¿Qué son los pasadores en juntas de pavimentos de hormigón?

Definición

Un pasador es una barra de acero lisa que atraviesa una junta de un pavimento de hormigón y transmite la carga de una losa a la siguiente. La FAA usa la palabra panel para referirse a una losa. La AC 150/5320-6G indica que los pasadores proporcionan transferencia de carga a través de la junta y evitan el desplazamiento vertical relativo de los extremos de losas adyacentes (3.16.10.2).

El pasador es liso, no corrugado. Un pasador liso puede deslizarse dentro del hormigón, por lo que la junta puede abrirse y cerrarse. El ítem P-501 exige pasadores de acero liso según ASTM A615, libres de rebabas que restrinjan el deslizamiento. Cada pasador lleva un recubrimiento epóxico según ASTM A1078 Tipo 1, de más de 10 mils, y un agente separador de la adherencia del fabricante. No se permiten manguitos ni insertos para pasadores (501-2.7). El ingeniero puede pedir pasadores de cromo (ASTM A1035) o de acero inoxidable (ASTM A955), previa coordinación con la FAA.

Cómo funciona un pasador

Cuando una rueda carga un panel, el pasador transmite parte de la carga al panel siguiente. La FHWA indica que los pasadores dan una transferencia de carga positiva a través de la junta. Eso reduce mucho las deflexiones y los esfuerzos en la junta, y con ello la probabilidad de bombeo, escalonamiento y agrietamiento de losas (FHWA-HIF-07-021, p. 1).

La investigación muestra que el mecanismo principal de transferencia de carga de un pasador es el cortante. La flexión de la barra importa poco, sobre todo donde la junta se abre menos de 1/4 in (Snyder, p. 2). Snyder indica que el pasador crítico de una junta de carretera soporta, por lo general, menos de 3 000 lb. Por eso, el cortante y la flexión no determinan el diámetro de la barra de acero. El diámetro importa por otra razón. Un pasador más rígido reduce el esfuerzo de apoyo entre la barra y el hormigón, y eso frena el crecimiento del escalonamiento (Snyder, p. 2 a 3).

La barra también debe permitir el movimiento de la junta. La temperatura y la retracción por secado abren y cierran las juntas. Para paneles de 15 ft (4,6 m), la FHWA da un movimiento típico de junta de 2 a 3 mm (0,08 a 0,12 in). Esto se cumple incluso en zonas más frías (FHWA-HIF-07-021, p. 3). El agente separador de la barra le permite deslizarse en el hormigón durante ese movimiento. Snyder aconseja un agente separador en al menos la mitad de la longitud de cada barra. Un recubrimiento semisólido debe ser delgado, porque una capa gruesa puede parecer una pérdida de transferencia de carga (Snyder, p. 11).

Los pasadores de acero son una tecnología antigua. La primera instalación registrada en Estados Unidos fue en el invierno de 1917 a 1918, y en 1930 casi la mitad de los estados los exigían (Snyder, p. 1).

Pasadores y barras de unión

Una barra de unión es una pieza distinta. Es una barra corrugada que mantiene cerrada una junta longitudinal. La AC 150/5320-6G indica que las barras de unión no actúan como dispositivos de transferencia de carga. Mantienen las caras del panel en contacto estrecho, de modo que la trabazón de áridos puede transferir la carga (3.16.10.1). Las dos piezas se diferencian así:

• Un pasador es acero liso, recubierto con epoxi y con un agente separador. Una barra de unión es acero corrugado según ASTM A615 (501-2.7).
• Un pasador va paralelo a la superficie del pavimento y desliza en el hormigón (FHWA-HIF-07-021, p. 2). Una barra de unión nunca se pinta, se engrasa ni se coloca en un manguito, y se sujeta a mitad de la profundidad de la losa (501-4.10).
• Un pasador transmite la carga a través de una junta de contracción o de construcción. Una barra de unión mantiene cerrada una junta longitudinal. La AC 150/5320-6G prevé barras de unión en las juntas longitudinales de contracción a 20 ft (6 m) o menos de un borde libre cuando el panel tiene 9 in (225 mm) o menos de espesor. Un panel de 6 in (150 mm) o menos lleva barras n.º 4, de 20 in (510 mm) de largo, a centros de 36 in (900 mm). Un panel más grueso lleva barras n.º 5, de 30 in (762 mm) de largo, a centros de 30 in (3.16.10.1).

Dónde usan pasadores los aeropuertos

• Las últimas tres juntas transversales de contracción desde un borde libre (3.16.10.2.1). La AC indica que una base estabilizada da soporte a los paneles, así que más pasadores aportan poco beneficio.
• Todas las juntas de construcción, longitudinales o transversales. Un borde engrosado o reforzado puede reemplazar a los pasadores (3.16.10.2.2). Para aeronaves de 30 000 lb (13 610 kg) o más, la AC usa una junta tipo E con pasadores. Una junta a tope (tipo F) no lleva pasadores. Puede servir a pavimentos para aeronaves de menos de 30 000 lb que se apoyen en una base estabilizada o que sean una sobrecapa de hormigón sobre un pavimento flexible (3.16.9.5).
• Juntas longitudinales de contracción a 20 ft (6 m) o menos de un borde libre, en paneles de más de 9 in de espesor (Tabla 3-5, tipo de junta C).

Donde se encuentran una junta longitudinal y una transversal, la AC quita, si es necesario, un pasador o una barra de unión de la junta longitudinal. La barra que queda se mantiene a 12 in (300 mm) del extremo de los pasadores transversales (Figura 3-5, nota 1).

Pasadores en juntas de aislamiento y de dilatación

Las juntas de aislamiento no llevan pasadores. La P-501 indica que una junta de aislamiento se usa sobre todo para separar estructuras con cimentaciones distintas y pavimentos con patrones de juntas distintos. No prevé la expansión por compresión del material. Deja que la junta deslice, así que casi nunca hay ocasión de ponerle pasadores. Un borde engrosado es el método preferido de transferencia de carga en esos casos (501-4.10).

La práctica en carreteras es distinta. Una guía de Iowa State aconseja capuchones de expansión en los extremos de los pasadores de obra nueva solo en las juntas de dilatación. El capuchón va en el extremo no soldado de cada pasador de la canasta. La guía indica que los capuchones no son necesarios en las juntas de contracción ni de construcción (Snyder, p. 11). La lista de verificación de retroajuste de la FHWA también pide capuchones de plástico en cada extremo de un pasador de retroajuste, para tener en cuenta la expansión del pavimento.

Tamaño y espaciamiento

La Tabla 3-6 de la AC 150/5320-6G da el tamaño, la longitud y el espaciamiento de los pasadores de acero según el espesor del panel.

La AC indica que los pasadores se dimensionen para los esfuerzos de cortante y flexión que produce la carga. También indica usar una longitud y un espaciamiento que eviten la falla del hormigón por el esfuerzo de apoyo (3.16.10.2.3). Una nota de redacción de la P-501 añade un límite cerca de la línea de junta. Un pasador o una barra de unión no se coloca a menos de 0,6 veces su longitud de la línea de junta prevista. Si la última barra regular está más cerca, se aleja hasta esa distancia, pero no a menos de 6 in (150 mm) de su vecina (501-4.10).

La práctica en carreteras es parecida pero no igual. La regla práctica desde la década de 1960 fija el diámetro del pasador, en octavos de pulgada, igual al espesor de la losa en pulgadas. Las barras miden 18 in de largo a centros de 12 in. El Comité 325 del ACI recomendó en 1956 la longitud de 18 in y el espaciamiento de 12 in. Hoy las agencias difieren. En la encuesta de Snyder de 2009, los diámetros que usan los estados para una losa de 10 in están entre 1 1/4 in y 1 1/2 in (Snyder, p. 1 a 3).

Colocación

La alineación y la elevación determinan el comportamiento de una junta con pasadores (3.16.10.2.4). La AC sujeta los pasadores en una canasta de alambre firmemente anclada a la base. También admite una pavimentadora con insertor automático de pasadores.

La P-501 fija estos límites (501-4.10):

• Espaciamiento horizontal dentro de 3/4 in (19 mm).
• Posición vertical dentro de 1/2 in (12 mm).
• Alineación horizontal y vertical no mayor que 1/4 in por pie (6 mm por 0,3 m).

La parte móvil de cada pasador recibe una película delgada de aceite lubricante o grasa ligera antes de que la pavimentadora coloque el hormigón. El contratista puede insertar los pasadores en el hormigón fresco. El RPR aprueba ese método a partir de una franja de control, donde los núcleos o los dispositivos no destructivos de localización de barras muestran que los pasadores están dentro de tolerancia. La P-501 cita como ejemplos el escáner MIT, el pachómetro y el medidor R. En hormigón endurecido, los pasadores van en perforaciones y la resina epóxica los fija. Las perforaciones son 1/8 in (3 mm) más grandes que el pasador. El hormigón debe tener 7 días o alcanzar la resistencia de la especificación antes de empezar a perforar.

Desalineación

La FHWA nombra cuatro tipos de desalineación (FHWA-HIF-07-021, p. 2):

• Sesgo horizontal: la barra gira en el plano horizontal, así que no es paralela a la junta longitudinal.
• Inclinación vertical: la barra se inclina en el plano vertical, así que no es paralela a la superficie del pavimento.
• Desplazamiento longitudinal: la barra queda descentrada, así que un lado tiene menos empotramiento.
• Desplazamiento vertical: la barra queda por encima o por debajo de la mitad de la profundidad, así que hay menos recubrimiento en una cara.

En general, el sesgo y la inclinación afectan al libre movimiento de la junta. El desplazamiento afecta a qué tan bien transfiere carga cada barra. El nivel crítico de sesgo o inclinación es aquel en el que la junta puede trabarse o en el que puede producirse descascaramiento del hormigón alrededor de la barra. El límite habitual en Estados Unidos para el sesgo o la inclinación es de 6 a 10 mm (0,25 a 0,375 in) en una barra de 18 in. El límite habitual para el desplazamiento es de 25 mm (1 in), porque el margen para el desplazamiento es mucho mayor (FHWA-HIF-07-021, p. 2). La P-501 limita la alineación a 1/4 in por pie, lo que equivale a 3/8 in en una barra de 18 in, y por eso cae dentro de este rango.

El efecto de la desalineación es real, pero menor de lo que muchas especificaciones sugieren. La FHWA indica que muchos pavimentos en servicio tienen algunas barras muy desalineadas y ningún deterioro visible. En laboratorio, el descascaramiento y el agrietamiento aparecieron solo con desplazamientos varias veces mayores que el movimiento de junta en campo. Una junta trabada no daña un pavimento, pero no son deseables muchas juntas trabadas seguidas, porque se acumula tensión de restricción (FHWA-HIF-07-021, p. 3). Una desalineación severa puede concentrar esfuerzos, lo que lleva al encajonamiento (en forma de embudo) alrededor de la barra y a la pérdida de transferencia de carga.

Un estudio de la FHWA de 2020 usó escaneo MIT en secciones de prueba del programa Desempeño de Pavimentos a Largo Plazo (LTPP). Encontró que la mayoría de los pasadores estaban bien alineados. Halló que la desalineación tenía su mayor efecto en la transferencia de carga de las juntas transversales, y que el efecto sobre el escalonamiento depende de otros factores. No encontró una relación definitiva entre la desalineación y el agrietamiento o el descascaramiento, salvo cierto efecto en tres estados. La FHWA añade que esto no significa que los pasadores muy desalineados no tengan efecto, sobre todo en los deterioros localizados (FHWA-HRT-20-070). Estos son hallazgos de carreteras. Los documentos de la FAA fijan sus propias tolerancias para aeródromos.

Corrosión y holgura

Los pasadores de acero al carbono se corroen con facilidad, sobre todo donde los productos químicos para deshielo llegan a la junta. Snyder describe dos daños. Cuando la corrosión empieza en la junta y avanza hacia las losas, crece el hueco entre el pasador y el hormigón. Aumentan las deflexiones y los esfuerzos, baja la transferencia de carga, y después aparecen el bombeo y el escalonamiento. Los productos de la corrosión también se expanden alrededor de la barra, lo que puede causar un descascaramiento severo de la junta o grietas en el centro del panel (Snyder, p. 6).

El recubrimiento epóxico es la protección más usada. Actúa como barrera. Su desempeño a largo plazo ha variado. Donde se usan sales para deshielo, un pequeño defecto de fabricación, transporte o manipulación puede iniciar la corrosión (Snyder, p. 6 a 7). Los pasadores de acero inoxidable son una alternativa. La P-501 permite que el ingeniero pida barras de cromo o de acero inoxidable, previa coordinación con la FAA (501-2.7).

Eficiencia de transferencia de carga

La eficiencia de transferencia de carga (LTE) indica qué parte de la carga pasa por la junta a la siguiente losa. La AC define la LTE por deflexión como la deflexión de la losa no cargada dividida entre la deflexión de la losa cargada, multiplicada por 100 % (ecuación C-3). Las pruebas FWD y HWD en las juntas la miden (C.8.3). La cantidad de transferencia de carga depende de la configuración del tren de aterrizaje, el área de contacto del neumático, la temperatura del pavimento, los pasadores y una base estabilizada (C.15.3).

El diseño de la FAA supone que la transferencia de carga reduce en 25 % el esfuerzo en el borde libre de una losa. La relación entre la LTE por deflexión y la LTE por esfuerzo no es lineal, por lo que la AC pide un análisis adicional (C.15.5). La AC indica además que el deterioro de la junta y la caída de la LTE aumentan las deflexiones en las esquinas del panel, lo que puede crear vacíos bajo el panel (C.5.3).

Las agencias de carreteras suelen actuar con un límite. Snyder indica umbrales de actuación típicos de 50 a 70 % de LTE para restaurar la transferencia de carga, hacer una inyección bajo losa o reemplazar la junta. También advierte que la LTE por sí sola no cuenta toda la historia. Un pavimento bien soportado puede mostrar 40 % de LTE con deflexiones muy pequeñas. Uno débil puede mostrar 70 % con deflexiones grandes y una gran diferencia a través de la junta. Realice la prueba de LTE cuando la losa esté a 70 °F (21 °C) o menos. Una losa caliente cierra la junta y da valores altos de LTE (Snyder, p. 20).

Pasadores en una inspección

Los pasadores están dentro de la losa, así que el inspector ve síntomas. La AC 150/5380-6C los enumera (3.2.2):

• Descascaramiento de juntas, que también se produce cuando los pasadores quedan desalineados.
• Roturas de esquina, cuando la pérdida de soporte puede deberse al bombeo o a la pérdida de transferencia de carga en la junta.
• Asentamiento o escalonamiento, una diferencia de elevación en una junta o grieta.
• Bombeo, la expulsión de agua y material subyacente a través de juntas o grietas. El bombeo cerca de las juntas indica una mala transferencia de carga, un mal sellado de la junta o agua subterránea.

El manual PAVER califica el escalonamiento por la diferencia de elevación a través de la junta. En pistas y calles de rodaje, una diferencia menor de 6 mm (1/4 in) es de severidad baja. Una diferencia de 6 a 13 mm (1/4 a 1/2 in) es media, y más de 13 mm (1/2 in) es alta. En plataformas, la severidad baja es de 3 a 13 mm (1/8 a 1/2 in) y la media de 13 a 25 mm (1/2 a 1 in). Más de 25 mm (1 in) es alta. Una regla recta o un nivel mide la diferencia.

Para ver los pasadores en sí, el inspector necesita una herramienta que mire dentro de la losa:

• Núcleos muestran la barra, su recubrimiento y el hueco alrededor, pero dañan la losa.
• Localizadores de barras no destructivos, como el escáner MIT, el pachómetro y el medidor R. La P-501 los usa para verificar la instalación (501-4.10). La FHWA indica que el escaneo MIT mide la alineación de los pasadores sin dañarlos. En 2007 informó que una cuadrilla de dos personas podía ensayar 400 o más juntas en una jornada de 8 horas con el MIT Scan-2 (FHWA-HIF-07-021, p. 1).
• Radar de penetración terrestre (GPR) puede localizar el acero de refuerzo en el hormigón, y las frecuencias altas dan la mejor resolución a poca profundidad (AC 150/5320-6G, E.1).

Retroajuste de pasadores

La AC 150/5320-6G indica que puede requerirse un retroajuste de pasadores o una reconstrucción si áreas extensas presentan bombeo o losas que basculan bajo carga (4.10.2). En un retroajuste, las cuadrillas cortan ranuras paralelas a través de la junta y colocan pasadores recubiertos en esas ranuras. Después rellenan las ranuras con material de reparación y vuelven a formar la junta. La lista de verificación de la FHWA da estos puntos para la inspección:

• Las ranuras son paralelas entre sí y al eje, normalmente dentro de 1/4 in por cada 12 in de longitud de barra.
• Normalmente hay de tres a cuatro ranuras por huella de rueda.
• Cada extremo del pasador lleva un capuchón de plástico, y un compuesto desmoldante de adherencia evita que el parche se adhiera a la barra.
• Unos soportes sujetan el pasador en la ranura, normalmente con 1/2 in de holgura debajo, para que el material de parcheo rodee la barra.

La reparación de espesor completo de una rotura de esquina es un trabajo distinto. La AC 150/5380-6C da dos opciones (Apéndice A). Las cuadrillas pueden conservar los pasadores expuestos aserrando justo más allá de sus extremos. También pueden cortar la junta e instalar pasadores nuevos del mismo tipo y tamaño en perforaciones con epoxi.