Diseno Y Const De Pavimentos - Vivar.pdf

Diseño y Construcción de Pavimentos segunda edición Derechos Reservados O Colegio de Ingenieros del Perú Derechos Reservados @ 1995 Germán Vivar Romero, Lima-Perú

Ira. Edición

Junio 1991

2da. Edición

Setiembre 1995

Capitulo de Ingeniería Civil Consejo Departamental de Lima Colegio de lngenieros del Penj I

Calle Guillermo Marconi 210 Teléfono: 422 8047

'

IMPRESO EN EL PERU PRINTED IN PERU

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San Isidro

CAPITULO DE INGENIEHIA ClVlL CONSEJO DEPARTAMENTAL DE LIhlA

PROGRAMA DE ACTUALIZACION 1994 1995

-

COLECCION DEL INGENIERO CIVIL LIBRO No 6

CAPITULO DE INGENIERIA ClVlL Presidente: Vicepresidente: Secretario:

Delegado a la Asamblea:

Julio Rivera Feijóo Javier Piqué del Pozo Jorge Lazo Torres Javier Ancajima Pérez Iván Bragagnini Rodnguez Elsa Carrera Cabrera Pio Cebrecos Revilla Javier Santolalla Silva Arturo Rosell Calderón

CONSEJO DEPARTAMENTAL DE LIMA Decano: Secretano:

Antonio Blanco Blasco Juan Banie~tc~s Díaz

A mis padres en sus Bodas de Oro Matrimoniales

PROLOGO DEL EDITOR

Uno de los compromisos que tiene la actual Junta Directiva del Capítulo de Ingeniería Civil del Consejo Departamental de Lima del CIP, es el de tomar acciones tendentes a elevar el nivel técnico de nuestros colegas. En esa línea de acción estarnos realizando conferencias, cursos. foros y coizgresos, mediante los cuales difundimos los conocimientos y experiencias de los profesionales más renombrados de nuestro medio. En esta oportunidad nos es grato presenrdr una nueva edición del Tomo 6 de la Colección del Ingeniero Civil "Diseño y Construcción de Pavimentos" cuyo autor es el Ing. Gern~dnVivar Romero, quien es un destacado profesional en el campo de la Geotecnia y Diseño de Pavimentos. Esta nueva edición responde a la continua demanda que este libro tiene en el ambiente de los profesionales que se dedican al diseño, supervisión de pavimentos. Esto se debe a que el contenido plasma los conceptos actuales de esta rama de la ingeniería, que han sido muy bien presentados y enriquecidos con la fructífera experiencia del autor a trav6s de más de 20 años de experiencia profesional. La Junta Directiva agradece al autor por su desinteresada colaboración y por el gran aporte que este volumen significa al desarrollo de Ia ingeniería civil, ya que estamos seguros que se trata de un libro de consulta de mucha calidad profesional y de un magnífico texto universitaio.

3 ~Jutw~ %era .

3eilbo

Presidente Capítulo de Ingeniería Civil Consejo Departamental de Lima

PROLOGO

La acogida dispensada a la primera edición del libro "Diseño y Construcción de Pavimentos" de junio de 1991, ha hecho posible ésta segunda edición actualizada, corregida y aumentada, que sale a la luz con motivo de un curso que el Consejo Departamental de Lima del Capítulo de Ingenieros Civiles del Colegio de Ingenieros del Perú ofrece a sus asociados. Realmente mucha agua ha corrido bajo el puente desde aquella oportunidad, o por decirlo en términos mas apropiados a la ocasión, mucho tránsito ha circulado sobre los pavimentos. En lo que concerniente a la Red Vial del Perú, no sólo ha cambiado en su distribución, pasando de un sistema con tres vías longitudinales y ocho transversales a uno de tres anillos o circuitos interconectados, sinó también se ha visto modificada en sus políticas de gestión, promoción y tratamiento, habiéndose culminado a la fecha la rehabilitación de la carretera Panamericana, pasando a la etapa de Mantenimiento, con énfasis complementario en la Rehabilitación y Mantenimiento de los caminos rurales. En lo personal, el autor ha tenido ocasión de recibir numerosos feed-back, de colegas, amigos y de sus alumnos en los cursos de Pavimentos de las Universidades Ricardo Palma y Nacional de Ingeniería, que lo comprometen eternamente. Se ha actualizado la información presentada en la primera edición con la incorporación de tablas, gráficos y modernos métodos de diseño, como las versiones vigentes de la PCA y el Instituto del Asfalto para diseño de pavimentos de concreto

de cemento Portland y asfálticos respectivamente. Por el contrario se han retirado algunas metodologías de diseño que son de escaza aplicación y se ha puesto énfasis especial en el capítulo 6 denominado ahora Rehabilitación y Mantenimiento, por considerarse que ese será el tema en los próximos años en nuestro país. El autor desea expresar su agradecimiento a todas aquellas personas que con su valiosa contribución puesta de manifiesto en forma de los tipeos originales, dibujos e informaciones proporcionadas, han hecho posible la aparición de la segunda edición de Diseño y Construcción de Pavimentos.

Existen dos aproximaciones a un problema natural: La del científico puro y la del Ingeniero. El científico puro está interesado solamente en la verdad. Para él sólo hay una respuesta - La única verdadera - No importando cuanto tiempo le tome alcanzarla. Para el lngeniero en cambio existen muchas respuestas posibles, cada una de las cuales es un compromiso entre la verdad y el tiempo. Para el lngeniero debe haber una respuesta ahora, aún cuando no sea la verdadera y su respuesta debe ser suficientemente buena para un propósito dado. Por esta razón el lngeniero debe hacer suposiciones - Que en muchos casos no son estrictamente correctas - Pero que le permitirán arribar a una respuesta que es suficientemente verdadera para el propósito inmediato.

.

;

DISENOY CONSTRUCCION D E PAVIMENTOS CONTENIDO PAG.

1.0 PAVIMENTOS

1.1 Definición 1.2 Clasificación, Tipos y Usos 1.3 Componentes Estructurales 1.3.1 Suelo de fundación 1.3.2 Sub-rasante 1.3.3 Sub-base 1.3.4 Base 1.3.5 Superficie de rodadura 2.0 PAVIMENTOS FLEXIBLES Y APVIMENTOS RIGIDOS

2.1 Generalidades 2.2 Costos 2.3 Equivalencia Estructural 2.4 Resistencia al Ataque por Sulfatos 2.5 Reflectancia

3.0 ASPECTOS MAS RELEVANTES EN LAS OBRAS DE PAVlMENTAClON 3.1 Exploracióny Explotación de Canteras 3.1.1 Generalidades 3.1.2 Exploración de canteras 3.1.3 Explotación de canteras 3.2 Mezclas de suelos 3.2.1 Generalidades 3.3.2 Mezcla de dos suelos 3.3.3 Mezcla de tres suelos 3.3 Estabilizacionesde Suelos 3.3.1 Generalidades 3.3.2 Estabilización con cal 3.3.3 Estabilización con cemento 3.4 Compactacion

3.4.1 Compactación de suelos 3.4.2 Caraderisticas fisicas del suelo 3.4.3 Equipo de compactación 3.4.4 Forma apropiada de usar el equipo 3.4.5 Metodos para medir la compactación 3.4.6 Formas de especificar la compactación 3.4.7 Compactación de asfalto 4.0 DISENO Y CONSTRUCCION

4.1 Generalidades 4.2 Dicetío Geométrico 4.3 Disetío Estructural 4.3.1 Disetío estructural de pavimentos rigidos 4.3.2 Diseño estructural de pavimentos flexibles 4.4 Diseño de Mezcla 4.5 Construcción 4.5.1 En pavimentos de concreto de cemento Portland 4.5.2 En pavimentos de Asfalto

5.0 OBRAS DE PROTECCION 5.1 Generalidades 5.2 Drenaje Superficial 5.3 Sub-drenaje 5.4 Protección de Taludes 6.0 MANTENIMIENTO Y REHABILITACION 6.1 Generalidades 6.2 Análisis de la Problemática 6.3 Definiciones 6.4 Evaluación de los Pavimentos 7.0 INSPECCICN Y CONTROL DE CALIDAD 7.1 Generalidades 7.1.1 Metoaos de inspeccion 7.1.2 Control de calidad 7 2 El número F

8.0 NUEVAS TECNOLOGIAS 8.1 En mejoramiento de suelos 8.1.1 Sub-rasantes mejoradas con fibras 8.1.2 Terraplenes de arena "cosidos" 8.2 En Compactación 8.2.1 Compactación con "Rodillos de Impacto" 8.2.2 Rodillos oscilatorios 8.2.3 Forma de medición de la compactación 8.3 En pavimentos de asfalto 8.3.1 Uso del azufre en pavimentación 8.3.2 Reciclado 8.4 En pavimentos de concreto 8.4.1 Uso de fibras en pavimentación 8.4.2 Whitetopping 8.4.3 Pavimentos "estampados" 8.4.4 Reciclado 8.4.5 Concreto Compactado con Rodillo

BlBLlOGRAFlA CONSULTADA

9.0 ANEXOS 9.1 Terminología utilizada por la AASHTO en pavimentación 9.2 Relación de Nonas ASTM y AASHTO relativas a los trabajos de pavimentación 9.3 Coeficiente Estructural según AASHT0'93 9.4 Características de los suelos 9.5 Sistema AASHTO de Clasificación de Suelos 9.6 Coeficientes de crecimiento y contracción 9.7 Especificaciones de materiales paca cal hidratada utilizada en estabilizacibn de suetos. 9.8 Extracto de las Especificaciones Bgtanicas para la construcción de terraplenes. 9.9 Glosario de Terminos usados en el Mantenimiento de Pavimentos 9.10 Significado de las siglas empleadas en el texto

Definición

1.1

Un pavimento es un elemento estructura/ monocapa o multicapa, a p ~ y a d oen toda su superficie, disedado y construido para soportar cargas estaticas y/o móviles durante un periodo de tiempo predeterminado, durante el que necesariamente deberá recibir algún tipo de tratamiento tendiente a prolongar su "vida de servicio': Estando formado por una o vanas capas de espesores y caíidades diferentes que se colocan sobre el terreno preparado para soportarlo. tiene por su función mas importante el proporcionar una superfície resistente al desgaste y suave al deslizamiento; y un cuerpo estable y permanente bajo la acción de las cargas (Figura l.l ). Ro.an

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Terreno natural en corte 9 dd reilem rm tratamiento

El pavimenta como r l r m r n t o eelructural 5r coloca sobre e l t e r r e n o p r e p a r a d a p a r a *oport@rlO.

1.2

Clasificación, Tipos y Usos

Basados en la anterior definición que mienta ser genérrca, los pavimentos se pueden clasificar según: 1.2.1 La calidad de los materiales empleados en su construcción: afirmados, empedrados, estab~lizadosy ag!cmerados o mezclas asfálticas y de cemento PocVanO.

1.2.2 Su estructura: simples y reforzados (refuerzo princ:pal, refuerzo secundario o ambos).

1.2.3 El tipo de solicitación que soportarán a lo largo de su vida de servicio o d: uso al que estarán destinados: urbanos, industriales. de carreteras. de aeropuertos. o deportivos. 1.2.4 El período de vida para el que son diseñados y construidos: temporales y definitivos. 1.2.5 La forma en que distribuyen las cargas al terreno: ngidos y flexibles. En la figura 1.2 se muestran los tipos de pavimentos rigidos y flexibles mas comunes y en el acápife 7.3 se describen sus componentes. Los pavimentos de bloques articulados y de adoqurnes han sido colocados enrre ambas c!asficaciones ya que estando consbtuidos por elementos rigidos independientes, tienen un comportamiento flexible debido a la gran densidad de juntas entre ellos.

FLEXIBLES

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BASES E S T A B I L I Z A D A S CON C A L

-

B A S E S E S T A 8 I L I Z A D A I CON C E M E N T O

ADOQUINES Y BLOQUES ARTICULADOS

~ l a i ~ i t c a c 1 6 da f i loa p a v ~ m ~ n l o segun s l a f o r m o en qu* tarreno

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Pese a que Iás denominaciones de rigido y flexible parecieran guarc'ar una estrecha relacicn con las calidades de los aglomerantes de cemento Porfland y asfalto utilizados en su fabricación respectívamente. es posible encontrar pavimentos asfálticos de gran espesor, el cual les confiere una rigidéz mucho mayor de la normal. asi como también es posible apreciar en los pavimentos de concreto reforzado y en ciertas losas de concreto de cemento Porfland muy agrieiadas. un comportamiento flexible que difiere grandemente del comportamiento rígido para el que supuestamente fueron disefiadas y constrcids;. En la figura 1.2.3 se esquematizan los principios de la distribuci~n d e presiones en los pavimentos flexibles y los rigidos. Allí se aprecia que e n terminos del Módulo de Elasticidad, la re1ac:ón entre un pavimecto flexible y el suelo de sub-rasante que lo soporta es del orden de 4 a 1 , mientras que esa misma relación sube a cerca de 265 a 1 en el caso de los pavimentos rigidos. La forma de la distribución de los esfuenos también varia con la calidad de los materiales. En el caso de los matenales granulares como la base y la sub-base, el ángulo que forma ei bulbo de presiones con la vertical es de aproximadamente 45". mientras que pam un material de aglomerado asfáltico como la carpeta asfáltica o e l binder, ese ángulo es de aproximadamente 6 3 O y para una icsa de concreto de cemento Portland es de casi 90°. Los ensayos de laboratorio sobre cada tipo de material deberin ser por tanto reflejo de las condiciones a las que estaran sometidas durante s u vida de servicio. Así, la resistencia de los suelos de sub-rasante, subbase y base en un pavimento flexible queda mejor carac:erizada con el ensayo CBR (ver significado de las siglas en el Anexo 9.2), mientras que u n ensayo de placa para la determinación del Módulo " k de Reacción de la Sub-rasante, caracteriza mejor las solicitaciones a las que estará sometido una sub-rasante o sub-base debajo de un pavimento rigido (Figura 1.2.b) . En terminos generales, la clasificación de íos pavimentos en riqaos y flexrbles permrte un mejor manejo de los conceptos y cntenos de proyecto y constructivos pcr lo Que será la que empiearemos en lo sucesivo, excepto en los casos en que por necesidad :engarncs GL'e =fiferenc!arlosFcr el uso al que estaran destinac'cs (Tabla 1 2i

Figura 1 . 2 . a P R I N C I P I O S D E LA DlSTRlBUClON # PRESIONES EN LOS PAVIMENTOS FLEXIBLES Y RlOlDOS

E l povimuito f l a r i b k por tamr un a Ó 6 1 0 dr afortlcldad *mkm ol d.1 M l o , c o m a n t r o b s m r w s b0ia el pino 6 oplkocion debido o h bajo raslstancio al cona da lo wb- msanm t Raf, H O U S E L e ITO 1972 1

El pov!mento riqi& por su elevodo módulo da alorticidod respecto da1 suslo, distribuya loa corqas sobra uno gron supartieia pmvocondo, .n consecuencia, bajos prasiamr sobra l a s u b - rosante ( Raf. I C P P . 1 9 7 0

Cargo i p r t

Q carpa (sobre el p i s t h )

minuto

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Cobre carga 15-10 l b 1

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ENSAYO C B.R.

(ASTM 01883-78)

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FACTORES n P o DE

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DE C O R R E C C I O N

Coni.nido 5-10

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3 E HUMEDAD

POR C O N T E N I D O

d e h u n a d o d a l momento d.1 anaoyo,

1

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MODULO

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F a c t o r de corrascron s l w del ansayo F a c t o r da i o r r a c c t o n JIW espectado

DE R E A C C I O N 3E L A SUB-RASANTF " K "

C O R R E S P O N D E N C I A E N T R E ENSAYO D E P U N Z A M I E N T O i C 8 R ) Y E L DE P L A C A i K ) A P L I C A B L E S A P A V I M E N T O S F L E X I S L E S Y SIGIDOS

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FLEXIBLE. Aqiomw&

ar(óitic0 *>&o

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1.3

Componentes Estructurales de un Pavimento

Como se ha dicho en 1 . 7 , un pavimento puede estar constituido por una o vanas capas, construidas sucesivamente sobre la porción supenor del terreno en corte o relleno, que ha sido nivelada, pefilada y compactada. quedando lista para soportarlo. Esra porción supenor de sueio tratado in-situ, se conoce en nuestro medio como sub-rasante y como sub-rasante especial cuando se trata de un material de préstamo colocado en la parte superior de la obra basrca (Ref 1). La AASHTO (Ref 2). denomina a ésta capa como material seleccionado. llamando

sub-rasante a la línea que separa a ésta porción de suelo, del pavimento propiamente dicho. Un pavimento está pues constituido de abajo hacia amba, por las siguientes capas:

-

Sub-base, que tiene una función primaria de protección (drenante y anticontaminante) de la base en un pavimento flexible o de las losas en un pavimento rígido; y una función secundaria resistente principalmente en el caso de los pavimentos flexibles, pudiendo ser granular o estabilizada.

- Base, que es el principal elemento estructural en los pavimentos

flexibles y que en los pavimentos rigidos puede reemplazar a la Sub-base, pudiendo ser de agregados aglomerados con asfalto (como en el caso de las Bases Negras y Estabilizadas), de agregados aglomerados con cemento Portland (como en el caso de las bases estabilizadas con cemento, o las bases de Concreto Compactado con Rodillo); o de suelos sin aglomerar como en el caso de las Bases de Grava; y

- Capa de Desgaste o SupeMcie de Rodadum, que es la capa

mas superficial, que estará en contacio con las solicitaciones y tiene como funcibn principal el proporcionar una superficie suave al deslizamiento y resistente al desgaste. En el caso de los pavimentos rigidos, constituye además el principal elemento estructural.

En lo que sigue se tratará acerca de cada una de las capas que conforman los pavimentos, incluyendo ademds al suelo de fundaci6n y a la sub-rasante. 1.3.1 Suelo de Fundación

En teminos generales, es el terreno conformado por suelo, roca. o mezclas de ambos, en corte, relleno, o en corte y relleno compensados. cuya porción superior nivelada, perfilada y compactada. sirve de soporte al pavimento. Los suelos de fundación en corte pueden encontrarse en la naturaleza en bancos uniformes de suelos granulares. cohesivos o intermedios. como:

gravas aluviales con boloneria y limos en las tenazas de los rios, zonas de huaycos o torrenteras y abanicos aluviales; gravas arenosas fluviales, redondeadas y con cantos rodados en los lechos de los rios; c) gravas areno-limosas coluviales y angulosas al pie de taludes de escombros; d) arenas finas uniformes en los depositos eólicos o de playa; e) arclllas uniformes en los depositos lacustres de la sierra o suelos latenticos de la selva; f j tufos volcánrcos; o g) turbas cerca a las lagunas y jagos de la sierra y en los "aguajales" de ía sefva Sin embargo, lo mas probable es encontrar a los suelos de fundación en bancos heterogeneos de mezclas de suelos en proporciones infinitamente variadas. Este Último también es el caso de los suelos en relleno, conocidos como terraplenes. Cuando el caso sea que a{ efectuar b s M e s , se encuentren perfrones o kchos de roca, el MTCVC recomienda que sean rotos o removrdos hasta una ptofunüidad de 0.30 m por debajo del nivel de subrasante. Sólo se emplean rellenos de roca en la parte inferior de los terraplenes, lo que exige un tratamiento adecuado de las oquedades y vacios y un procedimiento apropiado de compactación (ver 3.4.3-E). El espesor máximo de las capas de rellenos rocosos no será mayor que el mayor tamaño de la bolonería y en ningún caso mayor de 1.0 mt. Las Especificaciones para Construcción .de Carreteras del MTCVC (Ref. l ) , recomienda que el material empleado en la conformación del relleno, no deberá contener tocones ni resto vegetal alguno, debiendo estar exento de materia orgánica, debido a que esto dificulta las labores de compactación y ocasiona posteriores problemas de asentamientos diferenciales por descomposición de la materia orgánica. Otra recomendación importante del MTCVC, está referida al trabajo previo de limpieza y roce que hay que ejecutar sobre el área de terreno donde se va a construir .el terrapldn, eliminando toda materia orgánica y escarificando/a en una profundidad no menor de 10 cms. para que se produzca una mejor adherencia con el material nuevo. Si no esta indicado de otra manera en los planos o en los pliegos especiales, el MTCVC especifica que el material del terraplén debe compactarse a una densidad de por lo menos el 90% de la máxima densidad obtenida por el Método de AASHTO T180 (Proctor Modificado).

La especificación estandar AASHTO M57-80 (1990), indica que los materiales clasificados como A-1 (fragmentos de piedras, grava y arena), A-2-4 (gravas y arenas lim-sas), A-2-5 (gravas y arenas arcillosas) ó A-3 (arenas finas), deben ser , ;ados como rellenos en terraplenes cuando estén disponibles, debiendo en Bste caso ser compactados a no menos d e l 95% de la Máxima Densidad AASHTO T99 (Proctor Estandar); pudiendo en ausencia de ellos, usarse los materiales que clqsifican como A-2-6 (gravas y arenas arcillosas), A-2-7 jidem al anterior), A-4 (limos), A-5 (limos arcillosos), A-6 ó A-7 (arcillas), debiendo en ese caso ser compactados a no menos del 95% de la Máxima Densidad y dentro d e dos puntos porcentuales del bptimo contenido de humedad, según AASHTO T99 (Proctor Esbndar). La noma AASHTO M57-80 (1990) perrñite en todo caso especificar la compactación en terminos de Proctor Modificado (AASHTO TlbO), siempre que la densidad resultante y el óptimo contenido de humedad, sean comparables con AASHTO T99 (Pioctor Estandar) bajo las condiciones indicadas anteriormente. En la figura 7.3.1 se acompaña una relación entre los pesos volumetricos maximo estandar y modificado para diferentes tipos de suelos. Muchas causas de falla de los pavimentos se encuentran en el Suelo d e Fundación pese a que la influencia de las solicitaciones no siempre llegan a afectarlo directamente, de allí la importancia de conocer con suficiente anticipación su' naturaleza, su origen geológico y su comportamiento mecánico mediante los correspondientes Estudios Geotecnicos.

Es la porción superior del suelo de fundación, que ha sido nivelada, perfilada y compactada y que servirá de apoyo a las dEferentes capas del pavimento. En lo que respecta a su calidad, las Especificaciones del MTCVC distinguen dos grupos de materiales: a) Para sub-rasante: cualquier tipo de suelo exceptuando materiales blandos e inestables que no sean factibles de compactar, pedrones y lechos de roca; y b) Para sub-rasante especial: cualquier suelo que cumpla una de las gradaciones siguientes y que además consista de particulas duras y

P r u e b a s de eompactoc~bnen el laboratorio

Firbra

1

:.:

RELACION ENTRE E L PESOVOLUYHRICO SECO Y A X I Y O ESTANDAR

Y E L CORRESPONDIENTE A LA PRUEBA YODIFICADA, E N %

durables de escorias, piedras o gravas tamizadas o trituradas, libres de resíduos vegetales, grumos o temnes de arcilla:

TABLA 1.3.2

,

Malla

3" 1 112" 1" No4 N" 200

% en peso que pasa por tamices de abertura cuadrada Gradacion C B A

-

1O0

-

1O0

-

30-70 0-1 5

30-70 0-1 5

1o0 40-80 5-20

La porción del material que pase la malla No 40 deberá tener un I.P. no mayor de 6%. Dependiendo del volumen del tráfico, el MTCVC recomienda que su espesor compactado vane entre: C

6" a 12" (15 cms a 30 cms) para tráfico ligero; 12" a 18" (30 cms a 45 cms) para tráfico mediano; y 18" a 24" (45 cms a 60 cms) para tráfico pesado.

La capacidad de soporte de la sub-rasante se mide con el CBR (Califomia Beanng Ratio o Relación Soporte de Califomia - Normz AASHTO T193-81) para el caso de los pavimentos flexibles: y con &I Modulo "k" de Reacción de la Sub-rasante (o Coeficiente de Balasto AASHTO T 221-90) para el caso de los pavimentos rigidos (Figura 1.2.b). .Una Sub-rasante puede ser de buena, regular o mala calidad según que su CBR esté comprendido entre 60% y 700%, 10% y 60% ó 0% y lo%, respectivamente. Si la Sub-rasante es buena. puede sefvrr de apoyo directamente a la Superficie de Rodadura; SI es mala, conviene estudiar la posibilidad de reemplazarla o estabilizarla con materiales de melar calidad (Ver 3.2 y 3.3).

i

En lo que respecta al grado de compactación de las Sub-rasantes, el MTCVC especifica un mínimo del 95% de su Maxima Densidad Seca Proctor Modificado (AASHTO T18O) cuando el suelo es granular y tiene un máximo de 10% que pasa la malla No 200, con un lndice de Plastícidad de 6% ó menos. Cuando el suelo es limoso, limo-arenoso o arcilloso, con lndice Plástico mayor de 10%, el MTCVC especifica un mínimo del 95% de su Máxima densidad Seca Proctor Estandar (AASHTO T99), recomendando que durante la compactaci6n no se exceda el Optimo Contenido de Humedad en mas de 2%. La Especificación Estandar AASHTO M 57-80 (7990). especifica que 10s matenales que clasifican como A-1 (gravas), A-2-4, A-2-5 (arenas) 6 A-3 (limos), deben ser usados como sub-rasante cuando estén disponibles, debiendo compactarse a no menos del 95% de su Máxima densidad Seca AASHTO T99. Los matenales que clasifican como A-26, A-2-7 (arenas), A-4 (limos), A-5, A-6 6 A-7 (arcillas), pueden ser usados si son compactados en la profundidad especificada a no menos del 95% de su Máxima Densidad AASHTO T99 y dentro de dos puntos porcentuales de su Optimo Contenido de Humedad. La Sub-rasante es de vital importancia en la permanencia de los pavimentos y muchas causas de falla se encuentran en ella, por tal motivo debe ponerse especial cuidado en su selección, tratamiento y compactación. En el item 3.3 se tratará con mayor profundidad dste Último punto, por ahora bástenos llamar la atención en el cuidado que deberá ponerse en la ejecución de los rellenos en zanjas para las redes de agua, desague y electricidad en las obras de habilitación urbana o en las obras de arte de las carreteras, pues al momento de compactar las capas superiores se pueden producir roturas en las tuberias que mas adelante se verán reflejadas en las capas superiores.

Es un material de préstamo que se colcca entre la Sub-rasante y la Base en un pavimento flexible o entre la Sub-rasante y las losas en un pavinento rigido. para cumplir !a función de capa drenante, anticontaminante y/o resistente. Como capa drenante para facilitar la evacuación lateral de las aguas provenientes del nivel freático, de aniecos, o de infiltración a través de las juntas en d caso de un pavimento rígido. Como anticontaminante. para impedir el arrastre de r7nos de la sub-rasante hacia la base. para impedir que las gravas y piearas de la base se introduzcan en una sub-wsante blanda, para

minimizar el efecto dañino por causa de las heladas o por arcillas expansivas, o para evitar que las losas en un pavimento rígido se vean atacadas quimicamente por aguas o suelos agresivos al concreto de cemento Portland. Y como capa resistente en un pavimento flexible en función de su espesor y de su "Coeficiente de Resistencia Relativa" (ver 2.2). En un pavimento ngido su contribución a la resistencia del conjunto es mínima (ver figura 1.3.3), teniendo mas bien por funci6n adicional el distribuir &re la sub-rasante las cargas recibidas de las losas de manera unifeme y con valores aceptados por ella, así como prevenir la migración de fines de la sub-rasante hacia la rasante a través de las juntas en el conocido fenómeno del bombeo (pumping). Según el MTCVC, la sub-base puede ser seleccionada o granular. La sub-base seleccionada es una capa de material con los limites de gradaci6n cie una arena para concreto (AASHTO M 6-67 y Tabla 1.3.3.a) que va ubicada entre la sub-rasante y la sub-base granular y ti,Dne como función primordial la de capa anticontaminante. Las "Especificiciones para Construcción de Carreteras" del MTCVC, también perm'ten SU?. bases seleccionadas de materiales de relaves (rrsiclucs de 1d !7otación de minerales), siempre que no sean plásticos. El vaicr CSR c3racferístico d e la sub-base seleccionada es de 15% Ó mas y su a'ensidad compactada no será inferior al 95% de la máxima densidad Proctor Modificado (AASHTO T-180). La sub-base granular es como su nombre lo indica, un material libre de terrones de arcilla o material orgánico, con una granulometría que cumpla con cualquiera de los requisitos de gradación A, B, C, ó D de la Tabla 1.3.3.b.,con un tamaijo máximo de 0.10 m ó 2/3 del espesor de la capa (0.10 m Ó 0.15 m de espesor compac!ado), Es importante relievar que el MTCVC deja a criterio del Ingeniero la autorización para el empleo de piedras que se puedan quebrar durante el mezclado, rodillado o nivelado. Su Limite Líquido deberá ser menor de 25%, su lndice de Plasticidad menor de 6%, su Equivalente de Arena mayor a 25% y su CBR, mayor de 30%. El grado de compac:ación al que se debe llevar la Sub-base Granular debe ser por lo menos el 100% de su Maxima Densídad Seca Teórica Proctor ModHcado. La "Especificación Estandar para Materiales Granulares para Convolar el Bombeo bajo Pavimentos de Concreto" AASHTO M 15587, recomienda el uso de matenales granulares compuestos de arena, arena con grava. pledra chancada, escorias chancadas o granulares. o combinaciones de esos materiales, de tal manera que su tamaño naxrmo no sea mayor de 113 del espesor de la sub-base, que el porcentaje máximo pasante la malla No 200 sea de 15%, que su Limite ~ í q u i d 8 máximo sea de 25% y su lndice de Plashcidad de 6 % como máximo. No

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-

TABLA 1.3.3.a. CARACTERISTICAS DE LAS SUB-BASES SELECCIONADAS (CAPA ANTICONTAMINANTE) SEGUN EL MTCVC Tamaño de la Malla (abertura cuadrada)

Porcentaje en Peso que Pasa

'

1O0 95-1O0 45-80 10-30 2-10

¡

318 pulg. No.4 (4.76 mm) No. 16 (1.18 mm) No. 50 (300 pm) No. 100 (150 pm)

1

i

TABLA 1.3.3.b. CARACTERISTICAS DE LOS MATERIALES GRANULARES PARA SUB-BASES Y BASES GRANULARES SEGUN EL MTCVC Tamaño de la Malla (abertura cuadrada)

PORCENTAJE EN PESO QUE PASA TIPO I

A

\ ;

j

Gradación / B I C

j 1 l

D

2 pulg. 1 pulg. 318 pulg. No. 4 (4.76 rnm) W . 10 (2.00 mm) W f 4 0 (0.420 rnm) No. 200 (0.074 mm)

se especifican limites para la gl.adaciór permitiéndose en camba el empleo de materiales con porcentajes pasantes la malla No 200, Limites Liquidos o lndices Plasticos, mayores a los indicados, siempre

!

que se use un método de estabilización que haya sido comprobado localmente. La "Gpecificación Estandar para Materiales de Agregados y Suelo-Agregado para Sub-bases, Bases y Capas Superficiales" AASHTO M147-65 (1990) (o "Especiticación Estandar para Materiales de Suelo-Agregado para Sub-bases, Bases y Capas Superficiales" ASTM D 1241-68, con las atingencias que se explican mas adelante), permiten utilizar como material de Sub-bases de suelo-agregado, a cualquiera que cumpla con las granulometnas indicadas en la Tabla 1 . 3 . 3 . ~debiendo además debera verificarse que la fracción gruesa (retenida en la malla NO lo), deberá consistir de particulas duras y durables o fragmentos de piedra grava o escoria, que no se quiebren o rompan cuando son sometidos a ciclos alternos de hielo-deshielo. El porcentaje de desgaste en el Ensayo Los Angeles no deberá ser mayor de 50%, permitiéndose a juicio del Ingeniero valores mayores o menores, dependientes de la disponibilidad de materiales. La fracción fina (pasante la malla No 10) consistirá de arenas naturales o trituradas y la fracción que pasa la malla No 200 no sera mayor a los dos tercios de la fracción que pasa la malla No 40. El Limite Líquido no será mayor de 25% y el lndice de Plasticidad no mayor de 6%. Complementariamente se estima pertinente hacer referencia a la "Especificación Estandar para Materiales de Agregados Gradados para Bases y Sub-bases para Carreteras y Aeropuertos", designacidn 02940-74 (Reaprobada en 1979) de la ASTM. Esta especificación cubre a las mezclas de agregados de calidad controlada que cuando son transpodados. adecuadamente esparcidos y compactados sobre un terreno preparado a estandares apropiados de densidad, puede esperarse que provean de una estabilidad adecuada para su empleo ccmo bases o sub-bases de carreteras o aeropuertos. Sus requerimientos de gradación se dán en la Tabla 1.3.3.d.Allí se aprecia que son similares a los de la gradación B de las otras especificaciones excepto por su contenido de finos que pasan la malla No 200, que son menores. Los agregados gruesos (retenidos en la malla No 4) deberán consis::r de prt!'culas durables de piedra chancada, grava o escoria capáz Ce scportar los rfecfos de nanipuleo, esparcido y compac,+ación sir: degradación como c o r ~ ~ c u e n c i ade los finos deletereos. De las particulas retenidas en la malla de 3/8", por lo menos el 75% debera tener una o mas caras fracturadas. Los agregados finos (que pasan la malla No 4): deberán normalmente cons;st~rde matefiales resultantes de las cceraciones de rhancado de los agregados gruesos.

TABLA 1.3.3.c. REQUERIMIENTOS DE GRADACION DE LOS MATERIALES DE BASE Y SUB-BASE DE SUELO-AGREGADO SEGUN AASHTO M 147-65 (1990) y ASTM D I241-68

-

Tamafio de% Malla (abertura cuadrada)

PORCENTAJE E N PESO QUE PASA

1 A

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Gradación

B

/ C

ID

1

E

I F

\ /

100 100 75-95 100 100 100 30-65 40-75 50-85 60-100 25-55 30-60 35-65 50-85 55-100 70-100 15+0 20-45 25-50 40-70 40-1 00 55-100 8-20 15-30 1 15-30 25-45 20-50 30-70 8-25 5 20 , 5-15 5-20 6-20 2-8 1 (5-15)' (8-15)1(6-15) (8-15) , Los numeros entre paréntesis indican los porcentajes que pasan la malla No 200 de las respectivas gradaciones en la norma ASTM D 1241. Corresponden a los porcentajes respectivos de las especificaciones del MTCVC 2 pulg. 1 pulg. 318 p ~ l g . No. 4 (4.76 mm) No. 10 (2.00 mm) No.40 (0.420 mm) No. 200 (0.074 mm)

100

-

arenas naturales o materiales minerales finos. La fracción de la mezcla final que pase la malla No 200 no deberá exceder de la fracción que pase la malla No 30. La fracción que pase la malla NO 40 deberá tener un Límite Liquido no mayor de 25% y un lndice de Plasticidad no mayor de 4%. El Equivalente de Arena del agregado fino no será inferior a 35. Donde se requiera prevenir el h~nchamientopor helada. el I.P. será no mayor de 6% y el Equivalente de Arena mínimo de 30%. Como se puede apreciar, existe cierta similitud entre las especificaciones del MTCVC, las de la AASHTO y las de la ASTM. debiendo resaltarse las siguientes diferencias: a) Las especificaciones del MTCVC para sub-base seleccionada caen parcialmente dentro de las especificaciones AASHTO M 147, gradación E, excepto por el límite inferior de los materiales pasantes la malla N o 40 que es menor.

TABLA 1.3.3.d.

REIIL'EKiMIEiITCS DE t i i i A C n ¿ ' 9 f d PARA MEZCLAS FINALES DE SUB-BASES SEGLiN ASTM D 2940-74 (R WPROSADA EN 1973)

Tamafio de la Malla (abertura cuadrada)

Rango de Diseño 'i Tolerancia % en peso q' pasa ?h en peso q' pasa

/

2 pulg (50 mm) 1 % pulg (37.5 mm) % pulg (19.0 mm) 3i8 pulg (9.5 mm) No. 4 (4.75 pm) No. 30 (600 pm) No. 200 (75 pm)

La fórmuia de mezcla en obra deberá ser seleccionada teniendo en cuer,!a la disconibiiidad de los materiales y los requerimientos de servicio del proyec!o. Las tolerancias de mezcla en obra pueden permitir ia aceptación de ensayos fuera del rango de diseño. " Ce!erminado mediante tamizado por vía húmeda. Donde las cor,aic:ones amkientaies locales (temperatura y humedad libre) inaiquen o r e con el cbjero de prevenir la acción de las heladas es necesario tener pcícentajes mas bajos que pasen la malla No 200. estcs deberir, osceciiicarse. Como precaución, se recomienda Lin limite máximo de 296 en peso para :a porción inferior a 20 um.

DI i a s espec;í~cac;onesdel MTCVC para sub-base granuiar conc;aen con las escer:ficac:ones ASTIW D 7241, gradac:ones A, B C j D i/ amoas ulceren de las especificac~ones AASHTO {M 147 en los pcrcrr;:sjes pasantes :a malla No 200 para las gradacicnes 5 j G ;ver --L.p

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4

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c) La escec:ficac~6n ASTM 2940 conelaciona bastante bien zsn ia graa'ación 8 de ias especificaciones MTCVC, AASHTO M 747 y ASTM C 124: excecro por su contenido de finos, que es menor.

d) La especifícación ASTM D 1241 permite el uso de mezclas de suelos naturales y agregados, mientras que la D 2940 sólo permite el uso de agregados ae calidad controlada, por eso ésta última incluye margenes de tolerancia, que no toma en cuenta la otra. Como referencia, se mencionan las Especifícaciones para Obras de Carreteras del Departamento de Transportes del Reino Unido (parte 3, clausulas 801-804), que como en el caso de las especificaciones dei MTCVC, considera tambibn dos tipos de sub-bases (Tabla 1.3.3.e). Ce ellas, la sub-base Tipo 1 (aproximadamente parecida a la especificacidn de sub-base según ASTM D2940), consistente de piedra chancada y materiales no plasticos con características drenantes, se acostumbra a usar en los 20 cm superiores y la sub-base Tipo 2 de arenas y gravas naturales con un /.P. máximo de 6%, debajo. En suelos debiles (CBR<2%j, la norma británica recomienda usar geotextiles debajo de la sub-base.

TABLA 1.3.3.e. LIMITES DE GRADACION PARA SUB-BASES TIPOS 1 Y 2 SEGUN DEPARTAMENTO DE TRANSPORTES DEL REINO UNIDO (1992)

( l

Malla BS

1

Porcentaje en peso que pasa Tipo 1 Tipo 2

I

Finalmente, debe mencionarse que la Guia AASHTO para el Diseiio de Estructuras de Pavimenk= (Ref. 31, recomienda compactar las sub-bases de agregados no tratados á poi lo menos el 95% de la máxima densidad de laboratorio AASHTO T Id0 Método D.

1.3.4 Base

Es el principal elementcj estructural de un pávimento flexible y puede ser: tratada (con cemento, cal, asfalto o cualquier otro producto para un fin especifico), o sin tratar (como las gravas de río, los suelos coluviales o la piedra chancada). En un pavimento flexible va colocada sobre la sub-rasante o subbase y debajo de la superficie de rodadura. En un pavimento rígido se coloca debajo de las losas de concreto de cemento Portland y tiene las mismas características y funciones que la sub-base, por eso muchas veces se la denomina indistintamente con uno u otro nombre. En lo que respecta a sus características, el MTCVC especrfica materiales de grava o piedra, libres de material vegetal y tierra, fracturados en forma natural o artificial, de particulas duras y durables y finos. que cumplan con cualquiera de los requisitos de granulometria dados en la Tabla 1.3.3.b, de tal manera que no menos del 50% en peso de las particulas del agregado grueso (retenido en la maila Na 4), deberá tener por lo menos una cara fracturada. La porción que pasa la maila No. 40 deberá tener un Límite Líquido no mayor de 25 % y un lndice de Plasticidad no mayor de 6%. Si la base va a quedar descubierta (o no va a ser cubierta con una superficie bituminosa, lo que se conoce en nuestro medio como "Afirmado"), su Límite Líquido sera no mayor de 35% y su lndice de Plasticidad deberá estar entre 4 y 9% (Es importante hacer notar que las especificaciones de la AASHTO no toman en cuenta la posibilidad de una base sin recubrimiento superiicial). Su CBR deberá estár comprendido entre 80% y 100%, dependiendo de si el tráfico es ligero, o mediano y pesado respectivamente. De mismo modo, su Equivalente de Arena estará comprendido entre 36.6 y 50% y su Porcentaje de Desgaste medido con la Máquina í o s Angeles. debera ser menor de 50%. Su grado de compac!ación no será menor del 1CO% Ue su Máxinia Densidad Seca Teórica Proctor Modificado. La "Espec~ficacion Estandar para Matenales de Agregados y Suelo-Agregado para Sub-bases, Bases y Canas Sucenic;ales ' AASHTO desrgnaclon M147-65 (7990) y 'La es--aficac~¿n Esrancar para Materiales de Suelo-Agregado para Sub-bases Bases y Canas Superfioales' ASTM D 1241-68 recom~endanque /as Sases ccnfcr,rron cuaíquiera de las granulometrias dadas en 4 T ~ o i a1 3 3 c y ccn carac:errst~cas similares a las de las sitb-oases 13r otro ado a 'C ks,,clficac + . o on Estandar para Materiales de kcregacvs S~adadrs7 7 í a

Bases o Sub-bases para Carreteras y Aeropuertos" ASTM D 2940-74, especifica la granulometría que se dá en la Tabla 1.3.4.a. y con las mismas caracteristicas a las indicadas para el caso de las sub-bases (Tabla 1.3.3.d): TABLA 1.3.4.a REQUERIMIENTOS DE GRADACION PARA MEZCLAS FINALES DE BASES SEGUN ASTM D 2940-74 (REAPROBADA EN 1979) Tarnaiio de la Malla Rango de Disefib Tolerancia (aberiura cuadrada) % en peso q' pasa % en peso q' pasa

2 pulg (50 mm) 1 % pulg (37.5 mm

% pulg (19.0 mm) 318 pulg (9.5 mm) No. 4 (4.75 pm) No.30 (600 pm) No.200 (75 pm)

1O0 95-100 70-92 50-70 32-55 12-25 0-8"

- 2

-+ 5 -+ 8 -+ 8

-+ 8 +5

.-+ 3

La fómula de mezcla en obra deberd ser seleccionada tenendo en cuenta la disponibilidad de los materiales y los requerimientos de servicio del proyecto. Las tolerancias de mezcla en obra pueden permitir la aceptación de ensayos fuera del rango de diseno. * Determinado mediante tamizado por vía húmeda. Donde las condiciones ambientales locales (temperatura y humedad libre) indiquen que con el objeto de prevenir la acción de las heladas es necesario tener porcentajes mas bajos que pasen la malla No 200, estos deberán especificarse. Como precausión, se recomienda un limite máximo de396 en peso para la porción inferior a 20 pm

En éste caso como en el de la sub-base, existe cierta similitud entre las especificaciones del MTCVC, las de la AASHTO y las de la ASTM, debiendo resaltarse las siguientes diferencias: ' a) Las especificaciones del MTCVC coinciden con las especificaciones ASTM D 1241 y AASHTO M 147, gradaciones A, B, C y D, exceptqpor

los porcentajes pasantes la maíra No 200 para las gradaciones B y D de la especifiCación'AASHT0 id 147 , . - Tabla 1.3.3.c). b) De las dos especificaciones ASTM, la 01241 permite el uso de mezclas de suelos naturales y agregados, mientras que la 02940 sólo permite el uso de agregados de calidad controlada, por eso ésta última incluye margenes de tolerancia, que no toma en cuenta la otra. c) La especificación del MTCVC y la especficación ASTM O 2940 para bases de agregados, consideran a la malla NO 4 como Iímite entm los agregados gruesos y finos, mientras que las especificaciones ASTM D 1241 y AASHTO M 147 para mezclas de suelo-agregado, consideran a ese límite en la malla N" 10.

E

'I

Én lo que respecta al empleo de bases estabilizadas, la Japan Road Association especifica el empleo de bases estabilizadas mecánicamente, con bitumen, con cemento o con cal (Tabla 1.3.4.b). Dentro de los requisitos mas relevantes está el tamaAo máximo de las particulas, el cual no deberá ser mayor de la mitad del espesor de la capa y en ningún caso mayor de 40 mm. En una estabilización mecánica, el espesor de las capas compactadas deberá ser de 15 cms. como máximo. En una estabilización con cemento o con cal, el espesor de la capa compactada está normalmente entre 18 y 20 cms., no siendo recomendable la compactación de capas menores de 10 cms. En el caso de ¡as estabilizaciones bitominosas. se pueden emplear cementos asfdlticos, cut-backs o asfaltos emulsronados (ver 7.3 5). Cuando se emplean cementos asfált~cosen pavrmentos con elevados volumenes de tránsito, comunmente se utilizan penetraciones de 60 a 80 o de 80 a 100 (ver Tabla 1.3.5.a).

Es imporiante resaltar que una Base estabilizada con bitumen, una capa de Binder y una carpeta asfáltica. tienen diferentes proporciones j/ caracteristicas de materiales y procedimientos crnstructivos. 1.3.5 Capa de Desgaste o Superficie de Rodadura

Es la capa mas superficial de un pavimento. Está constituida por una rnezcia íntima de agregados gruesos y finos y un aglomerante. que en el caso de los pavimentos asfálticos puede ser cemento asfáltico, asfalto líquido (ver Figura 1.3.5.a y Tabla 1.3.5.a)o emulsiones asfalticas (ver Figura 7.3.5.b y Tabla 1 . 3 . W y en el caso de los pavimentos de concreto es el cemento Portland. En cualquiera de los dos casos es posible el uso de aditivos.

TABLA 1.3.4.b. REQUERIMIENTOS DE CALIDAD PARA MATERIALES DE BASE ESTABILIZADA SEGUN LA JRA

i!

Método de Construcción

/

Estabilización

-

1 / /

80

4 6 mas

-

l

um ;l.Z ;1t En caliente E n Frio Estabilización con cemento Esta biiización con cal

9 6 mas 9 6 mas

20

9 6 mas

-

30(7dias) 1 i

20

6-1 8

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1/

Estabilización Mecdnica con escoria hidraul.

I

80

-

1

12 (14 d)

El CBR Modificado se determina según JIS A 1211 para tres grupos de especimenes compactados a 92, 42 y 17 golpeslcapa. El Optimo Contenido de Humedad se determina para 92 golpes lcapa en tres capas.

A diferencia de la base asfáltica ó Binder que si cump!e una función estructural en un pavhiento asfáltico, la Capa de Desgaste o Superiicie d e Rodadura. sirve para proteger a !as capas inferiores del pavimento contra el desgaste, :ornar los es::; .?os cort3ntes generados por las carr;as del tráfico. proporcionar una super7ciL no deslizante. mas Sien suave al deslizam~ento y confortable al transito y para prevenir !a ,senelraciijn de agua hac:a las cacas :.it?rrores del pavimento.

En un pavimento rígido, la capa de desgaste o superfície de rodadura es además el principal elemento estructural.

Es importante relievar los casos de los Tratamientos Asfálticos Superficiales (Figura 1.3.5.a) y de los Macadam Asfalticos por Penetración (Figura 7.3.5.b). en que no se trata propiamente de mezclas, sinó más bien de la introducción de los agregados por inmersión en una película de asfalto Iíquido previamente colocada sobre la base, en el primer caso; y del vertido de asfalto líquido a través de una camada de piedras previamente colocada, en el segundo. Para todos los pavimentos asfalticos, la superficie de rodadura se coloca sobre la base imprimada con un riego asfáltico tipo cut-back de curado medio o rápido denominado Capa de Imprimación. a un régimen comprendido entre 0.2 y 0.6 galones por metro cuadrado dependiendo de si la superficie a imprimar esta mas "abierta" o mas "cerrada".

TABLA 1.3.5.a INSPECCIONES Y ESPECIFICACIONES DE LOS ASFALTOS PARA PAVlMENTACiON COMERClALlZADOS POR PETROLEOS DEL PERU

(+) Pruebas de Residuo de Deatilauon (A) A 60. C ($) TAG copa abiena (') Para apilcacionea en costa y sierra, se debe wmolir minimo 10 cm

REQUERIMIENTOS GENERALES 4 - El asfalto liquido debe presentar un aspecto nomoqeneo y sin gnrmos antes de ser usado y no debe formar esourna cLando se callente a 'a temperatura de apllcauon 2 - -0s cementos asialticcs deben ser hornogeneal libres de agua y no deben formar espuma cuando son calentados . a la temoeratira de apiicauon de 175 T FCRMUUCION 1 LOS asfaltos Iiouidos son mezclas de base asfaltica 851100 PEY y Naíia en proporcion tal que se obtenga unasfalto fluidificado que cumpla las esoeuficaciones consideradas

-

&

ENSAYOS SOBRE LOS C E M E N T O S ASPA-

,

+

7m

Dureza Consistencia o relatzva de cementos asfálticos.

lETUN ASFALTICO

n .F

OS

q

UT~N

ALTKO

n+w-c)

Enupmrnul6pwdbn. ( A A S H M T-49-89, ASTM D-5-36)

Ductilidad: longitud (L! h a s t a l a que un m a t e r i a l bituminoso pciede elongarse a n t e s de Los cementos asfáitlcos Ductiles tienen mejores propiedades aqlomerantes. Los muy ductiles son más susceptibles ñ los c m bios de temperatura.

Ve! ocidad de el onga c i ó n : 50 ~ e m ~ e r a t u r a : - 2 52 0.5"C

b r o d. dusdlldd CAASHTO T-jl-e9, ASTM D 113-79)

Tiene por o b j e t o determinar el estado de f l u i d é z d e 10s a s f a l t o s a l a s temperaturas durante su a p l i c a c i ó n . La base del ensayo e s l a medida del tiempo n e c e s a r i o Po r a que fluya un v0lÚInen Con: t a n t e de material bajo condi ciones de ensayo p r e - e s t a b l e cidas como: temperatura Y a l tura de l r a u i d o .

,

Indica la temperatura a Que puede calentarse e l r a t e r i a l s i n peligro de inflamación en presencia de llama l i b r e . Punto de llama: temperatura a la oue se desprenden vaoor e s suficientes para proauc i r una llamarada repentina. Punto de Fuego: Terperatura a la que e l material arde.

ENSAYOS SOBRE ASFALTOS LIQCIDOS

S i v i l a r a¡ anterior

O

-

VA1

-

VAD x VA1

100

de ación

Para determinar l a s proporclo'iies r c l a t i vas de ccnu5ntoasfált i c 0 y s o l v e n t e en l o s asfaltos líquid o s . a s í como l a s cantidades de solve; t e que d e s t i l a n a d i f e r e n t e s temperatu-. r a s (velocidad de ;c rado)

.

~~

b y 0 d. (AASH'N T

78-90, ASTM D 402-76 (1982))

ENSAYOS SOBRE ASFALTOS EMULSIFICADOS

Ensayo de Cugi de P l f l i c S

Se hace para i d e n t i f i c a r emul siones c a t i onicas. Se sumergen un ánodo Y un cátodo d e n t r o de una muestra de emulsión, haci endo ci rcul ar una cor r i e n t e e n t r e el l a s . Después de un p e r í d o de tiempo s e observan 1os e l e c t r o d o s . Las emul s i o nes catodicas migrarán hacia e l cátodo.

Tapón de

.

d

..U

'L.'

Ensayo de Rotación (MSHTO T 50. A S M D 139)

Se d e t e m i n a e l ttempo necesario para oue el a y a pase a t r a v é s del tapón

I N S I A L A C I O N MEZCLADOIU C O N T I N U A

Agrrgidor Frior

\

n

Colector de Polvo

Unidid de Control dc Ii Grinulomerni

INSTALACION MEZCLADORA DlSCONTlNUA

Alniicenimicolo y Aliinciilicidn da Agregudon Frior

Secador

\

dc Polvo

\

Pcrido

dc AshllO

2.0

PAVIMENTOS FLEXIBLES Y PAVIMENTOS RlGlDOS

2.1

Generalidades

Frecuentemente nos encontramos frente a la disyuntiva entre ambos tipos de pavimentos y generalmente optamos por el de menor costo inicial. No obstante, la elección por ese concepto o por "solución de continuidad" con los pavimentos circundantes, no es siempre la mas acertada, pues normalmente se dejan de lado aspectos tan importantes como los costos de mantenimiento y de operación, la vida de servicio, o los requerimientos propios de una necesidad. Esa disyuntiva que resulta frecuente en el caso de los pavimentos urbanos, no lo es tanto en el caso de los pavimentos de carreteras, donde por lo menos en nuestro país y hasta el momento de escribir estas lineas, prácticamente existe exclusividad de los pavimentos flexibles sobre los pavimentos rigidos. No obstante, se considera pertinente hacer una breve discusión sobre el tema, si se toma en cuenta que en otros paises, es cada vez mayor el número de carreteras y autopistas construidas con pavimentos rigidos, comenzando para ello por dar una idea cualitativa de los principales aspectos que deben toma-e en cuenta al momento de la elección. En la Tabla 2.1 se muestran algunas ventajas y desventajas relativas de cada tipo de pavimento. Allí es posible aprecfar en terminos relativos que dependiendo de la exigencia prevaleciente. existen ventajas de una y otra parte. Así por ejemplo, si el concepto prevaleciente es el costo inicial, como en el caso de una obra provisional, la ventaja corresponde al pavimento flexible; pero cuando se trata de obras definitivas se invierte la figura. Si tomamos en cuenta la disponibilidad de materiales, versatilidad de los equipos y conocimiento difundido de las tecnicas involucradas en la construcción de cada tipo de pavimento, veremos que los pavimentos rigidos tienen ventajas sobre los pavimentos flexibles. Si por otra parte, como ocurre en prácticamente toda la costa peruana, existen contenidos elevados de sulfatos en los suelos que pondrán en riesgo la durabilidad de los pavimentos de concreto de cemento portland, existe una ventaja evidente el construirlos del tipo asfaltico; hecho que se invierfe si. como en el caso de las estaciones de autoservicio el cn'terio prevaleciente es la resistencia a los combustibles. En lo que respecta al requerimiento de espesores, se ha empleado desde la Carretera Experimental AASHO el concepto de Número Estructural (ver 2.2), que favorece a los pavimentos rigidos sobre los pavimentos flexibles. sin embargo, el desarrollo de los Metodos Mecanisticos para el diseiio de

pavimentos está hvntiendo esa figura. Finalmente, la mayor refiectancia de los pavimentos ngidos les ha dado tradicionalmente ventajas sobre los pavimentos flexibles, sin embargo, e/ uso de agregados calcareos entre otros de coloración blanquesina, está disminuyendo esa desventaja. En resúmen, no es posible establecer a-priori, cual de los dos tipos de pavimentos es "el mejor" puesto que ello depende de una serie de factores que no son permanentes, sinó que fluctúan con las interrelaciones entre ellos y el desamllo de nuevos productos y tecnologias, todo lo cual requiere una evaluac¡on con criterio ingenien1 antes de tomar la decisión final.

TABLA 2.1 VENTAJAS Y DESVENTAJAS RELATIVAS ENTRE LOS PAVIMENTOS RlGlDOS Y FLEXIBLES ,

-- CONCEPTO

j/ 1

/

Costo inicial cm0 de mantenimiento Facilidad en la construccidn Resistencia al ataque por suffatos Resistencia a los combustibles Requerimiento de espesores Reflexión de la luz

.

/

,

1 RlGlDO

/

FLMIBLE

+

+

+ +

1

I

+

1

I 1

l

1

En lo que sigue se tocarán algunos de los puntos mencionados en la Tabla 2.1.

2.2

Costos En primer lugar es conveniente diferenciar entre costo y valor. Valor Presente segun el Instituto del Asfalto es ¡a cantidad de dinero que debería ser colocada aparte al lnlclo de la constr~c-.A" ~3 nroduc~r

junto con sus intereses, la cantidad de dinero requerida para la construcción inicial, así como para las actividades futuras. El Valor Presente depende pues del costo inicial de la construcción, de los costos previstos para las construcciones futuras incluidos sus respectivos intereses y del valor de rescate o valor final del pavimento. Se expresa de la siguiente manera: Valor Presente= A + Ei PWF,,, + E2 PWFn2+ .........+ EkPWFnk - S PWFn donde: A= costo inicial de construcción E,, E;,....Ek= costos de los recapados futuros u otras actividades mayores PWF,,, PWFn2.....PWFnk, PWFn= Factor de Valor Presente para un pago simple= 1 , 1 , etc (?+r)" (1+rln2 r- tasa de interés n= periodo de análisis n,, nz,.....nk= numero de allos después de la construcción, en que es realizado el trabajo futuro S= valor de rescate o valor terminal de la última sobrecapa u otra actividad sobre el pavimento. Esta basado en el supuesto de que la Última actividad debería extender la vida del pavimento mas allá del Periodo de Análisis.= (1-YIX)E,, donde: Y= número de años entre la última actividad de recapado y y el final del periodo de análisis X= vida de servicio estimada, en años, del último recapado o actividad. E,= costo de recapados futuros. P I hablar dei costo de un pavimento en cambio, se debe hablar de su costg anual, ei cual depende de su costo inicial, de su vida útil espectada o vida de servicio, y de su costo anual de mantenimiento como costos directos y de /os cos;os de cperación como costos indirectos o costos de los usuarios.

C S S T 2 ANUAL COSTO INICIAL PE N , ?AVlhilENTO = VIDA UTlL (AROS)

i

COSTO ANUAL DE MANTENIMIENTO

.

El costo inicial de un pavimento como el costo de cualquier otra obra de ingeniería involucra costos directos e indirectos. Los costos directos involucran los materiales, la mano de obra y los equipos que intervienen directamente en la elaboración del pavrmento. Los costos indirectos en cambio son todos aquellos que no intervienen directamente en la producción del pavimento, e involucran por ejemplo a la dirección y administración de la obra, construcción y operación del campamenfo, gastos generales y oficina técnica y de ingeniería.

La Vida Util es el tiempo medido en años durante el cual el pavimento presta servicio bajo mantenimiento, hasta que requiere una reconstrucc:on total. Hay al respecto variadas opiniones, la Federal Highway Administration por ejemplo en el caso de los pavimentos de carreteras, asigna vidas de servicio de 25 años a los pavimentos de concreto y de 15 años a los pavimentos de asfalto, mientras que a los pavimentos urbanos les asigna vidas útiles de 15 años para los pavimentos flexibles y de 30 a 50 años para los pavimentos rigidos. Por otro lado, algunas mediciones efectuadas por la Public Roads en agosto de 1971, demostraron que al comparar las !vidas utiles de pavimentos rigidos y flexibles, se obtenían promedios de 27 años para los primeros y 12 años para los segundos. En Brasil. algunos estudios de la DNER y la ABCP demostraron que es factible suponer una vida Útil para los pavimentos de concreto de 35 años. Con respecto a los costos anuales de mantenimiento, se ha comprobado que un pavimento flexible requiere una inversión anual mucho mayor que la de un pavimenro rígido. Según la Porfland Cement Associat:'on (PCA), esa relación para el caso de los pavimentos urbanos puede variar entre 4 y 7. En nuestro país es muy diiiol la evaluación ya que no han existido programas de mantenimiento en la década pasada y en la actualidad no se cuenta con estadísticas publicadas. Respecto a la frecuencia con la que deben hacerse los mantenim~entos,se puede mencionar como referencia que un pavimento flexible requiere de mantenimiento a partir de los dos años si se trata de un Tratamiento Asfáltico Superficial y a partir de los cinco o seis años de senicio si se trara de una Carpeta Asfaitica, mientras que un pavimento rígido requiere solamente de un mantenimiento anual de resellado de juntas. En el primer caso, hablando de resellados y no de Dacheos. se puede estimar un porcentaje de inversión comprendido entre el 20 y el 30% del costo inic!al. mientms que en e1 segundo raso se estaría alrrdec'cr del 0.5% del rcsto inicial. En consecuencia. si aplicamcs los criterios anteriores a un '3avrmento urbano promedio': encontraremos que e/ costo por año ce un pavimento rccic'o es aproximadamente la mitad del coso anual de un pavimento flexible

equivalente, siempre que se cumplan los supuestos hechos para la vida de servicio y el mantenimiento preventivo. En lo que respecta a los pavimentos de carreteras, no es posible en nuestro caso hacer un análisis comparativo, toda vez que no existen terminos de refrencia. En pavimentación de aeropuertos e industrias la tendencia es a favor de los pavimentos ngidos, principalmente por razones de durabilidad ya que en ellos el mantenimiento es obligatorio. Sin embargo, ciertas soluciones de comportamiento flexible como la tienen los pavimentos de concreto con fibras, resultan en esos casos sumamente interesantes y dignas de tomarse en consideración, a pesar de su mayor costo inicial comparatívamente incluso, con los pavimentos de concreto simple. Finalmente, los costos de operacidn vehicular, toman en cuenta los efectos de las características fisicas y condicibn de un pavimento (ver Capítulo 6) sobre: las velocidades de operación de los diferentes tipos de vehiculos que transitan sobre él, los respectivos consumos de combustibles, consumibles y lubncantes y los requerimientos de mantenimiento. En el volúmen 1 del HDM-111 Model, se explican con mas detalle las diferentes relaciones empleadas e n diferentes lugares del mundo para determinar los costos de operación vehicular. Un ejemplo de la incidencia del tipo de superfície existente sobre las velocidades y costos de operación, se muestra en la Figura 2.2.

2.3

Equivalencia Estructural

Está referida a la capacidad de dos pavimentos diferentes para soportar solicitaciones iguales y se expresa en teninos del Número Estructural (Structural Number - SN), el cual se obtiene de multiplicar ciertos Coeficientes de Resistencia Relativa propios de cada tipo de material del que están conformados los pavimentos, por los respectivos espesores. Así, el Número Esrructural de un pavimento asfálfico de fres capas ('supedície de .odadura, base y sub-base granulares) será según la Guia AASHTG para el Diseño de Estructuras de Pavimentos: SN= a, D? + a2 D2 m2+ a3 D3 m3

donde a,, a2 y a3 son los coeficientes de Resistencia Relativa de la carpeta asfáltica, de la base y de la sub-base, respectivamente, D., D? y D3 son los

espesores correspondientes e ~ o seiementos y m* y m3 son los coeficientes de drenaje para la base y su-.xi,, . - lares. es. Los Coeficientes de Resistencia Relativa han sido obtenidos en forma empirica y desde la Carretera Experimental AASHO a fines de la década de los 50 hasta la fecha, se siguen investigando. Nc obstante, el control cada vez mas nguroso sobre la calidad de los materiales que intervienen en las obras de pavimentación, así como la experiencia recogida de las fallas observadas en el campo, han permitido a las agencias representativas tanto de los fabricantes de cemento como de los productores de asfalto, llegar a coincidencias bastante aceptables, como para concluir que, una comparacion seria entre las capacidades estructurales de pavimentos flexibles y ngidos, debe pasar necesariamente por la determinación de los respectivos numeros estructurales. No obstante, las diferentes agencias hvolucradas en el tema de los paviment~s tienen diferentes coeficientes, dándose incluso el caso de algunas de ellas que prohiben el empleo de sus coeficientes para otros fines diferentes a los que han sido establecjdos (Tabla 2.3.a). Como comparación se muestran en la Tabla 2.3.b los Coeficientes de Resistencia Relativa para los componentes normales de un pavimento flexible, según la Japan 3oad Association y en la Tabla 2.3.c. los Coeficientes de Capa para las diferentes capas de pavimentos de concreto asfaltico según la AASHTO. Finalmente, la 'Figura 2.3 muestra tres ejemplos comparativos entre pavimentos de concreto de cemento Portland y pavimentos asfalticos en areas de estaci~namiento.según la American Concrete Pavement Association.

2.4

Resistencia al Ataque por Sulfatos

Se rncluye este aspecto por ser uno que se presenta muy frecuentemente principalmente en la costa peruana y al que tam~ien:ep frecuenc:a se le confunde con otras causas de detercm c'e 'os pavrmeitrs cn pr~merlugar, es importante seriaiar que los su~faros.;o atacm al asfz !2 rero que pueden ocasionar problemas duran!e la pavrmentacion asfalt~caen forma de 'amoollado ' de la cana de rmpnmación cuando la base granular ha sido humedecida con aguas contenrendo sulfatos o en presenoa ae un nivel freatico superficial con elevado contenido de sulfatos En segundo termrno, debe aiferenciarse el ataque por sulfatos, del ataque por agregados reactivos con los alcalrs del cemento, los cuales pueden ser

TABLA 2 . l a FACTORES DE CONVERSION PARA TRANSFORMAR ESPESORES DE PAVIMENTOS EXISTENTES A ESPESORES EFECTNOS (T.) SEGUN EL MS-17 DEL INSTITUTO DEL

(Estos factores de conversidn solo se aplican a la evaluaci6n para diseno de sobrecapas. En ningún caso son aplicables al diseno original de espesores). 8

Descnpcion del Matenal

Clasificacidn de Matenales

Factor de ' Conversión

I

Sub-rasante nativa en todos los casos

00

a) Sub-rasante mejoada-predominantemente de materiales granularespuede contener algunos Iimos y arcdas pero tiene I P de 10 o menos Suorasante mejorada es cualauier capa o capas de material mejoraao entre 21 suelo natrvo y la estructura del pavimento)

0.0-02

'

b) Sub-rasante modificada con cal wnstruida de suelos de alta piastgc,aaa - l P mayor de 10- (Sub-rasante de modificada con cal es una mezca .tima de cal agua y suelo mecanicamentewmoaaada endurecida o semiendure-, I cida debajo del sistema del pavimento

'

l

a) Sub-base o Base granulares- razonaolementebien gradadas de acrega

1 dos auros con algunos finos plasticos y CBR no mencr de 20 Usar 'a oare 1 superior del rango si el l P es de 6 o menos y la pane mas baja si ei l

?S

ide6omas

'

5 ) Sub-bases modificadas con cemento y bases construiais con suelos del baja olasticidao- I P de 10 o nienos-(Sub-basemodificadas con cerenro son mezclas intimas no endurecicas o semiendurecidas de sueco ouiver zazo cemento oortland y agua usadas como una caoa en ~n oavimerro eritre a sLa- , 0.2-0.3 / rasante y la base granuiar Una base modikada con cemento es una rrezcia 1 intima enaureciaa o semiendurec da de suelo pdlverizado cerrento conlana y agua usaaa como una capa en un pavimento para reforzar y proteger a sub-rasante o sub-oase (#)

1

;

/ , IV

1 a) Base Granular-Material granular -o plastiw aiie cumcie ccn ios asraraa

aares estabiecidos oara bases de agregados ae alta calioao gsar a i a r o

1 suoerior del rango

'\

1

I

1

1

b) Mezclas asfálticas de superficie con agrietamiento sien deiiniao asr lismiento a 'O iarjo ae las grietas y oerormacion apreciaole en a s nueilas r e i :rans,to mostrando evidencias ae nestaoilidad

1 c) Pavimento de concreto de cemento portland que ba sido roto ?n pezas oequeñas de has!a O 30 ir orev amente a a conslrdcc on de a hccre-caca Usar la oane sL3erior ael rargo cuanao -av sbo-base 4 'a oane nfe-or zei 1 *argo cuanoo a osa lescarsa sobre a SUD-rasantc

1

/ d! Bases de suelo-cemento que nan ctesarrcilaao acrietamierto enensc

O 3-0.5

I

grietas Mlelas bombeo y con el pavimento mostrando evidencias menores de inestabilidad (Base de suelo-cemento es un material endurecido formaco por el curaoo de una mezcla intima compactada mecanicamente de suelo fino cemento portland y agua usada como una capa en un pavimento para -eforzar y proteger la sub-rasante o sub-base) (#) a) Supeñicies asfálticas y bases asfálticas "que muestran agrietamiento apreuable con poco o nada de astillamiento a lo largo de las gnetas y aunque muestra alguna deformación en las huellas. permanece esencialmente es:aole

l

¡

I 1

1'

i

i !

1 b) Pmimnrtos d e concreto de c m n t o portland apreciablemenre fallacos y agrietados que no pueden ser reparados efectivamente mediante inyecc~ones (undeoealing). Fragmentos de losas con tamaks aproximados de 0.30m 0.5-0-7 1 a 1.20 m bien asentados sobre la sub-rasante mediante rodillado neumático

P&.

I

C) üaoa d.s u e l o ~ e m n t que o muestran poco agrietamiento. evidenciado por gnetas reñejas y que están bajo superficies estables. zonas con psqu%nos agrietamientos intermitentes y ligera deformación en las huellas paro que permanecen estables. b) M e z c l a de &alto liquido que permanecen estables, generalmente sin grietas ni exudaubn y poca deformac~ánen las huellas C) Bases tratadas con asfalto diferentes al conaeto asfáltiw "'

'1

10.7-0.9

\

d) Pavimentos de concreto de cemento portland que permanecen estables y con sellado bajo la superficie (undersealing), con algún agnetamiento y sin piezas menores de 0.8 m2 a) Concreto asfáltico incluyendo bases de concreto asfáltiw generalmente sin grietas y con muy poca deformación en las huellas b) Pavimentos de concreto de cemento portland, estables. con sellado basuperficie (undersealing) y generalmente sin grietas

JO la

0.9-1.0

l Bases de concreto de cemento de cemento portland, estables, bajo superficies asfálticas estables. sin bombeo y con poco agrietamiento superficial reflejo

C)

' Los valores y rangos ae los Factores de Conversion sirven para la conversion de capas estructurales existentes a espesores de concreto a~fáltico # 'Deiinicion de Terminos ñelativos a la Estabilizacion de Suelos con Cemento Portlana' Hisnwav research Aostracts Vci 25 No 6, junio 1959 HRB ( ahora TRB), Washington D C

" Base .?ezvnrreto asfai!lco base de rnacadarn asfaltico base de mezcla de planta base de mezcla in-SItLi

"Base ce vicaoam as'aitiw base de mezcla de planta. bese de mezcla in-situ

/

i

COEFICIENTES DE R E S I S T E N C I A R E L A T W A

(JRA 15%')

/I /

il $

1

CAPA DEL PAVIMENTO B m d e r y CBpa d e s u p e r ficie Base

1

METODO Y M A T E R I A L USADO Mezcla a s f á l t 1 c a en c a l l e n t e

I

1

Estabilización brtuminosa

l

, MC.

1

I

1

1 ! 1

l

1

0.a

l

M e z c l a en F r l o EM= 2 5 0 kql O mas I

0.55

I

1

f r c ( 7 d l a s ) = 30 kg/cm2

Estabilización con cai

l

0.55

f'c(1O d i a s ) = l O kg/cm2

8

CBR modificado a o % ó m a s

Macadam d e penetración

f'c(l4 dlas)= 12 k g / c a Z

Chancado, sln crrbar, escorla

C3R m o d ~ f i c a d o 30% ó más 1 0.25

I Arena,

1

0.45

Gravas y e s c o n a s estabillzadas mecBn1camente

l

;

l

1

0.35

1

i

1.0

EstablLldad M a r s h a l l (EM) = ' 350 k g o m a s 1

i

Estabfllzación , con c e m e n t o

í

l l e n t e (MC)

Estabilizac~ón

/

CDEFIc.

I

' M e z c l a en ca-

, bltumlnosa l

/

CONDICIONES

etc

CBR

'

' 0.33

1

--

modificado

!

I

1

l s t a b l l l z a d a con

f f c / 7 d l a s j =10 kg/cm2

1 cementc I

, .';CT;S:

E s t a b l l l z a d a con cal

,

,

1

' -5.25 --C - -,

flc(lOdias)= 7 kq,'c;n2

31 c o e f i c i e n r e d e r e s l s r s n c L a

riiar;,/a

1

para

l

,.25

n

2:

21.2-

c r e t o e s d e 1.25.

-1 c o e f i c i e n t e d e c a p a p a r a c u a l q u i e r m é t s d ~ c r n s t r u c t i v o o material d i f e r e n t e d e los indicados, sal a m e n t e p u e d e ser a d o p t a d o c a a n d o e s t e b a s a d o e n u n a experiencia inqenieril establecida.

l

TABLA 2.3.c COEFICIENTES DE CAPA SUGERIDOS PARA LAS CAPAS DE MATERIALES DE PAVIMENTOS D E CONCRETO ASFALTICO EXISTENTES (.* ). (WStiiO i 9 9 3 ) COEFICIENTE MATERlAL CONDICION SUPERFICIAL

1

l

1

Con poco o nada de agnetarnierto tipo piel de cocodnlo vio aqnetamieto transversal de baja severidad, / 0.35-0.40 < l o % de agrietamiento tipo piel de cocodrilo de baia severidad y10 4% de agrietamiento trans/ 0.25-0.35 venal de severidad media y alta ~10% de aarietamiento t i w piel de cocodrilo de / baja severidad y10 5-10% de aarietamiento transversal de sevendad media a 0.20-0.30 aña. > l o % de agrietamento tipo piel de cocodnlo de severidad media y10 e10% de agrietamiento piel de cocodrilo de &vendad alta y/o >lo% de agrie 0.14-0.20 tamiento transversal de severidad media a alta > l o % de agrietamento tipo piel de cocodrilo de severidad átta ylo > l o % de agrietamiento trans versal de severidad alta. 0.08-0.15

I

11 /

/ I

/I

'

1

,

/1

1 j "se

-

1

granuuar

/ 7CC

0.20-0.35

1

/

sase o Sub-

Poco o nada de agrietamiento tipo piel de cocodrilo v solamente agrietamiento transversal de 1 sevehdad baja 1 <10% de aanetamiento t i ~ o~ i ede l cocodrilo de i baja severidad y10 4% de agrietamiento transvekal de alta sévendad >1O0/0 de agnetamiento tipo piel de cocodnlo de baja severidad y10 e1 0% de agrietamiento piel de cocodrilo de severidad media y10 >5-10% de aarietamiento transversal de severidad media a ala. / >?O%de agnetarnento tipo piel de cocodrilo de severidad media y10 lo% de a9rie , tamlento transversal de sevendaa media a alta >1OU/ode agnetarnento tipo piel Ue ~ c o d r i l oae sevendad aita y10 > l o % de agrietamiento trans 1 versal de sevendad alta

1

I

1 1

O. 15-0.25

0.15-0.20

!

'0-5 20

I

1 O 08-0 15

!

1

1

Sin evidencia de bombeo degrdación o contami / nacion por finos I 0 10-0 14 Aiguna evidencia de bombeo degradacion o con o 00-0 1o taminac on por finos

EL CJ'_C ", ~ ~ , ~ : " E ' I - C 'qLE'CS Z i L 9 AUEXO 9 2

1

u n o eMKMo

GUlA PARA ESTIMAR LA RESISTENCIA DE PAVIYEKTOQ ReSIanlOA e w l V A L c m Pon MATERIAL P Y L ~ A D A01 PNIICNTO 010 CARPCTA ASrALTICb 027 u t c WenA 1V.r~. . . t n L m O111 IASC oc P I C D ~ A CIIAIICADAICBI~~KI 01 a CO*CRETO O€ CEMENTO PORTWD l d i 3 S ~ I C d m

Fiquro 2 . 3 S*cciones ttpicar d. parim*ntoi en orear de *rtacionamimto El numero .rtructural ( S n 1 colculada coma 3 8 m u s t r a , da ras~stencmsequivalenter para reccbones tipicar de po*innn
- La reacción álcali-silice, puesta de manifiesto mediante el fenómeno denominado ASR (Alkali Silica Reacfion). El ASR se presenta a largo plazo (a partir de los 10 años) y puede ser confundido con otros tipos de deterioros ('agnetamiento tipo "mapa" en concreto simple y agristamiento tipo " d a m e r ~ " ~ siguiendo la traza del refuerzo en concreto armado). Se origina en /a reacción, en presencia de iones OH , de la sílice de ciertos tipos de agregados (opalo, calcedonia), con los alcalis (oxidos de sodio -Na20- y de potasio -K20-) presentes en el cemento portland, originando sales expansivas. Pese a que en nuestro pais no se cuenta con reportes escritos sobre la ocurrencia de este fenómeno, e incluso algunas publicaciones lo descartan, no es aventurado señalar, en base a la observación de daños en los tableros de puentes en la región norte, que se trata de un problema mas frecuente de lo que aigunos suponen.

- La reacción álcali-silicato es bastante similara a la anterior en cuanto a los plazos y formas en los que se manifiesta. Los agregados reactivos en éste caso pueden ser los granitos, esquistos y basaltos.

-

La reacción álcali-carbonato se pone de manifiesto principalmente en presencia de agregados de origen calcáreo, de los tips arcjllosos dolomiticos.

Los estudios e investigaciones desarrollados principalmente en los Estados Unidos a lo largo de mas de 50 aríos desde los primeros reportes de éste fenómeno en presas de gravedad, permiten concluir a la fecha en los siguientes puntos:

- El medio mas eficáz para prevenir la ocurrencia del fenómeno consiste en utilizar cementos con contenidos de alcalis de 0.6% y en casos especiales de 0.45%.

- Los ensayos mas confiables para determinar /a reactividad potencial de los agregados son los que se llevan a cabo sobre barras de mortero (ASTM C227 "Potential Alkali Reactivity of Cement-Aggregate") o sobre cilindros (ASTM 586-69 "Potential Alkali Reactivity of carbonate ñoc.ks b r Concrete Agreggates-rock cylinder method"), pese a que, se trata de ensayos de iarsa duración que pueden tomar de tres neses a un año, !o que amerita con mayor razón la formación de un banm de datos.

-

La ocurrencia del fenómeno requrere ambientes con humedades relativas superiores al 80% en rangos de femperaturas comprendidos entre 21 y 24 'C.

E l ataque por sulfatos se puede dar interna o externamente, Internamente, cuando se utilizan agua o agregados contaminados en la fabricación del concreto de cemento portland; y externamente cuando el pavimento está sometidos a la acción de aguas o suelos agresivos. Si el caso fuera que se dan ambas condiciones simultáneamente, es obvio que la velocidad de ocurrencia del fenómeno seria mayor. Para que se manifieste el ataque por sulfatos es necesaria la presencia de agua. esto quiere. decir que un suelo con contenidos elevados de sulfatos no atacara a! concreto mientras esté seco y asimismo, un suelo con bajo contenido de sulfatos podrá atacar al concreto, si se dé una migración permanente de humedad cargada de sulfatos hacia la cara expuesta del pavimento.

La forma de ataque consiste en la reacción de los sulfatos de calcio (yeso y aguas selenitosas), de magnesio y/o de soc,'.- con la ca/ libre resultante del proceso de hidratación del concreto. La primera manifestación visual del fenómeno, para contenidos bajos de sulfatos es la aparición de manchas blanquesinas. Al aumentar la concentración de sulfatos se forma primero una "pelusa" que luego da paso a cristales de sulfoaluminato de calcio hidratado con caracteristicas expansivas, los cuales producen el deterioro paulatino e irreversible del concreto. E n la actualidad no existe consenso respecto de cuales son los limites permisibles en los contenidos de sales solubles de sulfatos en las aguas y suelos en contacto con el concreto, por lo que se han recogido en la Tabla 2.4 algunos criterios que pueden ayudar a tomar una decisión, mencionando en todo caso, !os resultados de las experiencias del CTL en Sacrainento Caíifornia, sobre 48 vigas de concreto preparadas con diferentes tipos de cementos (1, 11 y V), diferentes relaciones agua/cemento (0.34 a 0.41. 0.40 a 0.50 y 0.63 a 0.71), diferentes tipos de reemplazos (cenizas volantes y escorias) y diferntes tipos de revestimientos (aceite de linaza y resinas epoxicas):

- E! medio mas efectivo de incrementar la resistencia al ataque por sulfatos consiste en reducir la relación del agua al total de los materiales cementantes.

- Para una determinada relación del agua al total de los materiales cementantes, tienen mayor resistencia al ataque de sulfatos los concretos hec,'los solo con cemento ponland, que los concretos hechos con reemplazos de cenizas voiantes o escorias granuladas. C ~ a n t omayores sean íos porcentaje de reemplazos, menores serán las resistencias.

- Los contenidos de CA

en el cemento portland y de Alzo3 en las cenizas volantes y escorias fueron de menor importancia en la resistencia al ataque por sulfatos de concretos hechos con relaciones bajas o muy altas de agua al total de materiales cementantes. sin embargo, el contenido de C3A parece ser mas significativo en concretos hechos con relaciones a/c intermedias.

-

Los concretos hechos con cemento Tipo 11 (ASTM C 150) proveen resistencias al ataque por sufatos, equivalentes a las de /os concr.s!cs preparados con cemento Tipo V bajo exposición muy severa.

- Los revestimientos de aceite de linaza y epoxicos solamente proveen de un beneficio temporal. Al respecto, es conveniente mencionar a los productos que cristalizan dentro del concreto como excelentes inhibidores del flujo de la humedad portando sales agresivas hacia las caras expuestas del csncreto.

2.5

REFLECTANCIA

La reflectancia es la capacidad de un cuerpo para reflejar la luz. En el caso de los pavimentos, esa propiedad puede permitir ahorros sustantivos en: número de luminarias, costo de la energía y lo que es mas imporfanfe. vidas humanas. Un Informe del instituto Federal para Carreteras y Calzadas realizado por Brühning y Welssbrodt mencionado en Notiluz de ?hillips en 1985, pone de man~fiestoque en la ciudad de Hamburgo habrá airededor &e 9,000 accidentes de carretera por año con aproximadamente 45 muertos y 2,600 lesiones graves, de los cuales el 44% y el 30% respectivamente, se producen durante la noche. de los que a su ves se ha determinado un 5 a un 10% serán ocasionados por mala iluminac~ón. A las consideraciones tradic~onalesal momento de eieg~rei !¡DO de iluminación se añaden ahora las caracreristicas de !os ,~avimantos.La Practica Americana para 1luminac:ón ae Pistas. considera cuarro grupos ae pavimentos en función de su categoría de reflectancia:

R7

Pav~mentosde csnc:e!9 de Cernelltc icrtlanu suoer;íic:e l e concreto típica). Pavrmentos Asfaticos cvn 71%de agregacot br11lar;:es' Prrnc~oalmenteluz d i f ~ ~ s a

,42

Pavimente dsf5it;cc cur: 6C?6 Ut? agregacos ce 7r3.13 ,-aycr :e :O m n Pavimento J,sf&ticv con 10 a :S% de agrecac'cs '5rrilar:e.j '

Combinación de luz difusa y luz especular R3

Pavimento Asfáltico con agregados oscuros y de textura rugosa despues de unos pocos meses de uso (superfície asfáltica tipica)

R4

Pavimento Asfáltico con una textura muy pulimentada. Principalmente luz especular

En base a la clasificación anterior, se determinó en un estudio llevado a cabo por el Departamento de Transportes de lllinois en 1987, que las diferencias en los costos iniciales de iluminación entre dos pavimentos tipos R3 y R1 en una autopista clase A y en un área comercial típica, ascendian a $12,500 y $15,000Am respectivamente, a favor de los pavrmentos fipo Rl. Del mismo modo, las diferencias entre los costos de energía, ascencían a las sumas de $313 y 375km-a&. Finalmente, las diferencias entre los costos de mantenimiento, ascencían a las sumas de $450 y 360km-año, respectívamente.

3-0 ASPECTOS MAS RELEVANTES EN LAS OBRAS DE PAVIMENTACION 3.1

Exploración y Explotación de Canteras 3.1.1 Generalidades Se llama cantera. a la fuente de aprovisionamiento de suelos y rocas necesarios para la construcción de una obra. Cepenaiendo del tipc de material que se busque. puede ser: de suelos, de rocas o mixta. En lo que sigue, sólo se trataran las canteras de sueios como mareriales de préstamo para terraplenes, estabilizaciones. como sub-bases y bases o como agregados para la elaboración de concretos de cemento portland y asfáltico. Localizar una cantera es mas que descubrir un lugar dende exista un volumen alcanzable y explotable de suelos para emplearse en una determinada obra, satisfaciendo ciertas especificaciones de calidad y de volúmen. Ese concepto implica además, tener en cuenta ciertos aspectos colaterales como su permanencia en el tiempo. en terminos de riesgo por efecto de los fenomemos de gecclinámica externa. o su situación legal, por citar solo dos de ellos. En resúmen, podemos decir que una cantera es mejor

- Por su calidad;

- Por su potencia y rendimiento: - Por su accesibilidad y estado de las vias de acreso:y - Por su situacrón legal. La calidad de una cantera está dada por el graco de cumplimrento de las especificaciones del material que se busca: y se deduce de los ensayos de laboratono que se prac!iquen soore las muestras tomadas durante la etapa exploratona. La potencia y el rendimiento son dos conceptos que se verán con mayor detalle en !a parte cvrrespondiente a :os Estudios. s/n embargo. bástznos decir en Bsta palfe que 'potencia bruta" es ei voldmen total ile la cantera incluyendo a los ínateriales de desbroce y en exceso (over). y "rendimiento" es aquella parte de ia 'potencia neta" (descvnrando ai over y el desbroce), aprovechable para un fin espec~fico (terracién. sub-base, base o agregados).

Forma correcta de separar el "Over" del material aprovechable.

Verificando el espesor del primer horizonte de suelo no apto para la explotación. EXPLORACION DE CANTERAS

La accesibilidad y el estado de las vias de acceso a la cantera, asi como una situación legal no definida desde la etapa exploratona, pueden ser en muchos casos definitonas al ocasionar gastos innecesarios y hasta atrazos o paralizaciones de la obra.

3.1.2 Exploración de Canteras Se define con éste tennino al conjunto de actividades tendientes a determinar si una cantera reune los requisitos minimos para su explotación. Como es evidente, existen diferentes niveles de investigación, dependiendo del grado de información que se esté tratando de conseguir. El primer nivel corresponde al Reconocimiento del Terreno, etapa en la aue después de haberse considerado una cierta ~osibilidad.obtenida Por refekncias de una cantera que ha sido explotdda en otra época, o por el estudio de cartas, mapas, fotografias aereas o de satélites, se requiere "caminar" sobre el terreno para estudiar sus accesos, definir sus linderos, cubicar sus probables volumenes explotables y elaborar un programa de exploración para la(s) siguiente(s) etapa(s) del estudio.

.

Previamente al reconocimiento del terreno se deberá contar con información topográfica y geológica, además obviamente, de la información sobre el proyecto y el contrato. Dependiendo de la magnitud del proyecto y/o de la cantera, es preferible contar en ésta etapa con la opinión de un especialistq en Geotecnia o de un Geólogo. En la Figura 3.1.2.a se dá como referencia, e/ Ciclo Geológico de Suelos y Rocas, mostrándose además los lugares probables donde es bdibk, encontrar cada tipo de material.(Ver también l .3.1). La del reconocimiento como su nombre lo indica, no es una etapa en la que se requiera hacer prospecciones, sondeos o ensayos, sin6 una en la que deberán quedar claramente definidos los siguientes aspectos:

- A) De los caminos de acceso v medios de transporte:

si son pavimentados o no v cuantos kilometros se encuentran en bueno, regular o mal estado; anchos de vias y si es posible o nó e/ tránsito de camiones trailers transportando maquinarfa o equipo pesado; los tiempos que se toman por tramos; y la existencia de puentes, tuneles. curvas u otro tipo de elemento que pueda limitar el paso de los veh~culosde transpofle.

flquro

-

3.12..

52

-

CICLO 6 E O L 0 6 1 C O DE SUELOS Y ROCAS R O C A S 16NEAS S E D I Y E I I T A R I A S Y YETAYORFICAS

Altorocibn

I

1

V Quimico

Y Mecanica í Froctummiento )

iIntempertsmo)

l

Y

Gravas y Aronos

Limos y, Arullos 1

i

J 4 Transporto

Lo lono (Vionto y Agua )

l

1 l

l

1

Y

\Y

Curso bap do los

Dopasitos do talud Cunordtoymdm de lo. rios

~IOS

Plonicior cortorol Depositas bcriltres Medanos Deporitcn m o n m

Playas

1 l

I -

v

1

'l 1

I

l

l

7

-4

Consolidoct6n

c e r n e n i l

7

v

v

C rirtolizacion

4

1

l

i

Cercano

C Gmvodad y Aguo) I

l

i---i L/ _Y

Temperatura, Prorion, r t c .

l

v

ROCAS M E T A M O R F I C A S

( calizas )

l

1

1 l

! I

j,

L

- 8) De la Geoloqía Y Geomorfolooía: tipos de suelos y rocas predominantes; existencia de capa de recubrimiento; variaciones en la composición mineraldgica y granulométrica de lbs elementos consütuyentes del suelo; posibilidad de huaycos, aluviones, deslizamientos o erosiones. ,

- C) De la To~oarafía: principales accidentes topográficos como promontorios, quebíadas, etc; y 1in.m~.

rios,

barrancos,

- O) De la situacidn leaal: nombre de los actuales y de ser posible, de los ant6rio'res propietanos; existencia de contratos de servidumbre, concesicnes, etc.

- E) De los volumenes ex~lotables: evidencias o referencias de anteriores explotaciones, potencia bruta estimada. El segundo nivel en la exploración de canteras está dado por los Estudios Preliminares, etapa en la que por medio de procedimientos simples y expeditos puede obtwerse información sobre el espesor y composición del sub-suelo, profundidad del agua freática y demás datos que permitan definir si la cantera es prometedora para la explotación con un fin específico y si por consiguiente es conveniente o no continuar la investigación sobre ella. Tales procedimientos van desde la excavación de calicatas y sondeos hasta la ejecución de pruebas in-situ. La tercera etapa o etapa final de los Estudios Definitivos es la mas importante pues define los costos, pero lamentablemente es la que normalmente no se hace o se deja como responsabilidad del contratista durante la ejecución de la obra, de tal manera que por no haber sido presupuestada no se lleva normalmente a cabo con la profundidad requerida, lo cual obviamente redunda en la calidad y el costo final de la obra. Incluye a las anteriores y las complementa con una mayor densidad de calicatas o sondeos, con una campaifa de prospección geofisica si la magnitud del proyecto o de la cantera as¡ lo ameritan y con ensayos de laboratorio. Debido a que no existen nomas o directivas respecto de esos puntos, es que al apreciar durante la etapa de Reconocimiento una aparente

Banco de liormigón en el lecho de un río. Estos materiales generalmente son limpir~~

Depósito de materiales granulares en el lecho de una quebrada seca Esirl. -Tlt-riales hivieron que "Ventear" vqrl o l - - ~ i i i r el ewce5o de fiiloc

Cantera de materiales arcillosos de origen lamsre. Estosmaterialesgeneralmente retienen humedades elevadas.

Quebrada con bloques angulosos apropiados en defensa ribereña y parte baja de grandes terraplenes.

uniformidad de la cantera, casi siempre se obvian las siguientes etapas, con?etiendo de éste modo un lamentable error. En la Tabla 3.1.2, se indican los ensayos de laboratorio recomendables sobre los materiales de canteras. Durante los estudios definitivos, hay que tener en cuenta. que ia mejor prueba de campo es aquella que duplica a escala, el proceso de exy!oracicn gur se iisar3 descués en fcr,na .masiva: que /a ,arcfu,?d/dii y extensrcn zei ares sor expi~rardeDe ser mucho mayor de lo que se necesite según el proyecto; y que de dos materiales elegibles, es posible optar por el "peor", si un tratamien to adecuado lo convierte e r el "mejor': También deberá contarse con una forma clara y escuetz d; presentación de !os resultados de los ensayos de campo y labcratorio, así como de las recomendaciones pertinentes durante la etapa d6 explotación. En ias Figuras 3.1.2.b. y 3.1.2.c. se muesrran dos ejemplos de ésto. Respecto del primer punto, tanto la excavación de calicatas como e: muestreo, deben tomar en cuenta /as etapas de desbroce, preparaaón y acopio de material. Asi por ejemplo. al momento de procederse a :a excavación de las calicatas, debera instruirse al personal para nc mezclar los materiales extraidos de la capa superror cmtaminada por tierra de cuitivo. con {os rnateriaks extraidos de las capas subyacenres y para separar las precias mayores de 3" del res:o del matenai que se remitirá al Iabcratono para los ensayos de icen:ificaci6n y c!asificackn. E:' muestreo debera hacerse mezclando bien ios materiales aprcvechables cue quedan y cuarteando la mezcia. Es importante en este punto, hacer una diferenoa entre el muestreo que se hace en un estudio de canteras del que se hace con fines de cimentación de una estructura. En este caso interesa conocer la naturaleza de cada estrato. mientras que en aquél se requiere conocer el producto resultante de la mezcla. En la :'gura 3.1.2.d. se indica la fcrma de tomar las muestras y de realizar el cuadec. E! registro derallado de la estratigrafía dentro de cada calicata o sondaje, con rrotacrón de toaas las carac:erisricas cbservabies .-cm!: !a humedad. tamaiio de la bolonerís. .presencia ee raices. yeso. caliches, etc., es de !//talimportancia para el planeamiento de las ac:ividades de acvpio durante la explotación. La anotación de contenic'o de humedad "secs' correspondenre a lá siruac~on en que la muestis aore!ada en /a mano no deja n~ngunahuella. 'húmedo" cuardo la mancha con ura tonalidad oscura y "muy hbmedo;' o "saruraao" sesur,

el caso que se observe en la excavación y cuando deja la mano con particulas de suelo adheridas y brillante por la humedad, son informaciones valiosas para las correcciones necesarias en los diseños de mezclas.

La necesidad de estudiar volumenes mayores que los estrictamente necesarios según el proyecto, queda claramente comprendida con los conceptos & "potencia" y "rendimiento': La "Fsteccia bruta" se obtiene de multiplicar el área total de la cantera por la profundidad investigada, "potencia neta" es la potencia bruta menos los volumenes de desbroce y del "over" y "rendimiento" es la parte de la potencia neta aprovechable para un fin especifico. Para comprender mejor estos conceptos, se da un ejemplo en la página 61. Para finalizar ésta parte, diremos que es importante al momento de elegir una cantera, tomar en cuenta no solamente la calidad de los materiales tal como se observa en los resultados de los ensayos de laboratorio. ni tampoco solamente el rendimiento tal como se ha indicado debiera ser calculado, sino también los estimados de costos para la preparación. el acopio y el transporte. ya que como se duo anteriormente, un material de aparente mala calidad pero muy cercano, puede resultar mas atractivo que uno de mejor calidad pero muy dis!ante. si el costo de mejcrar su calidad (mediante lavado o zarandeo por ejemplo1 resulta menor que ei c ~ s t odel transporte, o viceversa.

3.1.3 Explotación de Canteras Es ei conjunto de actividades mediante las cuales se extraen materiales de una cantera para ser empleadcs en una obra determinada. Las acrividades necesarias duranre :a s ~ ~ ~ l o t a de c ~ una ó n cantera son:

- Desmonte y Limpieza, - Preparaoón: - E.xtracción y acopio: - Carguio y transpor?e. Ei equipo usado en la explotación de canteras incluye normalmente aigunos de los siguientes:

- Tractor de orugas o neurnaticos. - Trailla o mototrailla.

EJEMPLO DE CALCüLO DE RENDIWEXTOS CANTER4 DE .AGREGADOS PARA COhCRETO DE CEMEhTO PORTLAhD

-

I - D k M S DE LA E,XPLOMClOh DE C . W E R A S Area de la Cantera Profundidad Aprovechable Tcp mil (suelo superñctal que debera eliminarse) Over a> la cantera (marenal mayor de 3"despues del desbroce) EsponlamiP O T E 3 C U BRUTA Eh BANCO 1 50 m8:5,000 m2 Desbroce O 15 m*35.000 m2 POTENCM ILET-I EY BANCO P BRUA-DESBROCE Over 15O6 de la POTEhClA V E T 4 0 25'17 2% T' POTEYCU APROVECHABLE EN B M C O P hETA-OVER 2 - DATOS DE LAS CURVA GR.-LrLOhETRICAS Nentremailas de 3" y & 112' 107'0 O 1 *35,137m3 PUT.APROV. DESPUES DEL ZAR\NDEO O '30tS,437m' O6 & paedra 112' 10°6 3 J '31.893 m' ?O& a m a 50% 0 5 *31,893m3

3 541 m3 31,893 mi (608Oo) 12,757m-' 15,947m3

A) EV CASO DE OLERER 4PROVECFCAR TODA L A PIEDRA DE LA C LUTERA Se sigue el siguiente raronmentodel bolumen requendo, Si 12,757niJ F~erael 63'0 el 37% sena (337 * 12757)106:= 7,407 m3, con 10 que S O B W R I A h 1 <,947-7,492= 8.45í ,n3 de A R n X \ el REYDIIllEYTO Se !a cantera seria (12,757-7,192)*100/52,500-1'324Q '100/52,500 = 38 6% PLDlEhDO ELABORARSE DE ESTA h1,LUER.A 20,229 m3=l 05'1 1?= 13 983 m3 de COUCRETO

B) EU CASO DE OLERER APROVECHAR TODA L A ARE\ -\ DE LA C.AhTERA

m ' fuera di ;7",á del voiurnen requendo. Si >~3,947 el 63?6sera: (O 63 * 15 047);0 37= 27 153 m3, con lo que FALT,ARIXU 27.153 - IZ.757= 14.306 m' de PIEDR.A que habna que buscarlas En cantera . ei REYDfVIEYTO r e !3 a r e n sen2. (15.947- 12.757)*100:52,5000= 2S.7C4 *!90!52.5CO= 54 0 ' 7 PLDlEhDO EL.\BOR.ARSE DE ESTA hl.4'iER.A 2S.701 ay* l 35,l ! 2 = 26,910 m: dc COUCRETO

UNA CANTERA ES MEJOR PEOR DEPENDIENDO DE LAS DISTANCIAS DE TRANSPORTE Y FSTADO DE LAS VIAS DE ACCESO.

-

---

- - ..- --.-

p . -

--

IABIA 3 1 d a

EQUIPO COMUNMENTE USADO EN 1.A EXPLOTACION DE CANTERAS DE SUELOS Y TRANSPORTE DE MATERIALES 7AMNO MA %/Al@

DFSAfONfE Y

IHAClORC3N ORUGAS

Y //tl/iM/<;C7NCS

TRACTOR O TRAILLA DRAGA

X<0075

-

Rajo N F X

Cobre N F

ARENA5

<

O005

.-

TRACTOR CON FNCOFRADOSCUANDO CEMENTADO TRAILLA O MOTO TRAll LA DRAGAS DE ARHASTRE DF Al MC IACi O

FASE EWfC'R4 TOW PREPABíC/ON

TRACTOR DE ORUGAS O NEUMATICOS TRACTOR O TRAYLER

TRACTOR DE ORUGAS O NEUMATICOS

DCTR.CXJON AGDHO Y C4RGU/O PALA MECANICA O CARGADOR FRONTAL TRAILLA DRAGA DE ARRASTRE O DE ALMEJA PALA MECANICA CARGADOR FRONTAL O TRAlLLA

DRAGAC DE ARRASTRE DE ALMEJAS O MARINA

TR.NSWRTE EOUm D/STANCM A L/SAR fW

< 250 150a2500 > 2540 Hasta 250 Cualquier distanua Hasta 250 Cualquier distanua Hasta 2 500

1

VOLQUCTE CAMION FAJA T%SPTRAILLA -.

Vol QlJETE O CAMION TRAILLAVOLQIJETE O CAMlON

---l

CAMlON O COtJDOCTTOR t II1)FIAI II IC<>

- --

-- -

- Cargador frontal; - Retroexcavadora; - Dragas; y eventualmente - Fajas transportadoras. En l a Tabla 3.1.3.a se dá una relación de equipos para la explotación de canteras de suelos y las respectivas recomendaciones para su empleo. Cuando se trata de la explotación de matetenes terreos por ejemplo para terraplenes. sub-base y bases, las precausiones que hay que tener en cuenta incluyen:

- N o mezclar los materiales de desperdicio (capa de desbroce o el over) con los materiales de la explotación; - Acopiar mezclando lo mas posible a fin de lograr uniformidad; - Procurar la humedad de los suelos finos en el banco; - Cargar de abajo hacia amba evitando segregación. Cuando se trata de producir agregados para el concreto asfáltico o de cemento portland. los trabajos mas comunes incluyen:

- Alimentación; - Zarandeo: - Trituración; - Lavado.

A continuación veremos a/go de una actividad comun a ambas explotaciones: el carguio.

Existen muchos metodos, sistemas y equipos para cargar y no se pretende hacer un análisis de ellos, sin embargo. uno de los mas usados es el de carga-acarreo con el cargador frontal sobre neumáticos. Para éste sistema, los cargadores requieren que el área ce trabajo sea plana. sin salientes o rocas filudas que puedan cortar las neumaiiccs. Se usa de preferencia con una trituradora móvil o portátjl ubicada a una disrancia media de 50 metros del punto de carga. unida por un camino con pendientes no mayores de 10% o del 2006 en rampas cortas. 13 se1ecc:én del cargador mas apropiado debe considerar la capaucac de la chancsoora en toneladashora, con un faclcr de seguric'ac ncr,ma/menre ilsaáo de 154.;. Cuando las pendientes positivas scn

' POZA A FLOR DE TlERRA PARA LAVADO DE ARENA

POZA SOBRE PIRCA DE PIEDRA PARA LAVAR HORMIGON

LAVADORA DE AGREGAMSS DE DOBLE TORNILLO

LAVADORAS

-

Figura 3.1.3.a Métodos de carf??'equipoa montados sobre orugas con más lentos pero tienen clara ventaja en terrenos blandos o rocosos.

mayores del 5%, se deberán reducir los cálculos para la producción en 203 por cada % adicional de pendiente.

En !a Figura 3.1.3.a, se muestran los diferenes metodos empleados en e/ carguio. Otra actividad clave en la producción de agregados es la trituracion o chancado. Los equipos o plantas de trituración se clasifican en: primarios, secundarios. terciarios y en algunos casos hasta cuatemarios. La triturado?a primaria es la que recibe el material bru:o de la cantera después de haber sido pre-zarandeado en una malla de barras (grizzly) y lo reduce a una medida mas pequefia, aceptable por /a trituradora secundaria. Consiste de UM tolva de alimentación vibratoria horizontal o inclinada, en la que se deposita el material bruio que cae hacia una camara donde se encuentran dos mandíbulas o quijadas de acero al manganeso (12 a 14%) y eventualmente al cromo (1%), una de las cuales es fija y la otra móvil o ambas móviles. las cuales se encargan de reducir el tamaño del matenal (Figura 3.1.3.b). La mandibula móvil puede estar en el extremo superior, en el extremo inferior o en ambos a la vez. Las trituradoras de mandibulas se denominan por dos numeros que representan en pulgadas las dimensiones de las quijadas. Así por ejemplo tenemos la 10 x 24, la 15 x 24, /a 15 x 38, la 12 x 36. etc., en las que el primer número es el ancho de la mandíbula y el segundo su altura. En la Tabla 3.1.3.b a continuación, se dan algunas capacidades y potencias necesarias para el caso particular de una 10 x 24 de fabrrcación nacional. Tambibn se utilizan aunque en menor grado como trituradoras primarias a las de impactos, que consisten de martillos. placas y barras rompedoras, donde el material se estrella y puede reducir su tamaño de 75 cms a 2.5 cms. Los renc'imientos promedio de estas chancadoras van de 50 a 500 toneladashora según la clase de material. potencia y tamaño de la máquina. Puede ser de doble o simpie martillo y de eje vertical u horizontal (Figura 3.1.7.b). Las trituradoras secundarias pueden ser de conos, martillos o rodillos y son /as que casi siempre entregan el producto final. toda vez que la producción de tamaños menores de 2 mm es costoso. De los tres tipos, la mas usada es la de cono (Figura 3.1.3.b). Las trituradoras terciarias o de cono fino son /as que rsducen el material al tamaño de la arena.

De Impacto

De Mandíbulas

Giratoria

Figura 3.13.b

De Cono

De Rodillos

'

Trituradora primaria móvil (1) incluyendo alimentador vibratorio (2) dos mallas de rieles (3) y trituradora de mandíbulas (4).

Trituradora secundaria d e conos (5)alimentado por una faja trans portadora (6)con el material prezarandeado.

Unidad de zarandas (7)para separar 4 tamaños de agregados (8)más el "Over" (9), cada tamaño es depositado sobre una faja transportadora individual.

Figura 3.1.3.c Cecuenaa típica de producción de agregados.

TABLA 3.1.3.b

Potencia necesaria en

Capacidad en toneladas por 10 horas

HP I

112''

1

Tamaño 314" 1 112"

1

2" ( 2 112"1 3" !

l

1125 !,SS

1,

Para Motor Motor fricc.1 Elect a gasol.

1

I

l

l

70

l

1

l '520

1

I

1.5 J

En la Figura 3.1.3.c, se muestra el circuito de prccesamiento de material utilizando trituradoras primarias, secundarias y tercfarias. El zarandeo es la operación por la que se separan los elementos gruesos de los finos. Antes de segurr adelante es conveniente diferenciar los terminos de malla, tamiz y zaranda: malla es el elemento separador de tamafios y puede ser de barras de acero, alambre, plancha metálica o chapa perforada, caucho o plástico; tamiz es el elemento separador colocado dentro de un marco que puede ser de madera o metálico; y zaranda es el tamiz acc:onado por un movimienro osc~latono,que puede ser lineal, circular o eiíptico. libre o forrado. En la Figura 3.1.3.d se muestran íos tipos de mallas y zarandas y los campos de aplicación de cada una de ellas. El zarandeo para la producción de agregados puede ser: primario. en ckcuito cerrado y la separación final o z a r ~ n c e ode c/asificac:ón. En e; zarandeo primario o pre-zarandeo se separa el material por c!asificar as los tamaños mayores de 100 mm. Fuede ser también hecho con maiias Cijas. E.', el zarandeo en circuito cerradc. !a separa%n usual &e tamaños va de 15 a 100 mm., mientras que ia c:aaficcac/ón ,produce !2 separación del material en fracciones de O a 20 mm. selecc~ón de la zarrinda correcta para un fracajo en pan~cular deaeride de la experiencia del es9ac:o ó ~ c o = n ~ by~ edel nonto de 'a 'nversion i3

Movrmiento Itnaol da m a s o boioncaado

( c 1 Figura

3.1.3. d .

( 0 ) Tipos basieos de rarandos

(b ) (

c)

Mallas comunmente usadas Campos d e o p l i e a e i h n

Zaranda Vibratona inclinada de 3 maiias del tipo movimiento oscilatono circular libre.

Además de lo anterior, la seleccidn de la zaranda está supeditada a los amaños mayores y menores del tamaño que se busca (oversize y undersize), del tamaño máximo en la alimentación y del rango de la alimentación. Para la selección de la malla hay que considerar la resistencia al desgaste, la exactitud de la separación, el tamaño de la aberfura y el método de fijación. La tendencia actual es al empleo de mallas de caucho o plástico en lugar de las tradicionales mallas de alambre o chapa perforada, pues tiene una vida útil mayor, pese a que su exactitud en la abertura es menor para tamaños pequeños. En lo que respecta a la abertura propiamente dicha, generalmente se utiliza una abertura de 10 a 20% mayor que la separacjón requerida a fin de asegurar que las particulas cercanas al tamaño requerido pasen por la malla. Pero si la abertura es demasiado grande, la proporción del oversize en el producto final s e h muy grande; y si es demasiado pequeña, el undersrze en la fracción gruesa será muy grande. Tomemos para aclarar, el ejemplo de la planta de trituración en la que se estaban produciendo fracciones de O a 4, de 4 a 8, de 8 a 12 y de 12 a 16 mm. El problema era que la planta no cumplía con la demanda para la fracción 4 a 8 mm, pero que sin embargo estaba produciendo en exceso para las fracciones O a 4 y 8 a 12 mm. La demanda del producto era un 5% máximo de oversize y un máximo de 15% de undersize. Se estaban usando mallas de alambre de agujeros cuadrados de 6 mm y 9 mm para las separaciones de 4 mm y de 8 mm respectívamente. Cuando se verificaron las fracciones limite, se encontró que se estaban produciendo fracciones de O a 5, de 5 a 7, de 7 a 72 y de 12 a 16 mm. Se reemplazaron las mallas por otras de agujeros también cuadrados, pero con aberturas de 5 mm y de 10 mm, las cuales tuvieron el efecto de cambiar la fracción de 5 a 7 mm por la fracción de 4 a 8 mm, trayendo como consecuencia una duplicación del tamaño requerido de 4 a 8 mm y una reducaón de la fracción que estaba siendo producida en exceso. El efecto del tamaño de la abertura sobre las especificaciones límite para oversize y undersize es también crítico. Si la fracción 4 a 8 mm contiene 5% de oversize y 15% de undersize. la cantidad de material entre 4 y 8 mm es 80%. Si hay una distribución igual dentro de éste intervalo. cada milímetro cuenta para 20% de la fracción. Así, un cambio en el tamaño de la abertura de solamente 0.5 mm, traerá como consecuencia un cambio de mas o menos 10% en la cantidad de oversize y de undersrze.

TRITURADORA SECUNDARIA, montada sobre rieles, alimentada por una faja transportadora que viene de la trituradora primaria.

Re-zarandeo con malla fija de barras de rieles y cargador frontal. Atrás la tolva de alimentador de la hituradora primaria.

El tamaño de la malla es también un factor importante. Tradicionalmente, se ha determinado el tamaño de la malla en función de su área, bajo la creencia de que una malla suficientemente grande garantiza un buen zarandeo. Estudios recientes sin embargo, han demostrado que la relación longitud/ancho de la malla tiene un efecto fundamental sobre la eficiencia de la operación y que de los muchos factores que afectan el proceso de zarandeo, seis tienen un efecto fundamental:

- contenido de undersize en la alimentación; - contenido critico de particulas; - rango de alimentación; - tamaño de la abertura; - afea libre de zarandeo; y - longitud de la malla. Se encontró que cuanto mas alta es la proporción del undersize en la alimentadora (o sea el porcentaje de material mas pequeño que el tamaño de la abertura de la malla), mayor será la cantidad de undersize en e l producto final. Se encontrd también que cuanto mayores scn los contenidos de undersize y del tamaño crítico en la alimentadora, sera necesario mallas mas grandes para obtener un resultado satisfactorio en el zarandeo. Esto es especialmente cierto cuando el contenido de tamaio crítico es alto, debido a que las partículas estarán mas cercanas al tamaño de la abertura y tendrán grandes dificultades para pasar. El rango de alimentación a la zaranda afecta al espesor de la cama de material sobre ella. La limitación básica al espesor permisible de ésta cama está dada por el tamaño de la abertura y no deberá excederlo. Si el espesor de la cama es excesivo, se produce una estratificación de/ material que afecta a la eficiencia del zarandeo. Esto mrsmo ocurre si ei matefial está demasiado húmedo. Ei área libre de zarandeo también depende del tamaño de la abertura y de la magnitud del área de los agujeros dada por un tipo de malla en particular. Las mallas de alam~repor ejemplo. tienen mayor cantidad de área libre de zarandeo que las mallas de caucho o de plastico. Finalmente. la longitud de ia malla tambren tiene un efec!o crrtico s c ~ r e la eficiencia del zarandee En una investrgación con mas de 6 !!CL wsayos, se descubco ,Le e' ,osse del material a traves de /a p/a:síor,-e

no es constante a todo lo largo de la malla, sinó que /a tendencia ea a estrat~ficarseen el priflrr metro y prácticamente todo el material mas pequeiio que la mitad de la abertura pasa por la malla en esa porción de la longitud. Después tiene lugar una separación mas completa del material y el pase por la malla será relatívamente rápido. Así, el tamaño de la malla es crítico mas allá de una cierta longitud dptima. A continuación se presenta un método para calcular el tamafio de la malla desarrollado por Svedala Arbra de Suecia. Para ello se comienza por definir el "contenido de tamaño nominal" como la proporción de material mas fino que el límite inferior de la fracción gruesa (Pu) y como la proporción del material mas grueso que el límite superior de la fracción fina (Po). Los calculos en éste método se llevan a cabo por computador. Usando los seis factores descritos, el programa calcula la cantidad de undersize en la fracción gruesa relativa al tamaño del agujero y el tamaño correspondiente al 95% del producto total. Esos dos valores son calculados por separado y luego se dibujan las curvas del anhlisis para cada fracción (Figura 3.1.3.e) Para evaluar el resultado se lee en la curva del producto total, cuanto es mas grueso que el tamaño deseado de separación (Po) y de la curva del producto grueso, cuanto es mas fino que el tamaAo de la separación (Pu). Si el resultado del zarandeo no cumple con los limites especificados, deberán hacerse los siguientes ajustes:

- Mucho oversize en el producto tctal (Po muy alto): reducir el tamaño del agujero y repetir los cálculos. -Muy poco oversize (en comparación con el limite permitido) en el produc!~total (Po muy bajo): aumentar el tamaño del agujero y repetir los calculos - Mucho undersize en ei producto grueso (Pu muy alto): aumentar el tamaño de la malla y repetir los cálculos

- Muy poco

undersize (en comparación con e! Iímiie permitido) en ei producto grueso (Pu muy bajo): Reducir el tamaño de la malla y repetir los caiculos.

Un chequeo sistematico con estos puntos de control asegura que se consigan el tamaño óptimo de la malla y el tamaño óptimo del agujero para las condiciones en cuestión.

O

4

2

SEPARACION

TAMAÑO DE L A Uc:

6

DESEADA

8

2

O

ABERTURA

4

lamoño de la porticuh

8mm IOmm

U n d t r t i z r en l a t r a c c 1 8 n g r u r i a dr lo o b * r t u r a

rriativo

a l tamaño

P u U n d r r s i z r r n lo t r a c c i 8 n g r u r t a relativo 21 tamoño b 10 r e p a r a c i 8 n Po: O v r r ~ i z ren ~ lo fraccion fina r e l a t i v o a l t a m a ñ o de l o separacion Pg5= Tamano c o r r a r p o n d i e n t r

Figura

CURVAS

al 95%

da la fraccion

fina

3.1.3 8

GRANULOMETRICAS

EL

TAMAZO O P T I M O

DETERMINAR DE M A L L A

PARA

3.2 Mezclas de suelos

Uno de los problemas mas frecuentes en los trabajos de pavimentación es la mezcla de suelos para lograr uno de mejor calidad que cumpla con los requisitos de una determinada especifcación. Llamada también estabilización mecánica, es el procedimiento por el cual se combinan dcs o mas suelos bajo c:ertas condiciones de humedad, granulometría y Limites de Consistencia a fin de mejorar las propiedades individuales y producir una mezcla aceptable. Obviamente que la mezcla física también puede en algunos casos traer como consecuencia una modificación en la química del producto resultante como por ejemplo en el caso de la mezcla de agregados para producir concreto, en que uno de ellos tenga contenidos muy altos de sulfatos que se transmitan a la mezcla resultante en limites no permisibles. En ésta parte solamente tendremos en cuenta los casos en que ya hayan sido analizados los otros aspectos y nos concentraremos en mostrar /a metodologia para conseguir mezclas de dos y de tres suelos. 3.2.2 Mezcla de dos suelos

Para una mejor ilustración del procedimiento a seguir con el metodo gráfico del cuadrado que es el que se presentará. se muestra el caso dado por Rico y Del Castillo. 13 Figura 3.2.2.a, muestra las curvas granulometricas de dos suelos 1 y 2. que se desea mezc!ar para lograr un tercero que esté dentro del iiuso Granulométrico de la especificación mostrada en achurado. En la Figura 3.2.2.6, se muestra un cuadrado que ha sido construido con 100 un~dades de lado, que representan los porcentajes que pasan las respectivas mailas de los materiales 1 y 2 aisladamente (escalas vehcales); y como parte de la mezcla (lineas horizontales). Ej :'~rocedimientcc~nsisieen morcUr en cada escala ~/ertical !es corcentajes que pasan. correspcndientes a cada tipo de malla en amDos suelos. los que luego se unen representando así los porcentajes ue suelos 1 y 2 en cada malla. Luego se prccede a marcar sobre esas 'heas, Ics limites de; Huso Granulométrico que represenran los sorcecrsjes que pasan ,cor cada una de las mailas conten~dcsen el ,?uso. se :al manera Que ia porc:ón cumorendida entre la menor

M A L L A S U. S. STANDARD 3 :?,2'1<:

1

, d

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18"

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SUEL3 2

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DEL GRANO

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-

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1 1 3 3

3

MM

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3 l A G R A M A C U A D R A D O PARA L A M E Z C L A D E D O S SUELOS

-

--

separación de todas esas marcas.(linea punteada), represehta t o d a las posibles combrnaciones de los suelos 1 y 2, que cumplen con las especificaciones. En la Figura 3.2.2.1, se muestra como "primer tanteo': la curva correspondiente a una mezcla 50-50, es decir con 50% de suelo tipo 7 y con 50% de suelo tipo 2.

3.2.3 Mezcla de tres suelos Se utiliza el método del triangulo tomado de la misma referencia anterior.

Se tiene tres suelos A, 5 y C (Tabla 3.2.3.a) que se desea mezclar para obtener un cuarto que cumpla las especjficac~ones mostradas en el achurado de la Figura 3.2.3.a. El procedimiento consiste en construir un triangulo equilátero con. 100 unidades por lado, correspondientes a los porcentajes que retiene la malla No. 4, a los que pasan la malla No. 4 y son retenidos en la malla No. 200; y a los que pasan la malla No. 200. Dentro de éste triangulo se ubican los puntos A, B y C correspondientes a cada tipb de suelo que interviene en la mezcla y lo mismo se hace con los limites del Huso Granulométrico, obteniendose a sí un paralelogramo (abcd). Cualquier punto dentro del triangulo ABC, representa una mezc!a de los tres suelos. peío si además ese punto cae dentro del paralelogramo abcd, cumplirá además la especificación dada. Siendo el punto de mezcia optima el que se localiza en el centro de gravedad del paralelogramo (punto o), se consigue la proporcfon de la fnezcia de los tres suelcs de la siguiente manera: se une el punto C con el punto o y se prolonga la línea hasta o' sobre la línea que une a los suelos A y B. La relación ooY o'C dará la proporción con que interviene el suelo C en la mezcla. Del mismo modo, /a relación BoYAB muifiplicada por el ccmplemento de la proporción con la que inrerviene C. c'ará ia proporción con que iflterviene A. Finalmente, el complemenic de ias dcs anteriores sera la proporcion con la que interviene B en /a mezc!a. Esas proporciones muitiplicadas por Íos correspondientes ,corcentajes de cada stie!o que pasan las respectivas mailas (Tabla 3.2.3.a),?er,mr:ira obtener la curva granulométrica de la mezc!a como se rnues:ra rn la F!'ura 3.3.3.3. 1

M

A

83

-

O.S.~ STANDARD

9'0 CUE RET'EHE U M I L L A

Fipura

3 2 3

Y O 1

D I A G R A M A TRIANGULAR P A R A M E Z C L A D E T R E S SUELOS

I

TABLA 3.2.3.a

--

2 .

Porcentaje que pasa

Tamafio

- . b

4 t 1

1

1 112" 1' 314" 1 12' 318" NO4 No 8 No 16 No 30 No 50 No 100 No 200

100 100 100 100 100 100 915 100 100 100 71 89 100 58 80 30 67 5 100 62 10 57 2 47 5 33 40 18 335 4 5 285 24

-

-

100 88-100 80-100 70-100 61-90 45-69 34-50 26-38 18-29 12-22 7-16 4-10

23 4 234 234 234 23.4 234 145 77 42 1.1

-

.

27 8 278 278 24 8 22 2 188 159 132 111 93 79 67

48.8 488 447 34 7 28 3 146 49 10

-

-

i

1

1

I

3.3 Estabilización de suelos 3.3.1 Generalidades La estabilización de suelos en los trabajos de pavimentación puede ser definida como un medio de consolidación permanente de los materiales de sub-rasante, sub- base y base, incrementando de manera notoria su resistencia y capacidad de carga y decreciendo su sensitividad al agua y a los cambios volumetricos durante ciclos de humedecimiento-secado. Las mezclas de suelos son una forma de eslabilización mecánica y es por su importancia y frecuencia de uso que han sido tratadas en forma separada, como lo serd la compactación a verse en 3.4. Otras formas de estabilizaaon se consiguen:

- Por drenaje; - Por medios eléctricos; - Por medio de calor y calc!nac:ón: y - Por medios qulmicos. En la Tabla 3.3.1, se dan algunos criterios en /a estabilización de suelos y minerales.

En el Perú no se han aplicado estabilizaciones por medios eléctricos ni por calcinación, aunque si existen experiencias de estabilizaciones con cal y con cemento, que son de las que nos ocuparemos a continuación.

3.3.2 Estabilización con cal Ha venido a ser en muchos paises una técnica preferida de estabilizaci6n de sub-rasantes, sub-bases y bases, debido a que permite el USO de suelos marginales mejorándolos por el añadido de una pequefia cantidad de cal hidratada, evitando así su eliminación y reemplazo por materiales de préstamo. La estabilización con cal se apiica solamente a la cal hidratada y no a la roca caliza pulverizada, que sólo reacciona mecánicamente con los suelos. En algunos casos se utiliza la cal viva en pre-tratamientos con suelos húmedos. Los principales efectos de la cal sobre los suelos son:

- Reduce el índice de Plasticidad; - Reduce los cambios de volúmen (arcillas expansivas); - Ayuda a la p~~lverización del suelo; -Eleva el óptimo contenido de humedad, permitiendo compactar en condiciones mas humedas; - Aumenta la resrstencia compresiva; - lncrementa su capacidad portante en terminos del CBR; -Forma una barrera resistente al agua de abajo hacia arriba y viceversa; - Permite la fomacion de una "mesa de trabajo': facilitándo la compactación de las capas superiores. La aplicación mas frecuente de la estabilización con cal es como pre-.!ratamiento a la estab17ización con cemento sobre arcillas plásticas (70 %< IP < 50%), a las que hace mas trabajables y fáciles de compactar. También se la utiliza en el mejoramiento de las propiedades resistentes de las gravas arcillosas (material de base). Donde tiene poco efecto es con los suelos muy orgánicos o sin arcilla. Cuando los suelos tienen un IP bajo, es imprescindible que exista cuando mecos 15 % de material que pase la malla No. 200. En lo que sigue. se dan algunas recomendacicnes de la National Lime Association para la ejecución de es:abiiizaciones con cal hidratada en sub-rasantes o sub-bases, a un rango de 3 % a 6 % en peso del suelo seco. Los pasos a seguir son:

PROBLEMAS TIPICOS Y POSIBILIDADES DE ESTABlLlZAClON DE SUELOS Y MINERALES

Tipo de estabilización

'ipo de suelo

Materia orgánica

1

l

Estabilización mecánica. Los demás metodos no son efectivos

I

Arenoso

Mecánica cuando la granulometria es uniforme. Las arenas limpias pueden mejorar sus características con cemento o asfalto.

11 I

--

Limasos poca o ninguna arc~lla Arciilosos placticos Arciiios~s de textura abierta

-

En general, el único tratamiento al que son susceptibles es a la compac tacion

Limoso con algo de arcilla

,,

I

No existen tratamientos economicos Debe evitarse su uso en superficies expuestas por el polvo cuando secan Responden a la estabiiizacion con ca i

1

I I

I

Responden muy bien a ia compactaciori

Arcillas suaves

Susceptibles a la estacilizacion con cal

Caolín

Estabilización mecanica con arena cemento o cal

Montmcrillonita

Con cal 1

illita

Con cemento o cal

a. Escarificación y pulverizacion Después que el suelo ha sido llevado al alineamiento y perfil mostrados en los planos, deberá ser escarificado hasta la profundidad especificada y ancho de estabilizacion y luego parcialmente pulvenzado. Se utiliza para ello escaficador o rastra de discos en la escarificación inicial, seguida por rastra de discos y/o pulvimixer para la pukderización. Deberán removerse previamente todas las raices, tocones y piedras mayores de 3': b.

Extendido de la cal La cal hidratada, conformante con las especificaciones dadas en el Anexo 9.7, deberá ser uniformemente esparcida al porcentaje especificado utilizando para ello los metodos seco o húmedo (lechada). Las aplicaciones en seco se podrán hacer desde un camión esparcidor como el mostrado en la Figura 3.3.2.1.b, o directamente de las bolsas distribuidas uniformemente sobre la sub-rasante (o sub-base) como se muestra en 3.3.2.2.b, cuidando de no levantar mucho polvo. Para ello deberá preverse cuando el tiempo vaya a estar ventoso. En esos casos, así como en zonas urbanas, se recomienda el método húmedo. La cal sólo podrá ser aplicada a las áreas que puedan mezclarse con el suelo durante el día de la aplicación. Es recomendable un período de seis horas. Si se emplea 51 método húmedo (lechada), deberán tomarse las precausiones para evitar la decantación de la cal. Una dosificación típica es de 1 tonelada de cal por 500 galones de agua Para la aplicación en húmedo pueden emplearse k s tanques cisternas para agua o asfalto, con o sin distribuidores de presión, aunque es preferible que sea con distribuidores, ya que ellos permiten una distribución mas uniforme. Desde que las aplicaciones en forma de lecbada tienen menor concentrac~ónque las aplicaciones en seco, generlamente se requieren dos o mas pasadas para alcanzar la clasificación estipulada.

c.

Mezclado preliminar y Regado.

E! mezclado preliminar es requerido para distribuir la cal uniformemente dentro del suelo a el ?ncho y la profundidac apropiados, así como para pulverizar el suelo a menos de 2" Durante esta etapa, se deberá regar la mezcla para elevar e contenido de humedad hasta por lo menos 5% del óptimo. Se

recomienda un mezcladora rotatona como la indicada en /a Figura 3.3.2.1.d. Después del mezclado inicial, la capa tratada con cal, deberá ser conformada a la sección y perfil requeridos y compactada ligeramente antes del curado, a fin de minimizar las pérdidas por evaporación, la carbonatación de la cal o prevenir humedecimientos excesivos por posibles lluvias. El equipo necesario en ésta etapa estará conformado por mezcladoras rotatorias de una o multiples pasadas o rastras de discos; camión cisterna y rodillos neumaticos ligeros. d.

Curado preliminar La mezcla de cal-suelo deberá ser curada de O a 48 horas para permitir que la cal y el agua "rompan" los grumos de arcilla. El período de curado depende del criterio del ingeniero responsable. (Para arcillas muy plásticas, el período de curado puede extenderse a 7 dias o mas si es necesarioj.

e.

Mezclado final y pulverizacion El mezclado y la pulverización deberán continuar hasta que los grumos sean reducidos a tamaños que puedan pasar una malla de 1" y que por lo menos el 60% pase una malla No. 4. En esta etapa puede requerirse de agua adicional para elevar la humedad de la mezcla hasta su óptimo contenido de humedad antes de la compacfación. Para esta operación es imprescindible contar con un mezclador rotatorio (pulvimixer) para la pulverización. Si se diera el caso que se cumpla con /os requisitos de pulverización indicados durante el mezclado preliminar, entonces podrán obviarse los pasos d. y e. El equipo requerido incluye una escarificadora para aflojar la capa y un pulvimixer.

La mezcla deberá ser compactada a por lo menos el 95% de su máxima densidad obtenida con el ensayo de Proctor Modificado. La densidad deberá estar basada en el valor o5tenrdo para una muestra representativa del campo y no para el suelo no tratado. La compactación deberá empezarse inmediatamente después del mezclado final y en ningún caso se deberá exceder de una semana. La excepción a la regla está &da para las capas estabilizadas de 78" de espesor o mas, en que el requerimiento del

OTRAS FORMAS DE DISTRIBUUIR LA CAL

(a) Mezcladora rotatoria usada para el mezclado simultáneo de la cal y el agua.

(b) Se colocan las bolsas con cal cobre el terreno según cierto espaciarniento, se desgarran y se vacea el contenido cobre el suelo arcilloso.

Figura 3.3.2.2.

95% de compactación para la capa del fondo puede ser superado. pero para la capa superior de 9" siempre se deberá cumplir el requerimiento del 95%. El equipo necesario en ésta etapa consistirá de un rodillo neumatico pesado, o rodillos vibratonos o una combinación de rodillos pata de cabra y neumáticos ligeros. En ningún caso se permitirá a un rodillo neumático ligero compactar una capa completa de 6" en una sola vez. Si se tuvieran que usar rodillos neumaticos ligeros, deberán compactarse en capas delgadas de 1 a 2" por vez.

g.

Curado final La sub-rasante (o sub-base) compactada, deberá ser curada por 7 dias para permitir el endurecimiento de la capa antes de la colocación de la capa siguiente sobre ella. El tiempo exacto de curado deberá ser definido por el responsable. El curado puede ser, Húmedo: el cual consiste en mantener la superficie en una condición húmeda; y Por membrana: el cual involucra el sellado de la capa compactada por un riego asfaltico de una o multiples aplicaciones. Si la capa ha sido compactada por rodillos pesados (de 20 toneladas o mas), el periodo final de curado puede ser superado, aplicándose la capa siguiente que servirá como medio de curado.

3.3.3 E3tabilización con cemento

Es una técnica que se utiliza desde 1917 y que hoy en muchos paises es de uso común para estabilizar sub-rasantes o mejorar las propiedades resistentes de sub-bases y bases de pavimentos urbanos. de carreteras y aeropuertos. Se emplea normalmente para disminuir 1; porosidad y la plasticidad de los suelos arciilosos, así como paré aumentar su resistencia y su durabilidad; aunque es posible ernplearlc con cualquier tipo de suelo (Tablas 3.3.3.a y 3.3.3.b). La principal restricción a las estabilizaciones de suelo-cemento u encuentra en el contenido de materia orgánica que dificulta la reacciól; es por esa razon que se le restringe a 1 ó 2 76 en peso. Otr: elementos nocivos son los sulfaros de calcio y de magnesio y en ger

Colocando los caballete de suelo transportado

Aplicación del pavimento a granel directamente sobre el caballete.

Descargando el cemento a granel sobre un volquete.

ral toda sustancja hhidrófila presente en el suelo. Para contrarrestar las sustancias nocivas, se recomienda el empleo de cementos de alta resistencia. Aunque todos los tipos de cemento son útiles para la estabilización ae suelos, normalmente se utilizan los de fraguado rápido y los de resistencias normales, siendo en todo caso preferibles los cementos mas finos. Hay tres tipos de mezclas de suelo y cemento:

TABLA 3.3.3.a PORCENTAJE DE CEMENTO A PROBAR INICIALMENTE EN DIFERENTES TIPOS DE SUELOS

,

Suelo Clasif

1

O/O de cemento en peso normalmente usa do por capa terminada

% de cemento en peso a usar en pruebas de compactacion 5-6 7 9 7O

1 1

j

YMH

8 -13 19-15 1 0 - 1 6

CH OHyPt

I

1

GW, GP

CL,OL

% de cemento en peso a usar en pruebas de durabilidad

10 12 13

1

1

3-7 5- 9 7-11 8-12

8 -12 10 -14 11 -15

Los suelos provenientes del horizonte "AA'contienenmaterias orgánicas u otros materiales perjudiciales para la reacción del cemento, por lo que pueden requerir porcentajes mas altos de éste. Cuando la coioración ae estos suelos sea de gris a gris oscura, cobendrá incrementar !os contenidos de cemento indicados en 4 puntos. Cuando la coloración sea negra, el aumento sera de 6 puntos.

I I

, l

TABLA 3.3.3.b L~MITESNORMALES DE CONTENIDOS DE CEMENTO EN LOS SUELOS DE LOS HORIZONTES B y C

r

!l I

1

j

'

1

1i I

Grupo de suelo I % en voliimen c~asificaci~n AASHTO

'

A-1-a A-1 -b A-2-4 A-2-5 A-2-6 A-2-7 A-3 AA A-5 A-6 A-7

/

% en peso

1!

5-7 7-9

-----

7 -10

' 1

8 -12 8-12 8-12 10 -14 10-14

I I

3-5 5-8

1

I

.-___

l

5-9

1

7 -11 / 7-12 18-13 9 -15 10-16

I

----

¡ I l

- Suelo-cemento compactado; - Suelo modificado con cemento; y - Suelo-cemento plástico. El suelo-cemento compactaco es aquel que contiene suficiente cant~dad de cemento como para endurecer-al suelo asi como e! grado de humedad necesario para lograr la hidratacion del cemento y una adecuada cornpactacion Otras expresiones ~tilizadaspara denom~nara este tipo de mezcla son 'bases tratadas con cemerto' "suelo esrabilizado con cemenro ' y "agregado estao~lizado"

Ei suelo mod~ficado ccn cemenro es una mezcla no endurecida o sew-endurecida de s ~ l e i oy e m e n r o con canttdades dr es:e último Tencres que las emu!redas $ara e1 suelc-cementc Se u t ~ h a preferentemente par? reduor ;a p1asíic:dad la capacdad de retención de agua, e incrementar la caoacidad portante de ciertos sue~os Sus principales ap/icac;ones estan. como mater~al de relleno en trrrapienes en sub-rasades sub-gases y Sases

E; suelo-cemento plástico también es una mezcla endureciia de suelo y cernenro, que contiene al momento de colocarla. suficjente cantidúd de agua como para que contenga una consistencia similar a la del mortero p1ás:ico. Se empiea en taludes. areas irregulares o confinadas tales como revestimientos de cunetas u otras areas erosionables, donde es difícil operar con el equipo normal de construccion. La consrrucc:on de pav~mentos con suelo-cemento, comprenae dos grandes otrpas la preparac:ón y el proceso cosntructivo ,oroolaven!? c,cno P cuntinuacion se describen las etapas constrüc!ivas y el esuÍcc necesario para la construccion empleando cc~alletes(Fgcra 3 3 a) A. Consvucción c o n mezcladora en tránsito para material en caballete. Etapas constructivas

Cun sueio del iugac 7 . - Periilar el camino transversal y i o n ~ r t u d i n a i n c ~ ~ : e 2.- Escarificar el suelo. 3.- Pulverizar el suelo si es necesario. 4.- Formar y un~formizarel caballete. Csn sue!o transportado: 1.- Psrfilar la sub-rasante transversal y ion~itu~inai1'7en:e 2.- Compac:ar!a sub-rasante. 3 - Pr~lverizarel suelo si es necesario. 4.- Formar y ilnifcrmizar el caballete. /hj ? ~ ~ a r a c ! c'el c n suelo-cemento "i . - ,~sinL~~~c;ón de! cemenlo ,üor;ana. 2.- ,Mezcla y apiicacicn de acua. Y.-2:s:~bo.c:Ónc'al cabal1e:e ,-ara el rnezc:adv 4 - Ccvpac:acjon 5,- -~??~/flacib.n. 5.- Cdradv. - '

Equipo

1 puiverizacora si 9s iecesaria 1 mcrcfilveiadora csn escrrificcadcr 1 unifcrmador de cacaiiete o cajon para /a d~srriouuon

( b ) Para ei manipuleo dei cemento a grane! 1 :rzfis~or?adorde zemento .i, ",, ,cara cemen:3 :Saiocza ,~crtani-3 c3n1i!ones 1 l k m b u i d o r mecanicr de c e c e n r rara csra::ete

-

Ic: ?ara ia niezc!a y aoiicaccrjn ce agüa 1 mezriadcra aurcw"rov~!sadaen ! r $ n s i i ~r a r a rabai!e!e. 7 bcrnca en ei /usar ze! s ~ m i n i s f r cCe agua. 2 ó ,nas camiones-rancue para e! sum!n!s:rg de a p a , de acuerdo ccn ,'as ,necesidades CE '3 JÜTS. 1 ,~,z!cniveiadora sarz ia c'is:rlbuuSn de! car;:ietr mezc!ddo

:rcsr//cpata c e cacr2

l ; i i e ~ eser ~15ra:cric1

1 ras:ra c'e dientes r Ce ::aVos 7 ras:ra de cepiiics 1 rcc!ii,'o de nel;maiic.cos 1 rociiio de r:;indro iisc s v!ú'r~:crio

potencial de asentamientos diferenciales en las estructuras asentadas sobre ellos. Los factores mas importantes que intervienen en el proceso de compactación son:

- las características' fisicas del suelo;

- el equipo de compactación; y - la forma de empleo del equipo seleccionado sobre un suelo en particular. En lo que sigue. se trataran los factores mencionados, así como los metodos empleados para medir la compacracion.

3.4.2 Caracteristicas fisicas del suelo Además de la granulometríá. de !a humedad y Uei peso unirario seco. que son ampliamente tratadcs en cualquier texto de mecanica de suelos, se ha encontrado en las investigaciones de laboratorio, que también tienen incrdencia sobre una buena compactación: el contenido de finos, la angularidad de las pafficulas y la rugosidad superficial de los suelos. No se tocarán en ésie punto esos aspectos que como se ha dicho pertenecen al ámbito de !a investigación, sino que se ilarnará la atención sobre el hecho que en !a prac!ica. aún prevalece !a d~sWc:ón usual entre sueios granulares y cohesivos o suelos con coheslón y fricción, debido a que su comportamiento ba!o la acción de ias cargas. pone de relieve la mayor importancia en la seleccion del ecuioo apropiado para una cierta categoria de sueio. En /a figura 3.4.2.a se muestran las cunas carac:ensticas de compactación para varios tipos de sueics. Aili es pos:oie nctar 'a fcr,*a acampanada tipica de los sueics arciilosos y limosos. !a carac:erisaca de tener altas densidades para los es:ac'os seco y sarurado de ;cs suelos arenoscs finos y !a Curda cie Saruracfcn ubicaca er: S! iacc supeo'or derec,?o Ue !a curia P ~ s o Lnitario Ser,--C;n:a.ciCc 5 3 Hui;;edad. ia cual se dencmica as; porque se obtiene ruandz .?l j;tcc de sa!uración alcanza el 100 76. o sea cuando tcdos :es x r c s nei s r e : r se encuentran !!enos de agua. En 1 . d . 5 . se hará una breve risczs;rn sobre la convecienc:a de crnrroiar !a cirnpactaacn ,:cr ciferrr:os mercdos :rac'icicna!es y moder~os.

CURVAS

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TIPICAS

DE C O M P A C T A C I O N PARA D I F E R E N T E S T I P O S DE S U E L O S

:c que se refiere 3 a inteipre?ac:on f í s i c ~ I e ! drsayc ce cc,mDac:ac:or se ooserda :re cuancl se mcremenra ia can::cad r e scua en i n slieic. crra ac:ua csmo !uoricante enrie las nar:cuias zel ,7;1smc 3s --cera r s e 5qc Jna misma energ~aie COPF3;:ECICTi O : : ~ e . o~ C T S F S ,SU ? : I_Je,ns:dac ~ S ~ C S2 - e ~ ( : c aq r e aumerva s¿ : i r : e r ; c c ,-e ,+un-eicc Sin emoargo s zacir i e un c:eJto /a/cr d e r s , ~ ; r a C 2 IZPT Ccf:io ~ T5e IC 1 ~C r r ; z a O,a. iensicac secc : s m i n l i i / e " ~ : C G 3 -, .,;e S : agua :,-asa .os ,/ac:cs .;ue zer,eran naoer s:cc oclicacrs ,;3r 'a : a r e cri!Ca :e/ c ~ g ,=;cc;ra : ~ 2 1 227 ,

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MATEMATICA DE L A CURVA -MEDAD

-DENSIDAD

En el caso de las arenas finas, que son de gran abundancia en la costa peruana. la tensión capilar presente en los poros a contenidos de humedad bajos (no en el suelo seco), inhibe el movimiento de las particulas hacia una posición mas densa, la cual comienza a desarrollarse a medida que el contenido de humedad aumenta hacia la saturación. Esto ha llevado a muchas personas a pensar que para compactar arenas sólo basta innundarlas. La innundación lo que hace es provocar una ligera densificación por el desplazamiento de las particulas de la arena debido a la acción lubricante del agua y a su propio peso, sin embargo, al quedar el suelo expuesto a la intemperie y perder humedad, nuevamente se tendrá una situación de falta de compactación, justamente por no haberse ejercido la acción mecánica requerida para llevar al suelo a una posición mas densa. 3.4.3 Equipo de Compactaci6n

En una primera clasificación y dependiendo del tipo de suelo que se va a compactar, el equipo de compactación puede transmitir su energía al suelo por: PRESION, VIBRACION, IMPACTO o AMASADO (Ver Figura 3.4.3.a), mediante rodillos estáticos, vibratorios, pata de cabra y neumáticos. La compactación tradicional de suelos hasta la década de 1930 era por PRESION (carga estática), AMASADO, IMPACTO o por una combinación de esas tres. La primera aplicación práctica del principio de la VIBRACION fué hecha en Alemania y no fué sinó hasta fines de la década de los 60, en que se utilizd para la compactación de mezclas asfálticas en caliente, siendo hoy uno de los metodos de compactación mas usados tanto en suelos como en concreto asfáltico. La selecc~óndel equipo de compactación no siempre se hace bajo Ics criterios mas apropiados dados por el tipo de suelo y de trabajo que se planea hacer, sinó bajo criterios mas simplistas de disponibilidad y de costo, no obstante que las compañías fabricantes ponen a disposición de los usuarios Cartas para !a Selección del Equipo de Compactación, dos de las cuales han sido compatibilizadas y se presentan en la Tabla 3.4.3.a. A principios de 1989 la Bomag ha lanzó al mercado el programa CARE (Computer Aided Roller selection in Earthworks), diseríado para ayudar en la selección del rodillo óptimo para un material dado. La información

PRESlON

SUELOS

V I BRACION

GRANULARES

IM PACTO

AMASADO

SUELOS Figura

COHESIVOS

3.4.3. a .

PRINCIPALES FORMAS DE APLlCAClON E N E R Q I A DE COMPACTACION

DE L A

.

de entrada incluye: el volúmen del material a ser compactado, el tipo de suelo, la uniformidad, el contenido de humedad y la densidad requerida. CARE, calcula el número de pasadas, los espesores de capa y el tiempo de compactación requerido. Con la intención de estandarizar la terminología, especificaciones, métodos y procedimientos, la United States Construction lndustry Manufacturer.Association (CIMA), ha categonzado los compactadores en base a la relación del operador con la máquina y por el número de tambores con que cuenta, según se muestra en la Figura 3.4.3.b y se indica a continuación:

A. Autopropulsado con un s6lo tambor que lo lleva en el frente y puede ser liso, pata de cabra o de rejilla. Puede ser articulado o con marco rígido, de tracción simple (sólo en los neumáticos) o de tracción doble (en los neumátivos y en el tambor). Los neumáticos que van en la parte posterior, pueden ser lisos para compactación de asfalto o con cocada para los trabajos can suelos.

B. Tandem autopropulsado de doble tambor: con una o dos articulaciones, aunque algunos son rigidos y otros pocos articulados con un dispositivo para trabar la articulación. Es aplicable a bases y superficies bituminosas. sub-rasantes y terraplenes cuando se opera con ambos rodillos guiando y vibrando. Es aplicable a la compactación de bases y sub-bases y de mezclas de concreto pobre, cuando se opera con el tambor delantero sólo guiando y el posterior guiando y vibrando. C. De u n sólo tambor conducido manualmente: es una maquina empleada en pequeños trabajos de reparación, en interiores, en areas peatonales y campos deportivos y en espacios confinados que requieren maniobrabilidad.

D. De dos tambores conducido manualmente: con uno o ambos tambores vibratorios, alticulados o rigidos. 5enen generalmente 1 mt de ancho. Cuando se destinan a traualos con asfalto, llevan ~ncorporadosun tanque de agua y rociador. .Se uti:izan normalmente en trabajos menores de carreteras y calles y en rellenos de zanjas. E. Rodillos vibratorios de tiro:

consisten en un tambor con un mecanismo vibrante y un enganche para el remolque. Los de tambores lisos se utilizan en suelos granulares y los que tienen patas en suelos cohesivos. También se emplean los pata de cabra y los de rejillas. Se recomiendan en terraplenes de suelo y de enrocado y en grandes proyectos corno presas y aeropuertos.

F. Pisones (tampers): llamados también "ranas" en nuestro medio, son utilizados para compactar franjas marginales o de borde, zanjas angostas y rellenos. Algunos modelos son empleados para compactar arena, grava y asfalto. Pueden ser a gasolina o elkctricos y estar equipados con tanque de agua y esparcidor en pequefios trabajos de reparación asfáltica. G. Plancha vibratoria: con movimiento en un solo sentido (hacia adelante) o en ambos sentidos (hacia adelante y hacia atrás, mediante un pivot en el manubrio), se utilizan para compactar arena y grava, mezclas de suelos granulares y cohesivos, mezclas asfálticas y en el acabado de pavimentos de adoquines o articulados. 3.4.4 Forma apropiada de usar el equipo seleccionado

Depende de una serie de factores como: frecuencia y amplitud, en el caso de los rodillos vibratorios; presión de inflado, en el caso de los rodillos neumaticos; peso, en el caso de los rodillos estáticos; área de las patas en el caso de los rodillos pata de cabra; y velocidad, número de pasadas y esquema de compactación en todos los casos. El número de vibraciones o frecuencia, es el número de veces que el esfueno de compactación es aplicado al suelo. Esta característica unida a la velocidad de traslación del equipo es la que permite aplicar al suelo el esfuemo adecuado para su densificación mas rápida. El rodillo transmite al suelo sus vibraciones dentro de un área de influencia, la que disminuye a medida que progresa la compactación, hasta el momento en que toda la vibración rebota hacia el redil?. Esto que normalmente es sentido por el operador y le indica cuando cambiar de franja, ha sido explotado por los fabricantes de rodillos vibratonbs para diseñar un mecanismo que va adosado a los nuevos rodillos, el cual le

permite al operador no expenmentado decrdir el momento oportuno para el cambio de franja de compactación (Ver 3.4.5.8). La amplitud es en terminos sencillos, la altura de salto de la masa, la cual varía en razón inversa a la vibración. Normalmente los rodillos vibratorios tienen dos amplitudes: alta y baja. El peso o fuerza de los rodillos estaticos se diferencia de la fuerza dinámica de los rodillos vibratonos en la influencia de la altura de caida. La experiencia indica que una combinación de frecuencia baja j/ amplitud alta es mas eficiente que una combinación de frecuencia alta y amplitud baja. Esto tiene sentido si tomamos en cuenta que a frecuencias bajas, las particulas del suelo tienen tiempo de moverse y ocupar los vacios antes que ocurra un nuevo golpe y que en fodo caso, en amplitud alta el efecto del golpe es mayor que en amplitud baja. El tipo de material a ser compactado es importante en la selección del equipo. Así. para compactar materiales plásticos como arcillas y mezclas de arena-arcilla o grava con arcilla. la selección depende del contenido de humedad. Cuanto mas alto es el contenido de humedad, mayor es el esfueno compactador requeriao. La compactación debe hacerse en capas delgadas y a bajas velocjdades con rodillos pata de A. cabra estáticos o vibratorios. También pueden emplearse rodillos con patas. los que probablehente sean mas rápidos, pero en cualquier caso, el espesor de la capa por compactar deberá ser de 1" a 2" mayor que el tamaño de la pata. Para suelos no cohesivos, como arenas. gravas y piedra chancada. se utilizan rodillos lisos, los cuales también son efectivos para terminar /as superficies que han sido compactadas previamente con pisones. Cuando estos rodillos se utilizan sobre suelos cohesivos, tienden a formar una costra que restringe la cornpactac~ónen las capas inferiores. En suelos que contienen bloques de roca se utilizan rodillos de rejiilas lastrados con bloques de concreto para producir muy altas presiones superficiales. suficientes para quebrar la roca. introduciéndola al mismo tiempo dentro del suelo para formar una superficie relativamente alisada. Los compactadores vibratorics pesados jcsn cargas estaticas entre 10 y 75 toneladasl pueden em.clearse tarnbien ventajosamente sobre rellenos de enrocado y suelos granulares. E! rodillo vibratorio de un soio tambor se ut~lizaen la compactación de capas gruesas de relleno suelto

Tren d e compactación detrás de la pavimentadora: rodillo de neumáticos con tres ruedas delanteras y cuatro p o s t e n o r e s r el traslape y suspensión oscilante ara dar el amasado, seguido por un rodillo e tres ruedas y peso de operación entre 8 f3 toneladas ' según esté descargado o lastrado, para "planchar ' el asfalto y detrhs un ro& o vibratorio tandem con fuerzas de compaktación de hasta 16 toneladas para el acabado.

Rodillo vibratorio auto propuisado de un solo tambor. Es uno de los versátiies pues se aplica a suelos, rocas y asfalto. Dependiendo del tipo de suelo, puede compactar capas de hasta 1 mt. la fuerza máxima de compactación es de 26 toneladas en dos rangos de vibración. ideal para compactar arenas finas. RODILLOS DE COMPACTACION

TRES TIPOS DE RODILLOS COMPACTADORES CON PATAS PARA SUELOS COHESIVOS Y SEMI-COHESIVOS (a) Tractor de ruedas con lámina (b) Patas tronco-pirámidales (c) Patas tronco-cónicas

Finalmente, es conveniente resaltar que en suelos extremadamente humedos. ningun tipo de rodillo es efectivo sinó se seca hasta un contenido de humedad cercano al óptimo o se estabiliza con cal o cemento. 3.4.5 Metodos para medir la compactación

La bondad de los trabajos de compactación se ha medido tradicionalmente mediante determinaciones del contenido de humedad y del peso volumétrico seco y su comparación con un patrón de laboratorio (Pnjctor Estandar o Proctor Modificado). Sin embargo, debido a que las características de un suelo compactado no dependen solamente del tipo de suelo y su contenido de humedad, sinó también de la energía de compactación, lo cual obviamente trae distorsiones muchas veces importantes (Figura 3.4.5.a), se han propuesto diferentes metodos de campo, laboratorio y también teóricos para verificar la calidad de los trabajos ejecutados (Tabla 3.4.5.a),algunos de los cuales presentaremos a continuación.

A. Control de la Densidad Es el método mas comente y consiste en medir la densidad in-situ, así como la humedad y determinar a partir de ellas la densidad seca, que luego es comparada con una Máxima Densidad Seca Teórica para detenninar el Porcentaje de Compactación. Todos los metodos para determinar la densidad están estandanzados por ASTM y no se van a repetir aqui, por /o cual solamente se mencionarán indicando el número de la norma correspondiente:

- Método del Cono de Arena (ASTM D 1556-82) - Método del Volúmetro (ASTM D 2167-77) - Métodos nucleares (ASTM D 2922-81 y D 301 7-78) Existe dentro de éste grupo un método ingenioso desanollado por Eggestad entre 1974 y 1980 al que denomina Comprimetro el cual es aplicable a arenas e incluso gravas pobremente gradadas de hasta 20 mm. El principio se basa en la medición del bulbo superficial que se forma al hincar un pistón o punfa dentro del terreno (Figura 3. 4.5.b). Cuanto mayor sea la densidad del material, tanto mas grande será el volúmen del bulbo. Dicho volúmen se mide dejando el aparato inicialmente lleno de agua, para medir luego el agua expulsada por el orificio de salida al hincar la punta de dimensiones estandarizadas. El volúmen medido se expresa en relación con el volúmen del pistón por un cociente "R", el cual ha sido calibrado con la Densidad Relativa y un cierto porcentaje del Proctor Estandar o Modificado y es independiente de la granulometria y de la humedad de los materiales ensayados, siempre que la arena se encuentre húmeda. Como referencia se dan a continuación algunos valores del lndice de Compactación:

Pese a que la penetrac~óndel pistón es de sólo : O cms., se ha observado que tiene influencia haste 25 cms. Su aplicación está en el control de la compactación de rellenos en zanjas. fltros y bases.

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Eb!TFIADA -q7

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3.4.5.b

DISPOS!TIVO Y METODQ DEL CONTROL DE C O M P A C T A I I O N D E EGGESTAD ( C D M P R I M E T R O

VOLUMETRO Y FORMA DE EMPLEARLO

Se posiaona la base sobre una superficie plana y al volúmetro sobre ella. Se abre la válvula para inflar el

% ea20 h" que el agua al-

cance su nivel más bajo. Tomar esa lectura e invertir la bombilla 4ue el m ese fentro de%lindro.

Retirar el volúmetro dejando la plancha de base con el agujero del medio a través del cual s e excava el suelo hasta unos 15 cms. de rofundidad. L o g e r el suelo con mucho ZidP5aXri tomar su contenido de humedad.

Colocar el volúmetro nuevamente sobre la base. Colocar la bombilla en posición de 'bombeo".

Bombear para u e el agua %entro del g l c ~ bo ingrese en el agujero y regis trar la lectura en el punto más bajo.

Invertir la bombilla a la posición de 'Y acío" y bombear hasta que vuelva ingresar al cilindro. El volumen del agujero estará dado por diferencia de lecturas en el

cilindro.

rn4lodo de Transmisión ONecta.

i a i

Detector oa nautronas

Volumen meaido

DOS

-

FORMAS

DE EVALUAR L A DENSIDAD

P O R M E T O D O S NUCLEARES

EN ASFALTO

EN SUELO

MONTADO EN CARRETILLA Velocidad 4 Km./h

MONTADO INMEDIATAMENTE DETRAS DEL RODILLO COMPACTADOR.

METODOS NUCLEARES PARA MEDIR LA COMPACTACION DE SUELOS Y ASFALTO

(a) Método estacionario (b) Método al paso (Density on The Run-Dor)

E.1 /o que respecta al otro parámetro que interviene en los calculos del grado de compactacion. la humedad, se presentan en la Tabla 3.4.4.b algunos de ellos s/n mayores comentanos pues dicha tabla se expllca pcr si sola.

S-lun

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2.' R i ~ i c e z j. ? .

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3 ~ : ' ~ . 7:

D ~ n c l i i ?I?.~ SLzc:.i?:

E. Metodos de Registro Continuo E n orirner termlno aeaeremos menc~onara 10s metoaos nuc,eares '21 paso ' o "sobre la marcha ' DOR (Density on !he Run) los cuales Senen venrajas evidentes sobre los metodos puntuales, :ante en el rnaycr /c!urnen controlado como en el menor bernoo para llevar a caoo esos rsn:roles Estos d~spos~tivos pueden montarse en el chasis del rnlsrno rodillo compactador a una crena dlstapcia del suelo soare carreollas manuales o hasta SCDfe camtos de golf perrnit~e~dole al operac'or del ~cciilornedlante una señal v~sualcamblar de *ranja o detener 'a cornDac!ac on

l

:

Uno de los me:odos mas difuncic'os en Europa en la última década es el del Compac:énetro desarrollado por la Dynapac y seguido por el Terramerer de la Eomag. ei Compaironic de la Case Vibromax y el RR-CCI de la \icesr-Alpine. por cita sólo algunos Es un dispositivo que originalmente r e acoplaba a ics rodillos vtbratorios pero que en la actualidad. con algunas vanantes, viene adosado a los rodillos oscilatorios (ver 5.2). Consisre de un acelerómetro colocado entre el sspo,r?e c'el rcd:l!c y el i i m p a c f S n e t r ~propiamente dichc que vB en el salpicador ES;^ basado en el ,~rincpiode que Ics rcdillos vibratorios transm~tensus vicncenes al zueio. las cuales se propagan dentro de un área de inf1uenc:a. il mec'ida que el suelo se va compactando, c~sminuye esa área de !nf!uenc:'a hasta el momento en que toda la vibración se Oevueive al equico. Un sensor registra continuamente la aceleración del rodillo. enviancc una señal que pasa por un filtro de dos canales que corresponde a :a frec~1enc;afuna'amenral y el primer armónico oe las v/bracicres de, roc'iI!c. El valor a medir. que puede reflejarse en una pantalla, representa el cocjente entre la amplitud c'e la aceleración de! primer árm~n:cc y la am~litud de la frecuencia fundamental. penera/mer?te en gaiores mec:cs para intervaios de 5 a 30 sgs. Cuando se sugera una ce:ermir;ada macjnitud, un dispositivo óptico puede avisar al operac'or que .a compactacióii na alcanzado la calidad deseada. lo cual :mpiae que se ursduzca una soore compactación. Al inic!o ae !a csmoac!ación. la señal es sinusoidal. produciéndose una distors;ón 3 mecida que alimenta el número de pasadas. debido a oue se produce una reccccón en e! área de contacto entre el rodillo y el suelo. A/guos iac!cres oue influyen en los resultados son:

-

La veicc,cac qLe dehe ser ,o mas constante pos~ole ~ ~ r - c e r a c : oden valoros dece $acerse con el equlpo rraca!ando en un solo :3nii~'0 El csrr;sác:vlFerrD ocr~ere valores mec'los para perlocss ccrresccru enres 2 cistanuas ~e A y 25 m:s -3s ~ o ac r 3rrr qiie se cuser/en ;e aeoen a ,as vanaciones en las ,zrcciecaces se1 sueic ouec el aparato 'repite' 'os valores soore Lra I ~ I S F S :sea ~3

sor; 85etGCcs:LF

~ * s c I S : ; ~
r n vaicr Fa..=,? : r c c

ser cvnmpijrada c s n

- Cono estático

- Cono Dinámico (DlN 4094) o como el Penetrómetro Dinámico de Cono desarrollado por Van Vuuren en 1969, que correlaciona los resultados obtenidos en la hinca, con el CBR o la Compresión Simple. Con excepción del último mencionado, que el MTC ha utilizado en algunos estudios de rehabilitación desde 1986. es improbable que alguno de los otros sean especificados en un futuro cercano en el pais, para controlar la compactación, con excepción de los casos de verificaciones de la capacidad portante, que competen al ámbito de la mecánica de suelos. D. Secciones de Ensavo o terra~lenesde prueba Es una práctica que puede ser pérfectamente adaptada a nuestro país, donde las especificaciones por res~itadofinal basadas en porcentajes del Proctor Esrandar o Modificado, dan falsas sensaciones de seguridad, aparte del empleo indiscriminado de los rodillos compac!adores y la falta de control sobre los controladores. La Federal Highway Administration IFHA) en sus especificaciones FP-79 revisadas en 1981 dice: "Cuando as; se especifique, se debe construir una franja de control al comenzar el trabajo, con cada tipo de material que haya de compac!arse, la cual quedará incorporada al cuerpo del terraplén si resulta aceptada': La dicha faja de control deberá tener una superficie de aproximadamente 350 m2 y ha de ser c'el mismo espesor que la capa espec~ficadaen la obra. La superfície de apoyo de la franja de control deberá ser previamente aprobada por la inspección y el equipo a emplearse deberá ser de las mismas características que el que se va a utilizar en la obra con el mismo material. L3 compac:ación se Ile vará hasra que no se produzca aumento perceptible de la densidad. Cuando se dé por terminada ia compactac~ón. se determinará la densidad (preferiblemente por metzcos nuc!eares). como !a rnedia de diez ensayos en puntos escogidos al azar E! valor medio as; obtenido. constituye la "dens~cad oajetivo" ,cara el resto del mateflal que representa. Si dicha densidad es Menor al 98% de la Densldad Máxima obtenida en el iaboratvr/o, la inspecc6n puede ordenar la construcción de una nueva franja de ccntrci. También se puede requerir de gna nueva f r a ~ ! atanto por el inspecror como por el contratisia.

- Cuando cambie el material - Después de diez dias de producc!on - Cllando hay razones para pensar

que la "densidad objetivo" no es representativa del material que se esté colocando. Una variante de ésta especificación en cierto modo lo ccnstituye la especificac~ónbntánlca para la construcción de terraplenes. un extracto áe ia cual se acsmpaña en el anexo 9.8.

Ctra variante senan los ap~sonadosde prueba. originados aurante la segunda guerra mut?dial para la cornprobac;ón de los terraclenes de aeropuertos. como un medio de localizar las zonas débiles. Fue muy utiiizaaa por e/ estado de No& Carolina e:: !a década del SO y hoy se utiliza on muchos pa~ses.En Jaoón. por ejemclo. para la lnspecc~ónfinal de ia sub-rasante. se realiza una prueba de rcdillac'o repebc'a :,'?S veces sobre la superiicie total ccmpactada empleando Un rodillo neumaticc c e , r a s de 25 foneíaáas y verificando las deflex~cnesque se producrn en /a sub-rasante.

Ei método aceptado consiste en hacer transitar sobre la superfície terminada un apisonador de prueba de cuatro ruedas neumáticas espaciadas uniformemente en una sola linea de eje dentro de un marco rígido. El espaciamiento máximo entre centros de ruedas es de 75 cms ó 30 cms entre neumáticos. El peso total del apisonador de prueba oscila entre 25 y 50 toneladas, con una presión entre 4 y 10 kghcm2. Se dan de una a tres pasadas, con uno o dos inspectores caminando al lado o inmediatamente atrás del compactador, con la vista fija en los neumáticos o en sus huellas, a una velocidad de compactación entre 4 y 8 kmh, rechazándo o exigiendo la reparación de los tramos que manifíesten excesiva elasticidad o formación de huellas. Es un método que tiene la desventaja en muchos casos de la subjetividad y por otra parte, en pavimentos urbanos se corre el riesgo de dafiar o romper las tuberias enterradas. E. Metodos teoricos Dentro de éstos. que son muchos, tenemos principalmente:

- el método de Hilf; y

- el método del MCV (Moisture Content Value)

'

No serán tocados y se mencionan solo como referencia. por considerarse que su aplicaoón en nuestro país está mas alejada que cuaíquiera de los otros metodos citados.

3.4.6

Formas de especificar la compactación

Finalizando la parte correspondiente a compactación de suelos, se ha considerado oportuno mencionar algo sobre la forma de espec~ficarla compactación por su estrecha relación con las metc!oglas oescriras para medir !a compactación. Hay cuatro formas de especificar \a compactac~ón:

- Por procedimiento: - Por resultado; - Por procedimiento y resuitado y - Porprvcrdimiento y resultado sugeridos

La especificación por procedimiento indica al contratista el número de pasadas necesario de un rodillo de tipo y peso conocido sobre capas de espesor determinado para alcanzar una compactación aceptable. La especrficación por resultado permite al contratista escoger su propio método de compactación para alcanzar cierta densidad. La especrficación por procedimiento y resultado, indican que equipo hay que usar y como, así como el resultado que se deberá alcanzar en terminos de densidad. La especificación por procedimiento y resultado sugerido relevan al contratista de responsabilidad sobre el resultado alcanzado, si sigue el método sugerido. Lo tradic:onal en nuestro país es utilizar la especificación por resultado con un procedimiento sugerido, lo que ha sido motivo de particulares interpretaciones al momento de controlar el resultado de una compactación, llegándose inclusive a darle mas credibilidad a una cifra en un certificado antes que al resultado observable del trabajo ejecutado. La sugerencia es en este sentido al empleo de la especificación por procedim~entoy resultado sugeridos, basados en estudios concienzudos y mejor elaborados de lo que hasta el momento se han hecho. 3.4.7 Compactación de Asfalto

Hasta fines de la década del 70, el procedimiento comunmente empleado para la compactación del asfalto consistía en el uso de un rodillo estático de tres ruedas o de un rcdillo tandem pesado para la cornpactación inicial seguido de un rodillado secundario, dado por un compactador de neumáticos o por un rodillo metálico recubierto de caucho, finalizando con un rodillo tandem cuando la mezcla hubiera enfriado lo suficiente. En algunos casos, el tren de compactación empleaba el rodillo de neurnaticos para la pasada inicial, seguido del rodillo estático de tres ruedas, para finalizar con el rodilío tandem. El desarrollo de los rodillos vibratorios permitió reducir el número de maquinas y aumentar la eficiencia de la compactación del asfalto. Así, donde /os rodillos convencionales trabajando solamente por presión, limitaban la compactación a los 70 cms. superficiales, los rodillos vibratorios podían alcanzar espesores compactados de hasta 30 c m .

Las p m b a s de campo, han demostrado que los compactadores v i b r a t o f i ~no ~ solamente desamllan densidades mas altas, sin6 también pemabilidades mas bajas y supe!fícies de rodadura mas suaves. Si bien se ha comprobado que la vibración es un factor imporfante para obtener le densidad requerida de una manera mas rápida, se ha determinado fambibn que la velocidad del r d l a d o es un parámetro quizás mas importante en la compactación del asfalto. Cuanto mas lento se mueva el ~vdillosobre la superfiie que se compacta, mas cercanos estarán b s puntos de impacto debidos a la vibracidn y por el contrario, cuanto mas rápido se mueva el rodillo, mas apartados estarán los puntos de impacto. Esto significa, que de dos rodíllos con las mismas amplitudes, el de mayor velocidad necesitah dar mayor número de pasadas para conseguir /os mismos resultados que el de menor velocidad. El consenso general es que los rodillos no deben moverse sobre la supeque se compacta a mas de 4 o 5 km& para hacer su trabajo de manera eficiente. La manera de trabajar en la mayor parte de /os asfaltados, consiste en rodillar sin vibración en el viaje de ida, para conectar ambos tambores de un mdJk tandem vibratorio en la pasada de regreso. Para el acabado se desconecte la vibracibn en ambos rodillos. La temperatura de la mezcla es otro factor digno de tenerse en cuenta. Si bien un compactador vibratotio puede operar mejor que un compactador es&subre mezclas con temperaturas mas bajas, es el rango de 70 OC a 100 OC, en el que mejor trabaja.

COMPACTACION DE ASFALTO CON UN RODILLO TANDEM AUTOPROPULSADO

4.0

DISENOY CONSTRUCCION

4.1

Generalidades

Normalmente, cuando hablamos del diseño de pavimentos, nos refenmos tácitamente al diseño estructural, es decir al cálculo de los espesores de las capas que le conforman. Estrictamente hablando sin embargo, el diseño de un pavimento involucra además al diseño geometnco y al diseño de mezcla de los materiales que lo constituyen. En éste capítulo se tocan algunos aspectos de interes en esos tres campos, relievando aquellos aspectos de diseño estructural y constructivos, que a nuestro entender podrían permitir una mejora en la calidad de nuestras obras de pavimentación.

La función principal del diseño geométrico es la de obtener, mediante el tratamiento armónico y conjunto de todos los elementos de la vía, las mejores caractensitcas funcionales y esteticas compatibles con los medios empleados en su construcción. El diseño geomébico de la vía tiene que ver con sus dimensiones en planta y requiere conocer la topografía del terreno, incluyendo los servicios existentes en el caso de los pavimentos urbanos, o el apcho de la faja de dominio y las velocidades: directriz y de visibilidad de parada y de paso, en el caso de los pavimentos de carreteras. Las Normas de Carreteras del MTC, dan pautas para el diserio g e m t r i c o de vias. E! RNC por otra parte, dá pautas aisladas para el diseño geométrico de vias urbanas. Un documento bastante completo para el diseño geometrico de vias urbanas es e/ elaborado por el Grupo TECNOSAN/EBTU-GATE para INVERMET (MLM, 1987), allí se indica que los factores básicos para el diseño geometrico mn:

- Funcicn de la vía. - Intensidad y demás caracteristicas del tráfico previsible

- Condiciones topográficas o 1Nnitac;ones fisicas del espacio utilizable E! tema del diseño geométrico escapa a nuestro entender, a los aicances de éste iibro. por lo que no abundaremcs mas al respecto.

4.3 Diseno Estructural 4.3.1 Diseno Estructural de Pavimentos Rigidos Está referido fundamentalmente al cálculo de los espesores de las diferentes capas que conforman los pavimentos de concreto de cemento Portland. Los primeros diserios de pavimentos de concreto estuvieron basados en realas - .~rácticasobtenidas de la observación del comportamiento de secciones construidas, tales como el primer pavimento de concreto construido en los E. E. U.U., en Bellafontaine, Ohio en 1892 para vehiculos de traccidn animal. En 1926 H. M. Westeqaard presenta sus ecuaciones para determinar los esfuenos que se producen en el centro, esquinas y bordes de las losas de concreto apoyadas sobre el terreno, basadas en la 'Yómula de esquina" de Goldbeck, la cual había sido presentada en 1920, como un primer intento de enfoque racional al problema. La teoría de Westergaard consideraba que la losa era un elemento homogéneo, isotrópico y elástico descansando sobre una sub-rasante ideal conocida como la "sub-rasante de Winkler", la cual ejercía en todos los puntos de la losa una presión vertical de reacción, proporcional a la deflexión de la losa. Se asumía que la sub-rasante actuaba como un resorte, con una constante "k" de proporcionalidad, con unidades de presión por la carga / unidades de longitud por la deformación. Esto aún se sigue empleando y se conoce como el coeficiente de balasto o módulo "k" de reacción de la sub-rasante (Figura 1.2.b). En la década de los años 30, /as investigaciones llevadas a cabo en Arlington, Virginia, confirmaron las teorias de Westergaard, aunque con algunas coneciones para tomar en cuenta el combado de las esquinas de las losas sobre la sub-rasante. Es a fines de ésa decada que aparecen los criterios de E. F. Kelley representativos del estado del arte en esos momentos. sobre diseño y construccion de pavimentos ng~dos: Los esfuenos críticos dependen de la carga por rueda simple y no de la carga por eje, espac:amlento entre ejes o peso del vehiculo. 2.- En el diseño de pavimentos deberán usarse las fuerzas de impacto. considerablemente superrores a las cargas estáticas por rueda. 3.- Es conveniente ser conservador en la selección de las características físicas de silb-rasante y concreto. toda vez que no pueden ser evaluadas con csrreza. 1.-

HISTORIA RESUMIDA DEL DESARROLLO DE LOS PAVIMENTOS DE CONCRETO

Los criterios representativos de los cambios hacia fines de la década del 70, se sumarizan en las recomeridaciones dadas por el Comite de la ~RB: 1.- Los pavimentos de espesor uniforme han reemplazado completamente a los pavimentos con bordes ensanchados. 2.- Con pocas excepciones, las juntas de expansión han sido eliminadas excepto en ubicaciones criticas como en los cruces de vias, contacto con puentes y donde las condiciones estacionales así lo ameriten. 3.- Las barras lisas de acero redondo han venido a ser el elemento mecánico de transferencia de carga por excelencia en ias juntas transversales, pero es necesario un mejoramiento posterior para asegurar una colocación apropiada y un movimiento libre de las losas. 4.- Las membrarias de curado son de uso general. Los materiales a prueba de vapor o en forma de laminas son tambien aceptables. 5.- Las bermas pavimentadas han contribuido mucho a la seguridad de los pavimentos. 6.- Los adelantos en procedimientos de diseiio y construcción de pavimentos con refuerzo continuo, los han hecho altamente competitivos en comparación con los pavimentos con juntas. 7.- Las equivalencias AASHO entre pesos por eje simple y por eje tandem han sido muy utiles al establecer los limites de peso por eje y en la reducción de vslumenes de tránsito y su compos~cióna ejes equivalentes de 18,000 lbs. 8.- El concepto de servicio-comportamie~todel pavimento. también desarrollado a partir de la Carretera Experimental AASHO, ha comenzado a ser aceptado como una herramienta útil para la evaluacion del índice de Servicio (PSI) de un pavimento en cualquier período de su vida. 9.- El advenimiento de los selladores de juntas tipo neopreno extruido en la década del 50, constituyó el paso mas importante desde la aparición de los sellos térmo-plásticos en la década del 40. 10.- Los procedimientos de control de calidad deberían establecer especificaciones realistas y limites aceptables de entendimiento, promover mejores relaciones entre el ingeniero y el contratista y permitir un mejor control de la administración sin incrementar ios costos de supervisidn. 17.- El uso de Sub-bases estabilizadas diseñadas para soportar los equipos de construcción, facilitan las operaciones del contratista. 12.- En la actualidad es común para un contratista completar 1,600 mrs de pavimento de dos vias de 7.20 mts. de ancho durante un día

lI

TABLA 4.3.1 .a

l

METODOS DE

DISENO DE

PAVIMENTOS RlGlDOS

l

R3 Anelis,s considera una ?egion Nomogramas de la losa que tiene un radio Tablas de influenaa desde el punto de apl~cauonde la carga de 3-S 1

/

1

l

///I

Cargadrueda y cargas unifor- Nomogramas mes mn separación vana~ie Loras coma elementos contlnuos sobre amentaaon elás1tic.a de Winkler fórmula para camade borde iNomograma

I F77 IIResistenaa de la losa en fun- IManual:

lI

ción de mameniosy fuerzas mrantes.

Y A U &-

cntlo~sde expan- Tablas. 223 sión y contracción del con-

PCA Ponland Cament Aswatlon Wñi Wire Reinforung lnamrre COE Unlted States Army Corps of Engineers P l l M-Tensioning Insútute A C I 2 2 3 : ACI Commmee 223

Cargadele No es necesario el uso ce refuet. / Cargas uniformes r o ni doweis aunque puede meio-1 frecuencia rarse la resistenaa en las luntas mediante ensanches dowels lisos I k c, l , o barras de unión

;

i g as irj I

E.O k 2 a e y

IE

= 4.000 psi.

Solamente se considera las caren intenor de las 1 0 1 1

1

i 1Considera habilidad del conjunto( de losas para soportar en la junta la carga colocada en el borde.

T.k P

IP(Clima. =YA. e. Q. etc.) ( mwimientos(A~erna~vamente al

1

tensionaoo se pueden usar barras de acero arrugado . mailas de alambre electrosoldado o una combinac~ón de tendones y acam dulce. I gas y n e ~ a d ~ r a s . R. fs.F. c. d. L E. Complementario de los otros cuatro métodos. @.AT

i

APLICACIONES DE LOS METODOS DE DISENO DE PAVIMENTOS RlGlDOS

-

(Segúnel Comité ACI 360 Ref. : C O N C R m INTERNAllONAL Junio 1989)

Los criterios representativos de los cambios hacia fines de la década del 70, se sumarizan en las recomendaciones dadas por el Comite de la HRB: 1.- Los pavimentos de espesor unforme han reemplazado completamente a los pavimentos con bordes ensanchados. 2.- Con pocas excepciones, las juntas de expansión han sido eliminadas excepto en ubicaciones criticas como en los cruces de vias, contacto con puentes y donde las condiciones estacionales así 10 ameriten. 3.- Las barras lisas de acero redondo han venido a ser el elemento mecánico de transferencia de carga por excelencia en las juntas transversales, pero es necesario un mejoramiento posterior para asegurar una colocación apropiada y un movimiento libre de las losas. 4.- Las membranas de curado son de uso general. Los materiales a prueba de vapor o en forma de laminas son tambien aceptables. 5.- Las bermas pavimentadas han contribuido mucho a la seguridad de los pavimentos. 6.- Los adelantos en procedimientos de diseño y construcción de pavimentos con refuerzo continuo, los han hecho altamente competitivos en comparación con los pavimentos con juntas. 7.- Las equivalencias AASHO entre pesos por eje simple y por eje tandem han sido muy utiles al establecer los limites de peso por eje y en la reducción de volumenes de tránsito y su composición a ejes equivalentes de 18,000 lbs. 8.- El concepto de serviciocomportamiento del pavimento. también desarrollado a partir de la Carretera Experimental AASHO, ha comenzado a ser aceptado como una herramienta útil para la evaluacion del lndice de Servicio (PSI) de un pavimento en cualquier período de su vida. 9.- El advenimiento de los selladores de juntas tipo neopreno extruiao en la década del 50, constituyó el paso mas importante desde la aparición de los sellos térmo-plásticos en la década del 40. 10.- Los procedimientos de control de calidad deberían establecer especificaciones realistas y limites aceptables de entendimiento. promover mejores relaciones entre el ingeniero y el contratista y permitir un mejor control de la administración sin incrementar /os costos de supervisión. 11.- E! uso de Sub-bases estabilizadas diseñadas para soportar los equipos de construcción. facilitan las operaciones del cmtratista. 12.- En la actualidad es común para un contratista completar 1.6GO m:s de pavimento de dos vias de 7.20 mts. de ancho durante un dia

normal de trabajo, gracias al desarrollo reciente de los equipos d e construcción, en particular el de las plantas mezcladoras centrales, equipos de transporte, manipuleo y distribución. 13.- El uso creciente de plantas mezcladoras automáticas y equipo d e manipuleo y distribución, conjuntamente con el equipo nuevo disponible para colocar el acero, equipo de acabado, de curado y de formado de juntas, está produciendo pavimentos de concreto de alta calidad a rangos de producción que no se han dado nunca. El método de diseño representativo de la década de los 80, vigente hasta la fecha es el documento "Thickness Design for Concrete biTghway and Street Pavements" de la Portland Cement Association, versión del año f984.del cual existen en nuestro Dais dos traducciones al es~añol.la del Ingeniero Manuel Echegaray del Solar correspondiente al método antiguo y la de los Ingenieros Erasmo Fernández y Germán Vivar correspondiente al método moderno, del que haremos en ésta sección un breve resúmen. En primer lugar se debe indicar que la principal diferencia entre ambos está en el Análisis por Erosión que ha sido incorporado al método moderno. En segundo lugar, el método moderno enfatiza que se trata del diseño de espesores para pavimentos de concreto de calles y caminos, cvn lo que quedan excluidos los pavimentos de aeropuertos, industr!ales. deportivos,de muelles, etc. En tercer lugar, el método moderno relieva su propósito en hallar el minimo espesor que dará el bas bajo costo anual tanto inicial como de mantenimiento. Fina1mente.deja abierta !a posibilidad de modificar los criterios de diseño en función de las experiencias locales o regionales para condicjones mas favorables o desfavorables (clima, suelos o drenaje) a las consrderadas en el método. El procec'imiento de diseño que se pasa a comentar se aplica a los siguientes tipos de pavimentos:

- concreto simple (espec~amienrocejuntas recomendaao= 4 50 m), - concreto simple con doweis ,espac:amienro ce juntas recomendado= 6 m) - concreto reforrado (espac,am,en:o de juntas recomendado= 12 m), y - concreto con refuerzo conniíuo srn !unras :e contracaon)

En resúmen, las condiciones del método moderno de la PCA cubre ciertas condiciones que no han sido cubiertas anteriormente por otros procedimientos previos: l .- El grado de transferenc:a de carga en las juntas transversales

2.- El efecto de las berrnas de concreto 3.- El efecto de usar un solado de concreto (econocreto) 4.- Dos criterios de diseño: por fatiga y por erosión 5.- La consideración de ejes triples en el diseño. Los factores de diseño son: a)La resistencia a la flexión del concreto (módulo de rotura, MR) b) La resistencia de la sub-rasante, o combinación de sub-rasante y subbase (k) c) Los pesos, frecuencias y tipos de cargas axiales de los camiones d)El período de diseño, tomado como de 20 años, pero que puede ser mas o menos.

El Módulo de Rotura (R) puede ser hallado por carga sobre vigas en voladizo, central o en los tercios a los 28 dias, recomendándose éste último (ASTM C78) por ser el que arroja los resulfados mas conservadores. Los resultados de los ensayos a los 90 dias se utilizan en el diseño de aeropistas. En general, las variaciones en la resistencia del concreto con la edad, ya han sido tomadas en cuenta en el método, por ello el diseñador simplemente deberá ingresar con el valor correspondiente a la resistencia a los 28 dias. La Resistencia de la Sub-rasante (k), se determina en un ensayo de placa (Figura1.2.b) de 30 pulgadas de diámetro, pero puede obtenerse a partir de la Relación Soporte de Califomia (CBR- Figura 4.3.1.a). En la Figura 1.3.3, se muestra la influencia del espesor de la sub-base en el valor "K: para sub-bases no tratadas. En la Tabla 4.3.l.c, se muestra el caso de las sub-bases tratadas con cemento.

TABLA 4.3.1.c VALORES DE "k" DE DISENO PARA SUB-BASES TRATADAS CON CEMENTO Valores de k de la sub-rasante en kglcc 14 28

55

Valores de k de la sub-base en kglcc

1 0 c m i 15cm

1

20cm

25 cm

/'

1

86 114 230

108 177

l

4 77 8 130

64 111 177

i

1

----

2

3

4

S

6 7 8 9 1 0

15

20

30

Valor soporto d. Californla (C.B.R.) % l

ictiii.
1.1. 1 . a Relación entre el valor soporte california ( C B R ) y el mddulo de reacción de la subrasante (h )

4 0 SO 60

80

100

Las sub-bases tratadas con cemento son generalmente usadas en pavimentos con elevados volumenes de tránsito. Se utilizan para ello materiales granularirs de los tipos A-7, A-2-4, A-2-5 y A-3 en el Sistema de Clasificación de Suelos AASHTO (Anexo 9.5). El contenido de cemento se obtiene a partir de ensayos de laboratorio de hielo-deshielo y los criterios de la PCA de pérdida de peso, aunque se pueden usar otros metodos que d6n una calidad equivalen de material.

El Período d e Diseiio reemplaza al concepto tradicional de vida del pavimento y como sinónimo del término período de análisis del tráfico y desde que los volumenes de tráfico no pueden predecirse con seguridad en períodos largos, se adopta un período de diseno de 20 años.

En lo que respecta al trafico, ésfe se expresa en terminos del ADT (Average Daily Traffic- Tráfico diario promedio) y del ADTT (Average Daily Truck Traffic- Tráfico Diario Promedio de Camiones). La información sobre el ADT se obtiene de conteos de tráfico y se denomina el ADT presente o comente, de tal manera que el ADT de diseno se obtiene multiplicando ese ADT presente por un factor de proyeccción a periodos de 20 ó 40 aiíos (Tabla 4.3.1.d) TABLA 4.3.1.d TASAS ANUALES DE CREClMlENTO DEL TRAFICO Y FACTORES DE CORRECCION CORRESPONDIENTES Rango de Crecimiento Anual del Tráfico, %

Factor de Proyección 20 aíiosj 40 atios

r e ! periodo ae diseño que son ampliamente usados en la prác!ica corrier;!e. Otro metodo de computar esos factores está basado en el valcr anual promedio. Las diferencias entre esos dos metodos muy dificil~enteafec!arán al disetio. * Los factores representan valores en la mitac

Otro método de obtener el ADT de diseño está basado en !a capaadad. o máximo número de veniculos que puede usar e/ pavimento sin demoras irracionales. Así por ejemplo, para una cers7r:aí; de ,.nu:t!pies vias r c n tráfico ininterrumpido, se utiliza la siguiente f5mu:a:

7 OGP ADT= 1O0 + Tp,,

ICSCl'l

o- 1)

x

---

K¿

donde: P= carros de pasajeros por via por hora r e :a Tzcia 4 3. :.e) N= número de vias-total en ambas U'irecr:ones Tph=porcentaje de camiones durante ,'as iorzs ,$cc = 2.0 ADTT. j= número de carros de pasajeros, eqc;~~iz!rnre a j.n camicn = 4 en terreno rodillado = 2 en terreno nivelado K = volumen en la hora de diseño, expr~sai'occ,zo un porcentaje de ADT = 15% para vias iibres rurales = 12% para vias libres urbanas. I ~ C pesacc D = porcentaje de tráfico en /a direcc:in de! : ~ Z E S mas durante ias hcras pico-alredrdcr cei FvOó ai 75% = 67% para vias libres rurales = 60% para vias libres urbanas. E¡ AGT7 se expresa como un porcenia;e de ,J2- 3 nc:I;ye sciamer;e camiones con seis ruedas o mas y no ,r;c:uye reniones a n e i ,? camionetas pick-up ni otros vehicuios de c:arro ruedas. En (a Tadia 4.3. ?.e. se muestran aigunos valores del ,227- ic;!zc ~ ~ r c m e u i olse vanos proyectos en U 2 A . !os que en w r z - 2 % ?-:.?:.-? ? mas *flas c'rherán ser ajustados corno se i,?c'icr e,? !a ? : ~ ; r z-i' 2. :5.

En io concerniente a 1'3 dis:nbuc,on de 3 - 5 s ,p¿i s!e es necesar,c ccmputar el numero de ejes simoies j, : a n c c i riirar;:s e/ cer/cdo ce diseño

El factor de seguridad, antiguamente considerado como Factor de Impacto, es el factor por el que hay que multiplicar las cargas para obtener las cargas de diseiio y debe ser,considerado de la siguiente manera.'

r

Para vias interestatales y otros proyectos de vias multiples con flujo inintemmpido de tránsito y elevado volumen de tránsito de camiones, FS= 1.2 Para carreteras y calles arteriales donde habrá un volúmen moderado de tránsito de camiones, FS= 1.1 Para carreteras, calles residenciales y otras calles,que llevan un bajo volúmen de trafico de camiones, FS= 1.0

TABLA 4.3.1.e CAPACIDADES DE DISENO PARA CARRETERAS DE VlAS MULTIPLES I

l 1

Tipo de Carretera

Capacidad de Diseiio, carros de pasajeros*en vias de 3.60 m por hora

l

1 1

) 1

I

Vias Iibres urbanas con control en todos los accesos (48 a 56 kmlh) Vias Irbres sub-urbanas con control en todos los accesos (56 a 64 kmlh) Vias libres rurales con control parcial o total en los accesos Carreteras rurales mayores con tráfico transversal e nterferencias moderadas Carreteras rurales mayores con trafico transversal e interferencias considerables

1500 ,

1I

I

1200

I

1O00

I

1

700-900 500-700

* También incluye paneles. pick-ups y otros vehiculos comerciaies de cuatro ruedas que funcionan como carros de pasajeros en terrninos de capacidad de trafico

l

TABLA 4.3.7.1 CA?ACiDADES CE DISENO PARA CARRETERAS DE DCS VlAS CON FLUJO ININTERUMPIDO

Terreco

--

Caoac:dad ae DiseAo en amoas direcciones. en vpn, acnde i= arer.o ¿te !a .;ia en m. y -ph= 'S be camionzs en ia 'sra 2 1 ~ 3 1-7 -=? 3 L=3 0 L-" 3 in Ton Tgn O !C 20 2 10 20 0 2 20 O: 780 690 770 673 300 690 600 530 ?FJC 750 560 740 S40 570 660 580 510 s i 0 700 520 590 300 520 Si0 540 480

3

X C 640 500 7 i 0 550 430

.^ 2

57C 450 530 450 -,. ,9 51S 400 520 ldC '23 440 350 530 3E0

Ai8nearn;e-:o '/O de ia . c n ~ i t %tal ~d :si -.m>. ,,,,eds zcp 5 s !arc;a Se J stL;:idzc c e n e n c s 3e A50 m

Nive!ado

ír I

iocillaco

n v

. . : -

I

d

2 0, d

-

590 620 550 480

780 340 303

3:3

500 440 4G3 340

390 3AC 3'0 27C

TABLA 4.3.1.9 PCRCENTAJE 3 E UNIDPCES DE CUATRO RGE3AS SIMPLES Y CAMIONES (ADTT) EN \/ARIOS SISTEMAS DE CARRETERAS

Sistema de Carretera

Trifico diario promedic Urbano dmiores Total ACTT' a m o c s

Rural Uniaaces -e -7icanes e; C i r g r e s ;oral :?;esid -becas 1, 0 . , a m r r s 2 ?)es:-¡ ;;oras m-,

,r:er$s!alai *L.-

*

-.

-

;S

8

25

.-

,-%S731

:e 3vbra i r , i a r a

'3

=+r-2.sl :e a v ~ c asec~n23rla ':

- ?

--

.r

I

25

76

:a e-

-'

1

13

3

22

-

1.00

PROPORCiON DE CAMIONES EN LA VIA DERECHA Figura 4.3.1.b Proporcion de camiones en la via de la derecha de una carretera multivia.

Con el objeto de simplificar se explicará el procedimiento de disefio con los ejemplos del método de la PCA:

Diseno l . Datos del proyecto: Via interestatal de cuatro camles Terreno rural rodillado Período de diseño= 20 anos A D T comente= 12.900 Factor de Proyección= 1.5 A D T i = 19% de ADT Calculos del tráfico:

ADT de diseno= 72.900 x 1.51 19,35G 19.675 en una dirección) A D n = 19,350 x 0.13= 3.680 (1,840 en una direccrón)

?sra un ACT de 9.675 en una direccidn. /a :!gura 4.3.1.5 muestra que la prcporcon Ce cam~onesen el cam'i de e ' a derecna es 0.81. Por lo tanro, pára un periodo de diseño u'e 20 años, si número tctai de camiones en una direcccn sera: 7.840 x 0.81 x 365 x 20= 10'880.OCO

Se utiiizan !os 3a!os cie cargas por ej?? de !a Tabla 4.3.1.n; los datos d e Esfuerzos Eyuivaientes de las TaClas 4.3.7.j y 4.3.i.k; 'ecs datos de los F ~ c i c r e sde Erosión de ias Tabias 4.3. 7.1 y 4.3.1.m y :as Figuras 4.3. ! . c y 4 . 2 . : . d , ;;ara ,?e[:ara! :crmar; de b Tábia i . i . 7 . i

TABLA 4.3.1.h GATOS DE CARGAS POR EJE

,\ ' :

i "/

(2)

(3)

(41

Sarga~eje

Ejesil 000

Ejes/1000 camiones

Ejes en el periodo d r

/

'

6113s

,:~IT;IOI?ES

Valores usados Dara calcular los esoesores:

Diseño 1A: Juntas con dowels, sub-base no tratada. sin berma de concreto Sub-rasante arcillosa, k= 100 pci 4" de sub-base no tratada k combinado= 130 pci (Figura 1.3.3) FS= 1.2 (página 130) MR del concreto= 650 psi

El método consiste en los siguientes pasos: 1. A partir de un espesor tentativo, que en éste caso es de 9.5': se ingresa a la Tabla 4.3.7.j conjuntamente con el valor de "k combinado" (130 pci) y se obtienen los esfuerzos equivalentes de 2.06 (columna 8) y 1.92 (columna 1l ) , por interpolación entre 200 y 215; y entre 183 y 205, respectívamente.

2. Análogamente, de la Tabla 4.3.1.1, se obtienen los valores de erosión de 2.59 (columna 10) y 2.79 (columna 13), por interpolación entre 2.58 y 2.60; y entre 2.74 y 2.81 respectívamente. 3. Como el MR es de 650 pci, los factores de relación de esfuerzos (columnas 9 y 12), serán de 0.31 7 (2.06/650) y 0.295 (192/650). 4. E/ número de repeticiones permitidas (columna 4), se obtiene de las Figuras 4.3. l .c y 4.3.1.d., con las cargas por eje (simple o tandem) y sus respectivos factores de refación de esfuerzos. 5. El porcentaje de fatiga (columna 5) se obtiene de dividir el número de repeticiones espectadas (columna 3) entre el número de repeticiones permitiáas (columna 4).

6. E/ porcentaje de daño en el análisis por erosión (columna 7), se obtiene a partir de la F:gura 4.3.l.d., a partir de las cargas por eje (simple o tandem) y m s respectivos factores de erosión. 7. Dado que la suma de los porcentajes de fatiga y de daño, para ejes simples y !andem es inferior al 100%, se considera que el espesor tentativo de 9.5" es apropiado, pudiendo seguirse el mismo procedimiento en la ver~ficaciónde un espesor menor. En este caso el criterio está gobernado por el criterio de fatiga.

TABLA 4.3.1.i

Calculo del Espesor del Pavimento Es:?.or tentativo 95 k de a
wi

1

Multiplic

SI -NOY_

1Q

Periodo de ~ i s f i ~

4 "u" ~ / h - b ~ ?S;,p 7;I/gr

Carga. FS

1 Cargdele / kips

SI JNO -

Juntas con d o w ~ s . B e n a s de conueto

~n

AnBlisis por Erosi6n

AnBlisis por Fatiga

Repeticiones

por

FS /. 2

1

2

'

3

Repeticiones Permitidas 4

Fatiga %

Repeticiones Permitidaci

Dafio

5

6

7

8. Esíuerm equivalente 20~

Ejes Simples

l

'

2.59

9.Factor de relaci6n de esfuerros d. 2 / 7

11. Esfuerzo equivalente

Ejes Tandem

10. Factor de emsi6n

%

12..Factor de relau6n de eshierzos

/97

13. Factor de erosi6n-7. 7 9

m

TABLA 4.3.1.j

-

Esfuerzos Equivalentes Sin berma de Concreto (Eje simplelEje Tandem) -~spesor d e losa

Plg.

k d e le subrasanlelsubbase. pa 50

100

150

Z<X)

YI)

500

700

4 45

8251679 6991YU)

72WW 81W500

6711U2 571140

63U518 W435

5441485 4WbM

5131457 UW370

WIW

5 5.5

WZ1510 5261461

UllUü 4641387

4W399 UINJ

4671370

W Y 9 34)1321 ~ 1 3 ~ w5 7 a

6 85

4W416 417lWJ

4111348 3071317

362/310 3411280

JBUm W 2 7 1 3241267

W 2 U

7 75

375lY9 W323

UllZW

307/262 27W41

2921244 ZSR24

27if¿22

X W m

8 8.5

3111YY) 2W211

2741249 2UIP2

25i/213 2Yl2Od

O 9.5

264iZb) ZWU)

2W10 21S/Z(U

21W195 2W183

10 10.5

-mi

4171363 363/31307 ~ ~ 1 2 6 4

3041248 27922'3

2W2Y 2WÑ7

2UYZOJ

24WlS3 2241181

2311186 210/16B

242/208 ?p/lW

2W188 W174

2M1187 1W1%

1921155 1771143

2051181 lW170

1841163 17W15.3

1741144 1611124

1W133 1511124

22wru ZlYn?

m 1 1 ~ 1 ~ 1 7 3 1771160 1651151 10711U 1741164

IWIU lU/138

(wtz(1 1401119

:41111? 1321110

11 11.5

2Wl211 1W201

1751174 1 W l I

lWl55 1WlU)

l%/lu 1W124

lU1128 1WlZ

1311113 1231107

lWlM

12 125

177/192 1BBllU

1551158 1471151

1441141 1W135

137/1P 129/124

1271118 12W111

1161102 109197

1C9183 103139

13 13.5

1591178 lYIl68

130/1U ll2/130

1281129 lW123

lWll9 11W114

llY108 1071102

103/(U 96/88

87/85 82181

14

lUll62

12511Xj

llWll8

1101108

1WOB

83/85

88178

tlWW

TABLA 4.3.1 .k

-

Esfuerzos Equivalentes Con berrna de Concreto (Eje simplelEje Tandem)

p...

-

FIGURA 4.3.l.c Análisis por Fatiga Repeticiones de cargas permitidas basadas en el factor de relación de esfuerzos (con y sin b e m a s de concreto)

TABLA 4.3.1.1

-

Factores de Erosión Juntas con Dowels, Sin berma de concreto (Eje simplelEie Tandem) Espesor 60 losa

P'9

k d e la s u b r a s a n i e i s u b - b a s e Pu 100 m 3.24

SCO

700

4 45

174,383 3 59170

373379 3 571165

1721575 1 5 W 3 61

5711373 3 5 9 3 58

3 7W3 70 3 5 4 0 55

3661367 3 52'3 53

5 5.5

34V150 333147

343352 3311341

14U348 12913%

3411345 32W333

34W342 3271330

33W340 326 328

6 65

3221334 3111329

3191331 3Wl322

llW326 1071316

1171323 3W313

3iV120 305,s 10

1141317 303,307

Y)

9 75

1

3 021121 293114

2 99114 291/506

2 971108 ZW3W

296/105 287/297

2 9 5 3 O1 2861293

2 9412 98 2841290

8 85

¡

2 851507 2771301

2 BU299 2 741293

2 80/293 2 7212E6

2 7912 89 27112 62

2 7712 85 2 6912 78

2 7612 82 2 W 2 15

9 95 10 105

2 1012% 2 631290

2 6712 87 2W281

2 6Y280 2 SU274

26312 76 25W2 70

26212 71 2 5 9 2 65

2 61i2 M 2 54,2 62

2 5&2 85 2W281

2 5412 76 2471271

2511268 24V263

25W2 M 2441259

2 4612 58 242/254

2 4712 56 24lR51

11 11 5

2 44/27) 2 38/272

2 4 U 2 67 2 3642 62

2 39258 2 3 3 2 54

2 361254 2 3 Z 2 49

23612 49 2 3012 44

2 3512 45 2 2912 40

12

233264

2 3a1258

22812 49

22W2 U

2 2512 39

2 2 3 2 36

-

*

TABLA 4.3.1 .m Factores de Erosión -Juntas con Trabazón de Agregados, Sin berma de concreto (Eje simpielEje Tandem) EspeMr de losa

k de l a s u b r a s a n t e l s u b b a s e P" y1

iw

m

3w

500

700

4 45

3941403 3791391

5911395 3 764382

188/389 3 7Y375

3861586 3711372

38213.83 3W368

3 77 3 SO 3 €413 65

5 5.5

3W381 3 5413 72

3631572 1511362

3W564 348/353

1581360 34W349

35Y355 3 43344

3 521352 14113 40 3 301330 320321

PlQ

6 65

3441364 3311356

34WlU 3W346

3371344 32613%

139540 3251331

332/331 3221325

7 75

120549 31W243

1211339 313332

1171129 lW1322

119324 3071317

3 1 3 3 17 304/310

3 1113 13 3021306

1 :&:

309326 298/321

3011316 293310

2 9 W 3 10 291,304

296303 28W297

2941299 287 293

i2981327 1 2921322

2911316 26Y311

286305 2 W 3 M

2841299 2771294

2811292 279286

27924 273:

/ 2EJI:

2 731306 274130i

2 741295 z6uzgi

2 711289

2 '713 10 2,2306

2 6912 96 2 M1294

2 6312 86 2 5W282

2W 2W 25512 76

2 6812 81 2621276 2 5712 72 2 51/2 68

2 0-2 -6 260,~-2 2 5 4 2 07 2 49i2 53

26&303 2541259

2601290 2551287

253278 2481275

25W272 2454268

2461264 2411260

2 U 1 2 59 239,255

2ai12 36 256293

2511283 2471250

2441271 24W2M

2 40'2 55 2361261

2361256 232 253

2 3412 51

253,290

2441277

2W265

23Z258

22V250

2252U

5

9 95 105 11 11 5 12 '25 13 135 14

/ / '

j

;

2651284

-

235248

.

CARGA POR EJE SIMPLE. KlPS w

O

P

o"

8

CARGA POR EJE TANDEM, KlPS

e

I I

Eg aE

$ i: a-

m 2 m

% 36

2. f.

;o

iz

O

x

2

2

a

O

8

P -.

2

0,

8

O

O

O

:m

-8<;i - U

I

FACTOR DE EROSION

1

.

O

1

P

1

,

1

1

"

1

g

1

p

1

,

I

REPETICIONES DE CARGA PERMITIDAS

1

"

1

~

g

1

~

~

~

~

~

-

145

-

TABLA 4.3.1 .n

Factores de Erosión -Juntas con Dowels, Con berma de concreto (Eje simple1Eje Tandem)

Espasor de losa

k de

PIP

1

4

M

1w

3.2W1Y1

3,241120

s u b f a S a n t ( t i S ~ b - 0 8 ~pd ,

¿a 1211113

200

YX)

7w

3.1913.10

3 19309

3 121308

TABLA 4.3.1 .fi Factores de Erosión -Juntas con Trpbazón de Agregados, Con berma de concreto (Eje simplelEje Tandem)

_

Espesor de losa

P1Q 4 4

5

k de la s ~ b m s a n l e / s u b b a M Pu M

1W

2W

3W

YX)

7W

34W349 3321339

14Z1139 1 2 W 3 28

1W332 12413 19

13W329 3 2 D 3 18

332326 1 1 9 1 3 12

3 2 W 3 24 3 1513 09

-

FIGURA 4.3.1 .e Analisis por Erosl6n Repeticiones de cargas permitidas basadas en el factor de erosi6n (con b e m a de concreto).

Se aGuntan las Tablas 4.3.l.n y 4.3.1.ñ que dán los factores de erosión. para juntas con doweis y con trabazon de agregados, pero sin bermas de concreto. Asimismo, se adjunta /a Figura 4.3.1.e correspondientes a esas tapias. 4.3.2 Diseño Estructural de Pavimento Flexibles

A diferencia de !os metodos de c'iseño de pavimentos rigidos, que tienen corno base a las fcrmulas de Westergaard y a los resultados de la Carrerera E?cperimenta/AASHO. se cuenta con una gran cantidad de metoaos de diseRo de pavimentos flexibles (Tabla 4.3.2.a), variando de considerac:ones puramente teóricas hasta metodos basados en pruebas a escala natural. E/ suceso de la Carretera Experimental AASHO llevó al auge de ios metodos empiricos y semiempíncos en las décadas del 60 y el 70. Sin embargo. a comienzos de la decada del 80 se notaron ciertas reacciones de !os "teorices" por recobrar primacia. Así, en la Mobil I ~ t e r national ircture de 1979 llevada a caCo en !a Universidad de California. e! Profesor Carl Monismith, considerado el padre de los metodos anaijijcss en el diseñc de pavimentos flexibles, secundado por el Profesor Feter Fell de la universidad de Nottingham, exhortaron a los asistentes a "abandonar las tecnicas tradicionales (basadas obviamente en meroccs empiricos y semi-empiricos), a fin de reducir los costos y mejorar el ,orofesionalirmo y el estatus de los ingenieros de carreteras". Esta referencia es pertinente para destacar un sentir de los ingenieros en ei disetio ce pavimentos flexibles: un metodo de diseno es mejor, cuanto mas compiicado es. Sin embargo, la vastísima experiencia recopilada no solamenre de las carreteras experimentales. sinó también de las inves:igac:cnes de laboratorio. han puesto en evidencia un hecho concreto: ;as variabies que intervienen en el comportamiento Qe cn yavimen:~flexible son tantas y tan complicadas. que es prac:icamen:impocibie simuiar anaiiticamente su comportamiento en condicicnes reaies. Fcdemos decir pues, que asi corno se considera impor;ar;tes a ;os diseños estructural. geométrico y de mezcia: se considera de maycr ,'myv,?ü:anc;aa prac!ica constrüc::va que se siga para hacer realidad esos

clse,?ss A csnri,?,?usc:ónse presenta uno de los métodos mas utilizados para di 'Gisefio Ca Esoesores oe Fav~mentos Asf2iticos para Carreteras :/ e ,a;/es' ce: .'nstiiuro Ve1 Asfalto (püb1icac:ón MS-1, versión de febrero c'e (5s ,: ccr ccnsiaersrse representarivo c e !as metodo~cgias qL1e A,--..,

~ c : ~ ~ ü ~ n ? esiguen. r:e'~e

TABLA 4.3.2.a

A. METODOS BASADOS EN CONSIDERACIONES TEORICAS. - Massachusetts (ler. Método - Comisión de Carreteras - 1901) - ~eli&re (3er. cong. Mundial de Carreteras Londres 1913) Harger - Bonney (1920)

-

-

-

B. METODOS BASADOS EN LAS PROPIEDADES INDICE DE SUELO Clasificaciones: AASHO, BPS, HRB y FAA (1929 1945) - lndice de Grupo (Steele HRB - 1945) - Michigan (Mc Laughlin & Stokstad Clasificación Pedológica - 1946)

-

-

-

-

C. METODOS BASADOS EN LA RESISTENCIA DEL SUELO AL CORTE. - Kansas (Palmer & Barber Triaxial - 1940) Texas (Triaxial Modificado 1946) - Smah (Triaxial - 1944) - Hveem (& Carmany - Estabilómetro - 1948)

-

-

-

D. METODOS BASP.DOS EN LA RESISTENCIA DEL SUELO A LA PENETRACICN. CBR (Stanton & Porter Dpto. Carreteras California - 1929) - Wyoming (Russell & Olinger Dpto. Carreteras Caiifomia - 1947) - North Dakota. Cone (Wse - HRB - 1955) - Penetrometro Housel

-

-

-

E METODOS BASADOS EN PRUESAS DIRECTAS DE SARGA SOBRE EL TE?RENO. - Goldbeck (1940) - North Carolina (Hicks - HRB - 1954) , - Mc Leod (1947)

F METODOS BASADOS EN CALCULOS DE CARGAS EUIVALENTES =CR RUEDA.

- Kentucky (HRB - 1948) G METODOS BASADOS EN PRUE3AS A ESCALA NAT3RP.L. - Carretera Expenmental BATES (1922) - Carretera Expenmental WASHO (ldaho - 7951 - 1952 - Carretera Expenmental AASHO (1956 - 1958 - 1960) - Instituto del AsfaAo (1964 - 1981) - Jaoan Road Assouation (1980)

AASriO BFR hRB 'NASHC F M C M

Ofic!ais Arnencan Association of State Highway C-cials Buerau of Public Roads Highway Research Eoard Western Associat~onof State Highway i 5 c 4 a l s Federal Aviatton Agency (Antes be 1958 ,AA) Civil Aeronauticc Administrarion

Como en ei caso de/ diseño ce pav~mentos rigidos. debe menc:onace que ia inícrmac:ón disponibie en ei pais en idioma es,pañoi es /a :rcjducc:c~ " 1 !ngo Manuel Echecaray del Solar de 1969 y la versión correspcnrlien:e a /a oc!ava sdcjón de 1351, traducida por ios ingenieros E b hililia Vergara y Gsrrnán Vjvar Romero. La versión de 1991, correspondien:e a la. novena edición, es una revisian de la anterior con :a verianrs de la inc!usi6n de tres grupos de cartas de diseño para las condic:ones ambienrales representativas Ve ia mayor patte del temiorio de los Esracos Unidos.

E!' Metcc'o del lnstituro del Asfalto ha sido desarrollado apiicando ei programa DAMA de la Chevrcn sobre Ía base de: la teoria de capas elásticas. informaciín de la carretera experimental AASHO. ediciones previas del manual MS-: j/ otros estudios. para determinar ios espesores de las capas en pavimentos asfalticos con bases: 1 de rorcreto asfalt~co en cuyo caso se cencmina pav~rnentoasfaltico e n :cco su espesor (fui/-aeorhasphait pavemer:) 2 traradas con asfaiio emu!sificado i,dem al antericr) 3 de cgre9ados no :ra:ados en cuyo caso se denomina pavrmen:~ asf~lticsde resistenc:a ~ r o f u r d a(aeep-srrength aspahali pavemenr:

Considerando que en nuestro país no se emplean aún /as bases tratadas can asfalto emuis~ficado y por razones c/e espacio. sclamenre preseniaremos con dos ejemplos de diseño los casos de determinación Ce espesores para pavinentcs de crncreto asfáit!co en tcdo su espesor y para pavimen:os de csncrero asiaitico sobrs sases de agregados no trarados. Diseño 1. Disesar un pavicarrc 75 C O ~ C T Y I Oasíait~coen tcdo su espesor para /as sigu;en:?s rond:c:ci?e$

Ei

s u ~ - r a s ~'?,,l
?/I~d(,ii3!?

pavimento de las cargas móviles del transito. Considerando las ,'im/tac!ones de ia mayor parte de los laboratorios para efecruar éste ensayo. el l. del A. permite correlacionarlo con el CBR mediante: Mr (Mpa)= 10.3 CBR

El tráfico de diseno (EAL- Equivalent Axle Loads), es el número de aolicaciones de un eje simple de 18,000 lbs (80 kN). Se determina de la sigwenre manera: I. Determinar e/ número promedio de cada tipo de vehículo esoectado en

el Caml de Diseño (cualquiera de los dos cam'les en una via de dos carriles y el carril exterior en una vía de cam'les múltiples} durante el primer año de tránsito. 2 Cetermrnar de las datos de cargas por eje o selecmnar de la Tabla 4 3 2 b una Factcr Camion (Número de a p i ~ a w n e s de cargas por eje srmpie equrvalente a 80 kN,en una pasada de un vehrculo) para cada Spo de vehiculo hallado en 1 €1 Factcr Camron se determina de los datos de carga por eje, multrplrcando el numero de ejes en caaa clase de peso por el correspondiente Factor de Equiva1enc:a de Carga ~ T a o l a4 3 2 c) y drvrdiendo la suma de los productos por el numero rota1 be venrculos involucrados En la practica se han reportado Factores Camron supenores al maxlmo de 2 21 rnd~cadoen la Tabla 4 3 2 b, en carreteras sujetas a un transrto de grandes volumenes de camiones muy pesados Bajo ciertas crrcunstancias (entradas a zonas c~mercialeso mineras), el Factor Camrón puede exceder oe 5 O En esas arcunstancias especiales y por considerac~onesde daeño, se puede usar un Factor Camion obtenrdo de mezclar el trafico normal ron cieflos porcentzjes de los correspondentes a esos volumenes de t r a n s ~ bmuy pesado

S. 3r!ecc!onar de ia Tabla 4.3.2.d un Fac!or de Crecimiento para tcdos :os ~~ehiculcs o fac:ores separados para cada tipo de vehiculo. 2

'~7~iiboIicar el numero de veh~culosde cada boo oor el Factor Camron y ei Facror (o Factores) ae Crecrmrento determrnados en 1'0s ,oasos 2 y 3

5 Sdrnar 10s valores ootenidos para hallar el EAL

in :a .=;gura 4 , 3 . 2 , 2 se mces:Ía zzaiis:s cei transito.

i;::

eje,nplo ;e hojr de ir2ca;i.: ;ora e/

TABLA 4.3.2.e FACTORES DE EQUIVALENCIA DE CARGA Carga por Eje

1 Factores de Equivalencia de Carga

De la carta de Diseño A-7 (Figura 4.3.2.b) se obtiene un espesor c'e 240 mm correspondiente a la carpeta asfaitica y base de concreto asfáltico.

Diseiio 1: Diseñar un pavimento asfáltico usando una base de agregados no tratados, para !as siguientes condicicnes: Módulo óe sub-rasante: M ~ 4 1 . 4 iMPa Clima: MAAT (Mean Annual Air temperature - Temperatura Media Anual del Aire)= 15.6 "C Tráfico de Diseño: E A L = ~ O ~ Preparar dos disefios: uno para bases cc :EO rnn y otro para 300 mm.

m

4.3.2.a

ElEblPLO DE HOJADE CiILCULI) PARA AUAUSIS DEL TPAFICO

De la Carta de Diseño A-11 (Figura 4.3.2.c), se obtiene un espesor de concreto asfáltico de 215 mm, que es superior al espesor minimo de concreto asfáltico sobre bases de agregados no tratados, recomendado por el l. del A. (Tabla 4.3.2.e). Análogamente, de la Carta de Diseiio A-1 2 (Figura 4.3.2.d, se obtiene un espesor de concreto asfáltico de 190 m, que también es superior al espesor minimo de concreto asfáltico sobre bases de agregados no tratados, recomendado por el l. del A. (Tabla 4.3.2.e).

TABLA 4.3.2.8 ESPESORES MlNlMOS DE CONCRETO ASFALTICO SOBRE BASES DE AGREGADOS NO TRATADOS

Tráfico

EAL

Condición del Tráfico

Mínimo espesor del Concreto Asfáltico

1O4 Ó menos

Estacionamientos de tráfico ligero, paseos y carni nos rurales de trafico ligero

75 mm'

Entre 1o4 y

Tráfico medio de camiones

100 mm

lo6 ó mas

lo6

Trafico pesado de camiones

125 mm ó mayor

Para concreto asfáltico en todo su espesor o pavimentos de asfalto emulsificado, se aplica un mínimo de 100 mm en ésta región, como se indica en las Cartas de Diseño.

La determinación del Mr o el CBR se hace con un criterio de percentíl, variable con el nivel de tráfico expresado como EAL:

4.4 Disefío de Mezclas

De manera similar a la necesidad de diseiiar las mezclas de cemento Portland para obtener pavimentos resistentes y durables, se requiere diseñar las mezclas de concreto asfáltico, sin embargo, el diseiio de mezclas de concreto de cemento Portland es una práctica mas común y frecuente, por lo que en ésta parte sólo se tratará del diseño de mezclas asfálticas. , Las primeras mezclas empleadas en pavimentación asfáltica se obtuvierón mezclando tentativamente arenas, piedras y un ligante compuesto por asfaltos refinados en el caso del concreto asfáltico. En éste último caso, se identificó rápidamente la necesidad de usar un rellenador (filler), que permitiera alcanzar mezclas más densas, asi como la necesidad de tener mezclas consistentes y estables, reconociéndole al asfalto la funcion de proporcionar durabilidad a la mezcla. Así se desanollaron algunos conceptos, principios y relaciones, que continuan siendo fundamentales en los diseños de mezclas asfálticas, siendo el mas importante la deterrninacidn del contenido asfáltico. En la evolucion de los méfodos de diseño asfáltico tuvieron prepondefancia dos conceptos : el de saturación y el de las áreas superficiales. El primero postulaba que la cantidad de asfalto requerida en una mezcla debía ser tal que llenara k s vacios de los agregados compactados, mientras que el segundo propugnaba que el contenido asfáltico debia ser suficiente para recubrir con una pelicula superficial a los agregados. De esos métodos continúa vigente el de las areas superficiales. A continuación se tratarán los metodos de diseño de mezclas asfálticas para mezclas asfálticas en caliente utilizando el Método Marshall. Método Marshall

O del Cuerpo de Ingenieros de las Fuerzas Armadas de los E. E. U.U. de Norteamérica es el de mayor uso hoy en dia y fué desanollado por Bruce Marshall durante la Segunda Guerra Mundial. Se utiliza para mezclas en caliente con agregados de hasta 1" El métoo'o Marshall, se encuentra descr~toen el MS-2 del Instituto del Asfalto ",Vix Design ~Methodsfor Asphalt Concrete and Other Mixes' conjuntamente con los metodos de Hubbart-Field y de Hveem.

La prueba Marshall se encuentra descrita en la norma ASTM 01559 ("Resistance to Plastic Flow of Bituminous Mixtures Using Marshall Apparatus'l). De manera resumida, consiste en moldear muestras de 2 X " de altura por 4" de diámetro, preparadas para diferentes contenidos asfalticos y bajo ciertas condiciones de temperatura, mezcla y compactación, las cuales son ensayadas en el Aparato Marshall. Los dos parámetros obtenidos con el ensayo son la estabilidad y el flujo plástico o derforrnación. La estabilidad es la máxima carga en libras que puede resistir el especimen de ensayo a 60°C. El flujo plástico que ocurre durante la carga se expresa en 1MOO de pulgada. Para efectuar el disedo de una mezcla asfáltica en caliente, se deberá verificar en primer término, que los materiales a utilizar cumplan con las especificaciones respectivas. Para ello, se deberá seleccionar el Grado del Cemento Asfáltico (Tabla 4.4.a) y el Tipo de Mezcla sugerida por el Instituto del Asfalto (Tabla 4.4.b), según el clima y la aplicación que tendrá la mezcla (Aeropista, carretera, calle, acceso, estacionamiento, canchas deportivas o sardineles), o según la parte de la estructura del pavimento que conformará (sello, superficie de rodadura, capa ligante, capa nivelante, o capa de base). A continuacion se estima un porcentaje de asfalto, preparándose especimenes para la prueba Marshall, con contenidos de asfalto superiores e inferiores en 0.5 y 1%. En estas condiciones se inicia el ensayo Marshall propiamente dicho. determinándose la Estabilidad y el Flujo Plástico de las mezclas en función del contenido de asfalto en las mismas. En la Tabla 4.4.c se dán los criterios Marshall para el diseiio. Para una mejor comprensión del método se desarrollará un ejemplo: Con los datos del Ensayo Marshall que se dán en la Tabla 4.4.d, determinar el Optimo Contenido de Cemento Asfáltico para las siguientes características: Número de golpes en cada cara de la briqueta Estabilidad en libras Fluencia (0.01'9 Huecos (76) V.M.A. 1. Curva Estabilidad-% de Cemento Asfáltico

: 75 :750 :8-16 :3-5 : 13 min.

TABLA 4. 4.a SELECCION DEL GRADO DE CEMENTO ASFALTICO

CLIMA Cálido Moderado

Fno

Aeropistas: Pistas de Atemzaje 60ffO 60ffO Pistas de Taxeo Plataformas de estacion. 6 0 n 0

851100 851100 60RO 851100 60170 60470

1201150 8511O0 8511O0

Carreteras: Trafico pesado y muy p. Trafico medio a ligero

60170 851100

60170 851100 851100 851100

8511 O0 1201150

Calles: Trafico pesado y muy p. Trafico medio a ligero

60170 851100

60170 851100n 851100 851100

851100 851100

Accesos: Industriales Estaciones de servicio Residenciales

60170 60170 8511 O0

60170 851100 60170 851100 8511O0 85/1O0

8511O0 8511 O0 8511 O0

Estacionamientos: Playas industriales Playas comerciales

60ffO 60170

6ORO 60í70

851100 851100

8511 O0 8511 O0

Canchas deoortivas: Canchas de Tenis Parques Deportivos

851100 8511 O0

851100 8511O0 8511 O0 8511O0

8511 O0 8511 O0

Sardine!es

6OffO

60170

60170

APLlCAClON EN Cálido

60170

En el caso de "Sheet Asphalt" (capa asfáltica delgada), generalrnen?e se utiliza el grado PEN 60170.

i

CARACTERISTICASDE LCS TIPOS DE u n c u s s u ~ n i ~ mPOR s EL INSTITUTO DEL ASFALM (USA).

I

1

I

M e z c l a p ~ r asello :

,

1

3lczcla para superficie d e rodadura :

\

1

K c r c l a mara cana linante [entre dos canas a a f í l r i c a i ) :

Uczcli para capa d e base : IW

IM

70100 IJ) 71 LO*

1w

P I W

Ir0

t.

1

75103 5510 11 1'0

I% 70*0 40

--

Granulometríss ~ n t e r m e d l a sque han dado buenos resultados: talv>lOO

,m

I

C

100

40 U

$ 1 iw

1 1 $101

LO M

1 1 0 7 a 1 m > 0 ' i > O 50 1 0 .o I l il

,

(81 II

1 '1.11

1 1-10

1-II

,-o

1-20

0-1

Pueden utillwrsc. e n capas d a bane cuando no s e cuenta con gedos g r p e s o s .

I 4 & 1

1

i 3 i I h3.1

syre-

,

TABLA 4.4.c

CRITERIOS DE MARSHALL PARA E L DISEBO

Clasificación del Tránsito l

,

1

1 Ligero"

Medio*

1

pesado"

1

i

I

' Pesado y muy

No de golpes de martillo en cada extremo de la muestra

1

Propiedades

1

- Estabilidad

1 Min

Max

Max ' MI"

1

1200

1800

3

14

1

5

V E R

55

i'

50

1

- F~UJO (O 01") i - Porcentaje de vac?os - Porcentaje de vacios en el 1 I agregado rninerai (VMA) - Porcentaje de vacios llenos con asfaito ( V F A ~

75

1

1

i

l

75

S 3

1

55

1 Win

-/ '5 1 5 ,

,

T A 5 L A

-3

35

750 8 3

blax

*8

5

14O

7

SO

" Superficie y Base

Notas: Todos los cntencs. no solamente el .aior de la esraoiiidad. deben ser zonsideraacs 1

en el diseño de -ezc!as asfaiticas de pavimentación Las mezclas asia;!icas ar caliente para bases que no cumplan estos criterios mando son ensayadas a 6C 'C son satisfaaonas si cumplen los cntencs cuando son ensayadas a 38 *C y iC? colocadas 100 m n o menos debajo de la superficie. esta recomendac:cn se as!ca sclamente a regiGnes que tiene un rango de condiciones climaticas sir,iiar 31 prevaleciente en ia mayor parte de ~ C SEstados Unidos. Una ternoeratura diferenle dn poco mas baja. pude ser wnsiaeradas en regiones ron condiciones ciimaticas rias extremas. 2. La ciasiticac:ó~cei Trafico es como sigue: Ligero: EAL<'C' Medio. 1 0 " > ~ ~ > 1 0 ' Pesado: ML> :5." 3 Los esfuerzos 6- compactación de iaboratorio deoeran aprcximarse a !a maxirna densidad obter,iba r n el iIavimento bajo tlinsitc 4 Los valores de ?h;o se refieran al ~untci?ajo e! cue la carga zomim=a a der:ocrr 5. La corc~onde cemento asfaltico perdida por absorción dentro de las particulas zei asregaao deoe ser :omada en cuenta cuando se caicule el porcentaje ae %,ac:cs. 5 . E! porcentaje de vacios en el agregado mineral es calc¿iladc sobre ia base ;e i gravedad espec:fica del agregado

En base a los datos proporcionados se completa la Tabla 4.4.d, de la que se extraen los valores de la estabilidad corregida que se grafican contra los porcentajes de cemento asfáffico de la mezcla total (Figura 4.4.a). De ésta curva se determina el % de C.A. correspondiente a la máxima estabilidad: A=5.25%

2. Curva de Peso Unitano vs. % de C.A.: De los resultados de los ensayos de laboratorio se obtiene los valores de los pesos unitarios de las diferentes mezclas asfálticas que se grafican contra los correspondientes //o de C.A. (Figura 4.4.b), hallándose el % de C.A. correspondiente al peso unitario máximo:

3. Curva % de vacios vs. % de C.A.: Los valores de los porcentajes de vacios calculados en la Tabla 4.4.d se grafican con sus correspondientes porcentajes de cemento asfáltico (Figura 4.4.4, hallándose el % de C.A. correspondiente al % de vacios intermedio entre /os limites de las especificaciones:

4. Optimo % de C.A.: Se determina promediando los valores A, B y C hallados.'

O.C.A.= 5.25%

Con íos datos del Flujo en la Tabla 4.4.d. se traza la curva de la Figura 4.4.d. Se comprueba la Fluencia entrando en la curva con el O.C.A: 11
:. OK!

6. Comprobacion del V.M.A.: Se determina de la Tabla 4.4.e en función >el tamaño máximo del agregado. Como no se conoce el tamaño máximo del agregado se aplica la siguiente fonnula:

FIGUR9 1.: .c

$1.

C.A.

DE

LA

MEZCLA

TOTAL

donde: P,,: Porcentaje en peso del agregado total de la mezcla G,,: Peso especifico de la mezcla compactada G,,: Peso especifico medio del agregado total en la mezc!a.

Luego: CARACTE,RISTICAS MARSHALL PARA EL O.C.A Número de golpes en cada cara del especimen Estabilidad en lbs Flujo en 0.01" % de vacios (llenos de aire) V.M.A

:75 : 2,310 11.2 : 1.7% : 15%

4.5 Construcción.

Con los desarroílcs recientes en tecnicas constructivas y nuelvos producros de pavimentacion, resultaría prácticamente impos;ble intentar compendiar las .femicas hoy en uso, por lo que enésta parte solanente se destacarán algunas de ellas para ambos tipos de pavimentos. 4.5.1 En pavimentos de concreto de cemento Portland

En :a csnstnrccicn de pavirrentos de concreto para carreteras y aeroouenos, casi !cdo el concrero es mezc!ado en plantas mezciac9ras rzntra~esde uno c dos :3mbcres con ca$ac:Cades ?e 3 a ' 2 de cznc:e tc Ei concreto es norn7alniente !ransportado 3 /a oDra con un camior de vciteo lateral o en camiones normales aeoena~endo de as zarsc:errs:~casdel proyecto Las rsparc:dc:as ce concrerc ;Le normalmente se en;pIean son de dos t:cos con !olva c: embudo +e rec!be el concreto del camion de volteo

SO~ORTES DE LA ARMADURA (a) DOWELS (b)Y BARRAS DE TRANsRENCIA (c)

lateral y lo deposita uniformemente a lo ancho del pav;mento y delante de la pavimentadora, que al desplazarse hacia adelante aeja el espesor deseado; y la esparcidora tipo faja, sobre la cual el camión en retroceso deposita el concreto para llevarlo hasta un cangilón giratorio que lo deposita uniformemenfe frente a la pavimentadora. Donde se construyen pavimentos de concreto simple, sin dowels ni acero distribuido, en la mayor parte de los casos s;mplemente se vierte el concreto desde un camión de volteo sobre la sub-base estabilizada al frente de la pavimentadora deslizante. Algunos contratistas acostumbran a usar dos pavimentadoras, la primera de /as cuales simplemenre esparce el concreto sin darle la consolidacion o el acabado requeridos y ía segunda del tipo deslizante, consolida y le da al concreto el acabado primario. Los anchos promedio con éste sistema varían entre 4 hasta 15 mts, en espesores de 70 hasta 60 cms. Las pavimentadoras deslizantes utilizadas. llevan una serie de vibradores de cabeza distribuidos a espaciamientos de 30 a 60 cms y operan a un rango de 8,000 a 12,000 rpm. Los pavimentos urbanos son construidos de una mcnera mas simple utilizando equipos menos sofisficados que ios empleados en carreterss. Los metodos constructivos varían según el contrato, pero en muchos casos. se emplean encofrados de acero o de madera. La consolidación igualmente se hace con una gran varieaad de equ~po.E:' slump utilizado es de 8 a 12.5 cms, normalmente mayor al que se empiea con las pavimentadoras deslizantes. Para el acabado de pavrmentos en carrereras se acosiumbra U coiccar un tubo flotante de aiuminio detras de la pavimentadcra de 20 cms de diametro aproximadamente y en anguio con el pav1men:o para aue pcr medio de una o dos pasadas clerre la sb~erfic:ece1 rnisrro aseguraitd3 una buena uniformidad del concreto para ei 'exturizado '~nai Con respecto a los acabados propiamenre diceos una gran Darte de /as superficies de carreteras y aeropueeos scn acr~a1men:e ranurzaas transversalmente para consegurr una sucemc:e resrsie~rea !os partn%es facilitar el drenaje y reduc~rel riesgo de hicrooannrrig ver 2 . 3 ) . N cree d e esas ranuras se hace con un peine provisto de prias ae O. 3775 ae ancho. 12.5 a 15 scms de largo y espac:ao'as 7 . 3 zms. ias cuales llegan hasta una profundidad entre 0.37 75 y 0.5 rms. i 3 c3mo Ei acabado c'e los pavimentos urbanos no requ:ere ser tzn ricurrs el de carreteras o aeropuertos. Normaimente se arrastra uii lona de arpillera, una correa de cañamazo o una ?scrciila de 'ibras ,3ar3 dar i3 textura final al pav,mento.

PAVIMENTADORAS Deslizante (b) De rolas (intermedia entre las reglas vibradoras y los deslizantes)

(a)

COLOCACION DEL CONCRETO CON FAJA TRANSPORTADORA Y EMBUDO

(a) Con membrana de polietilcno (h) Con máquina terminadora en la parte delantera y tanque esparcidor del curado en la parte posterior.

Las juntas transversales y las longitudinales :.ntradas, son generalmente aserradas mediante sierras de diamante para el caso de pavimentos construidos con agregados duros y con sierras de cahorundum, para los pavimentos construidos con agregados mas blandos, como los de roca caliza. Una práctica muy interesante es el aserrado con sierras de hojas multiples, en las cuales, cuatro o cinco sierras son montadas en una máquina que cubre todo el ancho a tratar. Con ello se consiguen mayores producciones y menores riesgos de agrietamiento delante de la sierra, los cuales se producen cuando el aserrado se hace un poco tarde. Generalmente se utilizan juntas de 0.3775 - 0.63 cms. En pavimentación urbana, las juntas transversales y longitudinales intermedias son del tipo formadas. El curado de todos los pavimentos de concreto, tanto en calles como en aeropuertos, se hace con membranas de curado pigmentadas aplicadas por un esparcidor mecánico o manual. Los espesores del pavimento en playas de estacionamiento donde el parque0 está restringido a vehiculos de pasajeros, es de 10 cms como mínimo, colocados muchas veces sobre la sub-rasante sin ningún tratamiento especial, diferente al que le corresponde. 4.5.2 En pavimentos de Asfalto

Tal vez uno de los documentos mas importantes acerca de la construcción de pavimentos asfalticos en Europa y su comparación con las practicas en los Estados Unidos lo constituye el Tour Europeo del Asfalto (EAST- European Asphalt Study Tour), una visita de 2 semanas que un equipo de especialistas de la AASHTO, la NAPA, el SHRP, la TAI y e/ TRB. hic!eron a seis naciones europeas a mediados de setiembre de 1990, con el cqieto de comparar las tecnrcas de ambos continentes. Por considerar que el reporte de esa visita constituye un reflejo de la tecnologia contemporánea, se comentan a continuación algunos de los puntos mas impcantes: Respecto de la durabilidad, la mayoria de los paises europeos utilizan un periodo de 40 años en los a:seños. en lugar de 20 años. Lo interesante es que ademas del diseño original, consideran vacas estrategias de rehabilitación a !o largo de esos 40 años aún cuando la estrucrura suóyacente esté reiatívamente nueva. La mayor paríe de ellos

enfatizan en construir una sub-rasante de buena calidad (estructuralmente y desde el punto de vista del drenaje), en lugar de tratar de resolver los problemas en el proceso de diseño. La práctica alemana de "diseño" consiste en el empleo de tablas. Por otra parte, b construcción de sub-bases y bases fuertes, bien drenadas es la norma y no la excepción. Las practicas de gestión de los pavimentos están orientadas principalmente por la condición estructural, antes que por la condición visual. Los sistemas empleados en el monitoreo de los pavimentos y su posterior rehabilitación están basados principalmente en deflectometría o medidas de la deflexión por impacto, medidas de la resistencia al patinaje, del perfii y de otras características geométricas. La consideración fundamental es: cuando un daRo visual es evidente, es muy tarde para corregir el problema estructural. En lo que respecía a los diseños de mezcla, estos se emplean con propósitos especiales, particularmente en la superficie de rodadura y en las etapas de construcción, rehabilitación y mantenimiento, como son el SMA (Stone Mastic Asphalt) en Suecia, Dinamarca y Alemania; el HRA (Hot Roller Asphalt) y el Macadam de Penetración en el Reino Unido; el Gussasphalt en Alemania: y las capas muy delgadas de asfalto en Francia. Se pone énfasis en la reducción del ruido, el deslizamiento, el ahuellamiento, la fatiga y se construyen capas de gradación abierta denominadas "asfalto drenante" o "asfaito poroso" (PA-Porous Asphalt). El uso de mofidificadores del asfalto como fibras minerales, de celulosa. de carbón y de polietileno está muy difundido, siendo Francia el país con las aplicaciones mas sofisticadas. El sistema desarrollado por el LCPC de Francia para determinar las caracteristicas de resistencia al ahuellamiento. las peladuras y la fatiga debido a las cargas de las muestras de prueba, incorpora compactadores giratorios y de rola con equipamiento sofisticado de tensión y ahuellamiento. En Alemania no se hacen diseños de mezcla, sino que se seleccionan de vanos estandares que han sido desanollados para variados volumenes de tránsito. En el Reino Unido, algunos utilizan el método Marshall, pero otros siguen "recetas" estandar, con una buena "histona"en servicio. En lo concerr;ien:e al medio ambiente, se cubren todos los topicos, desde la ubicación de las plantas de asfalto hasta la construcción de la carretera, aunque las exigencias son aparentemente menores que en los Estados Unidos. Se da preferencia a /as plantas estacionarias antes que a las plantas portátiles, habiéndose observado plantas totalmente

cerradas en Alemania y el Reino Undo La practica común es que una

phtat&&tceftftcaattm€~ftaf

-

Ffnalmente, existe mayor énfasis en la investigación en Europa que en los Estados Unidos, tanto de parte de los contratistas, como de las entidades gubernamentales. Las investigaciones incluyen pavimentos a escala natural, como equipos para evaluar el desgaste de diferentes tipos de supedície, rodillos compactadores para preparar especimenes de gran tamaño y grandes facilidades de equipamiento de laboratorio. E; gcbierno y la industria cooperan para onrener nuevos productos y pavimentos de alta calidad, aun cuando los costos sean elevados. En vanos paises europeos se aplican los criterios modernos de Aseguraiento de la Calidad (QA-Quality Assurance).

TABLA 4.5.1.a COMPARACION DE ALGUNAS TECNiCAS EUROPEAS CON LA MEZCLA ASFALTICA EN CALlENTE PROPIEDAD

HOT-ROLLED / 1 SPHALT

SMA

POROUS ASPHALT

Resistencia al Corte Resistencia a la Abrasion Durabiiidad Distribucion de Cargas Resistencia al agrietamiento1 Resis!encia a l Patinaje Reírexion Rerjuccion del ruido R~ccnocimienroPcibllco

1 1

1

E! Hot-Rorieci Aschai: es ia mezria superfrc!ai 0ritar:ca = significa igual ai concreto asf2itico Lerenda: + significa mejor que el concreto asiáit!co ++ si~niiicamucnc mejcr que el cuncre:u asfálticc +-- significa muchisirr.~me!or ciue ei ccncreto asfáiiica - s~gniñcapeor que el concreto asíá:tica - - significa mucho peor que el concre:o asiált!co - - - sjgnifica muchisimc seor que el crrc:eto asiáitico i u s items entro ( j sicnificw una ~ i > f i c a c i ómedia n

DIFERENTES TIPOS DE ESPARCIDORAS DE ASFALTO Y DISTRIBUIDORAS DE AGREGADOS

5.0 OBRAS DE PROTECCION

5.1 Generalidades I

Son todos los elementos accesorios a un pavimento, construidos como su nombre lo indica, para protegerlo del daño prematuro, ocasionado por las inclemencias pero principalmente por el agua. En tal sentido, las obras de protección están referrdas principalmente a las obras de drenaje y subdrenaje (Ver Figura 5.1). También debe tomarse en cuenta la protección de los taludes contra la erosión y su posterior caída sobre la superficie del pavimento, dañándolo.

Es importante resaltar, que tal protección no solamente se refiere a la obra terminada, sinó también y a veces con mayor razón, a la obra en ejecución.

AGUAS PLUVIALES

AGUA DE

-Figura

5 1

DRENAJE

Y

SUB-DRENAJE

5.2 Drenaje Superficial

El drenaje superfcial se refiere a la evacuacicn de las aguas libres discumendo sobre el pavimento. Para facilitar dicna evacuaaón, los pavimentos se construyen con taludes transversales de 7.5% a 2.0%, a los que se denomina "bombeo" (con éste mismo nombre también se denomina a un tipo de falla de los pavimentos rigidos a través de las juntas, por eyección de lodo).

-

180

CUNETA TIPICA REVECTIDA Aliviadero de l a c u n e t a

Fiquro

5.2. r

según

S E C C I O N TRANSVERSAL A l i v i a d e r o de la c u n e t a ENTRADA

DE LA CAIDA C M VER DETALLE

ENSANCHE

VARl A8LE

SECCION

A-A

MTC

/

El agua supetficiai genetalmente se descarga latefakmte por por de cunetas (Figura 5.2.a), las cuales la evacuan del área de influencia del pavimento; y cuya estructura es muy variabk, desde enchapes de piedra, elementos prefabricados de concreto, o elementos continuos de asfalto. Lo que no es mcomendable como elementos de protección de la obra terminada, es el uso de cunetas sin revestir, especialmente cuando se trata de cunetas de coronación, o sea aquellas que van ubicadas en la parte alta del talud (Figura 5.2.6). La forma de las cunetas también es variable y depende del diseño hidraúlico para cada caso específico. Así por ejemplo, las normas japonesas aceptan cunetas en forma de U, mientras que las Normas Peruanas especifican en general la forma triangular. En la Tabla 5.2, se dán las dimensiones recomendadas para cunetas por las Normas Peruanas, según estén ubicadas en zona seca, lluviosa o muy lluviosa

TABLA 5.2 DIMENSIONES MINIMAS DE LAS CUNETAS

REGlON

Seca Lluviosa ,Muy Lluviosa

PROFUNDIDAD 0.20 0.30 0.50

O. 50 0.50 1.O0

Tiene por ftincjón ;v~:,;r ei ! r ~ r r s ú do' agca de infiltración hacia la iF:gtlra 5.7). Esto se logra, sub-rasante y sub-base, debi~itir~colas cortando el flujo de agua mediante una zanja que se rellena con un material mas permeable que el terreno natural y el empleo de tuberías perforadas. Para evitar la colmatación de la zanja rellena, por arrastre de finos del suelo, se acostumbra a emplear geotextiles. Durante la obra, se utilizan tanto drenajes superficiales como subterráneos. En éste último caso, se emplean los llamados "Drenes Franceses'', que no son otra cosa que las zanjas mencionadas anteriormente, rellenas con piedras. Cbviamen:e que ri cesgo de

Z A N J A S DE COROFIhClON Y DE DRENAJE

Figura 5.2.b

Segun M T C

1v.r

tabla 4 2 0 1

a

colmatación es mayor, pero tambíen es cierto que id vida de éstos drenes es menor, pues finaliza con la solución del problema inmediato. En 1.3.1 se ha mostrado tambibn la práctica japonesa de construir sub-úrenes en la frontera corte-relleno de terraplenes. 5.4 Protección de Taludes

La protección de taludes es importante, pues no sólo disminuye el nesgo de accidentes, sin6 que tambibn disminuye el desgaste por el efecto abrasivo de las particulas sueltas de suelo sobre la superficie del pavimento. Hay muchas formas de pmteger los taludes, aunque la mas económica resulta el darle la pendiente apropiada. También se emplean mallas de almabre ancladas al terreno para disminuir el nesgo por caida de bloques; el shotcrete o concreto lanzado neumáticamente, con o sin anclajes; o el sembrado con vegetación de raices profundas. En la Tabla 5.4, se dá el rango de taludes en corte para suelos y rocas, según la práctica japonesa. TABLA 5.4 RANGO DE TALUDES DE CORTE PARA SUELOS Y ROCAS Tipo de suelo o roca Roca dura Roca suelta Arena no densa y mal gradada Suelo arenoso denso

Altura de Corte Gradiente

-

<5m 5-10m <5m 1 Suelo arenoso poco denso 5-10m Suelo arenoso con grava o bloques < 10 m i roca densos y sólidos o con buena .10 - 15 m 1 distribución granulornétrica 10 m Similar al anterior pero no denso 10-15m : o con mala gradación / Suelos cohesivos (incluye lirnos) 0 - 10 < 5m Suelos cohesivos mezclados con 5 -10m bloques de roca o piedras 1

¡

1 /

1

* Talud simple, sin considerar bermas.

.

1:0.3-1:0.8 1:0.5-1~1.2 1:1.5 110.8-1:1.O 1:1.O-1:1.2 1:l.O-1:1.2 1:1.2-1:1.5 1:0.8-1:l .O 1:l.O-1:1.2 1:I.O-1:1.2 1:1.2-1:1.5 1:0.8-111.2 1:l.O-1:1.2 1:l. 2-1:1.5

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tubrr¡oi

de d r e n a j e

u t i l i z a d o durante

""."--

r e l l r n a s con suelo 10 c o n r t r u c c i 8 n

S I S T E M A S D E D R E N A J E Y DE E V A C U A C I O N E M P L E A D O S EN J A P O N P A R A S U E L O S V O L C A N I C O S MUY E R O S I O N A B L E S

ESTABILIZACION DE TALUDES CON SHOTCRETE (a) Colocación de armadura y anclaje (b) Colocación de shotcrete ( c ) Reticdado terminado (d) Colocación de la tierra de chacra (e) Talud estabilizado

6.0 MANTENIMIENTO Y REHABlLlTAClON

6.1 Generalidades

Un informe del Banco Mundial llama la atención sobre la pérdida de infraestructura vial en los paises en desarrollo en la década 1980-1990 por valor de miles de miilones de dolares, debido principalmente a la falta de mantenimiento (ver Anexo 9.9) y advierte, basado en un estudio sobre 85 paises, que la "cuenta de reparaciones" en el decenio 1990-2000, se elevará a 90 mil millones o más, lo que equivale a una inversión promedio de US $100 millones anuales por pais para mantenimiento de carreteras. El Perú que no escapa a esta realidad, tuvo un desarrollo notorio en la construcción de carreteras entre las decadas del 50 y del 60, lo que le permitió ganar un prestigio de "pais caminero"; pero coincidentemente con otros países en desarrollo, amplió sus redes de caminos con mucha mayor raprdéz que los correspondientes presupuestos de mantenimiento. Durante las décadas del 70 y el 80, no hizo ni lo uno ni lo otro, llegando al inicio de la década de los 90 con una Red Vial de 69,943 kms., de los cuales 15,693 ó 22%, estaban bajo la administración del M N C en la denominada Red Nacional; 14,443 kms ó 21% pertenecian a la Red Departamental, bajo la administración de los respectivos departamentos: y 39,807 ó el 57%, se encontraban bajo la administración municipal en la denominada Red Vecinal. Entre 1983 y 1990, la Red Departamental creció en un 25%, la Red Vecinal creció sólo en un 7%, mientras que la Red Nacional tuvo un decremento del 10%. La inversión en mantenimiento de la Red Nacional fue peor. De los US $234,000 necesarios en el periodo 19851990, sólo se invirtió el 12%, o sea US $27,845. En el caso de los pavimentos urbanos. la situacjón no fué mejor. Los estudios de repavimentación han sido ampliamente superados por la realidad, cono sn el caso de Lima Metropolitana, con una extensión de vias superior a los 8.000 kms y con una Red Principal de 1,500 kms. en que las necesidades de reparación y mantenimiento evaluadas en 1986, aumentaron un promedio de seis veces al cabo de dos años. Los hechos en el periodo 1990-1995 han revertido drásticamente la situación: se ha conseguido rehabilitar el 100% de la carretera Panamerican, Norte en aproximadamente 3,000 km, iniciándose de inmediato un programa de mantenimiento con una mayor participación

del sector pnvado. Se ha reorganizado la Red Vial del Perú consistente en tres carreteras longitudinales y oc3o transversales, a tres anillos o circuitos. En lo que respecta a los caminos de tierra. también se ha adoptado una polifica agresiva de mantenimiento. rehabilitación y en menor grado reconstrucción, bajo las modalidades de admisnitración directa y por encargo al Qército. El futuro mediato preve inversiones del orden de US3700 millones anuales. Lo anteriormente descrito es el marco político del tema. pero el marco técnico está iejos de ir al mismo ritmo. La información local disponible es muy pobre por faita de promoción a las publicaciones tecnicas. congresos. seminarios. mesas redondas, conversatorios. etc. que permitan ir rescatando ias experiencias nacionales de io que se esta hac:endo. Haciendo un analogía con el "boom" mencionado de las decadas de los 50 y 60, se entenderá el porqué del fracaso en la década de los 80: falta de educación.

En éste capítulo se tratan suscintamente algunos onceptos involucradcr en los temas de Rehabilitación y mantenimiento. 6.2 Anaiisis de la Problemática Tres heci7o.s reiativos al detericro de los pavimenrcs. ayudarán a una mejor comprensión del probiema y servirán de base al desarrollo de este csp/tu10: l.-Debiao a que Íos costos de reconstrucci~nscn de tres a c:nco veces ics de renovacicn o rehabilitación. no deoe permitirse aue ningtin pavimento deciine hasra tener que quedar en maias concic:unes (ver también 4 . 3 . 2 ) .

i -LDS pavimen:cs en medianas csnclc,c.;es !lene,? la oocriinicad ;?c:r ae' yuin:o i 5 c de /ida de renovar;?

3

7 -E.' CCS:S :e rrerac:on de los /ehicu,os aumenta a medida Que se ce:er!cran cs 0ak;men:cs , n ~ " ~ , / I , - P R : o ni;evo. S;

r;o es adecuadamei?re manren:Co se Cerer'cra .rc.?rc$~;;bieme,n:e dursnrr 'os rnmercs 2 a 70 aRos se ;u z ~ c o . .?.2-a",+, , -- -. ,.'ec~u de; tra;ar?s:tc ncr,-as t e c:refio. csrcic:ones r:ir?zr!cas. &.-.-a

.?

metodcs constructivos y materiales empleados. Despues de ese "periodo de gracia" se deteriora mucho mas rápidamente y sin un mantenimiento oportuno, se desintegra. Al deteriorarse los pavimentos aumentan los costos de operación de los vehiculos (ver Figura 2.2) y por ende del transporte de mercaderias, los cuales son transferidos a los clientes a través de los precios de los productos. La falta de mantenimiento continúa porque las autoridades estan a salvo de presiones directas y porque los usuarios de los caminos tardan en darse cuenta, o no se dan cuenta, de la relacion entre las condiciones de los caminos y los precios de las mercaderias; y peor aún. esta fuera de su alcance el hacer algo para remediar la situacion. De lo anterior, se desprende que toda política de mantenimiento debiera comenzar por definir u'na metodología para una evaluación detallada de las condiciones en que se encuentran actualmente los pavimentos, seguida de otra que permita aplicar las técnicas mas apropiadas según la naturaleza del problema en cada caso particular. 6.3 Definiciones

En el "Manual of Uniform Highway Accounting Procedures" de la AASHO, se define al mantenimiento de carreteras como "el acto de preservaria, incluyendo todos sus elementos, así como a las facilidades y servicios que ella presta, en una condición tan cercana como sea posible a su condición original de construcción, o a su condición subsecuente mejorada, para proporcionar un transporte seguro. conveniente y económico ". En ese sentido, el mantenimiento puede ser preventivo o correctivo, según que se tomen acciones antes que se produzca una reducción en la funcionalidad del pavimento o después que se han producido fallas puntuales que se man~fiestancomo reducción del nivel de servicio de la carretera. El Mantenimiento Rutinario según el Manual de Mantenimiento Vial para Ingenieros del ,VTC. es aquel que comprende los trabajos de reparacicn que es necesano efectuar una o mas veces al año para preservar la Red \/¡al y ,mantener niveles de servicio ~decuados.Bajo este contexto, el mantenim~entorutinario es un mantenimiento ~reventivo. Según el MTC. ;e encuentran comprendidos dentro del mantenimiento rutinario /os frabajos de: parchado, parchado con tratamiento superficial. reposic:Ón de base. bacheo, desencalaminado, limpieza general, riego.

desarenado. y iimpieza de derrumnes y nuaycos mencres. En ei Anexo 9.9 se ac~mpañan/as det7n;ciones de cada uno de eiics. En la Renabilitación en cambio, se cons~ceran!OS trabajos que tienen como objetivo poner la carrerera en condiciones de poder ser conservada con rnanrenimiento rutinano. La rehabiiiiaoón viene a ser entonces un mantenimienro correc?ivo. Son traeajos de renabiíitación según eí MTC: el seto. el /astrado. /a reparac:ón ,por erosión y ia recons?rucc!ón de puentes, aicantariilas. cunetas y coiecrores. Compiemenrariamente a 10s trabajos de rnantenim:enio y rehabilitacicn. e s á n la reccns:rucc~ón,los tra~ajosde emergencia, !cs mejorarnienrcs y las actividades comp/ementar!as. i c s riabajcs de reco~srrvccir5n imgiican la ex:siercia c'e un pavimenic sumamente dereriorado, en el que !a rehaoiiitaaSn ya no se jus:!'iica. Las acciones a coec plazo imciican en primer !érmir:o. :a pricrizacicn Ce ics rramos criticas en base a !a importancii, de ia ocra. S! v.oiL;men de! tr3ns:tc yaG ~ ~ O !,~ S ~ : c a ~ ocsmo r e s ia irec~enciade /os accicenies de trzr,.nsito.o ei tiem,co ce i.c:errupc!cn en un l a ~ ~ íedererm:nado. sc i c s TI-~D?!CS de emerce$?uasor: acueiíos de carac:er extraorciinano qlie se :ievon a a b c en ¡as caniidúc'es requeridas para csrregir la s;iuac:on que dic crigen a ia emergenc:a. E!' i\/ia~ua!ae Manienimientc Via! consicera csmo irabajos ce eme&enc:a a: !a iimpiezs Ye Serrv,rbes y ,?uayccs y o !'S re,oarac;ón s'e !a cabida por eros;on.

LC7 e! l.f,sicwmien:o se considera a aqueiias ccras ,'jevacas a caco pera inejcraí !as ;zrac:er:si;cas de /a c ~ n s : r ~ c c : óonainai. n .- . t: (WTC ccnsmera derirD ue es:os frabajos 3i íT?ej0:3i??ientoc<e: :a caizada y :a bermo. de !os drenajes y :üiuaes. de :as e3:n;c:uras y ae ;a se!~a!'~zac:cn. Las .J~~t.':~;6zc'es c s r ~ ! e , ~ e n : s r ; accmprencen s aqi:eiios :robe,os Ce acrir:r;r~c.'cr?que se ef?c:sar? para acq/ar ;as cserac;ci?es ca manren;nie;:ic i/ rei;abi!;:ac;dn. Aigunas scsviaaúes csmo!emenfanas cscs~reracascGr ei IVTC scn: :a scgs-i:s!&n 2e carn'cc. ei er;:renarn!eriir ce perscnal. ía ,preparac:on ce . , i , L , d ~s;j^lSca, e! -.s:uCio ce caii:erc?s. ei a:macersje r e .n?orer.a!es. ,'a t-,.,..--. j L , -be r .- n U? 3 e . 5 2 ; ~ j ~; V S : Z ~ e i 7 ; a r ; _ s r i ~ ^ ! ese , ~ ;ecKclos ~ ;i :ani;?r'ul,

mentos, el traslado de equipo, los tiempos de viaje y sin trabajo; los gastos de residencia, oficinas, herramientas y vestuario, etc.

MANTELIMA, la entidad responsable del mantenimiento económico de /as pistas que componen la red vial principal (interdistrital) de Lima Metropolitana. define a¡ manfenimienfo como "la preservación de ¡a totalidad de la via: incluyendo pistas, ber;nas, sardineles, obras de arte y elementos de control de tráfco. en la medida que son necesarios para la ~tilizaciónsegura y efic:ente de la vía': Por otra parte, define al mantenimiento de ~avimentos, como "todos aquellos procesos, tanto preventivos como correctivos. que tienden a preservar la integridad de la infraestructura o conservarla en un nivei aceptable': los cuales no involucran mayores alternativas en la estrucfura ael pavimento, estándo referidos a trabajos como: parchado. sellado ,'e grietas, nivelaciones superficiales, reparaciones varias. etc., requenccs para conservar el pavimento por encima de un nivel de serviciabiiidac pre-estao1ec:do: y asumiendo que dichas ac:ividades son ejecutadas en secciones discontinuas, a excepción de aquellas tareas de mantenimientc mavor diferido como: sellos bituminosos, lechada asiáltica y tratam~enrcs saperficiales. La rehabilitación la define en cambio como todos aquellos procesos destinados tanto a restaurar como a mejorar la serviciabiiidad ?e! pavlmenro, dotándolo de la capacidad estructural necesaria para sopcitar eficientemente las solicitaciones del tránsito previsto para un determinado período de servicio adicional. Es decir, comprende todo trabajo d i r i ~ i o ra extender signiíicaiivamente la vida de servicio de un pavimento existente. a partir de actividades de recapeado, refuerzo es:ruc:urai y otras esenc:a/mente correctivas. resde ei punto ce visfa de /os niveles de acción. ei maníenimiento pcecr ir 2esde "co hacsr nada" hasta realizar una reparacion de tipo permaner;!," c'e a!to o bajo esiandar. pasando por una reparac:Ón iemcorai. i3s reoaraciones Cer,manentes son aquellas que duran por lo meccs r! :iemao de vida u51 aue ie resía a/ pavimento original. Las reoarac;cn@s femmraies scn aqueilas que sin poder c u m ~ l i r con las exigenaas iecnicas, tienen el proposito momentáneo de eviiar que el Ir5nsito se u'esarrolle en conc'icioces peligrosas. rrat2noose de que suhs;!an ,?zs:a +e sea ~ o s i b l eejecutar las acsvidades de manrenimien:~p e r m a n e c s a rehaori~tac;on~dfiniava segun sea ei caso

d

Como es posible apreciar, existen algunas diferencias entre los conceptos del MTC y de MANTELIMA en lo concerniente al mantenimiento y la rehabilitación, los cuales a su vez también pueden discrepar con las definiciones de otras instituciones públicas o privadas, que toman en cuenta cambios en el perfil o diferentes periodos de tiempo al momento de fijar los limites entre los diferentes tratamientos, no existiendo una definición única que permita encuadrar el tema.

6.4 Evaluación de los pavimentos

En la norma ITINTEC 339.116 "Rehabilitación de Pavimentos Urbanos'', se recomienda efectuar la Evaluación del Estado de 10,s Pavimentos a la que denomina Condición Superficial, mediante mediciones de la Rugosidad Superficial, la Resisfencia al Patinaje y mediante una Inspección Visual Superficial que permita definir la cantidad y tipo de fallas tanto superficiales como estrvcturaies, todo lo que se complementa cdn la Auscultación Deflectométrica dei Pavimento. La medición de la rugosidad superficial se hace utilizando dispositivos mecánicos como rugosimetros y perfilómetros. o puede ser evaluada sobre planos del pavimento a escala l : f O con algún sistema de clasificación, por medio de evaiuadores con conocimientos básicos de diseño. construcción y mantenimiento de pavimentos, transitando sobre ellos en vehiculos estandanzados a una velocidad prefijada. La evaluac~ón promedio obtenida, se utiiiza para clasificar el grado de confort. Aunque la tendencia por razones económicas es hac:a el empleo de encuestadores, es preferible utilizar rugosimetros y perfiiómetros. Los rugosimetros dan una medida de la rugosidad del pavimento, mientras que los perfilómetros producen además un periil de la superficie del pavimento. Algunos de los dispositivos para la medición de la rugosidad del pavimento mas utilizados son:

- E! Medidor de Caminos de ¡a PCA (PCA Road Meter)

- E! Medidor de Caminos ,Vay (May Rcad Meterl - El Rogosimetro del Bureau of Public Roads (BPR Rougnometeri - E! PerfiI6metro CHLOE (CHLOE Profilometer)

- El Perfilómetro RSE (Rolling Straight Edge)

- E ; Pertílómetro del Brrtish Transport and Rcad Research iaooratcry (TRRL Profilometer).

- E! Perfilómetro Dinam~csSuperfícial (Surfacc Dynamics Prcfilometerj.

Por la gran cantidad de rugosímetros empleados en la actualidad, es importante mencionar al IRRE (International Road Roughness Expet-iment) organizado en Brasil en 1982 con la participación de investigadores de seis paises, en el que se compararon siete de los equipos mayormente usados en el mundo, logréindose establecer una carta comparativa (Tabla 6.4.a) respecto del IR1 (International Roughness lndex - lndice Internacional de Rugosidad). En lo que respecta a la medición de detiexi~nes,se acostumbra a usar el deflectómetro conocido como Viga Benkelman, el cual es un instrumento relativamente simple, que funciona con el principio de la palanca y en menor grado al Dynaflec (Figura 6.4.a). La Viga Benkelman. no mide la defonnación del pavimento en forma directa, sinó a través de la recuperación que experimenta el pavimento durante el proceso de descarga, cuando se desplaza el camión hacia adelante. En la Figura 6.4.b se esquematiza el proceso de medición de las deflexiones con la Viga Benkelman. Para la Evaluación de la Condición Superficial existe un gran número de metodologias: a) Basadas en la descripción de las fallas como la de la norma ITINTEC 339.116, de 1983; 6) Basadas en la descripción literal y una fotografía genérica, como la de la Universidad de Chiie, de 1991;

cJ Basadas

en una &sc@c& de ¡a falla, con niveles de severidad y cuantificación que permiten establecer un "rating" de daiios, como la de la Universidad de Houston, de 1984; d) Similar al anterior mas una fotografía genérica, como la metodologia propuesta por el ACI 201.3r-86, de 1986; e) Basadas en una escala de daños acompañada de fotografias representativas para tres niveles, como los PASE3 (Pavement Surface Evaluation and Rating) de la Universidad de Wiscosin, de 1989; f ) Basadas en fichas que dán una descripción de la falla, indicando causas posibles, niveles de severidad y dos nrveles de densidaa. acompañadas de fotografias mostrando tres niveles de severidad. como

TABLA 6 . da CARTA PARA CONVERSION APROXIMADA ENTRE EL INDICE INTERNAClONAL DE RUGOSIDAD (IRI) Y LOS METODOS MAS USADOS

Notas De las tres escalas la central mrresponde al valor estimado y la de la derecna e izquierda representan los limites bajo (15% percenril) y alto (85% percentil) de valores individuales soore le valor estima&

"t-_ 'Notas: Conversiones estimadas sobre la base de los datos del Intemalional Roaa Roughness Expenment (Sayers, Giilespie y Queiráz, 1986)

-

1 IRI. International Rougnness lndex (Sayers, G~llespiey Paterson, Tachnical Paper 46 del Banco Mundml. 1986' 2.- 01 :, Quartercar lndex del Maysrneter calibrado, BrasiCEstudio de Costos de CarreterasUNDP IR\= QM13+0.37 v l m lR1<17 3.- BL: Bump lntegrator Trailer a 32 km/h. TRRL. UK lRl=0.0032 ~ l , " " S . 3 1 ~ ~ IR1-37 4.- CP25.Coeficient of Plananty sobre una bngrtud base de 2.5 m para el PefiMrnetro APL72. del Centro de Investigauón de Carreteras, Bélgica iRl
-

.

-

'Pl=ihlr.63 26

DlSWSlCION OE

LOS SENSORES DEL

D Y W L E C T Y PARMETROS DE OEFLEXION

..

w i m Dtflext6n del ~ y i u f l e c t(valor nwkrico en el sensor t l ) 1ndlct de c,p,itura Supe~icial(difercncíanumérica entre los s.naorea.tl y I2) l ~ l c de c Curvatura dr la b s e (diferencia n d r i c a entre los senaorn fb y #S)

''ni,, SC1

BCI

SPS~u1~u2~u3+Y4*u~xlPQ "1

Valor N ( r l c o m al stnsor I 5

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DMD

1

1

1

S<'I IK'I <'ONllIClON I>M IA IISI.KII<TII3L\l1>F.l. P.\\'lMKh'TOVLUlI1A Y.VAl,II.U:IOW <>ON lUSC)
c?. Y11

Y A V W N O Y SLICHASANI'LU W U U

IAL a 1 1

s u ü - i ~ ú W ~ rI W ~ LYAMMLN~O UEUU,

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S U U - U . Y . U U I L PAVLMW'I'O MAUGINAL

<:T. u.16

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LYa l 6 LYni1

DMU ALTO. UTYUC~IIYAO&

GT. 0.11

Ui'YUCTüLU MA)(<;INAL,D M D O I

1-LtLI2

PAV~M)XTO UUIII, UhlU O h

(:T. 0.11

S l l t l - h W Y . DBUII, UMUOK

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PAVIMILNTOY Sll&KASANI'k kULI('L'u

GT. a 1 6 1-IL l.W

1-Y (LI6

FIGUQA S.4.a

CARTA D E DIAGNOSIS ESTRUCTURAL PARA PAVIMENTOS FLEXIBLES EN KANSAS

3IRE3t;CN DEL YESPL2ZEI"IENTC

Peso de! e j e t r a s e r g - ?,:?E

6 s

- ~ l n g i r t i a?e: 3 r x c s e S n s a y c

(b) Pos!cibr!

a 50 cms

-

--

@-''

(Gja)

Üis:anc:a

1-

,

-----+----

l

-

m

(c) Posición a 100 cms ( ~ 1 3 3 )

(d) PosiciOn Final (~eflexibncero)

i ? , c r o ~ u n i i s;e<-c

el S?-001 del Ministerio de Transportes de Cntano-Canadá. de 1989; y finalmente g) Basadas en fichas que describen la falla. dan niveles de severidad. denadad, unidad de medida, y un esquema mostrando el tipo de falla, como el Manuai de Procedimientos de Mantenimiento Vial preparado por Louis Berger I:!temational, Ínc. para COTREM de México en 1989, simllares a las preparadas por CONREVIAL para el MTC en 1982, o por RO?' JORGESEN Ass. para MANTELIMA en 1987.

Se adjuntan resumenes de cada metodología.

- 197 -

ITINTEC 339.116

5.1

Pavimentos f l e x i b l e s

, d e falla

üenomi n a c i 6 n de l a mani f s s t a c i ó n

Definici6n

Causas p r i n c i p a l es

Son l a s depresiones l o n g i t u d i n o l e s c o n t i n u a s a l o l a r g o de l a s canal i z a c i d n d e l t r d n Ahue'lamiechs ui teol l ades de ') ~ ? ' : ~ r , ~ ~ ~ u ~ ~ l o n g i t u d mayor de 6 m. tos tránsito Pueden s u b d i v i d i r s e en : (rutting) ) Fa1 t a de e s t a b i a) pequeño r a d i o i n f l u e n c i a ( r e 2 l i d a d de l a f u ~ ponsabil idad p r i n c i p a l : pavi daciÓn/pavirnenmento) to. b ) gran r a d i o i n f l u e n c i a (respon sf uanbdi al icdi ab dn ) p r i n c i p a l < s u e l o

.

.

/

-

.

.

y

l

Son l a s p 6 r d i d a s del p e r f i l o r i - a ) g i n a l ; depresiones l o c a l i z a d a s ; f a l l a s p o r c o r t e o punzonamiento. Pueden s u b d i v i d i r s e en :

2. Hundimiento (depresión)

Heterog~neidader y deficiencias constructivas 1 (principalment? / bases Y subbase. l con pesadas c a r gas de t r d n s i to y asociadas a un debilitamiento

1

a ) hundirnien tos local irados inter nos.

.

b ) Hundimientos l o c a l izados e n e l borde

c ) Hundimientos de gran l o n g i t u d ; 1 debidos a d e f i c i e n c i a s p r o f u n - b, Fa'ta de 'Obreancho. das de l a f u n d a c i d n c) Falla por corte debida a p r o f u c dos movimientos de asentamiento de l a s u b r a s a n t ~ Son l e v a n t a m i e n t o s y c o r r i m i e n t o s 3. Desplazamien de m a t e r i a l e s f o n a n d o m r d o n e s ; a ) tos deformación dependiente el tiempc (shovingj ( c r e e p ) . Pueden l o c a l i z a r s e : b)' a) I n t e r n o s

.

1. D e f o r m a c i g

b)

nes

En bordes

Fa1 t a de es t a b i l i d a d de capas S - j periores. I Fa1 t a de c o n t e n - ! c i Ó n l a t e r a l bapi quinas

.

1

a ) F a l t a de a d h e r c r ! I e n t r e la \ i o n c o r r i m i e n t o s y d i s t ~ r s i o n e sa pa e '! ! ,veces c m l e v a n i m i e n t o s . a r : n c i f e r i o r , a s o c i a c ~1 palmente t r a n s v e r s a l e s al e j e (slidinr)

b ) Fa1 t a ~ s t d b i l i u ~

4

de l a capa supo r i o r asociada gi ricralmentc d unti d e f i c i e n t e aril~c / t rcncia l

-

,,,

: i f azl l a x

Oenoinlnac~dnde lamanifestaci6n

i

1

de

i98

ITINTEC 339.116

-

Def!nlcibn

Causas p r i n c i p a l e s

1

conectadas f o r k n d o grandes ( O pequeños) poifgonos, b o ~) des regulares. bngulos vi ) Fa1 ta de e s t a b i l i d a d vos y netos, muchos a 90°. de caoas del pavimento.

2. En bloques (block cracking)

- 4::t:5'$i$c$,1a

Agrietamientos

.

I

( l o n g i t u d i n a ' a ) En huellas de de t r d n s i t o cracking)

\ 1

1

cracking)

I

.

c ) Asociadas a suelo de fundaci6n y obra b ¿ s l b) En centro o cercano a bordes de l a calzada. l o \ !a*(¿ reces i n f r a d i s g c ) Cercano a bordes de l a calj 'OJ ' zada.

I

Mn l a s fisuras o g r i e t a s r e c t i 1 lneas perpendiculares a l eJe , de longitud \variable. lpor reflexión

.

1

k) contracción de niezclas asfslticas (materiales cl i m ) , 6trdnsi -

frente a t o c i rculantc.

1

.

I

r* n s e.n . o .. f. r. ñ -d i .

1

Deficiencias c o n s t r u c t i vas

"$e PzgPa'

Clasf ficacidn

'

Oenom,nacibn de

l a nianl festación

Causas principales

~efi'nici6n Son los desprendimientos de agregados de l a capa asfbl- i ) t i c a de rodamiento. Pueden distinguirse : -Peladuras superficial es de desuniforme distribución J) -Estrías (streaking): des prendimientos parciales de agregados pétreos en t r a t o ') mientos superficiales b i tu mlnosos por deficiencias a e riego. Generalmente longi t u dinal es (transversal es enriegos pulsados antigws tratamientos bi t m i nosos ,

.

. -

*

1

Pérdida de adhercn c i a asfalto-agrega

do.

.

Reactividad qufmica

Deficiencias 'Ons-

truct'vas

a ) Desintegraciones 3. Disgrego

cíones

localizadas o r i ginadas en la c o pa s u p e r f i c i a l b) Asociados a d e b l lidad estructural localizada ( a i s l a da)

2. Nidos de gallina (pothol e s )

.

.

.

*Son l a s descomposiciones tot a l e s del aglomerado a s i á l t l o con posible pérdida de parte estructurar (Baches) 3' OesintegraSu evolución d e p e n d e S h s t a ciOnes ' O t o lidad d k 1. bale. P.teden l o l e s (raveling) c.ainarse , o superficia l e s (weathe- a ) Internos' b) En bordes ring) 50n l a s desintegraciones g r a duales superticiales de l a s capas de rodadura, aumentando textura y exponiendo cada vez m i s los agregados, p o r del t r á n s i t o 'y clima p5ci6n ,Son l a s desintegraciones lo4. Indentaciocalizadas, nes (Indendg tion) t Son los agregados excesiva mente pulidos en la superfic i e del pavimento

.

.

trdnsl

a)

~

~

p

~

O

b ) Debilitamiento en

.

bordes de l a calrada c ) Originadas en l a -uperficie de ro.~miento, por acc i ó n del trbnsi to y 'lima e m i t e n evolu-

jPdn pe,aCurar,

Acción de factores ex01 genos sobre l a s u p e r f j c i e del pavimento

.

i w n t o de la textu- Prau lsuperficial .

l

~

~

...

ii.

$

~ de f a l l a

~enominaCi6n de ~ l a manifestacibn

Ds a s f a l t o s

(bleeding o flushing)

~

Son l o s afloramientos de asfalto a l a superficie

De

~

Causas ~p r i n c i pales ~

.. a )

D e f i c i e n c i a s en l a mezcla a s f á l t i c a

b)

4. ~ x u d a c i o nes **

Defini~ ción

~

.

.

D e f i c i e n c i a s cotructivas

a ) D e f i c i e n c i a s en l a Son l a s separaciones y mezcla a s f b l t i c a ascensos de morteros y d e s y/osucolocaci6n. censosdelmaterlalgrueso. A

NOTAS

.No s e han i n c l u i d o c o n ~f a l l a s del pavimento l o s aspectos r e l a t i v o s a banouinas ( t i o o . estado). drenajes ( t i o o , estado, e t c . ) bacheos ( t i c o . c a n t i d a d , edad. etc.1 que influyen en l a degradacidn de l o s pavixentos f l e x i b l e s

.

.

Al evolucionar una f a l l a a un grado de magnitud mayor generalmente a p i recen o t r o s t i p o s de f a l l a asociados, oando origen a f a l l a s m i l tiples o combinadas

.

~

~

1

5.2

201

-

Pavimentos rfqidos I

'lasi

ficación Denominacidn de l a manifestación prl:cx:la

Definicibn on a s desnivelaciones trang que s e presentan a l. ~ s f o n n a c ; ~1.Levantamientos :ers:les nivel de l a s juntas de l a losa nes Son lfneas de rotura que s e presentan en e l sentido del l.Fisuras l o n q i eje del pavimento, dt tudinales. que separa l a losa en Qr paL tes. Son lfneas de rotura guc s e 2,Fisuras trans- presentan en sentido noml a l e j e del pavimento. dc nuversales do que separa l a losa totailmente en dos partes. Son 1 fneas de rotura q u e %e 3. Fisuras en presentan en sentldo normal: 2. Fisuras

.

.

-

Causas p r i n c i p a l e s en

di-

~ n s i o n a m i e n t ode junta

la

de l a cimentaci6n. b) Fatiga de l a l o s a

a , Asentamiento de l a cimentaci6n b) Cirnentacidn no

ni ve1 adas Acción de sobrecarga

o bordes.

1

do a l t r a n s i t o i n t e n so y pesado Son roturas o g r i e t a s intwconectadas fdnnando grandes o pg F a t i g a de l a l o s a , d e bido a l t r l n s i t o i n queños poligonos.
-

en

Son eyecciones del material bituminoso de l a junta rt? Oesprendimiend i l a t a c i 6 n to del rmte r i a l de junta

.

-

1

. Desprendimientos

1

. m,Descascara o at3

Ascensos o exudaci anes

.

Bombeo

1

Deficiencia en e l dimensionamiento de l a junta. Licuefaccián del mate r i a l de l a junta d e b i Ido a a l t a s temoeratu= 1 ( r a s lo. que o G g i n a s u e x ~ u l s i 6 nde oaso

i:l~ ~

!

-

Corrosion del hormi gón por ataque de p r g ductosOS:I;;:: uímicox. Son piedras auras que aparecen Dosificaci n a c i e c t u g en relieve en l a superficie de sa del homiqún 2lns.a. Son evecciones e aqua y I do I t r a c i o n e agua a,

Cabezas de

.

Son desintegraciones s u p e d i -

esta c i a l e s de l a losa.

rito

-

..

l,

t a s o bordes del pavimentr d e bido a l pase de los v e h í o l o s arrastrando n a t e r i a l y f m n do vacíos o cavidades b a a l a

.

-

9 F F . : P r o y e c t o FONDECYT No llP2/8P. D e s a r r o l l o d e un Sistema de G e s t i ó n I n t e g r a l p a r a l a C o n s e r v a c i ó n de l a s V i a s Urbanas. UNIVERSIDAD DE CHILE. Junlo 1991

L a e x p a n s i d n e x p l o s l v a y l e v a n t a u l < i n t o o c u i . r - e n por. l o gener-al zn zonas caltir-osas, usualaentr en las g t - l ~ ~ t a s O ~untds t r d n s v e r ~ s a l e s q ~ i c n o t i e n e n e l a n c h o s u í i c i c r i t c par-a p c r - m r t i r - e l aovrmrento d e expansldn de l a l o s a al a u i e n t d r la t e u p e r - a t u i ' d , todo l o c u a l p i o d u c e e l l e v a n t a m i e n t o de esta q u e por e f e c t o s de l a coipr'esldn y el transito s e q u l e b r a . Las explosiones noi.malaente s e e x t ~ e n d e na t r a v b s d e t o d o e l a n c h o d e a l menos una v i d d e t r l n s l t o . CRUSaS

-

POSIBLES:

F a l t a o inadecuadas juntas de dilatacidri. Penetiacibn de particulas incompresibles gr-ietn.

e n la

junta

O

Levantarnienro (Blow up) I - ~omom~ckin'~r~ &scn~cion Alabeo hacia amba o rotura localizada & ia losa en una ~ n e ojunta u transversal hivei de Sevendad Hay solamtnte un nivel de sebendad para el ievantamento Aho - Puede ser f a c i l m t e reconocido Cuanuficacion Nuiguna Denomtnac~m BU

2 - yojnendatuu Descn~cion

Abm".mmto m meaa luna (tipo "Da) Lna sene de peras iinas del growsr de un cawllo v forma creciente eri al concreto, usualmente paralelas a las junms o a las g d a s mayores y usualmente curvandase en las esnutrias de >alosa

hive!es de Sevendad

-

! (Bajo) Las piezas eskm defuilaas laaoioracim) por n d i o de grietas del yosor de m cacawllo v no pueaai ser ?emoviaas 2 (hiaiio) - Las piezas man biw deñnidas pero no ouedm ser facilniente removidas 3 (A!to) - Las piezas mbien dzfiniaas ) p u e a a ser facilmenre remoridas

C~anuíiwc~m

i (Baj" - El area a p z a d a cubre venos de Q m- aei area de ia losa ? (Media)- El apewnicnto cubre mas i- 9 n 2 del are3 de la losa ;(Alta) - E! ayriainiaito cuore rias ik - 2 ni2 3CI a r a de ia losa y tambiai a p a r s c m ia mayor parte de las ,ows ~ e ~ p ~ i n a c i D~ I 1 Di?. D13. DZI. DZZ, D23 D j l . 9 3 2 . D33

5

- ~ o i i ~ ~ n c ~ t - - Agri~%rriier>todiagmai Una raura en el pavimento en la equina Ge la losa. cerca a la union ac ¡a junta transversal c m la )unta longirudinal o con ei borde & la !osa. que puede o no efimaene diagonalrnenre. a tnves del Fin de la losa

De'nqcon h~velesde S e t i

-

: (Bajo) Gnetas deigadas del grosor de cabe!!o 2 (Madio) - Las g n a s tienen un ancho -cderaco íproniedios de 1,'4" a i,:") y10 e s m moderadamente astiiladas 5 (Aito) - Las 9 - s tienen anchos inaycres de I 2" y esun niuy astilladas C,uantificacion

Q 4

q

~

I (Bala) - E! agne:am:ento aparece soic.r.sr.:e :n ?,a 3 " 5 5 j w u s as~Ia&s 2 ( & I d a )- Ei a p a . i e r . r o ariarece inrev.nniie-.e:irz 2 i.Aira) - El agneuniinto aparece a inter,,aios de I 5 m ~ DC ~ 1 ',. ~ ÜC~12.xDCI;. n DC2I. DCI2. üC23. DC:! DC3?. DC:;

-U~&X&g-c?&cwn

Esca!onarnicnto (Fauittng) Diferentes aespiaraniientos .ien;wles de lcsas en ¡as juntas o netas s. crcai?do .,,la aeformacim en la jupehciz del pai!nk-nto

h i e i s de Sdve;idaa 1 r Bajo) - La diferencia CII la cleiacicn es mcnor r e ; . 2" ?,o 3fi-a

liyermenu :a t.ansiu~ii!úa~ 2 (hlrdio) - La diÍzrenc,a S n ¡a 2ievac.m 3 re 1::" 3 i ' y.o 3 f w a malendarnaire ,a uansitaci;~&a. 3 ( Alto) - La diferencia en la clevac~oncs niabor de 1 " V . O 3i~a.a

grandemente !a transnabiiidad C~ant&xgr

1 (Baja) - Lno o dos escaionarmentos en un area ais!aaa (Me&) - Dos a cuatro escalonamientos conunuos 3 (&Ira) - Mas de cuarro escaionamientos continuos Denommacion FII.FL2,FI3,F¿1.F23,Fl3 Fjl,F;?.FZ3 ?

S - UomencIa~ia

Ennisioo del relleno cie ias juntas Descn~c~on Exp:,!sim del relleno de las juntas sobre ios bordes de las juntas Nivel de S e ~ e n d d Hay solamente un nivel de sevendaa para la extrusion del relleno de las jur8us Alto - El relleno de las juntas cebe ser reemplawco Cuantificacion Uinguna Denom~nacton JE

6 - Uomenclatura üescn~cion

Niveles de Sevendad

Agnrnrniento longrudinal Lna gneta o ronira aproumadamente paralela a la !mes central de! pavunento

1 (Bajo) - Gri-s delgadas menores de 1%" 2 (Medioj - Gnecas c m un ancho moderado (promedios de 114"a I*) y/o moderadamente astdaaas 3 (Alto) - Gimas que Sviden a la 'osa er dos piezas, con anchas (prorned>o supenor a 1 ") y estan muy an~lladas

cuantificacm

1 (Baja) - La longitud total de gntxas es menor de 45 n en tina seccim de 30 ni 2 (Media)- La iongtud tual agetaaa esta entre 45 y 60 m en una secoca de 30 m 3 (Alta) - La longnud t m l agnetada es mayor de 60 m en una seccion de 30 m Denominacion - L11, L12, Ll3, LZ? L22, L23, W 1, L32, L33

7 - Uomenclatura Descn~cion

Bombeo (pumpu~g) Expulsion & mezclas de agu. arcilla o limo a lo largo o a rraves ae juntas transversaies o Imgnudinales, g n m s o filos de los pavimentos hivel de Sedendad Hay solamente un nivel de sevendad asociado con el bombeo Ato El bombeo es eiidaite por la eyeccion de agua bajo cargas pesadas, manchas de las juntas o gietas y10 presencia de marenales sueltos cerca a ias juntas o g n m s Cuanuficacion Uinguna -Denominacion PM

-

8 - Vomenclatura Dzscn~cioo hlvei de Sevenaad

Escamado ~Swlins) Desmtwacion proqenva y perdda de la superficie de desgasle del concreto Hay solamente un mbel ae sevendad para ei escamado 2 iito - El r s c m d o es relau~menteprofundo

Cuantificac,on

Denommacion

i (Baja) - Se emenae cobre menos de un cuarto del area de la losa 2 (Madiaj - Se extiende sobre mas de un cuarto del area ae la losa j ( Alta) - Cmtinua de una losa a la !osa ad'acente S>I S32 S3;

- Up'!gn&m Deccripcion

i\st~ilamienu, Rotun o desintegracion de los fiios de la losa en las ~ u i t a Os g,ntms o d i r e m e n t e sobre el acero de refuerzo. usualmme res~ltmteen la remocicn del cmcrexo sano

h iveies ae Sevendad:

1 (Bajo) - El filo de la losa esta ligeramente roto y no es necesaria la reparacion 3 (Medio) El filo de la losa está moderadamente roto y pude necesitarse reparación. 3 (Alto) - El filo de la losa esta severamenre roto y es necesaria la reparacim

-

f ~antificacion

I (Baja) - Ocurre en uno o dos filos de lcsas 2 (Mtxúa) - Ocurre intermitentemente 3 (.Alta) Ocurre regwlarmente ai los filos ce las losas D e n o m m n SPII, SPI2. SPl3, SP21, S E 2 , SP73, SP31, SP32. SP33

-

10 - riomenclatura

Descn~c!-

: Agrietamiento transversall : C M griwa o rotura aproximadamenteen angulo recto con la iinea central del

pavimento Kcveies de Sevendad: 1 (Bajo) - Grietas delgadas menores de I!4" ? (Medio) - C n a a s con un ancho moderado (promedios de li'l' a 1") yio moderadamente astilladas 3 (hito) - Gneias que dividen a la losa en dos piezas. son anchas (prcmdio superior a 1") y están niuy a d l a d a s

C,anrtficacion

1 (Baja) - La imgrtud torai de grietas es menor de 22 5 ni en m secc:on de 30 m. 2 (Media) - La longrud tctal agrietada esti acre 22.5 y 37 í m m una sección de 30 m 3 (Alta) - La longitud torai agnaada es mayor de 37 5 m en wa seccion de 30 m Denoriiinacioti Ti 1, TI2. Ti;, T21, T22, T23, T3 1, T32, T33 --

1 \N1 \ DF V \I O R F S DF D \YO PARA 1 A R F P R F S F h T \ C l O h \I F \ Y I MFRIC\ DE DAIOS EY PAVIHEYTOS DE C O h C H E 1 0

\

1

Valores de Daño ara combinaciones i. l ! 2 1 i 1 2 2 3 3 1 , 3 : /53

1 1

/ /

i

r

I

LEvanmicntc Blow-u BU 1 + n e t a n u a t ~ ! o o ~ ' D ~ ~ ~1 A~netamientoDiaqonalDC,, / Escsionamimto(Fsultin~)F,l / Extnision del scilo m la juno l E ' 4pneraiiuento longtudinal L,, I Bombeo (Purnpinx) PM Escamado (Scalmr) SLJ [ / Astillado (Spallinrr) SP,, ~naammtoTransversaiTl, ;

/

6

4 1 b

i

10 6 1 10 6 1 10

4

1

8

/

70 8 1 15 8 1 12 8 15 12 10 1 15 LO

1

/

10

1 l

20 1: 1 15 25 1 8 / 1 0 115 ' 1 5 15 110 20 30

1

1 25

15

1

50

j l

1 f

55

l ' 101 18 30 1

4 ( 6 (101 81 1 5 / 2 5 ] 12' 25'35 5 ( 8 j 12 / 10 / 18 / 25 / 15 / 2 < ; 53

85

1 /

' 4 l

H L Y BUENO 1

!

45

,

POBRE l

25 1

'

H L Y POBRE

1 I

10

1 FhLLADO

tVALUADOR: TITULO:

C1 OBSERVACIONES:

HOJA DE DATOS DE CAMPO PARA CLASIFICACION

DE PAVIMENTOS R I G I D O S

LISTA DE VERIFICACION DE LAS CONDICIONES D n PAVIMENTO

CARRRER* No.'-

CCNTñATO No.

-

LONGITUD DEL CONTRATO

~o SECCIONES DE NALUACION PAVIMENTO:

-KMS

FECHA CE L4 INSPECCION

UBICACION

WCRO

-MTS

-U R G O DE U\ S E C C W -KM BERMA: n p o DE SUPERFICIE -ANCHO -MTS No. DE SECCDN A N A L ü A R

~ A ~ G DEOCONFORT DE. TRLihSiTO A üü 6MIH M ~ I F E S T A CONES

DETERIORO

PAVIMENTO

PERDIDA DEL S E U O CE JUNTA PERDIDA DE L4 UNION DEL S E U O DE JUNTA

EN MEDIA LUNA l EN '37

4NTA A TODO LO ANCHO

'EXCELENT I B r E h O I R E G W IWBRE lMLY PCBR DE DRERIORC /EXTENSON O FRECLENCIA D

ISNERIOAO

1

3.2.1.4

.

DESCASCARAMIENTO O ESCAMADO DEL MORTERO POR ENCIMA DE LOS ÁRIDOS GRUESOS

Escamado o peladura por la porción superficie del concreto cementado o 3.2.1.4 a) o una capa fina de hojuelas fuera de la superficie de los áridos 3.2.1.4 b)

cercana a la mortero ( f ig . en el mortero gruesos (fig.

TABLA3.2.1.4. SEVERIDADYEXTENSIÓNDEL D E S C A S C A R A M I E N T O / E S W O DEL MORTERO POR ENCIMA DE LO$ ARIDOS GRUESOS.

2.

-

Leve

3 . - mderado

-

4

Severo

5 . - miy severo

EXTENSION

l.

3.1.1.4

(a)

-

o e s ~ n c e g r a c l t nen parches o u p e r f i c ~ i l e spoco espac;aacr o cavidades 126 a 501 p c o e s p i e l a d a s soore l o s i r l d o s gnieso. pcr ni Desintqrac:tn

PORCENTAJE DEL AREA DE V I A AFECTADA < 10

POCO

7 . Incemrten

10

3 . Preaenc-

l b

Extensa

51

-

--

. -- -n -n

4

Ti..

~otor~o Taxcura abierta 6 10 a 2 5 c a v ~ d i d e ssobre 10s drldos gruesos par n2

- iocai - ,

5

S,

ISOJUW

Pig. 1 2.1.4

{bl

- MORTERO

ES-O

POR mCUU 31 LGS ARIDOS GRUESOS

as 50 30

CONCRETE - PASER MAWUAL PAVEMENT SURFACE EVALUACION AND RATlNG REF.: TIWlriSPORTATION lNFORhlATlON CENTER LYIVERSITY OF WlNSCONSlN - MADISON Set'89

- Eaa dimiado para proporcionar infornracim cobre las condiciones y defectos de lu carreteras de concreto y las causas de las fallas, asi como in procedimiento simple para dasiñcar Iis condiciones de la carretera. El procedimmto de clasificacim (PASER) puede ser usado sólo O mno parte de un S a m a de Gau& de Carreteras. - Se

cm The .4sphalt - PkjER Manual y The Grave1 - P M E R .Hanud.

- Las canaicicmes y defectos m los pavimmtos se dividen m: 1 - Defectos suptrrticiales -desgaste y pulunaito, %netamiento tipo mapa, rewamxmes @op ours), escamado (swiinpj, r e Ñ e m supeficial y astrllanuetto (spalhg)

2.- Juntas - j u r a iongrudinal, junras üansversals 3 - Grietas en l o s pavimentos - gnaas transversales de ias losas, agnetam#emom media luna (tipo 'Do),agnaamienros M esquula y a@serpalteanw

4 - Deformaciones en los pavimentos - levantanuentos (blow ups); escalmamiento (fauitin~i. asentanuento o ievairaiiiieiito de los pavimentos; reparaciones m los s e ~ c i c spubticos; baches v aLaje:os; agnetamimto M b u m e s y coneximes domicilianas, deformacimes de bemas y cardmeles.

- El Sistenia de Clasificacion de la Conhcion Superficial PASER utilua una escala de 1 a 10. Clasificaciones 9 % 10 Pavur,ento nuevo o i-ehanll;tación de m c r m reciente Clasificaciones 7 B 8 Pmieros signos de desgaste, examaduras o agnetmmco Requiere urw manirnimiento rut1nar.o Clasificaciones 5 Sr 6 Prmeros signos de grietas en esquina, eswlonanuerrto y asdameato de juntas o i ~ a a sRequiere una reparacion superñcial o un bacheo de profundidad parcial Clasificarionw 3 Sr 4 Escalc?aniiziito moderado a severo, agnetanuento muhple de la losa v falla en '3 junu R-quiere m a rena'ollitacion extensa de la losa o junta Cl~isificnciurlus1 & 2 Falla del pa\,mento, reuuere una recmistniccion completa

IYVEkTiRIO E IYSPECClOh DE CAMPO

Fecha dei inventano Hecho por

SEGMENTO Y UBICACIOh Nombre de la carretera De Langnud

Seynenco numero

A

USO Y CLASIFICACIOk Functcm de la carretera

Trafico &ano promedio Trafico de camiones (esmado)

Acceso a

INFORhlACION SOBRE L.\ C.ARRETERA Tipo de pawmento Clasificacion de ia amdicim &¡ pawmwro Chsasificaci~del drenaje Comairanos

GEOhlETRM Ancho de la carretera Comwranos

OTROS Comentanos

-

Sarauieles & canalmes

Veredas-----

humero de was

CUIA DE ALTERNATIVAS DE Y W T C N l Y l L ) ( T O

I

-

P W I Y C N T U I COfURCTO

l FISUPAS TRANSVERSALES O 31AGONALES

ir loii q u e o c u r r e a y r 0 . i m a d m e n t e perpend:cu:ar ~1 e!e d e l pav:mcnco o en forma o b l i c u a a é s t e . d i v i d i e n d o l a m i s m a e n d o s o tres panos. F r a c Z u l u n l c i 8 C o di:

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ALTERNATIVA DE R E P ~ R A c I o H P E C O ~ E H ~ A D A

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PAVIMENTO EN BUEN ESTAOO Requtere manttnimcento rutinario

PAVIMENTO EN REGULAR ESTADO

Requtere b a c h e o

PAVIMENTO E N MAL ESTADO Raquiere r e c o n s t r u c c i b n

Reseiiado de juntas en pavimento rígido.

Bacheo en un pavimiento ngido con elementos de transferencia de carga fijados con resinas epóxicas.

La preparación apropiada es de suma importancia. Corte el contorno del parche por lo menos 0.3 metros ( 1 pie) fuera del área a ser parcheada. El contorno debe ser cuadrado o rectangular con caras rectas y verticales.

Aplicación de la capa ligante El agujero a ser reparado debe ser limpiado, el subsuelo compactado y nivelado según necesario y una capa ligante aplicada al fondo y a todos los lados.

Llenado con la mezcla de asfalto Al llenar el agujero, el material recuperado es colocado primero contra los bordes. Se debe emplear una cantidad suficiente de material para asegurar un parche de nivel apropiado tras ¡a compactación.

Compactación apropiada es reauerida Llenado con la mezcla de asfalto

Compactación apropiada es necesaria.

ANTES: Bache esperando para averiar un aro, estropear un neumático o lesionar a un ciclista

Al compactar el parche, solape la primera pasada y retorno del compactador no m8s de 15 cm (6") sobre el parche en un lado, pase al otro lado y repítase. Continúe entonces perpendicularmente a los bordes compactados. solapando cada pasada varios centímetros sobre el parche no compactado.

DESPUES: Un parche permanente para manejar todo tipo de tráfico.

7.0 INSPECCION Y CONTROL DE CALIDAD

7.1 Generalidades En contraste con las demás obras de ingeniería civi!, los pavimentos están permanentemente expuestos a las inclemencias del tiempo y a la influencia de las cargas, además de ser construidos sin consideraciones de margen de seguridad estructural. Por esas razones, es importante una correcta inspección y un apropiado control de calidad sobre los materiales y los procedimientos constructivos, al inicio de las obras, a fin de compatibilizarlos con los requerimientos del proyecto, todo ello bajo una apropiada concepción de la tolerancia.

En éste capítulo, se dan algunos criterios para la inspeccion y el control de calidad de los pavimentos de asfalto en carreteras, tal como se emplean en el Japón, complementándose con una metodología recomendada por el ASTM pam evaluar la falta de alisamiento y los desniveles que se producen en los pisos industriales de concreto: el número F. 7.1.1 Metodos de Inspección

La nspecctón involucra la investigación del trabajo hecho y la calidad de los materiales en el pavimento terminado, así como los resultados de los ensayos prelimhar.%spara verificar si todos los aspectos de calidad de/ pavimento satisfacen los requerimientos del contrato y de ¡as especificaciones. En lo que respecta a la inspección de los resultados de los ensayos prelimmares. esra deberá ser hecha sobre los reportes presentados por e/ contratistü, los cuales estarán acompañados de los certificados respectivos. La inspección al trabajo ejecutado se refiere tanto a la geometria del pavimento terminado, la cual deberá cumplir los anchos, pendienres, espesores, asi como las texturas supen7c:ales y desniveles especificados: y al muestre0 sobre testigos diamantinos para realizar sobre ellos los ensayos correspondientes que permitan venficar el empleo de los materiaies especificados. En éste sentido, la supervis~ón

diaria es muy importante, toda vez que un pavimento que necesita retocarse, es mas costoso. En la Tabla 7.1. l .a, se dan algunos criterios respecto de la frecuencia de la inspección y tolerancias para la geometría de pavimentos; y en la Tabla 7.1. l .b, las tolerancias en los grados de compactación, gradación de agregados y contenidos de cemento o asfalto para los pavimentos de carreteras en Japón.

TABLA 7.1.1.a

Medida

Componente del Pavimento

/ Frecuencia de

j Tolerancia

, Cada 20 mts

1

1 Cada Cada 20 mts 100 mts

/

1 la inspecclon 1 t

l

14 cms - 4 5 cm - 5 cms

Sub-base

Nivel Espesor 1 Cada 20 mts 1 Cada 40 mts Ancho

'1

Base estabilizada mecánicamente

Espesor Ancho

/

Base estabil~zada con bitumen

Espesor /cada 1000 m2 ; - 1 5 cm Ancho Cada 100 mts. - 5 cms

1 l

l

1

l

1 - 2 5 cm

- 5 cms

I

,

I

1

1

Espesor 1 Cada 20 mts Base estabilizada con cemento o cal I Ancho Cada 100 mts

,

I

l

/

1

Binder y Superficie Mezcla asfaltica en caliente

1 'Capa de superficie + Binder

Espesor* /Cada 1000 m2 Espesor+ Cada 1000 m2 ancho

1

menos

- 2 5 cms

' - 5 cms

'

1 - O 7 cm

'

,24mrno

'

, - O 9 cm

I

- 2:a -

Laveta asdltica

SUD .Dase y todo

tipo ue x e Binder y carpeta ariáitica

, ,

4. Grado de Cornpactación ,Minkrn.0

1

1-

-96% -97%

IXl0

- 95%

:1

Xio .'Binder.y Carpeta Asiáitica

- 95%

K6 xg

75 33

-

-

-

- 95.5% -96.5% 96% -96% 96.5%

-

95f; j 95.5 46.5 % 96% I

/

96.5 %

S. Gradación del Agregado I

- + 10% -Xl0 xg - f 9.5% X3 - -f 8.5%

. Todos los ;ipos de base: - Maila de 2.5 mrn - Maiia ce 0.0i4m m

-

. Bincer v Carpera A s l á l u a . Maiia de 2.5 rnm

l

1i

- M d i a l e 0,074 nrn ~

P

,

6. Conten:do de Ccrnenio o Asfaito

l ;I

.8

u estis~iizau; con E,t,ncn o i:mento

j, I

Biru-r

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LL UOTA.

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: , , ~ s I I ~ec? ~ d m p a : a r e , ualor n e d i o de :O, 5 o 3 1 e J d l i .ndiii¿.r,cr , u $\ a , o r r l *L..a$ : o , c r d n ~ 1 2 ; 1 ,, 7 6 ) rcrpec1ivamen;e. Si a l vaiar nr.610de 3 mcoidas ~ u r i o3 r O m e 0 . 0 . : e i ! ,;e : c ~ e . i n ^ I C C I j -si u j s ~ Y ~ i : o n ~ i :J,C-:~I~C.?I rr 2 . ; , , 2 2 2 2 " ) :;>;,T.e":O 25 L O ? , ~ ~ J C < ~ ~ J S ~ : ' ~ ~ ~ C : O : : ~ . , " , J : ;;c :>c::o 1 lilliOad

.UL~I

T,,

Tabla

7 1l.b

.

7.1.2 Control de Calidad DeDerá ser hecho para cada tipo de componente de! pavimento. Los medios de control a ser adoptados, son generalmente una opc:ón del contratista. El control de calidad se realiza sobre la base de ensayos de campo y laboratorio. Despues que se ha alcanzado un nivel de calidad satisfactorio. el control se podrá hacer por ejemplo. por el número de pasadas del rodilo compac:ador. Con los resuitados c'e los ensayos se prepararán "cartas de controi de calidad" como /a mostrada en la Figura 7.7.2, la cual deberá luego ser interpretada bajo criterios de tolerancia. En la Tabla 7.1.2.a, se da !a frecuencia de la inspección y los criterios de control para un caso estandar.

Figura

T.!..?

~a es~ec,ficacion carac:ensrica para ia :oierar;c;a an la ccnst:ucc:on Ce a:rus ,ncustcales ha ;,dc tradic,anal,~ei;:? ,c s g,e 3 i 2 , r d ~en ,~~.,ei:;cr;ais :a r?gla ce "2 m n t n 3 .;;:S ' o 1,'8 :e sú:gada er? 10 pies, no obs:acre que el Csmitr 777 de/ PCI baya conc!uwo 3 prrnc-c~csce 'a cecaaa del 80 que 'ese criter~oce to1eranc:a no esta stenco a~canzac!o excrpro en ptsos ce uso espec~al ~onsrru:dos -,=,t ~ r r e r r ees~ec~ai~:adas de C O / G C S C ; G ~,Iacaoaco ' "L --e

T A B L A 7.1.2.a

(W) 1 laridad Gradación ' Hacerlo

l

l I I

l

l Hacerlo

I.P. Densidad Wormi dad

w

.'

.

cánicamente

j

1 Densidad* 1 ¡/ paBmder y s.j Tande super1

i

'

1

1

l1

1 formula

de mezcla. m d t e r o e s t a b i l i z a r con cal O cemento 93% 6 mas Rodillado adicional o 1 cambio d e material

1C

l

Cada 1000 m2

k

1

En todo momento Donde se obser ve i r r e g u l a r i dad % q' pasa Cada 1000 m2 2.5 mm 15%,0.074 Cada 1000 m2

k93%6%ó

mas

I!

1

~irear,a p l i c a r agua o cambiar el material Verificar e l material recibido o mod i f i c a r fórmula de mezcla R o a U d o adiclonai o cambio d e material

,

Mantener la temperatu r a prescrita 2 veces a l % q' pasa Verificar l o s l malla 2.5 agreqados en I mm + ó cancha o en 12%, 0.074 l o s alunenta/ mm 5% Idores 1 Contenido 1 o 2 veces a l + o -0.9% er l c a r e a s a o 1 de a s f a l t o dla / e a r- eI I /so. ~ Ü e s t k e a r 1 1 1 ' Denudad )Cada 1000 m2 94% Ó mas 1 E l control d e l traba jo e s t a r á basado en ensayos sobre t e s t l lgos y iueqo regulan, do la temperatura d e l 1 material y cantidad

l

I

iEn tcdo momen-

'

1 to

-

l l

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1

I

1

*

Items de control para proyectos nenores

Con el objeto de superar las discrepancias originadas por la aplicación de esa regla, el ASTM ha estandarizado un procedimiento para evaluar la falta de alisamiento y los desniveles que se producen en los pisos industriales. La norma ASTM E 1155 "Método Estandar para la Determinación de la Falta de Alisamiento y del Desnivel en pisos Usando ell'Sistema del Número-F': describe la metodologia a seguir para medir los Numeros-FF y FL, relativos a la falta de alisamiento y a los desniveles en pisos. El sistema utiliza la curvatura superficial en una distancia de 24 pulgadas (60 cms) como una medida de la falta de alisamiento y la pendiente en una distancia de 10 pies (3 mts), como una medida del desnivel. Para medir un piso, se marcan diferentes lineas rectas sobre una seccion del piso a ser ensayado (generalmente la correspondiente a un dia de vaciado). Luego se miden las elevaciones a lo largo de la línea a intervalos de 12 pulgadas y se calcula la diferencia de elevación entre los puntos. Cuando un punto está mas alto que el precedente, la diferencia de elevaciones es positiva y en caso contrario es negativa. Las diferencias de elevacion son empleadas para calcular los Valores de la Curvatura entre todos los puntos de lectura. El Valor de Curvatura es la diferencia entre sucesivas diferencias de elevación, de tal manera que si un piso está perfectamente alisado (plano) en una distancia de 24 pulgadas (aún cuando no esté necesariamente a nivel), el Valor de la Curvatura es cero, si hay un hundimiento, el Valor es positivo y si hay un hinchamiento, el Valor es negativo. La media de todos los Valores de Curvatura es siempre c,arcana a cero, desde que los Valores positivos y negativos se cancelan entre sí, pero la desviación estandar de los mismos, indica la falta de alisamiento. Cuanto mas baja sea la desviación estandar, mas alto será el valor del Número FF y el grado de alisamiento del piso. Para la mayor parte de los pisos. FF esta comprendido entre 15 y 45 (ver Tabla 7.2.a). Los datos de la elevación también son empleados para el cálculo del Número FL. Para ello se calculan las diferencias de e1evac:'ón entre todas las lecturas de puntos separados 3 mts.. com~utandola diferencia promedio y la desviación estandar. Cuanto mas baja sea la desviación estandar, mas alto será el Número-FL y mas nivelado esiará el piso.

L e c t u r a d e :a e l e v a c i ó n "h" a 1 p i e d e e s p a c i a m i e n t o spoi b s or e l a s u p e r f i c i e d e l

TABLA 7.2.b Curvatura Punto Eievac. Diferencia de elevaciones Po

100.20

Pq

100.10

P2

100.20

P3

100.30

P4

100.25

Pg

100.20

Pg

100.13

P7

100.24

PB

100.20

Pg

100.14

-0.10 q2=+0.20 (HUND) +0.10 q3=0.00 (PLANO) +0.10 qq=-0.15 (HUND) -0.05 qg=O.00 (PLANO) -0.05 qg=-0.02 (HINCH) -0.07 q7=+0.!8 [VUNCI +0.11 qo=-0.15 (HINCH) -0.04 qg=-0.02 (HINCH) -0.06

La norma ASTM E 1155, requiere que el minimo número de lecturas por sección de ensayo sea el área de esa sección en pies cuadrados, dividida entre 30. Unas especificaciones tipicas con el Número-F pueden ser: F~25lF~20 En general: Medidas locales: F F I ~ / F 13 L Para verificar la conformación de un piso con una especificación de Número-F, deberán efectuarse medidas diarias durante la construcción, calculando inmediatamente los Números- F. En caso de que las medidas no cumplan con la especificación se deberá corregir el piso en el siguiente vaciado. Las medidas correctivas pueden incluir el pulido, el recapeado o la remoción y reemplazo. Factores aue influven en la falta de alisado v en los desniveles La falta de alisado medida con el Número-FF. depende del acabado que se dé a las losas después de la consolidación, mientras que los desniveles medidos con el Numero-FL dependen principalmente del cuidado que se ponga en la fíjación de los encofrados, así como del alineamiento de las reglas vibratorias o de las reglas manuales utilizadas en la consolidación del concreto. La habilidad de los operarios encargados del acabado y consecuentemente, la lisura del pavimento está influida por factores como:

-

las propiedades del concreto: su relación a/c, sus tiempos de fragua y su gradación; -las condiciones climáticas: principalmente la humedad y la temperatura, !as cuales afecran el riempo en que el concreto se mantiene sufic:entemenre plásrico para permitir su alisado: y -el uso de aditivos endurecedores: !os cuales rigidizan la superficie que está siendo terminac'a. L1n valor de 45 parece ser apropiac'o para el Número-FF en un piso con endurecedor.

PERFILOMETRO

DISPOSITIVOS PARA MEDIR EL NUMERO F Y EL IR1

8.0 NUEVAS TECNOLOGlAS 8.1 En Mejoramiento de Suelos 8.1.1

Sub-rasantes mejoradas con fibras

Es una técnica para el tratamiento y mejoramiento de suelos de sub-rasante, consistente en la mezcla de fibras de polipropileno entramadas (fibrillated o de elementos interconectados) con cemento, cenizas volantes y suelos nativos para formar una plataforma resistente a las inclemencias del tiempo. Se aplica preferentemente a la establización temporal de arcillas activas para permitir el tránsito del equipo en el área de trabajo. Las fibras y los otros aditivos se mezclan dentro del suelo con un mezdadorestabiiizabor, permitiendo una mejora en la capacidad de carga del slfeio, asi como la capacidad de tránsito sobre él. Otras aplicacjorres de ésta fécntca son;

- Refueno de sueios debiies; - Estabilización de taludes permitiendo menores inclinaciones; y - Control de la erosión.

Figura 8.1.1 FIBRAS DE ELEMENTOS ¡N Tcn'CONECTADOS 8.1.2

Terraplenes de arena "cosidos" con hilo

Es una técnica de refuerr3 ole suelos que ccnsiste en mezclar intimamente a/ suelo con hilos sinreNcos continuos proyectauos según un

procedimiento in-situ que puede ser mecánico, neumático o hidra¿iico. 1 3 proporción normal de hilo en peso respecto del suelo es de O. 1 % con un decitex comprendido entre 100 y 500 (un hilo de un decitex, tiene un largo de 1 kilometro por una masa de O. 1 gramos). Así por ejemplo. para una dosificación de de 0.2 % de un hilo de 150 decitex, en un suelo de 1.8 gr/cc, 1 centimetro cúbico de suelo contendrá 24 centimetros de hilo. Las investigaciones de éste método de estabilización de suelos, que recibiera el primer premio del Sindicato Profesional de los Empresarios de Obras Públicas de Francia en 1985, se han centrado principalmente en las mezclas de arena-hilo poliester, debido a que su efecto es precfsamente crear una cohesión aparente, complementaria de la fricción propia de los materiales granulares. Tan pronto como el material comienza a deformarse bajo et efecto de un tirón (Figura 8.1.2.a), los hilos son puestos en tensión y le dan cohesión al conjunto.

Los ensayos tnaxidies realizados sobre el conjunto. demuestran que además de la fricción natural del material sin estabilizar, aparece una cohesión importante del orden de 100 kPa para una dosificación de O. 1 % de hilo poliester estandar. Desde el punto de vista hidraulico, /a adición de hilos no disminuye la permeabilidad del suelo natural.

La aplicación del mdtodo requiere contar con una maquina que proyecta la arena esparciéndola uniformemente; y los hjlos mediante unos eyectsres a una ve!ocilad de 20 mt/,-c ( F i g ~ r s3.! 7.5) g:ll,+s8~d~ ,,-?rz ello un fluido de arrastre que es aire o agua. También as g c ~ i b i ek a c r r aplicaciones localizadas utilizando para ello aparatos manuaies (Ffgura a. 1.2.c). La desventaja de la aplicación del método tal vez este en la macuina que deberá adaptarse a cada caso en particular. La primera máqu~na industrial construida para la ejecución de obras lineales. tenía una producción nominal de 30 tonh, con un título de hilo de 167 decitex y una dosrficación de 1.5 por 1000. Eilo le permitía ejecutar muros de 7 a 2 mts en la base por 6 a 7 mts de alto.

Figura 8.1.2.b.

CABEZA DE LA MAQUfNA Q U E LANZA LA ARENA (a) Y LOS HILOS {h)

Figura 8.1.2.c. COLOCACION MANUAL EN PUNTOS ESPECIFICOS 8.2

En Cornpactacion

Además de los metodos tradicionales mencionados en 3.4.3, se han desamllado:

- La compactación con "Rodillos de Impacto"; y - Los Rodillos Osc~latorios

8.2.1 Compactacián con "Rodillos de Impacto" Ha sido desarrollada por el Instituto Nacional de Transporte e Investigaciones de Carreteras (NITRR) del Consejo Científico y de

Investigación Industrial (CSIR) de Africa del Sur a principios de la década del 80 como culminación de veinte años de investigaciones. Consiste de un "rodillo cuadrado" compuesto por un tambor pesado que se rellena con concreto para alcanzar una masa aproximada de 7,200 kg., con 1.30 mts. de ancho y 1.50 mis. de alto, alojado dentro de un marco metálico con un dispositivo especial para evitar el "cabeceo" que podría ocum'r sobre el tractor cuando el rodillo está en operación. Se desplaza a una velocidad comprendida entre 8 y 12 k m h de tal forma que cuando el tractor avanza, obliga al tambor a pivotear sobre una de sus esquinas para luego caer, descargando energía rotacional y gravitacional sobre el suelo a un rango de aproximadamente dos golpes por segundo. Este efecto se ha comprobado, relaciona mas estrechamente los ensayos de compactación de laboratorio con la práctica en el campo. La compactación por impacto no es nueva, el rodillo de impactos si lo es. La diferencia estiba en que la primera se consigue por medio de rodillos vibratonos que e n materiales granulares compactan de abajo hacia am'ba, mientras que los segundos compactan formando primeramente una banda densa a cierta profundidad, que tiende a incrementar su espesor hacia amba y hacia abajo con las sucesivas pasadas del equipo. El espesor de la capa compactada puede variar desde unos 10 cms. en suelos cohesivos, hasta 1 m t o mas en materiales de relleno con cohesión y fricción, habiéndose encontrado que para ciertas arenas colapsables, se pueden afectar profundidades de hasta 5 mts., con no menos de 20 pasadas. Su principal aplicación está en la compactación de terraplenes en grandes volumenes, con una efectividad especial como se ha dicho, sobre suelos arenosos. El Rodillo de Impacto, puede también ser empleado como rodillo de prueba en terraplenes compactados con otros métodos tal como ha sido descrito en 3.4.5.0, siempre que se cuente con un recubrimiento mínimo de 7.50 mts. sobre las estructuras enterradas. 8.2.2 Rodillos Oscilatosios

En investigacion desde inicios de la década del 80, f~lercnpuestcs a !a venta pcr Hamm a fines de 1984. Consisten de dos ejes paralelos al eje pnnci~aldel tambor cor cargas excentr~casdesfasadas 180 grados /as que provocan fuerzas de :caer nlieeidas a diferenc;~de 'es r ? d : I / ~/ihva:crsns ~ : ~ r v e ? ~ ' c ~ 3 Y~ eL s~

Sección imaginaria en un rodillo oscilatonodecarroilado en Alemania del Este. Se aprecian los pesos excéntricos en dos eje paralelos á1 eje.centrd, los cuales al rotar sincrónicamenteproducen un torque alternado queproduce esfuerzosde corte en el suelo.

Diferencia entre la forma de aplicaciónde cargasentre un rodillo vibratorio y uno osdatono.

Rodillo cuadrado de im ac tos desarrollado en del Sur.

Acá

-

232 CENSOR

/

/

DISPOSITIVO QUE INDICA EL VALOR OMEGA (ESCALA DE O A 100). A MAYOR VALOR OMEGA MEJOR COMPACTACION

PANEL DE INSTRUMENTOS

~... .. BOHnG TERRIMETER

.....

~~

mlii "a. mni~ wm l l i t t r 1 a t IR.

B"*.

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)bI

..... -

LA LUZ VERDE EN EL TABLmmn ENCENDIDA .PERMANECE -. . . MIENTRAS NO SE LLEGA AL OPTIMO DE COMPACTACION

O

=llb = 111 :

.-

1

~ w n i = b,l L ~ ~ t t Fl ~mw * u l : !,! l.lh Iihnlrnw ; Si

'

y ; , 1;

IMPRESORA Y REGISTRO CONTINUO DE LOS VALORES OMEGA

a;Bi"B

EL COMPACTOMETRO

transfieren su energia al terreno por medio de una serie de impactos pequeños, rápidos y verticales, creados por el movimiento de una sola masa excéntnca alrededor del eje central del tambor. Una ventaja muy importante de los Rodillos Oscilatonos, es que pueden transfonarse en vibratorios girando simplemente una de las masas excentricas en 180 grados. Otras ventajas de los rodillos oscilatonos son:

- Se reduce el riesgo de resonancia que nomalmente afecta al operario, debido a que el Rodillo Oscilatorio siempre está en contacto con el terreno, lo cual a su vez contribuye a aumentar la productividad.

-

Se reduce el riesgo de aflojar el material compactado o de quebrar las piedras lajosas.

- Puede emplearse cerca a estructuras de cxKIcreQ

reciérr vaceadas. Las vibraciones medidas cerca al rudgb, muestran ampfitudes de 7/70 de las correspondientes a un rodillo vibraioth.

- La energía necesaria para

alcanzar una compactación especificada, puede ser hasta un 40% menor a la requerida con los md2bs vibratorios.

-

El costo de los equipos tenderá a hacerse menor, debido a que estarán somefidos a menores esfuenos y por lo tanto podrán fabncarse mas ligeros. trayendo como consecuencia motores mas pequedos y menores consumos de combustible. - Concentra sus esfuerzos en las capas superiores y es menos afectado por las capas inferiores.

8.23

Forma de medición de Fa compactac~on

1

Se ha desarroilado hacia fines de la década del 70 para los rodiilos vibratorios, utilizando sensores colocados en el mismo aparato. b s cuales analizan la primer2 armónica de /as vibraciones del rodillo. Para los rodillos oscilatorios se utilizan oscilómetros que consisten de dos sensores, un microprocesador y una pantalla para mostrar un Valor Analogo del Osc:lómetro (OMV); que muestra las variaciones en !a compactaciun. L3s transductores de medición. qos a/ t~rnboc.regisirzn la

cantidad de energía absorvida por el suelo que se compacta, la cual aumenta a medida que se prosigue con la compactación. La undad también puede adaptarse para controlar la velocidad del vehículo y la frecuencia de oscilaci6n. Apretando un 6 0 t h al inicio y al final de cada pasada del rodillo, el instrumento mostrará los valores OMV de la franja. La compactación no debe detenerse hasta que la pantalla muestre un cambio mayor a un límite prestablecido. Una ulterior compactación sena antieconbmica. La Admínistraci6n Sueca de Caminos (SWEROAD) y la Asociación de Contratistas Suecos han acordado financiar un estudio de largo plazo para determinar las diferencias entE las compactaciones vibratoria y oscilatoria. En Alemania por otra parte, se han efectuado algunas pruebas para emitir hformación desde el lugar de la compactación hasta un computador central, que imprimirá planos con el área compactada, diferencrando las areas que necesitan una mayor compacfacion de aquellas que ya están compactadas. 8.3 En pavimentos de asfalto 8.3.1 Uso del Azufre en Pavimentacidn Junto con el proceso de reciclado que se tratará mas adelante, es uno enfrentó la crisis enerpetica de la de los métodos con los que la té& década del 70,

El Instituto para el desarrollo del azufre de Alberta, Canadá (SUDIV-Sulphor Development lnstiiute d Canada), ha venido estudiando nuevas .gplicacioneo del azufre desde 1973. En 105 EEUU, p w lo menos 9 agencias Federales han estado estudiando lo mismo en la década pasada, incrementándose a 22 el número de agencias a fines de esa década y lo mismo puede decirse de algunos paises europeos, Latinoamericanos y del Medio Este. Toda esa experimentación ha llevado principalmente al uso del Azufre-Asfalto Expendido (SEA-Sulphur-Extended Asphalt), a la Arena-Asfalto Sulfonado (Sand-Asphalt- Sulphur-SAS) y al Concreto Sulfonado. A. AZUFRE-ASFALTO E X E N D I D O (SEA1

Es el término empleado para denominar a la técnica consistente en una reducción de hasta 25% en el contenido de asfalto de una mezcla pclra pavimentación y su reemplazo por azufre, sin pérdida de calidad en el comportamiento del pavimento. Algunas de las caracteristicas de las mezclas SEA son:

- La estabilidad de una mezcla SEA se incrementa respecto de la estabilidad de una mezcla normal, dependiendo de la cantidad de azufre empleado, pero a riesgo de producirse una fragilidad indeseada. - La mezcla SEA, también tiene una viscosidad mas baja que la de la mezcla normal, lo cual le permite mezclarla y colocarla a temperaturas mas bajas. - Los pavimentos hechos con SEA tambibn tienen menores espesores, son mas fuertes y tienen mayor resistencia a la formacidn de rodadas y a la fatiga. El equipo de construcción necesario es exactamente el mismos que para el asfaltado convencional, con una ligera modificacion en la planta de asfalto para proporcionar el azufre a la mezcla. Esto puede ser hecho "por alimentacion directa" o por "mezclado en la linea". En el primer caso, el azufre fundido es bombeado directamente dentro del balde de pesado despues del asfalto y luego ambos son vertidos en el '~ugmill". En el "mezclado en linea" la mezcla asfáltica y el azufre son premezclados en un mezclador estático en linea antes de alimentar el balde de pesaje en una planta o el tambor en un mezclador. Otros cambios a las plantas centrales pueden incluir tanques de almacenamiento y una bomba adicional para el azufre líquido y una linea adicional encamisetada para el balde de pesaje del azufre líquido. Diversos. fabricantes en el mundo distribuyen la mezcla preparada en forma de emulsión de azufre en asfalto. En el procedimiento de Preparación cualquiera que sea el método de preparación, deberá usarse la mezcla lo mas pronto posible para evitar la emisión de sulfuro de hidrogeno (H2S) o dioxido de azufre (S02) as; como la sedimentación de la mezcla.

E! máximo rango de temperatura para mezclar y colocar la mezcla SEA está comprendido entre 125 y 150 grados Centígrados. Desde que el azufre solidifica por debajo de los 115 grados centígrados. el tanque de almacenamiento respectivo debera ser aislado y equipado para el calentamiento.

B. LA ARENA-ASFALTO SULFONADA (SAS.) Este procedimiento se diferencia del anterfor en que utiliza mucho mayor cantidad de azufre, pero no para ahorrar asfalto, sinó para utilizar un agregado mas económico como es la arena. Una patente de éste procedimiento pertenece a la Shell Oil de Canadá bajo el nombre de Thermopave. En éste proceso, la arena es mezclada con asfalto y luego el producto final con azufre líquido a temperaturas entre 130 y 150 grados Centígrados. En éste rango, el azufre tiene una muy baja viscosidad y fácilmente llena los vacios entre las pafliculas de arena recubie&s de asfalto. Cuando el azufre solidifica a temperaturas inferiores a 115 grados centigrados, se consigue una alta estabilidad mecánica. Aunque el contenido de vacios es generalmente superior a 10% en volumen, la mezcla permanece impermeable, debido a que los vacios no están interconectados. Tanto en el caso de la mezcla SAS como en el de la SEA. se tiene la principal desventaja en las modificaciones que deberán hacerse a la planta central y a los camiones, a fin de prevenir el enfriamiento de la mezcla y la consiguiente formación de costras. Para resolver ese problema, se está utilizando una pavimentadora que lleva adosado un tanque para el azufre.

A. Generalidades

Es en opinión de muchos ingenieros el paso mas importante en la construcción y reparación de carreteras desde el desarrollo del Macadam en el siglo 18. Tuvo su origen en la respuesta tecnológica al embargo petrolero de 1975 y aunque los incrementos de precio del petróleo y sus derivados desde comienzos de esa década ya habían puesto sobre aviso a los investigadores, es recién en el X Congreso Mundial de Carreteras. celebrado en Rio de Janeiro en Octubre de 7984, en que se consolidan las experiencias mundiales y quedan definidos los campos de acclón del Reciclado. Consiste en el empleo de los materiales recuperados de la vía a rehabilitarse o de otra vía demolida que actúa como sumlnntradora.

RECUPERADOR DE CAMINOS Mostrando la forma en que el rotor efectua la rotura y mezcla del pavimento deteriorado a la que se pueden añadir aditivos líquidos.

PERFILADORAS 6 FRESADORAS Mostrando el modo de operación así como detalles de las fresas

para disminuir los costos en los trabajos de pavimentación y repavimentacion.

B. Aolicaciones Aunque sus primeras aplicaciones fueron en pavimentación asfáltica, también se puede aplicar a pavimentos de concreto (ver 8.4.5) para obtener agregados, principalmente gruesos. U m c l a d o se hace mas econhjco, deseable y competitivo, cuando hay escaséz de agregadas en le zona, Como en el caso de la &a pemmq o cuanda exrsten dfficulel a l ~ n m i e r r t oo 'etiminauOn de 10s m&rialm r e - d b s , m m es el caso ekr las areas urbanas. El costo de romper y cargar los pavimentos viejos es mas o menos el mismo en caso de eliminar los materiales en botaderos quw cuando se reusan. El reciclado en cambio permite eliminar los costos de transportar los deshechos a los botaderos y de acamar los materiales nuevos a a la obra.

C. T i ~ o de' s Reciclado Desde que comenzaron las pnmeras investigaciones hasta la fecha, se en frío y en caliente, han desarrollado las tecnologias de &lado dependiendo la cfecision del trabajo a ser ejecutado (tipa y magnitud), de la ubicac~on de la obra, así como de la habilídad y grada de sofisticación de b s contratistas y operarios.

El reciclado en frio usa menos equipo que d recicfacbo en Y permite un procesamiento in-sifu, con minmas interrtipcims de tránsito. Por otro lado, todos los problemas de pavimentos pueden ser tratados con este método.

Se hace según los siguientes pasos:

- Preparación del sitio: -Romper y cargar los materiales. Las maquinas fresadoras pueden cortar hasta 17.5 cms. de profundidad: - Pulvemar los materiales de la superficie de rodadura y de la base si fuera el caso;

- Soplefear el material si fuera necesario; -Añadir y mezclar agentes estabilizadores (cal, cemento, afalto, aditivos. etc); - Refinar la base granular y ccmpactar: Colocar la nueva superficie de rodadura; -Alcanzar la maxima densidad exigida para la compactacion de /a superficie de rodadura; y - Reabrir al tránsito despues del periodo de curado.

-

5-2. Reciclado en Calienre Ei reciclado de mezclas en caliente involucra el reprocesamiento de /os materiales de pavin'entación en una planta central. donde se añaden nuevos materiales o aditivos rejuvenecedores. E! uso de éste metodo no es susceptible a /os cambios de clima como ío es el del recic-aiado en frio y la calidad puede ser por tanto mejor conrrolada. En este metodo el material es basicamente removido por rotura. fresado en fr~o,fresado en caliente o ablandado por calentamiento. Luego se procesa para cumplir con el tamaño y otras especificac:ones de la obra.

- SI el npper no reduce el marenal a/ tamaño adecuado, se podran usar rodillos de rej~llaso equ~poscoo orugas Rara el fracronarniento ad~uonai. - El sigoeníe paso es el trrturado u t i l ~ z a f i c??ancadoras ~i~ de mandibula o Ye rcdillos excepto para e/ caso ce materiales obtenidos .medla~te fresado - El reciclado se hace usando una planta de asfalto o un mezc!ador i"e !ambor C-3. Reciclado ln-situ a peaueña escala

-

ts Recho para pequeñas maquinas que tienen ccpac;cad para.

-

Reciclar pavimenrcs asfaiticos viejos Favernent) ,Recalentar mezc!as asfálticas en fric ,'-lacsr mezc!as asfált~casen ca-aiiente.

(RAP-Fieclaimed

As~hait

Esras maqwnas consisten de una tolva receptora y un sisrema de caien:am~entcpor gas propano o quemado c'e acrrre cue se acaona 9cr ~ a r ; d o e1ec:nc~s s e hidraul~cvsa ccnrrcl remoto

Máquina fresadora cortandoun pavimentorígidoen 10 cms. de profundidady 2 de ancho.

Recicladora portátil de asfalto ideal en la reparación de baches. Utiliza los fragmentos de la carpeta asfáltica dañada y con la adición de agregados y/o asfalto convierte mezclas frías en calientes.

C-4. Reciclado ln-situ a aran escala Es un método de reposición de pavimentos desarrollado por la WIRTGEN GmbH de Alemania Occidental en la decada del 70. P

Consiste en levantar la carpeta asfáltica calentada de una superfícje vieja añadiéndole simultáneamente una mezcla adicional con la que se bate mediante un mezclador de doble eje La mezcla de los materiales viejo y nuevo es luego transportada hacia la esparcidora vibratoria, la cual distribuye y precompacta el material de la manera tradicional, para ser finalmente rodillado. En la figura adjunta se muestran algunos detalles de los equipos y del procedimiento. Las ventajes del sistema son: Con rescreck, a k calidad.

- Produce una unión monolítica con la capa inferior - Provee una unión cerrada y a nivel con las vias adyacentes y en los sardineles Con Respecto de la economía:

- Se utiliza la mezcla existente - Se requiere menos mezcla bituminosa que para un pavimento nuevo -El costo de reparación es alrededor de 30% menor que con el metodo convencional -Ahorro en el costo del control del tráfico como consecuencia del limitado tiempo de cerrado al tránsito. Con respecto a la operación: -Reconstituye la superfície en una sola pasada y rn anchos de hasta 4.20mts. - Aplicable a cualqu~ermezcla asfáltica - Puede producir hasta 25,000m3 al dia. Lhitac!rnes c'el Sistema

- Sólo puede ser empleado cuando la superfic:e Dituminosa está aun en condiciones aceptables.

RECICLADO IN-SITU A GRAN ESCALA La superíiae asfáltica existente & calentada por calentadores infra-rojos como el mostrado en la fotografía inferior, escarificada y corregida con la mezcla requerida, para ser colocada al perfil deseado.

Datos necesarios Dara la aplicacion del Sistema

-

-

Porcentaje del agente rejuvenecedor necesario al ligante extraido para que vuelva a tener sus características (penetración, viscosidad, etc) Estudio Marshall y sus tolerancias. Granulometna del pavimento existente, del material nuevo y de la mezcla resultante. Contenido de asfalto del pavimento viejo, del material nuevo y de la mezcla final, con sus respecüvas tolerancias. Espesor a cortar.

G. M&todo de o~eracion e

El sistema esta formado por 4 unidades. Puede tratar hasta 4.20 mts de ancho y calienta la supenície de 110 a 130 OC por medio de dos calentadores infrarrojos alimentados desde dos tanques de gas liquido vía una unidad evaporadora. La temperatura de los calentadores es controlada según la velocidad de avance de la repavimentadora y las deformaciones del pavimento, elevando y bajando o prendiendo y apagando las filas individuales de radiadores en tandem. Un block de escaficadores con 5 filas de dientes aflojan luego el material precalentado del pavimento existente, el cual es mezclado por un tomillo nivelante localizado detrás de los escaficadores. El material es uniformemente distribuido a todo lo ancho de la vía y el exceso de material es puesto a un lado de la repavimentadora. Una cuchilla interna esparce luego el material viejo y prepara una supericie nivelada para una nueva mezcla en caliente a ser aplicada. Una tercera unidad radiante calienta la nueva superficie nivelada con el material viejo hasta 140 *C a 160 OC. para la colocacion de la nueva mezcla en caliente. Esta mezcla es transportada desde la tolva receptora donde ha sido colocada por una seguqda unidad del tandem que son los volquetes, hasta la terminadora mediante una faja transportadora, la cual también es calentada por rayos infrarrojos. Una zaranda que combina vibracion con golpes, deposita la nueva mezcla en caliente lista para el control del perfil y la compactación final. La cuarta y última unidad esta constituida por el tandem de rodillos que provee la compactacion final a la mezcla en la forma convencional. En la compactación, normalmente se emplea un rodillo neumático de 6 a 8 ton., un rodillo vibratorio de 8 a 10 tons. y un tandem estático de 6 a 8 tons. para el acabado de las juntas.

Con este metodo se puede aflojar la superfície existente hasta una profundidad de 4 cms y todo o parte de la mezcla existente puede ser reutilizada. Se puede variar la profundidad aflojada sin parar el proceso, ajustando el block de escarifcadores. El espesor de la capa superficial final es ajustado mediante la cuchilla nivelante.

D. Controles Durante el reciclaje deben hacerse dos tipos de control:

19-1.Control de Planta:

-

Verificaciod de la calidad de los materiales destinados a la mezcla bituminosa nueva; - Control del proceso en planta respecto de: temperatura, contenido de asfalto y granulometria; - Verificación de los vehiculos de transporte. - Eliminación del material en exceso.

0.2 Control de Obra: Verificacion del material nuevo Control de la temperatura de aplicación de la mezcla Control de la temperatura de c~mpactación Testigos de prueba para ensayos Control geométrico Acabado de juntas.

8.4 En pavimentos de concreto

8.4.1 Uso de fibras en pavimentación

A. Generalidades Las fibras son elemenfos delgac'os y alargados. naturales o artificiales que se introducen en ia mezcla del concreto como un refueno, para evitar los agrietamientos que tienden a producirse por contracción de fragua y por cambios de temperatura.así como para mejorar algunas de sus propiedades como son: su imcermeabilidad. SU resis:enc:a a ics

impactos y a la abrasidn, su resistencia a la flexión, su resistencia al cotte y su durabilidad. Teniendo en cuenta que los pavimentos de concreto reforrada pueden ser

-

Pavimentos con refueno contínuo, en los que la armadura cumple una función estructural (Figura 8.4.l .a); o Pavimentos con acero de temperatura, en los que la armadura no cumple una función estructural (Figura 8.4.l .b);

es posible considerar a los Pavimentos con Fibras como pavimentos refonados en los que las fibras son colocadas para reemplazar al acero de temperatura, pero que pueden servir también para mejorar algunas propiedades estructurales del conjunto (Figura 8.4.1.e). En el Penj no se ha construido hasta el momento ningún pavimento con refueno contínuo, limitándose el empleo de los pavimentos con acero de temperatura a la construcción de pisos industriales y de aeropistas. El más famoso pavimento urbano con acero de temperatura se encuentra en la Av. Venezuela, la cual con una antiguedad cercana a los 50 anos se conserva en buen estado, con excepción de algunas fallas tipo escalonamiento en las juntas de dilatación y la rotura típica de los bordes en las juntas de contraccidn (Figura 8.4.1.c'). Las primeras sugsrencias en el sentido de que las propiedades del concreto podían mejorarse con la adición de fibras de acero fueron hechas por Porter (1910) y Ficklen (1914)en el Reino Unido, pero no es sino hasta 1963 en que Romualdi y Batson ponen en evidencia la función en el concreto de las fibras metálicas como elementos inhibidores del agrietamiento. La experiencia nacional con el uso de fibras ha estado restringida tradicionalmente al uso de fibras naturales para mejorar las propiedades del adobe y más recientemente al uso de fibras de madera mineralizada o de asbestos cementados para la fabricación de paneles y cuberturas. El año de" b992 se colocaron fibras metálicas de pavimentación en un tramo de cunetas de pie de talud de la Carretera Central. distanciando las juntas de 3 a 9 m. El año de 1993 se construyó una losa de 0.20 m de espesor con 25 kg/m3 de fibras metálicas con anclajes en los bordes. Se construyeron losas de 6 m x 25 m, excepto una que se construyó de 6 m x 25 m, observándose después de un mes la formación de una grieta central (a 12.50 m) pero cor: una abertura muy fina.

ACERO TRANSVERSAL

# Ytúimo.

( C ~ W l d 0SE re

EwocimHmo Maaimo 1648"

IOCoi

---7

O 223% + 3/8'

..

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' , 1

ACERO LONGITUDINAL ( ( y min ' 4 2 M P Q ) C u a n t i o s d. Acero entre 0 5 % ~ 07% E s p o c ! m i e n t o Iloxirno 2 0 e m s Espacimiento Minimo 10 cais + 7scms

.

++

l*

Y a b olectrosoldoh X X B o r r a s sorrugadas

l

+Cuon&

al C Q C ~e s~ s a l o c a k an una sole capa e l coiicreto e s colocado on dos c a p * y e l a c e r o e n t r e ell0S ( a ) Requisitoe p a r a e l d i s e i i o de pmmomos de c m c m t e con r a t u r w contuuo (ACI-325.4R-72) ACERO T R A N S V E R S A L

++ .-do

@ Ninime

: 3.7mm + 1/4. *S

+ +)(

:

/

Y d l a elactrowldada Barras corrug-adas

(b)

Requiutos para el disoñO de pavimemo de c<msretO Con acam d. temperotum ( ACI 3 2 5 - 5 8 )

( C ) Requisitos para el direiio de pavtmontos de concreto con f~brae.

Figura

1

8.4.1

P A V I M E N T O S D E CONCRETO R E F O R Z A D O

1/4. 3/8.

X

*

1

1 , ' \

L O S A CON F I B R A S

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/-l. .

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1-x

-

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SUB- R A S A N T E SUB- R A S A N T E

Figura 8.4.1.c'.

B. Clasificación Las fibras pueden clasificarse en dos grandes grupos: naturales y artificiales. Las fibras naturales se dividen a su vez en:

-

-

Naturales orgánicas como la celulosa: o Naturales inorgánicas como los asSesios

Las fibras naturales mas empleadas por ei homore a lo largo de la historia han sido: los cabellos hurnan~sy de animales. las plumas de las aves, raices y cortezas de los arboles: y la caña. el carrizo y el bambú. Las fibras artificiales. se dividen en:

-

-

Sintéticas inorgánicas como el acero o e/ vidrio: y Sintéticas orgánicas como el carbcn:

Algunas otras fibras sintéticas hcr,canicas ;on: de ,üciipnpileno. de polietileno. de poliester. acrílicas. c'e nylon: y iramidas. Su forma de presentación es en: atados. en mallas. o como monofilamentos. Su rango de ap1icac:ón en el concrero varia del O. 1% ai :O% en voíurnen.

FIBRAS Fibras de lipropileno dentro de un molde de a s o ara mostrar la forma en que se separan y &rhibuyen en el concreto. (b) Fibras Metálicas en una mezcla fresca de concreto. s del concreto endu(c) F i b r a ~ y t á l i c a dentro recido. ~a dishibuaon es al azar. (d) Pavimeiito de concreto con fibras colocado con una esparciadora.

(a)

Las fibras metálicas, son generalmente de acero: liso, comgado, ondulado, fresado, o con extremos deformados. Su presentación puede ser como: elementos aislados. o encoladas en peines. Su rango de aplicación en el concreto varía del 0.2% al 7% en volumen. En la Tabla 8.4.l.a' se muestran las principales propiedades de las fibras y en la Tabla 8.4.l.b, las caracteristicas de algunas fibras comerciales.

C. Asuectos de Diseño Aun no ha sido hallada la "fibra ideal" que pueda ser aplicada satisfactoriamente en todos los casos, sin embargo. dejando de lado el aspecto económico, es aceptado en general que las fibras de polipropileno solo se emplean como inhibidoras del agrietamiento primario. mientras que las fibras de acero permiten en ciertos casos. mejorar las propiedades resistentes del concreto (Figuras 8.4.1.d, e. f y 9). Otras ventajas de las fibras metálicas son: su mayor resistencia a la abrasrón y a los impactos y la menor permeabilidad de las losas construidas con ellas. Con excepción de algunos fabricantes de fibras metálicas /a recomendación general es de no reducir los espesores ni aumentar los espaciamientos entre juntas por la incorporacion de fibras. Sin embargo, la mejora en las propiedades resistentes prolongará evidentemente la vida de servicio del pavimento.

D Recomendaciones para la Construcción

-

-

La sub-rasante debe ser homogénea en calidad y uniforme en su compactación. Contenido de cemento Portland: entre 320 y 350 k q m ? . Arena de rio (0/4) : entre 750 y 850 kg/m3 Tamaño máximo &el agregado :28 mm iredondeaco) 32 rnm (piedra chancada) Fracción mayor que 14 mm ; entre 15% y 2074 Re/ac!ÓnN C : O. 5, pero nunca > 0.53. Síump : 120 mm (mínimo) Resistenc!a caracteristica del concreto: 25 N/rnrn2 imin'i. Usar (super) plastificsntes para mejorar la trabajab~iibad

PROPIEDADES T I P I C A S DE L A S FIBRAS

nblo

(REF. A C I 5 4 4 . 1 R - 6 2

1

6RAVEDAD ESPECIFICA

A L A TENSlOY Y O U N S ~ ~ O - ~

TIPO DE F I B R A

f%)

IKg/cls)

Z )-,,*,

1

ACERO ACRlLlCO 3-10

ALOODON

1.5

ASELSI0 L A N A DE ROCA NYLON

(Alta Taracidid

POLlETlLENO

7 7 0 0 - HOO

--

POLIPROPILEWO POLYESTER -

-- --- - ---

irAror VIDRIO

1 -----l U 7 0 0 0

1.4-4.2

-

7

73%-

8750

( ~ ~ T t O i B E ~ ~ ~ O ~ 4200) 6300 10500-38500

----

- --

--

15600-77001

( A l t a T.iecido4)

16-20

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-

8 4 7 0 700

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0.90

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-

-

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13

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10-25

1S

1.5-5.5

2S

7 1

1

- No usar aditivos basados en clorums. - Añadir las fibras en planta (al mismo tiempo que los agregados), o -

-

-

-

in-situ (lo cual requiere un mezclado adicional de 5 minutos). Para concreto bombeado: Tamaño máximo de 32 mm, con 135 a 140 /t.Vm3 de finos ( 4 . 2 5 mm). Preferible no usar mangueras flexibles hasta el tramo final. El vaciado del concreto se hará sobre una membrana de polietileno de 0.2 mm de espesor, con traslapes de 500 mm. Usar las tecnicas convencionales de colocación. consolidación y acabado. Después de la colocación y consolidación y a/ tiempo apropiado, esparcir productos contra el desgaste (endurecedores de pisos) y cemento, para garantizar una buena liga y una superficie libre de fibras. El acabado se hará con equipo mecánico (helicopfems). Usar compuestos para el curado. El aserrado de juntas deberá hacerse un dia después del vaciado o dos dias después en climas frios. Máxima distancia entre juntas simuladas: 8 mts. Las losas deberán tener de preferencia una forma cuadrada o en todo caso una relación l/a no mayor de 1.5. Usar una malla de refueno de 7 mt. sobre /os bordes libres sujetos a cargas de transito (p. ej. puertas grandes).

8.4.2 Whitetopping

A. Generalidades La forma tradicional de extender la vida de íos pavimentos rigidos y flexibles ha sido mediante /a colocación de una sobrecapa asfaltica de refuerzo o recapeado. pero desde su "redescubrimiento" a fines de la década del 70, el recapeado con concreto incluso sobre pavimentos asíálticos esta tomando un gran desarrollo en diferentes paises. Ei whitetopping es una técnica de construcc:on de capas de concreto simple, reforzado con fibras o con refueno continuo. como recapeado de pavimentos rigidos y flexibles deteriorrdos. .4 continuación, se darSn algunas experiencias reportadas sobre Bsta nueva tecnologia.

E. Sobrecapa de pavimento con refuerzo continuo En Concrete Construcrion de mano de 1982. se reportó el caso de una soorecapa de concreto con refueno continuo iCRC; en iMississipp~para

rehabilitar las vias del lado norte de un pavimento de CRC. Como se sabe, un PCRC es un pavimento sin juntas excepto en los exiremos. En el caso particular que se comenta, se trataba de un pavimento fuertemente reforzado, sin juntas transversales excepto las de dilatación en los accesos a los puentes, en longitudes de hasta 6.7 kms. El estado de Mississippi tuvo dos instalaciones de CRC. La construcción comenzó en octubre de 1959 para la primera de 8.3 kms y en enero de 1961 para la segunda de 11 kms. Una sección del primer pavimento era de 7 pulgadas de espesor con 0.7 % de acero (barras # 6 transversalmente y barras # 4 longitudinalmente distanciadas .60 cms centro a centro y con un traslape de 37.5 cms). Otra sección fué de 8 pulgadas de espesor con 0.6 y 0.7% de acero (barras # 6 transversalmente y bams # 4 longitudinalmente cada 60 cms; y barras # 6 transveralmente y barras # 3 longitudinalmente cada 45 cms, respectivamente, con traslapes también de 37.5 cms). Después. de 17 años de servicio, éste pavimento fué reforzado, aunque no con CRC. Las tres secciones del segundo pavimento fueron de 8 pulgadas de espesor, con diferentes cuantias de acero (0.5, 0.6 y 0.7%) utilizadas así de modo experimenta/. El refueno longitudinal fué con barras # 6; y transversalmente con barras # 4 cada 75 cms centro a centro. El traslape en las barras longitudinales fué de 37.5 cms Como el estado del arte no había desamllado lo suficiente al momento de la construcción de esos pavimentos, comenzaron a ap&ecer algunas fallas por traslape que causaron agrietamientos transversales al azar, las cuales fueron reparadas de tiempo en tiempo, como parte de un programa de mantenimiento. Después de 20 años, se decidió añadir una sobrecapa de 6 pulgadas de CRC sobre 1 112 pulgadas de una carpeta asfáltica nivelante en caliente, colocada sobre el pavimento antiguo y reparado, antes de asentar el nuevo acero. El acero longitudinal en la sobrecapa fué de 40 barras # 5. Los traslapes se diseñaron cruzando la vía a un angulo de 30 grados con 14 transversal. Cada unión era fijada en tres puntos. El concreto fué colocado lateralmente desde las bermas delante de una esparcidora de concreto que colocaba 11.40 mts de ancho por 6 pulgadas de espesor en una simple pasada. Se utilizó una cinta plástica para formar la junta longitudinal y una membrana plástica para el curado. Aunque al momento del reporte (1982), habían mas de 560 kms -de pavimentos de doble carril refonados con dbrecapas de CRC, el que se ha descrito fué el primer caso de refuerzo de un pavimento CRC con una sobrecapa de CRC.

C. Sobreca~ade pavimento de concreto con fibras

En el número de setiembre de 1977, Worid Construction, reporta las investigaciones de UK's Pavement Design and Construction Maintenance Divisions of the Highways Department of the Transport and Road Research Laboratoty, sobre el uso de sobrecapas de concreto de 60 mm y 80 mm de espesor, con tres contenidos nominales de fibras de 2.7, 2.2 y 1.3% en peso de fibras metálicas de 0.5 mm de espesor por 38 mm de largo. Algunas de las mas importantes conclusiones de la investigación fueron:

-

Las secciones de mayor espesor> parcialmente adheridas parecen tener mejor comportamiento que las secciones mas delgadas bien adheridas, - Las secciones con el mas alto contenido de fibras mostraron mejor comportamiento que aquellas con los mas bajos contenidos; y - Con una excepción; todos los agrietamientos comenzaron en la cara superior de la sobrecapa. 8.4.3 Pavimentos de Concreto Estampado

Una de las tecnicas mas difundidas en las reuniones anuales World of Concrete es la del Concreto Estampado, consistente en dar a los pisos de estacionamientos y peatonales el acabado deseado de nuevo o antiguo, con imitación de: madera, adoquines de piedra, ladrillo, cantos rodados, empedrados, etc., por medio de moldes de estampado hechos de polimeros, caucho o aluminio. En las figuras 8.4.3.a y b, se muestran /OS pasos a seguir para la construccion de éste tipo de pisos, que son: A. Preparación del terreno

La sub-rasante y los encofrados deberán prepararse como para cualquier concreto normal. Se humedecerá. compactará y eliminará todo vestigio de materia orgánica previamente a la colocaci~n del concreto. No deberá usarse enlo posible ninguna 'barrera contra la humedad, pues esto facilitará que el exceso de agua en el concreto escape del fonc'o, disminuyendo la cantidad del colorante endurecedor necesario al final del proceso. permitiendo un inicio mas temprano del estampado.

B. DiseRo de Mezcla del concreto El concreto deberá contener un mínimo de 8 bolsas de cemento por metro cúbico. Todos los agregados debeen estar limpios y libres de partículas que puedan afectarlo. En are'as que soportarán tráfico vehicular, se recomienda un agregado que contenga un tarnaiío máximo de 3/8". En areas que soportarán bafíco peatonal es posible usar tamaños mayores de agregados. El contenido de agua será el menor posible y la relación agua/ cemento no deberá exceder de 4 Los ~ncorporadoresde aire en caso de ser necesarios se utilizarán ccn la dosificación mínima. En climas cálidos podrá usarse un retardador de fragua (que no contenga cloruro de calcio) como Único aditivo. Es posible utilizar malla de refuerzo por temperatura cuando así sea espec~ficado.En la cara superior del concreto se usará un se!lador endurecedor y colorante como caractensüca de b s pisos es:ampados. Cuando se utilice como recapeado de pavimentos existentes. deiprá tener un espesor mínimo de 2" y de 4" cuando se trate de pavimentos nuevos. C. Distribución Para evitar el excesivo manipule0 de las herramientas, las formas deberán ser dispuestas como multiplos del tamafio del molde mas 1/16" para permitir el movimiento de la herramienta. Si es posible, disponer las juntas en forma angular. Esto reducirá los errores en lineas rectas y será mas agradable a al vista.

D. Vaciado del Concreto Antes de vaciar el concreto deberán protegerse las paredes y superficies colindantes de las manchas del concreto mismo o del colorante. Esto usualmente se hace cubriendolas con membranas de polietiieno. Es importante controlar el slurnp, debido a que se requiere de un concreto con cierta rigidéz para el estampado, ya que si durante el vaciado éste no tiene un slump de 4", es dificil luego hacer un buen trabajo. Después de colocado e/ concreto deberá ser consolidado por regleado o vibrado y acabado hasta lograr una superficie de mas o menos 3 mm en 3 mts. en cualquier dirección. No se debe intentar colocar y estampar mas de 45 metros cuadrac'gs pcr vaciadc Programar los vaciados espaciados por lo menos dcs ha 3s y :72dia. La cuadrilla recomendada es de cinco personas, formada ocr !res obreros y dos operarios para el acabado.

,

- (1)

Vaceado del concreto con 4 de Slump o menos.

(2)

(3)

(5)

Segunda pasada de la maestra sobre el concreto con el endurecedor coloreante

(6)

Segunda aplicación del endurecedor coloreante.

Reglado

Primera pasada de la maestra

(7) Aplicación de la membrana plástica (Opcional)

(4)

Primera aplicaaón del endurece dor-colorean te.

(8) Herramienta para el estampado con mango de 2"

(9)

Cordón para llevar el alineamiento

(10) Estampado

(13) Herramienta manual para hacer correcciones.

(14) Barrido del concreto estampado.

(11) Ensamblado de varios moldes iuntos

(15) Reparando defectos en el estampado.

(12) Ectampado usando una comba cuando el concreto ha comenzi a endurecer.

(16) A licando la primera capa de un sePiadpr.

E. Coloreado v Acondicionado del Concreto Después de la primera pasada de la maestra, se esparce el producto colorante-endurecedor y se vuelve a pasar la maestra a la vez que se va rematando los bordes. Después que el agua de exudación aflora, se vuelve á aplicar el coloranteendurecedor y se vuelve a pasar la maestra. Si esto es hecho apropiadamente, el color deberá quedar perfectamente uniforme, si nó, quiere decir que se ha puesto la segunda aplicación de colorante muy rápido o que no se ha usado suficiente cantidad en las dos primeras aplicaciones, para lo cual habrá que aplicar algo mas del producto y pasar la maestra.

F. Estamoado Para defeminar si el wocreto está listo o no para el estampado, se presiona con el dedo tratara@de hacer un agujero en el concreto. Si el agujero no se llena de agua y el concreto mantiene su fonna, se puede comenzar a estampar. Para esto se puede o no usar una membrana plástica de 1 Mil. Es mas fácil estampar sobre una membrana plásfica, debido a que ella mantiene,la henamienta limpia y dá una impresion tridimensional mas rústica,. pero por otro lado, debido a que la impresión a través de una membrana plastica crea una superficie no llana, no se recomienda éste metodo en areas destinadas al tránsito peatonal. Si se usa la membrana plástica, deberá extenderse sobre el afea a estampar sostenida por dos hombres que la depositan sobre el concreto barriendo luego sobre ella con una escoba suave. Si no se usa la membrana se debe utilizar una herramienta para retocar el conqsto en las áreas limite de cada estampado. Para llevar el alineamienfo, se deberá tirar un cordel cruzando el área a estampar. La situación ideal es tener tantos moldes mas uno como sean necesarios para cubrir el ancho del pavimento a estampar, sin embargo, si no se cuenta con suficientes moldes, se deberán correr cordeles cada numero de filas para asegurar el alineamiento de los moldes. No debe empezarse a estampar contra un muro o sardinel, sinó que se debe dejar 2" de espaciamiento que se completan luego con moldes manuales. Si se quisiera aumentar los rendimientos por vaciado. se podrán unir varios moldes mediante listones de madera de 2 x 4. los cuales deben golpearse durante el estampado en lugar de golpear los moldes.

ALGUNOS DISENO~ QUE SE PUEDEN CONSEGUIR CON EL CONCRETO ESTAMPADO.

requerirá de una hemmienta como un martillo debido al fraguado del concreto. Después del estampado a traves de la lámina, hay que removerla. Dar el acabado para desaparecer las imperfecciones procurando no desaparecer las impresiones del estampado.

G. Acabado Es importante seguir las instrucciones de cada fabricante del producto para el curado, pulido (en caso de ser necesario) y brillo. En caso de ser necesario, se podrán hacer reparaciones con los mismos productos empleados en la mezcla. 8.4.4 Reciclado de Pavimentos de Concreto

Ha sido desanollado a comienzos de la decada de los 80 como una alternativa economica a los metodos tradicionales de reconstrución asi como al reciclado de pavimentos asfálticos. A. Ventaias Los agregados producidos por trituración del concreto generalmente tienen una buena forma, alta absorción y mas baja gravedad especifica que los agregados minerales. El Departamento de Transporte de Michigan (MDOT) ha ensayado agregados que han sido reciclados dos veces y ha encontrado que éste comportamiento patrón continúa: con cada reciclado sucesivo, e/ porcentaje de pasta de cemento en el agregado reciclado se incrementa y el porcentaje de agregado natural decrece. La perdida por durabilidad del material reciclado es tambien menor que la del agregado natural. Las mezclas de concreto que usan agregados finos reciclados son asperas y de mas baja resistencia que aquellas hechas con arenas naturales. El reemplazo de los agregados finos por arenas naturales hasta un 30% mejora la mezcla. sin embargo MDOT no permite el uso de agregados finos reciclados

B. Antecedentes

.

El primer proyecto de reciclado de pavimentos rigidos fué llevado a cabo en una sección de 12 kms de la carretera 1-40 en Oklahoma, donde se requería reemplazar un pavimento de concreto simple de 22.5 cms de espesor y 21 años de antiguedad por un pavimento asfáltico compuesto de una carpeta asfáltica, sobre una capa nivelante, dos capas intermedias de material granular y una capa de sub-base. Como alternativa se proponia el uso de un pavimento de concreto de 25 cms de espesor. Los documentos de licitación contemplaban la posibilidad de usar el pavimento antiguo como agregado grueso. El procedimiento empleado consistió en la rotura del pavimento existente empleando un martillo guiado. Luego se retiró el material empleando un excavador hidraulico equipado con ripper, el cual aflojó el material previamente roto de la losa para su e1imir;scion final con el cargador y volquetes. En la fragmentacion de las losas se empleo una trituradora secundaria con un electroimán para remover las barras de unión y dowels del pavimento viejo. No se utilizaron los finos, permitiéndose que solamente pasara un 5% por el tamaRo nominal de 2.5 mm. Los trozos mas grandes pasaron la malla de 25 mm. La mezcla incluía 415 Kg/m3 de arena virgen y 70 kg/m3 de cenizas volantes junto con el agregado grueso reciclado, el cemento y el agua. Otro caso reportado en WORLD CONSTRUCTION-Mayo de 1984, se refiere a un tramo de 92 km. de la carretera 1-94 en Michigan, reciclado en 1983. En éste caso se utilizó la arena obtenida del reciclado. El contratista empleó un martilo neumático montado en una barredora para romper 1 km. de pavimento de 7.3 m de ancho al dia. Se aflojó el concreto mediante un excavador hidraulico con ripper y se eliminó la malla de refuerzo antes de cargar el desmonte. Los remanentes de la malla de refuerzo se extrajeron mediante un electroimán montado sobre la faja transportadora después deí triturado primario. La es,cec;ficcaciónrequerja que el 95% del concreto reciclado a usarse en /a mezcla casara por el :ami2 de 1% mm. L17ü de .'¿S casus :Tias rsc,el:;es reccczcc cor Zsbei? i. Fsarson en A ~ q o s xr<e !S28 ?n C ~ n ~ r e :nrer,?a-:?r,a!. ie se a Q reccns:ruccon : i !1 >,-S 4s 'a ,AC~CZ,,P:J~?i<*e9': 2 0 : r ~ i rc3mc . cz!m!nac:cn te 5 años - 2 .,.?e, 7 -e ir --Idb,b-i

rn rec:c!?rs ce ,?avi,-er:?s de c3ncre:~,ssr B ! Ce,car?amento

de Transportes de Michigan (MDOT), que antes de este proyecto había reciclado mas de 2.5 millones de m2 de pavimentos de concreto en 14 proyectes mayores desde 1983. El pavimento existente de 35 años de edad fue roto con una rompedora de guillotina de 6.3 ton de peso y 1.70 m de ancho (con una caida controlada para aplicaciones de energía entre 16,270J y 162.700J) El pavimento roto fué extraido con retroexcavadoras y transportado al área de reciclaje en volquetes. El concreto viejo fué reducido a un tamaño maximo de 1 IQ" en la chancadora sin ser lavado. Los trozos de metal fueron retirados por magnetos situados sobre las fajas transportadoras que llevaban el concreto chancado. La res~stenciade 240 kg/ cm2 especificada fue alcanzada con la siguiente dosificación: Cemento Cenizas volantes Agregado Fino (seco) Agregado Grueso(seco) Reductor de agua Agua (neta) Agua total Agua absorvida por el agregado Es importante señalar que el MDOT dió el carácter de obligatorio al reciclado hasta 1985 en que se dejó como una opción a ser ejercida por el contratista. En el proyecto Lodge se movieron alrededor de 400,000 m2 de pavimentos refonados viejos que produjeron como 200,000 ton de agregados gruesos, mas que suficiente para los 387,000 m2 de onado de 10"y los 84,000m2 de bermas de pavimentos de concreto i: concreto reforzado colocadas en la reconstruccion. En terminos generales, se puede decir que un pavimento de concreto procesado correctamente producirá aproximadamente 150% del volumen total del agregado necesario para reemplazar la sección removida. El excedente puede ser usado en sardineles, ensanches, bermas, y como sub- base, siendo evidente al beneficio economico. 8.4.5 Concreto Compactado con Rodillo (CCR)

fáltica.

El CCR (Concreto Compactado con Rodillo en Perú y México), Concreto Compactado a Rolo (en los paises de habla portuguesa), HCR (Hormigón Compactado con Rodillo en Argentina, Espafia y algunos otros paises de habla espafiola), o RCC (Rolled Compacted Concrete en los paises de habla inglesa), es un concreto seco (slump cero) de cemento Portland. con o sin puzolanas o cenizas volantes, que tiene una estructura similar a la de la grava-cemento, pero que por su contenido de cemento y por las resistencias que se alcanzan, se asemeja mas a un concreto tradicional de pavimentos que a una grava tratada. Su bajo contenido de humedad (normalmente entre 4.5% y 6.5% en trabajos de pavimentación y menos en construcción de presas), no permite que sea vibrado con vibradores de aguja, siendo necesarro emplear rodillos vibratorios pesados.

* 8.Caracteristicas Princi~ales -Se fabrica en plantas continuas de gravacemento o en centrales discontinuas de cemento. -Se coloca en obra con la maquinaria tradicional para grava-cemento o con la empleada para concreto asfáltico. -Tiene contenidos de cementos similares a los de un concreto clásico. - Relaciones agua/cemento de alrededor de 0.35. -Permite ser puesto en circulación inmediatamente después de su compactación. C. Desamllo Histórico

El CCR es una técnica concebida a principios de la década del 70 para concreto masivo de- presas en los EEUU, siendo asi que el primer modelo a escala se hizo en 1971 y la primera obra real constru~dafué la presa de WILLOW CREEK en Oregón en 1982. Aplicado a pavimentos. fué ensayado por el Cuerpo de Ingenieros de la Estación Experimental de Mississippi en 1975, habiéndose construiclo el primer proyecto a gran escala en FORT HOOD-Texas, en 1984. En otras partes del mundo tuvo rápida acogida y se csnstruyercr: pavimentos de CCR tanto en Canadá, como en Europa y América del Sur, empleándose lniclaimente para zonas poco transitadas y utilizándose actualmente incluso como refuerzo de carreteras ,zr~nci~a/es bajo de capas de rodadura de concreto asfáltico en caliente.

En el Perú no hay experiencia publicada con éste tipo de pavimentos, aunque se tiene referencias de algunos intentos aislados en /a construcción de falsos pisos, pequeños bacheos e incluso pavimentos

industriales. D. Ventaias v Desventaias Ventaias. -En algunos casos se ha reemplazado de un 20 a un 30% de cemento por cenizas volantes. - Pueden usarse cementos con puzolanas hasta en un 40% -Puede incluir "materiales marginales" que normalmente no serían aceptados en el concreto común. -Menor consumo energético por unidad de peso producido (relación 1:6 respecto del concreto asfáltico). -Requiere el mismo tipo de base que los pavimentos tradic~onalesde concreto (pueden ser bases tratadas o no), e incluso pueden construirse directamente sobre la sub-rasante -No necesita maquinaria diferente a la que se usa en pavimentación. -No precisa de juntas longitudinales. -Permite espaciamientos mayores entre juntas transversales (15 a 20 mts. es un rango de espaciamientos normales). -Los espesores se diseñan como si fueran pavimentos de concreto tradicionales. -Ei espesor mínimo se recomienda qde sea de 75 cms., pero si resultaran valores menores en el disefio. es posible dirn~nuirla resistencia adoptada. -Son de 20 a 30% mas económicos que los pav~mentcs3sfd;iticos o de concreto convencionales. Desventaias: -Feouiere de una carpeta de rodadura para traficcs !mpcirantes -Es c'rfic11 conseguir una regulandad s u p e ~ i c ~ a reaüirienciose l una esparc~doracon patín o ur: icaoado esper:eí -La compactac~on requiere un numero importante ?e aasadas un control cuidadoso de las crnsidades csnsegurdas - No deoe colocarse en epccas ilriviosas - Es tmpresc~ndiDIeel cürado

E. Fsbncac;on y Puesta en Cbra

-Para la fabricación del CCR pueden emplearse tanto las centrales discontínuas clásicas para concreto, como las continuas utilizadas en la fabricación de grava-cemento. -El uso de aditivos puede ser útil, sobre todo los plastificantes y de manera imprescindible los retardadores de fragua. -En el curado también son importantes las emulsiones. -Para la mayoría de los proyectos ejecutados a la fecha se han empleado de 220 a 285 Kg ( 4 . 8 a 6.3 bolsas) de cemento por metro cúbico de CCR. -Normarner:r el !amano máximo del agregado es de 3/4" a 5/8",El Cuerpo de Ingenieros exige la separación en dos tamaños que mezclados ?n cbra produzcan un material en el cual del 83% al 100% pase el tamiz 3e 3/4" y del 2% al 8% pase el tamíz No. 200. -El transpc .e se realiza por volquetes, cuidando de evitar la segregación. Se recomienda el empleo de lonas para prevenir la desecación o el humedecimiento por lluvia. -El extendido se hace mediante motoniveladora o esparcidora como las que se usan para grava-cemento o concreto asfáltico. La m~toniveladore es mas recomendable en trazados imguiares y la esparcidora debiera llevar reglas vibrantes cuando los espesores son mayores de 22.5 cms. -La compactación se iniciará con un rodillo vibratorio tandem pesado (mayor a 30 kg/cm de generatriz) y terminado con un compactador neumatico (3 ton/rueda y presión de inflado de 8 kg/cm2/. El rango de pasadas va desde 4 hasta 10 para el rodillo vibratorio y puede llegar hasta 20 para el neumático. La operación de compactación se inicia con el rodillo sin v~bración(1 ó 2 pasadas), luego con vibracion, acabando con el neumático. En algunos lugares se han conseguido buenos resultados soio con el rodillo vibratorio a por lo menos 1,500 cpm y con una amplitud ajustable entre 0.4 mm y 1.0 m m Durante la compactación hay que mantener húmeda la superfície sin provocar enc~arcamientos

-E! control de !a compac:ación en rCra se recomienda hacrrlo con densímetros nucleares. debiendo alcanzarse por lo menos un 38.5 76 de !a ,máxima densidad Proctor Modificado. -El refine se hará después de conseguir la compactaci~n indicacfa. acabandose con un piancnado. para lo que pudiera hacerse necesario un humedecimrento orevro -La @ora debe organ~zarsepara evi:ar ;as juntas :ong~:udinales SIP ;moarr;c en CJSO de ser necesaras debewn -3rtarse a/ Sorc'e iprefererremen:e 30r aserrado)

-Las juntas transversales de construcción deberán hacerse dejando el borde vertical. Si se quisieran serrar las juntas por razones de estética, pueden cortarse a distancjamientos de 15 mts. La edad del corte no suele ser critica. -El control de la resistencia se hará por el método BrasileAo, debiendo alcanzarse por lo menos 22 kg/cm2 a los 7 dias y 31 kglcm2 a los 21 dias.

F. Recomendaciones -Para determinar el numero óptimo de pasadas de los ,vdiilos, así como la frecuencia y amplitud de vibración, es ;mprescindible ejecutar un terraplén de prueba. La amplitud a usarse será aquella que produzca la máxima compacidad sin dejar fisuras. -El curado debe ser por lo menos de 7 dias mediante compuestos que formen membrana impermeable, en dosificacjón doble de lo usual y emulsiones asfálticas.

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(FIII alave) 1 0 r i g i m l ground 1 IDlk* ) (Sai.et.d mmral 1 M a t e r i a l i«accianado Sup*rfici* de l a bermo (Shtmlder rurfac~ng ) (Subbase i Sub- base (Basa eourse i Capa de base lswlac* c w r t * ) Capa u p ~ r t l c i a l lPavemenl slob 1 Losas del pavimento (Oitch i l o p e ) Zanja

l . Talud de r e l l e n a 2 . Terreno n a t u r a l 3. oiqu* 4 5. 6.

7. 8. 9. 10.

11. Talud en corte 12. B o r l a C base 13. Bombeo 14. Sub-rasalte 15. Swla C fmr&ci&n 16. Estrrcmra da1 p a v i m i h 17. Pendiente de la berma 18. Ancho de r i a 19. Berma 20 Pnchodel pavimento 21. Ancha d e l camino

Cut r i o p e ) (Shoulder base) (Crawn r l o p a ) (Subgrada ) f Roadbed r a i l ) ( P a m e n r riiuclure i ISlouldar slape 1 1 T i a r e l Ianes i (Shoulder ) IRaodway ) (R0eIdb.d ) (

R € i d C K W a E N U Y P I * S m S T Y Y C O C ~ 3 9 ; W ~ E SAPSiiTO R E í A T I W A LOS TRIBbK>SL E PAUlHENTACKW

Melodo d e ensayo para determinar el peso uruurio y los vacios en los agregados Método de ensayo para la b b i ü d a d de agregados por el uso de sutfato de sodio O de magnesio

(388-76

MModo de emayo p a determinar los materiaies más fuws que (75 m) h m a k N-200 en agregados minerales por bvado DeTvuclón de terminos relativos el concreto y agregados para cwicreto

~1 25- a2a

Melodo de ensayo para gravedad especicw y absomión de agregados gruesos Método de ensayo para gravedad especifca y ab5oición de agregados finos Meiodo de ensayo para determinar la resinen-

c n a h degradación de piezas p e q o e ~ sde agregados grwsos por absorcmn e impacto en k míquina Los Angeies Método de ensayo para aMlisi+ granulometnco de agregados finos y gruesos

C136-83

Metodo de ensayo para d e t e r m i ~ rla resistenc m a k degradación de agregados gruesos de gran tamaño por absomton e tmpacto en la niaquun Los An~eies Método de ensayo para determinar La penetracton de niatertales bituniinosas Definiclón de terminos rehtivos a materiales para caneteras y pavin?entos

Ca-a3

REL6CKW D£ ACTY Y cuc C ~ X W € S R W ~ ?P E SS HiD B F L a T i W S A LOS ~ Q E P A V I ~ d C X ; V Y (Ccm-lNUAc~I

Mélodos de muestreo de agregaaos

I

U*mkt para daenn~liirla ductilidad de maie0113-;g

?des baualrmsos

Ensayo de T'iotación

D 139-33 D I 40-7q1981)

/ ~ o d o de s muestreo de rnatenales bdwninosos

j i-51-89 \ ;T 50-a1(199))

1

1

Especiíi~~ciones pata rellenadores minetales pan mezclas b'uuminosar de pavimemación

Príacn para inspeccion de phntas mcaotidoRs rle -umaks baullmosos !' Método de ensayo para denilación de produc-

pam el análisis del iamano de !as

11

1 0402-15(196 7 ; ,T 78-90 1

I

panbulas de los suelos

l

i

I ~ é t o d de o ensayo para factores de contracuón lde 10sIY*OS

i/

~427-a3

1

1 I

l ~ ~ t o de d oanálisis de mallas de relleno cnine/ r a l para matetiales de carreteras y pavimentos i ~ é t o d ode ensayo p a n reiaciones hurnebad-aenI

/ ~ é l o d o para s ensayos'de humedecimientoy seca/do de mezclas de suelo-cemento'c~rn~clabas

/

i

j

; 1

0558-82

-

I

D559-82

1

,Metodos para ensayos de hielo y deshielo de ! ,mezclas de suelo-cemento compaciadas

l

l

!

D560-82

1 4

Terminos y símbolos rebtivos a ia mecániu de suelos y rocas

0653-83

Especificiciones para agregados p e s o s para mezclas bitummosas de pavtmentación

0692-79

Especilicrionss p a n piedn chncada, escor u s charcadas y gravas chánudas p a n bases de M x a d a m y superf~iesde rodadura de pavimentos Uetodo de ensayo para relaciones humedad-densidad de suelos y mezclas suelo agregado usando un martillo de 2.49 kg. y 305 mm. de

-

caída. (Mñodo de ensayo pan contenida de cemento de mezclas de suelo-cemento Método de ensayo para gravedad específica de suelos EspeciCcaciones para cemento adaitco de penetrauón graduada para uso en construcción de pavimentos Melodos de muesirw de mezchs bfluminosas de pavunentación Especifmciones para rellenos prefonnados de juntas de expansion para concreto (ttpo biiumrnoso) Especifmciones p a n requenn~ientosde ias mezchs en planta de pavimentacmn biluminosas merckdo en caliente.

/

Especifmciones de agregados fuios para mezc h s de pavimentacion Métodos de ensayo para deteminar h resistencia compresiva de mezclas bituminosas ! ~ s ~ e c n i c a o para ó n piedra chancada, escora triturada y grava para tratamientos supeficiales biuminosos simples o m ú h i e s Mé!odo de ensayo para deiem~~nar h cantidad que h made material en los suelos más f~io I h No 200 (75- m.) j ~ s ~ e c i f m c i o n epara s selladores de !untas de concreto del tipo elástico venido en caliente

E n s a y o de p l a c a Especdvxciones para marenales para sub-base de suelo-agregado, base y superkies de ro'dad' P r i c i c a r-mendada paca cantidades de materlales para tratamientos supeñc&aies bituminosos /Llitoci0 de ensayo para l. densidad de suelos [en el rnio por el tnitodo del sono de arena Metodos de ensayo p a n relaciones hwnedadldensidad de suelos y mezclas de sueb-agregado \usando u n manillo de 4.54 kg. y 457 rnm. de jafiura decaí*

( P r o c t o r Moaificado)

i

j ~ é t o d opara preparar y curar especirnenes de \suelo-cemento en ensayos de compresion y jflexmn en el hboratorio

1;Metodo de ensajo para resistema compreíiua ,de cilindros moldeados de suelo-cemento

i

1 /

D1557-78

1

l

1

l

1

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D I 632-631979)

1

1 t

1

8

O1 633-631979) /

1

V M - b C T Y

YSUSm-ES RBA71bWSd LOS TfU&&K7S DE PAMYENTdUON JCCmrrlhtUICICñ-

Método de ensayo para resinencm flexora usando una vicja sirnpe cargada en ios tercios

D I 635-631979)

Meiodo de ensayo para determiMf la resistencia a l nulo p k n c o de mezchs bnuminosas, usando el aparato Marshall Melodo de ensayo para determinar la resinencla a la delormacbn y cohesion de mezclas del aparato de Hueem bnuminosas por Especrfraciones para rellenadores de lunias de expansion para pavimentacron en concreto y c o n s ~ c c i a nenruclrirai (tipos biiuminosos no enrusivos y restlientes) E x p e s i i a i o n e s para seliadoras de juntas de concreto, dei ttpo a p i i a a a en frío Método de ensayo para determinar la relación soporte en muenras compactadas de suelos en el hooratorio

l

Especificacion para asfalto Cutback (iipo curado rapdo)

l

02028-7q1981)

Método de ensayo para detenniiiar b densidad en sitio dé suelos por ei metodo del balón de jebe.

l

Metoaos para extraccion cuantitatwa de briurnen de mezclas bnuminocas

Ue:aY; para k ds:emir;;¿;or; r a 'd5~iatíIfiíI del conienido de humedad de suelos rocas y de suetos, *oca5 y mezcins de suela-agregaaaj e r i ~ - l a G l e suel o ! S,,?'

02216- 80

MWtHEFEll-

/Densidad de Concreto A s f á l t i c o ( N h d e a r ) Espectfkacmn pata rnemhs biiwninosas colocadas en caliente Recomendacmnes p r á n u s para selección y uso de emufsiones a s f á k h s

-

-M

D 2950-82

$ AUSHTO

1

0351 5-83

D3628-78

Práctica para e4 rnuenreo al azar de materia-

les de pavimencacion Método de ensayo para el lndice de Dwabitidad de agregados Método de ensayo pata el conrwtiáo de$sfako en mezclas bi<wninosas por e l método mrcieu

P d i c o para p r e ( ~ 1 1 ~ ide 6 nespecifCICiOnm de ensayo de suelos esidbiliudos con asialto

~ k e indce o de piasicidad bc los suelos l~etodo de ensayo para cIasKkar ia rupedt5o ly ienura de los pavimentos

E770-80

I1

!

REF.:

ANEXO 9 . 3

PAShTC ,5lii3E

FOF 9ESIGii OF ?Fi'JEYENTT

STRUCTiZs ( 1 9 9 3 )

Carta para e s t i m r el Coefi c i e n t e Estructural de Capa de Concreto Psfáltico de gradación densa bayada en el Pódulo E l á s t i a , ( R e s i l i e n t e ) EpC a 20°C

m

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" 3 -EY 5O5

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"3 7

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4 Ji &u--Lr

Variacifn del Coeficiente de Caoa de Base Cranular ( a 2 ) con diferentes param,?tros d o resistencia.

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ANEXO 9 . 3

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rn-%=5Z o o x o L > W m o w+ m u.- 3 u a 1 2 31 Q .? - ..o L C m-L w m.-al v c-u

.z

. 2

Variaciones en el Coeficiente de Capa de Sub-base Granular ( a 3 ) con varios parametros de resistedcna

U

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F.a 4 u VI-

L

3

Variación del Coeijciente a para Bases Tratadas con Cerrenro, con d?ferentes carametros de r e s i s t e n c i a .

"7

iir

N

ANEXO 9.3

281

-

(~ont.)

( 1 ) Escala derivada de c o r r e l a c i o n e s obtenidas en 11l i n o i s ( 2 ) Escala derivada del proyecto :IC%RF Variaciones en a2 para Bases t r a t a d a s con a s f a l t c , con p s a m e t r u s de i e g s t e n c i a de Sasc.

I T E_ LIQUIDO _L I M_ _ _ -I N D I C E

D E P L A S T I C I D A D PA-

-M A T E R I A L E S L I M O S O S Y A R C I L L O S O S

Noto

un ru.10

A.2

contiew m e n a s da

35%

qua

pasa

b mallo

200

CARTA

P A R A DETERMINAR EL I N D I C E DE G R U P O (ASTM

Indlca da Grupo ( l G ) = ( F - 3 5 )

D 3282

,- 0 2 t 0 . 0 0 5 (LL-40);

O/' qua pasa lo malla LL = L i m i t a Liquido , a

F= IP

t

40t

=

+O.OI(F-151 (IP-lo), donde 2

N* 2 0 0

]157

Indica ~ l a s t i c o

Cuondo se esta trabajando m b a sub-Wuws A - 2 - 6 y A - 2 - 7 , a l Indica da Grupo Parcial ( I G P ) se determina a p a r t i r da IP sobmnm

i":

Cuondo e l Indica da Grupo Porcial combinado seo negativo, 1G dibera asumirse como caro

4 O

I t !a 4 i

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i

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1

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-~epo -' G P = 3 9 Sor3

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8

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3

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~

C

ESPECIFICACIONES P R H A CAL HIDHATADA USADA EN E S T A B I I C A C I O N Y MODIF1CACIOt.I DE SUELOS La c a l h i d r a t a d a es d e f i n i d a como u n p o l v o seco o b t e n i d o por t r a t ~ i n i e r ~ tdoe l a cal v i v a c o n suficiente a g u a p a r a satisfacer SLA a f i n i d d d qulmicd P u r u 1 a g u a b a ~ ol a c o n d i c i 8 n d e bu hldratacion. Este nia h u i - r a l d e b e r e c o n s i s t i r e s e n c i a l m e n t e d e h i d i - ¿ ( i d o d e c a l c i o o u n a m e z c l a d e h i d r o x i d o d e calcio, ó x i d o d e magneslo e h l d r o x l d o de maynesio, l o s c u a l e s son 105 c o n s t ~ t u y e n t e sa c t i v o s d e l a c a l .

1.-

C o n c e n t r a c i o n d e l a Cal

Se p e r m i t i r l i i d o s r e q u e r ~ m l e n t v s a l t e r n a t i v o s basados

ei>

d i f e r e n t e s ensayos:

a.-

O;
L a d e t e r m i n a c i 6 n de l o s o - i d o s t a t a l e s y el d ~ ¿ : < l d u d e carbi,n deberdi? confoi-mar 1 s cspeci f l c á c i ó i i ASTN C25 " A n A l i n r s O u i m i c o d e caliza, c d l v i v a y c a l hldratada". b,-

Cal disponible Para cal h i d r a t a c o n r l e v a i j o c o n t e n i d o de c a l c i o se r e q u i e r e u n miilimo c o i l t e i i i d o de cal ( C a O ) d e 90% s o b r e u n a b a s e no v o l A t i 1 ( E s t o d e b e r & rorreapoildrr a u17 mininto d e b e . l'/, s o b r e u n a basa v o l a t i 1). detei-miríaci6,n de la cal diupijnlblo deberd caníormar e l e n s a y o de 1.3 e s p e c i f i c a c l ¿ h ASTM C25 c* c u a l q c i r ei- e n s a y o equivalente? tai conio AASHO T 2 1 9 -72 "Eiisayo d e Cal p a r a d a t e r ~ n i n n i - sus c o i l s t i t u y e l l t e s q u í m i c o s y tamaño d e p a r t l c u ! s s " .

La

2.-

Temaño d o P a r t i c ~ i l a s

T o d a c a l h i d r - a t a d a deboi-d. cisrlfirinar135 c3igciietites g i - a d a c ioi.ies: F'i8i- l o menos 8 5 % p a s a n d o l a irla1 l a N ?<>(:l. La d f - t r . r n i i n n c i & n d e l tama;;o de las p a r - t í c u l n s d e h e r 8 confijr.niar la.; r > r o v ~ s i o n e spai-a zamlcacls poi- v i d hiimeda e11 AS-rI? Lll!:, "!<&todo% d e A i l r l l i s i i 5 f i s i c ~ p ra c a l i z a , cal vlva y c a l hidi-atada".

A N E X O

ESPEClFICCICIONES B

R

9.8

3 SOBAF CONSTRUCCION

TFRRAPLENES

E n e s t e Anexo s e incluyen

las tablas d e las especificaciones

inglesas íninirtry of Transport versimismas.

completa

- 1906).

d e las originales,

Estas tablas n o son una

s i n o un extracto d e

las

Se han suprimido, una serie d e materiales d e u s o menos

frecuente m el Perú. c o m o son las cenizas volantes. los caliches del t i p o d e n o m i n a d o en aquel país "chalk" y algún otro. Tambi4n

se

han

omitido

algunos

temas

rellenos d e a c c e s o s obras d e fhbrica. reforzada, etc.,

aspeciales,

como

los

materiales para tierra

ya q u e lo q u e se pretende e s presentar aolamentc

los arpector'que r e consideran de aplicaci6n mas general dentro

de la erprcificici6n.

'TABLA S 8 2 CXTAACTO DE LAS C O N ü i C W E S GRANULOLIElBCU PARA UATERiALES DE TEFUUIqENES ACEPTAEiLES (uiNicrnuw TRIWCPORT 1%) WI EN PESO DE YATEFüAL OUE PASA EL TAUAÚO lNOlCIDD

88 3 I

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l -SEgz;g$

l

1.

E n l a s c o l u m n a s c o n el s ~ m b c i l o N f; el n u m e r o d e p a s a d a s e s t a b l r c l d o d e b e d o b l a r s e para los materiales d e l a s C l a s e s 10. IR. -P. 2R. 2C v 2D. e n l o s 40 cm. a u e quedan l n m e d l a t a rsente por d e b a j o d e l a superficie d e la expisnada.

2.

C u a n d o u n r o d i l l o t l e n e m d s de un eje. la c a t e c j o r ~ a ze : o m A q u i n a d e b e determinarse s o b r e la b a s e del e j e con mavcr m a s a por m e t r o d e anchura.

7..

E n los rodillos d e pata d e c a h r a el e - t r e m o o e c d c a ? a t i d e b e s e r s u p e r l o r a 0.01 m2 v la s u m a d e las á r e a s de . d c p a t a s s u p e r a o r al 19% del Area del c l l l n d r n d e f i n i d o gor 1 s ~ e x t r e m o s d e l a s mlsmas. S e s u p o n e q u e la inAaulna s e c3rnczne d e d o s r o d x l l o s e n tandem. SI. por el c o n t r a r ~ o . en c a d a p a s a d a as310 u n rodll lo o a s a por c d d a punto. el n u m e r o r n , ? i - ~ @ d e p a s a d a s ~ n d i c a d o e n l a T a o l a deber:, doblarse. n d s e c o r r e s p o n d i e n t e d o b l a ~ eq u e pudlera exzglr lo ~ n d l ~ a cSr o

1. 4.

S.

E n l o s r o d i l l o s d e neuniátlcos la m a s a onr rueda e s !a t o t a l del r o d l l l o d i v l d l d a por el n u m e r o d e ruedas.

,.rasa

L o s r o d l l l a s v l b r a n t r e s pueden s e r oe t l r n o a u t c c r e o u i .sados. c o n niedios para apllcar vlbraclón *necarilca a inc r mas d e s u s r o d i l l o s Ilsos. e x c e p t o q u e lcs rzc:i:is v l l r a t o r l o s e m n l e a d o s e n el R C t o d o 5 d e corn~actdclnrid c í e n s e r d e u n s b l o rodlllo. 1.

L o s r e q u e r a m l e n t o s d e la T a b l a s e basan en el dcz 3 e l a m a r c h a m a s hala e n l o s a u t o n r o n u l s a d o s c c n t r a p - m i s i b n m e c D n i c a v e n u n a veloclaad d e 1.5 a Z . 5 - T e n los d e t l r o o a u t o n r o n u l s a d o s c o n trar~zr:a.:hldráullca. Si s e utlllzan nrarchas o velucltidusr- - P G = altas. s e d a r á u n mavor n u m e r o d e pasadas e n v r n n c i - : - ; r al z n c r e m e n t o d e velocidad.

1

C u a n d o l a v l b r a c l d n m e c a n l c a se a n l l c a a d a - n c : . e n tandem. el n u m e r o mxnlmo d e pasadda s e r a , o d e l l n d l c a d o e n la tabla. S1 los d c s rod,: : -;m di f e r e n t e s . s e t o m a r 6 el nuniern d e uasaoos c o r r p i - c - d l e n t e s al d e menor masa mor metro. Alternat~\,~ne?-i puec e s u p o n e r s e s e t r a t a d e u n a maacilnd cc=n s c . a r ~ a - - u n rodl 1 1 o m a s pesado.

111. E s t e e q u i p o d e b e m a n e i a r s e c o n el mecan:z7ic 2 v i h r a c l b n a c t u a n d o c o n la f r e c u e n c l a q u e p r o d u c ~ .a m e d i d a m a s graride d e a m n l ~ t u d . a m e n o s q u e e! ' A c a n t e reccimlende o t r a c o s a @ara el naterlal q u e :c. 2 s . ; comcactandn. L o s r o d l l l o s deber1 estar e o u l p a d c 5 -zr i n s t r u m e n t o s i n d ~ c a n d ola f r e c u e n c l a y ueloclddo r = r acie t r a b a ~ a n : a m b a s d e b e r a n p o d e r s e leer por ? I n s p e c t o r a lo largo d e la maqulna.

-.

b.

L a s placas vibrantes deberi hacerse funcionar c o n la f recuenc l a recomendada pot 1f atrricantes. Normal m e n t e d e b e r & ! trabajar a velocidades de m e n o s de 1 km/h. pero sl s e utxl izan velocidades tnavores. s e a u m e n t a r a el n u m e r o d e pasadas en prooorcidn al aumento d e velocidad.

7.

L o s vi brotampers son mbaulnas e n las q u e u n mecanismo m o v l d o por motor actúa s o b r e un 5istema d e w e l l e 5 a t r a v C s d e las ~ ilo n e s a u n a p l a c q . cual e s s e transml ten 1 a s o ~ c ac

.

8.

L a s r a n a s son maquinas o u e actuan por l a s e x p l o ~ i o n e sd e un c l l i n d r o interior d e combusti6n. s i e n d o c a d a u n a d e e l l a s controlada manualmente por el operador.

9.

E n el c a s o d e r a n a s Y comnactadores d e impacto. c a d a g o l p e s e cwislderar:, c o m o una pasada sobre el Area eri cuestlbn.

10.

En los c o n c e p t o s señalados c o n el m e t o d o 5 . deberen ser arrastrados oor tractores a u t o p r o ~ u l s a d o s s o n inadecuados.

11.

de

los r o d i l l o s oruaas. Lns

C u a n d o se utilice una c o m b ~ n a c ~ t i nd e c o m o a c t a d o r e s . el espesor d e c a p a Y el n u m e r o d e p a s a d a s c o r r r s p n n o e r a r respectivamente al eaulon a u e requiera menor esoesnr v a: e 4 ~ 1 i p 0q u e requlera inavnr numero d e ~ a ~ a d a s .

ANEXO 9.9

GLOSARIO DE TERMINOS EN EL MANTENIMIENTO DE PAVIMENTOS RESPECTO DE LA CONDICION DE LOS CAMINOS: BUENAS CONDICIONES: Los caminos pavimentados están sensiblemente libres de defectos y solamente requieren mantenimiento de rutina. MEDIANAS CONDICIONES: Los caminos pavimentados tienen defectos de importancia y requieren renovacion de la superficie de rodadura. Los caminos no pavimentados necesitan reperfilado o renovacion de la superfície de rodadura y reparadiones del drenaje en determinados puntos. MALAS CONDICIONES: Los caminos pavimentados tienen defectos y requieren rehabilitacion o reconstrucción inmediatas. Los caminos no pavimentados necesitan reconsftuccion y obras de drenaje grandes.

RESPECTO DE LAS OBRAS DE MANTENIMIENTO Y MEJORAS: MANTENIMIENTO DE RUTINA: Reparación local de la via y del pavimento; nivelación de superficies sin pavimentar y de bermas; mantenimiento periódico de drenajes del camino, taludes laterales y bordes, dispositivos de control de tránsito y accesonos; limpieza de zonas laterales del camino, control del polvo y vegetación. rerneción de nieve y arena y mantenimiento de zonas de descanso y de seguridad. RENOVACION DE LA SUPERFICIE DE RODADURA: Resellado de un rnrava pavimento asfáltico o renovacrón de la capa de base o afirmado de =, de un camrno no asfaltado, para conservar su 1ntegr;dad sstruc:urol su calidad de rodamiento.

REHABILITACION: Reparación selectiva. refueno y corrección del perfil del pavimento o de la via (incluso pequeñas mejoras de drenaje) para restaurar la resistencia estructural y la calidad de rodamiento. RECONSTRUCCION: Renovación de la estructura del camino, por lo general aprovechando las obras de f i e m y alineaciones existentes para remediar las consecuencias del descuido prolongado o cuando ya no es posible la rehabilitación. RESTAURACION: Obras grandes de rehabilitación y reconstrucción consideradas en conjunto. MEJORAMIENTO: Mejoras relacionadas con el ancho, alineamiento. curvatura o gradiente del camino (incluso sus respectivas obras de renovación de la superfície de rodadura y rehabilitación) para aumentar la rapidez o seguridad del tránsito o la capacidad de circulación. NUEVA CONSTRUCCION: Construcción de un camino asfaltado o de un camino de sf'rmado de grava o de tierra segun nuevo trazado y alineamiento; mejora de un camino de grava o de tierm para elevarlo a la categoria de pavimentado; aumento de capacidad de carriles o construcción de vias adicionales para carruajes, caminos ribereños, intersecciones con separación de rasantes o carreteras con benna centrai.

ANEXO 9.10

SlGNiFlCADC DE LAS SIGLAS EMPLEADAS EN EL TEXTO

AASHTO

A CI A CPA Al A NSl A PI A RRA ARTBA ASCC ASCE ASTM 6PR CAA COE CPR CRI CRSi C Tb DIN EA PA FAA HRB lC PA lFCl iTINTEC JRA LCPC

MLM NITCVC:

:American Association os State Highway and Transpotfation Oficials :American Concrete lnstitute :American Ccncrete Pavement Association. También: Amencan Ccncrete Pumping Association :Asphait Institute :American National Standars lnstitute :Amencan Petroleum Institute :Asphalt Recycling and Reclaiming Association :American Road and Transpotfation Builders Association :American Society for Concrete Construcfion :Arnerican Society of Civil Engineers :American Standards and Testing Materials. :Bureau Of Public Roads :Civil Aeronautics Administra tion :Corps of Engineers :Concrete produc:~Magazine :Concrete Reinforcement lnstitute ;Concrete Reinforcing Steel lnstitute :Construction Technclogy Laboratcries :Deutsche Normen (Normas alemanas) :European Asphait Paving Asscciation :Federal Aviaricn Agency :Hig.hwaj/ Research Board :Institlrto de Cemento Portland Argentino :Intemational Fibrous Ccncrete lnstitute :1ns:ituto de 1nvestigac;én Tecnológica, Indus:rial y de Normss Tecntcas. :Japan Road Association :Laboratoire Centrai des Ponts er Canussees (franoai : Municipaiidad de Limz :detropolitana : ~Vinisteriode Transpor!es, Comuntcaciones, :/;vienda y Csnsrr~fcción :National i?sphaIt Assoc!ation

NCHRP NCMA NPCA NRMCA PCA PTI RNC SHRP TRB WASHO WRI

:National Commitee on Highway Research Program :National Concrete Masonry :National Precast Concrete Association :National Ready Mixed Concrete Association :Portland Cement Association :Post-tensioning lnstitute :Reglamento Nacional de Construcciones : Strategic Highway Research Program :Transpoltation Research Board :Westem Association of State Highways Officials :Wire Reinforcement 1nst;tute