Profundidad del nivel freático: Éste puede ser variable para cada incremento de tiempo o constante para todo el período de diseño. Las cinco (5) primeras entradas son obtenidas de las estaciones climáticas cercanas al sitio del proyecto; el software trae consigo información de 800 estaciones de los Estados Unidos, pero el diseñador puede crear su propia estación llamada estación climática actual (AWS) o usar datos de varías estaciones para crear una estación llamada estación climática virtual (VWS); esta última tiene varías ventajas ya que la interpolación de información puede compensar los datos que no posean algunas estaciones. La creación de una estación climática nueva (AWS), es un proceso que toma tiempo, pero no es muy complejo. La única dificultad es la consecución del dato de radiación solar, ya que algunas de las estaciones meteorológicas del IDEAM no cuentan con instrumentos para su medición. Esta información se puede conseguir con otras entidades privadas, como los Ingenios en el Valle del Cauca (para mayor información ver en el Capítulo 3 – Efectos Ambientales, la sección Creación de un archivo ICM). 5.3.5.2 Procesamiento de las entradas Los datos de clima son combinados con los datos de materiales, espesores y los relacionados con el drenaje, con ayuda del programa EICM. La siguiente información es utilizada en el diseño: Perfiles horarios de distribución de temperatura a través de la losa. Para esto, el programa EICM determina temperaturas en 11 sitios equidistantes, en todo el espesor de la losa. Perfiles horarios de humedad y temperatura, a través de la estructura del pavimento. Obtenidos del programa EICM. Temperatura de cero – esfuerzos de la losa. Número promedio de días húmedos. Valores mensuales de humedad relativa. 5.3.5.3 Efectos del clima en el comportamiento de pavimentos rígidos Tanto la humedad como la temperatura tienen efectos significativos en el comportamiento de pavimentos rígidos. Para más información, ver los Capítulos 2 y 3. 197 5.3.5.3.1 Diferencia de temperatura por radiación solar Gradientes de temperatura, desde la superficie hasta el fondo de la losa, tienen efectos significativos en los esfuerzos críticos de la superficie y del fondo de la losa. En días calientes, la superficie está más caliente que el fondo de la losa, lo que genera una elongación en la parte superior de la losa (curva convexa), aunque el peso propio restringe el movimiento también genera esfuerzos de tracción en el fondo de la losa, al igual que las cargas (Figura 5.6.). Figura 5.6. Deformación de la losa debido al gradiente térmico en horas del día y posición de la carga crítica que logran altos esfuerzos de tensión en el fondo de la losa Mientras que, durante la noche, el fondo de la losa está más caliente que la superficie, lo que genera una curva cóncava en la losa y que al combinarse en cargas en los extremos, aumentan los esfuerzos de tracción en la superficie (Figura 5.7.). Figura 5.7. Deformación de la losa debido al gradiente térmico en horas de la noche y posición de la carga crítica que logran altos esfuerzos de tensión en la parte superior de la losa Por lo anterior, sensibilizar los gradientes extremos de temperatura que se presentan en la losa y en la estructura de pavimento, es un factor muy importante en el análisis del comportamiento de pavimentos rígidos. Hay que tener en cuenta que todos estos perfiles de temperaturas no son lineales pero el programa EICM los convierte en lineales, para facilitar los cálculos y posteriores análisis. 198 5.3.5.3.2 Deformación por humedad El concreto se contrae por la pérdida de humedad y se expande con la ganancia de ésta. Cuando la superficie de la losa se seca durante el curado, dos (2) pulgadas por debajo, la losa todavía se encuentra húmeda (>85% de la humedad relativa), lo que genera una deformación cóncava en la losa. La cantidad de esta deformación va a depender del curado y de los componentes de la mezcla, entre otros. Parte de la retracción que sufre el concreto (PCC) es irreversible, pero existe una parte que es reversible y que varía con la humedad relativa. La parte irreversible genera la deformación por humedad, mientras que, la parte reversible genera variaciones en la deformación por humedad. 5.3.5.3.3 Deformación permanente A menudo, las losas son construidas en días soleados, lo que expone a la losa a una intensa radiación solar, junto al calor por hidratación. Las losas son planas mientras que se endurecen, pero dependiendo de las condiciones a las que se encuentran sometidas, un significativo gradiente positivo de temperatura puede generarse durante este tiempo de endurecimiento, este gradiente de temperatura ha sido llamado “gradiente de temperatura de Cero – Esfuerzos”179. Sin embargo, cuando el gradiente cae por debajo del de temperatura de Cero – Esfuerzos, se comienzan a generar esfuerzos de tensión en la parte superior que pueden generar fisuras arriba – abajo (top – down). Este tipo de deformación puede ser restringido por muchos factores como el peso propio, las dovelas y algunas bases que son adheridas a la losa. Estos factores no solo afectan la deformación permanente, sino la cantidad de creep que se pueda presentar en el futuro. Si el pavimento se construye por la noche, entonces el gradiente de temperatura de Cero – Esfuerzos será aún menor y podría llegar a ser negativo. Además, el curado con agua o productos reflectivos ayudan a que el gradiente de temperatura de Cero – Esfuerzos, sea bajo. Si se superponen las deformaciones por humedad y la permanente, no se puede hacer una diferenciación, por lo que estas dos se consideran una sola. Es importante anotar que una porción de la deformación permanente afecta la respuesta estructural del pavimento, debido a que el creep que se presenta con el tiempo, contrarresta este efecto en las losas. El concepto de gradiente de temperatura de cero esfuerzos es un concepto nuevo, introducido por la AASHTO en el diseño de pavimentos rígidos. Este parámetro se refiere a la posible deformación con la que va a quedar la losa después de construida y fraguada, la cual va a ser tenida en cuenta en el modelo de fisuras. Su fórmula se encuentra en la sección 5.3.7.1.2. BHATTI, M. A. “Nonlinear Analysis of Jointed Concrete Pavements”, en Transportation Research Record No. 1629. 1998. 179 199 5.3.5.3.4 Consideración de los efectos climáticos en el diseño de pavimentos rígidos Los efectos producidos por la temperatura y la humedad, son considerados directamente, de la siguiente manera: La deformación permanente que ocurre durante la construcción (gradiente de temperatura de cero esfuerzos), es combinada con la deformación permanente debida a la contracción, y es expresada en términos de la diferencia efectiva de temperatura entre la superficie y el fondo de la losa (alabeo). Diferencia no lineal o transitoria, entre la temperatura negativa y positiva causada por la radiación solar (alabeo). La contracción negativa en la superficie debida a cambios en la humedad relativa de cada mes, es convertida en una equivalente para todos los meses. Las diferencias de temperatura y humedad son combinadas con las cargas, para calcular esfuerzos críticos mensuales. Además, son utilizadas para la apertura y sellamiento de juntas. 5.3.6 DRENAJE Y PROPIEDADES DE LA SUPERFICIE La información requerida es: Absorción de onda corta. Potencial de infiltración. Longitud de drenaje. Pendiente transversal. El primer parámetro es esencialmente una propiedad del concreto (PCC), las otras tres son relacionadas con la infiltración y el drenaje. 5.3.6.1 Absorción de onda corta180 Este parámetro depende de la composición superficial del pavimento, del color y de la textura. Es la relación entre la energía absorbida y la energía total que se encuentra expuesta en la parte superior del pavimento. Esta propiedad afecta el comportamiento de 180 AMERICAN ASSOCIATION OF STATE HIGHWAY AND TRANSPORTATION OFFICIAL (AASHTO) – NATIONAL COOPERATIVE HIGHWAY RESEARCH PROGRAM (NCHRP). Mechanistic – Empirical Pavement Guide Design 2002 – Project 1 – 37 A, Part 3 – Design Analysis, Chapter 4 – Design of New and Reconstructed Rigid Pavements. Estados Unidos. 2002. pag 28 200
