El documento describe los principios del diseño y rehabilitación de pavimentos rígidos de concreto desde un enfoque integral. Explica que los métodos convencionales como PCA y AASHTO consideran aspectos estructurales y funcionales de manera diferente, mientras que el método AASHTO 2008 considera ambos aspectos. También señala que los pavimentos rígidos son una opción viable para zonas con alto tráfico y que requieren menor mantenimiento que otros tipos de pavimento.

1. PRÓLOGO
El presente artículo está basado en reflexiones obtenidas como resultado del curso taller internacional
“Técnicas Modernas de Diseño y Rehabilitación de Pavimentos Flexibles y Rígidos para Obras Viales”
ofrecido por el Instituto de la Construcción y Gerencia (ICG) en las ciudades de Cuzco, Lima, Huaraz, y
Trujillo durante el mes de Marzo del 2013. El curso taller internacional estuvo a cargo del Dr. Carlos
Chang Albitres y se recopilan en este artículo los aspectos más relevantes referidos a los pavimentos
rígidos.
Reflexiones para el Diseño y rehabilitacion de pavimentos rigidos en obras viales
Dr. Carlos M. Chang-Albitres, Ph.D., P.E.
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INTRODUCCIÓN
Los nuevos métodos de diseño y rehabilitación de pavimentos hacen énfasis en un enfoque integral que
tiene como objetivo asegurar un buen desempeño funcional y estructural del pavimento durante toda
su vida útil. Los criterios de desempeño son definidos estableciendo niveles de tolerancias estructurales
y funcionales. Aplicando una filosofía de diseño integral, el diseñador tiene la responsabilidad de
anticipar el desempeño del pavimento durante su vida en servicio, debiendo plantear estrategias de
mantenimiento y rehabilitación costo-efectivas para mantener los niveles de servicio deseados. Este
proceso exige al diseñador aplicar su buen criterio, conocimiento de los materiales y técnicas de
construcción existentes, y experiencia.
Entre las características deseadas para un buen desempeño del pavimento se encuentran: resistencia y
durabilidad de los materiales ante las cargas de tráfico y cambios de las condiciones medio-
ambientales, serviciabilidad, buen drenaje, economía en costos de construcción y mantenimiento,
amistoso al medio ambiente, y seguridad. En el caso de los pavimentos rígidos, un buen diseño implica
formular un diseño de mezcla de concreto durable y resistente, proveer un soporte uniforme al
pavimento de concreto, brindar una adecuada transferencia de carga entre losas, y seleccionar el
espesor de losa adecuado para que los esfuerzos actuantes dentro de la estructura no superen los
límites permisibles.
Mėtodos convencionales de diseño de pavimentos rígidos como el Portland Cement Association (PCA) y
el AASHTO 1993 consideran en forma distinta estos principios fundamentales. En el caso del método
del PCA, se plantea un pre-diseño indicando la resistencia del concreto, espesor de la losa, y las
condiciones de transferencia de carga y de borde. El mėtodo de PCA verifica que el pre-diseño de
pavimento de concreto no falle por el fenómeno de erosión o bombeo de finos, ni por efecto de fatiga
como se observa en la Figura 1; para lo cual se comparan las cargas máximas
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permisibles con las cargas actuantes para los
dos tipos de falla antes mencionadas. Sin
embargo, el diseño de PCA no considera el
concepto de serviciabilidad en su análisis.
Figura 1.a Posible falla por erosión
Figura 1.b. Posible falla por fatiga
En cambio, el método de la AASHTO se centra en
el aspecto funcional del pavimento siendo un
método empírico basado en la serviciabilidad en
términos del Indice de Serviciabilidad Presente
(Present Serviciability Index – PSI). AASHTO 93
establece un PSI inicial al inicio de la puesta en
servicio y un PSI final al tėrmino del período de
diseño. AASHTO 93 calcula el espesor de losa
para una determinada confiabilidad global del
diseño, con el objeto de cumplir con los valores
de PSI establecidos, de acuerdo a las
propiedades de los materiales que componen la
estructura, la capacidad de soporte de la
subrasante, y el nivel de tráfico total
proyectado. En el método AASHTO 93, no se
realiza una verificación de los posibles
mecanismos de falla. Sin embargo, el nuevo
método AASHTO 2008 si considera el
desempeño funcional y estructural del
pavimento verificando que el pavimento
responda adecuadamente ante las solicitaciones
de tráfico y cambios medio-ambientales a los
que estará sometido durante su vida en servicio.
Guía de Diseño Mecanístico-Empírico de
Pavimentos AASHTO 2008
En la Guía de Diseño Mecanístico-Empírico de
Pavimentos AASHTO 2008 (MEPDG 2008) la
respuesta estructural del pavimento – expresada
en términos de esfuerzos, deformaciones, y
deflexiones - se relaciona con la evolución del
deterioro del pavimento a lo largo de su vida útil.
Los efectos de las variaciones climáticas en las
propiedades de los materiales y las cargas de
tráfico proyectadas son considerados en el
análisis de desempeño para evaluar si la
estructura de pavimento propuesta tiene la
capacidad de cumplir con los niveles de servicio
exigidos. Mecanismos de deterioro o falla del
pavimento, como desnivel y fisuramiento de la
losa, son simulados utilizando modelos
mecanístico-empíricos. El Indice Internacional de
Rugosidad (International Roughness Index, IRI)
se utiliza para verificar el desempeño funcional.
El daño producido por acción de las
solicitaciones de cargas en la estructura de
pavimento a través de su vida en servicio es
predicho con modelos mecanístico-empíricos de
desempeño. Si el daño no supera los límites
máximos tolerables establecidos por el
diseñador, entonces se considera que el diseño
propuesto es una alternativa técnicamente
viable. Es posible que varios diseños de
pavimento sean técnicamente viables, y en ese
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caso se elige la alternativa más económica considerando los costos y beneficios esperados durante
toda su vida en servicio. La Figura 2 muestra un diagrama con los modelos utilizados en el
procedimiento de diseño mecanístico-empírico de pavimentos. Estos modelos son calibrados para las
condiciones locales en donde se estará ubicado el pavimento.
zonas de tráfico pesado, rotondas,
intersecciones, paradas de autobús, corredores
viales, peajes, los pavimentos rígidos
representan una opción técnicamente superior
para resistir los efectos de frenado de los
vehículos (ver Figura 3).
Figura 3. Pavimento rígido en sectores críticos: Rotondas, Intersecciones
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Figura 2. Modelos Mecanístico-Empíricos de Predicción del Desempeño de Pavimentos
Enfoque Integral de Diseño de Pavimentos
El enfoque integral de diseño de pavimentos
comprende tres fases:
Fase 1: Evaluación del Problema
En esta fase se evalúan las características del
proyecto y las condiciones que influyen en el
desempeño futuro del pavimento. Entre estas
características están: la importancia de la vía,
composición del tráfico, capacidad de soporte
de la subrasante, disponibilidad de los materiales
en la zona, cambios climáticos entre otros.
En algunas circunstancias, por razones técnicas,
un determinado tipo de pavimento es idóneo
para las condiciones en servicio a las que estará
sometido el pavimento. Así por ejemplo, en

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Otro factor importante, es el aspecto medio
ambiental, en donde los pavimentos rígidos
causan menos impacto durante la etapa de
construcción, y puestos en servicio mitigan el
efecto “isla calor” en las zonas urbanas
contribuyendo al ahorro de energía y a una
mejor calidad de vida.
Fase 2: Análisis Estructural
Esta fase se inicia con la presentación de pre-
diseños que son analizados técnicamente para
verificar si satisfacen los niveles de servicio
exigidos durante su vida útil. Los pre-diseños
deben incluir información de los espesores de
las capas que componen el pavimento,
propiedades de los materiales que las
conforman, y estrategias de mantenimiento y
rehabilitación. En esta fase, el grado de
incertidumbre en la predicción el desempeño
del pavimento concreto es menor comparado
con otros tipos de pavimentos, debido a que las
propiedades del concreto son menos sensibles a
los cambios medio-ambientales.
Fase 3: Viabilidad Técnico-Económica
Esta fase incluye un análisis de costo-beneficio
durante todo la vida útil del pavimento
propuesto. Es importante considerar además de
los costos iniciales de construcción, los costos
futuros de mantenimiento. En el caso de los
pavimentos rígidos los costos de mantenimiento
son mínimos. Es por ello, que la tendencia
moderna es incluir diseños equivalentes de
pavimentos en los expedientes de licitación,
sobre todo cuando la diferencia en costos
totales durante toda la vida útil no es
significativa, y la variación depende mucho de
los procedimientos constructivos y rendimientos
propios de cada contratista.
Técnicas de Mantenimiento y Rehabilitación
Un pavimento rígido bien diseñado y construido
correctamente requiere de mantenimiento
mínimo. El mantenimiento básico comprende el
sellado de las juntas de espaciamiento de las
losas para evitar el ingreso de agua u otros
agentes intrusivos, y el tratamiento de fisuras en
los casos que fuese necesario. Si las losas están
muy deterioradas, se realiza parchado superficial
o profundo, o en último caso el reemplazo
completo de la losa de concreto dañada.
Cuando los pavimentos rígidos alcanzan el límite
máximo de su capacidad estructural, puede
colocarse una recapa de concreto que puede ser
ligada o no ligada al pavimento existente,
dependiendo si se desea que la recapa actúe en
forma conjunta o independiente con respecto al
pavimento existente. Tambiėn pueden colocarse
recapas por razones de carácter funcional con el
objeto de mejorar la serviciabilidad, o por
seguridad para recuperar la resistencia a la
fricción. En situaciones en que el pavimento
rígido ha alcanzado el término de su vida útil,
puede contemplarse la opción del reciclado
dependiendo de la extensión y severidad del
sector a rehabilitar.
El cuadro 1 resume las alternativas de reparación
y mantenimiento preventivo recomendadas por
el AASHTO 2008 para pavimentos rígidos.
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5. Cuadro 1. Alternativas de Reparación y Mantenimiento Preventivo para Pavimentos Rígidos
Falla Tratamientos Preventivos Alternativas de Reparación
Bombeo en JPCP (Jointed Plain
Concrete Pavement - Pavimento de
Concreto con Juntas Simples)
Resellar las juntas Subsellar o gatear losas PCC (la efectividad
depende de los materiales y
procedimientos)Restaurar la transferencia de carga de la
junta
Drenes subterráneos
Soporte en el borde (PCC monolitico de
borde )
Escalonamiento de la Junta en JPCP Subsellar juntas Triturar la superficie; Recapado
estructural
Resellar las juntas
Restaurar la transferencia de carga
Drenaes terráneos
Soporte en el borde (PCC monolítico en el
borde)
Descamado de la Losa en JPCP Subsello (pérdida de soporte) Reparación en profundidad total
Restaurar la transferencia de carga Reparación en profundidad parcial
Recapado estructural
Descamado de la Fisura o Junta de
JPCP
Resellar las juntas Reparación en profundidad total
Reparación en profundidad parcial
Punzonamientos en CRCP
(Continuos Reinforced Concrete
Pavement, Pavimento de Concreto
Continuamente Reforzado
Llenar con polímero o epóxico Reparación en profundidad total
Subsello (pérdida de soporte)
Desintegración PCC (Pavimento de
Concreto de Cemento Portland)
Ninguna Reparación en profundidad total
Recapado de mayor espesor
Nota: Basada en la Guía de Diseño Mecanístico-Empírico de Pavimentos AASHTO 2008
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6. REFLEXIONES FINALES
1. El diseño y rehabilitación de pavimentos requiere un enfoque integral en el que se tome en
cuenta el desempeño futuro del pavimento y los costos incurridos durante toda su vida en
servicio. Es por ello que el diseño integral de pavimentos debe incluir una estrategia de
mantenimiento para mantener los niveles de servicio exigidos durante toda su vida útil.
2. El grado de incertidumbre en la predicción el desempeño de un pavimento de concreto es
menor comparado con otros tipos de pavimentos puesto que se conoce mejor el
comportamiento de los materiales que lo componen, en particular el concreto, y por ser menos
sensibles a los cambios medio ambientales a los que está sometido la estructura durante su
vida en servicio.
3. Los pavimentos rígidos de concreto son una alternativa técnicamente viable en obras viales, y
en ciertas circunstanciases la más adecuada para resistir los efectos de las cargas de tráfico y
medio-ambientales que actúan sobre la estructura del pavimento. Ejemplos de estos casos son:
zonas de tráfico pesado, intersecciones, paradas de autobús, corredores viales, y peajes.
4. El mantenimiento en pavimentos rígidos de concreto debidamente diseñados y adecuadamente
construidos es mínimo y básicamente se limita al sellado de juntas, tratamiento de fisuras, y
parchados con concreto.
5. Los pavimentos de concreto son amistosos al medio ambiente durante su construcción y a lo
largo de toda su vida en servicio. Contribuyen, especialmente en zonas urbanas, a mitigar el
efecto de “isla calor” reduciendo el “calentamiento global”.
6. Es recomendable considerar la incorporación de “pavimentos equivalentes” en los expedientes
de licitación, especialmente en aquellos proyectos en los que la diferencia de costos entre las
alternativas de pavimento técnicamente factibles depende mucho de los procedimientos
constructivos y rendimientos propios de cada contratista.
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