehicular. (Ver
7.1.2)
Plegados: Proceso por el cual laminas de acero son dobladas formando perfiles con una sección
de bordes curvos.
Espaldares: El espaldar de estribo sirve de contención del terraplén y de apoyo de la losa de
aproximación.
Puente Integral: Puente sin juntas de expansión que absorbe las tensiones generadas por los
movimientos de servicio por medio de un diseño flexible de la subestructura.
Movimiento Extremo: Máximo movimiento esperado en la junta.
Cuadro de Desbalance: Cuadro desarrollado en los planos de diseño para tomar en cuenta la
diferencia entre la temperatura de instalación y la asumida en el diseño.
Vulcanizado: El proceso de vulcanización es un proceso mediante el cual se calienta el caucho
crudo en presencia de azufre, con el fin de volverlo más duro y resistente al calor. La
vulcanización es un proceso de cura irreversible y debe ser fuertemente contrastado con los
procesos termoplásticos que caracterizan el comportamiento de la vasta mayoría de los polímeros
modernos.
Hundimiento: Al ejercer presión sobre materiales termoplásticos a temperaturas altas provoca el
hundimiento del material.
Flujo: Materiales termoplásticos que al aumentar la temperatura pierden viscosidad provocando
un flujo del material.
Elasticidad: Propiedad mecánica de ciertos materiales de sufrir deformaciones reversibles cuando
se encuentra sujetos a la acción de fuerzas exteriores y de recuperar la forma original si estas
fuerzas exteriores se eliminan.
Plasticidad: Propiedad mecánica de un material, de deformarse permanentemente e
irreversiblemente cuando se encuentra sometido a tensiones por encima de su rango elástico.
Resiliencia: Es cuando a un material se lo somete a una carga excesiva, es decir, la cantidad de
energía que puede absorber un material, antes de que comience la deformación plástica.
Cantilever: Diseño de viga anclada en un extremo que es proyectada al vacío.
MBJS: Sistemas de juntas modulares (Modular Bridge Joint Systems)
PTFE: El politetrafluoroetileno es mejor conocido por el nombre comercial Teflón.
G: Módulo de corte, se define como la relación entre la tensión de corte y la deformación.
OMV: Ensayo Opening Movement Vibration (OMV), ver punto 5.2.7.1
SPO: Ensayo Seal Push Out Test (SPO), ver punto 5.2.7.2
BIBLIOGRAFIA Y REFERENCIAS
Material Bibliográfico:
1. AMERICAN ASSOCIATION OF STATE HIGHWAY AND TRASPORTATION
OFFICIALS. 1996, “ASHTO LRFD Bridge Design Specifications” sec. 14 y sec. 5.
2. AMERICAN CONCRETE INSTITUTE. 2005, “Guide to joint sealants for concrete
structures”. A.C.I. 504R-90
3. AMERICAN CONCRETE INSTITUTE. 2005, “Joint in concrete structures”. A.C.I.224.3R-95
4. AMERICAN CONCRETE INSTITUTE. 2005, “Seismic Analysis and Design of Concrete
Bridge Systems”. A.C.I. 341.2R-97
5. AMERICAN CONCRETE INSTITUTE. 2005, “Analysis and Design of Reinforced Concrete
Bridge Structures”. A.C.I. 341.2R-97
6. DIRECCION DE VIALIDAD. 2003, “Manual de carreteras vol.5”
7. NATIONAL COOPERATIVE HIGHWAY RESEARCH PROGRAME. 2003, “NCHRP
Synthesis 319, Bridge Deck Joint Performance, A Synthesis of Highway Practice”.
8. NATIONAL COOPERATIVE HIGHWAY RESEARCH PROGRAME. 2002, “NCHRP
Synthesis 467, Performance Testing for Modular Bridge Joint Systems”
9. UTAH DEPARTMENT OF TRASFORTATION RESEARCH AND DEVELOPMENT
DIVISION. 2005, “Performance of Concrete Bridge Deck Joint”
10. TRANSPORT AND ROAD RESEARCH LABORATORY. 1984, “The performance in
service of bridge expansion joints”, TRRL 1104.
11. TRANSPORT AND ROAD RESEARCH LABORATORY. 1982, “Thermal movements of
concrete bridges”. TRRL 747.
12. INSTITUTO NACIONAL DE NORMALIZACION. 2003, “Análisis y diseño de edificios
con aislación sísmica”. NCh 2745.
13. INSTITUTO NACIONAL DE NORMALIZACION. 1996, “Diseño sísmico de edificios”.
NCh 433.
14. VALENZUELA PHILLIPS, RENE O. 1984, “Materiales de sello para juntas en pavimentos
de hormigón”. Memoria para optar al titulo de Ingeniero Civil. Universidad de Chile.
Facultad de Ciencias Físicas y Matemáticas. Chile.
15. FUENZALIDA MUÑOZ, MARIA INEZ. 1999, “Recomendaciones para el diseño de puentes
con aisladores sísmicos o disipadores de energía”. Memoria para optar al titulo de Ingeniero
Civil. Universidad de Chile. Facultad de Ciencias Físicas y Matemáticas. Chile.
16. EL MERCURIO. Domingo 2 de Julio del 2006. Sección C, pag. 8.
17. www.monografias.com/trabajos5/juntas/juntas.shtml.
18. www.nmshtd.state.nm.us/upload/images/Bridge%20Design%20Section/CHAPTER03%202005.pdf
MNDOT BRIDGE PROCEDURES
Comunicaciones Personales:
19. DELFIN FEDERICO. Académico Universidad de Chile. Comunicación Personal. 2006.
20. PEDRO ASTABURUAGA. Ingeniero Consultor. Comunicación Personal. 2006.
21. LEONARDO MASSONE. Académico Universidad de Chile. Comunicación Personal. 2006.
22. OFELIA MORONI. Académico Universidad de Chile. Comunicación Personal. 2006.
ASTM (American Society for Testing & Materials Specifications)
23. ASTM C719, “Test Method for Adhesion and Cohesion of Elastomeric Joint Sealants under
Cyclic Movement (Hockman Cycle)”
24. ASTM C 150, “Standard Specification for Portland Cement”
25. ASTM C 33, “Standard Specification for Concrete Aggregates”
26. ASTM D 1985, “Standard Practice for Preparing Concrete Blocks for Testing Sealant for
Joints and Cracks”
27. ASTM D6297-01, “Standard Specification for Asphaltic Plug Joints for Bridges”
28. ASTM D36, “Standard Test Method for Softening Point of Bitumen (Ring-and-Ball
Apparatus)”
29. ASTM D113, “Standard Test Method for Ductility of Bituminous Materials”
30. ASTM D5, “Standard Test Method for Penetration of Bituminous Materials”
31. ASTM D5329, “Standard Test Methods for Sealants and Fillers, Hot-Applied, for Joints and
Cracks in Asphaltic and Portland Cement Concrete Pavements”
32. ASTM D244, “Standard Test Methods and Practices for Emulsified Asphalts”
33. ASTM D5167, “Standard Practice for Melting of Hot-Applied Joint and Crack Sealant and
Filler”
34. ASTM E 145, “Standard Specification Gravity-Convection and Forced-Ventilation Ovens”
35. ASTM D 3381, “Standard Specification for Viscosity-Graded Asphalt Cement for use in
Pavement Construction”
36. ASTM D 3542, “Standard Specification for Preformed Polychloroprene Elastomeric Joint
Seals for Bridges”
37. ASTM D 395, “Standard Test Methods for Rubber Property - Compression Set”
38. ASTM D 573, “Standard Test Method for Rubber- Deterioration in an Air Oven”
39. ASTM D 575, “Standard Test Methods for Rubber Properties in Compression”
40. ASTM D 412, “Standard Test Methods for Vulcanized Rubber and Thermoplastic Elastomers
-Tension”
41. ASTM D 2240, “Standard Test Method for Rubber Property - Durometer Hardness”
42. ASTM D 471, “Standard Test Method for Rubber Property - Effect of Liquids”
43. ASTM D 3182, “Standard Practice for Rubber - Materials, Equipment, and Procedures for
Mixing Standard Compounds and Preparing Standard Vulcanized Sheets”
44. ASTM D 3183, “Standard Practice for Rubber - Preparation of Pieces for Test Purposes from
Products”
45. ASTM D 1149, “Standard Test Method for Rubber Deterioration - Surface Ozone Cracking
in a Chamber”
46. ASTM D 518, “Standard Test Method for Rubber Deterioration—Surface Cracking”
47. ASTM D 5973, “Standard Specification for Elastomeric Strip Seals with Steel Locking Edge
Rails Used in Expansion Joint Sealing”
48. ASTM A 36, “Standard Specification for Carbon Structural Steel”
49. ASTM A 572, “Standard Specification for High-Strength Low-Alloy Columbium-Vanadium
Structural Steel”
50. ASTM D 4070, “Standard Specification for Adhesive Lubricant for Installation of Preformed
Elastomeric Bridge Compression Seals in Concrete Structures”
51. ASTM D 1084, “Standard Test Methods for Viscosity of Adhesives”