La Red Vial en El Peru y Mejor Uso de Los Pavimento Flexibles y Pavimentos Rigidos

ING. PEDRO FELIX DOROTEO NEYRA – DOCENTE DE LA F.I.C.

UNIVERSIDAD NACIONAL "SAN LUIS GONZAGA" DE ICA

CURSO

: PAVIMENTOS

DOCENTE

:

ING. PEDRO FELIX DOROTEO DOROTEO NEYRA

5TO

AÑO

ICA – PERÚ 2011.

1


1°- SEMANA: INTRODUCCIÓN:

P

A

V

I

M

E

N

T

O

S

Se llama pavimento al conjunto de capas de material seleccionado que reciben en forma directa las cargas del transito y las transmiten a los estratos inferiores en forma disipada, proporcionando una superficie de rodami rodamient ento, o, la cual cual debe debe funcio funcionar nar eficie eficiente ntemen mente. te. Las condic condicion iones es nece necesar sarias ias para para un adec adecua uado do func funcio iona nami mien ento to son son las las sigu siguie ient ntes es:: anchura, trazo horizontal y vertical, resistencia adecuada a las cargas para evitar las fallas y los agrietamientos, edemas de una adherencia adecuada entre el vehículo y el pavimento aun en condiciones húmedas. Deberá presentar una resistencia adecuada a los esfuerzos destructivos del transito, de la intemperie y del agua. Debe tener una adecuada visibilidad y contar con un paisaje agradable para no provocar fatigas. Puesto que los esfuerzos en un pavimento decrecen con la profundidad, se deberán colocar los materiales de, mayor capacidad de carga en las capas superiores, siendo de menor calidad los que se colocan en las terracería terraceríass además además de que son los materiales materiales que más comúnmente comúnmente se encu encuen entr tran an en la natu natura rale leza, za, y por por cons consec ecue uenci nciaa resul resulta tan n los los más más económicos. La división en capas que se hace en un pavimento obedece a un factor económico, ya que cuando determinamos el espesor de una capa el objetivo es darle el grosor mínimo que reduzca los esfuerzos sobre la capa inmediata inferior. La resistencia de las diferentes capas no solo depe depend nder eráá del del mate materi rial al que que la const constit ituy uye, e, tamb tambié ién n resu result ltaa de gran gran infl influe uenc ncia ia

el

proc proced edim imie ient nto o

cons constr truc ucti tivo vo;;

sie siendo ndo

dos dos

fact factor ores es

importantes la compactación y la humedad, ya que cuando un material 2


no se acomoda adecuadamente, éste se consolida por efecto de las cargas y es cuando se producen deformaciones permanentes.

GENERALIDADES

PAVIMENTOS

Toda exploración, exploración, cualquiera cualquiera que sea la categoría categoría de la vía, necesita necesita un tratamiento especial a fin de hacer posible el tránsito de los vehículos con comodidad y seguridad. El tratamiento consiste en la ubicación de una estructura constituida por una capa o conjunto de capas de materiales apropiados que tendrá cara caract cter erís ísti ticas cas dete determ rmin inada adas, s, segú según n el volu volume men n y comp composi osició ción n del del trafic trafico, o, la capaci capacidad dad portant portantee de la subrasan subrasante, te, la disponibil disponibilida idad d

de

mater materia iale less en la zona zona y el cost costo o de conse conserv rvac ació ión. n. Esta Esta estr estruc uctu tura ra nece necesar sariam iamen ente te debe debe term termina inarr en una una supe superf rfici iciee adec adecua uada da para para el tránsito, a la vez que será resistente al efecto abrasivo de éste, ser esta establ blee y resi resist stir ir la acci acción ón de agen agente tess perj perjud udic icia iale less tale taless como como:: humedad, heladas, cambios volumétricos de la subrasante, cambios de temperatura e interperismo. DEFINICIÓN: Un pavimento esta constituido por un conjunto de capas superpuestas, que se diseñan diseñan y construyen construyen técnicamente técnicamente con materiales materiales apropiados apropiados y adecuadamente compactados. Estas estructuras estratificadas se apoyan sobre la subrasante de una vía obtenida por el movimiento de tierras en el proceso de exploración y que que han han de resi resist stir ir adec adecua uada dame ment ntee los los esfu esfuer erzo zoss que que las las carg cargas as

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repetidas del transito le trasmite durante el periodo para el cual fue diseñada la estructura del pavimento.

CARACTERISTICAS QUE DEBE REUNIR UN PAVIMENTO Un pavimento para cumplir adecuadamente sus funciones debe reunir los siguientes requisitos: 1. Ser resisten resistente te a la acción de las cargas cargas impuestas impuestas por el el transito transito 2. Ser resisten resistente te ante los los agentes agentes de intemperis intemperismo. mo. 3. Presentar Presentar una textura textura superfici superficial al adaptada adaptada a las velocidades velocidades previstas de circulación de los vehículos, por cuanto ella tiene una decisiva influencia en la seguridad vial. Además debe ser resistente al desgaste producido por el efecto abrasivo de las llantas de los vehículos. 4. Debe Debe ser ser dur durab able le 5. Presentar Presentar condicione condicioness adecuadas adecuadas respecto respecto al drenaje drenaje 6. Debe Debe ser económ económico ico 7. El ruido ruido de rodadura rodadura debe debe ser moderado moderado 8. Debe poseer poseer color color adecuado adecuado para para evitar evitar reflejos reflejos y deslumbramientos.

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LA RED VIAL DEL PERU: Red Vial en el Perú La red vial en el Perú está compuesta por más de 100,000 km. de carreteras, organizada en tres grandes grupos: las carreteras

longitudinales, las carreteras de penetración y las carreteras de enlace. Estas rutas están a cargo de PROVIAS, organismo descentralizado del minist ministeri erio o de Transp Transport ortes es y Comuni Comunicac cacion iones, es, quien quien tiene tiene la funció función n mantener y ampliar dichas vías. Por la calidad y el tipo de vehículos que las recorre podemos clasificarla en 3 categorías: autopistas, carreteras asfaltadas y caminos afirmados. Las autopistas cuentan con dos carriles principales y uno de seguridad en cada sentido de circulación, separados por una berma y poseen buena señalización. En el Perú existen cerca de 300 km. de autopistas que corresponden a los tramos de acceso norte y sur sur a Lima Lima a trav través és de la Ca Carr rret eter eraa Pa Pana name meri rican cana. a. Las Las carr carret eter eras as asfaltadas sólo cuentan con un carril principal y una berma de seguridad en cada sentido de circulación, separadas por un interlineado. En este tipo de vía la señalización y los servicios básicos varían en relación a la cerc cercan anía ía de las las ciud ciudad ades es prin princi cipa pale les. s. La mayo mayorr part partee de las las vías vías peruanas son caminos afirmados construidos en base a tierra y ripio. Existen 3 tipos de caminos afirmados en el Perú: los que pertenecen a la red red naci nacion onal al,, los los cami camino noss secu secund ndar ario ioss y ve veci cina nale less y las las troc trocha hass carrozables. Estado de las principales carreteras del Perú

5


a) Lima Lima - Tumb Tumbes es (Pan (Panam amer erica icana na Nort Norte) e):: La ruta ruta se inici iniciaa con con una una autopista que va hasta Huacho, que luego da paso a una carretera asfa asfalt ltad adaa en su tota totalilida dad d y en muy muy buen buen esta estado do,, corr correc ecta tame ment ntee señalizada y con los servicios de infraestructura básicas a lo largo de toda la vía. b) Lima Lima - Tacna (Panamer (Panamerica icana na Sur): Esta vía también también comienza comienza con una autopista los primeros 132 Km., y una carretera asfaltada en buen estado para el resto. También está muy bien señalizada y posee servicios básicos cerca de las principales ciudades. c) Lima - Huancayo Huancayo (Carreter (Carreteraa Central): Central): Es una ruta asfaltada asfaltada en buen buen estado, con la particularidad que en su tramo inicial el ascenso es vertiginoso desde la llanura de Lima hasta los 4,818 m. s. n. m. de Ticlio. d) Chiclayo - Tarapoto: Tarapoto: Este es un trayecto en perfecto estado, pero que en ocasiones sufre debido a las inclemencias del clima. El recorrido se puede hacer en doce horas cuando hace algunos años podía tomar 30 horas. e) Na Nazc zcaa - Cusco Cusco:: Está Está vía es ahora ahora bast bastan ante te transit transitad adaa debid debido o a la culminación del asfaltado que permite unir ambas ciudades en un tercio del tiempo usual. f) Areq Arequi uipa pa-C -Cus usco co-P -Pun uno: o: Esta Esta ruta ruta es muy muy comp complilica cada da debi debido do a lo agreste de la geografía en el tramo inicial de Arequipa a Cuzco. Ya en el tramo Cusco - Punto la carretera está asfaltada y los servicios mantienen una presencia notoria. Los puertos en el Perú. 6


El total de puertos en el país es 24, de los cuales 19 son marítimos, 4 fluviales y 1 lacustre; y según el sistema de atraque se dividen en puertos de atraque directo y lanchonaje. Los puertos peruanos están bajo la administración de la Empresa Nacional de Puertos S. A. (ENAPU PERU), entidad descentralizada del Ministerio de Transportes y Comunicaciones del Perú. Según su modo de transporte se clasifican en: marítimo, fluvial y lacustre.

El Transporte Marítimo La red puertos marítimos en la costa peruana está compuesta por 19 puertos a lo largo de nuestro litoral que son: a. En el norte: Cabo Blanco, Talara, Paita, Pacasmayo, Eten, Chicama, Salaverry, Chimbote, Besique, Casma y Huarmey. b. En el centro: Supe, Huacho, Chancay, Callao y Cerro Azul. c. En el sur: General San Martín, Matarani e Ilo. Es sin duda el puerto del Callao el más importante del país, esta ubicado en la zona central litoral peruano, dentro de la Cuenca del Pacifico a la cual las rutas interoceánicas acceden cruzando el canal de Panamá y el Estrecho de Magallanes. El puerto del Callao esta ubicado en la Provincia Constitucional del Callao a 15 Km. De la capital, Lima. Se interconecta con Lima a través de cuatro vías de comunicación terrestre. Sus instalaciones resultan actualmente insuficientes tanto en capacidad como en tecnología para afrontar el flujo diario de embarques y desembarques de productos nacionales y extranjeros. Así por ejemplo, 7


la descarga de un buque de entre 18 y 30 mil toneladas (capacidad mínima y máxima que el puerto puede administrar logísticamente) demora en promedio una semana, mientras que esta misma actividad toma

dos

o

tres

días

en

cualquier

puerto

extranjero.

El Transporte Fluvial

Los ríos llamados también "las carreteras del Perú" son un medio vial importante para la distribución física, pues en esta región muchas localidades carecen de carreteras y aeropuertos. Los principales puertos fluviales de la amazonía son: Iquitos y Yurimaguas, en el departamento de Loreto; Pucallpa, en Ucayali y Puerto Maldonado en Madre de Dios. Tocahe Nuevo, Juanjui y Bellavista en San Martín. Son muchos los ríos navegables en la selva peruana, pero los principales son el Amazonas, el Ucayali, El Huallaga, el Marañón, el Urubamba entre otros; estos ríos pueden admitir el tráfico de embarcaciones con un tonelaje máximo de 10 000 TM. Las principales embarcaciones que discurren por los ríos de la selva son. a. Peque-peques: Son canoas con motor estacionario que se han convertido en el medio de transporte masivo (carga y pasajeros). En ellas caben hasta 30 personas y cargas menores no mayores a los 300 Kg. 8


b. Canoas con motor fuera de borda: Son embarcaciones similares al peque-peque, pero poseen un motor fuera de borda que las hace más rápidas. Su capacidad de carga también es mínima. c. Embarcaciones pesadas: Son barcos de carga o llamados "chatas", que discurren por los ríos de gran caudal transportando hasta 300 personas; su capacidad máxima es de 20 TM.

El Transporte Lacustre En nuestro país el transporte lacustre se da básicamente en el Lago Titicaca, en Puno. Es justamente desde el puerto de Puno donde a diario parten

embarcaciones

hacia

las

principales

islas

y

ciudades

circundantes, como los que parten a Copacabana (Bolivia). Carreteras de Perú La red vial peruana está compuesta por más de 70 mil kilómetros de carreteras, de las cuales 16 mil son vías nacionales. Las carreteras están categorizadas de acuerdo a su calidad y por el tipo de auto que circula por

ella,

en

autopistas,

carreteras

asfaltadas

y

caminos

afirmados. La autopistas cuentan con dos carriles principales y uno de seguridad, tienen buena señalización y por ellas transitan vehículos de todo tipo. La mayoría de estas rutas corresponden a los tramos de acceso a Lima por la Panamericana y para su utilización es obligatorio el pago de peaje.

9


Las carreteras asfaltadas tienen un carril principal y bermas de seguridad. Por ellas pueden circular sin problemas todo tipo de vehículo y al igual que en las autopistas hay que pagar peaje. o

De noche, el tráfico por las carreteras costeras es más intenso, y en la sierra se recomienda viajar durante las primeras horas de la mañana.

o

En la sierra y en la selva entre los meses de enero y marzo, los caminos se bloquean por las lluvias y los deslizamientos de tierra.

Los caminos afirmados son aquellos construidos a base de tierra y ripio, son los que unen ciudades importantes de la sierra o de la selva, ciudades pequeñas, poblados, sitios arqueológicos o de interés turístico. Para circular por ellos se recomienda utilizar vehículos todo terreno ya que algunas de estas rutas no se encuentran en buen estado. o

o

Algunos caminos afirmados tienen días de subida y de bajada. En la sierra y en la selva entre los meses de enero y marzo, los caminos se bloquean por las lluvias y los deslizamientos de tierra.

Infraestructura vial Las estaciones de servicios (grifos) que se encuentran desde Lima hasta Piura, por la Panamericana Norte, y desde Lima hasta Nasca, por la Panamericana Sur, cuentan con servicios higiénicos, expendios de lubricantes y repuestos, comida rápida, minimarkets, vulcanización y lavado de autos, además de vender gasolina de distintos octanages y petróleo. Fuera de estos puntos, las estaciones de servicio escasean y

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los servicios que ofrecen igual. Es común la venta de combustible en lata. o

En provincia, las estaciones de servicios no acostumbran aceptar tarjetas de crédito.

o

El precio del combustible se incrementa en relación a la lejanía con los puntos de abastecimiento y los aislamientos.

o

Utilizar combustibles de bajo octanaje sobre los 1.500 msnm no ofrece problemas, pero bajo esta altura puede afectar al motor.

o

El combustible en lata debe filtrarse siempre con una tela o franela.

Algunas ciudades cuentan con talleres mecánicos especializados en marcas específicas de vehículos, por lo que en las ciudades pequeñas se encontrará con talleres informales que no ofrecen ninguna garantía, por lo que se recomienda verificar el estado del vehículo antes de emprender un viaje. Lo que sí se encuentra en cualquier punto del país, son las vulcanizaciones. El servicio de grúa es caro y escaso, en general. Sin embargo, existen seguros de auxilio mecánico y remolque que proveen cobertura nacional a costos razonables.

11


Funciones Provías Nacional cumple las siguientes funciones dentro de la Red Vial Nacional: •

Es responsable de la ejecución de las obras del programa de inversiones correspondiente a la construcción, rehabilitación o mejoramiento de carreteras, puentes y otras obras relacionadas con la Red Vial Nacional.

12

ING. PEDRO FELIX DOROTEO NEYRA – DOCENTE DE LA F.I.C. •

Administrar, supervisar y aprobar los estudios y la supervisión de los mismos conforme al Programa Anual de Inversiones correspondiente al proceso de construcción y rehabilitación de carreteras, puentes y otros proyectos relacionados con la Red Vial Nacional.

•

Programar, ejecutar, controlar y evaluar los programas de mantenimiento rutinario, periódico y señalización de la Red Vial Nacional; incluyendo las carreteras, puentes, túneles y demás infraestructura relacionada.

13


14


La

historia

de

los

pavimentos

con

adoquines

se

inicia

prácticamente con nuestra civilización. Cuando se construyeron la Vías Romanas se emplearon bloques de piedra trabajados especialmente para obtener una superficie lisa. La duración de estas vías, muchas de las cuales todavía se pueden visitar, es el mejor testimonio de la calidad de ejecución de dichos trabajos y de la factibilidad del sistema constructivo de pavimentos segmentados. Posteriormente aparecieron las superficies para el rodamiento de vehículos constituidas por adoquines de granito, ejecutadas durante muchos años en diversos países de Europa y luego en América, incluyendo nuestro país. Una variante moderna de estas superficies son los pavimentos de adoquines intertrabados de hormigón. La norma IRAM correspondiente a “bloques de hormigón para pavimentos intertrabados” los define de la siguiente manera, Pavimento Intertrabado: Capa de rodamiento conformada por elementos uniformes macizos de hormigón de alta resistencia denominados “bloques”, que se colocan en yuxtaposición adosados y que debido al contacto lateral permiten una transferencia de cargas por fricción desde el elemento que la recibe hacia todos sus adyacentes, trabajando solidariamente y con posibilidad de desmontaje individual. En la actualidad, el empleo de los pavimentos de bloques intertrabados, de los que las aplicaciones urbanas constituyen una de las mas importantes, ya que dan a los arquitectos y urbanistas la posibilidad de diseñar pavimentos muy atractivos, esta experimentando un fuerte impulso, lo que es fácil de explicar si se consideran las ventajas que presentan como ser: Posibilidad de sacarlos y colocarlos nuevamente en forma simple y económica cuando se requiera instalar o reparar cualquier conexión subterránea, y corregir 15


desnivelaciones superficiales sin perdidas de materiales y sin dejar señales en el pavimento. Posibilidad de reutilizar los bloques lo que representa un valor

residual elevado. Productos

premoldeados

elaborados en plantas industriales con un control cuidadoso en la calidad del material y dimensiones del bloque. Habilitación al tránsito inmediatamente después de su colocación. Propiedades propias del hormigón en lo que se refiere a durabilidad, buena adherencia, elevada resistencia al desgaste y excelentes cualidades reflectantes de la luz. Esto último deriva en un ahorro considerable en energía utilizada en la iluminación

de

calles.

Diseñado y construido apropiadamente es capaz de soportar cargas muy altas, como las existentes en puertos, aeropuertos y patios de instalaciones industriales. Los pavimentos de adoquines también tienen ciertas limitaciones: Debido a la rugosidad superficial que presentan no es recomendable su utilización en calles con velocidades de circulación superiores a 60/65 Km./h. Esta limitación se convierte en ventaja para calles residenciales de baja intensidad de tránsito y poca densidad de semáforos. A velocidades mayores el conductor percibe molestas vibraciones que lo obligan a disminuir la marcha. Un párrafo especial merece la utilización de esta alternativa en la Patagonia. Es sabido por todos los que habitamos en ella que el clima es un factor condicionante para todo tipo de obra que se realice al aire libre, esto hace que en épocas de invierno transcurran muchos días sin que se puedan ejecutar obras a la intemperie (período de veda), por eso es bueno tener una alternativa de este tipo que haría que la gente pueda trabajar en la prefabricación de estos bloques, bajo techo, para en épocas más agradables

instalarlos.

Este

tipo

de

pavimento

se

utiliza

fundamentalmente en: calles públicas y privadas, veredas, plazas, 16


sendas peatonales, patios, playas de estacionamiento, estaciones de servicio, centros comerciales, pisos industriales, puertos y aeropuertos.

Ejemplos de aplicación cercanos tenemos, una cuadra en la calle Atagualpa Yupanqui entre Jornada y Chubut - Barrio Roca (Comodoro Rivadavia) y la playa de maniobras del puerto de Caleta Paula (Caleta Olivia) con una superficie pavimentada de alrededor de 14.000 metros cuadrados, equivalente a 16 cuadras como la ejecutada en el barrio Roca. (Colaborador del articulo: Alvaro Granados, versión original: Petroquímica Comodoro Rivadivia S.A.)

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TIPOS DE PAVIMENTO Actualmente no existe una clasificación universal generalizada, debido a que se tienen diversos criterios para plantear la clasificación de los pavimentos; por lo tanto, podemos mencionar que estos se clasifican según: •

Su número de capas.

•

El lugar donde se ubican o prestan servicios.

•

La forma en que trasmiten la carga a la subrasante.

•

Los materiales de que están constituidos.

•

Su calidad o clasificación de su costo.

Siendo los más importantes: 1.Por el lugar donde se ubican o prestan servicios •

Pavimentos para viviendas y alrededores

•

Pavimentos para zonas urbanas.

•

Pavimentos para carreteras y autopistas: hecho a base de suelo estabilizados, pavimentos bituminosos, concreto asfáltico o concreto de cemento Portland.

18


Pavimentos para aeropuertos.

•

Pavimentos para malecones portuarios y muelles o puertos.

2.Por la forma en que trasmiten la carga a la subrasante. Esta clasificación es la de mayor importancia para la elección del tipo de pavimento en carreteras, pueden ser: PAVIMENTO RÍGIDO. Son aquellos en los que la capa de cortadura está constituida por una losa de concreto de cemento Portland, ya sea de tipo ciclópeo o armado, transmitiendo las cargas uniformemente a una superficie considerable. Este tipo de pavimento puede llegar a tener una resistencia a la tracción hasta de 50 kg./cm2, con lo que las losas se comportan como pequeños puentes en zonas de debilidad del cimiento. PAVIMENTO FLEXIBLE Son aquellos que tienen una base granular semi-granular semi-rígida de rodadura conformada por una mezcla flexible de alquitrán o asfáltico. Las cargas que soportan esto pavimentos son transmitidas a la subrasante y a distancias próximas del punto de aplicación de las cargas. PAVIMENTO MIXTO.

19


Estos pavimentos se caracterizan por ser una combinación

de los

rígidos con los flexibles, siendo el primero de estos el que actúa como base y el segundo como capa de rodamiento.

La principal desventaja de los pavimentos mixtos es su elevado costo, es por esta razón que no son muy utilizados. PAVIMENTOS CON AFIRMADO. Son aquellos que tienen solamente un revestimiento superficial de mezcla de suelo, sin tratamiento y están constituidos por materiales que existen en la zona del proyecto. Estos materiales pueden ser: Roca triturada, grava y material ligante (arcilla). 3.Elección del tipo de pavimento Para la elección se debe considerar aspectos técnicos y económicos. Entre ls de índole puramente técnico están: tipo y volumen de tránsito, capacidad portante de la subrasante, disponibilidad de los materiales requeridos para su construcción, mano de obra, equipo y herramientas disponibles; entre los de carácter económico se tienen: costo de la inversión, tiempo de su construcción, durabilidad, conservación y mantenimiento. Muchas veces entran a tallar otros factores ajenos a los mencionados y pueden ser: de carácter administrativo, social, político, etc. 4.Diseño del pavimento elegido 20


Para determinar el espesor de un pavimento, en particular de cada una de las capas que lo componen y el tipo de superficie asfáltica más adecuado, se tendrá en cuenta primeramente los siguientes factores: •

Análisis de la intensidad de tránsito.

•

Capacidad portante del suelo de fundación.

•

Materiales aprovechables de la zona.

•

Análisis económico.

•

Carga de diseño.

5.Terminología del pavimento flexible a) Terreno de fundación: es el terreno que sirve de fundación del pavimento después de haber sido terminado el movimiento de tierras y que, una vez compactados, tiene las secciones transversales y pendientes especificadas en los planos. b) Subrasante: es la parte superior del terreno de fundación. c) Subbase: es la capa de material seleccionado, que se coloca encima de la subransante. d) Base: capa de material pétreo, mezcla de suelo cemento, mezcla bituminosa, o piedra triturada, que se coloca encima de la subbase. e) Capa de rodamiento: es la que se coloca encima de la base y está formada por una mezcla bituminosa o de concreto. 21


f) Carpeta de desgaste o sello: es la que se coloca sobre la capa de rodamiento y está formada por una mezcla bituminosa. Encima de esta carpeta se coloca, aveces, un riego de arena picada menuda.

g) Superficie rasante: es la que soporta el tránsito de los vehículos motorizados. MEJOR USO DE LOS PAVIMENTO FLEXIBLES Y PAVIMENTOS RIGIDOS ¿CUAL ES EL MEJOR? Cuando tenemos que decidir sobre la elección del tipo de pavimento a utilizar generalmente optamos por el de menor costo inicial, sin embargo esta decisión no siempre es la más conveniente, pues se dejan de lado aspectos tan importantes como los costos de mantenimiento y de operación, o como el tiempo de duración de la vida de servicio Este tipo de decisiones resulta frecuente en el caso de pavimentos urbanos, no pasa lo mismo con el pavimento de carreteras, donde prácticamente existe exclusividad de los pavimentos flexibles Por eso es importante establecer cualitativamente los principales aspectos que deben tomarse en cuenta al momento de la elección, tales como la equivalencia estructural, la textura superficial y los costos. VIAS PÚBLICAS Y SU TRANSITO:

22


EL TRANSITO.- Interesan para el dimensionamiento de los pavimentos las cargas mas pesadas por eje (simple, tándem o tridem) esperada en el carril de diseño (el mas solicitado, que determinara la estructura del pavimento de la carretera) durante el periodo de diseño aprobado. Transporte, medio de traslado de personas o bienes desde un lugar hasta otro. El transporte comercial moderno está al servicio del interés público e incluye todos los medios e infraestructuras implicados en el

movimiento de las personas o bienes, así como los servicios de recepción, entrega y manipulación de tales bienes. El transporte comercial de personas se clasifica como servicio de pasajeros y el de bienes como servicio de mercancías. Como en todo el mundo, el transporte es y ha sido en Latinoamérica un elemento central para el progreso o el atraso de las distintas civilizaciones y culturas. Ya en el periodo precolombino los incas poseían un rudimentario pero eficiente sistema de caminos interconectados a lo largo y ancho de su Imperio, por el cual trasladaban distintos tipos de mercaderías. Bien a pie o a lomo de llamas sus mercaderías lograban llegar a destino. A veces a través de puentes de cuerdas entre las montañas. Otros pueblos utilizaron canoas o botes como medio de comunicación. 2°- SEMANA ESTRUCTURAS DEL PAVIMENTO. 3.- FACTORES QUE DEPENDEN DE LA ESTRUCTURA DE UN

23


PAVIMENTO. En la elección del pavimento se debe tener en consideración los siguientes factores: •

Capacidad portante del terreno de fundación.

•

Volumen del tráfico y tipo de cargas.

•

Aspectos climatológicos.

4.- SELECCIÓN DEL TIPO DE PAVIMENTO. Para elegir el tipo de pavimento, se tendrá en cuenta el terreno natural, la economía en la construcción, las cargas a soportar, la presión de los neumáticos, intensidad de tráfico, climatología, efectos de las heladas. Generalmente los pavimentos flexibles son más apropiados en suelos granulares y en general en suelos con alta capacidad portante, en cambio los pavimentos rígidos se adaptan mayormente a terrenos arcillosos, de baja capacidad portante y sobre todo en lugares expuestos a considerables cambios en el contenido de humedad. Convienen recalcar que en la elección del tipo de pavimento, influirá de manera decisiva el factor económico, a no ser que condiciones de orden técnico

exijan

predeterminado.

zonas

construidas

con

tipo

de

pavimento

Para nuestro caso hemos elegido un pavimento

flexible por las razones expuestas anteriores.

24

un


5.-

CARACTERÍSTICAS

Y

ESPECIFICACIONES

DE

LAS

DIFERENTES CAPAS Y SUPERFICIES DEL PAVIMENTO. El pavimento consta básicamente de las siguientes características importantes de las capas que lo conforman. A.- TERRENO DE FUNDACIÓN. Su función es servir de cimentación o fundación al pavimento después que se han realizado los trabajos de excavación y/0 terraplenado, y que luego de compactado deberá tener el alineamiento, pendiente y sección transversal diseñada geométricamente que suelen mostrarse en los planos de obras. De su resistencia o calidad de soporte depende, en gran medida el espesor y número de capas que tendrá la estructura , así como el equipo requerido para su habilitación. El terreno de fundación puede ser. •

PESINO. Cuando está constituido de materia orgánica, en lo posible debe desecharse este material y sustituirlo por otro de mejor calidad.

•

MALO.- cuando se halla formado por un suelo fino limoso, arcillosos, susceptible d saturación, en este caso se debe colocar una capa de sub-base granular.

•

REGULAR O BUENO .- formado por un suelo bien graduado que no ofrece peligro de saturación, en este caso se podría prescindir de una capa de sub base.

25


EXCELENTE.- cuando la capacidad portante del terreno de fundación es elevada, en este caso bastara colocar solamente una capa de rodadura.

B.- SUBRASANTE. Es la superficie superior del terreno de fundación sobre el cual se forma la estructura pavimentaría. su forma, dimensiones e inclinación deben corresponder a lo indicado en los planos. C.- SUB BASE. Capa de material seleccionado que se ubica entre la subrasante y la capa inferior de la base. Tienen importancia estructural, sirviendo como capa

anticontaminante

y

drenante

y

debe

además

distribuir

convenientemente los esfuerzos a la subrasante que le son transmitidos por la base.

También controla o elimina los cambios volumétricos,

elasticidad y plasticidad perjudiciales del terreno de fundación, así como la ascensión capilar de las aguas que provienen de la napa náutica, y/o freática. Las especificaciones que se debe tener en cuenta para la sub-base son. •

Los materiales que se emplean en una capa de sub-base, deben tener una capacidad portante mayor que la de los materiales de la subrasante.

•

El porcentaje de finos que pasa por el tamiza nª 200 no debe ser mayor que el 8%

La AASHTO, en sus especificaciones considera que: 26


El desgaste por abrasión sea igual o menor al 50%. La fracción que pasa por el tamiz Nº 200 debe ser menor o igual que las 2/3 partes de la fracción que pasa por el tamiz, Nº 40, además indica que el material debe tener una granulometría dentro de los límites indicados en la tabla. Nº 5 TABLA Nº 5.

REQUISITOS DE GRANULOMETRIA PARA BASE Y SUB BASE.

27

TAMIZ

% EN PESO DEL MATERIAL QUE PASA POR SECO

PULGADA

A

B

C

D

E

F

2”

100

100

-

-

-

-

1”

-

75-95

100

100

100

100

3/8”

30-65

40-75

50-85

60-100

-

-

Nº 4

35-65

30-60

35-65

50-85

55-100

70-100

Nº 10

35-55

20-45

25-50

40-70

40-100

55-100

Nº 40

15-40

15-30

15-30

25-45

20-50

30-70

Nº 200

8-20

5.20

5-15

5.20

6-20

8-25


D.- BASE. Es la capa que constituye el principal elemento estructural de un pavimento flexible y

se ubica sobre la sub. base,(o el terreno de

fundación) y debajo de la capa de imprimación. Deberá absorber los esfuerzo

que

originan

las

cargas

vesiculares

y

repartirlos

satisfactoriamente, a la capa inferior. Generalmente se la forma con materiales granulares seleccionados, piedra, triturada, grava o suelos estabilizados. Las especificaciones que se deben tener en cuenta son: 1)

Ser resistente a los cambios de humedad y temperatura.

2)

El porcentaje de desgaste debe ser inferior al 50%.

3)

El límite líquido del material que pasa por el tamiz nª 40 debe ser menor que el 25% y con un índice de plasticidad menor al 6%.

4)

La fracción que pasa por la malla Nº 200 no debe exceder de la mitad y en ningún caso de los 2/3 de la fracción que asa por el tamiz Nº 40.-

5)

La capacidad portante C.B.R, debe ser superior al 50%.

6)

Además la AASHTO dice que el agregado grueso retenido en el tamiz Nº 10 debe estar formado por partículas duras y resistentes como piedra, grava, escoria, cumpliendo con los requisitos e granulometría de la tabla N1 5.

E.- CAPA IMPRIMANTE. 28


Es la capa de espesor bastante reducido que se vierte sobre la superficie superior de la base, con el objeto de servir como ligante entre la base y la capa de rodadura. el material usado es asfaltado de curado medio. F.- CAPA DE RODADURA. Es el espesor o porción de material construido sobre la capa imprimante Se genera mediante mezcla íntima de agregados gruesos y finos, con cemento asfáltico, asfalto líquido o emulsiones asfálticas o también mediante tratamiento asfáltico superficiales formados por capas superpuesta de asfalto líquido y agregados esparcidos y compactados apropiadamente. Su funciones primordiales son:

•

Proteger la base contra las aguas de lluvia.

•

Contribuir al aumento de la capacidad soporte del pavimento, espacialmente si su espesor es apreciable (mayor de 7.5 cm).

•

Evitar que la base se desintegre o se desgaste por el tránsito vehicular y proporcionar una superficie adecuada al flujo vehicular.

CAPA DE DESGASTE O SELLO. Es la delgada capa o faja de material bituminoso que se coloca sobre la capa de rodadura. tienen como función sellar la superficie a fin de 29


impermeabilizarla, así como proteger la capa de rodadura contra la acción abrasiva de las ruedas de los vehículos. Los materiales empleados pueden ser asfalto líquido, emulsionados, o de penetración, así como alquitranes, pudiendo llevar o no una cubierta secante de arena o agregado fino. H.- SUPERFICIE RASANTE. Es la pare superior y exterior del pavimento sobre el cual discurren directamente los vehículos automotores. 6.- DISEÑO DEL ESPESOR DEL PAVIMENTO. Existen diversos métodos para el diseño de n pavimento flexible, las que tienen sus bases en consideraciones que van desde las puramente teóricas por la cual no existe un método definitivo que pueda aplicarse con absoluta seguridad. ENSAYO DE CBR: 1-LABORATORIO DE GEOTECNIA: Introducción: Existen una serie de parámetros referentes al terreno que son indispensables en cualquier construcción u obra de ingeniería civil. Muchos de estos parámetros se obtienen a partir de ensayos realizados en el laboratorio. El objetivo de este documento es nombrar algunos de los ensayos más frecuentes y explicar de forma general que metodología seguimos y cual es el fin de cada uno.

30


Cuarteo de muestras: Para poder realizar los diferentes ensayos, la primera tarea que hacemos al recibir una muestra es cuartearla, es decir, dividirla en diferentes partes igualmente representativas. Para que los ensayos sean válidos, las diferentes proporciones de muestra que tomaremos para ensayar

han

de

tener

los

mismos

rangos

y

proporciones

granulométricas. Es importante realizar un cuarteo correcto ya que sino el comportamiento de los materiales seria diferente en uno y otro ensayo y los resultados no serian coherentes. Para poder realizar el cuarteo, antes, hemos de preparar la muestra: si está húmeda la hemos de poner a secar en bandejas debajo de lámparas de infrarrojos, por otro lado, si la muestra es un suelo que viene en forma de sondeo lo hemos de disgregar con una maza que deberá ser de madera para no romper los cantos que pueda tener esta. Una vez preparada para cuartear, lo que hacemos es pasar la muestra diversas veces por una cuarteadora que nos separa o divide la muestra en dos partes igualmente representativas. El número de partes que hacemos de cada muestra es función de los ensayos que debamos realizar. Cada ensayo requiere una cantidad concreta de muestra: -Ensayo Proctor:.................28kg (hacemos 4 sacos de 7kg cada uno). -Ensayo C B R : .............19kg (hacemos un único saco de 19kg). -Granulometrías y límites:...3kg (entre 1.5 y 2kg para la granulometría y el resto para límites) Generalmente la muestra sobrante se guarda para tener muestra disponible en caso de necesidad (repetir un

31

-ensayo etc).


Ensayo Proctor: El ensayo Proctor (Proctor en honor a quien lo desarrolló) es un ensayo de compactación de suelo que tiene como finalidad obtener la humedad óptima de compactación de un suelo para una determinada energía de compactación. La humedad óptima de compactación es aquella humedad (%de agua) para la cual la densidad del suelo es máxima, es decir que cantidad de agua le hemos de añadir a un suelo para poderlo compactar la máximo con una energía concreta. Para encontrar este parámetro lo que hacemos es realizar 4 ensayos con un mismo suelo (uno por saco de muestra preparada) pero con diferentes humedades de forma que después de haber realizado las compactaciones obtendremos 4 densidades de este suelo para 4 humedades diferentes, no obstante estas no son las humedades óptimas, pero si que podemos usarlas para obtener la humedad óptima mediante interpolación. Es decir que situando los 4 valores obtenidos en una gráfica Densidad respecto % de Agua obtendremos 4 puntos que nos permitirán trazar una curva, de manera que el punto más alto de la curva será el de mayor densidad y por tanto el de la humedad óptima.

32


Ensayo CBR: El ensayo CBR(California Bearing Ratio) mide la carga necesaria para penetrar un pistón de dimensiones determinadas a una velocidad previamente fijada en una muestra compactada de suelo después de haberla sumergido en agua durante cuatro días y de haber medido su hinchamiento. El hecho de sumergir la muestra se debe a que así podemos preveer la hipotética situación de acumulación de humedad en el suelo después de la construcción. Por tanto después de haber compactado el suelo y de haberlo sumergido, lo penetramos con un pistón el cual va conectado a un pequeño "plotter" que nos genera una gráfica donde se nos representa la carga respecto la profundidad a la que ha penetrado el pistón dentro de la muestra. Esta gráfica suele ser una curva con el tramo inicial recto y el tramo final cóncavo hacia abajo (si el tramo inicial no es recto se corrige). Una vez tenemos la gráfica miramos los valores de la carga que soportaba el suelo cuando el pistón

33


se había hundido 2.5 mm y 5mm y los expresamos en tanto por ciento, tomando como índice CBR el mayor de los porcentajes calculados.

Análisis Granulométrico: El análisis granulométrico tiene como objetivo determinar la proporción de las diferentes granulometrías que presenta un suelo, es decir, mediante este análisis sabemos que cantidad de suelo comprende cada intervalo granulométrico. Para realizar este ensayo tomamos la muestra inicial y la separamos en finos (los que pasan por el tamiz 2 y son retenidos por el tamiz 0.06) de los gruesos (los que son retenidos por el tamiz 2), y haremos el análisis de unos y otros por separado pero antes los lavaremos con meta fosfato sódico por tal de eliminar las partículas más finas que pueden quedar enganchadas en la superficie de los granos. Después de haber lavado la muestra, tomamos los gruesos y los pasamos por los tamices dispuestos en serie, desde el tamiz número 5 hasta el tamiz número 0.25 y después pesamos y anotamos la cantidad de suelo retenido por cada tamiz. El tamizado se suele realizar con una tamizadora automática, que puede ser de diferentes modelos. Luego 34


hacemos los mismo con los finos pero esta vez con la serie que va del 2 hasta el 0.25. Una vez conocemos la cantidad de suelo (en peso) que cae en cada intervalo granulométrico, es decir la cantidad de suelo retenida por cada tamiz, hacemos una gráfica donde representamos la cantidad de suelo respecto el tamaño de grano lo que nos dará una curva más o menos recta en función de las características del suelo. De esta forma suelos con curvas similares tendran un comportamiento granulométrico similar.

Ángeles: Este ensayo pretende determinar la resistencia al desgaste de los gruesos que forman un suelo. Para poderlo realizar necesitaremos 2.53kg de muestra de tamaño comprendidio enre los tamizes 10 y 2.5, y 2.5-3kg de tamaño comprendido entre 12.5 y 15, cantidades que normalmente tomamos del sobrante de muestra. Una vez tenemos las cantidades de muestra adecuadas las pesamos y a continuación las pasamos por separado por la centrifugadora de bolas de acero, sometiendo primero a 500 revoluciones a la muestra entre el 10 y el 35


12.5, y luego a otras 500 recovoluciones a la muestra de entre 12.5 y 15. Esta centrifugadora desgasta las muestras de forma que en función de su dureza o resistencia, estas se desgastaran más o menos. Una vez desgastadas y lavadas, volvemos a pesar las muestras, y la diferencia de peso inicial y final nos dara la cantidad de muestra que se ha perdido lo

que

nos

indicará

el

desgaste

de

estos

materiales.

Calculo del límite líquido, límite plástico y índice de plasticidad: Se entiende por límite líquido, la humedad que tiene un suelo amasado con agua y colocado en una cuchara de Casagrande cuando el surco realizado con un acanalador que divide esta masa en dos mitades se junta a lo largo de su fondo en una distancia de 13mm después de haber dejado caer 25 veces la cuchara desde una altura de 10mm con una cadencia de 2 golpes por segundo. Para realizar este ensayo usamos muestra de tamaño inferior al tamiz 0.5 (básicamente arcillas) y la amasamos usando espátulas, después llenamos la cuchara y le hacemos un surco con el acanalador normalizado. Una vez hemos hecho el surco vamos contando los golpes que le damos a la cuchara mediante la manivela y no paramos de dar golpes hasta que las dos mitades separadas por el surco se toquen, o que el número de golpes sea mayor de 40 (muestras casi secas). Este proceso lo repetiremos 3 veces, y en el primero deberemos obtener un valor de golpes cercano a 20, en el siguiente un valor cercano a 25, y en el último un valor alrededor de 30 golpes. Para cada cuchara llena tomaremos un poco de muestra y la introduciremos en una cápsula por tal de determinar su humedad. Después proyectamos en una gráfica el número de golpes respecto la humedad registrada cada vez y obtendremos una recta en cual interpolaremos los 25 golpes por tal de conocer el límite líquido. 36


Para calcular el límite plástico usamos el resto de la masa que hemos utilizado para calcular el límite líquido y con esta haremos unos cuantos fideos de barro sobre un cristal esmerilado por tal de secarlos a medida que los vamos amasando. Cuando vemos que el barro de los fideos se empieza a agrietar querrá decir que el barro ya empieza a estar seco y situamos los fideos dentro de una cápsula con el fin de determinar más tarde su humedad. Después de haber llenado las tres capsulas de esta manera y de haber calculado sus respectivas humedades hacemos la media aritmética de los tres valores y obtendremos el límite de plasticidad. El índice de plasticidad lo obtenemos haciendo la resta del límite líquido y del límite plástico.

Cálculo de la densidad aparente: Entendemos por densidad aparente la densidad de la muestra" in situ", es decir la densidad de la muestra en su lugar de origen, por tanto esta la hemos de calcular en muestras inalteradas. Para calcular la densidad aparente de una muestra primero la pesamos, a continuación la cubrimos con una capa de parafina sumergiéndola en una cazuela con parafina caliente por tal de impermeabilizarla. Una vez hemos impermeabilizado la muestra con la parafina caliente la volvemos a 37


pesar y la diferencia de peso dividida por la densidad será el volumen que hemos añadido. Después tomamos la muestra parafinada y la pesamos con una balanza hidrostática lo que nos dará el volúmen total de la muestra. Para conocer la densidad aparente dividimos el peso calculado

al

inicio

por

su

volúmen.

Equivalente de Arena: El equivalente de arena (EA) se define como el cuociente multiplicado por 100 de la altura de la parte arenosa sedimentaria y de la altura total de finos floculados depositados en una probeta. Para realizar este ensayo necesitaremos dos porciones de muestra de unos 120 grs cada una que pase por el tamiz 5. Hay que decir que como trabajamos con dos muestras, las diferentes operaciones que realizamos las hacemos con una diferencia de 2 o 3 minutos entre la primera y la segunda muestra. Cada una de estas muestras se sitúa en una probeta en la cual previamente hemos añadido solución desfloculante. Una vez hemos introducido la muestra en las probetas y hemos eliminado la burbujas que se hayan formado al vertir el suelo dejamos reposar cada probeta 10 minutos. Después tapamos la probeta y la agitamos manteniéndola horizontal haciendo unos 90 ciclos en unos 30 segundos. A continuación tomamos la probeta y con una varilla acanalada introducimos más líquido desfloculante por el fondo de la muestra por tal de poner en suspensión las partículas más finas. Después dejamos reposar cada probeta 20 minutos y medimos en cada una la altura (respecto a la base) a la que llegan los finos y también la altura a la que llegan los gruesos. Para obtener el valor del equivalente de arena dividimos para cada probeta la altura de los gruesos entre la altura de los finos y lo multiplicamos por 100 de manera que obtenemos un valor para cada 38


probeta, y para que el ensayo resultante se considere válido el resultado obtenido para cada probeta no puede diferir en más del 2%.

Ensayo de Corte Directo: El ensayo de corte directo tiene como objetivo determinar la resistencia al esfuerzo cortante de una muestra, valor que entre otras cosas nos será muy util para el cálculo de la estabilidad de taludes. La resistencia al esfuerzo cortante en el suelo se debe a dos componentes: la cohesión, aportada por la fracción fina del suelo y responsable a su vez del comportamiento plástico de este, y el rozamiento interno entre las partículas granulares. Hay que decir que la resistencia al esfuerzo cortante, en obras de tierras para carreteras se puede hallar de forma indirecta mediante otros ensayos como el del índice C.B.R, o también, aunque se realiza con menos frecuencia, mediante el ensayo de rotura a compresión simple.

39


El ensayo de corte directo se realiza sobre una muestra de suelo situada dentro de una caja de metal dividida en dos piezas: la mitad superior y la mitad inferior. Simultáneamente la muestra es sometida a una carga normal constante y a un esfuerzo lateral que se va incrementando de forma progresiva. Mientras realizamos el ensayo vamos tomando nota del esfuerzo aplicado y el desplazamiento producido entre los dos bloques, datos que más tarde proyectaremos en una gráfica a partir de la cual podremos obtener la resistencia al corte de esa muestra para la carga normal aplicada. Repetiremos el ensayo un mínimo de dos veces con diferentes cargas normales, de forma que proyectando los diferentes valores en una gráfica esfuerzo normal respecto resistencia al corte podremos encontrar la envolvente de Mohr del material, con lo que ello implica: cohesión y ángulo de rozamiento interno.

MODULO “K” DE REACCION DE SUBRAZANTE

40


MODULO DE REACCION DE DISEÑO “K”. Un factor de relativa importancia en el diseño de espesores de un pavimento de hormigón es la calidad del suelo que conforma la subrasante. Esta, usualmente se refiere al módulo de reacción de la subrasante k, que representa la presión de una placa circular rígida de 76 cm. de diámetro dividida por la deformación que dicha presión genera. Su unidad de medida es el Kg./cm2/cm. (Kg./cm3). Debido a que el ensayo correspondiente (Norma AASHTO T222-78) es lento y caro de realizar, habitualmente se calcula correlacionándolo con otro tipo de ensayos más rápidos de ejecutar, tales como la clasificación de suelos o el ensayo CBR. Sub-rasante:

------------------------(kg /cm3 )C.B.R.< 10 % Sub-base granular:

-------------------------(kg /cm3 ) C.B.R. >10 %

•

Kc = Módulo de reacción corregido.

•

Kb = Módulo de la base.

•

h = Espesor de la sub-base.

Sub-base rígida: (base tratad 41

ING. PEDRO FELIX DOROTEO NEYRA – DOCENTE DE LA F.I.C. donde: por útimo:

Las características de drenabilidad se expresan a través de un coeficiente de drenaje de la sub-base (Cd), cuyo valor depende del tiempo en que ésta se encuentra expuesta a niveles de humedad cercana a la saturación y del tiempo en que drena el agua. El primer factor indicado depende, a su vez, del nivel de precipitaciones de la zona, altura de la rasante, bombeo o inclinación transversal, sistema de saneamiento superficial, etc. El segundo factor depende de la calidad de los materiales de sub-base, existencia de drenaje y propiedades de permeabilidad de la subrasante.

VENTAJAS Y DESVENTAJAS RELATIVAS ENTRE LOS PAVIMENTOS RIGIDOS Y FLEXIBLE

CONCEPTO

TIPO DE PAVIMENTO RIGIDO

Costo Inicial

+

Costo de Mantenimiento Facilidad en la Construcción 42

FLEXIBLE

---

+

+ --


Resistencia al ataque por sulfatos

--

Resistencia a los combustibles Requerimiento de espesores Reflexión de la luz

+ +

--

-+

+

--

EQUIVALENCIA ESTRUCTURAL

Esta referida a la capacidad de dos pavimentos diferentes para soportar solicitaciones iguales y se expresa en términos del Numero Estructural, el cual se obtiene de multiplicar ciertos Coeficientes de Resistencia Relativa propios de cada tipo de material del que esta conformados los pavimentos, por los respectivos espesores., estos coeficientes han sido obtenidos en forma empírica, son los que a continuación se muestran:

3ª.- SEMANA DE ASFALTO.

Origen de Asfalto Es muy conocido que el término "bitúmen" se originó en Sánscrito, donde la palabra "jatu" significa alquitrán y "jatubrit" significa la creación de alquitrán, palabra referida al alquitrán producido por resinas de algunos árboles. El equivalente en latin fue originalmente "gwitu43


men" (cercano al alquitrán) y por otros "pixtu-men" (alquitrán burbujeado), cuya palabra fue acortada subsecuentemente a "bitumen" pasada luego del francés a ingles. Existen varias referencias al asfalto en la Biblia, aunque la terminología usada puede ser bastante confusa. En el libro del Génesis se refiere al impermeabilizante del Arca de Noe, el cual fue preparado con y sin alquitrán y de la aventura juvenil de Moisés en "Un Arca de Espadaña, pintarrajeada con lodo y con alquitrán". Aun más confusas son las descripciones de La Torre de Babel. La Versión Autorizada de la Biblia dice: "Ellos tenían ladrillos por rocas y lodo para mortero", la nueva versión autorizada dice: "Ellos usaron ladrillos en vez de piedra y alquitrán en vez de mortero". La traducción de Moffat en 1935 dice: "Ellos usaron ladrillos en vez de piedras y asfalto en vez de mortero"; así como en la nueva versión oficial de la Biblia en español. Tampoco es desconocido que los términos bitúmen, alquitrán y asfalto son intercambiables. Los primeros usos del asfalto En las vecindades de depósitos subterráneos de crudo de petróleo, laminas de estos depósitos pueden verse en la superficie. Esto puede ocurrir por fallas geológicas; la cantidad y naturaleza de este material que se observa naturalmente depende de un número de procesos naturales, los cuales pueden modificar las propiedades del material. Este producto puede ser considerado un "asfalto natural", a menudo siendo acompañado por materia mineral, y la mezcla y dependiendo de las circunstancias por las cuales hayan sido mezcladas.

44


Existen por supuesto grandes depósitos de crudo de petróleo en el medio ambiente y por miles de años estos han correspondido a láminas superficiales de asfalto "natural". Los antiguos habitantes de esas zonas no

apreciaron

rápidamente

las

excelentes

propiedades

impermeabilizantes, adhesivas y de preservación que tenia el asfalto y rápidamente dejaban de usar este producto para su disposición final. Por mas de 5.000 años el asfalto en cada una de sus formas ha sido usado como un impermeabilizante y/o agente ligante. Los sumerios, 3.800 AC, usaron asfalto y se recuerda este como el primer uso de este producto. En Mohenjo Daro, en el valle Indus, existen tanques de agua particularmente bien preservados los cuales datan del 3.800 AC. En las paredes de este tanque, no solamente los bloques de piedra fueron pegados con un asfalto "natural" sino que también el centro de las paredes tenía "nervios" de asfalto natural. Este mismo principio se usa actualmente en el diseño de modernos canales y diques. Se cree que Nebuchadnezzar fue un hábil exponente del uso del asfalto debido a que existe la evidencia que el usaba el producto para impermeabilización de los techos de sus palacios y como un ingrediente en sus caminos empedrados. El proceso de momificación usado por los antiguos egipcios también testifica las cualidades preservativas del asfalto, aunque es una materia de disputa si se usó asfalto en vez de resinas. Los antiguos usos "naturales" del asfalto descriptos arriba no persisten en dudas en aquellas partes habitadas del mundo donde estos depósitos de asfalto natural estaban fácilmente disponibles. En consecuencia esto parece haber sido poco desarrollo del arte en algún otro sitio. No fue hasta el fin del siglo XIX que alguno de los presentes mayores usos del 45


asfalto fueron introducidos. Sin embargo, esto parecía haber sido algún conocimiento de carpetas alternativas en el periodo intermedio como esta en la grabación que Sir Walter Raleigh, en 1.595 proclamo el lago de

asfalto

que

encontró

en

Trinidad

para

hacer

el

mejor

impermeabilizante utilizado en el acollado de barcos. En la mitad del siglo XIX se intenta que el asfalto fuera manufacturado para utilizarse superficies de carreteras. El mismo provenía de depósitos naturales europeos. Así fue como se comenzaron a utilizar productos naturales que se obtenían del suelo, dando la llegada al carbón, alquitrán y luego el asfalto manufacturado a partir del crudo de petróleo. Durante el siglo XIX el uso del asfalto estaba limitado por su escasa disponibilidad, no obstante lo cual a mediados del mismo, la roca asfáltica participaba en la pavimentación de calles en Europa y después de 1.870, en USA. El aporte intensivo del asfalto en obras viales ocurrió a principios del siglo XIX debido a dos acontecimientos casi simultáneos: la aparición del automotor con rodado neumático -que sustituyó a la llanta maciza de caucho ideada en 1.869- y la explotación masiva del petróleo cuya industrialización lo convirtió en productor principal de asfaltos. En el primer paso, el automóvil obtuvo pronto el favor del público que reclamó buenos caminos para mayor seguridad y confort. El transporte carretero comercial creó la dependencia "camión-camino" exigiendo amplias carreteras para más y mejores vehículos. En el segundo caso, el petróleo produjo importantes volúmenes de asfaltos aptos para un directo uso vial (cementos asfálticos) y asfaltos diluidos con las fracciones livianas (CUT-BACK). Las emulsiones bituminosas de tipo aniónico aparecieron por entonces (1.905) como paliativo del polvo, 46


mientras que las catiónicas lo hicieron entre 1.951 y 1.957 en Europa y EE.UU. respectivamente; en Argentina las aniónicas comenzaron a producirse a mediados de la década del '30 y las catiónicas a fines del '60. Tanta actividad volcada al campo vial hizo que se hablara de la "era del automóvil y la construcción de carreteras". Los primeros trabajos asfálticos en calles y caminos fueron hechos con procesos sencillos para distribuir tanto el ligante como los áridos (a mano), apareciendo luego lanzas con pico regador y bomba manual. El ritmo de las obras viales y la necesidad de mejorar los trabajos y reducir costos hizo progresar la operación vial. Los métodos manuales se mecanizaron apareciendo:

regadores

de asfalto

a

presión,

distribuidores de piedra, aplanadoras vibrantes, rodillos con neumáticos de presión controlada, etc. Las mezclas asfálticas en sitio cambiaron niveladoras y rastras por motoniveladoras y plantas móviles o fijas. Las primeras mezclas calientes irrumpieron en el mercado alrededor de 1.870 con plantas intermitentes (pastones) de simple concepción. Hacia 1.900 se había mejorado su diseño incluyendo tolvas de árido, elevadores de materiales fríos y calientes, secadores rotativos, tanques para acopiar asfalto, mezcladoras que permitían cargar vagones a camiones. Entre 1.930 y 1.940 se incorporan cintas transportadoras, colectores de polvo y otros aditamentos, en las décadas del 50 y 60 se desarrollan plantas de mayor capacidad, hacia 1.970 se introducen sistemas computarizados para dosificación y controles de elaboración, polvo y ruido. Todo este proceso mantuvo la operatoria fundamental: secado-cribado-proporcionado-mezclado. En 1.910 existían en EE.UU. pequeñas plantas en caliente, de mezclado en tambor que hacia 1.930 fueron reemplazadas por las de mezclador 47


continuo, de mayor producción. En 1.960 el procedimiento de secado y mezclado en tambor fue rescatado y actualmente estas plantas (tambor mezclador) producen mezclas de gran calidad y compiten además en el reciclado de pavimentos. Los silos para acopio de mezcla caliente forman parte de las plantas de tambor mezclador; también suelen encontrarse estos sitios en instalaciones discontinuas para independizar las operaciones de carga de los camiones, o silos de gran capacidad, dotados de revestimiento aislante, permiten al acopio de mezcla caliente durante varios días conservando su trabajabilidad. La terminadora o pavimentadora asfáltica, fue introducida por Barber Greene en 1.937, después de siete años de experimentación, luego producidas por otras compañías con algunas variantes, pero manteniendo el esquema operativo original. En el campo de nuevos materiales ingresaron los aditivos: polímeros, fibras, agregados livianos, betunes sintéticos incoloros y mejoradores de adherencia. Los trabajos asfálticos se diversificaron: lechadas bituminosas, micros aglomerados, carpetas de reducido espesor, mezclas drenantes, mezclas o lechadas en color para pisos o como seguridad vial.

48


MATERIALES DE CONSTRUCCION ASFALTOS 1 Generalidades El asfalto es un material ligante de color marrón oscuro a negro, constituido principalmente por betunes que pueden ser naturales u obtenidos por refinación del petróleo. El asfalto se presenta en proporciones variables en la mayoría de los petróleos crudos.

El asfalto es un constituyente del petróleo. La mayoría de los petróleos crudos contienen algo de asfalto, y a veces pueden ser casi enteramente asfaltos. Existen algunos petróleos crudos, sin embargo, que no contienen asfalto. En base a la proporción de asfalto, los petróleos se clasifican por lo común en:

Petróleos crudos en base asfáltica. Petróleos crudos en base parafínica (contiene parafina pero no asfalto). Petróleos crudos en base mixta (contiene parafina y asfalto). 49


El petróleo crudo, extraído de los pozos, es separado en sus constituyentes o fracciones en una refinería. Principalmente esta separación es llevada a cabo por destilación. Después de la separación, los constituyentes son refinados mas cuidadosamente o procesados en productos que cumplan requerimientos específicos. De esta manera es como el asfalto, parafina, nafta, aceites lubricantes y otros productos útiles de alta calidad se obtienen en una refinería de petróleo, dependiendo de la naturaleza del crudo que está siendo procesado.

Debido a que el asfalto es la base o el constituyente pesado del petróleo crudo, no se evapora o hierve cuando es destilado. En consecuencia, el asfalto es obtenido como residuo o producto residual, y es valioso para una gran variedad de usos arquitectónicos o ingenieriles.

El asfalto es además un material bituminoso porque contiene betún, el cual es un hidrocarburo soluble en bisulfuro de carbono (CS2). El alquitrán obtenido de la destilación destructiva de un carbón graso, también contiene betún. Consecuentemente, tanto el petróleo asfáltico como el alquitrán son referidos en forma conjunta, como materiales bituminosos. Sin embargo, el asfalto de petróleo no debe ser 50


confundido con el alquitrán, ya que sus propiedades difieren en forma considerable. El asfalto de petróleo está compuesto casi enteramente por betún, mientras que en el alquitrán el contenido de betún es relativamente bajo. En vista de estas diferencias es necesario que los productos del alquitrán y los asfaltos de petróleo sean considerados y tratados como elementos completamente separados.

El asfalto de petróleo para uso en pavimentos es comúnmente llamado asfalto de pavimentación o cemento asfáltico para distinguirlo del asfalto hecho para otros usos, como ser con propósitos industriales o para techados.

El asfalto para pavimentación a temperatura atmosférica normal (ambiente) es un material negro, pegajoso, semisólido y altamente viscoso. Está compuesto primordialmente de moléculas complejas de hidrocarburos, pero también contiene otros átomos, como ser oxígeno, nitrógeno y sulfuro. Debido a que el asfalto de pavimentación es pegajoso, se adhiere a las partículas del agregado y puede ser usado para cementarlas o ligarlas dentro del concreto asfáltico. El asfalto para pavimentación es impermeable y no lo afecta la mayoría de los ácidos, álcalis y sales. Es llamado un material termoplástico porque se ablanda cuando es calentado y se endurece cuando se enfría. Esta combinación única de características y propiedades es una razón 51


fundamental para que el asfalto sea un material de pavimentación importante.

Los pavimentos asfálticos son a veces, no con toda propiedad, llamados pavimentos flexibles, quizás como consecuencia de que el asfalto sea un material viscoso y termo plástico.

El asfalto de petróleo es el principal asfalto de pavimentación usado actualmente aunque aún se emplee en EE.UU. y otros países asfalto nativo o natural. El alcance del asfalto nativo o natural usado es, sin embargo, relativamente pequeño. En efecto, sólo unos pocos miles de toneladas de asfalto natural se emplean en los EE.UU. cada año, comparado con los 35 millones o más de toneladas de asfalto de petróleo. El asfalto natural es durable y ha sido usado a lo largo de toda la historia. El Asfalto de petróleo moderno tiene las mismas características de durabilidad, pero tiene la importante ventaja adicional de ser refinado hasta una condición uniforme, libre de materias orgánicas y minerales extraños. El asfalto natural no es uniforme y contiene cantidades variables de materias extrañas.

52


2 Tipos de asfaltos que más se usan:

Se exponen los tipos más usados en pavimentos

2.1 Cemento Asfáltico Son asfaltos refinados o una combinación de asfalto refinado y aceite fluidificante de consistencia apropiada para trabajos de pavimentación. Estos pueden proceder de depósitos naturales, que son enormes lagos de asfalto mezclado con un material mineral, agua y otras impurezas. Una vez refinados se puede obtener hasta un 97% de bitúmen. Estos asfaltos refinados son muy duros y se les da la consistencia, mezclándolos con aceites o residuos provenientes de la destilación del petróleo de base asfáltica. Los asfaltos mas usados son los que provienen de la destilación del petróleo. Desde el punto de vista de la obtención de asfaltos, los petróleos se dividen en petróleos de base asfáltica, de base intermedia y de base parafínica. Los asfaltos para pavimentos se obtienen de los dos primeros tipos

mediante destilación, quedando como

residuos de este proceso. La mayor o menor dureza del asfalto depende de las condiciones de destilación, tales como presión, temperatura y tiempo. 53


Estos asfaltos reciben el nombre de "destilado directo" para diferenciarlos de aquellos obtenidos por oxidación, que toman el nombre de “oxidados”, y que son empleados en impermeabilizaciones. El residuo proveniente del petróleo de base parafínica está constituido por parafina Semisólida y coke. El aspecto de este residuo es aceitoso o grasoso y no tiene propiedades cohesivas; al contacto con el aire se oxida lentamente dejando un residuo polvoroso o escamoso que no tiene ningún poder ligante. Los cementos asfálticos se dividen en grados según su dureza o consistencia, que es medida mediante el ensayo de penetración medido en 1/10 mm, valor que es inverso a la dureza. De acuerdo a esto, los cementos asfálticos más comúnmente usados son los siguientes:

CA 40- 50 (En mastic para sellado de juntas de pavimento de hormigón). CA 60 - 70 (En concreto asfáltico). CA 85- 100 (En concreto asfáltico). CA 120- 150(Tratamientos superficiales). Las dos cifras indican los límites máximos y mínimos de la penetración. 54


En la tabla III.13 se indican las especificaciones que deben cumplir estos asfaltos.

- Propiedades o características deseables del cemento asfáltico Para los estudios técnicos y la construcción hay tres propiedades o características del asfalto importantes: (1) consistencia

(llamada

también

fluidez,

plasticidad

o

viscosidad), (2) pureza y (3) seguridad.

a. Consistencia Para caracterizar a los asfaltos es necesario conocer su consistencia a distintas temperaturas, porque son materiales termoplásticos que se licúan gradualmente al calentarlos. Consistencia es el término usado para describir el grado de fluidez o plasticidad del asfalto a cualquier temperatura dada. Para poder comparar la consistencia de un cemento asfáltico con la de otro, es necesario fijar una temperatura de referencia. La clasificación de los cementos asfálticos se realiza en base al valor de la consistencia a una temperatura de referencia.

55


Si se expone al aire cemento asfáltico en películas delgadas y se lo somete a un calentamiento prolongado, como por ejemplo durante el mezclado con el agregado, el asfalto tiende a endurecerse, a aumentar su consistencia. Se permite un aumento limitado de ésta. Por lo tanto, un control no adecuado de la temperatura y del mezclado puede provocar

mayor

daño

al

cemento

asfáltico,

por

endurecimiento, que muchos años de servicio en el camino terminado. Comúnmente, para especificar y medir la consistencia de un asfalto para pavimento, se usan ensayos de viscosidad o ensayos de penetración. (Para asfaltos soplados el ensayo de punto de ablandamiento).

b. Pureza El cemento asfáltico se compone, casi enteramente, de betunes, los cuales, por definición, son solubles en bisulfuro de carbono. Los asfaltos refinados son, generalmente, más de 99,5 por ciento solubles en bisulfuro de carbono y por lo tanto casi betunes puros. Las impurezas, si las hay, son inertes. Normalmente, el cemento asfáltico, cuando deja la refinería, está libre de agua o humedad, pero puede haber humedad en los tanques de transporte. Si hay agua inadvertida, puede

56


causar espumas al asfalto cuando se calienta por encima de los 100ºC (212°F).

c. Seguridad La espuma puede constituir un riesgo para la seguridad, por lo tanto las normas requieren que el asfalto no forme espuma hasta temperaturas de 175ºC (347ºF). El cemento asfáltico, si se lo somete a temperaturas suficientemente elevadas, despide vapores que arden en presencia de una chispa o llama. La temperatura a la que esto

ocurre

es

más

elevada

que

la

temperatura

normalmente usada en las operaciones de pavimentación. Sin embargo, para tener la certeza de que existe un adecuado margen de seguridad, se debe conocer el punto de inflamación del asfalto.

40 - 50

60 - 70

85 - 100

120

- 200

150

300

-

min max min max min max min max min max 57


Penetración a 25ºC, 100g, 5 seg

40

50

Punto de inflamación copa abierta

60

70

232

85

100 120 150 200 300

232

218

de Cleveland ºC.

232

Ductilidad a 25ºC, 5cm/ min, cm.

100

100

100

100

Solubilidad en Tricloroetileno,%

99

99

99

99

Ensaye

de

película

177

99

delgada,

3.2mm, 163ºC, 5hrs. Pérdida por calentamiento, % Penetración por residuo, % del original. Ductilidad del residuo a 25ºC,

0.8

58

0.8

1.0

54

50

46

50

75

100

5cm/min, cm. Ensaye de la mancha con: Solvente Nafta Standard Solvente Nafta - Xilol, % Xilol Solvente Heptano – Xilol, % Xilol

58

1.3

Negativa para todos los grados Negativa para todos los grados Negativa para todos los grados

1.5

40

100


Tabla III.13 Requisitos para la especificación de un cemento asfáltico AASHTO M 20 Grado de penetración

2.2 Asfaltos Diluidos Según la terminología del "Asphalt lnstitute", Asfalto líquido se define como: "Material asfáltico cuya consistencia blanda o fluida hace que se salga del campo en que se aplica el ensayo de penetración, cuyo límite máximo es 300". Están compuestos por una base asfáltica (cemento asfáltico) y un fluidificante volátil que puede ser bencina, kerosene, aceite o agua con emulsificador. El fluidificante se agrega con el propósito de dar al asfalto la viscosidad necesaria para poderlo mezclar y trabajar con los áridos a baja temperatura. Una vez elaborada la mezcla, los fluidificantes se evaporan, dejando el residuo asfáltico que envuelve y cohesiona las partículas de agregado.

59


De acuerdo al fluidificante, más o menos volátil, estos asfaltos se dividen en: a. Asfaltos cortados de curado rápido, cuyo fluidificante es bencina, se designan con las letras RC (rapid curing) seguidas con un número que indica el grado de viscosidad cinemática que tienen, medida en centistokes. De acuerdo a esto, se tienen los siguientes asfaltos RC:

Grado

volumen

RC-70

55%

RC-250

65%

RC-800

75%

RC-3000

80%

Tabla III.14 Asfaltos RC

60

Residuo

asfáltico

en


b. Asfaltos cortados de curado medio, cuyo fluidificante es kerosene, se designan con las letras MC (médium curing) seguidas con el número correspondiente a la viscosidad cinemática que tienen. Los asfaltos MC son los siguientes:

Grado

volumen

MC-30

50%

MC-70

55%

MC-250

67%

MC-800

75%

MC-3000

80%

Tabla III.15 Asfaltos MC 61

Residuo

asfáltico

en


c. Asfaltos líquidos de curado lento, cuyo fluidificante era aceite, relativamente poco volátil, se designaban con las letras

SC

(slow

curing)

seguidas

con

el

número

correspondiente a la viscosidad cinemática que tienen. Los SC mas usados fueron SC-70 y SC-250. Al grupo SC-250 pertenece el combustible llamado “Bunker C”, que fue muy usado. Desde el año 1975 prácticamente ya no se usa y las normas AASHTO lo han discontinuado.

d. Emulsión Asfáltica, cuyo fluidificante es el agua, y como es un sistema heterogéneo de dos fases normalmente inmiscibles, como son el asfalto y el agua, se le incorpora una

pequeña

cantidad

de un

agente

emulsificador,

generalmente de base jabonosa o solución alcalina, el cual mantiene estable el sistema de las fases continuas, que es el agua, y discontinua que esta constituida por pequeños glóbulos de asfalto en suspensión, de un tamaño que fluctúa entre 1 y 10 micrones. Los agentes emulsificantes forman una película protectora alrededor de los glóbulos de asfalto estableciéndoles una determinada polaridad en la superficie, lo que hace que estos se repelan, manteniéndose estable la emulsión. Cuando una emulsión se pone en contacto con el agregado se produce un desequilibrio eléctrico que rompe la emulsión llevando a las partículas de asfalto a unirse a la 62


superficie del agregado, y el agua fluye o se evapora separándose de las piedras recubiertas por el asfalto. Hay agentes emulsificadores que permiten que esta rotura o quiebre sea instantáneo y otros mas poderosos que retardan este fenómeno. De acuerdo a esto las emulsiones se dividen en: 

Emulsión asfáltica de quiebre rápido, la que se designa

con las letras RS (rapid setting). 

Emulsión asfáltica de quiebre medio, la que se designa

con las letras MS (médium setting) 

Emulsión asfáltica de quiebre lento, la que se designa con

las letras SS (slow setting).

Como se sabe, existen áridos de polaridad positiva y negativa; por lo tanto, para tener buena adherencia es necesario tener la emulsión eléctricamente afín al árido. Esta cualidad se la confiere el agente emulsificador que puede darles polaridad negativa o positiva, tomando el nombre de aniónicas las primeras, afines a áridos de carga negativa, como lo son de origen calizos, y catiónicas las segundas, afines a áridos de carga positiva como son los de origen cuarzosos o silíceos.

63


Las emulsiones catiónicas se designan con las mismas letras anteriormente dichas y anteponiéndoles la letra “C”, como por ejemplo las CRS-1 y CSS-1. Si el residuo asfáltico de las emulsiones medias y lentas es de penetración 40-90 se le agrega la letra “h” (CSS-1h, MS-2h). Las especificaciones que deben cumplir los asfaltos líquidos están indicados en las tablas III.16, III.17 y III.18.

RC - 70

Rc - 250

RC - 800

RC - 3000

min max min max min max min Viscosidad cinemática a 60ºC centistokes Punto

de

70

max

140 250 500 800 1600 3000 6000

inflamación

27

27

27

(copa abierta Tag.)ºC Agua, % 64

0.2

0.2

0.2

0.2


Ensaye

de

destilación:

Porcentaje en volumen del

destilado

total

a

360ºC A 190ºC

10

35

15

25

A 225ºC

50

60

45

70

A 260ºC

70

80

75

A 315ºC

85 65

75

120 80

120 80

Residuo de destilación a 360ºC, % volumen

80

55

Ensayes en el residuo de la detilación Penetración 100g, 5 seg a 25ºC Ductilidad

a

25ºC,

5

cm/min, cm Solubilidad Tricloroetileno,%

65

en

80 100 99.9

120

800

100

100

100

99.9

99.9

99.9 120


Ensaye de la mancha con: Nafta Standard

Negativa para todos los grados

Solvente Nafta – Xilol, % Xilol Solvente Heptano - %

Negativa para todos los grados Negativa para todos los grados

Xilol

Tabla III.16 81

66

Asfaltos cortados de curado rápido AASHTO M


MC - 30

MC - 70

MC - 250 MC - 800

MC - 3000

min max min max min max min max min Viscosidad cinemática

60

140 250 500 800

a

60ºC centistokes 30

67

70

max

1600 3000 6000


Punto

de

38

66

66

inflamación (copa

abierta

Tag.)ºC

38

Agua, % Ensaye

66 0.2

0.2

0.2

25

20

10

0.2

0.2

de

destilación: Porcentaje

en

volumen

del

destilado total a 360ºC

70

20

60

15

55

0

93

65

90

60

87

45

A 225ºC

A 260ºC

A 315ºC Residuo destilación 360ºC, volumen

68

40

35

0

15

75

80

15

75

de

55

67

75

a % 50

80


Ensayes en el residuo

de

la

250 120 250 120 250 120

detilación Penetración 100g, 5 seg a 25ºC Ductilidad

a

120

100

100

100

99.0

99.0

99.0 250

100

25ºC, 5 cm/min, 99.0 cm Solubilidad

en

Tricloroetileno,% Ensaye

de

la

mancha con: Nafta Standard Solvente

Negativa para todos los grados

Nafta – Xilol, % Negativa para todos los grados Xilol

Negativa para todos los grados Solvente

Heptano Xilol

69

-

%

120 100 99.0

250


Tabla III.17

Asfaltos Asfal tos corta cortados dos de curad curado o medio AASH AASHTO TO M

82

Quiebre Rápido 70

Quiebre medio

Quiebre lento


CRS - 1

CR S - 2

CMS - 2

CMS

–

2h

CSS - 1

CS S – 1 h

min max min max min max min max min max min max Viscosidad Sayb Sa ybo olt Fur urol ol a

20

100 20

100

25ºC,seg Viscosidad Sayb Sa ybo olt Fur urol ol a 20

100 100 400 50

450 50 450

5

5

5

5

5

5

1

1

1

1

1

1

Bueno

Bueno

50ºC, seg Sedimentació Sedime ntación, n, 5 días, % Ensaye estabilidad,

de 1

día, % Demulsibilidad,

40

35 ml, %. Cubrimiento

y

resistencia

al

40

agua: Cubrimiento 71


agregado seco Cubrimiento luego

de

Regular

Regular

Regular

Regular

Regular

Regular

(+)

(+)

esparcido Cubrimiento agregado húmedo Cubrimiento, luego

de

esparcido Ensaye carga de partícula

(+)

(+ )

(+)

Ensaye mezclado

(+)

2. 0

con cemento, %

2.0

Aceite Ace ite des destil tilado ado,, porr vo po volu lume men n de

3

3

12

12

emulsión, % Residuo,%

60

Penetración,

100 250 100 250 100 250 40 90

25ºC, 100 g, 5 72

65

65

65

57

57

100 250 40

90


seg. Ductilidad, Ductili dad, 25ºC, 5 cm/min, cm Solubilidad

en

Tricloroetileno,%. Ensaye

de

40

40

40

40

40

40

97

97

97

97

97

97

la

mancha con: Nafta Standard Solvente NaftaXilol, % Xilol

Negativa para todos los grados Negativa para todos los grados

Solvente Negativa para todos los grados Heptano-Xil Hepta no-Xilol, ol, % Xilol.

Tabla III.18 Requisitos para emulsiones asfálticas catiónicas AASHTO M 208

Asfaltos Modificados con Polímeros 73


Introducción. Propiedades de los Ligantes y Mezclas Asfálticas. Propiedades y especificaciones de los Asf. Modificados con Polímeros. Ventajas de las Mezclas en Servicio Dura Du rabil bilid idad ad de la lass me mezcl zclas as asf asf.. Pr Prep epar arada adass co con n lig ligan ante tess modificados con polímeros Conclusión

Introducción

La modificación de asfalto es una nueva técnica utilizada para el aprovechami mieento efectivo de asfaltos en la pavimentación de vías. Esta técnica consiste en la adición de polímeros a los asfaltos convencionales con el fin de mejorar sus características mecánicas, es decir, su resistencia a las deform def ormaci acione oness por fact factore oress cli climat matoló ológico gicoss y del trá tránsi nsito to (peso vehicular). Los objetivos que se persiguen con la modificación de los asfaltos con polímeros, es contar con ligantes más viscosos a 74


temp te mper erat atur uras as el elev evada adass pa para ra re redu ducir cir la lass de defo form rmaci acion ones es permanentes (ahuellamiento), de las mezclas que componen las capas de rodamiento, aumentando la rigidez. Por otro lado disminuir el fisuramiento por efecto térmico a bajas temp te mper erat atur uras as y po porr fa fati tiga ga,, au aume ment ntan ando do su el elast astici icida dad. d. Finalmente contar con un ligante de mejores características adhesivas.

Propiedades de los ligantes y mezclas asfálticas

Aunque en una mezcla asfáltica, el asfalto sea minoritario en prop pr opor orció ción, n, su suss pr prop opie ieda dade dess pu pued eden en in infl flui uirr de man maner eraa significativa en su comportamiento. El tipo de mezcla será el que, en gran medida, determine la contribución hecha por el ligante

sobr bree

todo

el

conjunto.

Generalmente te,,

las

prop pr opie iedad dades es de la lass me mezc zcla lass co con n gr gran anul ulom omet etrí ríaa co cont ntin inua ua depe de pend nden en de dell en encl clav avam amie ient nto o o tr trab abaz azón ón de lo loss ár árid idos os,, mien mi entr tras as qu quee la lass pr prep epar arad adas as co con n al alto toss co cont nten enid idos os de mortero asf sfááltico depe pen nden más de la rig igiidez de la proporción de ligante, polvo mineral y arena. A altas temperaturas de servicio, puede que el ligante llegue a reb reblan landec decers erse, e, fac facilit ilitand ando o la def deform ormaci ación ón de la mez mezcla cla (ahuellamiento).

El

riesgo

de

aparición

de

estas

deformaciones es aún mayor en pavimentos sometidos a la circulación de vehículos pesados. De manera generalizada y 75


sin tener en cuenta otros factores que pueden influir, se pued pu edee di dism smin inui uirr la pr prob obab abililid idad ad de ap apar aric ició ión n de es esta tass deformaciones aumentando la rigidez del ligante mediante el empleo de un asfalto más duro. Por otro lado a temperaturas de servicios bajas, el ligante se vueelv vu lvee re rela lattiv ivam ameent ntee ríg ígiido y va pe perrdi dieend ndo o po pode derr de resi re sist sten encia cia a la lass te tens nsio ione nes, s, vo volv lvié iénd ndos osee fr frág ágilil y si sien endo do susceptible de fisuraciones. El grado de susceptibilidad a la fisuración está relacionado con la dureza del asfalto y su capacidad para absorber las solicitaciones inducidas por el tráfico. Disminuyendo la dureza del asfalto, se minimizará el riesgo de fallo por fragilidad. Entonces, debido a lo dicho precedentemente a la hora de busc bu scar ar co comp mpor orta tami mien ento toss

glob gl obal ales es sa sati tisf sfac acto tori rios os de la

mezclas bituminosas, la elección del asfalto adecuado para cada tipo de mezclas se vuelve un compromiso entre ambos extremos;

ahuellamiento

a

altas

temperaturas

y

fisura fis uramie miento nto por fra fragili gilidad dad tér térmica mica a baj bajas as tem temper peratu aturas ras.. Donde mejorando el comportamiento a altas temperaturas, se inf influy luyee ne negat gativa ivame ment ntee en el co compo mport rtam amie ient nto o a ba bajas jas temperaturas.

76


Propiedades

y

especi ciffica cacciones

modificados con polímeros.

Propiedades

77

de

loss lo

asfalt lto os


Los polímeros son sustancias de alto peso molecular formada porr la un po unió ión n de ci cien ento toss o mi mile less de mo molé lécu culas las pe pequ queñ eñas as llamadas monómeros (compuestos químicos con moléculas simp si mple les) s).. Se fo form rman an as asíí mo molé lécu cula lass gi gigan gante tess qu quee to toman man formas diversas: cadenas en forma de escalera, cadenas uniida un dass o te terrmo mofi fija jass que no pu pueede den n abl blan anda darrse al se serr calentadas,

cad adeenas

largas

y

suelt ltaas,

etc.

Algunos

modificadores poliméricos que han dado buenos resultados. Homo Ho mopo polílíme mero ros: s: qu quee ti tien enen en un unaa so sola la un unid idad ad es estr truct uctur ural al (monómero). Copolímero Copol ímeros: s: tiene tienen n varias unidad unidades es estru estructural cturales es distint distintas. as. (Ejemplos: EVA, SBS) Plas Pl astó tóme mero ros: s: al es esti tira rarl rlos os se so sobr brep epas asaa la te tens nsió ión n de flue fl uenc ncia ia,, no vo volvi lvien endo do a su lo long ngit itud ud or orig igina inall al ce cesa sarr la

78


solicitación. Tienen deformaciones pseudoplásticas con poca elasticidad. Dentro de estos tenemos: EVA: etileno-acetato de vinilo. EMA: Etileno-acrilato de metilo PE: (polietileno) tiene buena resistencia a la tracción y buena

resistencia

térmica,

como

también

buen

comportamiento a bajas temperaturas. PP: (Polipropileno). Poliestireno: no son casi usados. Elastómeros: al estirarlos, a diferencia de los anteriores, estos vuelven a su posición original, es decir, son elásticos. Dentro de estos tenemos: Natural: caucho natural, celulosa, glucosa, sacarosa, ceras y arcillas son ejemplos de polímeros orgánicos e inorgánicos naturales SBS:(estireno-butadieno-estireno) o caucho termoplástico. Este es el más utilizado de los polímeros para la modificación de los asfaltos, ya que este es el que mejor comportamiento tiene durante la vida útil de la mezcla asfáltica.

79


SBR: Cauchos sintéticos del 25% de Estireno y 75% de butadieno; para mejorar su adhesividad se le incorpora ácido acrílico EPDM: (polipropileno atáctico) es muy flexible y resistente al calor y a los agentes químicos. Termoendurecibles:

estos

tienen

muchos

enlaces

transversales que impiden que puedan volver a ablandarse al calentarse nuevamente. Son ejemplos de estos las resinas epóxi; estas se usan en grandes porcentajes, mayores al 20%, son muy costosas y se utilizan para casos especiales (ejemplo: playa de camiones) Los asfaltos modificados con polímeros están constituidos por dos fases, una formada por pequeñas partículas de polímero hinchado y la otra por asfalto. En las composiciones de baja concentración de polímeros existe una matriz continua de asfalto en la que se encuentra disperso el polímero; pero si se aumenta la proporción de polímero en el asfalto se produce una inversión de fases, estando la fase continua constituida por el polímero hinchado y la fase discontinua corresponde al asfalto que se encuentra disperso en ella. Esta micromorfología bifásica y las interacciones existentes entre las moléculas del polímero y los componentes del asfalto parecen ser la causa del cambio de propiedades que experimentan los asfaltos modificados con polímeros.

80


El efecto principal de añadir polímeros a los asfaltos es el cambio en la relación viscosidad-temperatura (sobre todo en el rango de temperaturas de servicio de las mezclas asfálticas)

permitiendo

mejorar

de

esta

manera

el

comportamiento del asfalto tanto a bajas como a altas temperaturas.

Otras propiedades que el asfalto modificado mejora respecto del asfalto convencional son: Mayor intervalo de plasticidad (diferencia entre el punto de ablandamiento y el Fraass) Mayor cohesión. Mejora de la respuesta elástica. Mayor resistencia a la acción del agua. 81


Mayor resistencia al envejecimiento. Las propiedades que estos imparten dependen de los siguientes factores: Tipo y composición del polímero incorporado. Característica y estructura coloidal del asfalto base. Proporción relativa de asfalto y polímero. Para

que

los

asfaltos

con

polímeros

consigan

las

prestaciones óptimas, hay que seleccionar cuidadosamente el asfalto base (es necesario que los polímeros sean compatible con el material asfáltico), el tipo de polímero, la dosificación, la elaboración y las condiciones de almacenaje. Cada polímero tiene un tamaño de partícula de dispersión óptima para mejorar las propiedades reológicas, donde por encima de esta el polímero solo actúa como un filler; y por debajo de esta, pasan a estar muy solubilizados y aumentan la viscosidad, sin mejorar la elasticidad y la resistencia. Para analizar la compatibilidad de los polímeros con el asfalto base tenemos: Criterio del índice de IMAMURA. Mediante tablas de solubilidad. Los polímeros compatibles producen rápidamente un asfalto estable, usando técnicas convencionales de preparación. Estos sistemas convencionales de preparación de asfaltos 82


modificados con polímeros son grandes recipientes de mezclado con paletas agitadoras a velocidades lentas, o recipientes especiales que favorecen la recirculación con agitadores mecánicos de corte de gran velocidad. El polímero puede venir en polvo, en forma de pequeñas bolitas (pellets) o en grandes panes. La temperatura de mezclado depende del tipo de polímero utilizado. En la actualidad muchos fabricantes de asfaltos, han instalados equipos especializados para la preparación de A.M.P, estas centrales producen asfaltos modificados con polímeros que alcanzan altas prestaciones. Especificaciones En razón que los asfaltos presentan un comportamiento reológico de tipo viscoelástico, la adición de un polímero incrementa su componente elástica. Los ensayos típicos de "Penetración" y "Punto de Ablandamiento", no miden elasticidad ni recuperación elástica, características típicas de los asfaltos modificados, de ahí que deba recurrirse a otros tipos de ensayos. Un método que ha sido adoptado en muchos países de Europa, es el de "Recuperación elástica", basado en el ensayo convencional de "Ductilidad". Hasta el momento no se tiene conocimiento de una especificación para asfaltos modificados con polímeros modificados por parte de instituciones oficiales. Sí se conocen especificaciones que se ajustan a determinados productos 83

comerciales;

en

estas

especificaciones

se


incluyen, entre otros ensayos, el "Punto de fractura Fraass" y el ensayo de "Recuperación elástica".

VENTAJAS EN LAS MEZCLAS EN SERVICIO Los asfaltos modificados se deben aplicar, en aquellos casos específicos en que las

propiedades de los ligantes

tradicionales son insuficientes para cumplir con éxito la función para la cual fueron encomendados, es decir, en mezclas

para

pavimentos

que

están

sometidos

a

solicitaciones excesivas, ya sea por el tránsito o por otras causas como: temperaturas extremas, agentes atmosféricos, tipología del firme, etc. Si bien los polímeros modifican las propiedades reológicas de los asfaltos, estos deben mostrar ventajas en servicio; los campos de aplicación más frecuentes son: Mezclas drenantes: las mezclas drenantes tienen un porcentaje muy elevado de huecos en mezcla (superior al 20%) y una proporción de árido fino muy baja (inferior al 20%), por lo que el ligante debe tener una muy buena cohesión para evitar la disgregación de la mezcla. Además el ligante necesita una elevada viscosidad para proporcionar una película de ligante gruesa envolviendo los áridos y evitar los efectos perjudiciales del envejecimiento y de la acción del agua (dado a que este tipo de mezclas es muy abierta).

84


Mezclas resistentes y rugosas para capas delgadas: La utilización de polímeros en este tipo de mezclas es para aumentar la durabilidad de las mezclas. Estos tipos de mezclas de pequeño espesor surgen dada a la rapidez de aplicación, lo que reduce al mínimo los tiempos de cortes de tráfico. Estas se utilizan para trabajos de conservación de rutas y vías urbanas, que exigen mezclas con alta resistencia y con una buena textura superficial. La resistencia de estas mezclas se consigue con áridos de buena calidad, elevado porcentaje de filler (8 a 10%) y un asfalto modificado con polímeros. La buena textura superficial para mejorar la adherencia de los vehículos se consigue mediante una granulometría discontinua (discontinuidad 2-6mm) En este tipo de mezclas es de vital importancia la adherencias con la capa subyacente (esta también influye en la durabilidad). Estas también deben ser resistentes, para soportar la acción del tránsito y el desprendimiento de los áridos. Estas mezclas son denominadas también microaglomerados y tienen espesores menores a los 30 mm.

85


Mezclas densas: Para las aplicaciones en las cuales se deban soportar tráfico intenso la mezcla bituminosa debe ser resistente al ahuellamiento. Al mismo tiempo, el material debe poder ser mezclado, extendido y compactado a temperaturas normales y no se debe volver frágil cuando la temperatura del pavimento descienda. Muestra de mezcla asfáltica convencional.

Muestra de mezcla asfáltica modificada con polímeros.

Como puede observarse existe una gran diferencia entre los resultados obtenidos sobre una muestra de mezcla asfáltica 86


convencional y otra con una mezcla asfáltica modificada con polímeros, la mezcla modificada puede hacer frente al ahuellamiento con una marcada diferencia sobre la otra muestra. En otras aplicaciones, el objetivo puede ser generar una mezcla flexible con el fin de reducir la posibilidad de rotura por fatiga. En estos casos, se necesitarán asfaltos modificados con polímeros, preferentemente de naturaleza elástica, para que la mezcla sea capaz de absorber las tensiones sin que se produzca la rotura.

Se han realizados varios ensayos que han demostrado que los asfaltos modificados con asfaltos modificados con polímeros son capaces de asimilar mayores tensiones iniciales que las mezclas realizadas con una mezcla convencional.

87


Tratamientos superficiales mediante el riego con gravilla: los A.M.P y las emulsiones con ellos fabricadas, son adecuados para riegos en vías de fuerte intensidad de tráfico y/o en zonas climáticas de temperaturas extremas, porque el ligante debe tener una buena cohesión en un amplio intervalo de temperatura y una buena susceptibilidad térmica, con el fin de evitar exudación del ligante durante el verano, así como la pérdida de gravilla en el invierno. Membrana absorbente de tensiones: estas membranas tienen como misión retardar la propagación de fisuras de un firme a un nuevo refuerzo, por lo que deben estar fabricadas con A.M.P para tener buena resistencia mecánica, resiliencia y flexibilidad para absorber las tensiones provocadas por el movimiento de las fisuras del firme. Durabilidad de las mezclas asfálticas preparadas con ligantes modificados con polímeros En función de no contar con experiencias muy válidas en cuanto a la durabilidad de mezclas bituminosas modificadas con polímeros, se hacen necesarios implementar métodos de laboratorio para evaluar el comportamiento a corto y largo plazo de envejecimiento. Como métodos de envejecimiento de las mezclas en laboratorio a corto y largo plazo se emplean los métodos desarrollados por SHRP (Strategic Highway Research Program).

88


Hay muy poca información de la degradación que sufren los polímeros

componentes

de

los

asfaltos

durante

su

funcionamiento en servicio. En general los ensayos que se realizan para determinar la alteración que sufren los A.M.P recuperados del pavimento son muy complicados por el hecho de que el calentamiento de la mezcla y posterior disolución con solvente para obtener la muestra para luego ser ensayada, puede afectar las propiedades de ciertos polímeros y falsear los resultados. Como es bien conocido el envejecimiento o endurecimiento de los asfaltos ocurre durante los procesos de mezclado y colocación de las mezclas (envejecimiento a corto plazo) y durante su vida de servicio en el pavimento (envejecimiento a largo plazo). Para simular el envejecimiento a corto plazo se usan los ensayos TFOT y RTFOT. Para simular el envejecimiento en servicio, SHRP ha adoptado el envejecimiento PAV. En el caso de las mezclas asfálticas el SHRP ha propuesto para el envejecimiento a corto plazo el ensayo STOA y para el largo plazo el LTOA. Se

han

realizado

ensayos

(los

mencionados

precedentemente) sobre muestras de ligante y mezclas bituminosas modificadas con polímeros llegando a la

89


conclusión que los A.M.P, tienen un índice de envejecimiento más bajo que los convencionales. Conclusión A manera de conclusión se pueden enumerar una serie de ventajas y desventajas de los asfaltos modificados con polímeros. Ventajas Disminuye la suceptibilidad térmica Se obtienen mezclas más rígidas a altas temperaturas de servicio reduciendo el ahuellamiento. Se obtienen mezclas más flexibles a bajas temperaturas de servicio reduciendo el fisuramiento. Disminuye la exudación del asfalto: por la mayor viscosidad de la mezcla, su menor tendencia a fluir y su mayor elasticidad. Mayor elasticidad: debido a los polímeros de cadenas largas. Mayor adherencia: debido a los polímeros de cadenas cortas. Mayor cohesión: el polímero refuerza la cohesión de la mezcla.

90


Mejora la trabajabilidad y la compactación: por la acción lubricante del polímero o de los aditivos incorporados para el mezclado. Mejor impermeabilización: en los sellados bituminosos, pues absorbe mejor los esfuerzos tangenciales, evitando la propagación de las fisuras. Mayor

resistencia

al

envejecimiento:

mantiene

las

propiedades del ligante, pues los sitios más activos del asfalto son ocupados por el polímero. Mayor durabilidad: los ensayos de envejecimiento acelerado en laboratorio, demuestran su excelente resistencia al cambio de sus propiedades características. Mejora la vida útil de las mezclas: menos trabajos de conservación. Fácilmente disponible en el mercado. Permiten mayor espesor de la película de asfalto sobre el agregado. Mayor resistencia al derrame de combustibles. Reduce el costo de mantenimiento. Disminuye el nivel de ruidos: sobre todo en mezclas abiertas. Aumenta el módulo de la mezcla. 91


Permite la reducción de hasta el 20% de los espesores por su mayor módulo. Mayor resistencia a la flexión en la cara inferior de las capas de mezclas asfálticas. Permite un mejor sellado de las fisuras. Buenas condiciones de almacenamiento a temperaturas moderadas. No requieren equipos especiales. Desventajas Alto costo del polímero. Dificultades del mezclado: no todos los polímeros son compatibles

con

el

asfalto

base

(existen

aditivos

correctores). Deben extremarse los cuidados en el momento de la elaboración de la mezcla. Los agregados no deben estar húmedos ni sucios. La temperatura mínima de distribución es de 145ºC por su rápido endurecimiento Evidente que la mayor desventaja de estos es el alto costo inicial del asfalto modificado, sin embargo, si hacemos un análisis del costo a largo plazo (es decir, la vida útil de la 92


vía); podemos concluir que el elevado costo inicial queda sobradamente

compensado

por

la

reducción

del

mantenimiento futuro y el alargamiento de la vida de servicio del pavimento.

3 Ensayos en Cemento Asfáltico 3.1 Ensayo de viscosidad

Las especificaciones de los cementos asfálticos clasificados según su viscosidad se basan por lo común en los rangos de viscosidad a 60º C (140º F). También se especifica generalmente una viscosidad mínima a 135º C (275ºF). El propósito es dar valores límites de consistencia a estas dos temperaturas. Se eligió la temperatura de 60º C (140º F) porque se aproxima a la máxima temperatura superficial de las calzadas en servicio pavimentadas con mezclas asfálticas en los Estados Unidos y en cualquier otra parte del mundo en donde la construcción de caminos progresa; y la de 135º C (275º F), porque se aproxima a la de mezclado y distribución

de

mezclas

asfálticas

en

caliente

para

pavimentación.

Para el ensayo de viscosidad a 60º C (140º F) se emplea un viscosímetro de tubo capilar. Los dos tipos más comunes en 93


uso son: el viscosímetro de vacío del Asphalt Institute (Fig. 3.47) y el viscosímetro de vacío de Cannon-Manning (Fig. 3.48). Se calibran con aceites normalizados. Para cada viscosímetro se obtiene un "factor de calibración", cuyo uso se describe luego. Generalmente, los viscosímetros vienen calibrados por el fabricante quien suministra estos factores.

El viscosímetro se monta en un baño de agua a temperatura constante, controlado termostáticamente (Fig. 3.49). Se vuelca asfalto precalentado en el tubo grande hasta que alcanza el nivel de la línea de llenado. El viscosímetro lleno se mantiene en el baño por un cierto tiempo hasta que el sistema alcance la temperatura de equilibrio de 60º C (140º F).

Se aplica un vacío parcial en el tubo pequeño para inducir el flujo, porque el cemento asfáltico a esta temperatura es muy viscoso para fluir fácilmente a través de los tubos capilares del viscosímetro. En la figura 3.49 se muestra un dispositivo para el control del vacío. También se conecta al sistema una bomba de vacío.

Luego que el baño, viscosímetro y el asfalto se han estabilizado en 60º C (140º F), se aplica vacío y se mide con un cronómetro el tiempo, en segundos, que tarda el 94


cemento asfáltico en fluir entre dos de las marcas. Multiplicando este tiempo por el factor de calibración del viscosímetro se obtiene el valor de la viscosidad en poises, la unidad patrón para medir viscosidad absoluta.

El viscosímetro de vacío del Asphalt Institute tiene muchas marcas para medir el tiempo. Seleccionando el par apropiado, se puede usar para asfaltos con una amplia variación de consistencias.

Los

cementos

asfálticos

para

pavimentación

son

lo

suficientemente fluidos a 135º C (275º F) para fluir a lo largo de tubos capilares bajo fuerzas gravitacionales únicamente. Por lo tanto, se usa un tipo distinto de viscosímetro, ya que no se requiere vacío. El más usado es el viscosímetro de brazos cruzados Zeitfuchs (Fig. 3.50). También se lo calibra con aceites normalizados

Como estos ensayos se hacen a 135° C (275º F), para el baño se requiere un aceite claro apropiado. Se monta el viscosímetro en el baño (Fig. 3.51) y se vuelca el asfalto en la abertura mayor hasta que llegue a la línea de llenado. Como antes, se deja que el sistema alcance la temperatura de equilibrio. Para que el asfalto comience a fluir por el sifón que está justo encima de la línea de llenado, es necesario 95


aplicar una pequeña presión en la abertura mayor o un ligero vacío en la menor. Entonces el asfalto fluirá hacia abajo en la sección vertical del tubo capilar debido a la gravedad. Cuando el asfalto alcanza la primera de las marcas se comienza a medir el tiempo hasta que alcanza la segunda. El intervalo de tiempo, multiplicado por el factor de calibración del viscosímetro, da la viscosidad cinemática en centistokes.

Es necesario destacar que las medidas de viscosidad para 135º C (275º F) se expresan en centistokes y para 60ºC (140° F), en poises. En el ensayo de viscosidad cinemática, la gravedad induce el flujo (resultados en centistokes) y la cantidad de flujo a través del tubo capilar depende de la densidad del material. En el ensayo de viscosidad absoluta, los resultados se dan en poises, y el flujo a través del tubo capilar se induce por medio de un vacío parcial, siendo los efectos gravitacionales despreciables. Estas unidades poises y stokes o centipoises y centistokes - pueden ser convertidas unas en otras aplicando, simplemente, un factor debido a la densidad.

3.2 Ensayo de Penetración La consistencia del asfalto puede medirse con un método antiguo y empírico, como es el ensayo de penetración, en el 96


cual se basó la clasificación de los cementos asfálticos en grados normalizados. En la figura 3.52 puede verse el ensayo de penetración normal. Consiste en calentar un recipiente con cemento asfáltico hasta la temperatura de referencia, 25º C (77º F), en un baño de agua a temperatura controlada. Se apoya una aguja normalizada, de 100 g de peso sobre la superficie del cemento asfáltico durante 5 segundos. La medida de la penetración es la longitud que penetró la aguja en el cemento asfáltico en unidades de 0,1 mm. Ocasionalmente el ensayo de penetración se realiza a distinta temperatura en cuyo caso puede variarse la carga de la aguja, el tiempo de penetración, o ambos

3.3 Ensayo de punto de inflamación Cuando se calienta un asfalto, libera vapores que son combustibles. El punto de inflamación, es la temperatura a la cual puede ser calentado con seguridad un asfalto, sin que se produzca la inflamación instantánea de los vapores liberados, en presencia de una llama libre. Esta temperatura, sin embargo, está bastante por debajo, en general, de la que el material entra en combustión permanente. Se la denomina punto de combustión (fire point), y es muy raro que se use en especificaciones para asfalto.

97


El ensayo más usado para medir el punto de inflamación del cemento asfáltico es el de "vaso abierto Cleveland" (COC), que consiste en llenar un vaso de bronce con un determinado volumen de asfalto, y calentarlo con un aumento de temperatura normalizado. Se pasa una pequeña llama sobre la superficie del asfalto a intervalos de tiempo estipulados. El punto de inflamación es la temperatura a la cual se han desprendido suficientes volátiles como para provocar una inflamación instantánea.

3.4 Ensayo de película delgada en horno Este no es en realidad un ensayo, sino un procedimiento destinado a someter a una muestra de asfalto a condiciones de endurecimiento aproximadas a aquellas que ocurren durante las operaciones normales de una planta de mezclado en caliente. Para medir la resistencia al endurecimiento del material bajo estas condiciones, se hacen al asfalto ensayos de penetración o de viscosidad antes y después del ensayo. Se coloca una muestra de 50 ml de cemento asfáltico en un recipiente cilíndrico de fondo plano de 140 mm (5,5 pulgadas) de diámetro interno y 10 mm (3/8 pulgada) de profundidad. El espesor de la capa de asfalto es de 3 mm (1/8 pulgada) aproximadamente. El recipiente conteniendo a la muestra se coloca en un plato que gira alrededor de 5 a 6 revoluciones por minuto durante 5 horas dentro de un horno ventilado mantenido a 163º C ( 325º F). Luego se vuelca el 98


cemento asfáltico en un recipiente normalizado para hacerle el ensayo de viscosidad o de penetración.

3.5 Ensayo de película delgada rodante en horno Este ensayo es una variante del anterior, desarrollado por agencias del oeste de los Estados Unidos. El propósito es el mismo pero cambian los equipos y procedimientos de ensayo. Se vuelca en el frasco una determinada cantidad de cemento asfáltico y se lo coloca en un soporte que rota con cierta velocidad alrededor de un eje horizontal, con el horno mantenido a una temperatura constante de 163º C (325º F). Al rotar el frasco, el cemento asfáltico es expuesto constantemente en películas nuevas. En cada rotación, el orificio del frasco de la muestra pasa por un chorro de aire caliente que barre los vapores acumulados en el recipiente. En este horno, se puede acomodar un mayor número de muestras que en el horno del ensayo de película delgada. El tiempo requerido para alcanzar determinadas condiciones de endurecimiento en la muestra es también menor para este ensayo.

3.6 Ensayo de ductilidad

99


Algunos ingenieros consideran que la ductilidad es una característica importante de los cementos asfálticos. Sin embargo, generalmente se considera más significativa la presencia o ausencia de la misma, que su grado real. Algunos cementos asfálticos que tienen un grado muy alto de

ductilidad

son

también

más

susceptibles

a

la

temperatura. Es decir, que la variación de la consistencia puede ser mayor debido al cambio de temperatura. La ductilidad de un cemento asfáltico se mide con un ensayo tipo "extensión" para el que se moldea una probeta de cemento asfáltico en condiciones y medidas normalizadas. Se la lleva a la temperatura de ensayo de la norma, generalmente 25º C (77º F) y se separa una parte de la probeta de la otra a cierta velocidad, normalmente 5 cm por minuto, hasta que se rompa el hilo de asfalto que une ambos extremos de la muestra. La ductilidad del asfalto es la distancia (en centímetros) a la cual se rompe dicho hilo.

3.7 Ensayo de solubilidad El ensayo de solubilidad es una medida de la pureza del cemento asfáltico. La parte del mismo soluble en bisulfuro de carbono representa los constituyentes activos de cementación. Solo la materia inerte, como sales, carbón libre, o contaminantes inorgánicos, no son solubles. 100


En este ensayo se usa generalmente tricloroetileno, que es menos peligroso que el bisulfuro de carbono y otros solventes. La mayoría de los cementos asfálticos son igualmente solubles en cualquiera de ellos. El proceso para determinar la solubilidad es muy simple. Se disuelven aproximadamente 2 grs. de asfalto en 100 ml de solvente y se filtra la solución a través de una plancha de asbesto colocada en un crisol de porcelana (Gooch). Se pesa el material retenido por el filtro y se lo expresa como porcentaje

de

la

muestra

original,

obteniéndose

el

porcentaje soluble en bisulfuro de carbono.

4 Ensayos a Asfalto Diluido

4.1 Viscosidad Cinemática El ensaye de viscosidad cinemática se utiliza como base para clasificar los asfaltos líquidos en los grados RC, MC y SC. El procedimiento es similar al descrito para cementos asfálticos. La diferencia está en que se hace a 60º C. Como alternativa se utiliza para determinar el estado de fluidez de los asfaltos a diferentes temperaturas, el Viscosímetro Saybolt Furol.

101


4.2 Punto de Inflamación

El objetivo y significado del ensayo de punto de inflamación son los mismos que los ya vistos para el cemento asfáltico. En los materiales SC se usa el “vaso abierto de Cleveland; para los RC y MC, el ensayo es sustancialmente el mismo salvo que se usa calor indirecto por la naturaleza volátil de los diluyentes. Se realiza con el “vaso abierto de Tag” (Fig. 3.57), en que el vaso es de vidrio y no de metal y se calienta en un baño de agua y no a llama directa. En general las temperaturas de uso de los asfaltos diluidos esta por encima del punto de inflamación. La temperatura de inflamación de los de curado rápido puede ser tan baja como 27º C. Cuanto mas volátil es el solvente del asfalto diluido, mas riesgoso es su uso. 4.3 Destilación Como se indicó previamente los RC-MC y en algunos casos los SC son mezclas de cemento asfáltico y solvente. Las propiedades de estos materiales son de importancia en su aplicación y comportamiento. La destilación determina las proporciones relativas en que se encuentran presentes, en el asfalto fluidificado, el bitumen y solvente; para esto se procede a tomar 200 ml de 102


material en un matraz, el cual se conecta a un tubo condensador, se comienza a calentar y el destilado se recibe en una probeta, dicho equipo de destilación debe estar de acuerdo a norma AASHTO. Se determina la cantidad de material condensado a diversas temperaturas establecidas y ésta es una indicación de las características de volatilidad del solvente. Después que se alcanzan 360º C se considera que todo el material remanente en el frasco de destilación es cemento asfáltico. A los RC y MC se le efectúa al residuo proveniente de la destilación los ensayes de penetración, ductilidad, ensaye de la mancha

y solubilidad tal como se describen para un

cemento asfáltico. El destilado que evapora a diversas temperaturas es de poco interés en los SC. Los destilados que evaporan bajo la temperatura final, 360º C, son de naturaleza aceitosa de modo que su velocidad de evaporación es muy lenta. Por lo tanto se mide la cantidad total drenado hasta 360º C. En un SC el residuo de la destilación a 360ºC se considera representativo de la porción asfáltica. Su consistencia se determina en el ensaye de viscosidad cinemática. El ensaye de solubilidad del SC se realiza al material y no al residuo.

5 Ensayos a emulsiones asfálticas 103


Por est estar ar las emu emulsio lsiones nes asfá asfálti lticas cas con consti stitui tuidas das por fases continua y discontinua, es indispensable conocer su comportamiento durante el tiempo y es por eso que los ensayos tendientes a medir la calidad de dichas emulsiones se agrupan para definir la composición, (destilación y carga de

part pa rtíc ícul ula) a),,

cons co nsis iste tenc ncia ia

(vis (v isco cosi sida dad) d)

y

esta es tabi bililida dad d

(demulsibilidad, sedimentación y mezcla cemento).

5.1 Destilación

El ens nsay ayee de de dest stil ilaaci ción ón se us usaa pa para ra de dete term rmin inar ar la lass proporciones relativas de cemento asfáltico y agua presentes en la em emul ulsió sión. n. Al Algu guno noss gr grad ados os de as asfa falt lto o em emul ulsif sific icado ado,, también

con co ntie ien nen

aceit itees;

la

desstila de lacción

entrega

información acerca de la cantidad de este material en la emulsión. También este ensayo permite analizar el residuo mediante ensayes adicionales como, penetración, solubilidad y ductilidad, que son descritos en los cementos asfálticos. El procedimiento de ensaye es muy similar al descrito para asfaltos cortados. Una muestra de 200 gr. de emulsión se destila a 260º C. La diferencia al destilar una emulsión es que se usa un recipiente de hierro y anillos quemadores en vez de un matraz de vidrio y mechero Bunsen. El equipo est staa dis iseeña ñado do pa para ra ev evit itar ar lo loss pr prob oble lema mass qu quee pu pueede den n 104


orig or igin inar arse se co con n la fo forrma maci ción ón de es espu puma ma al ca cale lent ntar ar la emulsión. La temperatura final de destilación de 260º C se mant ma ntie iene ne du dura rant ntee 15 mi min. n. Co Con n el ob obje jeto to de ob obte tene nerr un residuo homogéneo. Los grados medio y rápido de las emulsiones catiónicas pueden incluir aceite en el destilado, cuya cantidad máxima está limitada por especificaciones. El material destilado, se recibe en una probeta graduada, incluye tanto el agua como el ac aceeit itee pr preese sent ntes es en la emu muls lsió ión n. Ya qu quee est stos os dos materiales se separan, las cantidades de cada uno de ellos pueden determinarse directamente en la probeta graduada.

5.2 Carga de partícula

El ensaye de carga de partícula se hace para identificar las emu muls lsio ione ness ca cati tión ónic icas as de rot otur uraa rá rápi pida da y me medi dia. a. Se mate ma teri rial aliza iza su sume merg rgie iend ndo o un pa parr de el elec ectr trod odos os,, po posi siti tivo vo (ánodo) y negativo (cátodo), conectados a una fuente de corriente eléctrica continua, en una muestra de emulsión. Luego de 30 minutos, o cuando la intensidad de corriente decr de crec ecee 2 mi mililiamp amper eres es,, se ob obse serv rvan an lo loss el elec ectr trod odos os y se dete de term rmin inaa cua uall ti tien enee un unaa ca capa pa ap apre reci ciab able le de as asfa falt lto o depositado. Si está en el cátodo, estamos en presencia de una emulsión asfáltica catiónica.

105


5.3 Viscosidad

Se utiliza el ensaye Saybolt-Furol, para medir la consistencia de las emulsiones asfálticas. Por conveniencia y precisión se usan us an do doss te temp mper erat atur uras as de en ensa saye ye,, la lass cua cuale less cu cubr bren en el rango de trabajo. Estas temperaturas son 25º y 50º C (77 ó 122º F). Su elección depende de las características características viscosas de la emulsión, según su tipo y grado.

Para hacer el ensayo a 25º C se calienta una muestra hasta la temperatura de ensayo, revolviéndola cuidadosamente. Se la vuelca a través de un colador en un tubo normalizado que tiene un orificio tapado. Se saca luego el tapón y se mide el tiempo que tardan en salir 60 ml de asfalto. Este intervalo de ti tiem empo po,, me medi dido doss en se segu gund ndos os,, es la vi visc scos osid idad ad de Sayb Sa ybol oltt Fu Furo rol. l. Es ob obvi vio o qu quee cu cuan anto to má máss vi visc scos oso o es el material, mayor es el tiempo que necesita un determinado volumen para fluir por el orificio. Por lo tanto un incremento en el nú núme merro de vi visc scos osid idad ad in indi dica ca un au aume ment nto o en la viscosidad de la emulsión.

Para el ensayo a 50º C, se debe calentar la muestra a 50º C ± 3º C y se la vuelca, colocándola, en el tubo. Se la lleva a la temperatura de ensayo, se saca el tapón y se cronometrea el tiempo, como ya se describió antes. 106


5.4 Demulsibilidad o Desemulsión

El ensaye de demulsibilidad indica la rapidez relativa a la cual los glóbulos coloidales de asfalto en las emulsiones del tipo rápido quebraran quebraran cuand cuando o se espar esparce ce en delgad delgadas as capas sobre un suelo o agregado. El cloruro de calcio hace que los diminutos glóbulos de asfalto presentes en las emulsiones asfálticas coagulen.

En este ensaye, una solución de cloruro de calcio y agua se mezcl me zclaa to tota talm lmen ente te co con n la em emul ulsió sión n (m (mue uest stra ra de 10 100g 0gr) r),, luego se coloca sobre un tamiz 1,4 mm. para determinar cuantos glóbulos de asfalto coagulan y se lava. Al ensayar las emulsiones CRS se usa una solución de cloruro de calcio muy débil. Las especificaciones prescriben la concentración de la solución y la cantidad mínima de asfalto que debe ser retenida en el tamiz 1,4mm (Nº 14). La cantidad de residuo asfáltico retenido nos da el grado de coalescencia.

Se espera que estas emulsiones tengan un alto grado de

demulsibilidad

ya

que

se

desea

que

quiebren

inmediatamente al entrar en contacto con el agregado.

107


5.5 Sedimentación

El en ensa saye ye de se sedi dime ment ntac ació ión n in indi dica ca la te tend nden enci ciaa de la lass part pa rtíc ícul ulas as de as asfa falt lto o a pe perd rder er la es esta tabi bililidad dad,, du dura rant ntee el almacenamiento de la emulsión. Detecta la propensión de los

glóbulos

de

asfalto

a

sedimentar

durante

el

almacenamien almace namiento. to. Este ensayo sirve también como indica indicador dor de la ca cali lida dad d de la em emul ulsi sión ón au aun n cu cuan ando do est staa no se seaa almacenada. almace nada. Una falla en el ensaye de sedimentación sedimentación indica que algo anda mal en el proceso de emulsificación.

Se colocan colocan dos muestras muestras de 500 ml en sendos sendos tubos tubos de vi vidr drio io gr grad adua uado doss y se lo loss de deja ja de desc scan ansa sarr ta tapa pado dos, s, durante 5 días. Luego se toman pequeñas muestras de las part pa rtes es su supe peri rior or e inf infer erio iorr de ca cada da tu tubo bo,, se co colo loca ca ca cada da muestra en un recipiente y se pesa. La muestra se calienta hasta que evapore toda el agua y luego se pesa el residuo. Los pesos obtenidos se usan para encontrar la diferencia entre el contenido de cemento asfáltico de las porciones superior e inferior del cilindro. Esto da una medida de la sedimentación.

108


5.6 Mezcla con cemento

El en ensa saye ye de me mezc zcla la de ce ceme ment nto o re repr pres esen enta ta,, pa para ra la lass emulsiones lentas, lo mismo que el ensaye de demulsibilidad para las emulsiones rápidas.

En es este te ens nsay ayee se me mezc zcla la un unaa mue uest stra ra de 10 100 0 ml de emul em ulsi sión ón di dilu luid idaa co con n ag agua ua de dest stililad adaa ha hast staa un 55 55% % de dell resi re sidu duo o co con n ce ceme ment nto o Pó Pórt rtla land nd de alt altaa re resi sist sten enci ciaa in inic icia ial, l, revolviéndolos y luego se lava sobre un tamiz 1,4mm (Nº 14) y se determina la cantidad de material retenido en el mism mi smo. o. La Lass

espe es peci cifi fica caci cion ones es

gene ge nera ralm lmen ente te

lilimi mita tan n

la

cantidad de material que puede ser retenida sobre el tamiz. tamiz .

5.7 Capacidad de recubrimiento y resistencia al agua

Este Es te en ensa sayo yo ti tien enee un tr trip iple le pr prop opós ósit ito. o. Su ob obje jeti tivo vo es determinar dete rminar la capaci capacidad dad de una emulsión asfáltica asfáltica para; (1) cubrir totalmente el agregado, (2) soportar el mezclado sin que se rompa la película formada y (3) resistir la acción de lava la vado do de dell ag agua ua cua cuand ndo o se co compl mplet etó ó el me mezcl zclad ado. o. Es Este te ensayo principalmente, ayuda en la elección de emulsiones

109


asfálticas apropiadas para mezclar con agregados gruesos calcáreos.

Se cubre con polvo de carbonato de calcio el agregado elegido y se mezcla con la emulsión asfáltica. Se coloca aproximadamente la mitad de la mezcla sobre un papel absorbente para un examen visual de la superficie del agregado cubierta de emulsión asfáltica. Se lava con agua el resto de la muestra y se enjuaga hasta que el agua salga clara. Se coloca este material sobre un papel absorbente y se evalúa el recubrimiento.

Se cubre otra muestra de agregado con polvo de carbonato de calcio y se mezcla con una cantidad de agua dada. Se agrega la emulsión asfáltica y se mezcla cuidadosamente. Se hacen las mismas evaluaciones ya vistas anteriormente.

4ª.- SEMANA DE LOS AGREGADOS DE CANTERA.

INVESTIGACIONES DE CAMPO.

110


Estas investigaciones fueron realizadas por personal especializado bajo la supervisión del Ingeniero Responsable del presente estudio, y que consistió en la ejecución de calicatas o pozos a cielo abierto a una profundidad de -1.50 mts., numeradas y zonificados por kilómetro para tratar en lo posible de aglutinar un tipo de suelo y poder diseñar el adecuado pavimento a emplear DESCRIPCION DEL PROYECTO Hemos creído conveniente reducir el área en estudio por tramos, para obtener una mejor y real información y así poder determinar la capacidad de soporte de los suelos; por esto, estamos adjuntando el plano de ubicación de calicatas y canteras, sus perfiles estratigráficos, una hoja de resúmenes con la determinación de sus propiedades físicomecánicas, densidades y óptimos contenidos de humedad con sus respectivos C.B.R. Punto Inicial :

En coordenadas UTM tomadas con navegador GPS de 12 satélites.

Km. 0+000 Cruce Tamborapa carretera Jaén – San Ignacio Este

: 0742048

Norte : 9390596 Altitud: 519 m.s.n. Punto Final

111

: Distrito La Coipa. (Km. 20+448.25)


Este Norte

: 0731969 : 9403269

Altitud: 1,515 m.s.n.m.

UBICACION DE CANTERAS: - Cantera (1): “La Manga” Km. 15+100 Volumen 

: 30,000 m3

Cantera para C°

(Rio

Tabaconas) : a 350 mts. del Punto

Inicial. 

Volumen : 500 m3 -

La cantera (1)

“La Manga” presenta

material de origen volcánico

(Andesitas y Dositas), mezcla de gravo-areno-arcillosas,

de forma

angular y sub angular , de color gris blanquecino cumpliendo con los requisitos como material de afirmado para estos tipos de caminos, necesitando limpieza de 0.30 mts. (capa de materia contaminado); así mismo, tendrán que eliminar gravas mayores de 2” de diámetro por medio de zarandas y solo será necesario el uso de tractor de orugas, cargador frontal y sus respectivos volquetes. UBICACION DE CALICATAS : •

Calicata Nº 1 : Km

112

0 + 020


Calicata Nº 2 : Km

0 + 940

•

Calicata Nº 3 : Km

2 + 000

•

Calicata Nº 4 : Km

3 + 000

•

Calicata Nº 5 : Km

4 + 000

•

Calicata Nº 6 : Km

5 + 000

•

Calicata Nº 7 : Km

6 + 020

•

Calicata Nº 8 : Km

7 + 000

•

Calicata Nº 9 : Km

8 + 000

•

Calicata Nº 10 : Km

9 + 000

•

Calicata Nº 11 : Km 10 + 000

•


•


•


•


•


•


•


113



•


•


PUNTOS DE AGUA. En este tramo existen 6 puntos de agua, el volumen ha sido calculado en la época que se realizó el estudio. 

P - 1 (05 m3s/seg.)

Km. 00 + 000 - Río (*)



P - 2 (10 litros/seg.) Del Km. 01 + 486 al 02+790 - Canal de riego



P – 3 (1.0 litros/seg) Km. 13 + 060 - Manantial



P - 4 (1.0 litros/seg.) Km. 14 + 020 - Manantial.



P - 5 (1.0 litros/seg.) Km. 16 + 725 - Manantial



P – 6 (6.0 litros/seg) Km. 18 + 920 - Manantial.



(*) La muestra P-1 corresponde a la del Río Tabaconas, que está fuera del tramo aproximadamente a 350 mts. del punto inicial.

LABORATORIO DE MECANICA DE SUELO 114


Con las muestras representativas alteradas de las diferentes calicatas y canteras; se efectuaron los siguientes ensayos a).- Ensayos Estándar - 38 Contenidos Naturales de Humedad. - 38 Ensayos de Análisis Granulométricos

- 38 Ensayos de Límites de Consistencia. - 38 Ensayos de Pesos específicos. b).- Ensayos Especiales. - 03 Ensayos de Proctor Modificado (Densidades Máximas y óptimo contenido de humedad). - 01 Ensayos de Abrasión - 03 Ensayos de C.B.R. La clasificación de suelos se realizó utilizando los métodos del American Asociation of State Highway Officials (AASHO) y por el Sistema Unificado de Clasificación de Suelos (SUCS). PERFIL DE SUELOS Para pavimentos se emplea el sistema de Clasificación AASHO (American Asociation of State Highway Officials)

115


SISTEMA DE CLASIFICACION AASHTO. Se distinguen entre 7 grupos básicos: El mejor suelo para subrasantes de carreteras (sub-base) viene clasificada como A - 1, le sigue en calidad el A - 2, siendo el A - 7 el de peor clasificación. Los siete grupos básicos será divididos en subgrupos con un índice de grupo, con el fin de aproximar dentro de las valoraciones del grupo. Los índices de grupo van de 0 para la mejor subrasante a 20 para las pésimas. Los incrementos de valor de los índices de grupos reflejan una reducción en la capacidad para soportar cargas, por el efecto combinado de aumento del límite líquido e Indice de plasticidad y disminución en el porcentaje del material grueso. Evaluación del Indice de Grupo: Se lo obtiene mediante el uso de una fórmula para índices de grupo basada en la granulometria y los límites (LL - IP) del suelo. La fórmula del índice de grupo es la siguiente: Indice de grupo = 0.2a + 0.05ac + 0.0Ibd en donde: a=

Porción de porcentaje que pasa el tamiz N° 200 mayor del 35%, expresada como número entero positivo (1 a 40)

b = Porción de porcentaje que pasa el tamiz N° 200 mayor del 15% ( 1 a 40). c=

Porción numérica del Límite Líquido mayor de 40 y que no exceda de 60 (1 a 20)

116


d = Porción numérica de IP mayor de 1O y que no exceda de 30, número entero (1 a 20) El Índice de grupo se expresa en un paréntesis después del número del grupo del suelo. La clasificación de la subrasante en términos del Indice de grupo es la siguiente: Excelente.............. A - 1 (0) Buena.

Índice de grupo de 0 a 1

Regular.. " Mala..... " Muy mala.. "

" "

"2 a4

" "

"5 a9

" "

" 10 a 20

Suelos A - 1: Son mezclas bien graduadas de gruesos a finos con aglutinantes no plásticos o de plasticidad débil. Estos tienen una gran estabilidad a la carga de las ruedas sin afectarlos

las

condiciones

de

humedad.

Se

componen

satisfactoriamente como bases con superficies bituminosas de desgaste delgadas. Los suelos clasificados en este grupo son materiales adecuados o que pueden hacerse adecuados para capas granulares de base. Suelos A - 2: 117


Están constituidos de material fino y grueso mezclados con aglutinante, pero son inferiores a los suelos A-1 debido a su mala granulación, a un aglutinante inferior o a ambas cosas. En la superficie de la cantera puedan presentar una gran estabilidad cuando estén secos, o según la cantidad y características del aglutinante, pueden reblandecerse cuando se humedecen, o volverse sueltos y polvorientos durante los períodos de sequía. Si se usan como capas de base, los tipos plásticos pueden perder estabilidad, debido a la saturación por capilaridad o deficiencia de drenaje.

Los suelos A-2-4 y A-2-5 incluyen aquellos materiales granulares que tienen un suelo aglutinante con características de los suelos de los grupos A-4 y A-5.

Los suelos A-2-6 y A-2-7 incluyen aquellos materiales granulares que tienen un suelo aglutinante con características de los suelos de los grupos A-6 y A-7. Suelos A - 3. Están compuestos por arenas deficientes en aglutinante. Son típicas en este grupo la arena fina de desierto y la arena transportada por el viento (costa peruana), así como las mezclas en depósitos fluviales de mala graduación con pequeñas cantidades de arena gruesa y grava. Tienen una estabilidad deficiente a la carga de las ruedas , excepto cuando están húmedos. Las condiciones de humedad sólo los afecta 118


ligeramente; no tienen cambios de volumen y constituyen una subrasante adecuada para pavimentos de todo tipo cuando están confinados. Pueden ser compactados por vibración, con rodillo de acero o con rodillos de llantas o cubiertas neumáticas. Suelos A - 4. Están compuestos predominantemente por limo con sólo moderadas cantidades de material grueso y pequeñas cantidades de arcilla pegajosa coloidal.

Se encuentra frecuentemente y proporciona una superficie

firme para circulación cuando están secos, teniendo un escaso abultamiento después de ser cargados.

Cuando absorben agua se

dilatan perjudicialmente o pierden estabilidad. Varían ampliamente en composición textual, desde limos arenosos, barros limosos y arcillosos.

Son difíciles de compactar ya que el intervalo de humedad para una compactacion satisfactoria, es muy pequeño.

Los tipos más plásticos se dilatan con los aumentos del contenido de humedad, especialmente cuando se han compactado a un contenido de humedad inferior al contenido óptimo.

Las

superficies bituminosas requieren bases substanciales cuando se colocan sobre subrasantes de suelos de este grupo.

Suelos A - 5. 119


Son similares a los A-4, con excepción que incluyen suelos de graduación muy mala. Estos suelos se presentan raramente. Son susceptibles al abultamiento cuando se retira la carga, aún que estén secos. Las propiedades elásticas dificultan la conveniente compactación de bases de tipo flexibles colocadas durante la construcción y no son aceptables como subrasantes para capas delgadas de base flexible estabilizada, ni para superficie bituminosas. Están sujetos a la acción de la congelación. Se han observado que los pavimentos colocados sobres subrasantes de este tipo de suelo se agrietan excesivamente.

Suelos A - 6.

Componen predominante de arcilla con contenidos moderados de materiales gruesos. En los estados de plasticidad blanda o rígida sólo absorben agua adicional cuando se les manipula.

Tienen

buena capacidad soportante cuando están compactados a la densidad máxima, pero pierden capacidad soportante cuando absorben humedad.

Los índices de plasticidad altos, por encima de 18, de esos suelos indican una naturaleza cohesiva del material aglutinante (arcilla y colides), solamente serán adecuados para rellenos y subrasantes 120


cuando se colocan y mantienen con un bajo contenido de humedad.

Mientras que el flujo de agua por gravitación es muy pequeño, la presión capilar que ocasiona que el agua se mueva de las porciones más húmedas a las más secas es muy grande y se pueden desarrollar por este motivo grandes fuerzas expansivas.

No son adecuadas para sub-base bajo capas delgadas flexibles o capas superficiales bituminosas a causa de los grandes cambios de volumen que motivan las variaciones de humedad, y la pérdida de poder soportante después de la admisión de humedad.

Suelos A - 7.

Están compuestos primordialmente de arcilla como los suelos A-6 pero debido a las partículas de limo de tamaño uniforme, a la materia orgánica, escamas de mica, o carbonato de cal, son elásticos. A un determinado contenido de humedad se deforman y abultan apreciablemente cuando se retira la carga. También presentan las características dadas por los suelos A - 6 en el párrafo anterior.

121


Son difíciles de compactar convenientemente lo que hace que sean especialmente inadecuados para pavimentos flexibles.

Los suelos A-7-5 comprenden los suelos A-7 con índices de plasticidad moderados, en relación al límite líquido y pueden ser altamente elásticos, así como estar sujetos a considerables cambios de volumen.

Los suelos A-7-6 comprenden suelos con índices de plasticidad muy altos con relación al límite líquido y Están sujetos a cambios de volumen extremadamente altos.

Turba y Escombros:

Los suelos compuestos de turba y escombros son muy blandos, contienen grandes cantidades de materia orgánica y humedad y no pueden ser usados en ningún tipo de construcción.

EXPLOTACION DE CANTERAS Y MEDIO AMBIENTE 122


Al mencionar "explotación de canteras" y más aún en zonas urbanas se piensa de antemano en el problema ambiental y en especial en la afectación negativa del entorno ; indudablemente la falta de un verdadero control en los sistemas tradicionales de explotación (sin controles técnicos ni legales) ha degenerado en la problemática actual de deterioro del medio natural, económico, físico y cultural entre otros. Uno de los problemas que generalmente encontramos en nuestro medio es cuando las familias dueñas de una parcela se reunen para sacarle provecho al subsuelo entre ellos mismos, haciendo todo fuera de los marcos legales y lógicamente técnicos que una empresa de este estilo requiere. Otro problema muy común es aquel relacionado con la cultura de la avaricia, pues aunque existan los medios económicos para poder desarrollar un programa de explotación controlada el afán por acumular riquezas los lleva a explotar irracionalmente los macizos y en consecuencia se presenta la afectación negativa del entorno sin hablar de la mala calidad y clasificación de los materiales que de allí se extraigan. Sin duda un eficaz control y seguimiento técnico dentro de los parámetros legales, evitaría tanto problema generado al rededor de este tema. Cumpliéndose estos planteamientos entonces no veríamos a la explotación de canteras de esta forma tan destructiva, sino que la veríamos como un agente generador de empleo y de vienes de servicio esenciales para el progreso y desarrollo de una comunidad, depende de nosotros que esto ocurra. Sin embargo aunque hasta el momento solo se han mitigado ciertos factores, la afectación negativa continua y esa lucha económica medio ambiente continua. Como superponer intereses ambientales sobre los económicos ? En este caso los controles gubernamentales no han ejercido su poder, o 123


simplemente han sido flexible por alguna u otra razón. Es increíble ver a diario en toda una urbe como Bogotá el estado en el que este tipo de minería ha dejado sus cerros, hábitat de gran diversidad biológica, solo basta con voltear la mirada al oriente y encontrar un paisaje desolador, donde no es solo esa afectación cromática y biológica, sino también el problema social que se desarrolla a los alrededores de las minas, que aunque no es exclusivamente producto de las explotaciones mineras, sino también de la mala planeación urbanística, la ubicación de esa población en torno a las canteras las convierte en zonas que de por si ya son de alto riesgo.

ECONOMIA La apertura económica en Colombia sucedida en 1990 por parte de las políticas del gobierno Nacional, condujo un cambio importante y trascendental en la macroeconomía variando el modelo económico anterior a esta fecha, caracterizado por un fuerte proteccionismo y un control total de las importaciones para dar paso a una competitividad internacional frente a la producción industrial Nacional. La llegada de las importaciones trajo con sigo nuevas tecnologías, nueva competencia, nuevas oportunidades y nuevos problemas, así como también un incremento en los niveles de inversión extranjera, todo esto supuestamente para solucionar los problemas de desempleo, inflación, calidad de los productos industriales, recuperar la dinámica competitiva y en general aumentar el ritmo de crecimiento económico. Estas buenas intenciones han sido por el contrario desfavorables en muchos sectores, pues la pequeña y mediana empresa no contaba con la 124


suficiente infraestructura y eficiencia en los procesos de producción como para competir a la par con empresas internacionales. El sector minero no es ajeno a estas condiciones de mercado ni al desarrollo de este nuevo proceso, por ende las empresas mineras deben aprovechar las facilidades en las importaciones para lograr disminuir los costos de producción, mejorar la calidad de los procesos industriales y en si mejorar la eficiencia de producción para poder competir a nivel nacional e internacional. Un análisis económico para el desarrollo de una empresa minera debe tener en cuenta diferentes factores de prefactibilidad en primera instancia como son, el área de influencia y cobertura de mercado, dimensiones del mercado y tasa de crecimiento, análisis de precios, dimensiones de la planta física y capacidad instalada. En segundo lugar se debe tener en cuenta ciertos ítems en el estudio de factibilidad que son : •

Inversión en obras físicas.

•

Inversión inicial en maquinaria.

•

Reinversiones en maquinaria dentro de la operación.

•

Ingresos por medio de maquinaria de remplazo.

•

Mano de obra.

•

Insumos generales.

•

Obras de infraestructura.

•

Gastos Preoperativos.

125


Depreciación de activos : maquinaria y obras físicas.

5ª.-SEMANA ESTABILIDAD DE SUELOS – MEZCLA DE SUELOS.

USO DE ESTABILIZADORES DE SUELO

Se denomina suelo estabilizado a aquel terreno natural, al cual se le han modificado una serie de propiedades físicas ó mecánicas por diversos métodos. También se denomina "Suelo estabilizado" o "estabilización de suelos" cuando se modifican las capas de la sub-base y de la base, las que. formadas por materiales o suelos granulares, requieren muchas veces ser mejoradas.

En el Perú se debe insistir en la buena práctica de estabilizar en las subrasantes, especialmente en carreteras de la Sierra y Selva.

Cuando los caminos son simplemente afirmadas y no tienen estabilizada la subrasante, se producen los hinchamientos por efectos de lluvias, aguas de regadío; los hundimientos que se generan por el tráfico de los vehículos que obligan al mantenimiento y, por lo tanto, a la reposición de materiales granulares de la capa superior. Esta capa se va perdiendo, ya que una parte se introduce dentro de la subrasante ablandada por la lluvia y otra se desplaza hacia las bermas, por efecto de la presión y tracción de las llantas de los vehículos. Este desplazamiento lateral del 126


material de afirmado, producido por la velocidad y el efecto de cava generada por las llantas, forman lo que se conoce con el nombre de "encalaminados".

Los futuros caminos o carreteras deberán ser diseñados y construidos buscando que su vida útil o duración sea mayor y menor el costo de su mantenimiento.

TRATAMIENTOS RECOMENDABLES.

Veamos a continuación los tratamientos más recomendables en el mejoramiento del suelo, que consiste generalmente en agregar otros elementos para conseguir la estabilidad deseada. a.-

Adición de arena.

El agregado de arena es indicado para mejorar los suelos arcillosos.

b.-

127

Tratamientos bituminosos.


Los materiales bituminosos estabilizan el suelo, aumentando la cohesión y reduciendo la entrada de agua a la capa estabilizadora.

c.-

Incorporación de sales a los suelos secos.

Para carreteras de tierra, será necesario y fundamental conservar la humedad del suelo, esto se logra al incorporarle sales higroscópicas, como cloruros de calcio y de sodio.

d.-

Aglutinantes para suelo bituminoso.

Se recomienda para suelos bituminosos el empleo de material aglutinante, aquel material que pasa por la malla Nº 40, que tiene un límite líquido cuando menos de 40 y un índice de plasticidad menor de 18. Los materiales bituminosos comprendidos en los grupos de fraguado lento y fraguado medio son apropiados como elementos de ligazón.

e.-

128

Suelo cemento.


El papel del cemento en el firme consolidado es doble. por una parte tiene efecto ligante, dando cohesión a los suelos que no la poseen (arenosos); y por otra parte desprende cal, cambia las propiedades de la arcilla, disminuye su plasticidad y evita sus variaciones de volumen.

f.-

Estabilización con cal.

En este sistema de estabilización se producen reacciones físico-químicas, Los suelos arcillosos tiene partículas del tamaño de miscelas, coloides y arcillas, todas las cuales son de índole aluminio - silicato que contienen cargas eléctricas positivas en superficie. El intercambio del ión cálcico Ca (+ +) de menor poder de absorción de "agua sólida" por los otros menos beneficiosos, se produce después del mezclado y generan cambios sustanciales y provechosos en cuanto a sus propiedades físicas y mecánicas.

g.-

Estabilización con elementos biodegradable.

Son productos orgánicos a base de enzinas, los cuales son usados

para

estabilizar

materiales

plásticos-arcillosos

empleando los métodos tradicionales de construcción, 129


mejorando los procesos de homogenización y compactación de suelos.

Las enzimas son compuestos similares a las proteínas, que actúan como catalizadores debido a que las estructuras de sus moléculas contienen partes activadas que aceleran el proceso de aglutamiento de las arcillas.

Para el empleo de estos estabilizadores, es necesario cumplir con ciertas características:

- Material que pasa la malla N° 200, mínimo de máximo de 40%.

- Agregado grueso menor de 1½".

- Indice plástico mayor de 6%.

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES. 130

20% y un


CONCLUSIONES:

De las muestras obtenidas de campo, de los ensayos de Laboratorio y después de efectuar los análisis respectivos, establecemos las siguientes conclusiones:

1.-

Luego de la evaluación de campo, encontramos que las vías en algunos tramos esta a nivel de afirmado y en otros solo se encuentra a nivel se subrasante. En ambos casos los caminos se encuentran muy deteriorados por efecto del uso, del clima, malos agregados y un deficiente sistema de drenaje debido a la falta de cunetas y alcantarillas que causan escorrentias erosivas al pavimento.

2.-

Al obtener los resultados de las muestras de las calicatas se puede observar que la subrasante en su mayor parte, está conformada por suelos areno-arcillo-limosos y suelos arcillolimo-gravosos de baja a medianamente plásticas; luego de la evaluación y de los resultados del laboratorio, escogemos los suelos más desfavorables para hacerles su respectivos C.B.R., con los cuales vamos a diseñar el Pavimento.

131


3.-

Luego de estudiar las superficies de rodadura se observó que existen en algunos tramos una capa de afirmado de espesor promedio 0.10m.

procedentes de las diferentes

canteras (las cuales no cumplen con los requisitos mínimos para este tipo de pavimento); todas las cuales se aplicaron sin consideraciones técnicas, con una profundidad variable, ya que, en estas zonas se presenta un fenómeno de escorrentias casi permanentes por la falta de un buen sistema de drenaje.

4.-

La escasez de buenas canteras y la falta de cunetas, han originado problemas constantes a causa de la escorrentías que se forman por aguas pluviales y de riego. Los caudales que discurren sobre la plataforma actual y a sus costados poseen velocidades superiores a la erosión, que aumentan con la pendiente misma del terreno y con la gradiente de la vía.

5.-

De los estudios efectuados y de los resultados obtenidos para el uso de materiales de las diferentes canteras, solo se está tomando aquella que cumple con las especificaciones técnicas requeridas por el Ministerio de Transportes y Comunicaciones, en cuanto a los materiales a emplear en el mejoramiento de superficies granulares de rodaduras.

132


RECOMENDACIONES:

Luego de los estudios y de los resultados obtenidos así como de las conclusiones anteriormente descritas, se emiten las siguientes recomendaciones:

1.-

Debido a la presencia de suelos de fundación de baja capacidad de soporte, en todos los tramos, sensibles al cambio de volúmenes por la presencia de agua de escorrentias (suelos arcillo-limosos) se recomienda asegurar una buena compactación, con un mínimo de 100% de compactación del Proctor Modificado, un buen sistema de drenaje y adecuado bombeo.

2.-

Los parámetros encontrados en las canteras son los

siguientes:

a).- Resistencia a los cambios de humedad y temperatura.

b).- El porcentaje de desgaste según el ensayo de abrasión 133


es inferior a 50%.

c).- El C.B.R. es superior a 40%

Luego de comprobar que la característica de la cantera a usar, cumplen con las especificaciones técnicas y que son apropiadas para este fin, previo perfilado, escarificado y batido; en un espesor diseñado según cálculos en el estudio del Diseño de Pavimentos. (Capítulo Diseño de Pavimentos).

6ª- SEMANA METODOS DE DISEÑO DE PAVIMENTO FLEXIBLES I

DISEÑO DEL PAVIMENTO FLEXIBLE I

De acuerdo a los resultados del estudio del tráfico del camino, se tiene que las características son de una vía de bajo volumen de tránsito. 134


Tomando en consideración esta definición, el diseño de pavimento tendrá como objetivo conseguir una estructura funcional, garantizando una buena transitabilidad.

El pavimento para un camino de bajo volumen de tránsito puede ser a nivel de afirmado o con tratamiento bituminosos como superficie de rodadura.

Tomando en consideración que las precipitaciones pluviales en la zona son de medianas a altas intensidades, a lo más recomendable es usar una superficie de rodadura con recubrimiento bituminosos.

Sin embargo de acuerdo a las indicaciones del PCR, la superficie de rodadura deberá consistir en un lastrado.

Determinación del Número de Ejes Equivalentes

135


Dentro del estudio de tráfico realizado se ha determinado el índice de Tráfico Medio Diario por tipo de vehículo para el año 2002:

-

Vehículos livianos

9

-

Ómnibus grande

3

-

Camión de 2 ejes

5

Así mismo, se ha determinado la tasa de crecimiento de tráfico correspondiente al promedio anual de crecimiento poblacional, producción agrícola, pecuaria y láctea de los distritos de la zona de estudio, siendo esta tasa del 5.6%.

Con la tasa de crecimiento mencionada y aplicando los factores de equivalencia de acuerdo a los estimados por eje de los vehículos, se ha calculado el número de ejes

136


equivalentes para el periodo de diseño de 5 años. Dichos cálculos se presentan en el siguiente cuadro:

Métodos para el diseño de Pavimentos

Generalmente, para pavimentos no asfálticos se pone mayor énfasis en la calidad y elección de materiales que se usarán para la conformación de la superficie de rodadura, que al demensionamiento estructural.

Uno de los parámetros fundamentales para el diseño de espesores del pavimento, es el valor soporte (CBR) de la subrasante existente, y que depende del tipo de suelo con que está conformada. En nuestro caso los suelos más representativos, según calicatas efectuadas, son los que se indican a continuación.

137


TRAMO TIPO DE SUELO TIPO DE SUELO CBR (%) Km.

SUCS

AASHTO

10+610

SC

A-2-6(0)

16

Para el diseño del pavimento existen varios métodos para los caminos de bajo transito.

En el presente caso se han utilizado tres de ellos, lo que se describen a continuación:

138


MÉTODO DEL CUERPO DE INGENIEROS DEL EJERCITO NORTEAMERICANO USACE.

El procedimiento de este método se basa en ecuaciones que permiten determinar el espesor de material requerido sobre una capa sub-rasante de un CBR del material de la capa superior sea mayor que el de la subyacente.

El espesor del pavimento obtenido mediante este método es el que permite un cierto número de repeticiones, antes que la estructura alcance un nivel de deformación que corresponda a una baja serviciabilidad.

Del gráfico Nº 5.1 se obtienen los espesores requeridos en función al CBR y número de repeticiones de ejes standard.

Para los datos base del diseño:

a) 139

CBR = 16 %


EAL = 23.176 ejes equivalentes

Se obtiene:

Espesor del pavimento a nivel de afirmado

E = 5”

METODO DE US FOREST SERVICE

Este método desarrollado por el Servicio de Guardabosques de EE.UU. (USES), está basado en los criterios de fallas siguientes:

140

Índice de Serviciabilidad Presente (PSI)


Se recomienda Pi = 4.0 y para nivel de serviciabilidad Pt = 1.5, para caminos afirmados.

-

Ahuellamiento

Bajo este criterio la falla ocurre cuando la profundidad de Ahuellamiento alcanza 2”.

El espesor del pavimento se obtiene con la formula siguiente:

SN = a1 D1 + a2 D2 + .................an Dn

Donde:

a = Coeficiente de equivalencia de espesor que representa la calidad de cada capa. 141


D = Espesor de la capa.

En los cuadros 5.3, 5.4, y 5.5 se indican los valores de soporte del suelo (SS) correlación entre CBR del material granular y coeficientes estructurales y números estructurales.

Para CBR = 20% SS = 7.9

IG = 0 (del cuadro Nº 5.3)

a = 0.85 para material granular cuyo CBR = 50%(del cuadro Nº 5.4)

SN = 1.02 (del cuadro Nº 5.5, criterio del ahuellamiento)

SN = 1.71 (del cuadro Nº 5.6, criterio del PSI)

142


Luego se obtiene:

D = SN a

D = 1.02 = 8.72 cm.

Criterio del ahuellamiento

0.117

D = 1.71 = 14.62 cm.

Criterio del PSI

0.117

MEDOTO DEL ROAD RESEARCH LABORATORY

Este método está basado en la relación establecida por Roas Research Laboratory entre el valor del CBR de la sub-rasante y el IMID de los vehículos de más de 3 Tn. 143


Del gráfico Nº 5.2 se obtiene el espesor del afirmado:

CBR

Espesor (cm.)

% 16

12

En el cuadro Nº 4.6.2 se presenta el resumen de los cálculos de pavimento realizados.

CBR% USACE USES RRL 16%

144

5”

6”

4.7”


Solución Propuesta

Del cuadro 5.6.2 se propone la siguiente solución para la estructura de pavimento en toda la longitud del camino.

El pavimento a nivel de lastrado consistirá en una capa de material seleccionado de 6” de espesor.

Requisitos para el material de Pavimento

La solución propuesta para el pavimento del camino en estudio consiste en una superficie de rodadura conformada por una capa de afirmado sin recubrimiento superficial asfáltico, por lo que deben cumplirse los requerimientos de los materiales granulares que se utilizarán en la rehabilitación del camino tramo 10 + 610 Km.

145


Problemas debido al drenaje deficiente

Como consecuencia del drenaje deficiente y a veces inexistente en el camino en estudio, se produce la acumulación del agua de lluvia en las depresiones de la superficie de rodadura del camino, provocando la saturación y el ablandamiento de la misma. Con el paso de los vehículos se hace difícil, a veces imposible, desde el momento que la capa de rodadura disgregada sede bajo su peso.

Dadas estas consecuencias desfavorables que se pueden esperar a raíz de las saturaciones del material de lastrado (pérdida de resistencia, cambios volumétricos), es sumamente importante proteger el pavimento, para lo cual se recomienda las siguientes acciones:

-

Proporcionar

pendientes

transversales

(bombeo)

adecuados. -

Considerar las cunetas, obras de arte menores, tales como tajeas y alcantarillas con la finalidad de evacuar de

146

manera

rápida

las

aguas

superficiales

del


pavimento, como consecuencia de las precipitaciones pluviales. -

Efectuar un mantenimiento periódico de las obras de drenaje, a fin de que el agua discurra con facilidad.

RAZON DE SOPORTE DE SUELOS COMPACTADOS - ENSAYE DE C.B.R.

1. Generalidades El ensayo de C.B.R. mide la resistencia al corte (esfuerzo cortante) de un suelo bajo condiciones de humedad y densidad controladas, la ASTM denomina a este ensayo, simplemente como “Relación de soporte” y esta normado con el número ASTM D 1883-73. Se aplica para evaluación de la calidad relativa de suelos de subrasante, algunos materiales de sub – bases y bases granulares, que contengan solamente una pequeña cantidad de material que pasa por el tamiz de 50 mm, y que es retenido en el tamiz de 20 mm. Se recomienda que la fracción no exceda del 20%. Este ensayo puede realizarse tanto en laboratorio como en terreno, aunque este último no es muy practicado.

147


2 Ensayo de C.B.R. (Nch 1852 of.81) El número CBR se obtiene como la relación de la carga unitaria en Kilos/cm2 (libras por pulgadas cuadrada, (psi)) necesaria para lograr una cierta profundidad de penetración del pistón (con un área de 19.4 centímetros cuadrados) dentro de la muestra compactada de suelo a un contenido de humedad y densidad dadas con respecto a la carga unitaria patrón requerida para obtener la misma profundidad de penetración en una muestra estándar de material triturada, en ecuación, esto se expresa:

CBR = Carga unitaria de ensayo

*

100

Carga unitaria patrón

Los valores de carga unitaria que deben utilizarse en la ecuación son:

Penetración

148

Carga unitaria patrón

mm

Pulgada

Mpa

Kg/cm2

psi

2,54

0,1

6,90

70,00

1000

5,08

0,2

10,30

105,00

1500

7,62

0,3

13,10

133,00

1900

10,16

0,4

15,80

162,00

2300


12,7

0,5

17,90

183,00

2600

Tabla V.15 Valores de Carga Unitaria

El número CBR usualmente se basa en la relación de carga para una penetración de 2.54 mm (0,1”), sin embargo, si el valor del CBR para una penetración de 5.08 mm (0,2”) es mayor, dicho valor debe aceptarse como valor final de CBR. Los ensayos de CBR se hacen usualmente sobre muestras compactadas al contenido de humedad óptimo para el suelo específico, determinado utilizando el ensayo de compactación estándar. A continuación, utilizando los métodos 2 o 4 de las normas ASTM D69870 ó D1557-70 ( para el molde de 15.5 cm de diámetro), se debe compactar muestras utilizando las siguientes energías de compactación:

Peso Método D698 2 (suelos de grano fino)

149

Golpes Capas 56

3

del

martillo N 24,5


4 ( suelos gruesos)

56

3

24,5

D15572 (suelos de grano fino)

56

5

44,5

4 (suelos gruesos)

56

5

44,5

Tabla V.16 Energías de Compactación

El ensayo de CBR se utiliza para establecer una relación entre el comportamiento de los suelos principalmente utilizados como bases y subrasantes bajo el pavimento de carreteras y aeropistas, la siguiente tabla da una clasificación típica:

Sistema de Clasificación Clasificación CBR

general

usos

Unificado

AASHTO

0-3

muy pobre

subrasante

OH,CH,MH,OL

A5,A6,A7

3-7

pobre a regular

subrasante

OH,CH,MH,OL A4,A5,A6,A7

7 - 20

regular

sub-base

OL,CL,ML,SC A2,A4,A6,A7 SM,SP

150


20 - 50

bueno

base,subbase GM,GC,W,SM A1b,A2-5,A3 SP,GP

A2-6 A1-a,A2-

> 50

excelente

base

GW,GM

4,A3

Tabla V.17 Clasificación de suelos para Infraestructura de Pavimentos

Existen algunos métodos de diseño de pavimentos en los cuales se leen tablas utilizando directamente el número CBR y se lee

el

espesor de la subrasante (por ejemplo “Principios de diseño de pavimentos”, Jhon Wiley & Sons, 1959, Capitulo 14 y 15).

2.1 Equipo necesario - Prensa de Ensaye - Molde - Disco espaciador - Pisón 151


- Cargas - Pistón de penetración - Aparato para medir expansión

2.2 Procedimiento 2.3 Resultados Curvas de tensión – penetración

- Calcular las tensiones de penetración en Mega Pascales (MPA) o en (Kg/cm2). - Para ello se traza la curva en un gráfico tensión – penetración.

- La curva puede tomar, ocasionalmente, la forma cóncava hacia arriba debido a irregularidades de superficie u otras causas. En dichos casos el punto cero debe corregirse trazando una recta tangente a la mayor pendiente de la curva y trasladando el origen al punto en que la tangente corta la abcisa. - Obtener De la curva los valores de las tensiones necesarias para lograr una penetración de 0.1” y 0.2”. - Las curvas de tensión – penetración se dibujan en un mismo grafico para los distintos números de golpes. 152


MPa 11 10 9 8 No requiere corrección

7 6 5 Penetración

4

5.08 mm. corregida

3 Penetración

2

2.54 mm. corregida

1 0 01

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12 milímetros

0

2.54

5.08

milímetros

Origen corregido

Fig. 5.10 Corrección de Curvas Tensión-

153

Penetración

13


154

ING. PEDRO FELIX DOROTEO NEYRA – DOCENTE DE LA F.I.C. Razon de Soporte (CBR) - El valor del CBR es la relación expresada en porcentaje entre la carga real, que produce una deformación establecida y la que se requiere para producir igual deformación establecida y la que se requiere para producir igual deformación en un material chancado y normalizado, se expresa por la relación:

CBR = P

*

100

P1 P : Carga obtenida en el ensayo Pi: Carga unitaria normalizada

Las cargas normalizadas se dan en la tabla V.19

PENETRACION

155

TENSIONES

TENSIONES

NORMALIZADAS MPa NORMALIZADAS MPa

2.54

6.9

70

5.08

10.3

105

7.62

13.1

133

10.16

15.8

162

12.7

17.9

183


Tabla V.19 Penetración – Tensiones normalizadas

Para los suelos del tipo A – 1; A – 2 – 4 y A – 2 – 6, la razón de soporte se calcula solo para 5 mm de penetracion (0.2 pulgadas). Para suelos del tipo A – 4; A – 5; A – 6 Y A – 7, cuando la razón correspondiente a 5 mm es mayor que a 2,5 mm, confirmar el resultado, en caso de persistencia, la razón de soporte correspondera a 5 mm de penetración. Para suelos del tipo A – 3; A – 2 – 5 Y A – 2 – 7, el procedimiento a aplicar queda al criterio del ingeniero. Con el resultado del CBR se puede clasificar el suelo usando la tabla V.20.

CBR 0-5

156

CLASIFICACION Subrasante muy mala

5 – 10

Subrasante mala

10 – 20

Subrasante regular a buena

20 – 30

Subrasante muy buena


30 – 50

Subbase buena

50 – 80

Base buena

80 - 100

Base muy buena

Tabla V.20 Clasificación del suelo de acuerdo al CBR

Cuando se requiere conocer los efectos de preconsolidación natural, estructura de suelo, cementación natural, estratificación, que son aspectos que no pueden producirse con muestras remoldeadas de suelo ni con muestras supuestamente inalteradas que se ensayen en laboratorio, se recomienda efectuar el ensaye CBR in situ, siempre que el terreno natural esté en las condiciones mas criticas en le momento de efectuar la prueba. El procedimiento que se sigue en esta prueba es similar al establecido en los items anteriores, con la diferencia que en este caso, la muestra no esta confinada en un molde.

Es condición que en el lugar que se realice el ensaye no existan particulas superiores al tamiz 20 mm (3/4”). La preparación del terreno requiere enrasar y nivelar un area de 30 cm de diametro, para posteriormente colocar las sobrecargas estipuladas. El informe final del ensayo debera incluir, ademas del CBR determinado, la curva de presión – penetración, la humedad, peso especifico y densidad natural del suelo ensayado, antecedentes que pueden obtenerse del suelo inmediatamente vecino al que afectó el ensaye del CBR.

157


7.- SEMANA DE PAVIMENTOS FLEXIBLE II

.- DISEÑO DE LA ESTRUCTURA DE UN PAVIMENTO FLEXIBLE ( Método del Instituto de Asfalto)

5.1.- Para un período de diseño de 20 años tomando como datos

IT = 725.54

CBR = 4.5%

Primer Caso:

Concreto asfaltico en tod el espesor del pavimento se obtiene un TA de 11.25¨ pudiendo tomar un TA de 12¨

158


12¨

¨

Segundo Caso:

Concreto asfaltico como capa de rodadura, nos recomienda espesores mínimos de la capa de rodadura para un tránsito pesado :

e máx. = 2 ¨ = 5 cm.

2¨

159


14¨

Tercer Caso:

Base asfáltica con mezcla asfaltica hecho con asfalto líquido.

De la figura nº 12 , se obtiene para este caso un espesor mínimo de capa asfaltica de 15 cm. ó 6¨ , considerando una base hidráulica de alta calidad.

Entonces se puede cambiar 8¨- 6¨ = 2¨ de concreto asfáltico, por asfalto líquido.

De la tabla nº 10 se obtiene un factor de equivalencia de 1.4, con lo que esta nueva capa será 2¨ * 1.4 = 2.8 ¨

160


2¨

6¨

2.8¨

Cuarto Caso:

Pavimento asfaltico con base granular. Del gráfico nº 10 se obtiene un espesor de pavimento de concreto asfaltico mínimo cuando se usa una base granular, resultando 5.8¨, entonces lo que se puede cambiar con base granular será 12¨ - 5.8¨ = 6.2¨ de la tabla nº 10 se 161


obtiene un espesor de equivalencia = 2.7 puesto que la base granular es de baja calidad (CBR = 70%) con esto el espesor de la base será:

eb = 2.7 * 6.2 = 16.7¨ = 16.5¨

2¨

5.8¨

16.5¨

Quinto Caso: 162


Pavimento asfaltico con subbase granular para esto el punto de intersección del CBR con el IT, hacia la derecha de la curva B-B, entonces para este caso no se puede emplear sub- base.

5.2.- METODO DE CONSTRUCCION POR ETAPAS.

Primera Etapa:

Datos de Cálculo:

Período: 10 años Tasa de crecimiento: 7% Con estos datos y con los calculados anteriormente calculamos el IT (para 20 años) y el IT ( para 10 años).

IT = N*C*D*E*P

Donde: 163


N = 1148 P = 0.5 D=1 E = 0.79

C = 1 + C2 ,

C2 = (1 + 0.07 )20 = 3.87

2

C = 2.435

Luego:

IT = (1.148 * 0.5 * 1 * 0.79) * 2.435

IT = 453.46 * 2.435

164


IT = 1104.17

con este valor

IT´ = 0.05 * N * IT

donde

N : periodo de diseño de la primera etapa y es igual a 10.

IT´ = 0.05 * 10 * 1104.17 = 552.01 > 100

por lo tanto : el transito es pesado.

En el gráfico nº 10 ( pag. 91) se obtiene para.

IT = 1104.17

165


CBR = 4.5 %

TA = 11.75¨

TAa = 6¨

Para:

IT´ = 552

CBR = 4.5%

TA = 11.25¨

Por ser el tránsito pesado, el espesor de la capa de rodadura de concreto asfaltico será:

166


e = 2¨

Luego la disminución en la primera etapa será:

12¨ - 11¨ = 1¨

Primera Alternativa:

167


2¨

9

11¨

Segunda Alternativa:

Para un TAA = 6¨, entonces el espesor de la capa de Concreto asfaltico que se puede reemplazar por base granular será:

e= 11¨ - 6¨ = 5¨ 168


Siendo el espesor de base granular = 2 * 2.7 = 5.4¨ = 5¨

2¨

5¨

Segunda Etapa:

169


Datos :

periodo:

15 años

Tasa de crecimiento : 4%

IT = 453.46 * C

Donde :

C = 1 + C2 2

C2 = (1 + 0.104 )20 = 2.19

C = 1 + 2.19 = 1.1 2

170


IT = 453.46 * 1.6 = 725.5

Luego:

IT´ = 0.05 * 15 * 725.5

IT´ = 544.1 mayor que 100

Luego:

El tránsito es pesado.

Con estos datos se tiene un nuevo espesor.

Para :

171


IT = 725.5

CBR = 10%

TA

= 8.25¨, tomaremos TA = 8.5¨

TA a = 6.5¨

Para :

IT´ = 544.1

CBR = 10%

TA´

= 8¨

Lo que significa que la tasa de crecimiento ha disminuído de tal manera que con el diseño de la primera etapa , es suficiente para 172


soportar el tránsito con la segunda etapa, quedando en definitiva los diseños anteriores.

METODO AASHTO. GUIA METODO Análisis EL METODO AASHTO para el Diseño de Estructuras de Pavimentos es un documento básico que expone el método usado para diseñar pavimentos de carreteras, nuevos y rehabilitados. Hasta la versión del año 1993, estaba basado en correlaciones empíricas obtenidas en el Ensayo Vial AASHO (1958-1960), el cuál incluyó una cantidad limitada de secciones estructurales, en una sola localidad y con niveles de tráfico limitados si son comparados con los que existen hoy en día. Debido a que las teorías mecanísticas caracterizan de manera mas realista a los pavimentos en servicio y mejoran la confiabilidad de los diseños, los métodos que se basan en ellas son de desear. Sin embargo, debido a los vacíos que aún existen en el conocimiento, los métodos de diseño mecanísticos tienen que apoyarse en relaciones empíricas, e igualmente muchas de las cuestiones acerca de la propuesta M-E tienen que ser mejor definidas antes que se desarollen y pongan en uso procedimientos de diseño prácticos y realistas. Así surgió la necesidad de analizar estos temas y desarrollar una nueva Guía para el Diseño de Estructuras de Pavimentos Nuevos y Rehabilitadas, con métodos basados en principios M-E, al igual que el software necesario para su aplicación, que finalmente fuese adoptado y distribuido por la AASHTO. Se realizó así entre los años 1998-2004, el Proyecto de Investigación 1-37A de la National Cooperative Highway Research Program (NCHRP), a un costo de 6.5 millones 173

ING. PEDRO FELIX DOROTEO NEYRA – DOCENTE DE LA F.I.C. de dólares. La investigación examinó la literatura relevante producida en EE.UU.y del extranjero, conclusiones de investigaciones pasadas, las prácticas de diseño vigentes, y bases de datos relacionadas con el análisis y el diseño de pavimentos. Como resultado se ha desarrollado una guía de diseño basada en principios mecanísticos sólidos, se ha desarrollado un software computacional al igual que la documentación relacionada con el tema y abundante material educativo. La Guía proporciona conceptos uniformes para el diseño de pavimentos flexibles, rígidos, y compuestos y emplea parámetros comunes de diseño para el tráfico, suelo de subrasante, y medio ambiente. Hace uso de modelos de performance M-E que han sido calibrados usando datos de campo provenientes de los estudios de Interpretación de Pavimentos a Largo Plazo (LTPP) que se viene realizando en los EE.UU. y de otras fuentes. La Guía de Diseño de Pavimentos Mecanística-Empírica, así como la documentación relacionada y el software desarrollado en el proyecto NCHRP 1-37A, están disponibles en línea en http://www.trb.org/mepdg/. La guía para el diseño de pavimentos es proporcionada en formato PDF. El software puede ser descargado para su instalación en cualquier computador local, en formato ejecutable (EXE), pero posee una protección contra copias y requiere el acceso a Internet para comprobar un archivo específico instalado en el servidor del Buró de Investigación de Transportes (TRB) de EE.UU., cada vez que se pone en uso. La versión actual de la guía de diseño, a la que se esta denominando como Guía AASHTO 2002, en realidad aún no ha sido adoptada por la AASHTO y posiblemente no lo sea hasta uno o dos años mas, sino que es un producto de la investigación realizada que ha sido dada a conocer para que sea probada y evaluada por los usuarios interesados del sector público y privado de los EE.UU. y del mundo entero. Una versión de trabajo de la guía esta publicada en esta página (ver abajo vínculo para descarga)

174


8ª.- SEMANA COMPATACION.

MÓDULO DE RESILIENCIA EN EL DISEÑO DE PAVIMENTOS 1. Introducción Actualmente los métodos utilizados más comúnmente para el diseño de pavimentos, como lo son el método AASHTO (American Association of state Highway and Transportation Officials) y el método desarrollado por el Instituto de Ingeniería de la Universidad Nacional Autónoma de México consideran que la propiedad fundamental para caracterizar los materiales que constituyen la sección de un pavimento de una carretera o aeropista el el parámetro denominado Módulo de Resiliencia. Por tal razón el especialista encargado de diseñar, construir y conservar pavimentos debe tener muy claro lo que el parámetro módulo de resiliencia significa, es decir que es lo que representa en el diseño de pavimentos, como se obtiene en el laboratorio y cuales son los factores que hay que considerar para su correcta utilización. 2. Definición Cuando los materiales que conforman la sección estructural de un pavimento se ven sometidos a un gran número de aplicaciones de carga, es decir son afectados por esfuerzos de fatiga, debido a repetidas solicitaciones, estos materiales empiezan a fracturarse o bien a acumular deformaciones dependiendo de su rigidez inicial, y esta es la principal causa del deterioro observado en la superficie de los pavimentos. De hecho, podemos mencionar que dichos agrietamientos y deformaciones aparecen para esfuerzos muy por debajo de los que se supone debería resistir el material por si mismo. Debido al paso por de los vehículos por la superficie de rodamiento de un pavimento, esta empieza a distribuir los esfuerzos hacia las capas inferiores, las cuales, por esta razón se ven sujetas a esfuerzos cíclicos de compresión c y luego de tensión t los cuales van provocando deformaciones en toda la estructura del pavimento. La curva esfuerzo-deformación obtenida en un espécimen de material de los que constituyen generalmente un pavimento , ya sea concreto asfáltico o hidráulico, algún material granular o un suelo cohesivo es cualitativamente la representada en la figura 1. En dicha gráfica podemos observar que después de descargar gradualmente el espécimen casi toda la deformación a que se vio sometida la muestra se recupera, sin embargo existe una pequeña deformación permanente, la cual al someter la muestra a un numero N de ciclos de carga y descarga se va acumulando, aunque dicha deformación permanente es cada ciclo consecutivo cada vez va siendo menor hasta llegar al ciclo N donde prácticamente se recupera toda la deformación. Aún así debido a que el material describe prácticamente la misma curva y que la deformación permanente es muy pequeña, se considera para fines de

175

ING. PEDRO FELIX DOROTEO NEYRA – DOCENTE DE LA F.I.C. análisis que el comportamiento de los materiales es fundamentalmente elástico durante cada ciclo de carga y por lo tanto se le puede caracterizar con el denominado módulo de resiliencia. El módulo de resiliencia queda definido entonces en forma análoga al módulo de young y se expresa con la siguiente ecuación: Donde: 1 es el esfuerzo principal mayor 2 es el esfuerzo principal mayor d es el esfuerzo principal mayor r es la deformación recuperable. Figura 1. Curva esfuerzo-deformación representativa del comportamiento de materiales sometidos a carga cíclica Debido a que después de la aplicación un gran numero de ciclos, para los niveles usuales de esfuerzos en pavimentos, se alcanza un estado perfectamente resiliente, en que cualquier deformación adicional es recuperable, es usual que se haga uso de las teorías de Burmister, para el análisis de esfuerzos en pavimentos, suponiendo que las capas son elásticas, y se utiliza como módulo de young los valores obtenidos de módulo de resiliencia obtenidos a partir de ensayes triaxiales cíclicos para cada capa 3. Factores que afectan el módulo de resiliencia en suelos cohesivos Es muy importante señalar que, mediante estudios realizados a varios materiales constituyentes de la estructura de pavimentos bajo diferentes circunstancias, se ha observado que el módulo de resiliencia no es una propiedad constante para un tipo de suelo, sino que depende de varios factores que a continuación se mencionan:



Número de aplicaciones del esfuerzo

Después de someter varios especimenes de arcilla compactada a pruebas de módulo de resiliencia con la secuencia recomendada por el Programa Estratégico de Investigación de carreteras (SHRP) se observo lo siguiente: Al someter una muestra de arcilla compactada con un peso volumétrico seco de 14.05 kN/m3 y un contenido de agua del 28.70% existe una variación importante en el módulo de resiliencia conforme se le van aplicando gradualmente un mayor número de cargas cíclicas, sin embargo como se puede notar en la figura 2 parece que el módulo resiliente alcanza un valor constante a partir de un gran numero de ciclos.

176

ING. PEDRO FELIX DOROTEO NEYRA – DOCENTE DE LA F.I.C. Algo que hay que comentar es que, no obstante se han utilizado varias formas de pulsaciones para representar el comportamiento de un pavimento ante cargas móviles, es recomendable utilizar una onda de tipo senoidal con un tiempo de aplicación de 0.1 seg y 0.9 seg de tiempo de reposo. Figura 2. variación del módulo de resiliencia con el número de ciclos b. Tixotropía En estudios previos realizados sobre arcillas compactadas se encontró que a altos grados de saturación, particularmente para métodos de compactación que inducen cortantes en el suelo, estas muestran un gran incremento en su resistencia sobre todo si se les permite un periodo de reposo. Este incremento en la resistencia se le ha atribuido a la tixotropía propia de las arcillas y al cambio progresivo en el arreglo de las partículas y las presiones de poro de agua dentro de un suelo en un tiempo prolongado. La tixotropía es una propiedad reológica que se presenta cuando la velocidad de deformación decrece inmediatamente, hasta hacerse constante, pero antes de esto produce una disminución considerable en la resistencia a la deformación, que hace que la velocidad de deformación aumente cada vez que se le vuelven a aplicar esfuerzos. En cuanto a las presiones de poro hay que tener presente que en un suelo sometido a esfuerzos que tanto la fase sólida como la liquida no actuad por separado, de manera que se acumulan los efectos ocasionados en cada una, por lo que es evidente que el suelo tendrá un comportamiento muy complejo cada vez que se vea sometido a esfuerzos. En la siguiente ilustración se puede observar los efectos de la tixotropía en las características resilientes para arcillas compactadas. figura 3. efecto de la tixotropía en el módulo de resiliencia del suelo de subrasante (AASHO). En un trabajo realizado en 1962 se reportaron muestras que fueron preparadas con características semejantes y que fueron ensayadas a intervalos de 15 minutos, 7 horas, 21 horas, 3 días, 14 días y 50 días después de la compactación. Se puede notar que el efecto de la tixotropía en el modulo de resiliencia varia con el número de aplicaciones, de la figura 3 podemos observar que para menos de 10000 aplicaciones, el incremento en el tiempo de almacenamiento entre la compactación y la prueba tiene un gran efecto en el módulo resiliente haciendo que para mayores periodos de almacenamiento este módulo sea más grande, aunque va disminuyendo conforme aumenta el número de aplicaciones, hasta llegar a las 10000 aplicaciones donde después de esto el periodo de almacenamiento ya no causa efectos importantes en el la resiliencia. Este efecto se cree que se debe a que las deformaciones inducidas por la carga repetida progresivamente destruyen en gran medida la resistencia ganada. Pero debemos notar que para números pequeños de repeticiones el incremento en el módulo de resiliencia es muy importante de acuerdo al tiempo de almacenamiento, por ejemplo de la misma figura podemos ver que para muestras probadas un días después de la compactación y muestras probadas para 50 días después de la compactación hay diferencias hasta de 300 o 400%.

177

ING. PEDRO FELIX DOROTEO NEYRA – DOCENTE DE LA F.I.C. 

Magnitud del esfuerzo desviador

El esfuerzo desviador tiene una marcada influencia en el módulo de resiliencia, el cual es obvio, puesto que se encuentra implícito en su definición. Se probo una muestra de arcilla compactad con un contenido de agua de 29.9% y un peso volumétrico de 13.93kN/m3. Los resultados obtenidos para esta muestra se encuentran en la figura 4. Figura 4. efecto de la magnitud del esfuerzo desviador en el módulo de resiliencia. En la figura anterior podemos notar la clara influencia ya comentada que tiene el esfuerzo desviador en la resiliencia, donde se ven los módulos obtenidos para arcillas sometidos a esfuerzos principales mayor de 41.4, 27.6 y 13.8 KPa, los cuales se mantenían constantes. De lo anterior deducimos que se debe establecer una magnitud para el esfuerzo desviador, de manera que el módulo de resiliencia sea correctamente interpretado, pero debemos señalar que la magnitud de los esfuerzos principales también tienen cierta influencia. En la figura se observa que conforme se incrementa el esfuerzo desviador, las diferencias en el módulo de resiliencia para diferentes magnitudes de esfuerzos principales disminuyen, es por eso que generalmente se utiliza un esfuerzo desviador de 69 kPa (10 psi) para obtener el módulo, sin embargo lo más adecuado sería evaluar el estado de esfuerzos que estará presente en la subrasante.



Método de compactación

Los estudios realizados sobre arcillas han demostrado que el método de compactación aplicado tiene un marcado efecto sobre el acomodo de las partículas de la muestra arcillosa. Parece ser que la estructura adoptada es debida principalmente al cortante inducido en el suelo durante el proceso de compactación. Como ejemplo podemos mencionar que para muestras compactadas a bajos grados de saturación no hay una deformación apreciable inducida por el método de compactación y las partículas de arcilla asumen un arreglo al azar, adquiriendo una estructura floculada. Pero cuando l as muestra son compactadas a altos grados de saturación (más de 85%), como ocurre en el lado húmedo de la curva de compactación, la resistencia al esfuerzo cortante inducida durante la compactación puede variar considerablemente. En suelos compactados por medio de amasado, el pisón que penetra en el suelo causa el levantamiento adyacente de la superficie del suelo como resultado de las deformaciones, y se tiende a adquirir una estructura dispersa, es decir, con las partículas alineadas en forma paralela. Y si ese mismo suelo se compacta por un método estático, de manera que no exista posibilidad de que se produzcan desplazamientos laterales, las partículas conservarán su estructura floculada. Si comparamos la resistencia a la compresión simple obtenida en muestras de arcilla compactadas (del lado seco) con métodos estáticos y por amasado, la diferencia no será significativa, sin embargo para las mismas muestras pero para altos grados de saturación la resistencia presenta gran variación.

178

ING. PEDRO FELIX DOROTEO NEYRA – DOCENTE DE LA F.I.C. En la figura 5 se observan los valores de módulo resiliente desarrollados a 60000 aplicaciones. Se ven claras diferencias en el módulo para contenidos de agua entre 16 y 18% Figura 5. Efecto del método de compactación en las características de resiliencia.



Grado de compactación y contenido de agua

En un estudio realizado a 35 muestras de arcilla de alta compresibilidad con pesos volumétricos entre 12 y 15 kN/m3 y contenidos de agua entre 14 y 36%. Estas muestras se sometieron a 20000 ciclos con un esfuerzo desviador de 69 kPa y una presión de confinamiento de 13.8 kPa. El módulo de resiliencia presentó un rango de variación comprendido entre 33800 y 186000 kPa, para los rangos de contenido de agua y peso especifico seco utilizadosSe tomo como base los datos obtenidos de módulo de resiliencia para construir líneas isocaracterísticas de igual valor de módulo resiliente y de esta manera observar su comportamiento en el espacio de compactación. Dicho comportamiento lo podemos apreciar en la figura 7. En esta figura se puede notar que la

TIPOS DE RODILLO COMPACTADORES : PAVIMENTO ASFÁLTICO 1. DEFINICIÓN Pavimento compuesto de una capa de áridos envueltos y aglomerados con betún asfáltico, de espesor mínimo de 25 mm, sobre capas de sustentación como base granular, asfáltica, hormigón o pavimento de bloques

RIEGOS: - Imprimación - Riego de Liga (Tack coat) - Sello Negro (Fog seal) - Mata polvo

179

ING. PEDRO FELIX DOROTEO NEYRA – DOCENTE DE LA F.I.C. SELLOS: - Tratamientos Superficiales (simple o doble) - Lechada Asfáltica. - Sello de Fricción

CAPAS ESTRUCTURALES A. Según temperatura de la mezcla: - Mezcla en Caliente - Mezcla en Frío - Mezcla en Planta - Mezcla en Sitio B. Según huecos en la mezcla: - Mezcla Abierta: Porcentaje de huecos en la mezcla compacta mayor a 5% - Mezcla Cerrada: Porcentaje de hueco en la mezcla compacta menor al 5% C. Según Origen de la Materia Prima: - Mezclas Vírgenes.

180

ING. PEDRO FELIX DOROTEO NEYRA – DOCENTE DE LA F.I.C. - Mezclas Recicladas

OBJETIVOS DE UN PAVIMENTACIÓN SOPORTE DE LAS CARGAS PRODUCIDAS POR EL TRÁFICO : Un camino debe ser capaz de soportar las cargas que el tráfico ocasiona sin que se produzcan desplazamientos en la superficie, base o sub-base. El asfalto no contribuye sustancialmente a la resistencia mecánica de la superficie, la carga se transmite a través de los áridos a las capas inferiores, donde son finalmente disipadas.

PROTECCIÓN CONTRA EL AGUA: Un exceso de agua en los materiales que componen la carretera, ocasiona la lubricación de las partículas con la consiguiente pérdida de capacidad de soporte, especial cuidado debe tenerse al proyectar un camino del control de aguas, tanto de superficie como filtrantes. El asfalto puede sellar la superficie del camino contra el exceso de agua fluyente, si el material granular está correctamente graduado.

TEXTURA SUPERFICIAL ADECUADA. La capa de rodadura debe ser segura para la conducción de vehículos, y lo suficientemente lisa para proporcionar una marcha confortable . La buena combinación del asfalto y las partículas granulares puede producir una excelente textura superficial de conducción segura y marcha suave.

FLEXIBILIDAD PARA ADAPTARSE A LAS FALLAS DE LA SUB-BASE: Los pavimentos asfálticos son flexibles y pueden ajustarse a las posibles asentamientos de la base. 181

ING. PEDRO FELIX DOROTEO NEYRA – DOCENTE DE LA F.I.C. RESISTENCIA A LA OXIDACION. El sol, el viento y las variaciones de temperatura afectan a los materiales bituminosos, por lo tanto una buena elección de materiales y un buen plan de conservación pueden mantener la flexibilidad y propiedades ligante del asfalto.

DISEÑO Para el diseño de un pavimento asfáltico se consideran tres elementos principales: Tipo de agregado Tipo de ligante Método de construcción

TIPO DE AGREGADO. El agregado pétreo contribuye a la estabilidad mecánica, soporta el peso del tráfico y al mismo tiempo transmite las cargas al terreno. Los áridos deberán clasificarse y acopiarse separadamente en tres fracciones como mínimo: gruesa, fina y polvo mineral (filler), las que deberán cumplir ciertos requisitos dispuestos en el proyecto.

TIPO DE LIGANTE. El tipo y grado de asfalto a emplear en una determinada obra dependerá del objeto de la obra, del tipo de pavimento a confeccionar, del clima imperante, de los agregados disponibles en la zona y de la intensidad del tráfico.

CAPAS ESTRUCTURALES

182

ING. PEDRO FELIX DOROTEO NEYRA – DOCENTE DE LA F.I.C. Las capas estructurales son aquellas carpetas asfálticas que, por condiciones de mezcla y espesor, forman una estructura resistente, computable en el diseño de un pavimento flexible. Según el método constructivo se dividen en dos grupos: Mezclas en planta. Mezclas en sitio.

MEZCLA EN PLANTA. Mezcla en planta es la mezcla de árido y asfalto en una planta central generalmente de alto rendimiento. Existen mezclas en planta en frío y en caliente. En las mezclas en frío se usan asfaltos líquidos, por lo cual la mezcla se efectúa sin calentar los agregados y el asfalto se calienta a una temperatura relativamente baja, solo para obtener la viscosidad necesaria de mezclado. Salvo indicación se emplearán asfaltos cortados que cumplan con lo especificado en LNV 29 ó LNV 50, o emulsiones asfálticas según LNV 30 ó LNV 31. Las mezclas en caliente son las de mayor estabilidad de todas las mezclas asfálticas y consisten en mezclar el agregado pétreo y el cemento asfáltico a alta temperatura (135 a 165ºC). Los cementos asfálticos típicos son: CA 60-80 y CA 80-100, que deben cumplir con las especificaciones LNV 28 y dependiendo del proyecto deberá cumplirse lo especificado en la tabla 5.408.202.A del Manual de carreteras volumen 5 MOP - Chile.

183


Planta Móvil

MEZCLA EN SITIO. Una mezcla en sitio es una carpeta asfáltica que se confecciona mezclando árido con asfalto líquido en la misma faja del camino, mediante motoniveladora o alguna maquinaria especial que efectúe el trabajo. Los asfaltos líquidos más adecuados para estas mezclas son: RC-250 clima cálido y medianamente húmedo. MC-250 clima templado y medianamente húmedo. CSS-1 ó SS-1 clima frío, templado y húmedo.

MÉTODO CONSTRUCTIVO

184


Método constructivo para mezclas en caliente 5.4. PREPARACIÓN DE LA SUPERFICIE. Las mezclas obtenidas en la instalación pueden aplicarse sobre cualquier base estable. En superficies no tratadas la base deberá imprimase. Cuando se aplica la mezcla sobre una superficie pavimentada debe aplicarse un riego de adherencia cuyo fin es cerrar pequeñas grietas de la antigua superficie y enlace con la nueva superficie. 5.5. TRANSPORTE .

185


Una vez confeccionadas las mezclas en la planta estas deberán transportarse a los lugares de colocación en camiones tolva convenientemente preparados para ese objeto. Las condiciones de la mezcla a la salida del mezclador y a la llegada a su punto de empleo deben ser iguales .

COLOCACION DE LA MEZCLA.

186

ING. PEDRO FELIX DOROTEO NEYRA – DOCENTE DE LA F.I.C. La superficie deberá estar seca o ligeramente húmeda. La temperatura de la mezcla no deberá ser inferior a 110ºC al comienzo y 85ºC al término del proceso. Para la distribución de la mezcla usualmente se emplea una terminadora. Se recomienda una terminadora para extender capas de nivelación de mezclas en caliente o en frío y eventualmente una motoniveladora. Las mezclas en frío deben extenderse y compactarse en varias capas. Las mezclas deberán extenderse sobre superficies secas y previamente imprimadas. Sólo deberán colocarse y compactarse mezclas cuando la temperatura ambiental sea de por lo menos 10ºC, sin bruma ni lluvia.

COMPACTACION DE LA MEZCLA. La compactación suele iniciarse utilizando rodillo tándem de dos ruedas de acero, sobre las orillas exteriores de la capa recién tendida para ir luego apisonando hacia el centro del camino. Durante la compactación las ruedas de las apisonadoras deberán mantenerse húmedas para evitar que se adhieran al material. Tras de haberse hecho las correcciones que fuesen necesarias después del apisonado inicial, se procede a dar pasadas con el rodillo neumático. Cuando se pavimenta una sola franja esta debe apisonarse de la siguiente forma:

187


Juntas transversales: Las juntas deben comprobarse con regla para asegurar su regularidad y alineación. En la junta debe emplearse un exceso de material, compactandola, descansando sobre la superficie previamente terminada y apoyando unos 15 cm de una rueda sobre la mezcla recién extendida.

188

ING. PEDRO FELIX DOROTEO NEYRA – DOCENTE DE LA F.I.C. Juntas Longitudinales: Las juntas longitudinales deben compactarse inmediatamente después de la extensión del material. La primera franja extendida debe tener el perfil longitudinal y transversal necesarios y tener su borde cortado verticalmente.

Compactación inicial: La compactación inicial debe seguir inmediatamente al de las juntas longitudinales y bordes. Los rodillos deben trabajar lo más cerca de la terminadora para obtener la densidad adecuada sin causar un desplazamiento indebido. Segunda Compactación: Para la segunda compactación se considera preferible los rodillos neumáticos, que deben seguir a la compactación inicial tan de cerca como sea posible y mientras la mezcla está aún a una temperatura que permita alcanzar la máxima densidad.

189


Compactación Final: La compactación final debe realizarse con rodillos tandem de dos ruedas o tres, mientras que el material es aún suficientemente trabajable para permitir suprimir las huellas de los rodillos.

190


La cantidad, peso y tipo de rodillos que se empleen deberán ser el adecuado para alcanzar la compactación requerida dentro del lapso de tiempo durante el cual la mezcla es trabajable.

CONTROLES Una vez terminada la colocación de la mezcla se procede al control de las siguientes características: Densidad Espesor Contenido de asfalto Lisura Rugosidad

191

ING. PEDRO FELIX DOROTEO NEYRA – DOCENTE DE LA F.I.C. Método constructivo para mezclas en frío. Preparación de la mezcla. Las mezclas se prepararán en plantas fijas o móviles, sean estas continuas o discontinuas, que permitan reproducir la dosificación aprobada dentro de las tolerancias que son permitidas indicadas en: 5.409.203 del Manual de Carreteras volumen 5 MOP-Chile.

6.2. Transporte y colocación. Las mezclas deberán transportarse a los lugares de colocación en camiones tolva convenientemente preparados para este objeto y esparcirse mediante una terminadora autopropulsada. Las mezclas deberán extenderse sobre superficies secas y previamente imprimadas. Sólo deberán colocarse y compactarse mezclas cuando la temperatura ambiental sea de por lo menos 10ºC, sin bruma ni lluvia. 6.3. Compactación Antes de iniciar la compactación la mezcla deberá esparcirse, enrasarse y perfilarse. Deberá alcanzar el nivel de densificación requerido y una textura uniforme. Para lograr estos efectos se podrá iniciar la compactación utilizando un compactador de ruedas de acero tipo tándem, para luego continuar con rodillos vibratorios y/o neumáticos. Controles. Antes de proceder a la colocación de la mezcla, se deberá verificar que el clima se ajuste a lo señalado anteriormente, y que la superficie esté limpia, seca y libre de materiales extraños. La densidad promedio de la mezcla compactada no deberá ser inferior al 96% de la densidad obtenida en el diseño. Así como ocurre con la aplicación de mezclas en caliente, en las aplicaciones en frío es necesario llevar un control estricto en lo referido a : 192

ING. PEDRO FELIX DOROTEO NEYRA – DOCENTE DE LA F.I.C. Densidad Espesores Contenido de asfalto Lisura Rugosidad

CAUSAS DE UN PAVIMENTO DEFECTUOSO AGRIETAMIENTO. Mezcla muy caliente o muy fría. Exceso de filler. Excesivo apisonamiento con rodillo cuando hay desplazamiento en la base. Viraje demasiado abrupto del rodillo. Equipo de compactación inadecuado.

DESGARRAMIENTO . Por falta de finos. Mezcla con escaso betún. Incorrecta proporción entre el espesor de la capa y el tamaño de los agregados. Mezcla demasiado fría. Mal estado o mal ajuste del compactador en la terminadora.

193

ING. PEDRO FELIX DOROTEO NEYRA – DOCENTE DE LA F.I.C. SUPERFICIE ONDULADA. Fluctuaciones en la temperatura de la mezcla. Incorrecta compactación con rodillo. El camión demasiado frenado. Retroceso demasiado abrupto del rodillo. Excesivo control de la maestra. Sobrecarga de los tornillos espaciadores. Diferencia marcada de espesores en una misma capa.

SEGREGACIÓN . Deficiente alimentación de materiales fríos en la planta asfáltica. Incorrecta forma de cargar el camión. Acumulación de materiales en los lados de la tolva de la terminadora.

MOVIMIENTO DE TIERRAS

•

DEFINICIÓN.

•

ALINEACIONES, NIVELES, PERFILES TRANSVERSALES Y PERFILES LONGITUDINALES.

194


CLASIFICACION DE LOS SUELOS.

•

CLASIFICACION DE LAS EXCAVACIONES.

•

MATERIAL PARA RELLENO.

•

EJECUCIÓN DE LOS RELLENOS.

•

COMPACTACIÓN.

•

ESPONJAMIENTO.

•

EXCAVACIÓN EN OBRAS COMPLEMENTARIAS.

•

FORMA DE PRESENTACIÓN DE LAS PARTIDAS EN EL PRESUPUESTO DE LA OBRA

DEFINICIÓN Las cotas de proyecto de rasante y subrasante de las obras de pavimentación establecen la necesidad de modificar el perfil natural del suelo, siendo necesario en algunos casos rebajar dichas cotas, y en otros casos elevarlas. En el primer caso corresponde ejecutar un trabajo de "corte o excavación", y en el segundo, un trabajo de "relleno o de terraplén". En ambos casos debe efectuarse lo que constituye propiamente un " movimiento de tierras.

195


ALINEACIONES, NIVELES, PERFILES TRANSVERSALES Y PERFILES LONGITUDINALES 2.1.-) Aspectos generales En todo proyecto de pavimentación se consultan planos de perfiles longitudinales y transversales, relacionados con la línea de la calzada. Estos planos deben servir como guía para establecer las cotas que definirán la alineación y las alturas de excavación o de relleno. Una vez definido el trazado en planta de una obra vial, es necesario conocer la conformación del terreno circundante para definir la posición final de la rasante, y las características de las secciones transversales que resultarán al imponer la plataforma de proyecto. Los diversos tipos de perfiles que se levantan, tienen por objeto representar con fidelidad la forma y las dimensiones que el terreno presenta según los planos principales. Estos definen tridimensionalmente la obra en proyecto, a una escala que permita cubicar sus diversos componentes. 2.2-) Perfiles longitudinales del terreno.

Objetivo y alcance. Se llama perfil longitudinal del terreno a la intersección de éste con una superficie de generatrices verticales que contiene el eje del proyecto 2.3-) Perfiles trasversales de terreno.

Objetivo y alcance. Se define como perfil transversal de un camino o carretere a la intersección del camino con un plano vertical que es normal, en el punto de interés, a la superficie vertical que contiene el eje del proyecto. El perfil transversal tiene por objeto presentar en un corte por un plano transversal, la posición que tendrá la obra proyectada respecto del proyecto, y a partir de esta información, determinar las distintas cantidades de obra, ya sea en forma gráfica o analítica. 196

ING. PEDRO FELIX DOROTEO NEYRA – DOCENTE DE LA F.I.C. 2.4-) Perfiles especiales.

Objetivo y alcance. Para resolver algunos aspectos de un estudio de camino, obras de arte por ejemplo, puede ser necesario tomar perfiles especiales . Los mas corrientes son según ejes que corten el eje longitudinal bajo un cierto ángulo, en otros casos pueden ser perfiles de estudios especiales o complementarios en lugares que se ven comprometidos por la obra. Los perfiles especiales que corten al eje longitudinal se pueden definir por el kilometraje de la intersección más el ángulo de corte, a otros se les definirá por números o letras y se les ubicará en la planta. 2.5-) Especificaciones. Antes de comenzar cualquier operación relacionada con movimiento de tierras se deberán estacar a distancias no superiores a 20 [m] entre sí, el pie de los terraplenes y los bordes superiores de los cortes. Las excavaciones deberán alcanzar con exactitud las trazas que muestren los planos, debiéndose respetar estrictamente las alineaciones, niveles, taludes y secciones transversales. Las excavaciones de cortes incluyen en algunos casos, además la demolición de revestimientos asfálticos existentes, de pavimentos de hormigón incluso, bases y subbases cuando corresponda.

CLASIFICACION DE LOS SUELOS 3.1-) Aspectos generales. De acuerdo a la mecánica de suelos, se han establecido sistemas de clasificaciones de los suelos, como por ejemplo AASHTO. En estos sistemas de clasificación se consideran en general suelos de tipo granulares y limosos-arcillosos, dentro de los cuales existen 197

ING. PEDRO FELIX DOROTEO NEYRA – DOCENTE DE LA F.I.C. subdivisiones que están relacionadas con el tamaño de las partículas del suelo, el limite liquido, índice de plasticidad e índice de grupo. Esta clasificación reviste importancia en el movimiento de tierra, ya que una vez efectuada, la capa superior del suelo ya rectificada de acuerdo al nivel de proyecto de la subrasante, debe tener una capacidad mínima aceptable para soportar las cargas trasmitidas desde la superficie del pavimento. Considerando la clasificación AASHTO se acepta que cumplen esta condición los suelos clasificados como A-1, A-2, A-3, y además los, que explícitamente recomiende el laboratorio oficial (LNV Chile). 3.2-) Especificaciones. Se clasificara como "roca" el material constitutivo de aquellas excavaciones que deban efectuarse en formaciones geológicas firmemente cementadas, mediante el uso imprescindible, sistemático y permanente de explosivos. Los materiales que no cumplan con esta condición, se clasificaran como terreno de cualquier naturaleza.

CLASIFICACIÓN DE LAS EXCAVACIONES 1-) Aspectos generales. Para los efectos de determinar el costo de ejecutar una excavación se establece otra clasificación, basada en la mayor o menor dureza del terreno, y que debe ser usada para la cubicación de los movimientos de tierra, pues de esta clasificación dependerán los medios necesarios para realizar la excavación las que varían con la naturaleza del terreno, que desde este punto de vista, se pueden clasificar en: A.-) Excavación en terreno blando. Puede ser ejecutada valiéndose exclusivamente de la pala. El material del suelo puede ser de tipo arenoso, arcilloso o limoso, o una mezcla de estos materiales; también puede contener materiales de origen orgánico.

198

ING. PEDRO FELIX DOROTEO NEYRA – DOCENTE DE LA F.I.C. B.-) Excavación en terreno semiduro. Puede ser ejecutada valiéndose exclusivamente de picota. El material puede ser en tal caso una mezcla de grava, arena y arcilla, moderadamente consolidada, o bien una arcilla fuertemente consolidada. C.-) Excavación en terreno duro. Puede ser ejecutada valiéndose exclusivamente de la chuzo. El material puede ser una mezcla de grava, arena y arcilla, fuertemente consolidada. D.-) Excavación en terreno muy duro. Puede ser ejecutada valiéndose necesariamente del uso de maquinaria especializada. El tipo de material puede ser una roca semi-descompuesta. E.-) Excavación en roca. La que precisa para su ejecución del uso de explosivos. El material puede estar constituido por un manto de roca, o por piedras de gran tamaño, que no pueden ser removidas mediante el uso de maquinaria.

MATERIAL PARA RELLENO. El material que se emplee en los rellenos, debe ser el apropiado según la clasificación de suelo y ensayos de laboratorio. Material que deberá ser verificado preferentemente por el propio laboratorio, o en base a los métodos prácticos de reconocimiento de suelos.

EJECUCIÓN DE LOS RELLENOS. El relleno debe ejecutarse por capas horizontales de espesor suelto no mayor de 20 cm, en todo el ancho de la calzada o acera y en longitudes adecuadas, de acuerdo al método empleado en la distribución, mezcla y compactación. En caso de ser 199

ING. PEDRO FELIX DOROTEO NEYRA – DOCENTE DE LA F.I.C. transportado y vaciado mediante camiones, mototraillas, u otro equipo de volteo, la distribución debe ser efectuada mediante Bulldozer, Motoniveladoras u otro equipo adecuado. Si el material no fuese uniforme, se debe proceder además a mezclarlo hasta obtener la debida uniformidad. Al mismo tiempo, deberá controlarse el tamaño máximo de los elementos que integren dicho material, eliminando todo aquel que supere este tamaño.

Relleno efectuado con mototraill

COMPACTACIÓN 7.1-) Aspectos generales. La compactación es el procedimiento de aplicar energía al suelo suelto para eliminar espacios vacíos, aumentando así su densidad y en consecuencia, su capacidad de soporte y estabilidad entre otras propiedades. Su objetivo es el mejoramiento de las propiedades de ingeniería del suelo. 200

ING. PEDRO FELIX DOROTEO NEYRA – DOCENTE DE LA F.I.C. Luego de la ejecución de los rellenos con todos los procedimientos propios del mismo, debe procederse a la compactación de éste. Para esta operación, deberá controlarse previamente el contenido de humedad, que debe corresponder a la humedad optima que determine el laboratorio. El material deberá ser compactado con el grado que fije el laboratorio, de acuerdo al ensaye Proctor modificado y para cumplir con este requisito deben tenerse en consideración los siguientes factores: a.-) Espesor de la capa de material suelto que se compacta. b.-) Presiona ejercida por el rodillo o pisón sobre el terreno. c.-) Numero de pasadas del rodillo o golpes de pisón, necesarios parta obtener el grado de compactación establecido. d.-) Humedad en el momento de la operación. En la mayor parte de los casos, será necesario el empleo de maquinaria especializada, que puede ser la siguiente:

TIPOS DE RODILLOS (1)- Rodillo pata de cabra. Consta de los siguientes elementos: un tambor al cual van soldadas una serie de patas; un marco que lleva los descansos del tambor; y una barra de tiro para acoplar el rodillo al tractor de remolque. Este tipo de rodillo se usa cuando se requiere una alta presión aplicada al material de relleno, entre 9 y 20 [Kg/cm 2], que puede aumentar considerablemente si el tambor se rellena con agua y arena.

201


(2)- Rodillo con ruedas neumáticas. Consiste en un cajón metálico apoyado sobre ruedas neumáticas. Este cajón, al ser llenado con agua, arena seca o arena mojada, ejerce una mayor presión de compactación, con valores que pueden variar entre 3 y 8 [Kg/cm2]. (3)- Rodillo vibratorio. En este caso al rodillo, formado por un tambor de acero, se le ha agregado vibración, haciendo girar un contrapeso colocado excéntricamente en el eje de giro, con frecuencias de 1000 a 4000 revoluciones por minuto.

202

ING. PEDRO FELIX DOROTEO NEYRA – DOCENTE DE LA F.I.C. (4)- Placa compactadora. Esta, corresponde a una placa apisonadora que golpea y se separa del suelo a alta velocidad logrando con ello la densificación del suelo.

La compactación debe efectuarse comenzando en los bordes y avanzando hacia la línea central en pasadas paralelas traslapadas en, por lo menos, una mitad del ancho de la unidad compactadora. Se requiere un numero de pasadas suficiente para obtener el grado de compactación exigido.

ESPONJAMIENTO Todos los terrenos al ser excavados sufren un aumento de volumen. Este aumento de volumen, expresado en porcentaje del volumen en sitio, se llama esponjamiento. Si el material se emplea como relleno, puede en general, recuperar su volumen e incluso puede reducirse( Volumen compactado). Para la cubicación del material de la excavación, se considera su volumen antes de ser excavado( En banco); en ningún caso el volumen transportado, que es mayor debido al esponjamiento.

203

ING. PEDRO FELIX DOROTEO NEYRA – DOCENTE DE LA F.I.C. EXCAVACIÓN EN OBRAS COMPLEMENTARIAS. La excavación que se ejecute en la construcción de obras complementarias, tales como soleras, cámaras, sumideros, tuberías, etc., se cubicará separadamente, y se agregará al volumen total de excavación.

FORMA DE PRESENTACIÓN DE LAS PARTIDAS EN EL PRESUPUESTO DE LA OBRA En las bases técnicas especiales, se indicara la forma de presentación de las partidas que comprende el movimiento de tierras de la obra contratada, de acuerdo a los siguientes criterios: Volumen de excavaciones, de acuerdo a su clasificación. Volumen de material de excavación empleado como relleno en la misma obra (movimiento de tierra compensado). Relleno de empréstito. En la presentación de las propuestas en base a precios unitarios, se cubicara separadamente cada una de estas partidas.

OTRAS MAQUINARIAS

En excoeuropa estamos orgullosos de poder contar con una gran variedad de maquinaria que se adapta perfectamente a los diversos tipos de tareas que realizamos y a los diferentes entornos de trabajo en que nos movemos. 204


LA RETROCARGADORAS.

Las retrocargadoras son las máquinas más polivalentes del mercado, ya que por sus características, nos permiten realizar trabajos tanto utilizando la cuchara delantera, como la cuchara trasera mediante el retro. Utilizando la cuchara delantera la retrocargadora puede realizar trabajos de desbroze, limpiezas de terrenos, extendido de materiales, nivelados, carga y transporte de materiales. Utilizando la cuchara posterior la retrocargadora nos permite realizar trabajos tales como la apertura de zanjas, construcción de pozos, fundamentación de terrenos, etc..

MINI CARGADORAS:

Con su reducido tamaño, las Mini-Cargadoras pueden trabajar en lugares estrechos donde la accesibilidad, de otros vehiculos, dificultaria la facilidad de maniobrabilidad de este tipo de maquinas 205


Este tipo de maquinaria permite realizar trabajos de nivelado, subbases para pavimentaciones, terraplenados, realización de zanjas y demoliciones, tanto en zonas de dificil acceso como aquellas que ofrecen limitaciones de movimiento. ESCABADORAS: Las excavadoras nos permiten gracias a su gran capacidad de trabajo y de giro (hasta 360 grados), tareas que impliquen toda clase de excavaciones y demoliciones. Las excavadoras de ruedas permiten una gran movilidad dentro del entorno de trabajo, facilitando su desplazamiento en trayectos cortos. Las excavadoras de cadenas debido a su gran tamaño, se utilizan en trabajos de gran envergadura tanto de excavación como en cargas de materiales. Este tipo de maquinaria permite realizar desmontes de terrenos para trazados de carreteras, grandes canalizaciones, etc... RODILLOS

206


Los rodillos se utilizan para la compactación de toda clase de materiales. Existen rodillos manuales para la compactación de zanjas donde su tamaño reducido no permite la accesibilidad de otro tipo de rodillos. Los rodillos autopropulsados, se utilizan en toda clase de compactaciones de grandes extensiones de terreno, ya sean de tierras o bién de áridos. PALAS: Una pala, permite grandes movimientos de tierra gracias a la capacidad de su cuchara y envergadura de la maquinaria. Las palas se utilizan para desbroces, extendido y cargas de materiales sueltos como sauló, grava, arenas, etc...

CAMIONES:

207


Los camiones nos permiten el transporte de tierra ya sea bién dentro de un recinto de obra, como en grandes desplazamientos. Existen camiones de distintos tamaños y cargas utilizandose tales en función de la carga y las necesidades de la obra.

MOTOCONFORMADORAS

La motoconformadora es una de las máquinas de mayor uso en la construcción y conservación de caminos, ya que se emplea tanto para 208


revolver materiales como para extender y conformar los mismos de igual manera se suele emplear para afinar taludes, para hacer zanjas, para conservar cunetas, etc.

Por su sistema de transmisión hay dos tipos de Motoniveladoras, una, la más común es la que únicamente las ruedas traseras son motrices y las delanteras direccionales; la otra que es menos usual, las ruedas tanto traseras como delanteras son motrices.

Las Motoniveladoras tienen una cuchilla que pueden moverse por rotación alrededor de un eje vertical por rotación alrededor del eje longitudinal de la cuchilla y por traslación siguiendo este eje.

Además de cuchilla, a las Motoniveladoras se les adapta un escarificador que se emplea para remover los terrenos duros antes de la entrada de la cuchilla.

Para llevar a cabo los trabajos de que es capas la Motoniveladora, es indispensable aprovechar el máximo de la potencia de la máquina. Un factor que afecta ésta potencia es el ajuste de la cuchilla y por lo tanto es necesario prestarle mucha atención. Siendo cóncava la forma de la cuchilla, el diseño de la misma es tal que la posición frontal más efectiva para cortar o revolver se logra cuando el filo de la cuchilla queda vertical 209


al lado superior. El ajuste vertical se emplea para emparejar superficies y dar forma definida.

Para trabajos de conservación de caminos, la parte superior de la cuchilla se inclina hacia delante hasta obtener una inclinación frontal conveniente para dar rastreos.

Con respecto a la posición de la cuchilla

con relación al eje

longitudinal de la máquina, el ángulo debe limitarse al apropiado para que el material pueda correr libremente hacia el extremo de la cuchilla. Para rastreo éste ángulo debe ser de 60ª a 70ª.

La inclinación de las ruedas delanteras es básicas, ya que en casi todas sus aplicaciones las Motoniveladoras soportan una fuerza lateral que tiende a desviar la parte delantera de la máquina hacia un lado. Para contrarrestar esta fuerza, las ruedas delanteras deben inclinarse hacia la dirección que lleva la tierra al correr sobre la hoja o cuchilla.

La Motoniveladora es un máquina que en virtud de su forma de trabajo hacia delante, debe voltear en tramos de longitud no menor de 300m, pues a menores distancias conviene utilizar la reversa para regresar.

210


A continuación se dan las velocidades en la transmisión recomendables para los diversos trabajos en la Motoniveladora.

Conservación de caminos............................................... 3 a - 5 a Extendido de materiales................................................. 2 a - 4 a Mezcla de materiales .................................................... 4 a - 6 a Acabados finales............................................................. 2 a - 4 a Desyerbes........................................................................ 1 a - 2 a Afinamiento de taludes.................................................... 1 a

RENDIMIENTO

Puede calcularse por la fórmula.

T = (N*L/E*V1) + (N*L/E*V2) +(N*L/E*V3) +........ etc

Donde: T = tiempo en horas 211


N = número de pasadas, la cual debe estimarse de acuerdo a la clase de trabajo. L = longitud recorrida en Km., en cada pasada y que debe determinarse al conocerse la naturaleza del trabajo. V1, V2, V3 = velocidades para cada pasada.

Excavadoras Características implantadas orientadas al consumidor hacen de las excavadoras Case el equipo perfecto para sus exigentes situaciones de trabajo. Case ofrece una gran selección de excavadoras para que usted elija, incluyendo modelos estándares, así como también modelos de largo alcance, modelos estrechos, modelos forestales y muchos otros modelos para usos especiales. Estas máquinas tienen rápidos ciclos de operación, gran capacidad de elevación y fuerza de desagregación, y controles precisos para una máxima productividad. Seleccionar un modelo:

Modelo

Potencia bruta del motor

Fuerza de Excavación del cuchara

Peso Operacional

110 hp

21.619 lb

27.057 lb

(82 kW)

(9.620 kg)

(12.273 kg)

110 hp

24.729 lb

36.226 lb

CX130

CX160

212


(82 kW)

(11.000 kg)

(16.432 kg)

153 hp

28.533 lb

44.002 lb

(114 kW)

(12.690 kg)

(19.959 kg)

180 hp

35.432 lb

53.240 lb

(134 kW)

(15.760 kg)

(24.149 kg)

190 hp

35.969 lb

64.725 lb

(142 kW)

(16.000 kg)

(29.359 kg)

275 hp

51.436 lb

78.043 lb

(205 kW)

(22.880 kg)

(35.400 kg)

316 hp

55.528 lb

101,257 lb

(235 kW)

(24.700 kg)

(45.929 kg)

CX210

CX240

CX290

CX330

CX460

Motoniveladoras Llegó la motoniveladora con la confianza, calidad y marca que usted estaba esperando. Motoniveladora Case Série 800.

213

ING. PEDRO FELIX DOROTEO NEYRA – DOCENTE DE LA F.I.C. En este proyecto, Case colocó toda la experiencia adquirida en la fabricación de productos que conquistaron el liderazgo del mercado y la confianza de clientes de todo el mundo. Y, como todo lo que hace Case , esta motoniveladora fue probada y aprobada dentro del riguroso patrón de calidad Case, para asegurar el desempeño y la productividad que usted ya conoce en todos los productos de la marca. Esta es una prueba más de que Case siempre hace más por usted.

Seleccionar un modelo:

Modelo

Potencia Bruta del motor

Peso Operacional

Largo de la Hoja (estándar)

13.535 kg

3.658 mm

(112 kW)

(29.777 lb)

(12')

(SAE J1995) 170 hp

14.550 kg

3.962 mm

(127 kW)

(32.077 lb)

(13')

17.250 kg

4.267 mm

(37.950 lb)

(14')

(SAE J1995) 150 hp 845

865

(SAE J1995) 212 hp 885 (156 kW)

214

ING. PEDRO FELIX DOROTEO NEYRA – DOCENTE DE LA F.I.C. Palas Cargadoras La familia Case de cargadoras tienen una tradición de durabilidad y confiabilidad para ejecutar siempre el trabajo dentro del cronograma. Construcción robusta y características para satisfacer al cliente convierten a las cargadoras Case en su mejor producto – estas máquinas sin duda que le van a satisfacer e incluso superar sus expectativas. Case ofrece varios modelos para satisfacer sus más específicas exigencias. Seleccionar un modelo:

Modelo

Potencia Bruta del motor

Capacidad de la Cuchara

Fuerza de disgregación

2,25 yd3

14.409 lb

(1,72 m3)

(8.350 kg)

2,25 yd3

21.136 lb

(1,72 m3)

(9.134 kg)

2,5 yd3

26.621 lb

(102 Kw)

(1,9 m3)

(12.075 kg)

(SAE J1995) 179 hp

3,0 yd3

35.005 lb

(SAE J1995) 152 hp W20E (113 kW)

(SAE J1995) 119 hp 521D (89 kW)

(SAE J1995) 137 hp 621D

721C

215


(134 kw)

(2,29 m3)

(15.878 kg)

3,5 yd3

36.391 lb

(157 Kw)

(2,7 m3)

(16.504 kg)

(SAE J1995) 270 hp

5,00 yd3

50.275 lb

(201 kW)

(3,82 m3)

(22.804 kg)

(SAE J1995) 210 hp 821C

921C

Retroexcavadoras Las retroexcavadoras Case lideran el mercado con nuevos niveles de desempeño. Las retroexcavadoras ofrecen una respuesta rápida, comodidad, más productividad y durabilidad. Una variedad de modelos está disponible con diferentes capacidades de excavación y elevación. Estas máquinas le permmitirán obtener nuevos índices de productividade y ganancias en cualquier uso. Seleccionar un modelo:

Modelo

Potencia bruta del motor

Peso Operacional

Profundidad Máx. de Excavación

95 hp

14.250 a 18.031 lb

4,39 m

(71 kW)

(6.464 a 8.179 kg)

(14' 5")

580 Super M

216


77 hp (4x2)

6.498 kg (4x4)

4.360 mm

57 kW (4x2) 66kW (4x4)

6.370 kg (4x2)

(14' 3")

75 hp

13.359 a 16.510 lb

4,34 m

(56 kW)

(6.060 a 7.489 kg)

(14' 3")

88 hp

6.698 kg (4x4)

4.360 mm

(66 kW)

6.570 kg (4x2)

(14' 3")

88 hp(4x4) 580L.3

580M

580SuperL.3

Tractores de Orugas Los tractores de orugas Case se construyen con la potencia para condiciones difíciles y con la precisión para trabajos de terminación - estas máquinas dictan el estándar en relación a la facilidad de operación y comodidad operacional. Con una variedad de modelos a su elección, los tractores de orugas Case ofrecen desempeño confiable día a día. Seleccionar un modelo:

Modelo

Potencia neta del motor

Ancho de la Lámina

Capacidad de la Lámina

1150H

89 kW

2,8 m, 3,1 m, 3,1 m

2,6 - 3,0 m3

217


119 HP

110", 124", 124"

3.4 - 3.9 yd3

104 kW

3,2m - 4,0m

3,15 m3

140 hp

126" - 158"

4.12 yd3

134 kW

3,4m - 3,9m

5.6 m3

180 hp

135" - 154"

7.3 yd3

50 kW

2,4 m, 2,8 m

1,3 - 1,5 m3

67 HP

96", 110"

1.7 - 1.9 yd3

56 kW

2,44 m

1,99 m3

75 HP

8.0'

1.99 cu. m

60 kW

2,44 m

1,99 m3

81 HP

8.0'

2.6 y3d

72 kW

2,44 m

2,09 m3

96 HP

8'

2.73 yd3

1650K

1850K

550H

650K

750K

850K

Tractores de Orugas

218

ING. PEDRO FELIX DOROTEO NEYRA – DOCENTE DE LA F.I.C. Con al finalidad de dar más versatilidad al tractor de orugas Case, muchas máquinas pueden equiparse con una gran variedad de accesorios. Algunos de los accesorios ofrecidos, dependiendo de la disponibilidad, son los siguientes: •

Palas

•

Guía / Arcos

•

Conjunto escarificador

•

Rastrillo para raíces

•

Opciones de orugas

•

Grua

Otros accesorios también están disponibles - por favor consulte a su concesionario / distribuidor Case para obtener una lista completa de los accesorios para tractores de orugas.

Equipos de Compactación Case presenta dos robustas líneas de rollos de compactación: cuatro unidades de tambor vibratorio único y tres unidades de rollos con tambores en tandém. El SV208 tiene un peso operacional de 15,741 libras (7140 kg) y un motor de 100 caballos de fuerza (75 kW). Estas máquinas Case ofrecen a los clientes soluciones significativas para trabajos de compactación en caminos y construcción de carreteras, construcciones residenciales y comerciales, además de administración de basura y arriendo. El SV210 tiene un peso operacional de 19,445 libras (8820 kg) y un motor de 100 caballos de fuerza (75 kW). Los rollos Case cuentan con una configuración de rollo (tambor) liso para compactación de material suelto y semiadherente y también para terraplén en piedra. El modelo pie de carnero fue proyectado para materiales semiadherentes y adherentes. Un equipo de cucharón opcional está disponible para el 219

ING. PEDRO FELIX DOROTEO NEYRA – DOCENTE DE LA F.I.C. modelo de tambor liso permitiendo su conversión a pie de carnero, lo que maximiza su versatilidad. El SV212 ofrece un peso operacional de 24,442 lb (11 097 kg) y tiene un motor de 135 caballos de fuerza (101 kW). La serie de rollos Case SV200 ofrece modos de vibración duales, amplitud y frecuencia regulables además de fuerzas centrífugas de 29,225 a 73,125 libras (130 a 325 kN) para suplir las opciones de compactación necesarias abarcando variantes en términos de diferentes terrenos y condiciones de materiales. Los nuevos Equipos Vibratorios de Tambor Tándem de Case son de fácil operación, compactación eficiente y fuerza - las tres más recientes adiciones a la serie 200 de equipos de construcción de Case en tambores vibratorios de compactación ofrecen facilidad de operación, excepcionales servicios y notable desempeño en compactación de tambor tándem para uso en asfalto o materiales granulosos. Las líneas de tambor tándem trabajan con pesos operacionales de 5,510 a 7,720 libras (2500 a 3500 kg), con anchuras de tambor de 39.4 a 51.2 pulgadas (1000 a 1300 mm) y máquinas de 27 a 38 caballos de fuerza (20 a 27,6 kW). Los modelos de tambor tándem DV201, DV202 y DV204 tienen gran fuerza centrífuga, presentan frecuencia dual y dirección hidrostática que suministra una excelente tracción y un desempeño uniforme. Los nuevos modelos se unen a los rollos vibratorios de Case de tambor único: el SV208, SV210, SV212, y SV216 para ofrecerle a los clientes varias alternativas de soluciones para trabajos de compactación.

Seleccionar un modelo:

Modelo

Potencia Bruta del Motor

Peso en Orden de Trabajo

Ancho del Cilindro de Compactación

DV201

27 hp

5,510 lb

39.4 in

220


20kW

2.500 kg

1,0 m

27 hp

5,950 lb

47.2 in

20 kW

2.700 kg

1,2 m

38 hp

7,720 lb

51.2 in

27,6 kW

3.500 kg

1,3 m

75 kW

7.140 kg

1,7 m

100 hp

15,741 lb

66 in

75 kW

8.820 kg

1,7 m

100 hp

19,445 lb

66 in

101 kW

11.097 kg

2,2 m

135 hp

24,442 lb

87 in

110 kW

14 .325 kg

2,2 m

148 hp

31,553 lb

87 in

DV202

DV204

SV208

SV210

SV212

SV216

221


METODOS DE CONTROL DE LA COMPACTACION

COMPACTACIÓN : La compactación o consolidación es la operación por medio del cual se trata de densificar la masa, todavía blanda reduciendo a un mínimo la cantidad de vacíos. Estos vacíos en la masa provienen de varias causas, de las cuales las dos mas importantes son el llamado aire atrapado, y las vacuolas producidas por la evaporación de parte del agua de amasado. Después de que el concreto ha sido mezclado, transportado y colado, contienen aire atrapado en forma de vacíos. El objeto de la compactación es eliminar la mayor cantidad posible de este indeseable aire; lo ideal es reducirlo a menos del 1 %, (por supuesto, esto no procede cuando hay inclusión deliberada de aire, pero en este caso, el aire es estable y está distribuido uniformemente.) La cantidad de aire atrapado guarda relación con la trabajabilidad; los concretos con 75 mm de concreto de revestimiento contienen alrededor del 5% de aire; en tanto que los concretos con 25 mm de revenimiento contienen alrededor de 20 %; razón por la cual el concreto de revenimiento bajo requiere más esfuerzo de compactación – ya sea más tiempo o más atizadores – que el concreto con revenimiento elevado. El aire atrapado es consecuencia inevitable del manejo de la propia masa blanda de concreto que, al ser mezclada, transportada y colocada, incorpora estos volúmenes de aire en su interior. La evaporación de parte del agua de amasado se genera porque no toda ella toma parte en 222


la reacción con el cemento. En realidad, esa masa de agua reactiva solo vienen a ser un poco mas del 25 % en peso del cemento. El resto del agua no se combina químicamente, sino que cumple funciones de lubricación favoreciendo la trabajabilidad. Ese exceso de agua, y el aire atrapado, es lo que tratamos de eliminar cuando compactamos el concreto recién colocado. El agua no reactiva que pueda quedar en el interior de la masa no participa de la función resistente del concreto, y si se deseca, produce vacíos en forma de burbujas o de canales. Esos vacíos internos son, además de volúmenes sin resistencia mecánica, puntos débiles para la durabilidad. Es importante extraer este aire atrapado (vacíos) por las siguientes razones: 1. Los vacíos reducen la resistencia del concreto. Por cada 1 % de aire

atrapado, la resistencia se reduce en un 5 ó 6 %, así pues, un concreto con, digamos, 3 % de vacíos, será del 15 % al 20 % menos resistente de los que debería ser. 2. Los vacíos incrementan la permeabilidad que, a su vez, reduce la

durabilidad. Si el concreto no es compacto e impermeable, no será resistente al agua, ni capaz de soportar líquidos más agresivos, además de que cualquier superficie expuesta sufrirá más los efectos de la intemperie y aumentará la probabilidad de que la humedad y el aire lleguen al acero de refuerzo y causen corrosión. 3. Los vacíos reducen el contacto entre el concreto y el acero de refuerzos

y otros metales ahogados; por lo que no se obtendrá la adherencia requerida y el elemento reforzado no será resistente como debiera. 4. Los vacíos producen defectos visibles, como cavidades y alveolado en las superficies trabajadas.

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El concreto completamente compacto será denso, resistente, durable e impermeable. El concreto mal compactado será débil, poco durable, alveolado y poroso; en otras palabras bastante ineficaz. Existen numerosos procedimientos para disminuir ese conjunto de vacíos. La selección de cada uno de ellos dependerá de las características del concreto y del tipo de estructura que se esté construyendo. Pero el propósito en todos ellos es el mismo: llenar las formas geométricas de los encofrados con una masa densa, adherir esa misma masa a la superficie longitudinal de todas y cada una de las barras metálicas del refuerzo, y poner en contacto absoluto, sin vacíos internos, a todos los componentes del concreto. LOS METODOS: Los métodos de densificación del concreto los podemos dividir en dos grupos: o

Compactación Manual

o

Compactación por vibrado

La compactación manual fue la primera en la historia del material y se efectuaba con barras o pisones. Con ellos se golpea verticalmente el concreto, penetrándolo si es con barra o aplastándolo si es con pisón. El grado de compactación que se obtiene con la barra no es elevado, por la condición del material de ser prácticamente in confinado ante las desproporción de la separación de las paredes del encofrado y el calibre de la barra golpeadora. Sita mucho de ser el caso favorable de la preparación del cilindro para el ensayo de compresión .

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La compactación manual dio paso a la compactación por vibrado, donde se aprovecha la condición tixotrópica del concreto en estado fresco, mediante cual se hace menos viscoso cuando está en movimiento y se atiesa al quedar en reposo. La masa del concreto se hace vibrar, con lo cual el material se fluidifica y permite su acomodo al molde, envolviendo las armaduras. Se expulsa gran cantidad del aire atrapado, se hacen subir a la superficie parte del agua con funciones de lubricación y se unifica la masa eliminando vacuolas y planos de contacto. El vibrador para concreto fue implantado en 1927 por el técnico francés Deniau, y en 1936 el ACI publicó el primer documentos con recomendaciones para su uso. Vibración: El vibrado, el paleado - incluso el apisonamiento con el pie - son medios útiles para eliminar el aire del concreto y compactarlo, pero la mejor manera y la más rápida es la vibración. Cuando una mezcla de concreto es vibrada, se "fluidifica" y se reduce la fricción interna entre las partículas de agregados - de la misma manera que el azúcar o a arena seca en un frasco no muy lleno, se asientan al golpearlo ligeramente, haciendo que las partículas se aprieten más una con otra. Esta fluidificación hace que el aire atrapado surja a la superficie, y que el concreto se compacte. Con una mezcla cohesiva y apropiadamente diseñada, se minimizan la segregación y el sangrado. En una mezcla excesivamente húmeda, los trozos grandes de agregado pueden asentarse durante la compactación, dando como resultado una capa débil de lechada en la superficie; 225


cuando esto ocurre, la lechada debe ser retirada. Por lo tanto, es redituable verificar que la mezcla esté correctamente dosificada desde el principio. La vibración se puede producir por varios procedimientos: •

Vibrado interno, por medio de vibraciones de inmersión, o pre-vibradores.

•

Vibrado externo, por medio de vibradores de contacto con el encofrado.

•

Vibrado por el uso de mesas vibradoras.

•

Vibrado superficial.

El vibrado del concreto por cualquiera de estos métodos permite alcanzar una mayor compactación del material que la que se lograría con cualquier procedimiento manual. Vibración interna : La mayoría de los concretos se compactan por inmersión o mediante atizadores vibradores. Este último método se considera generalmente el más satisfactorio, ya que el atizar trabaja directamente sobre el concreto y puede cambiarse rápida y fácilmente de una posición a otra. Es el proceso más utilizado. Se lleva a cabo introduciendo en la masa un vibrador, que consiste en un tubo, de diámetro externo variado entre los 4 cm y los 10 cm, dentro del cual una masa excéntrica gira alrededor de un eje. La masa es movida por medio de un motor eléctrico y su acción genera un movimiento oscilatorio, de cierta amplitud y frecuencia, que se transmite a la masa de concreto. En situaciones en que se puede disponer de una fuente de aire comprimido, el motor del vibrador puede 226


ser movido reumáticamente, y se llama entonces vibrador neumático o de cuña. La vibración que recibe el concreto hace que su masa, inicialmente en estado semiplástico, reduzca su fricción interna como resultado de la licuefacción tixotrópica del mortero. En ese nuevo estado semilíquido el material se desplaza y ocupa todos los espacios del encofrado, mejorando su densidad al ir eliminando los vacíos existentes entre los agregados, o en el seno de la masa, en forma de aire atrapado. En un momento de este proceso, que es relativamente rápido, se produce un flujo de agua y cemento hacia la superficie, que adquiere una apariencia acuosa y abrillantada. Ese momento se toma como indicación práctica de que la masa logró la densificación esperada en esa zona, y se debe proceder a extraer el vibrador lentamente del lugar, y trasladarlo a la zona contigua. De acuerdo al tamaño y característica del vibrador interno y a las condiciones de plasticidad del concreto, su zona de influencia es mayor o menor. Cuanto más seco y áspero el material, menor la zona de influencia. Si se ha seleccionado un vibrador pequeño para las condiciones del caso, se necesitará más tiempo para lograr la compactación, pero si, por el contrario, el vibrador resultara grande, se corre peligro de producir segregación o de dañar los encofrados. El vibrador deberá insertarse en posición vertical dentro de la capa recién vaciada, en puntos formando una cuadricula hipotética, separados entre sí como una y media vez el radio de acción del vibrador, lo cual genera, en las áreas perimetrales de esas zonas de influencia, una doble vibración.

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El tiempo que debe permanecer el vibrador sumergido en cada punto se determina en la práctica mediante la observación directa de la superficie en las cercanías del punto de penetración. Cuando cese el escape de burbujas de aire y aparezca una costra acuosa y brillante, se debe retirar el vibrador. Cuando se introduce el vibrador se debe llevar rápidamente hacia el fondo, para evitar que compacte la zona superior y se impida la salida de las burbujas de abajo. Al concreto no le conviene la falta de vibración ni el exceso. En el primer caso le pueden quedar a la masa demasiados vacíos, no eliminados. Estos vacíos significan puntos sin resistencia mecánica y con riesgo de penetración de agentes agresivos. En términos generales, se estima que por cada 1% de vacíos en al masa, se pierde 5% de capacidad resistente. Si se genera un exceso de vibración en una zona, se corre riesgo de producir segregación, haciendo que los grandes gruesos se vayan hacia el fondo y que los finos y el cemento queden sobrenadando en la superficie. La frecuencia a la cual trabaja un vibrador es , a menudo, un factor importante. Para materiales fluidos o de granulometrías finas son preferibles las altas frecuencias, mientras que las bajas son recomendables a los materiales gruesos. El espesor de las capa a vibrar dependerá de la geometría del elemento y de las características del vibrador. Se recomienda entre 30 y 45 cm. En caso de que el elemento sea profundo y deba ser vaciados en dos o mas capas, el vibrar la segunda en vibrador debe haber penetrado en la capa inferior unos 10 a 15 cm, con lo que se trata de evitar una simple superposición de una capa sobre la otra, fundiendo en una sola masa las superficies de contacto. Esto exige una cierta celeridad en el proceso de

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vibrado ya que la capa inferior debe estar fresca todavía para que se pueda producir esa fusión. Cuando se vibra concreto masivo, generalmente con una batería de vibradores simultáneos, hay que coordinarlos en su funcionamiento para que actúen separadamente. La práctica de arrastrar el vibrador para acarrear material de una zona a otra, lo que genera es segregación de la mezcla. La colocación del vibrador en contacto con alguna de las barras metálicas de la armadura es cierto que transmite la vibración a lo largo del refuerzo, pero en las zonas ya vibradas esa sacudida tardía lo que hace es aislar la barra y restarle adherencia al mortero. Entre los tipos de vibradores internos existen dos tipos básico de atizadores vibradores: 1. los que tienen en la cabeza solamente el mecanismo de vibración, el cual opera mediante una flecha flexible, activada ya sea por un motor de gasolina o diesel, uno eléctrico o uno neumático. Este tipo es el más común y tienen la ventaja de que es fácilmente portátil con todo y motor. 2. los que tienen tanto el motor como el mecanismo de vibración en la cabeza. Los vibradores de motor en la cabeza pueden ser eléctricos o neumáticos. Los que operan eléctricamente requieren una intensidad de corriente especial (frecuencia de 200 ciclos por segundos) y no deben conectarse directamente a la toma de corriente. El voltaje, la frecuencia y las fases deben verificarse constantemente

en cuanto concierne a la efectividad de los atizadores, hay poca diferencia entre estos dos tipos. La elección se hace, por lo general, con base en otras razones, como la 229


disponibilidad, facilidad de transporte o disponibilidad del suministro adecuado de electricidad o aire comprimido. Vibración externa En este procedimiento, el equipo vibrante se coloca sobre una o varias caras del molde o encofrado que, en esa forma, recibe directamente las ondas y la transmite a la masa de concreto. Su campo de acción mas frecuente es en la prefabricación donde, en general se emplean concretos de resistencias secas. Ante la vibración del encofrado, que debe ser metálico, fundamentalmente, la masa de concreto responde en función de su granulometría y de la cantidad de agua que contenga. El mortero acepta los pequeños movimientos de acomodo de los granos gruesos, pero restringe los desplazamientos excesivos. Si la viscosidad del mortero no fuera la adecuada, el agregado grueso podría llegar a segregarse. Cuando la función del vibrado externo ha terminado aparece sobre la superficie del concreto una capa brillante y húmeda. La efectividad de este procedimiento de vibración depende de la aceleración que sea capaza de transmitir el encofrado a la masa de concreto. Existen algunas relaciones empíricas que permiten determinar la fuerza centrífuga que deberá ser capaces de desarrollar los vibradores de encofrado, para garantizar una adecuada compactación. En el "ACI Manual of Concrete Practice", de 1994 se señala: Para mezclas de consistencia plásticas, en encofrado de vigas o muros:

•

Fuerza = 0.5(peso del encofrado + 0.2 peso del concreto) Para mezclas secas en prefabricación:

•

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Fuerza = 1.5(peso del encofrado + 0.2 peso del concreto) Admitiendo que en general, los vibradores externos se colocan con una separación entre 1,5 m y 2,5 m podemos calcular para cada caso, las características requeridas de frecuencia y amplitud. El vibrador externo o de abrazadera consta de un motor eléctrico y un elemento no balanceado. Se fija en la cimbra para que las vibraciones sean transmitida al concreto a través de ella. Aunque se emplea principalmente en trabajos de concreto precolado, a veces es necesario en construcciones comunes, cuando no es posible insertar un atizador, como en el caso de secciones muy esbeltas o con demasiado acero de refuerzo. Estos vibradores compactan solamente concreto en secciones de menos de 300 mm de espesor. Cuando se emplean en vibradores externos, la cimbra deberá ser diseñada y construida para soportar las repetidas revisiones de esfuerzo, y para ser capaz de extender uniformemente las vibraciones sobre un área considerable. Para sostener el vibrador, se fijan en la cimbran soportes especialmente diseñados. Puesto que, generalmente, los vibradores se mueven hacia arriba o a lo largo de la cimbra conforme esta se va llenando, el numero de soporte debe ser mayor que el de vibradores disponibles. Cabe señalar los siguientes puntos: 1. Se verificará que todas las juntas, tanto dentro como entre los tableros, estén apretadas y selladas. La cimbra se mueve más que cuando se emplean atizadores, y la lechada puede escurrir por la mas pequeña de las abertura. 231

ING. PEDRO FELIX DOROTEO NEYRA – DOCENTE DE LA F.I.C. 2. Se comprobará que los vibradores estén firmemente sujetos o

atornillados a los soportes y se vigilaran constantemente durante su empleo, para asegurarse de que no se hallan aflojado, de lo contrario, las vibraciones no se transmitirán completamente a la cimbra y al concreto. 3. El concreto se alimentará en pequeñas cantidades dentro de las secciones, para que quede en capas uniforme de aproximadamente 150 mm de espesor. Esto evita la inclusión de aire conforme se eleva la carga. 4. Se mantendrá en observación continua todos los accesorios, que deben

estar atornillados en vez de clavados, especialmente las tuercas de los pernos, que pueden aflojarse fácilmente por la vibración intensa. Se vigilarán también las pérdidas de lechada de concreto y se taparán las fugas siempre que se pueda. 5. Cuando se posible, se compactará mediante un atizador los 600 mm superiores del concreto en un muro o una columna; si esto no es factible, se compactará por varillado manual o paleando hacia abajo sobre la cara de la cimbra. Los vibradores externos tienden a crear espacios entre la cimbra y el concreto; en las capas inferiores, este espacio se cierra gracias al peso de las capas superiores de concreto, pero en la última capa puede no cerrarse y desfigurar la superficie.

Mesa vibrante: Es un procedimiento de compactación utilizado, fundamentalmente, en las plantas de prefabricación. El movimiento de la mesa se logra por medio de la acción de un conjunto de vibradores sincronizados. De la misma publicación ACI recién citada, tomamos una formula empírica que permite calcular la fuerza centrífuga que debería desarrollar cada vibrador, en función del peso de la mesa, del encofrado y de la masa del material. 232


Fuerza = (de 2 a 4)[(peso de la mesa) + (de 0,2 a 1,0= (peso del encofrado)] NOTA: Los rangos de los factores dependen de la rigidez de la mesa y de la vinculación del encofrado a ella. Reglas vibratorias: Para cierto tipos de obras, especialmente pavimentos, se suele emplear el sistema de vibrado por circulación de reglas vibratorias que, al deslizarse al ras de la superficie, transmiten el movimiento al resto de la masa y generan los efectos beneficiosos del escape del aire y de las densificación. Puede transmitir su acción a capas de hasta 20 cm de espesor. Las reglas vibratorias deben correr apoyadas sobre rieles y no apoyadas directamente sobre la masa blanda. El manejo de los equipos requiere la pericia de los operarios, pero la eficacia del sistema ha sido demostrada en los miles de kilómetros de vías y autopistas de concreto construida en Europa y los Estados Unidos.

Otros métodos Hay otras formas de vibración entre las cuales quizá la que resulta más conocida es la centrifugación, empleada en la fabricación de algunos postes, tubos, etc. Revibrado Siempre que el concreto esté aun trabajable, no se le ocasionar daño alguno si se le vuelve a vibrar una vez que ha sido compactado. De 233


hecho, se ha demostrado mediante pruebas, que la resistencia se incrementa ligeramente si se le vuelve a vibrar tiempo después de la compactación inicial. En columnas y muros en los que el acabado de la superficie tiene importancia, suele aumentar la tendencia a la formación de cavidades en los últimos 600 mm de espesor de su superficie; esto se debe a que, al contrario de las capas inferiores, la última capa no cuenta con la ventaja del peso del concreto adicional, mismo que aumenta la compactación. Con frecuencia es útil revibrar estos últimos 600 mm, durante 30 minutos o 1 hora, después de la compactación inicial. En secciones gruesas de losas y vigas, y especialmente si se trabaja con mezclas que tienden al sangrado, existe el peligro de que aparezcan grietas por asentamiento plástico sobre la línea de acero de refuerzo de la parte superior. Generalmente estas grietas, se forman una vez transcurrida 1 ó 2 horas después de la compactación; si son descubiertas durante este tiempo, y el concreto está aun trabajable, pueden revibrarse 75 ó 100 mm de la parte superior para que se vuelva a cerrar. La revibración, como su nombre los indica, es la operación de volver a vibrar una masa de concreto, vibrada ya hace un cierto tiempo. Lo mas frecuente es producir la nueva vibración cuando ya se ha iniciado el fraguado del cemento pero aun no ha concluido, y la masa se encuentra todavía en cierta condición plástica. Esto suele suceder entre la hora y media y las cuatro horas después de la vibración anterior. Además de saber la oportunidad de ese momento, hay también que conocer el tiempo de duración de la nueva vibración. Un error en cualquiera de esos aspecto puede dañar irreparablemente el concreto. Por el contrario, 234


si el proceso ha sido el adecuado, el material puede ganar entre un 10 y un 40 % de resistencia mecánica adicional.

RESUMEN El control de densidad y compactación de sub-rasantes y sub-bases de pavimentos es uno de los factores principales que limitan el avance constructivo de carreteras. En la provincia de Córdoba generalmente las sub-rasantes y sub-bases se encuentran compuestas por capas de suelos limosos y limo arenosos compactados (A4-8 según la clasificación HRB). En este estudio se presenta la potencial aplicación del Penetrómetro Dinámico de Cono (DCP) para la determinación de densidades y humedades en suelos A4-8 compactados. Se analiza el efecto de la energía de penetración del DCP, humedad y densidad del suelo en los resultados obtenidos. A partir de estos resultados, se muestra que es posible obtener correlaciones muy útiles entre los resultados del DCP y la densidad y humedad del suelo compactado. Finalmente, se concluye que el DCP proporciona información valiosa que puede ser utilizada como complemento de los métodos de control de 235


compactación tradicionales, disminuyendo el tiempo empleado en el control constructivo en las obras de compactación de suelos.

COMPACTACION DE ASFALATO:

COMPACTACIÓN Compactación de Asfaltos 2 Etapas básicas que abarca la compactación de asfaltos. Las etapas que abarca la compactación de asfaltos en obra son tres básicamente: Compactación inicial, intermedia y final. En cada una de las tres etapas se puede utilizar distintos tipos de maquinaria y diferentes técnicas de compactación para conseguir los mismos resultados. Compactación inicial. Es la primera etapa de la compactación después de efectuar el extendido del asfalto. Debe conseguir la mayor parte de la densidad especificada para la capa asfáltica. Suelen usarse generalmente 236


compactadores vibratorios aunque también se pueden usar compactadores de neumáticos o estáticos muy pesados. La temperatura del aglomerado debe aproximarse lo más posible a 150ºC. Compactación intermedia. Se puede utilizar la misma maquinaria que en la compactación inicial. La amplitud de vibración ha de ser más baja que en la compactación inicial. Debe de conseguir la densidad especificada para la capa. Compactación de acabado. Es la que elimina las marcas dejadas en las dos primeras etapas. El aglomerado debe conservar el suficiente calor como para conseguir lo que se pretende. Se suelen utilizar los compactadores vibratorios en modo estático. Tramo de pruebas. Tanto para mezclas en frió como en caliente, es preceptivo la construcción de una o varias secciones de ensayo en las que se probará la compactación. Se deben repetir las pruebas hasta conseguir los parámetros requeridos en los pliegos de especificaciones de la obra.

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Hay que utilizar tramos rectos que tengan unos 150 metros como mínimo de longitud y que formen parte de la obra a ejecutar. El tramo permite comprobar la fuerza de compactación, amplitud y frecuencia, velocidad de compactación, etc. Los tramos de pruebas permiten medir la densidad necesaria, la calidad de la superficie de rodadura y los niveles de producción de la maquinaria involucrada. Se debe comenzar el tramo de pruebas con una velocidad de compactación más baja que la especificada realizando mediciones de densidad a cada pasada, hasta conseguir la densidad especificada. A continuación se aumenta la velocidad y se repite el proceso con el mismo numero de pasadas, y así hasta que la densidad no cumpla el valor especificado. Así se averigua la velocidad de compactación más alta y el número de pasadas que producirán la densidad buscada. Una vez que se consigan los parámetros de velocidad, frecuencia y amplitud, no deben de variarse estos parámetros durante toda la obra al menos mientras se mantengan la composición del aglomerado, la temperatura del mismo o la temperatura ambiente. Compactación de capas delgadas. Se consideran capas delgadas las de 5 centímetros o menores. Se pueden usar compactadores estáticos, vibratorios en modo estático o con un ajuste muy bajo de la amplitud. Será 238


conveniente en todo caso ajustarse lo más posible a los parámetros obtenidos en el tramo de pruebas. Se debe situar el compactador lo más cerca posible de la maquina extendedora, puesto que la capa pierde calor muy rápidamente. Es conveniente siempre que se pueda compactar en pendiente comenzando hacia arriba. Compactación de capas gruesas. Es más fácil de compactar en capas gruesas porque el aglomerado conserva más tiempo el calor y se corre poco riesgo de que se fracture la capa. Se pueden usar fuerzas de compactación mayores y con mayor amplitud. Es posible que el aglomerado se acumule delante del rulo en la primera pasada, en este caso se recomienda retrasar un poco el rulo con respecto a la extendedora para dar tiempo a que la capa se enfrié un poco o bien dar una primera pasada en estático o con una amplitud muy baja.

10ª- SEMANA .MEZCLAS ASFALTICAS:

MEJORAMIENTO CON PRODUCTOS ASFÁLTICOS. El material asfáltico que se emplea para mejorar un suelo puede ser el cemento asfáltico o bien las emulsiones asfálticas, el primero es el residuo último de la destilación del petróleo. Para eliminarle los solventes volátiles y los aceites. Para ser mezclado con material pétreo 239


deberá calentarse a temperaturas que varían de 140 a 160° C, el más común que se emplea en la actualidad es el AC-20. este tipo de producto tiene la desventaja de que resulta un poco más costoso y que no puede mezclarse con pétreos húmedos. En las estabilizaciones, las emulsiones asfálticas son las más usadas ya que este tipo de productos si pueden emplearse con pétreos húmedos y no se necesitan altas temperaturas para hacerlo maniobrable, en este tipo de productos se encuentra en suspensión con el agua, además se emplea un emulsificante que puede ser el sodio o el cloro, para darle una cierta carga a las partículas y con ello evitar que se unan dentro de la emulsión; cuando se emplea sodio, se tiene lo que se conoce como emulsión aniónica con carga negativa y las que tienen cloro son las emulsiones catiónicas que presentan una carga positiva, siendo estas

últimas las que presentan una mejor resistencia a la humedad que contienen los pétreos. Se tienen emulsiones de fraguado lento, medio y rápido, de acuerdo al porcentaje de cemento asfáltico que se emplea. Una emulsión asfáltica es una dispersión de asfalto en agua en forma de

pequeñas partículas de diámetro de entre 3 y 9 micras. Este tipo de aglutinantes puede usarse casi con cualquier tipo de material aunque por economía se recomienda se emplee en suelos gruesos o en materiales triturados que no presenten un alto índice de plasticidad, puede usarse también con las arcillas pero solo le procura impermeabilidad, resultando un método muy costoso, además con otros productos se logra mayor eficiencia y menor costo para los suelos plásticos. Es importante que el material pétreo que se va a mejorar, presente cierta rugosidad para que exista un anclaje adecuado con la película asfáltica, situación que se agrava si el material pétreo no es afín con el producto asfáltico. Algunos productos asfálticos contienen agua y 240


si esto no se toma en cuenta se pueden presentar problemas muy serios al momento de compactar, la prueba que más comúnmente se emplea en el laboratorio para determinar el porcentaje adecuado de asfalto a utilizar se conoce como "prueba de valor soporte florida modificada" y el procedimiento consiste en elaborar especimenes de pétreos que presentan cierta humedad usando diferentes porcentajes de asfalto, se compactan con carga estática de 11.340 Kg. (140 Kg/cm²), después de esto se pesan y se meten a curar al horno a una temperatura de 60° C, se sacan y se penetran hasta la falla o bien hasta que tengan una profundidad de 6.35mm registrándose la carga máxima en Kg., se efectúa una gráfica para obtener el porcentaje óptimo de emulsión y se recomienda que el material por mejorar presente un equivalente de arena mayor de 40% y el porcentaje de emulsión varíe en un porcentaje de 1.

El procedimiento constructivo se desarrolla de la manera siguiente: la capa a mejorar ya tiene que estar completamente terminada. No hacer la estabilización con mucho viento, menos de 5° C o lluvia. También se puede estabilizar con ácido fosfórico y fosfatos; fosfato de calcio (yeso), resinas y polímeros.

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COMPUESTOS DE UNA CARPETA ASFÁLTICA Esta compuesta de: •

Material asfáltico. Puede ser cemento asfáltico (AC-2.5, AC-5, AC10, AC-20, AC-30 y AC-40. los AC-5 normalmente son emulsiones.

•

Emulsión asfáltica. Aniónicas (-), catiónicas (+) y de rompimiento rápido, medio y lento.

•

Agregados pétreos.

Anteriormente los cementos asfálticos se clasificaban por su dureza en: CA-0 para climas fríos. CA-6 para climas templados. CA-10 para climas cálidos.

Regionalización de los productos asfálticos. El asfalto es un material bituminoso, sólido o semisólido con propiedades aglutinantes y que se licua gradualmente al calentarse, se obtiene de la destilación del petróleo. En México este tipo de producto se emplea para la construcción de carpetas desde aproximadamente 1920; anteriormente se le clasificaba de acuerdo a su dureza, siendo el cemento asfáltico más usado el que tenía una dureza media (CA-6). Con la entrada de México al TLC se tuvieron que adecuar las normas 242


Mexicanas a las de la ACTM y a las especificaciones del SEP ( Programa Estratégico de investigación de Carreteras.) de la ASTM (American Standard Test Materials.) de ese tiempo a la fecha, los materiales asfálticos se clasifican de acuerdo a la viscosidad que presentan. A continuación se anotarán las recomendaciones generales para cada uno de los productos asfálticos con la finalidad de darles un mejor uso.

ASFALTO

REGION RECOMENDADA Sirve para elaborar emulsiones y concretos asfálticos que se utilicen en la zona de la sierra

AC-5

madre occidental, en Durango o Chihuahua, y en algunas regiones altas de los estados de México, Morelos y Puebla. Se recomienda para la región

AC-10

central y el altiplano de la república mexicana. Para el sureste de la república y

AC-20

las regiones costeras del golfo y el pacífico, pasando por Sinaloa e inclusive hasta Baja California.

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Norte y noreste del país, AC-30

excluido el estado de Tamaulipas.

Esta distribución se basa en condiciones climáticas y no incluye otras variables importantes como el tipo de agregado pétreo, la intensidad del tránsito y otros factores como el NAF. Por lo que para realizar un concreto asfáltico de calidad deberán tomarse en cuenta las siguientes características: a) enviar pétreos sanos, limpios y bien graduados, b) utilizar procedimientos constructivos adecuados y c) aplicar las temperaturas recomendadas. En algunas ocasiones será necesario adicionar algún aditivo. Aplicación de los productos asfálticos.

Cemento asfáltico o emulsión.

Trabajos recomendados en forma general.

AC-5, AC-10, AC-20, y AC-30

Para realizar concretos asfálticos

(solos o modificados)

en las regiones señaladas y sobre todo en carreteras de alta circulación con alta intensidad de tránsito y con un elevado número de carga por eje.

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Emulsiones asfálticas catiónicas

Para riego de impregnación de

de fraguado lento o superestable. bases hidráulicas. Emulsiones asfálticas catiónicas

Para carpetas asfálticas

de fraguado medio

mezcladas en frio, para carreteras con tránsito máximo de 2000 vehículos, también se emplea en trabajos de bacheo, re-nivelación y sobre-carpetas.

Emulsiones de fraguado rápido.

Se utiliza para riegos de liga, carpetas asfálticas de riego y riegos de sello convencionales.

TIPOS DE CARPETAS. •

realizadas en planta o en caliente con tránsito de hasta 2000 vehículos (AC-20, material pétreo y temperatura de 140 a 160° C.)

•

Carpetas de riegos (emulsión y material pétreo.)

•

Carpetas asfálticas en frío o en el lugar.

•

Revestimientos. Se puede circular todo el año (espesor de 15cm) con material seleccionado (en desiertos arenas con emulsión asfáltica en una cantidad de 6lt/m³ de pétreo; después de

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compactado se debe efectuar un poreo para tapar oquedades.) (en la costa arena con 100lt/m³ y sin poreo), para un régimen pluvial alto se recomienda estabilizar con cemento la terracería y colocar fragmentos de roca chica.) DESCRIPCION CARPETA ASFÁLTICA. La carpeta asfáltica es la parte superior del pavimento flexible que proporciona la superficie de rodamiento, es elaborada con material pétreo seleccionado y un producto asfáltico dependiendo del tipo de camino que se va a construir, las principales características que debe cumplir el pétreo son las siguientes: a) un diámetro menor de una pulgada y tener una granulometría adecuada, b) deberá tener cierta dureza para lo cual se le efectuarán los ensayes de desgaste los angeles, intemperismo acelerado, densidad y durabilidad . C) la forma de

la partícula deberá ser lo más cúbica posible, recomendamos no usar material en forma de laja o aguja pues se rompen con facilidad alterando la granulometría y pudiendo provocar fallas en la carpeta, se efectuarán pruebas de equivalente de arena ya que los materiales finos en determinados porcentajes no resultan adecuados. En las mezclas asfálticas, es de gran importancia conocer la cantidad de asfalto por emplearse, debiéndose buscar un contenido óptimo; ya que en una mezcla este elemento forma una membrana alrededor de las partículas de un espesor tal que sea suficiente para resistir los efectos del tránsito y de la intemperie, pero no debe resultar muy gruesa ya que además de resultar antieconómica puede provocar una pérdida de la estabilidad en la carpeta, además este exceso de asfalto puede hacer resbalosa la superficie, para calcular este óptimo se tienen las pruebas de compresión simple para mezclas en frío, la prueba Marshall para 246


muestras en caliente y la prueba de Hveem. Para conocer la adherencia entre el pétreo y el asfalto se pueden utilizar pruebas de desprendimiento por fricción, perdida de estabilidad o bien, cubrimiento por el método ingles; en caso de que las características del pétreo no sean aceptables, se pueden lavar o bien usar un estabilizante para cambiar la tensión superficial de los poros. El tipo y espesor de una carpeta asfáltica se elige de acuerdo con el tránsito que va a transitar por ese camino, tomando en cuenta el siguiente criterio.

Intensidad del tránsito pesado en

Tipo de carpeta

un solo sentido Mayor de 2000 vehi/día

Mezcla en planta de 7.5cm de espesor mínimo

1000 a 2000

Mezcla en planta con un espesor mínimo de 5cm

500 a 1000

Mezcla en el lugar o planta de 5cm como mínimo

Menos de 500

Tratamiento superficial simple o múltiple.

247


DISEÑOS DE PROCEDIMIENTO CONSTRUCTIVO DE UNA MEZCLA ASFÁLTICA EN PLANTA O EN CALIENTE. En la planta de concreto asfáltico se deberá tener el material pétreo del diámetro adecuado (menor de una pulgada) que de preferencia deberá estar triturado y cumplir con las especificaciones que marca la SCT. Este material se eleva a un cilindro de calentamiento y secado hasta llegar a una temperatura de 160 a 175° C, de ahí se pasa a la unidad de mezclado donde se criba para alimentar 3 o 4 tolvas con material de diferente tamaño, se pesa la cantidad de material necesaria de pétreo y se depositan en las cajas mezcladoras donde se le provee de cemento asfáltico AC-20 el cual deberá estar a una temperatura de 130 a 150° C, se recomienda no exceder estos valores para evitar que se pierdan propiedades, se realiza la mezcla hasta su homogenización y ésta se vacía a los vehículos a una temperatura de entre 120 y 130° C, de preferencia esta mezcla se cubre con una lona para evitar se enfríe en el trayecto.

PROCEDIMIENTO CONSTRUCTIVO DE LA CARPETA. En el lugar donde se va a colocar la carpeta, unas dos horas antes de que llegue el concreto asfáltico, se efectúa un riego de emulsión asfáltica de rompimiento rápido que se conoce como riego de liga, esta capa de asfalto nos ayudará a que exista una adherencia adecuada entre el suelo de la base y la carpeta, este riego se efectúa en una 248


proporción de 0.7lt/m², se barren los charcos de asfalto excesivo y se elimina el total de la basura y materiales extraños, para evitar que este riego sea desprendido por las ruedas de los vehículos, se recomienda efectuar un riego de arena. La mezcla asfáltica deberá llegar a una temperatura de 115 a 125° C, esto se verifica con un termómetro de varilla. La mezcla se vacía en la máquina finisher o extendedora que formará una capa de mezcla asfáltica, se recomienda tener una cuadrilla de rastrillos que aseguren una textura conveniente en la superficie y que borren las juntas longitudinalmente entre franjas. A una temperatura de entre 110 y 120° C se le aplica una compactación con un rodillo ligero de entre 8 y 10 toneladas de peso; los rodillos se moverán paralelamente al eje del camino y de la orilla hacia el centro, y del lado interior hacia el exterior en las curvas. En los aeropuertos además de lo anterior se pasa el equipo en la dirección perpendicular y oblicua con respecto al eje del camino. Después de hacer esto con el rodillo ligero, se compacta con un rodillo más pesado hasta alcanzar el grado de compactación que marca el proyecto (min. 95%.) la compactación deberá terminar cuando se llegue a esta posición y para comprobarlo se efectuarán calas, para esto se corta en frío usando un chaflán y procurando no dañar la base, para de esa manera realizar los ajustes necesarios. Durante el tendido y compactación de la mezcla pueden aparecer grietas y desplazamientos motivados por diferentes causas, tales como la aplicación de un riego de liga defectuoso, ya sea en exceso o escaso, falta de viscosidad del asfalto producida por el calentamiento excesivo, o bien, porque el material pétreo no perdió completamente la humedad.

249


Para conocer la permeabilidad de la carpeta, se realizará en ella una prueba de campo, la cual consiste en colocar un aro de lámina galvanizada de 250mm de diámetro y una altura de 50mm, se sella el aro y se coloca al centro un cono de bronce de 25mm de altura, se agrega agua hasta el ras del cono observando que no baje este nivel en un tiempo de 10 min. el índice de permeabilidad del material se calcula con la siguiente ecuación: IP= Vt/ Vfå (1247cm³) donde Vt = volumen delimitado en el interior del aro y cuyo valor es de 1247cm³ Vf = volumen final. La carpeta deberá presentar un índice de permeabilidad menor del 10%. Por último en la carpeta se agrega un riego de sello, el cual consiste en una emulsión, la cual se cubre con un material pétreo del tipo 3E, esto se compacta para que penetre en la carpeta y con ello evitar que se introduzca el agua en ella, además protege del desgaste y proporciona una superficie antiderrapante. En algunos casos se puede emplear un mortero asfáltico que consiste en la mezcla de una emulsión y un material pétreo (arena) que se emplea comúnmente cuando se va a utilizar un camino que ya ha tenido cierto uso, a este tratamiento se le conoce como "slurri seal ". En la actualidad, en algunos casos cuando el lugar donde se coloca la carpeta es de precipitación pluvial muy alta, se recomienda colocar sobre de esta una mezcla de textura abierta la cual se conoce como "open grade", este tratamiento ayudará a que no se formen charcos en la superficie los cuales pueden provocar accidentes por el fenómeno conocido como acuaplaneo. 250


EMPLEO DE MORTERO ASFÁLTICO Es una capa delgada formada por arena, emulsión asfáltica y finos de relleno mineral. Se puede emplear para rellenar grietas en pavimentos para sellar superficies porosas e impermeabilizar.

FORMULAS PARA OBTENER EL CONTENIDO MÍNIMO DE ASFALTO CON MATERIAL QUE CONTIENE FINOS. Tabla 1. valor de la constante de área específica

Material que pasa la

Se retiene en la malla

Constante de área

malla

específica

1½

¾

0.27

¾

No. 4

0.41

No. 4

No. 40

2.05

No. 40

No. 200

15.38

No. 200

53.30 Tabla 2. índice asfáltico

251


Material Gravas o arenas de río o material

Índice asfáltico 0.0055

redondeado Gravas angulosas o redondas

0.0060

trituradas de baja absorción Gravas o arenas redondas de alta

0.0070

absorción y rocas trituradas de absorción media Roca triturada de alta absorción

0.0080

METODOS DE AREA SURPERFICIALES: METODOS DE MARSHALL: Metodología para el diseño de mezclas asfálticas de MARSHALL. La metodología que se presenta a continuación trata de hacer del diseño de mezclas asfálticas un procedimiento sencillo que pone de manifiesto el comportamiento de los materiales y de la mezcla asfáltica bajo condiciones simuladas de trabajo. En el Centro de Diseño y Construcción se han desarrollado trabajos para instituciones privadas y gubernamentales empleando dicha metodología y se está planeando la recolección de resultados para poder establecer correlaciones de datos reales y datos obtenidos en laboratorio.

Figura 1: Metodología para el diseño de mezclas asfálticas 252


Con relación a los métodos de diseño de mezclas asfálticas, Marshall, Cántabro y SHRP son métodos desarrollados que ya son considerados en normas y especificaciones de muchos países. En el caso de México se ha empleado el método Marshall desde hace más de 30 años y se tiene considerado anexar el ensayo Cántabro para las nuevas normas y especificaciones. El método SHRP (Strategic Highway Research Program) fue desarrollado por Estados Unidos a partir de 1989 y existen amplias investigaciones que evalúan la efectividad del método hoy en día.

Caracterización de cemento asfáltico Investigaciones recientes donde se han diseñado y estudiado nuevos métodos de caracterización de cementos asfálticos se han enfocado a buscar métodos que puedan determinar la calidad de cementos asfálticos, evaluando sus propiedades en el laboratorio, así como el comportamiento que éste tendrá en el pavimento, evaluando propiedades de las mezclas asfálticas en servicio. Lo anterior parte de la premisa de que los procesos de deterioros de los pavimentos se deben en buena medida a la calidad de cemento asfáltico, por lo que se tratan de definir las propiedades que intervienen en la durabilidad de las mezclas asfálticas para actuar sobre ellas mejorándolas. Los métodos actuales que se pueden mencionar son: los métodos convencionales, el método Qualagon, el método Superpave de SHRP [4] y el método UCL [3]. 253

ING. PEDRO FELIX DOROTEO NEYRA – DOCENTE DE LA F.I.C. Método UCL El objetivo de este nuevo método de laboratorio es caracterizar los cementos asfálticos utilizados en la fabricación de mezclas asfálticas empleadas en las capas de pavimentos de carreteras. El método desarrollado en el Laboratorio de Caminos de la Escuela Técnica Superior de Ingenieros de Caminos de la Universidad Politécnica de Cataluña, España, aplica una metodología muy sencilla y precisa, ensayando las probetas mediante el procedimiento descrito en la norma española NLT-352/86 "Caracterización de las mezclas bituminosas abiertas por el ensayo Cántabro de pérdidas por desgaste". El método valora el comportamiento de los cementos asfálticos como parte integrante de la mezcla asfáltica, mediante la evaluación de sus propiedades fundamentales a través del ensayo Cántabro de pérdidas por desgaste. Estas propiedades fundamentales son: cohesión, susceptibilidad térmica, adhesividad y durabilidad [1,3]. Es un método que puede servir de mucho apoyo a aquellas empresas mexicanas que de una manera u otra emplean o distribuyen materiales asfálticos para construcción de pavimentos asfálticos como pueden ser: PEMEX, que, a partir del año 1995 inició la fabricación de cementos asfálticos con diferentes durezas y es por ley el único proveedor de cemento asfáltico del país; la Secretaría de Comunicaciones y Transportes (SCT), responsable de la red de carreteras de 10 ejes troncales (autopistas) que comunica a todo el país; la entidad paraestatal CAPUFE, que ha empleado cementos asfálticos modificados con polímeros (SBS y EVA) y con hule (SBR) y es responsable de la conservación y reconstrucción de los pavimentos de sus tramos de cuota que incluyen las autopistas concesionadas y recuperadas por el Gobierno Federal; los gobiernos estatales que tienen a cargo sus tramos carreteros; los gobiernos municipales de ciudades que conservan y mantienen calles y avenidas; así como empresas privadas que construyen pavimentos asfálticos apoyando a las instituciones ya mencionadas.

Comportamiento de la mezcla asfáltica La evaluación del comportamiento frente a deformaciones plásticas permanentes (roderas) se realiza mediante un equipo de simulación en laboratorio desarrollado por el Ing. Armando Quintana [2] en su tesis de Maestría en Ciencias en Ingeniería Civil 254

ING. PEDRO FELIX DOROTEO NEYRA – DOCENTE DE LA F.I.C. con acentuación en Ingeniería y Administración de la Construcción, del Centro de Diseño y Construcción y dirigido por el autor de este escrito. La máquina es conocida con el nombre de ITESM Wheel Tracking. De los ensayos denominados máquinas de pista (wheel tracking), los Laboratorios de Puentes y Carreteras en Francia diseñaron un prototipo, siendo pioneros en esta área. Recientemente, en el estado de Georgia, Estados Unidos, se diseñó una máquina de pista conocida como Georgia Loaded Wheel Tester. Así como estos casos, también existen versiones de máquinas de pista en varios países las cuales son empleadas en el diseño y control de mezclas asfálticas; entre ellas se pueden mencionar la versión española diseñada por el Laboratorio de Transporte y Mecánica de Suelos "José Luis Escario" [5], la máquina de pista diseñada en la Universidad de Purdue en Indiana, Estados Unidos, la máquina diseñada por la Universidad de Nottingham en Inglaterra y la máquina de pista de Hamburgo, Alemania. La máquina de pista ITESM Wheel Tracking es un equipo con el cual se puede complementar el diseño óptimo de la mezcla asfáltica evaluando en laboratorio el comportamiento que ésta tendrá en cuanto a su resistencia a las deformaciones plásticas, y evaluar de manera comparativa la influencia de otras variables en este tipo de deterioro. Como ya se mencionó, tanto el método UCL como este último procedimiento son parte de una metodología que el Centro de Diseño y Construcción desea difundir y pretende con ella dar más claridad al diseño de mezclas asfálticas, ya que permite a los ingenieros conocer ciertas propiedades mecánicas de los materiales de manera fácil y precisa y permite también predecir el comportamiento que éstos tendrán en su vida de servicio.

Figura 2: Ejemplos de los resultados obtenidos del ensayo de la máquina de pista [2]

255


METODO DE HVEEN:

Mezclas Asfálticas en Frío

Las mezclas en frío se preparan con emulsiones superestables (sin solvente) y agregado graduado y partido tanto en planta como con mixer y aún in situ. Se agrega cemento o cal para aumentar la resistencia al agua. Debido a que se utilizan emulsiones sin solvente la mezcla asfáltica no se puede almacenar por más de unos pocos días. Se han utilizado una gran variedad de agregados, en la tabla de abajo se muestran las recomendaciones de la AEMA. Esta organización recomienda un mínimo de 35 en equivalente de arena para material procesado y 30 para otros. Si el agregado tiene 256

ING. PEDRO FELIX DOROTEO NEYRA – DOCENTE DE LA F.I.C. un equivalente de arena menor a 25 son tratados con cal o cemento.

257

Malla, mm

Base

Espesor 20 mm Espesor 10 mm

38.1

90-100

25.4

--

100

19.0

60-80

90-100

12.7

--

--

100

9.5

--

60-80

90-100

4.75

20-55

35-65

60-80

2.36

10-40

20-50

35-65

1.18

--

--

0-5

0.6

--

--

--

0.30

2-16

3-20

6-25

0.15

--

--

--

0.075

0-5

2-8

2-10


Asfalto

3.8-4.8

3.6-4.8

Diseño de las mezclas

El objetivo primero es el de encontrar una emulsión que le otorgue a la mezcla buen recubrimiento, trabajabilidad y compactación en las condiciones de uso planificadas (por ejemplo, una mezcla realizada en planta puede requerir una emulsión diferente si la mezcla se efectúa con una mezcladora), para luego determinar el contenido de asfalto. También es conveniente determinar la resistencia al agua de la mezcla parcial y completamente curada. Una primera aproximación al contenido de asfalto en la mezcla se puede obtener con la misma formula utilizada para mezclas en caliente partiendo de la curva granulométrica del agregado: P = 0.05 A + 0.01 B En donde A = porcentaje de pasa 4.75 mm.; B = porcentaje de retenido en malla 4.75 mm. y P = Contenido de Asfalto

Recubrimiento

Primero se determina el contenido de agua de pre-humectación efectuando distintas mezclas con diferentes contenidos de agua y la cantidad de emulsión que corresponde al contenido de asfalto deseado. Las mezclas se efectúan sobre 500 g de agregado mezclando a mano vigorosamente durante 30 seg. EL objetivo es obtener un recubrimiento de entre el 85 – 100 %. El contenido de agua de pre-humectación debe ser ajustado a un mínimo pues su exceso puede causar problemas con la compactación. Siempre es más conveniente 258

ING. PEDRO FELIX DOROTEO NEYRA – DOCENTE DE LA F.I.C. seleccionar una emulsión más reactiva que aumentar el contenido de agua lo cual obligará airear la mezcla antes de la compactación. El contenido de agua debería ser controlado en obra para obtener mejores resultados. Durante el transporte y la aplicación de la mezcla la emulsión tenderá a drenar y descubrir el agregado. Esté drenar de la emulsión debe ser minimizado seleccionando la emulsión menos sensible a este efecto. Para medir esta sensibilidad se prolonga el tiempo de mezcla del ensayo por 2 minutos al cabo del cual se rechequea el recubrimiento.

Compatibilidad

Para chequear la compatibilidad de la emulsión y el agregado preparar 100 g de muestra sin compactar de la formulación en ensayo y curarla en estufa a 60ºC durante toda la noche. Sobre esta muestra se realiza el ensayo de recubrimiento en ebullición. La incorporación de cemento o cal incrementa la resistencia al agua de la mezcla.

Trabajabilidad

La mezcla preparada con emulsión asfáltica puede comenzar a tomar consistencia inmediatamente después de preparada o luego de un período de horas o días. Esto determina una “ventana de trabajabilidad” de la mezcla requerida para su transporte y aplicación la cual depende de las características del proyecto. Es prudente contar con un margen de trabajo de por lo menos 30 minutos para contrarrestar efectos de la temperatura u otras variables de obra. El ensayo de trabajabilidad se efectúa guardando la mezcla en recipientes cerrados o bolsas plásticas y examinándolas a diferentes tiempos. Para simular la presión durante el almacenamiento se modifica el ensayo colocando pesos sobre las mezclas. Según los resultados obtenidos se puede decidir cambiar la emulsión o imponer restricciones a los tiempos de almacenamiento antes de la aplicación de la mezcla.

259


Compactibilidad

En estos ensayos se mide el grado de compactación obtenida por un esfuerzo de compactación normalizado. Para mezclas preparadas a partir de emulsiones asfálticas el método más simple es medir la densidad de la mezcla compactada a partir de una probeta compactada. Una mejor aproximación se logra usando un método normalizada sobre una probeta curada por secado en estufa a 60ºC toda la noche. La AEMA recomienda como una medida de la compactibilidad un método presentado como propuesta de norma en ASTM. Las probetas son formadas por compactación Marshall permitiendo un curado parcial durante 48 horas a 60ºC y recompactado a 60ºC con una carga estática 178N (40.000lbs.) usando el método de doble PLUNGER. Con este método se obtienen valores de densidad cercanos a las experiencias de campo.

Contenido Optimo de Asfalto

Aquí es necesario preparar distintas probetas variando el contenido de emulsión de a 1% o 0.5% entre ellas y curarlas completamente en estufa a 60ºC durante 48 horas. Luego se determinan las propiedades estructurales relevantes para la futura aplicación de la mezcla, se puede medir Estabilidad Marshall, Estabilidad Hveen, California Bearing Ratio (CBR), modulo de resilencia, etc. Es seleccionado un nivel de asfalto tal que la probeta cumpla con los requisitos de modulo de Stiffness, resistencia al ahuellamiento, y resistencia al agua para la aplicación es estudio.

Resistencia al Agua

Es esencial evaluar la resistencia al agua de la probeta tanto parcialmente como totalmente curada. Las probetas son totalmente curadas a 60ºC por 3 días y la resistencia al agua es medida según la norma ASHTO T283 buscando un valor de al 260

ING. PEDRO FELIX DOROTEO NEYRA – DOCENTE DE LA F.I.C. menos 55%. Existen métodos alternativos como por ejemplo el SOAKING basados en la estabilidad Marshall o CBR. Para mejorar la resistencia al agua se puede incrementar el contenido de asfalto o agregar tanto cal o cemento.

Preparación de la mezcla

Los mezcladores comúnmente utilizados en el ámbito vial pueden ser utilizados como por ejemplo un mezclador de cemento (hormigonera). Las plantas para preparar mezclas en frió que posean 2 o más tolvas para diferentes tamaños de agregados son preferibles para lograr mezclas de calidad constante. Las plantas para mezclas en caliente pueden ser utilizadas pero el efecto del calor es perjudicial siendo necesario modificarla para contrarrestar esto. Se hace necesario eliminar el calentamiento y regular el nivel de humedad del agregado. Las plantas móviles son también aplicables mientas que las técnicas de mezcla in situ presentan ventajas económicas. Los agregados secos deben ser pre-humectados a un 2 - 3% de humedad antes de agregar la emulsión pero se debe evitar un exceso de agua ya que puede traer problemas de compactación. En planta el dosaje de agua se puede ajustar “a ojo” hasta obtener una mezcla bien recubierta y de consistencia seca. Se debe vigilar el almacenamiento de los agregados para controlar la humedad. Al abandonar el mezclador la mezcla se debe presentar de color marrón. Si la mezcla se almacena por largos periodos se debe cubrir para prevenir que pierda humedad.

Aplicación de la mezcla

La mezcla puede ser aplicada tanto con PAVER o con GRADER dependiendo de la obra. El GRADER presenta la ventaja de permitir cierta aireación pero se pierde en textura. La mejor compactación se consigue con una combinación de rodillo neumáticos y metálicos, siendo suficiente para pequeños trabajos el uso de platos compactadores. Una secuencia típica de compactaciones consta de varias pasadas con rodillo 261

ING. PEDRO FELIX DOROTEO NEYRA – DOCENTE DE LA F.I.C. metálico, inicialmente con vibrador, a continuación con rodillo neumático y finalmente con metálico nuevamente. Las capas de menor espesor curan más rápido que las gruesas pero el espesor mínimo es de 2 –21/2 veces del tamaño mayor del agregado. El tamaño máximo de la capa que puede ser correctamente compactado es de aproximadamente 10 cm. tanto que, si se desea obtener un espesor final mayor se deben aplicar varias capa de hasta 10 cm. cada una. No es necesario efectuar un riego de liga entre las capas. Unas semanas después de la aplicación, que es cuando la mayoría del agua se ha evaporado, la carpeta debe ser sellada por cualquiera de las técnicas conocidas sin que sea necesario aplicar un riego de liga.

11ª- SEMANA . LOS PAVIMENTOS RIGIDOS: El pavimento rígido se compone de losas de concreto hidráulico que en algunas ocasiones presenta un armado de acero, tiene un costo inicial más elevado que el flexible, su periodo de vida varia entre 20 y 40 años; el mantenimiento que requiere es mínimo y solo se efectúa (comúnmente) en las juntas de las losas.

12ª: SEMANA DE DISEÑOS DE PAVIMENTOS RIGIDOS: 6.- DISEÑO DEL PAVIMENTO RIGIDO

6.1.- Determinación del módulo de reacción de la subrasante de la fig. Nº 6 (pág. 127) entrando con el CBR, igual a 10% se obtiene: 262


K = 5.5 Kg/ cm3

6.2.- Determinación del módulo de reacción de la subbase (Ksb) . De la fig. Nº 7 (pág. 127) con espesor de subbase 20 cm. ( dato) y K = 5.5 Kg./ cm3 se obtiene:

Ksb = 7 kg/ cm3 Valor que corresponde a una base no estabilizada.

6.3.- Determinación de la fatiga:

Tomando un coeficiente de seguridad de 2 puesto que el número de circulación por día en una dirección es mayor a 45, según, la tabla nº 8 ( pag144) obtenemos una tensión de trabajo tal que no ocasiona fallas en el concreto por fatiga, que es:

Tt = 1 MR 2

263


Y con MR : módulo de rotura igual = 0.12 F´C

MR = 0.12 * 275 = 33 kg/ cm2

Luego Tt = 33/ 2 = 16.5 kg-cm2

6.4.- Cálculo del factor de seguridad de carga:

Delas recomendaciones dadas en la pág. nº 146 para una calle de tránsito pesado, que es nuestro caso de estudio, obtenemos:

FSC = 1.2

6.5.-Cálculo del tránsito mezclado. - (TD)

De acuerdo a la formula dada en la fig. Nº 152, tenemos que :

264


TD = 100/ 100 Tph ( j-1) * 5000 N/ KD

Donde:

TD: Tránsito mezclado válido para el diseño.

P: Nº de automóviles de pasajeros incluyendo camionetas por carril y por hora.

N: Número de carriles en ambas direcciones 2

T ph : Porcentaje de camiones durante las horas punta. 1/3 del % vehículos pesados en las dos direcciones.

j : número de carros de pasajeros equivalentes a un camión. 4 ( por ser terreno montañoso)

K : Volumen horario de tránsito de diseño (VHD) 15% (tránsito elevado). 265


D: Tránsito máximo de una dirección 67 % (elevado)

EL ANALISIS DE TRANSITO DADO COMO DATO ES

TIPO

DE %

VEHICULO

VOLUMEN

PROMEDIO

DIARIO

EN

DIRECCIONES Automóviles

y 65

2132

camionetas Camión H-10 y 22

722

Omnibus

266

Camión H15-S12

8

262

Camión H20-S16

5

164

VOLUMEN TOTAL

100

3180

DOS


De acuerdo a esta tabla: % de vehículos finales : 22 + 8 + 5 = 35% (en dos direcciones)

Para P : Por tratarse de una autopi autopista, sta, suburbana suburbana de acuerdo a la tabla Nº12, tenemos:

P = 1200 Tph = 2/3 (35) = 23.3 %

OBRA CON LOS DATOS ANTERIORES

TD = [ (100 * 1200) / 100 * 23.3 * (4 - 1) ] * (5000 * 2) / (15*67)

TD = 7028

Luego el número de vehículos finales es de:

267


35% * 7028 = 2459.8 es decir 2460 vehículos por día.

Y los camiones en una dirección resulta ser :

2460 / 2 = 1230 Camiones por día.

Con esto el volumen promedio horario de vehículos pesados en un sentido:

vph = 7028 / (2 * 24) = 146.42 Vehículos

Con este dato y de acuerdo a la tabla Nº 13 se obtiene el porcentaja de camiones en el carril de diseño, y por interpolación:

147 ------------------- x% 53 200 -------------------- 96% 6

268


100

400 -------------------- 90%

Con este porcentaja el número de camiones por carril de diseño en un periodo de 20 años es el siguiente:

1230 (camiones en una direccion) * 0.9918 * 365

Días

* 20

Años

= 8 905 372

Camiones

en la vía de diseño

Día

Año

Este Es te va vallor de debe be se serr di dist stri ribu buíd ído o en el núm úmer ero o de ve vehí hícu culo loss qu quee corresponde a cada tipo empleado de ejas circulantes ene el camino de diseño. De acuerdo a la tabla Nº N º 14 podemos hacer el siguiente cuadro:

Eje Simple Eje Tandem Carga por Eje (Tn)

12

Ejes equivalentes acumulados

8 905 372

269

8 905 375


Factor de distribución por cada 40

5

1000 ejes Repetición de carga esperada

356 215

44 527

ANALISIS ESTRUCTURAL DEL PAVIMENTO

Con : F.S.C. K de subbase MR (permicible) Espesor de losa

= 12 =7 = 44 = 21.5 cm.

Haciendo uso de las gráfica 24 y 25 donde se determina el MR actuante, además de la tabla Nº 16 donde se determina el número permisible de repeticiones en función de:

270


MR actuante MR permisible

se puede hacer el siguiente cuadro:

Carga por eje

12

16

Carga por F.S.C. (tn)

14. 4

19. 2

MR actuante

22. 5

16

Relación de esfuerzos

0. 51

0. 36

Repeticiones permisibles

400 000

Infinitas

Repeticiones esperadas

356 215

44 527

89. 1

-

Resistencia

de

la

fatiga

consumida

PORCENTAJES TOTAL = 89.1 % 271


Con lo que podemos decir que el espesor escojido es el aceptable.

21.5 "

41.5 " DISEÑO DE JUNTAS

A.- JUNTAS LONGITUDINALES

- Separacion entre pasadores

S = ∏ d 2 σt 4 a h γ f f

272


donde:

S: Separación entre pasadores, en cm.

d: Diámetro del pasador, en cm. = 1.59

σt

: Esfuerzo de trabajo a tensión , del acero empleado como

pasador, en kg/ cm2 = 1400 h : Espesor de las losas , en cm. = 20

γ :

Peso volumétrico del concreto , en Kg/ cm3 =2.4

f : Coeficiente de rozamiento del concreto con la subrasante o con la subbase, vría de 1 a 2.5. Para fines de diseño usar 2

Datos :

273


Ancho de sección : 6.20, entonces a = 3.1 m.

S = 95 cm.

Longitud del pasador:

b = ∏ d2 σt 4 pu

p: perímetro de la barra.

u : adherencia entre el concreto y el acero.

b = 19.16 ≅ 20 cm.

B.- JUNTAS TRANSVERSALES

274


- Juntas de Contracción .- La Portland Cement Association recomienda, para una grava inferior

a 20mm que es el diametro promedio del

agregado utilizado en el concreto , una distancia entre juntas de contracción de 4.5 m.

Juntas de dilatación.- La PCA recomienda una separación entre juntas de dilatación de 2.40 m. por comodidad y aplicación se elegirán pasadores de 40 cm. espaciado cada 35cm. y con un diámetro de varilla de 37 mm.

CONCLUSIONES

De los tipos de pavimentos diseñados (Flexíbles y rígidos), analizando desde el punto de vista económico el pavimento más conveniente sería el de tipo flexible bajo de una modalidad de construcción por etapas, pero como este pavimento no armoniza con los ya existentes en sus alrededores y esta avenida encontrandose dentro de la zona

275


monumental de Cajamarca y teniendo como criterio la uniformidad estética, es rtecomendable utilizar el pavimento de tipo rígido.

RECOMENDACIONES

Debido a que el material usado son suelos limosos se recomienda colocar drenes para drenar las aguas subterráneas y se recomienda también usar material granular debajo de la subrasante así como también dar al pavimento el determinado bombeo para la evacuación de las aguas de lluvia, y al mismo tiempo construir cunetas a cada extremo de la vía y en toda su longitud.

DISEÑO ESTRUCTURAL DE PAVIMENTOS RIGIDOS

METODO AASHTO. El método de diseño AASHTO, originalmente conocido como AASHO, fue desarrollado en los Estados Unidos en la década de los 60, basándose en un ensayo a escala real realizado durante 2 años en el Estado de Illinois. A partir de los deterioros que experimentan representar las relaciones deterioro - solicitación para todas las condiciones ensayadas.

A partir de la versión del año 1986, el método AASHTO comenzó a introducir conceptos mecanicistas para adecuar algunos parámetros a condiciones diferentes a las que 276

ING. PEDRO FELIX DOROTEO NEYRA – DOCENTE DE LA F.I.C. imperaron en el lugar del ensayo original. Los modelos matemáticos respectivos también requieren de una calibración para las condiciones locales del área donde se pretenden aplicar.

USO DEL METODO AASHTO EN CHILE

La primera versión de la guía AASHTO de 1972, fue adaptada en Chile por la Dirección de Vialidad del Ministerio de Obras Públicas para los efectos de utilizarlas en el diseño de pavimentos. Con posterioridad, una vez que se publicó la nueva guía para el diseño estructural de pavimentos en 1986 y su correspondiente versión mejorada de 1993, esta fue adaptada para el diseño de pavimentos en Chile .

METODO AASHTO PAVIMENTOS RIGIDOS.

Un pavimento de hormigón o pavimento rígido consiste básicamente en losas de hormigón simple o armado, apoyadas directamente sobre una base o sub-base.

MODELO MATEMATICO

La fórmula general de diseño, relaciona el número de ejes equivalentes de 8,16 Ton con el espesor de la losa de hormigón, para diferentes valores de los parámetros de cálculo.

277


Ecuación de diseño:

En que: EE = Ejes equivalentes de 8.16 Ton. totales para la vida de diseño. H = Espesor de las losas en cm. Rd = Resistencia media a la flexotracción a los 28 días del hormigón. Cd = Coeficiente de drenaje. J = Coeficiente de transferencia de carga. 278

ING. PEDRO FELIX DOROTEO NEYRA – DOCENTE DE LA F.I.C. Kd = Módulo de reacción de diseño en Kg/cm3. E = Módulo de elasticidad del hormigón en Kg/cm2. P = Pérdida de serviciabilidad = Pi - Pf Pi = Indice de serviciabilidad inicial. Normalmente se utiliza el valor Pi = 4.5 Pf = Indice de serviciabilidad final. Normalmente se utiliza el valor Pf = 2.0 ó 2.5

CONFIABILIDAD EN EL DISEÑO (R). La confiabilidad (R) puede ser definida como la probabilidad de que la estructura tenga un comportamiento real igual o mejor que el previsto durante la vida de diseño adoptada.

FACTOR DE CONFIABILIDAD (Fc). Cada valor de R está asociado estadísticamente a un valor del coeficiente de STUDENT (Zr). A su vez, Zr determina, en conjunto con el factor "So", un factor de confiabilidad (Fc).

Donde: Zr = Coeficiente de Student para el nivel de confiabilidad (R%) adoptado.

279

ING. PEDRO FELIX DOROTEO NEYRA – DOCENTE DE LA F.I.C. So = Desviación normal del error combinado en la estimación de los parámetros de diseño y modelo de deterioro.

TRANSITO DE DISEÑO (Td). El tránsito de diseño se obtiene a partir de la ponderación de los ejes equivalentes de diseño (TTE) por el factor de confiabilidad (Fc).

MODULO DE REACCION DE DISEÑO . Un factor de relativa importancia en el diseño de espesores de un pavimento de hormigón es la calidad del suelo que conforma la subrasante. Esta, usualmente se refiere al módulo de reacción de la subrasante k, que representa la presión de una placa circular rígida de 76 cm. de diámetro dividida por la deformación que dicha presión genera. Su unidad de medida es el Kg./cm2/cm. (Kg./cm3).

Debido a que el ensayo correspondiente (Norma AASHTO T222-78) es lento y caro de realizar, habitualmente se calcula correlacionándolo con otro tipo de ensayos más rápidos de ejecutar, tales como la clasificación de suelos o el ensayo CBR.

280

ING. PEDRO FELIX DOROTEO NEYRA – DOCENTE DE LA F.I.C. Sub-rasante:

------------------------(kg /cm3 )C.B.R.< 10 %

Sub-base granular:

-------------------------(kg /cm3 ) C.B.R. >10 %

•

Kc = Módulo de reacción corregido.

•

Kb = Módulo de la base.

•

h = Espesor de la sub-base.

Sub-base rígida: (base tratada)

281


donde:

por último:

Las características de drenabilidad se expresan a través de un coeficiente de drenaje de la sub-base (Cd), cuyo valor depende del tiempo en que ésta se encuentra expuesta a niveles de humedad cercana a la saturación y del tiempo en que drena el agua. El primer factor indicado depende, a su vez, del nivel de precipitaciones de la zona, altura de la rasante, bombeo o inclinación transversal, sistema de saneamiento superficial, etc. El segundo factor depende de la calidad de los materiales de sub-base, existencia de drenaje y propiedades de permeabilidad de la subrasante.

282


COEFICIENTE DE TRANSFERENCIA DE CARGAS (J). La capacidad de carga representa la capacidad de un pavimento de hormigón de transferir parte de las cargas solicitantes a través de las juntas transversales. La eficiencia de la transferencia de carga depende de múltiples factores y tiende a disminuir durante la edad con las repeticiones de carga. Dentro de los factores más importantes de eficiencia se pueden mencionar los siguientes: •

Existencia de dispositivos especiales de transferencia de cargas. Esto es, barras de traspaso o zapatas de junturas.

•

Interacción de las caras de junta transversal. Para el caso de no existir dispositivos especiales puede existir transferencia por roce entre las caras de la junta. Su eficiencia depende básicamente de la abertura de la junta y de la angulosidad de los agregados.

La abertura de la junta transversal depende principalmente del largo de los paños, la temperatura ambiente en la cual se ejecutó el pavimento y las variaciones periódicas de la misma. El efecto de traspaso de cargas se considera en conjunto con el del sistema de berma, a través de un coeficiente J, cuyos valores se indican en la siguiente tabla:

283


DISEÑO ESTRUCTURAL DE PAVIMENTOS RIGIDOS METODO AASHTO - 1993

Se desarrollará el diseño de pavimento rígido empleando el método AASHTO - 93 basándose en los siguientes antecedentes técnicos y económicos:

1. TRANSITO DE DISEÑO.

Ejes equivalentes acumulados (en miles):

TTE = 30.078 [E.E.]

2. CAPACIDAD DE SOPORTE DEL SUELO. Módulo de Reacción de la Subrasante. K = 5,3 [Kg/cm³]

3. CONFIABILIDAD EN EL DISEÑO. Nivel de Confiabilidad: R = 75% Desviación Normal: So = 0,4

284


4. SERVIACIBILIDAD. Índice de Serviciabilidad inicial: Pi = 4,5 Índice de Serviciabilidad final: Pf = 2,0

5. CONDICIONES CLIMATICAS Y DE DRENAJE Se considera que un 5% del tiempo anual en que la estructura estará expuesta a niveles de humedad cercanos a la saturación, con un tiempo de remoción de agua no superior a un día. Condición climática benigna, suave.

6. MODULA DE ELASTICIDAD DEL HORMIGON. E = 300.000 [Kg/cm²]

7. TRANSFERENCIA DE CARGA. Las losas de hormigón tendrán un largo de 4,5 metros, con barras de traspaso de cargas y bermas pavimentadas.

8. RESISTENCIA DEL HORMIGÓN. Rd = 43 [Kg/cm²] a la flexotracción a los 28 días

285


9. MATERIALES A EMPLEAR.

CAPAS ESTRUCTURALES ESPESOR MINIMO HORMIGON: - R28 = 43 [Kg/cm²] a la flexotracción a los 28 días.

0,15 BASA TRATADA CON CEMNETO: Con 2,5% cemento en peso resistente a compresión a los 28 días de 30 [Kg/cm²] y Módulo de elasticidad: 7.000 [Kg/cm²]

0,18 BASE GRANULAR: Con un Kb:15 - C.B.R = 60%

0,20 SUBRASANTE: - C.B.R = 10%

13 ava semana: Mantenimiento De Carreteras

DEFINICION 286


Se define al mantenimiento de carreteras como el acto de preservarla incluyendo todos su elementos, así como las facilidades y servicios que ellas prestan, en una condicion tan cercana como sea posible a su condicion original de construccion, o asu condición subsecuente mejorada, para proporcionar un transporte seguro, conveniente y económico. En este sentido, el matenimiento puede ser preventivo o correctivo, según que se tome acciones antes que se produscan un reducción de la funcionalidad del pavimento o despúes que se han producido fallas puntuales que se manifientan como reduccion del nivel de servicio de la carretera. El matenimiento rutinario es aquel que comprende los trabajos de reparación que esw necesario efectuar una o mas veces al año para preservar la red vial y matener niveles de servicios adecuados . Bajo este contexto, el mantenimiento rutinario es un matenimiento preventivo. Para realizar la conservación de la carretera primero es necesario evaluar la carretera por lo tanto explicaré lo que significa :

EVALUACION DE PAVIMENTOS Se recomienda efectuar la evaluación de los pavimentos a la que se denomina condición superficial, la resistencia al patinaje y mediante una inspección visual que permita definir la cantidad y tipos de fallas tanto superficiales como estructurales, todo lo que se complenenta con la auscultación deflectometríca del pavimento. 287


La medición d ela rugosidad superficial se hace utilizando dipositivos mecánicos como rugosímetros y perfilómetros, o puede ser evaluada sobre planos del pavimento a escala 1/10 co algún sistema de calasificación por medio de evaluadores con conocimientos básicos de diseño, construcción y mantenimiento de pavimentos, transitando sobre ellos en vehículos estandarizados a una velocidad prefijada . La valuación promedio obtenida, se utiliza para clasificar el grado de confort. Aunque la tendencia por razones económicas Es al empleo de encuestadores , es preferible utilizar rugosímetros y perfilómetros. Los rugosímetros dan una medida de la rugosidad del pavimento mientras que los perfilómetros producen además un perfil de la superficie del pavimento.

DENOMINACIONES COMUNES EN LA CONSERVACION Y MANTENIMIENTO DE CAMINOS

BUENAS CONDICIONES Los caminos pavimentados estan sensiblemente libre de defectos y solamente requieren mantenimiento de rutina.

MEDIANAS CONDICIONES Los caminos pavimentados tienen defectos de importancia y reqieren renovación de la superficie de rodadura. Los caminos no pavimentados 288


necesitan perfilado o renovacion de la superficie de rodadura y reparaciones del drenaje en determinados puntos.

MALAS CONDICIONES Los caminos pavimentados tienen defectos y requiern reconstrucción y renovación inmediata. Los caminos no pavimentados necesitan reconstrucción y obras de drenaje grandes. REHABILITACION En la rehabilitación se consideran los trabajos que tienen como objetivo poner la carretera en condiciones de poder ser conseervada con mantenimoiento rutinario. La rehabilitacion viene a ser entonces un mantenimiento correctivo . Son trabajos de rehabiloitacion según el M.T.C. : -el sello -el lastrado -la reparación por erosión -la reconstrucción de puentes alcantarillas y recolectores. Complementariamente a los ttrabajos de mantenimiento y rehabilitación, está la reconstrcción, los trabajos de emergencia, los desmoronamientos y las actividades complementarias . OBRAS DE MEJORAMIENTO 289


Se considera aquellas obras llevadas a cabo para mejorar las características de la construcción original. El M.T.C. dentro de estos trabajos considera la mejoramiento de : -la calzada y la berma -los drenajes y taludes -las estructuras y la señalización

FORMATO DE CONSERVACIÓN DE CARRETERAS Cuadro Comparativo

Año1 Presupuesto ivertido

290

Año 2

Año 3

Año 4

Total


Conservacion ordinaria Conservacion extrordinaria

Conservación Ordinaria Pertenecen a este grupo el conjunto de operaciones de carácter preventivo y reparatorio destinadas a retrasar en todo lo posible el proceso de degradación de los elementos funcionales de la carretera. Conservación Extraordinaria Incluye las obras que han sido necesarias ejecutar por emergencia. Gracias a la disponibilidad de presupuesto hemos podido ejecutar mucha mas obra preventiva, sobre todo en lo que se refiere a obras de drenaje 291


y acondicionamiento de firme lo que nos ha beneficiado para reducir los puntos conflictiv os y así disminuir bastante la inversión en este grupo. Seguridad Vial Corresponden a este grupo las activ idades encaminadas a aumentar la seguridad de los usuarios de las carreteras. CLASIFICACION DE LOS TRABAJOS RUTINARIOS Dentro de los trabajos de mantenimiento y conservación de carreteras tenemos : -parchado -parchado con tratamiento superficial -reposicion de base - bacheo -desencalaminado -limpieza general -riego Los riegos asfálticos son aplicaciones delgadas y uniformes de algún tipo de ligante asfáltico en estado líquido sobre superficies, ya sean de pavimentos existentes, bases estabilizadas o de suelos. Según su función, los más importantes son:

292


Riego Matapolvo: El Matapolvo es un riego de asfalto líquido sobre una superficie compactada. Su objetivo es cohesionar las partículas superficiales del suelo y servir de paliativo del polvo. Se efectúa en caminos de tercer orden, como preparación de una mejora progresiva del camino.

-desarenado -limpieza de derrumbes y huaycon menores REMOCION DE LA NIEVE Para este trabajo el empujador angular es el mas efectivo dándole el ángulo hacia el lado de abajo de la ladera de modo que bote el material de ese lado. Cuando debe removerse nieve de bastante espesor con un empujador angular a menudo es necesario ayudar el movimiento hacia adelante del empujador con movimientos rápidos hacia arriba del lampon , esta operación apila nieve a buena altura a un lado del ampon. Rehabilitación de taludes Limpieza de cunetas y contracunetas

CONSERVACÓN DE TALUDES

293


Para conservar el pie de los taludes, con la trailla, se procede como sigue. a) girese con el tractor del centro de la carretera hacia el talud , de modo que la trayla tienda a pegarse el pie del talud b) Baje la cuchilla y comiense a cargar cuando e tractor este paralelo al talud c) Esto hace que la traila corte mas bajo el costado de talud, haciendose asi un bombeo de la superficie CONSERVACÓN DE SEÑALES DE TRANSITO Para consservar lsa señales de tránsito tanto verticales como horizontales se debe efectuar periódicamente un mantenimiento de estas,lo que incluye el pintado de las mismas como también la reposición de otras por deterioro excesivo. Limpieza de alcantarillas Limpieza de cunetas y alcantarillas

14 ava obras de protección de carreteras Cunestas Canaletas Terraplenes Muros de contención 294


15 ava semana nuevas tecnologias Encontramos a las maquinarias que facilitna la construccion FUNCIONES DE LA MAQUINARIAS EN EL PROCESO DE LA CONSTRUCCION DE UNA CARRETERA

1. Desmonte o arranque de raíces.- un tractor con Bulldozer o rastrillo para raíces. El bulldozer puede derribar árboles y desarraigar tocones. 2. Despalme.- los bulldozer están limitados por la distancia de empuje, pero son útiles en terrenos inundados. Las escrepas (traíllas) están limitadas por el tipo de terreno y la capacidad de soporte del suelo; pueden ser del tipo arrastrado por el tractor para distancias cortas. Las cucharas de Arrastre están limitadas por la profundidad del empalme, se utiliza mayormente en terrenos inundados. Las niveladoras. 3. Instalación de Tuberías.- las retroexcavadoras se utilizan sobre suelo firme cuando la profundidad de la zanja no es excesiva; son buenas para roca. Las cucharas de Arrastre se utilizan para zanjas profundas si es posible aplanar los costados. Los cucharones de Almeja se utilizan cuando hay necesidad de revestir los lados y se requiere excavar entre montantes y a 295


grandes profundidades son ineficaces para la roca. Los bulldozer para excavación de poca profundidad. 4. Excavación en tierra.- las escrepas (traíllas) arrastradas por tractor son limitadas por la distancia de acarreo y la capacidad de soporte del suelo, el costo es excesivo si la distancia de acarreo es más de 305 m. Los cargadores Frontales por lo general descargan en vehículos para transportar si el acarreo es mayor de 30 m. y también están limitadas por la facilidad de excavar y descargar el material. Las Palas Mecánicas solo pueden excavar en cortes verticales. Las dragalinas pueden utilizarse cuando la excavación es profunda y el suelo no tiene capacidad de soporte; el material debe ser fácil de excavar; suele descargar en unidades para transporte. Los Cucharones de Almeja son de baja producción pero útiles en espacios pequeños o profundos, donde no hay obstáculos en la parte superior para el giro de la pluma. Las Palas Hidráulicas son de alta producción, limitadas por la altura de descarga; la altura del corte de excavación no afecta tanto su producción como a una pala mecánica. 5. Excavación en roca .- las Palas Mecánicas pueden mover cualquier tipo de roca quebrada en pedazos que puedan excavarse con facilidad. Los Bulldozer están limitados a movimientos cortos y roca fácil de excavar; en ocasiones se utiliza para mover rocas y piedras grandes. Los Cargadores Frontales se utilizan en lugar de las palas por su alta producción en terreno abrupto. Las Escrepas (traillas) son adecuadas para recorridos cortos y rocas quebrada a tamaño pequeño; pero el desgaste de llantas es mucho mayor que en otras aplicaciones. Las Palas Hidráulicas puede utilizarse en lugar de Palas 296


Mecánicas cuando el espacio es reducido. Los Cucharones de Almeja es adecuada cuando la distancia entre la maquina y el fondo de excavación impide utilizar otro equipo; la roca debe estar bien disgregada para mayor producción. 6. Compactación.- los compactores de Pata de Cabra ofrecen producción a alta velocidad. Los compactores con ruedas de goma (hule) se utilizan para suelos granulares. Las compactadoras Vibratorias la capacidad de compactación depende de la frecuencia y energía de las vibraciones. Los Rodillos de Rejilla, útiles para romper terrenos. Los Apisonadores Neumáticos se utilizan para rellenos sobre tuberías y para trabajos inaccesibles de equipo más grande. Los compactadores de Pata Plana son autopropulsados y compactan desde el tope hacia abajo. Un cargador frontal con llantas neumáticas puede convertirse en este tipo de compactadora cambiando las ruedas; ello cuando se desea una superficie tersa y sellada.

297


DESCRIPCION DE LAS MAQUINARIAS PARA CONSTRUCCION DE CARRETERAS

TRACTORES

Definición Máquina para movimiento de tierra con una gran potencia y robustez en su estructura, diseñado especialmente para el trabajo de corte (excavando) y al mismo tiempo empujando con la hoja (transporte). En esta máquina son montados diversos equipos para poder ejecutar su trabajo, además debido a su gran potencia tiene la posibilidad de empujar o apoyar a otras máquinas cuando estas lo necesiten (Ej. una mototrailla).

298


Clasificación Por su envergadura •

Pequeños

•

Medianos

•

Grandes

Por la forma en que mueve su hoja •

tildozer

•

angledozer

•

tipdozer

De acuerdo a la forma de rodamiento: •

Sobre cadena

•

Sobre neumático (Bastidor rígido o articulado)

Principales componentes •

Motor

•

Transmisión

299


Las ruedas o las cadenas

•

La dirección y los frenos

•

El bastidor " Sistema hidráulico

•

Hoja

•

Ripper

•

Cabina

Especificaciones técnicas de modelos Caterpillar Tractores de cadena pequeños •

Potencia hp 78 a 100

•

Cilindrada 4998 cm3

•

Peso kg 7640 a 8821

Tractores de cadena medianos •


•

Peso kg 13100 a 27776

Tractores de cadena grandes •

300



Peso kg 37580 a 111590

Tractores neumáticos medianos •


•

Radio de giro 9.91 m

•

Peso kg 18611 a 46355

Tractores neumáticos grandes •


•

Radio de giro 12.5 a 17.

Algunas diferencias entre tractor de oruga y uno neumático

ORUGAS

NEUMÁTICOS

Mayor tracción (fuerza)

No deteriora el pavimento

En un río se deteriora la oruga

Se desestabiliza mas rápido

Tiene que ser transportado en un

Trabaja mejor en un río, suelos

camión

granulares, dunas

301


Funciona bien en grandes volúmenes de tierra

Con fango patina

Trabaja bien en suelos arcillosos,

Distancia máxima económica =

mojados

150-180 m.

Distancia máxima económica = 100mt.

Velocidades máximas de avance y retroceso de un tractor de cadena CATERPILLAR modelo D9N

•

Velocidad máxima de avance : 12,1 km/h

•

Velocidad máxima de retroceso : 14,9 km/h

MOTONIVELADORAS Definición Máquina muy versátil usada para mover tierra u otro material suelto. Su función principal es nivelar, modelar o dar la pendiente necesaria al material en que trabaja. Se considera como una máquina de terminación superficial. 302


Su versatilidad esta dada por los diferentes movimientos de la hoja, como por la serie de accesorios que puede tener. Puede imitar todo los tipos de tractores, pero su diferencia radica en que la motoniveladora es más frágil, ya que no es capaz de aplicar la potencia de movimiento ni la de corte del tractor.Debido a esto es mas utilizada en tareas de acabado o trabajos de precisión. Las motoniveladora pueden ser arrastrada o automotriz, siendo esta última la más utilizada y se denomina motoniveladora (motograder) Especificaciones técnicas de modelos Caterpillar

Potencia MODELO

neta al volante(KW)

Velocidad Modelo máxima Motor

de avance (km/h)

Velocidad máxima de retroceso (km/h)

Radio mínimo de giro(m)

120G

93

3304

40,9

38,3

6,7

130G

101

3304

39,4

36,9

7,3

12G

101

3406

39,4

39,4

7,3

140G

112

3406

41,0

41,0

7,3

303


140G AWD 134

3406

41,0

41,0

7,8

14G

149

3406

43,0

50,1

7,9

16G

205

3406

43,6

43,6

8,2


Motor.

•

Bastidor.

•

Tren de potencia.

•

Frenos y llantas.

•

Eje delantero.

•

Eje trasero.

•

Hoja y tornamesa (anillo).

•

Sistema hidráulico.

•

Cabina.

•

Accesorios

MOTONIVELADORAS MARCA CASE

304


Modelo Potencia Neta Peso Operacional Largo de la Hoja (estándar) 104 kW

13.535 kg

3,66 m

140 HP

29.777 lbs

12'

116 kW

14.550 kg

3,96 m

155 HP

32.077 lbs

13'

153 kW

17.250 kg

4,27 m

205 HP

37.950 lbs

14'

845

865

885

MODELOS

845

Potencia Neta

104 kW 140 HP

Peso Operacional

305

13.535 kg


29.777 lbs Largo de la Hoja (estándar)

3,66 m 12'

865

Potencia Neta

116 kW 155 HP

Peso Operacional

14.550 kg 32.077 lbs


3,96 m 13'

306


885

Potencia Neta

153 kW 205 HP

Peso Operacional

17.250 kg 37.950 lbs


4,27 m 14'

CARGADOR FRONTAL 307


El cargador frontal es un equipo tractor, montado en orugas o en ruedas, que tiene un cucharón de gran tamaño en su extremo frontal. Los cargadores son equipos de carga, acarreo y eventualmente excavación, en el caso de acarreo solo se recomienda realizarlo en distancias cortas. El uso de cargadores da soluciones modernas a un problema de acarreo y carga de materiales, con la finalidad de reducir los costos y aumentar la producción. En el caso de excavaciones con explosivos, la buena movilidad de éste le permite moverse fuera del área de voladura rápidamente y con seguridad; y antes de que el polvo de la explosión se disipe, el cargador puede estar recogiendo la roca regada y preparándose para la entrega del material. Los cucharones del cargador frontal varían en tamaño, desde 0.19 m3 hasta más de 19.1 m3 de capacidad, colmado. El tamaño del cucharón está estrictamente relacionado con el tamaño de la máquina. Rápidez y eficacia para el productor actualizado. Reducción de costos de laboreo. Aplicable a todo tipo de tractores agrarios.

Especificaciones técnicas

308

Equipo Opcional


Tipo de Cargador

Capacidad del balde Rango de potencia

Frontal, de acción

MS-

Accesorio elevador para rollos de

cíclica

A301

forraje.

MS-

Accesorio elevador para rollos de

A302

empaquetados.

MS-

Accesorio elevador para estibar rollos

A303

verticales.

380/500 Lts.

50 - 120 HP

MSCapacidad de carga (max.)

309

A304

Accesorio elevador de "Pallets" .

1000 Kg. MS-

Accesorio garfio colector de residuos

A305

de poda.


El Cargador Frontal de nueva concepción, tiene una alta practicidad de manejo, gracias a su sistema hidráulico de alta confiabilidad equipado con válvula de 3 comandos. De fácil acceso dentro del habitáculo del tractor. El balde puede ser desmontado muy fácilmente desde la cabina para ser cambiado por accesorios tales como elevadores para rollos de forraje, garfio para estibar rollos verticales

Clasificación De acuerdo a la forma de efectuar la descarga: •

Descarga Frontal

•

Descarga Lateral

•

Descarga Trasera

De acuerdo a la forma de rodamiento: •

De Neumáticos (Bastidor rígido o articulado)

•

De Orugas

310


RODILLOS Estos están destinados a compactar el material de los terraplenes, afirmados y pavimentos. Trabajan por pasadas sucesivas sobre el mismo lugar y los hay de diversos tipos y dimensiones según la clase de trabajo que se quiera realizar y la presión unitaria que se desee obtener sobre los suelos. Compactan los materiales por capas suyo espesor varia según la clase de rodillo y para que su trabajo sea efectivo, es muy importante que las capas se rieguen con agua en la proporción que determine el laboratorio. 1. rodillos pata de cabra 2. rodillos vibratorio 3. rodillos neumáticos especificaiones tecnicas de un rodillo CASE DV 202

DV202


27 hp 20 kW

311



5,950 lb 2.700 kg


47.2 in 1,2 m

Distáncia Libre del Suelo

12 in 0,305 m

Opciones de vibración

2 2

312


DV204


38 hp 27,6 kW


7,720 lb 3.500 kg


51.2 in 1,3 m

Distáncia Libre del Suelo 313

12 in


0,305 m Opciones de vibración

2 2

314


MOTOTRAILLA Definición La Trailla consta, en principio, de un bastidor o chasis que lleva una caja o recipiente de transporte y debe ser remolcada. Una Mototraílla debe tener la potencia, tracción y velocidad para una producción alta y continua con una amplia gama de materiales, condiciones y aplicaciones. Algunas de las opciones de las Mototraíllas incluyen motor simple con caja abierta, motor tándem con caja abierta, motor tándem de empuje y tiro, elevadores y configuraciones de sinfín. Las Mototraíllas cortan y cargan rápidamente, tienen altas velocidades de desplazamiento, extienden en operación y eventualmente compactan por peso propio durante la operación.

315


Las Escrepas (traíllas) que son de uso común para movimiento de tierras pueden ser del tipo arrastrado por un tractor o autopropulsadas (motoescrepas). En esencia, la escrepa funciona como una cuchara. Un tazón colgado del bastidor se inclina hacia abajo para permitir que el borde cortante rasgue una capa delgada de tierra. Cuando avanza la escrepa se llena el tazón; cuando está lleno se inclina hacia arriba y se baja una compuerta en el extremo abierto para cerrar el tazón. Para descargar en capas delgadas, se inclina el tazón hacia abajo y un expulsor empuja la tierra hacia fuera. La motoescrepa puede tener dos o tres ejes y uno o dos de estos motores. Con un solo motor éste impulsa las ruedas delanteras. Con dos motores, una impulsa las ruedas delanteras y el segundo las ruedas traseras. Las escrepas también pueden funcionar en tándem, es decir con dos escrepas detrás de una unidad motriz o tractor. Las escrepas arrastradas por tractor son mas adecuadas para acarreos cortos; que lo económico sería de 300m. Este tipo escrepa es útil para desplomar y mover tierra en lugares pantanosos. Las escrepas hidráulicas pueden forzar el cierre de la compuerta y reducir la derrama; pero es difícil obtener una carga copeteada o completa. Por ello, la cantidad de material movido por el viaje es menor con roca que con tierra. Para aprovechar las escrepas, la roca se tiene que disgregar en partículas pequeñas.

316


Dentro de las operaciones principales de una mototrailla se encuentran: •

Corte del suelo

•

Carga de Material removido

•

Transporte del material

•

Vaciado o descarga y su conjunta compactación

Todo lo anterior se realiza con la mototrailla en movimiento.

Especificaciones técnicas de un modelo Caterpillar

Modelo

613C Series II

Modelo motor

3116

317


Cambios 1-2 de potencia neta

131 kW / 175 hp

Velocidades máximas

Entre los 40 y 50 Km/hr.

RETROEXCAVADORAS

Maquina autopropulsada, la que se caracteriza por su versatilidad y la ventaja de trabajar en espacios reducidos. Esta máquina, se encuentra montada sobre ruedas con bastidor especialmente diseñado que porta a la vez, un equipo de carga frontal y otro de retroexcavación trasero, de forma que pueden ser utilizado para trabajos de excavación y carga de material.

318


Dentro de este tipo de excavadora existe la Retroexcavadora Hidráulica, en la cual todos los movimientos, se ejecutan por mandos hidráulicos. Consta en esencia de un brazo extensible en cuyo extremo se acopla, por medio de un eje; la cuchara puede girar un ángulo de 115º alrededor de aquel; el brazo extensible puede ejecutar movimientos de elevación, descenso y rotación alrededor de su eje longitudinal. Con las disposiciones dadas, la máquina puede realizar las formas de excavación más variadas (cunetas, taludes, zanjas) y se obtiene un acabado más perfecto.

Características y dimensiones más comunes de Retroexcavadora: -

Capacidad de cuchara: 0.375 a 1.150 m3

-

Potencia del motor: 50 a 125 cv (diesel)

-

Peso Aproximado: 13 a 40 Tn.

-

Velocidad de traslación: 1.2 a 3.2 Km/h

-

Velocidad de rotación: 3.8 a 5.25 r.p.m

-

Velocidad de elevación: 14 a 16 m/seg.

-

Esfuerzo máximo de dragado: 14 000 a 32 000 Kg.

-

Velocidad de dragado: 20 a24 m/seg

-

Esfuerzo máximo de dragado: 10 500 a 23 500 Kg.

-

Longitud de la pluma: 5.2 a 8.00 m.

319

ING. PEDRO FELIX DOROTEO NEYRA – DOCENTE DE LA F.I.C. -

Longitud de brazo de la cuchara: 1.70 a 3.05 m.

-

A: profundidad máxima de ataque: 4.80 a 7.60 m

-

B: Radio de acción máxima de ataque: 8.30 a 12.50 m

-

C: Altura de descarga al comienzo de la misma: 2.40 a 4.60 m.

-

D: altura máxima de descarga al final de la misma: 3.40 a 6.50 m.

-

E: Radio de Acción para altura C: 3.25 a 4.90 m.

-

F: Radio de Acción para la altura D: 5.20 a 9.60 m.

Especificaciones técnicas de una retroexcavadora Caterpillar modelo 426B

Potencia al volante

61 KW

Peso en orden de trabajo

6790 kg

Velocidad máxima de avance

33,2 km/h

Velocidad máxima de retroceso

33,5 km/h

Radio mínimo de giro

7,88 m

320


a)Profundidad máxima de excavación 4721 mm

b)Fondo plano de 61 mm.

4696 mm

c)Altura total de operación

5752 mm

d)Altura de carga

3815 mm

e)Alcance de carga

1711 mm

Arco de giro

180º

321


EXCAVADORAS Máquina autopropulsada sobre ruedas o cadenas con una superestructura capaz de efectuar una rotación de 360º, que excava, carga, eleva, gira y descarga materiales por la acción de una cuchara fijada a un conjunto de pluma y balancín, sin que el chasis o la estructura portante se desplace. La definición anterior, precisa que si la máquina descrita no es capaz de girar su superestructura una vuelta completa (360º), no es considerada como excavadora. La precisión de los órganos de trabajo, tales como pluma, balancín, estructura portante, etc.; fija y unifica los criterios clasificadores. Clasificación Por su accionamiento: •

Excavadoras de cable o mecánicas.

•

Excavadoras Hidráulicas.

Por su sistema de traslación: •

322

Excavadoras montadas sobre cadenas (orugas)


Excavadoras montadas sobre ruedas (neumáticos)


Sistema de rodaje (o infraestructura)

•

Superestructura giratoria (cabina, fuerza motriz y contrapeso)

•

Equipo frontal (brazo y cucharón)

Principales diferencias entre una excavadora montada sobre orugas y una sobre ruedas

CADENAS (ORUGAS)

RUEDAS

Mayor flotación

Mayor movilidad

Mayor tracción

No dañan el pavimento

Mejor maniobrabilidad para terrenos

Mejor estabilidad con

muy difíciles

estabilizadores

Reubicación más rápida de la

Nivelación de la máquina con

máquina

estabilizadores

Mayor capacidad de trabajo con la hoja 323


Especificaciones técnicas de una Excavadora 320L

Potencia al volante

96 KW

Modelo del motor

3066 T

Nº de cilindros

6

Cilindrada

6.4 L

Caudal máximo de la bomba hidráulica del implemento a las R.P.M. nominales

2x185 l/min

Ajuste de las válvulas de alivio •

Circuitos del implemento

•

31400 kpa

•

Circuitos de desplazamiento

•

34300 kpa

•

Circuitos de giro

•

23000 kpa

•

Circuitos auxiliares

•

3400 kpa

Velocidad máxima de desplazamiento

4455 mm

Ancho de la zapata estándar

2380 lt

324


Capacidad del tanque de combustible

310 lt

Dentro de la Empresa CASE existen los siguientes modelos de Excavadoras, y se presenta sus características principales

Modelo

Potencia neta del

Capacidad Máx.

Peso en Orden de

motor

Cuchara

Trabajo

79 kW

670 L

12.211 kg

106 HP

0.88 cu. yd

26,920 lb.

106 HP

760 L

16.048 kg

79 kW

1.00 cu. yd

35,380 lb.

102,9 kW

1.150 L

20.461 kg

138 HP

1.5 cu. yd

45,109 lb.

CX130

CX160

CX210

325


121,5 kW

1.530 L

24.224 kg

163 HP

2.0 cu. yd

53,405 lb.

190 HP

1.640 L

29.359 kg

142 kW

2.15 cu yd.

64,725 lb.

193 kW

2.240 L

35.400 kg

259 HP

2.93 cu yd

78,043 lb

CX240

CX290

CX330

CX130


79 kW 106 HP

Capacidad Máx. Cuchara

670 L 0.88 cu. yd


12.211 kg 26,920 lb.

326


Alcance Máximo

8,27 - 8,74 m 27' 2" - 28' 8"

Profundidad Máx. de Excavación 5,54 - 6,10 m 18' 2" - 20' 0"

Una máquina potente y maniobrable. Su tamaño reducido la convierte en una máquina ideal para trabajar en espacios confinados o en obras congestionadas. ; La excavadora CX130 se puede transportar fácilmente de una obra a otra para obtener la máxima versatilidad. •

El sistema de gestión totalmente electrónico del motor y del sistema hidráulico tiene tres modos de trabajo, además de los modos Auto y Auto Powerboost.

•

Cumple, hoy, con la normativa “verde” ; Tier II, Reglamentación ; europea sobre emisiones que entrará en vigor ; el 1 de enero de 2003.

•

La simultaneidad del desplazamiento, de la rotación de la torreta y de los movimientos de los equipos garantiza la obtención de una elevada producción.

327


La amortiguación de la pluma y de la rotación garantiza un funcionamiento fluido y suave.

•

Cabina muy confortable de 1 m de anchura que proporciona una excelente visibilidad hacía adelante y hacia los laterales para que el funcionamiento sea seguro.

CX160 Potencia neta del motor

106 HP 79 kW


760 L 1.00 cu. yd


16.048 kg 35,380 lb.

Alcance Máximo

9,12 m - 9,47 m 29' 11" - 31' 1"


328

6,11 m - 6,45 m


20' 1" - 21' 2"

La excavadora Case CX160 es una máquina altamente flexible que resulta perfecta para trabajos de construcción viviendas y locales comerciales, así como para proyectos de instalación de servicios de tamaño medio. Está equipada con sistemas hidráulicos auxiliares para poder utilizar una amplia gama de equipos. •


•

Cumple, hoy, con la normativa 'verde' Tier II, Reglamentación europea sobre emisiones que entrará en vigor el 1 de enero de 2003.

•


•


•

Cabina muy confortable de 1 m de anchura que proporciona una excelente visibilidad hacía adelante y hacia los laterales.

329


CX210


102,9 kW 138 HP


1.150 L 1.5 cu. yd


20.461 kg 45,109 lb.

Alcance Máximo

9,41 m - 9,96 m 30' 10" - 32' 8"


6,12 m - 6,71 m 20' 1" - 22' 0"

La excavadora Case CX210 pone potencia, precisión, velocidad y fuerza en la punta de sus dedos. Esta máquina resulta ideal desde trabajos ligeros de construcción de viviendas hasta grandes proyectos de instalación de servicios. Desde la pluma hasta la cuchara, la excavadora CX210 ofrece excelentes prestaciones en excavación. 330



•

Cumple, hoy, con la normativa “verde” Tier II, Reglamentación europea sobre emisiones que entrará en vigor el 1 de enero de 2003.

•


•


•


CX240


121,5 kW 163 HP


1.530 L 2.0 cu. yd


331

24.224 kg


53,405 lb. Alcance Máximo

9,9 m - 10,42 m 32' 6" - 34' 2"


6,96 m - 7,39 m 22' 10" - 24' 3"

Con una potencia sin parangón y un comportamiento muy preciso, la excavadora Case CX240 está equipada para afrontar una multitud de proyectos de construcción o demolición. Desde los trabajos de construcción de carreteras y puentes hasta los de instalación de servicios más exigentes, la excavadora CX240 ofrece la resistencia y las prestaciones que se necesitan para realizar el trabajo. •


•

Cumple, hoy, con la normativa “verde” Tier II, Reglamentación europea sobre emisiones que entrará en vigor el 1 de enero de 2003.

332



•


•


FRESADORA La fresadora permite la remoción de pavimentos de hormigón o asfalto y eventualmente el cepillado de ambos, por lo que según el tipo de trabajo a realizar deberá escogerse la fresadora adecuada. Los principales trabajos realizados con estas máquinas son: •

-Recuperación de pavimentos.

•

-Estabilización de suelos.

•

-Perfiladura de pavimentos

Clasificación

333


. Perfiladora · Recuperadora · Estabilizadora Especificaciones técnicas de modelos Caterpillar

Ancho de fresado

2.000 mm

Profundidad de fresado

0 - 320 mm

Potencia de salida

470 kW / 640 PS

Número de cadenas

4

Tambor de fresado

Mecánico

Sistema de dirección

Hidráulico

Peso en operación

35.800 (kg)

COMPACTACIÓN 334


7.1-) Aspectos generales. La compactación es el procedimiento de aplicar energía al suelo suelto para eliminar espacios vacíos, aumentando así su densidad y en consecuencia, su capacidad de soporte y estabilidad entre otras propiedades. Su objetivo es el mejoramiento de las propiedades de ingeniería del suelo. Luego de la ejecución de los rellenos con todos los procedimientos propios del mismo, debe procederse a la compactación de éste. Para esta operación, deberá controlarse previamente el contenido de humedad, que debe corresponder a la humedad optima que determine el laboratorio. El material deberá ser compactado con el grado que fije el laboratorio, de acuerdo al ensaye Proctor modificado y para cumplir con este requisito deben tenerse en consideración los siguientes factores: a.-) Espesor de la capa de material suelto que se compacta. b.-) Presiona ejercida por el rodillo o pisón sobre el terreno. c.-) Numero de pasadas del rodillo o golpes de pisón, necesarios parta obtener el grado de compactación establecido. d.-) Humedad en el momento de la operación. En la mayor parte de los casos, será necesario el empleo de maquinaria especializada, que puede ser la siguiente: (1)- Rodillo pata de cabra. Consta de los siguientes elementos: un tambor al cual van soldadas una serie de patas; un marco que lleva los 335


descansos del tambor; y una barra de tiro para acoplar el rodillo al tractor de remolque. Este tipo de rodillo se usa cuando se requiere una alta presión aplicada al material de relleno, entre 9 y 20 [Kg/cm 2], que puede aumentar considerablemente si el tambor se rellena con agua y arena. 2)- Rodillo con ruedas neumáticas. Consiste en un cajón metálico apoyado sobre ruedas neumáticas. Este cajón, al ser llenado con agua, arena seca o arena mojada, ejerce una mayor presión de compactación, con valores que pueden variar entre 3 y 8 [Kg/cm 2]. (3)- Rodillo vibratorio. En este caso al rodillo, formado por un tambor de acero, se le ha agregado vibración, haciendo girar un contrapeso colocado excéntricamente en el eje de giro, con frecuencias de 1000 a 4000 revoluciones por minuto.

(4)- Placa compactadora. Esta, corresponde a una placa apisonadora que golpea y se separa del suelo a alta velocidad logrando con ello la densificación del suelo.

336

La Red Vial en El Peru y Mejor Uso de Los Pavimento Flexibles y Pavimentos Rigidos

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