La construcción sobre nuestro planeta debe de plantar cara al cambio climático y al impacto en el medio ambiente, por ello la reducción de emisiones y construcciones con materiales sustentables y duraderos es indispensable para un futuro más estable para nuestro planeta.
con un enfoque integral que considera el medio ambiente y la optimización de los recursos en sus operaciones han llevado a la mejora y eficiencia en sus programas de uso de energía, reducción de emisiones y ahorro de agua, tal es el caso de de la construcción de pavimentos de concreto (PCERC).
PCERC es un sistema constructivo que consiste en una losa de concreto reforzada con acero con el propósito de trabajar estructuralmente en conjunto con el concreto evitando el uso de las juntas de construcción y reduciendo el espesor de concreto.
La diferencia en la construcción con Pavimento Sustentable
En el proceso de producción del concreto, el consumo de recursos naturales como calizas y arcillas es del orden de 2,350 kg por metro cúbico de concreto, esto significa que con el uso de los pavimentos de concreto reforzado continuo, por ser más delgados, exista un ahorro en el consumo de estos recursos de un 38% contra los pavimentos de concreto siempre con juntas.
Un pavimento de 29 cm de espesor de concreto simple equivale a un pavimento de 19 cm de espesor con el sistema PCERC.
En el proceso de elaboración del concreto, incluyendo la producción del cemento y de los agregados, la emisión de CO2 a la atmósfera es de alrededor de 0.316 ton de CO2 por tonelada de concreto. En la producción del acero por el método de horno de arco eléctrico la emisión es de 0.430 ton de CO2 por ton de acero producido. Los pavimentos de concreto reforzado continuos, por ser más delgados emiten menores cantidades de CO2 que los de concreto simple con juntas aún y cuando están reforzados con acero, en promedio, el ahorro en emisiones de CO2 puede llegar hasta un 35.9%.
¿Cómo diseñar con PCERC?
El procedimiento de diseño del Pavimento con Concreto Estructuralmente Reforzado Continuo (PCERC) se basa en fundamentos de análisis estructural (Método Analítico) que son universalmente aceptados y aplicados por la comunidad de Ingenieros Estructurales que consideran que los esfuerzos de tensión son absorbidos por el acero de refuerzo y los esfuerzos de comprensión por el concreto.
No se toma en cuenta para el diseño el MR, por lo que el análisis y diseño se realiza como el de una losa convencional de concreto reforzado, para lo cual se consideran los valores de resistencia a la compresión del concreto (f´c) y el valor de la resistencia a la fluencia del acero (fy).
Los cambios volumétricos causados por la temperatura (alabeos), la fricción con la base, etc. causan esfuerzos en la losa, dichos esfuerzos son desarrollados a mayor rapidez comparado con lo que el concreto es capaz de soportar en edades tempranas, por lo que en un punto determinado se llegan a formar grietas de anchos menores a 1 mm, en toda la sección de la losa.
De acuerdo con esto, el método de diseño también tiene como tarea revisar que el porcentaje de acero longitudinal total suministrado cumpla con el mínimo necesario para pavimentos de concreto reforzados continuos con base en el Comité ACI 325.4r-72, cumpliendo este requerimiento ya no son necesarias las típicas juntas transversales de contracción.
A diferencia de los pavimentos de concreto con junta en donde el número y ubicación de las grietas transversales están controladas por las juntas de contracción, en los pavimentos de refuerzo continuo, el refuerzo permite que las grietas transversales ocurran a una separación menor y las mantiene cerradas para obtener una máxima trabazón del agregado.
Como resultado, la transferencia de carga entre las losas de pavimento es maximizada, y los esfuerzos de flexión debidos a las cargas de tráfico y alabeo son minimizadas.
Procedimiento para diseñar con PCERC
El análisis y diseño de la losa comienza como se haría el cálculo de un elemento de concreto reforzado convencional, teniendo las características de los materiales, composición del tránsito, condiciones de soporte de la subrasante, etc.
Se propone un espesor inicial de losa y con diversas herramientas universalmente aceptadas y aplicadas se calculan las diferentes situaciones a las que va a estar sometido; por ejemplo, para el cálculo de los momentos de cargas de vehículos se utilizan la teoría de diseño de pavimentos de concreto de H. M. Westergaard y las cartas de influencia desarrolladas por Pickett y Ray.
Para evitar el alabeo en el borde e interior de la losa, ocasionados por cambios de temperatura y/o fricción de la losa sobre la base por contracción, secado y temperatura, se deben realizar cálculos específicos. Para los momentos y esfuerzos actuantes en el borde y en el interior de la losa se aplica la Ley de Hooke generalizada y para el cálculo de los esfuerzos de fricción entre la losa y la base de apoyo se utiliza la fórmula “Subgrade drag equation” que se establece en función de la masa de la losa y del coeficiente de fricción losa-base.
Con estos resultados y utilizando un método de diseño por última resistencia como el especificado en el Reglamento ACI-318, se calcula el acero de refuerzo necesario para definir las tensiones tanto en el lecho inferior como en el lecho superior de la losa.
También se debe controlar los niveles de esfuerzos para alcanzar la máxima vida útil por fatiga de los materiales para ello se toma como referencia el estudio de las características de fatiga de Tsutomu Sato, desarrollado en el Railway Technical Research Institute de Tokio, Japón.
Por último, al cumplir con todas las consideraciones de diseño, se revisa que el espesor de la losa propuesto inicialmente sea el correcto.