Las juntas de puentes

Las juntas de Dilatación son dispositivos que permiten los movimientos relativos entre dos partes de una estructura. Algunos proyectos de puentes interrumpen los tableros para cubrir requerimientos estructurales de diseño y construcción, para garantizar los movimientos reológicos como cambios de temperatura, efectos de retracción o flujo plástico, acortamientos por pretensado, cargas de tráfico, asentamientos diferenciales o tolerancias requeridas, compatibles con las condiciones de apoyo. En tales casos, en la estructura se deben considerar movimientos permisibles que garanticen un desempeño adecuado para los diferentes estados límites de utilización del puente, donde el deterioro o la falla de las juntas puede comprometer su seguridad.
Los tipos de juntas y las interrupciones superficiales del pavimento deben considerar además del confort de los usuarios vehículares, el desplazamiento pedestre, y el movimiento de bicicletas y de motos. Más adelante se presenta una clasificación de los diferentes tipos de juntas aplicadas, se ve como han evolucionado a través del tiempo, las ventajas y desventajas de su utilización y las experiencias constructivas. Estas propiedades se discuten en el contexto del estado real en que se encuentran las diversas juntas como producto de su mantenimiento y conservación. También se analizan los efectos de su influencia en el comportamiento estructural y las tendencias actuales para su colocación ó eliminación.
Introducción
Las juntas de expansión

Sus funciones principales son las siguientes:

Asegurar que los movimientos totales del puente proyectados sobre las juntas, se cumplan sin golpear o deteriorar los elementos estructurales
Asegurar la continuidad de la capa de rodamiento del puente, para dar mayor confort a los usuarios vehiculares, pedestres, bicicletas y motos.
Ser Impermeables y evacuar las aguas sobre el tablero en forma rápida y segura.
No deben ser fuente de ruidos, impactos y vibraciones al soportar las cargas del tráfico.

Las juntas son dispositivos que dependen de los movimientos de la estructura, y sus funciones se pueden cumplir solo cuando las longitudes de apoyo (Seating) de las vigas ó losas sean suficientes para suplir los movimientos que se sucedan por eventos sísmicos. Al calcular estas longitudes debe tomarse en cuenta que los elementos estructurales pueden perder sus respectivos recubrimientos al golpearse entre ellos, tal como se muestran la fig. 1. Por esto, cuando se diseñan detalles de juntas de puentes se procura hacer secciones reforzadas terminales llamadas guardacantos que van ha proteger los laterales.

Fig. 1. Ancho de Apoyo (Seating)

Esto se hace más patente en los casos en los cuales las juntas están en dirección esviada, lo que ocasiona que puede fallar la longitud de apoyo del elemento estructural, debido a que las esquinas agudas de la losa se abren en mayor longitud que las esquinas opuestas, por rotación del elemento, como se aprecia en la fig. 2.

Fig 2. Rotación por Esviaje.

Queda claro que no hay una solución de junta capaz de resistir movimientos que provengan de la falla de elementos estructurales como tableros o pilas, según se observa en la fig. 3, que corresponde al Puente Nishinomiya-ko derrumbado en el terremoto de Kobe 1995, donde fue insuficiente la longitud de soporte de la viga.

Fig.3. Caída de Tramo en Kobe 1995.

También se presentan fallas en la junta entre tablero y estribos, al fallar la subestructura y ocasionar asentamientos y rotaciones que la separan, como se puede observar en la fig. 4, colapso ocurrido en el sismo de Costa Rica 1990.

Fig. 4. Falla de Junta por Rotación del Estribo.

Los movimientos de las juntas se presentan bajo condiciones de servicio del puente y bajo solicitaciones sísmicas; al sumarse ambas se obtiene el movimiento total. Bajo Condición de Servicio se presentan movimientos Irreversibles y reversibles.
3.1. Movimientos Irreversibles: El primero es la retracción del Concreto, donde se toma un valor aproximado de 0,25 mm por metro, sin incluir el grado de humedad del ambiente, el espesor de la pieza vaciada, el diseño de mezcla utilizado, el uso de plastificantes ó aditivos, y la cantidad y diámetro del acero utilizado. Se debe corregir este valor por el tiempo transcurrido entre el vaciado del elemento y la colocación de la junta, asumiendo un 100% en 2,5 años, según la siguiente expresión:
(1) donde T son los meses trascurridos.
El segundo movimiento es la Deformación Diferida del Concreto (Crepp), donde se toma en las mismas condiciones anteriores un valor aproximado de 0,20 mm por metro, con una corrección de un 100% en 10 años, según:
(2)
3.2. Movimientos Reversibles: En primer lugar se tiene la Dilatación y Contracción Térmica, tomando en cuenta los picos máximos (Tmax) y mínimos (Tmin) de temperatura diaria en el sitio del puente y asumiendo un valor medio de 0,01 mm por metro y grado centígrado (Tmed). Esto da la siguiente expresión donde se adjunta la Tabla 1 de corrección del espesor del elemento estructural.
(3)
En segundo lugar se estudian las condiciones de frenado y arranque, considerando una fuerza horizontal máxima de 18.000 Kf., que deforma la
Tabla 1. Factor Corrector del Espesor
Losas Macizas
Espesor
KH
0,30 m
1,15
0,60 m
1,00
0,90 m
0,97
1,20 m
0,95
Losas Aligeradas
0,60 m
1,09
0,90 m
1,05
1,20 m
1,02
1,50 m
1,00
Losas en Cajón
1,67 m
1,06
2,22 m
1,00
2,78 m
0,97
3,33 m
0,95
totalidad de los apoyos de neoprene, con un módulo de deformación por corte G= 0,14 kf/mm², lo que presenta la siguiente ecuación:
(4)
T= espesor medio en mm
axb= dimensiones medias en mm.
n = número total de apoyos.
3.3. Movimientos Totales Bajo Condición de Servicio: Se obtienen los movimientos totales de apertura de la junta sumando las expresiones (1), (2), (3) y (4):
(5)
y los movimientos totales de cierre de la junta:
(6)
1. Bajo Solicitaciones Sísmicas
Evaluación de movimientos de las juntas

Según la propuesta de normas MTC-1987, el tamaño de los apoyos N (mm) se puede determinar según la siguiente expresión, donde a, b y c dependen de los niveles de diseño correspondientes, tal como se muestran en la Tabla 2, (Lobo-Quintero,1992):

N= a + b .L+ c.H (7)

Donde L es luz y H es la altura del puente, en metros.

Tabla 2. Factores de Apoyo

Nivel	a	b	c
ND1	250	10/6	20/3
ND2	300	20/9	80/9
ND3	400	10/4	10

Conocido el tamaño del apoyo se puede estimar el desplazamiento de la junta D j tomando en cuenta la suma del desplazamiento relativo estructura D l con las respuestas transversales D t y el efecto de la trayectoria de las ondas D s. Según Priestley et all, 1996, estos valores se pueden tomar de la siguiente manera:

D j = D l + D t + D s (8)

donde D l se obtiene de la diferencia entre los desplazamientos absolutos de las partes estructurales separadas por la junta. Estos valores dependen mucho de la relación de rigidez entre estos elementos y una comparación de ellos se muestra en la Fig. 5.

D t es el efecto del ancho del apoyo en la dirección transversal y se toma como 0.015 N de la expresión (7).

D s depende de la distancia promedio entre juntas L y se toma como 0.001L.

Conocidos los desplazamientos relativos de la junta por acciones sísmicas D j, el movimiento total debe incorporar los desplazamientos de servicio anotados en las expresiones (5) y (6), tomando los signos correspondientes.

4. Clasificación de juntas:

De acuerdo con su conformación y tomando en cuenta el procedimiento constructivo, las Juntas de expansión se pueden clasificar de la siguiente manera:

Fig 5. Desplazamientos Relativos. (Priestley el all, 1996).

Juntas Abiertas, cuando no tiene conexión en la ranura y permiten el paso directo del agua, Rellenas Moldeadas cuando se vacían en sitio, Rellenas Pre-moldeadas cuando se ensamblan con elementos externos y Mixtas si reúnen 2 o más elementos ya descritos.

4.1. Juntas Abiertas. Por ser la primera junta conocida, se encuentran en puentes viejos de corta luz, con un ancho que varia entre ½" y 2". Su ventaja es el costo inicial de construcción relativa-mente bajo. Da paso al agua y a elementos que traban el funcionamiento de la junta, lo que ocasiona la necesidad de reparaciones costosas en los elementos circundantes.

Fig. 6

4.2. Juntas Rellenas Moldeadas: (Vaciadas en Sitio):

4.2.1. Rellenas con sello Plástico: Se encuentran en diferentes versiones, y soportan movimientos hasta de 1½". Son fáciles de construir al colocar en el fondo de la ranura un tope o manguera de soporte, luego poliestireno expandido y después un sello plástico o masilla negra de consistencia semi-dura, (fig. 7) combinación de asfaltos refinados, resinas plastificantes y fibra de asbesto. No son costosas. El problema

se presenta por la fricción del tope y elementos químicos y mecánicos ajenos a la junta que despegan el tope, lo que permite la entrada del agua, ocasionando un deterioro acelerado de la misma. También el sello sufre desgaste por cargas cíclicas de tráfico y cambios de temperatura que la endurecen.

Fig. 7 .

4.2.2. De Mortero Epóxico: Están conformadas por 2 guardacantos hechos con un mortero epóxico a ambos lados de la ranura, rellenas con una manguera en encofrado perdido y un elastómero vaciado en sitio, adherido solo a las paredes laterales de los guardacantos (fig. 8). Los movimientos permitidos están en el orden de 2.5 veces el ancho de la ranura o 2". Son impermeables, con gran resistencia a los impactos de la carga viva sobre la superficie. El elastómero se desgasta con la aplicación de cargas cíclicas, se endurece y se despega. Los guarda-cantos se separan en capas después de los 10 años, por falta de adherencia entre ellas cuando no se atienden las especificaciones para la preparación del mortero epóxico.

Fig. 8

4.2.3. De Grout Expansivo:

Diseñadas para trabajar bajo movimientos no mayores de las 2½"; tienen la misma conformación estructural de la junta de mortero epóxico, buscando sustituirlas para bajar los costos. Experimentan los mismos problemas al despegar el elastómero por fatiga del material. Los guardacantos tienden a fallar por corte, al golpearse los elementos estructurales bajo cargas cíclicas y también por efectos de retracción.

Fig. 9.

4.2.4. Armadas de Grout Expansivo: Están diseñadas para soportar movimientos no mayores de 5 cms. Los guardacantos son ampliados hasta conseguir el acero del elemento estructural, allí se solda con las viguetas que arman los brocales, que tienen juntas transversales de manto asfáltico cada metro, y se vacía con grout expansivo (fig. 10). El MTC la utilizo como Tipo "A" para Trafico Pesado. Al armarse la vigueta se compensaba la fuerza de corte, la fricción y el aplastamiento, quedando los guarda-cantos anclados a los elementos estructurales del puente. Los problemas han sido fallas del elastómero y siempre se ha requerido de tiempo suficiente para el curado del mortero y así poner en servicio el puente.

Fig. 10.

4.2.5. De Polímero Asfáltico: Son llamadas genéricamente juntas elásticas, se han utilizado mucho como juntas de reposición hasta en grandes viaductos y en obras nuevas resultan excelentes para movimientos de hasta 6 cms, pero no aceptan movimientos verticales. Son de rápida instalación y puesta en servicio de la vía, completamente impermeables, dan confort, seguridad y comodidad para el usuario del puente. La junta no debe tener un espesor menor a 8 cms, la diferencia debe ser suplida con grout expansivo de nivelación. La junta combina el uso de pletinas de refuerzo ó distribuidor que soporta la carga viva, y sobre ella un Polímero Asfáltico Modificado con un agregado dosificado, mezclado y vaciado en sitio (fig. 11). Las más conocidas 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.

Fig. 11

4.2.6 De Silicone: Estas son juntas rellenas de una mangueral de apoyo y un material de silicone que hace las veces de sello ó elastómero. Se utilizan para trabajar en puentes cuyas juntas no excedan movimientos mayores de 1½" y luces pequeñas. El silicone debe ser colocado en lugares que no tengan temperaturas mayores a los 32°C y menores de 4°C. Son muy económicas, completamente impermeables y durables. El tiempo de secado total del material esta alrededor de las 48 horas. Se preparan 2 guardacantos paralelos a ambos lados de la ranura, de concreto de 350 Kf/cm² ó de Grout expansivo que forman un nicho para recibir el perfil de goma y sellar con la silicona.

Fig 12.

4.2.7. Rellena Armada con Tope de Acero y Sello Elástomerico: Los guardacantos son reforzados con un Angular "L" de 10cmx10cmx1cm, a todo lo largo de los brocales como refuerzo para resistir las cargas a las que se somete esta junta, con movimientos entre 1½" y 2" (fig.13). El problema se presenta por el desgaste del anime que sirve de encofrado perdido entre las caras de los guardacantos que al fallar precipita rápidamente el fallo del elastómero, generando permeabilidad en la junta, (Prof. E. González).

Fig. 13

Fig. 14

4.2.8 Rellena Armada con Cubrejuntas y Sello Elástomerico: Es una junta con guardacantos paralelos de concreto de resistencia Rcr= 300 kf/cm² que contienen un angular de 10cm x10cmx1cm soldado a una cubrejuntas que se mueve con una holgura de 1" (fig.14), sobre una ranura rellena con anime como base y sellada con un elastómero con capacidad para absorber esos pequeños movimientos y dar impermeabilidad. Son juntas que generan ruido y deben ser desarmadas para suplir el elastómero.

4.3. Juntas Rellenas Premoldeadas (Preensambladas):

4.3.1. Rellenas con sello en "V": Se encuentran en algunos puentes, absorbiendo movimientos hasta de 4". Son fáciles de instalar y mantener, ya que se sella la ranura con una perfil de neopreno en forma de "V" (fig.15), pegado con un adherente epóxico. No son costosas. Pero no se tienen registros de servicio por ser de reciente utilización.

Fig. 15

Fig. 16

4.3.2 De Sello de Neopreno: Son una alternativa para la sustitución de juntas existentes en puentes de tramo medio y largo, donde se permite los movimientos totales que van desde 1½" a 13". La ventaja de este tipo de junta se basa en que las placas metálicas estriadas puestas de cara a la calzada bajo el sello, mejoran la resistencia de la junta para absorber carga, fricción, y desgaste. Los problemas se presentan comúnmente por filtraciones entre los

segmentos, perdida de sujeción y ruido excesivo. A continuación se muestra una gráfica que permite seleccionar la junta de Neoprene conociendo el desplazamiento total y el esviaje del puente (figs.17 y 18)

Fig. 17

Fig.18

4.3.3 De Sello de Compresión: Son juntas populares donde el sello es de neopreno, y soporta movimientos que van de 1" hasta 4"(fig.19). Entre sus ventajas se cuentan la variedad de opciones, su impermeabilidad relativa, la facilidad de instalación y su costo. El éxito depende de la calidad de la instalación, de la correcta escogencia del tamaño del sello ya que es sensible al ozono.

Fig. 19

4.3.4 De Placa Dentada: Se ha utilizado en puentes de tramos medianos y largos (fig.20). Se adaptan a movimientos totales desde 4" hasta 24", esta es su mayor ventaja y sus desventajas se refieren a la posible acumulación de desechos y tierra, que obstruyen el canal de movimiento de abertura y cierre de la junta.

Fig. 20

Fig. 21

4.3.5 De Placa de Diente de Sierra: Se aplica en puentes de tramo mediano, con movimientos totales de 3" (fig.21). Su ventaja es la facilidad para cambiarla en mantenimiento, soldando fácilmente las placas de acero de cada diente. Su desventaja es que no posee un sistema de canal para recoger el agua y los desechos.

4.3.6 Juntas Modulares: Representan el enfoque del estado del arte para ajustar movimientos complejos hasta de 1,20 mts., en puentes de luces largas y curvos. El sistema de juntas modulares tiene tres componentes principales, los selladores, las vigas separadoras (para selladores) y sus barras de apoyo (para vigas separadoras). Los sellos y vigas separadoras forman una superficie impermeable, ajustando deformaciones estáticas y dinámicas al deformarse los selladores (fig.22). Las vigas separadoras son metálicas estriadas ó laminadas y proporcionan la unión de la serie de sellos. Las barras de soporte franquean la abertura de la junta y los extremos de las barras se ajustan a un sistema de fijación comprimible. Este

fig. 22

sistema esta compuesto de dos bloques de poliuretano ó elastomericos. Un bloque descansa sobre el tope de la barra de soporte, el segundo bloque se ajusta debajo y ambos bloques a su vez están unidos al tope de la cubierta (fig.23). La gran ventaja de esta junta es que permite grandes movimientos, otros no paralelos,

horizontales, asentamientos diferenciales, rotaciones y cizallamientos. Sus desventajas son el ruido que se produce bajo carga viva de trafico, las filtraciones de agua y la acumulación de desechos en los empates de los sellos elástomericos.

Fig. 23

4.3.7 Con Placas Deslizantes: Se utilizan frecuentemente en puentes medianos, ajustándose a movimientos totales de 4" (fig.24). Su gran ventaja es que restringe al mínimo el paso del agua, pero con el tiempo la placa deslizante tiende a zafarse ocasionando deterioros de todos los elementos circundantes de la junta.

Fig . 24

4.3.8. Con sello de expansión:

En esta junta el sello se debe poner en una forma continua, cualquier cambio de dirección debe venir sujeto desde el taller, ya que no se permiten empates en campo. La forma de funcionamiento de la junta es muy parecida a la de compresión, pero su fisonomía interna esta dispuesta para absorber los esfuerzos de expansión en muy buena forma (fig.25). Los angulares de soporte deben quedar colocados durante el proceso de vaciado del elemento estructural. Si esto no ocurre así se debe considerar la construcción de guardacantos. Para la colocación del sello de expansión sus caras laterales se pegan con un elemento epóxico. Son de fácil reposición los elementos de neopreno, pero los angulares pueden fracturarse con el golpeteo de los vehículos. Se

utilizan hasta en puentes con movimientos de 4". Los diseñadores más importantes de este tipo de junta son Watson Bowman Acme.

Fig. 25

Fig. 26

4.3.9. De Sello en Franja (Strip Seal): Son juntas con buenos registros de desempeño, comparables con las juntas de compresión ó expansión de neopreno, la franja de mayor tamaño puede proporcionar hasta 5 pulgadas de movimientos totales (fig.26). La franja es un elemento elástomerico premoldeado continuo (fig.27), mecánicamente trabado en un guardacanto de acero de alta resistencia a ambos lados de la junta. Las bases de acero están fijos a la estructura del puente a través de un anclaje de forma sinusoidal, dentro de dos guardacantos fabricado grout ó un mortero sintético. Se utilizan en ambientes químicamente agresivos y son impermeables. Cuando se anticipan movimientos transversales de la placa se desempeñan mejor que los sellos de compresión. Si su escogencia en el tamaño ó tipo del sello no es acertada se dañan y entran en desuso rápidamente.

Fig. 27. Angulares para el Sello de Franja. (Tonias, 1995)

Fig. 28

4.3.10. De Sello de lamina: El sello de lamina funciona en tensión ó compresión. Puede adaptarse fácilmente a movimientos totales de un máximo de 4" (fig.28). La capacidad para acomodar cambios direccionales y sesgaduras en la configuración de la junta, a menudo sin ninguna necesidad de empalme en el sello. Fallan por su sistema de anclaje con los impactos repetitivos de carga viva.

4.4. Juntas Mixtas (Especiales):

4.4.1. Mixta tipo Aceroton: Es una junta que reúne 2 versiones, la primera forma un sello de compresión-expansión como base y ayudado con una placa deslizante. La segunda tiene el mismo sello de compresión-expansión como base y un tapa junta que la protege (fig.29). Es impermeable y de buen funcionamiento, pero puede tender a ser muy ruidosa y poco confortable. Maneja movimientos hasta de 4".

Fig. 29

4.4.2. Mixta tipo Evalinca 01: Es una junta extrema que se utiliza para conectar la estructura con la losa de acceso al puente (fig.30) . Se combinan una junta de polímetro asfáltico en la parte superior y una junta abierta reforzada en los guardacantos conectada al acero de los elementos estructurales. Es impermeable y cumple con movimientos hasta de 2".

Fig. 30

4.4.3. Mixta tipo Evalinca 02: Esta diseñada para trabajar como junta externa, siendo la combinación entre una junta armada con dos guadacantos reforzados con vigas soldadas a una cartela. Esta enlaza un angular en el borde de la ranura que se rellena con anime y se sella con una manguera de goma, tapada con una cubrejunta soldada a uno de los angulares para que se pueda deslizar. Luego se combina con una junta de polímetro asfáltico que remata con la superficie del pavimento (fig.31). Esta es una junta impermeable y que satisface ampliamente los requerimientos de funcionamiento con movimientos hasta de 1". Tiene un elevado costo.

Fig. 31

4.4.4. Mixta tipo Evalinca 03: Ha sido recomendada para ser utilizada en juntas de puentes en autopistas, consiste en su base en una junta deslizante sujeta por pernos en la parte inferior, cubierta por una junta de polímetro asfáltico (fig.32). Es una junta completamente impermeable y maneja movimientos de 2" horizontales.

Fig.32

Conclusiones y Recomendaciones

Se ha procurado en este trabajo mostrar todos los tipos de juntas utilizados en Venezuela, Europa y los Estados Unidos, incorporando las ventajas y desventajas para su utilización. Esto significa que de acuerdo a sus propias características, un tipo de junta puede adaptarse mejor que otro en un proyecto especifico. Consideramos que este compendio puede ser de suma utilidad para los organismos o profesionales que las recomiendan, los inspectores y las empresas especializadas en la construcción de juntas, que son los que verdaderamente comprenden su importancia y valoran las necesidades de su funcionamiento adecuado. Hay que tomar en cuenta que el trabajo de juntas no mueven altos volúmenes de concreto pero significa la ejecución de elementos con muchos detalles técnicos y meticulosidad. En tal sentido, se proponen la siguientes recomen-daciones:

Destacar las necesidades del mantenimiento de las juntas, para garantizar su desempeño adecuado.
Dejar bien claro que la selección del tipo de junta debe hacerse en conocimiento de las deformaciones reales del sistema estructural, y no puede seguir un procedimiento aislado.
Procurar una estrecha relación y consulta permanente entre el Ingeniero Estructural y los Ingenieros constructores para que la ejecución se realice y la estructura se desempeñe, según sus requerimientos.
Se propone un programa prioritario de evaluación, reparación o reconstrucción de juntas, como una necesidad en la preservación de las estructuras de los puentes y para dar un mejor confort y seguridad a los usuarios.
Recomendar a la Dirección de vialidad del Ministerio de Infraestructura la Elaboración de un Manual para la concepción, reparación y construcción de juntas de puentes.
Bibliografía

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Catalogo de Productos Sika. Intesika C.A. Venezuela. 1982
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Bridge Engineering. Design, Rehabilitation and Maintenance of Modern Highway Bridges. Demetrios E. Tonias, P.E. McGraw-Hill, INC. 1995.

7. Resumen

En este trabajo se estudia la razón y el porqué de la construcción de las juntas de expansión para puentes, evaluando sus movimientos, planteando una clasificación donde se reúnen todo tipo de juntas aplicadas nacional e internacionalmente. Así mismo, se dan recomendaciones y conclusiones para la escogencia de la junta más adecuada en cada caso particular.

William Lobo Dugarte (*) y William Lobo Quintero (**)

(*) Ingeniero Civil y (**) Profesor Titular, Facultad de Ingeniería, ULA.(2)

Autor:

William Lobo Dugarte Ingeniero Civil

Losas Macizas
Espesor	KH
0,30 m	1,15
0,60 m	1,00
0,90 m	0,97
1,20 m	0,95
Losas Aligeradas
0,60 m	1,09
0,90 m	1,05
1,20 m	1,02
1,50 m	1,00
Losas en Cajón
1,67 m	1,06
2,22 m	1,00
2,78 m	0,97
3,33 m	0,95