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reparación en carreteras y control de calidad en las mismas
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REHABILITACIÓN Y CONSERVACIÓN DE PAVIMENTOS.
MATERIA:
Diseño y Construcción de Pavimentos
DOCENTE:
Ing. Ricardo Enrique May Ciau
ALUMNO:
Hernández Sansores José Roberto
SEMESTRE Y GRUPO:
6° “A”
CARRERA:
Ingeniería civil
Índice.INTRODUCCIÓN............................................................................................................................................4
5 REHABILITACIÓN Y CONSERVACIÓN DE PAVIMENTOS..............................................................5
5.0.1 Actividades de conservación de pavimentos rígidos............................................................5
5.0.2 Proyecto de programación de la conservación en vías terrestres.....................................6
5.0.3 Técnicas de reparación o rehabilitación...................................................................................7
5.0.4 Reaparición que involucra parte del espesor de la losa.......................................................9
5.1 LA VIGA BENKELMAN..........................................................................................................................9
5.1.1 Medición de deflexiones.............................................................................................................10
5.1.2 Viga Benkelman............................................................................................................................10
5.1.3 Esquema y principio de operación de la Viga Benkelman.................................................11
5.2 Método del Instituto del Asfalto de los pavimentos flexibles EUA., para el refuerzo de pavimentos flexibles..................................................................................................................................12
5.2.1 Estimación del tránsito...............................................................................................................12
5.2.2 Evaluación de los materiales.....................................................................................................16
5.2.3 Cálculo de espesores de diseño...............................................................................................20
5.3. MÉTODO DE CALIFORNIA O CBR PARA EL REFUERZO DE PAVIMENTOS FLEXIBLES. 25
5.3.1 Descripción del método californiano o CBR..........................................................................25
5.3.2 Razón de Soporte (CBR).............................................................................................................26
5.3.3 Consideraciones para la factibilidad de cada tipo de refuerzo.........................................27
5.4.- PROCEDIMIENTOS CONSTRUCTIVOS Y CONTROL DE CALIDAD EN LA REHABILITACIÓN Y CONSERVACIÓN DE PAVIMENTOS.................................................................28
5.4.1 Control de calidad en las vías terrestres................................................................................29
5.4.1.1 Especificaciones.......................................................................................................................30
5.4.1.2 Pruebas para materiales..........................................................................................................31
5.4.2 Rehabilitación y conservación de pavimentos.....................................................................32
5.4.3 Reparación de las vías terrestres.............................................................................................32
5.4.3.1 Pavimentos flexibles............................................................................................................32
5.4.3.2 Mantenimiento normal y preventivo.................................................................................33
5.4.3.3 Reconstrucciones aisladas................................................................................................33
5.4.3.4 Rehabilitación o reconstrucción.......................................................................................33
5.4.4 Actividades de conservación de pavimentos rígidos..........................................................35
CONCLUSIÓN..............................................................................................................................................36
BIBLIOGRAFIAS..........................................................................................................................................37
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INTRODUCCIÓN.
Un pavimento de una estructura, asentado sobre una fundación apropiada,
tiene por finalidad proporcionar una superficie de rodamiento que permita el tráfico
seguro y confortable de vehículos, a velocidades operacionales deseadas y bajo
cualquier condición climática. Hay una gran diversidad de tipos de pavimento,
dependiendo del tipo de vehículos que transitaran y del volumen de tráfico.
Es por ende que un buen mantenimiento en la estructura del pavimento
garantizara una mayor eficacia en los estándares de calidad del pavimento. Por
esta razón conviene analizar la metodología que envuelve la reconducción y
rehabilitación de un pavimento.
Debe reconocerse que los pavimentos que México necesita en sus
carreteras no son hoy los mismos que fueron en otras épocas. Circunscribiendo
las ideas a la red nacional pavimentada, tal como es el objetivo del presente
trabajo, debe aceptarse un muy importante cambio de circunstancias entre el
momento actual y las épocas en que las carreteras mexicanas empezaron a ser
construidas y en que en buena parte se desarrollaron.
Existen muchas opciones disponibles para rehabilitar una carretera, pero lo difícil
es determinar cuál de ellas es la mejor; sin embargo, la respuesta a dos preguntas
importantes que debemos formularnos inicialmente ayudará a encontrar la
solución correcta, es decir la más económica y que cumpla con las expectativas
de los propietarios de la vía. Las dos preguntas son las siguientes:
-¿Qué se encuentra realmente mal en él pavimente existente?. Una observación
superficial y una observación estructural. Consistente en una inspección visual
acompañada con unos pocos ensayos básicos (medidas de deflexión,
determinaciones con DCP), será suficiente para entender el mecanismo de falla.
-¿Qué se desea hacer?. ¿Se espera hacer una inversión para un período de
diseño de quince años o un desembolso más pequeño para disminuir la tasa
actual de deterioro y lograr que el pavimento se mantenga por otros cinco años?.
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Las respuestas a estas dos inquietudes reducirán las opciones de rehabilitación a
aquellas que resulten económicas dentro del contexto de la naturaleza del
problema y del período de tiempo necesario. Separando la naturaleza del
problema en dos categorías (superficial y estructural) del lapso requerido (corto o
largo plazo), se simplifica la selección de la mejor opción.
Otro punto importante que afecta la decisión es:
La viabilidad de los métodos de rehabilitación.
El ordenamiento del tráfico,
Las condiciones climáticas y
La disponibilidad de recursos pueden tener una influencia significativa en la
ejecución del proyecto y, descartar ciertas opciones de rehabilitación.
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5 REHABILITACIÓN Y CONSERVACIÓN DE PAVIMENTOS.
5.0.1 Actividades de conservación de pavimentos rígidos.Mantener pavimentos rígidos es bastante simple, si está bien proyectados; es
decir, si se han relacionado de forma conveniente los elementos correspondientes
como el tránsito y las resistencias del concreto y de la capa subrasante, de otra
manera, lo más probable es que se presente la falla estructural y haya que
desechar este pavimento.
Las actividades principales para mantener pavimentos rígidos son:
Limpieza de juntas: debido a que los productos utilizados para sellar las juntas
longitudinales y transversales se endurecen y se agrietan con el tiempo, es
necesario limpiarlas cuando menos cada tres años y extraerles tanto el sello
anterior como cualquier material extraño que se encuentre; en seguida, la junta se
vuelve a sellar con material fresco.
Cuando haya indicios de que se está presentando el fenómeno de bombeo o de
plano, debido a una fractura de la losa que quedo sin apoyo al salir l material que
la sustentaba, es necesario efectuar inyecciones de mortero fluido para llenar los
huecos. Si la losa esta fracturada, es conveniente renivelar la zona antes de la
inyección.
Es necesario calefetear los agrietamientos que se hayan presentado por el
fenómeno anterior o de cualquier otro, para evitar la introducción de materia
extrañas o de agua.
Cuando por efecto del gradiente de la losa, esta se alabea con la concavidad
hacia arriba, es necesario rebajar las orillas de las losas para nivelarlas y evitar un
tránsito defectuoso a través de ellas, sobre todo en aeropuertos; para ello existe
maquinas devastadoras especiales. Cuando la cavidad esta hacia abajo, el rebaje
se hace hacia el centro de las losas si es necesario, pues esta deformación es
casi siempre menor que la anterior.
Cuando el pavimento rígido presenta un fuerte descarne de la superficie de
rodamientos, se puede desintegrar la losa, por lo que es necesario construir en
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este caso una carpeta asfáltica de 3 a 5 cm de espesor, para evitar que el
concreto se siga deteriorando.
Este tipio de carpetas asfálticas se puede construir también para mejorar el
tránsito de pavimentos rígidos con alabeo en sus losas.
Por último, si un pavimento rígido se ha comportado de manera adecuada, pero se
prevé un tránsito más intenso en los años siguientes o se quiere aumentar la vida
útil del camino, es posible construir una sobrelosa; para ello es necesario asegurar
la unión entre el concreto antiguo y el nuevo, por lo que se corruga primero la
superficie de rodamiento actual y, antes del colado, se esparce un aditivo especial
que suelde las dos losas; estos aditivos se expenden comercialmente.
5.0.2 Proyecto de programación de la conservación en vías terrestres.Los organismos encargados de administrar las vías terrestres de un país, cuentan
con oficinas centrales, regionales y sobregionales para conservar estas obras.
En las oficinas centrales se revisan los proyectos y los trabajos en todo el país que
pueden ser de conservación rutinaria o normal, rehabilitación o reconstrucción
aislada y general, los cuales se programan en forma adecuada.
Después se gestionan, ante las autoridades hacendarias, las asignaciones
monetarias que requiere cada región, en las oficinas centrales, también se revisan
mecanismos para controlar la calidad, las finanzas y el avance de las obras.
En las oficinas regionales que están a cargo de un residente general, se realiza las
mismas funciones de proyecto y control que se explican en el párrafo anterior, si
se controlan los gastos realizados en las subregiones; así mismo, se realizan
actividades de supervisión a las obras.
Las oficinas subregionales, a cuyo frente se encuentra un residente de
conservación, se encargan de realizar los trabajos por administración o vigilar que
estos se efectúen de acuerdo con la calidad y el programa, cuando se dan por
contrato a compañías especializada; además, en las oficinas subregionales, se
estiman los costos de las obras realizadas para que, previa revisión en las oficinas
de más jerarquías, se efectúen los pagos en su oportunidad.
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Las actividades incluidas automáticamente en esos planes son la conservación
normal y las de reconstrucciones aisladas, a las que es posible dar un costo anual
más o menos constante (hay que tomar en cuenta inflación). En los planes a largo
plazo, se considera construir y rehabilitar tramos importantes de la red.
En nuestro país, toma gran importancia la planeación a largo plazo, pues una gran
parte de la red debe de ser rehabilitada y reconstruida, a causa de gran
incremento de tránsito en los últimos años. En esto a influido notablemente la
construcción, en la última década, de 80,000 km de caminos de bajo costo
(caminos rurales).
Estos planes de conservación a largo plazo deben tender a que toda la red solo
requiere la conservación normal o la rehabilitación cuando las condiciones del
tránsito lo exigen.
5.0.3 Técnicas de reparación o rehabilitación.Dentro de las técnicas de rehabilitación de pavimentos de concreto más comunes
se incluyen reparaciones a secciones parcial y completa, que involucran parte de
la profundidad o toda ella, respectivamente. También existe la extensión de la
calidad de servicio y también estructural mediante el empleo de sobrecarpetas de
concreto hidráulico. En cualquier caso, se debe realizar una investigación
exhaustiva para determinar la técnica más efectiva, desde el punto de vista técnico
y de costo.
Es importante señalar que cualquier técnica de reparación o rehabilitación deberá
ser antecedida o fundamentada en un trabajo previo que corrija de manera total
las causas que originaron el problema. Sin por ejemplo no se corrige la pendiente
superficial de la superficie de rodamiento en zonas bajas, o si no se corrige el
problema de drenaje de las capas inferiores de un pavimento con rotura de
esquinas de losa, todas las técnicas de rehabilitación fracasaran en corto plazo.
Reparación de la sección parcial: este tipo de reparación se utiliza en pavimentos
de concreto, donde solamente se intenta mejorar el tercio superior de la losa. Los
deterioros que se corrigen incluyen destornillamientos, desprendimientos o
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exfoliaciones. Puede localizarse esta reparación dentro de las losas o solamente
en juntas. Deben ser de al menos 5 cm de profundidad, pero su ancho y longitud
dependen de la proximidad del deterioro a las juntas. Cuando las diferentes
secciones a reparar dentro de la misma franja están a menos de 30 cm entre si
resulta más conveniente combinar todas las reparaciones en una sola.
El procedimiento básico es primeramente delimitar el área deteriorada, para luego
recortar perimetralmente hasta la profundidad de proyecto, para que al final se
realice la remoción de todo el deterioro. Al final se deberá demostrar, mediante
varillado ligero, que el concreto alrededor está sano. Finalmente se coloca el
material de reparación. Ejecutado el trabajo se deberá aislar mediante rompedor
de adherencia, cuando la zona reparada este en una junta. Ello se debe a que los
tableros deben trabajar d manera independiente.
Reparación a sección total: este tipo de reparación se utiliza para restaurar la
integridad estructural y confort en el rodamiento del propio pavimento, cuando este
último está sujeto a deterioros tales como escalonamientos, desportillamientos
( cuando está afectado más del 30% del pavimento), juntas trabadas o losas rotas.
Las pasajuntas juegan un papel importante. Ellas deben diseñarse para unirse de
manera efectiva a las secciones sanas del pavimento existente. Si no se toman
medidas correctas, la reparación nueva fallara justamente por la zona de las
pasajuntas. Que son precisamente los dispositivos de transferencia de carga.
Este tipo de reparaciones beben abarcar todos los deterioros posibles en una zona
con problemas, y deben tener al menos una longitud de al menos 1.80 m,
cubriendo todo el ancho del carril.
La longitud de reparación debe extenderse si la longitud mínima de 1.80 m termina
dentro de los 0.30 m previo a una junta transversal. Cuando la longitud de
reparación sea superior a 4.6 m se puede emplear refuerzo.
El proceso general incluye el corte con disco diamante de toda el área deteriorada,
luego la remoción cuidadosa, sin afectar a las losas adyacentes sanas; remoción y
sustitución de material de capa base, y preparación de drenaje, si así se requiere,
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colocación del concreto; terminado; formación y resello de juntas transversales y
longitudinales; curado y apertura al tráfico del área recién reparada.
5.0.4 Reaparición que involucra parte del espesor de la losa.Esta parte de reparación corrige defectos superficiales en el tercio superior de las
losas. Cuando la profundidad de los deterioros sea superior a un tercio del
espesor de la losa, se debe emplear reparación a sección completa.
La reparación a profundidad parcial, RSP, incluye la marcación con disco de la
zona afectada, ejecución de corte hasta una profundidad ligeramente mayor de la
profundidad afectada, demolición y retiro del concreto dañado, y la restitución del
área con producto de reparación.
Este deberá ser convenientemente enrasado, consolidado, texturizado y curado.
Los tiempos de espera para la apertura al tráfico dependen de las características
especiales de la mezcla empleada en la reparación.
5.1 LA VIGA BENKELMAN.Una medida para determinar la capacidad estructural y deformabilidad del
pavimento es mediante el ensayo no destructivo, con un aparato denominado Viga
Benkelman.
La viga Benkelman es un instrumento mecánico de diseño simple utilizado para
medir la deformación elástica de un pavimento ante la aplicación de una carga
estática o de lenta aplicación.
La utilización de la viga Benkelman sirve básicamente a la determinación:
Determinar la vida útil remanente de un pavimento.
Evaluar estructuralmente pavimentos, analizando todas las condiciones
localizadas, como drenaje, calidad de los materiales, espesores de diseño
anteriores, etc.
Evaluar los métodos de diseño de pavimentos y control de ejecución de
obras.
Determinar la condición de un pavimento con miras a su conservación.
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En determinadas regiones, seleccionar la capa por rueda permitida en
periodos críticos (generalmente deshielo).
5.1.1 Medición de deflexiones.Las deflexiones producidas en la superficie de un pavimento flexible, por acción de
cargas vehiculares, pueden ser determinadas haciendo uso de deflectómetros
tales como el denominado Viga Benkelman. Llamado así en honor a Daniel
Benkelman, quien la desarrollo en el año de 1952 como parte de ensayos viales
de la WASHO (WASHO road Test). Desde entonces su uso se ha difundido
ampliamente en proyectos de evaluación estructural de pavimentos flexibles, tanto
por su practicidad como por la naturaleza directa y objetiva de los resultados que
proporciona.
5.1.2 Viga Benkelman.El deflectómetro Benkelman funciona según el principio de la palanca. Es un
instrumento completamente mecánico y de diseño simple. La viga consta
esencialmente de dos partes: el primero, un cuerpo de sostén que se sitúa
directamente sobre el terreno, mediante tres apoyos (dos delanteros fijos “A” y uno
trasero regulable “B”) y el segundo, un brazo regulable móvil acoplado al cuerpo
fijo mediante una articulación de giro o pivote “C”, uno de los cuyos extremos
apoya sobre el terreno (punto D) y el otro se encuentra en contacto sensible con el
vástago de un extensómetro de movimiento vertical (punto E). Adicionalmente el
equipo posee un vibrador incorporado que al ser accionado, durante la realización
de los ensayos, evita que el dial se trabe y/o cualquier interferencia exterior afecte
las lecturas.
El extremo “D” o punta de la viga es de espesor tal que puede ser colocao entre
una de las llantas dobles del eje trasero de un camión cargado. Por el peso
aplicado se produce una deformación del pavimento, consecuencia de los cual la
punta baja una cierta cantidad, con respecto al nivel descargado de la superficie.
Como defecto de dicha acción el brazo DE gira en torno al punto “C”, con respecto
al cuerpo AB, determinado que el extremo “E” produzca un movimiento vertical en
el vástago del extensómetro apoyado en él, generando así, una lectura en el dial
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indicador. Si se retira luego las llantas cargadas, el puno “D” se recupera en lo que
la deformación elástica se refiere y por el mismo mecanismo anterior se genera
otra lectura en el dial del extensómetro.
La operación expuesta representa el “principio de medición” con la viga
Benkelman. Lo que se hace después solo son cálculos en base a los datos
recogidos. Así, con las dos lecturas obtenidas, es posible determinar cuánto
deflectó el pavimento en lugar subyacente al punto “D” de la viga, durante el
procedimiento descrito. Es de anotar que en realidad lo que se mide es la
recuperación del punto “D” al remover la carga “rebote elástico” y no la
deformación al colocar esta. Para calcular la deflexión deberá considerarse la
geometría en la viga, toda vez que los valores dados en el extensómetro (EE´) no
están en escala real, si no que dependen de la relación de brazos existente.
5.1.3 Esquema y principio de operación de la Viga Benkelman.
5.2 Método del Instituto del Asfalto de los pavimentos flexibles EUA., para el refuerzo de pavimentos flexibles.
El método más reciente del Instituto del Asfalto de los Estados Unidos de
Norteamérica, editado en 1991 y publicado en 1993, presenta algunos cambios
significativos, respecto a los métodos anteriores para el diseño de la sección
estructural de los pavimentos flexibles. El método se basa principalmente en la
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aplicación de la teoría elástica en multicapas, que utiliza resultados de
investigaciones recientes por parte de ese organismo. Sin embargo, se reconoce
que por los avances en la tecnología de los pavimentos asfálticos, se requieren
más conocimientos sobre las propiedades de los materiales para las necesidades
actuales de los sistemas carreteros, por lo que el método vigente, probablemente
requiera revisión e implementación futuras.
El manual presenta un procedimiento de diseño para obtener los espesores de la
sección estructural de pavimentos, donde se utilizan el cemento asfáltico y las
emulsiones asfálticas en toda la sección o en parte de ella. Se incluyen varias
combinaciones de superficies de rodamiento con concreto asfáltico, carpetas
elaboradas con emulsiones asfálticas, bases asfálticas y bases o subbases
granulares naturales.
5.2.1 Estimación del tránsito.El método actual distingue el “Período de Diseño” del “Período de Análisis”, de la
siguiente manera:
Un pavimento debe ser diseñado para soportar los efectos acumulados del tránsito
para cualquier período de tiempo; el período seleccionado, en años, se define
como “Período de Diseño”. Al término de éste, se espera que el pavimento
requiera alguna acción de rehabilitación mayor, como puede ser una sobrecarpeta
de refuerzo para restaurar su condición original. La vida útil del pavimento, o
“Período de Análisis”, puede ser extendida indefinidamente, a través de
sobrecarpetas u otras acciones de rehabilitación, hasta que la carretera sea
obsoleta por cambios significativos en pendientes, alineamiento geométrico y otros
factores. En la versión reciente, el método considera períodos de diseño de uno a
35 años y tasas de crecimiento del tránsito del 2 al 10% anual. (Ver Tabla 3.1).
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Para el cálculo del porcentaje de camiones en el flujo vehicular sobre el carril de
diseño, el actual método recomienda los siguientes valores:
Un punto importante que se hace notar, es que para el cálculo de los ejes
equivalentes, el método vigente recomienda utilizar la metodología de la AASHTO,
en su versión 1993 (incluida en este trabajo). Para lo anterior, el método
proporciona en la Tabla 3.3, factores de equivalencia de la carga o coeficientes de
daño para ejes sencillos, dobles o triples, incluyendo cargas sobre el eje desde 0.5
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toneladas (1,000 lb) hasta 41 toneladas (90,000 lb), lo que se considera cubre
sobradamente cualquier condición de peso de vehículos de carga en cualquier red
de carreteras, desde rurales hasta grandes autopistas.
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Habiéndose obtenido los coeficientes por cada eje o conjunto de ejes, la suma
proporcionará el coeficiente total de equivalencia del vehículo. Utilizando el factor
o tasa anual de crecimiento del tránsito señalado en la Tabla 3.1, y multiplicándolo
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por los coeficientes totales de equivalencia y por el número de vehículos del aforo
del tránsito promedio anual, se obtienen los ejes equivalentes acumulados reales
para el período de diseño considerado.
Como innovación en la versión actual, el método incorpora factores de ajuste de
los ejes equivalentes de diseño, para diferentes presiones de contacto de las
llantas sobre el pavimento, en función de su presión de inflado y de los espesores
de la carpeta asfáltica, donde contempla desde cuatro hasta diez pulgadas de
espesor (10 y 25 cm respectivamente). Ver Figura 3.1.
5.2.2 Evaluación de los materiales.Para el diseño de los espesores de una sección estructural del pavimento flexible,
el método actual del Instituto del Asfalto, considera como parámetro fundamental,
dentro de la evaluación de los materiales, la obtención del Módulo de Resiliencia
(Mr), con recomendaciones del método de prueba descrito en el Manual de Suelos
MS-10 del propio Instituto. Sin embargo, reconocen que no todos los organismos o
dependencias tienen el equipo adecuado para llevar a cabo tal prueba, por lo que
han establecido factores de correlación entre Mr y la prueba estándar de Valor
Relativo de Soporte (T-193 de AASHTO). Señalan que los resultados son bastante
aproximados; sin embargo, para un diseño preciso, se recomienda llevar a cabo la
prueba del Módulo de Resiliencia para la capa de la subrasante.
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Se hace notar que tales correlaciones sólo se aplican a materiales de la capa
subrasante, no sirviendo para materiales granulares que se pretendan emplear en
las capas de subbase o de la base.
Otro cambio importante en la actual metodología descrita, es la inclusión de
métodos de prueba normados según AASHTO y ASTM para los siguientes
parámetros:
Límite Líquido T89 y D4318, Límite Plástico T90 y D4318, Índice Plástico T90 y
D4318, Granulometría T88 y D422, Compactación T180 y D1557, Valor Relativo
de Soporte T193 y D1883, Valor R T190 y D2844 y para el Módulo de Resiliencia
Mr se recomienda utilizar el método MS-10 del propio Instituto.
En función del tránsito esperado sobre el pavimento en estudio, el método del
Instituto del Asfalto recomienda los siguientes valores percentiles para calcular el
Módulo de Resiliencia de diseño de la capa subrasante.
Con las muestras de material obtenidas en el campo y con los resultados
obtenidos en el laboratorio para determinar sus Módulos de Resiliencia, el
diseñador deberá calcular el Mr de diseño de la capa subrasante, con los
percentiles sugeridos en la Tabla anterior.
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Para los requerimientos de compactación en las capas de base y subbase, el
actual método proporciona las siguientes recomendaciones:
Capas de base y subbase formadas con materiales granulares sin
tratamiento, esto es, no estabilizadas, deberán compactarse con un
contenido de humedad óptimo más menos 1.5 puntos en porcentaje, para
alcanzar una densidad mínima del 100% de la densidad máxima de
laboratorio, sugiriendo se utilice el Método AASHTO T180 o el ASTM
D1557.
Así mismo, recomienda los siguientes valores para las diferentes pruebas a
realizarse con materiales de bases y sub-bases:
El Instituto Mexicano del Transporte recomienda los valores siguientes:
Es importante hacer notar, que dentro de las innovaciones que presenta el método
de diseño del Instituto del Asfalto, además de las anteriormente descritas (teoría
elástica multicapas, cementos y emulsiones asfálticas, períodos de diseño de 1 a
35 años, ejes equivalentes con metodología AASHTO, factor de ajuste para
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diferentes presiones de contacto de llantas, módulo de resiliencia de diseño,
correlación del Mr con VRS, pruebas índice según ASTM o AASHTO para
compactación), el método contempla factores de medio ambiente y varios tipos o
clases de asfalto según las necesidades particulares de los usuarios. Esto es, tres
diferentes temperaturas, según la región donde se pretenda construir el
pavimento, climas fríos, templados y calientes, 7ºC, 15.5ºC y 24ºC,
respectivamente, empleando cementos asfálticos desde el AC-5 hasta el AC-40,
recomendándose la clasificación siguiente:
Para mezclas asfálticas emulsificadas, se pueden utilizar tanto emulsiones
catiónicas (ASTM D2397) o aniónicas (ASTM D977). El grado o tipo de asfalto a
seleccionarse, dependerá principalmente de su habilidad para cubrir los
agregados, además de factores como la disponibilidad de agua en el sitio de
trabajo, clima durante la construcción, procedimiento de mezclado y curado del
material.
En cuanto a requerimientos de espesores mínimos, en función del nivel de tránsito
en ejes equivalentes, el método recomienda los siguientes valores:
A) Para superficies de concreto asfáltico construido sobre bases emulsificadas:
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Podrá usarse concreto asfáltico o mezclas asfálticas emulsificadas Tipo I con un
tratamiento superficial, sobre bases asfálticas tipo II o Tipo III. Tipo I: Mezclas
elaboradas con agregados, textura cerrada. Tipo II: Mezclas elaboradas con
agregados semi-procesados. Tipo III: Mezclas elaboradas con arenas o arenas-
limosas.
B) Para superficies de concreto asfálticos construidos sobres bases granulares sin
estabilizar:
Para pavimentos de una sola capa formada con concreto asfáltico (full - depth) o
pavimentos con emulsiones asfálticas, se requiere un mínimo de 10 cm.
5.2.3 Cálculo de espesores de diseño.El método más reciente del Instituto del Asfalto de los Estados Unidos de
Norteamérica, proporciona para el diseño final de los espesores de la sección
estructural del pavimento flexible, 18 gráficas o cartas de diseño en sistema
métrico y 18 en sistema inglés, las cuales cubren todas las variables involucradas
en los párrafos anteriores de este trabajo.
Se presentan en el método gráficas con escalas logarítmicas para las tres
condiciones climáticas consideradas, con el total de ejes equivalentes sencillos
acumulados en el período de diseño y el Módulo de Resiliencia de diseño de la
capa subrasante, para obtener los espesores finales de pavimentos de una sola
capa formada con concreto asfáltico (full - depth), pavimentos elaborados con
emulsiones asfálticas tipos I, II y III y bases granulares sin tratamiento con
espesores de 15 y 30 cm. Las gráficas 7ºC deberán emplearse para temperaturas
menores o iguales a 7ºC, las gráficas 24ºC para temperaturas de 24ºC o mayores
y las gráficas 15.5ºC para temperaturas intermedias.
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Para fines prácticos de este trabajo, se incluyen solamente 3 cartas de diseño en
sistema métrico, (ver Figuras 3.2, 3.3 y 3.4) dejando que el usuario pueda obtener
el espesor total de la estructura de concreto asfáltico, mismo que podrá convertir
en una estructura multicapa, formada por la carpeta de rodamiento, base y
subbase, empleando los coeficientes estructurales recomendados por la AASHTO
para esas capas o los coeficientes de equivalencia sugeridos por el mismo
Instituto del Asfalto o los Métodos de California. Adicionalmente, se sugiere al
diseñador, consultar con mayor detalle los espesores finales que reportan en las
18 gráficas en sistema métrico, que proporciona el Método del Instituto del Asfalto
en su Manual MS-1, o en su versión computarizada “HWY” que incluye el diseño
de la sección estructural de los pavimentos flexibles y el diseño de sobrecarpetas
de refuerzo.
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5.3. MÉTODO DE CALIFORNIA O CBR PARA EL REFUERZO DE PAVIMENTOS FLEXIBLES.
5.3.1 Descripción del método californiano o CBR.
Este ensayo fue inventado por la División de Carreteras de California en
1.929 y nos permite determinar la Resistencia al Corte de un suelo bajo
condiciones de Humedad y Densidad controladas. El CBR (California Bearing
Ratio) se obtiene como un porcentaje del esfuerzo requerido para hacer penetrar
un pistón una profundidad de 0.1 pulgadas en una muestra de suelo y el esfuerzo
requerido para hacer penetrar el mismo pistón, la misma profundidad de 0.1
pulgadas, en una muestra patrón de piedra triturada.
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:
Los valores de carga unitaria que deben utilizarse en la ecuación son:
Penetración Carga unitaria patrón
mm Pulgada Mpa Kg/cm2 psi2,54 0,1 6,90 70,00 10005,08 0,2 10,30 105,00 15007,62 0,3 13,10 133,00 1900
10,16 0,4 15,80 162,00 230012,7 0,5 17,90 183,00 2600
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La relación C.B.R. generalmente se determina para 0.1” y 0.2” de
penetración, ósea para un esfuerzo de 1000 y 1500 libras por pulgada cuadrada
en el patrón respectivamente.
Con el fin de duplicar en el laboratorio la condición más crítica que se presenta en
el terreno, las muestras para el ensayo del C.B.R. se sumergen en agua hasta
obtener su saturación.
Los ensayos C.B.R. se pueden efectuar también sobre muestras inalteradas
obtenidas en el terreno y sobre suelos en el sitio.
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:
CBR Clasificación general usos Sistema de Clasificación
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,A7SM,SP
20 - 50 bueno Base, sub-base GM,GC,W,SM A1b,A2-5,A3SP,GP A2-6
> 50 excelente base GW,GM A1-a,A2-4,A3
5.3.2 Razón 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:
P: Carga obtenida en el ensayo
P1: Carga unitaria normalizada
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PENETRACION TENSIONES NORMALIZADAS MPa
TENSIONES NORMALIZADAS MPa
2.54 6.9 705.08 10.3 1057.62 13.1 13310.16 15.8 16212.7 17.9 183
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 penetración (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 corresponderá 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 en:
CBR CLASIFICACION
0 - 5 Subrasante muy mala5 – 10 Subrasante mala
10 – 20 Subrasante regular a buena20 – 30 Subrasante muy buena30 – 50 Sub-base buena50 – 80 Base buena80 - 100 Base muy buena
5.3.3 Consideraciones para la factibilidad de cada tipo de refuerzo.Las consideraciones son:
1. Disponibilidad de fondos adecuados para realizar el refuerzo.
2. Factibilidad constructiva del refuerzo. Esto incluye:
Control de tránsito.
Disponibilidad de materiales y equipos.
Condiciones climáticas.
Problemas constructivos como ser: ruido, polución, instalaciones
subterráneas, galibo bajo puentes, espesor de banquinas y ensanche de
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calzada (incluyendo eventualmente el ensanche de terraplenes o
desmontes).
Interrupciones al tránsito y costo de la demora del usuario.
3. Vida útil a adoptar para el refuerzo. Esta depende de:
Deterioro del pavimento existente.
Diseño del pavimento existente, condición de los materiales que
forman el paquete, tipo de Subrasante.
Cargas de tránsito futuras.
5.4.- PROCEDIMIENTOS CONSTRUCTIVOS Y CONTROL DE CALIDAD EN LA REHABILITACIÓN Y CONSERVACIÓN DE PAVIMENTOS.
Para elaborar un producto en forma correcta, es necesario que sus
características geométricas y la calidad de los materiales estén de acuerdo con los
planos y las normas correspondientes.
El control de calidad se define como el conjunto de esfuerzos, principios,
prácticas y tecnología de una organización de producción o industria, para
asegurar, mantener o superar la calidad de un producto al menor costo posible.
Las actividades de control de calidad son:
Preventivas. En estas, se realizan investigaciones y se dan especificaciones y
proyectos realistas.
Control de proceso. Aquí, se debe exigir el cumplimiento de las especificaciones y
del proyecto en las etapas intermedias de producción o construcción.
Verificación del proyecto u obra. En esta parte, se debe cumplir la meta propuesta
y de acuerdo con lo alcanzado, se realizan los pagos y ajustes correspondientes;
así mismo, se deben observar el comportamiento que se manifieste durante la
operación o el uso del producto elaborado.
Motivación. El control de calidad debe motivar en forma adecuada al personal,
desde los ejecutivos hasta los operarios, para alcanzar la meta propuesta. En el
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control de calidad se debe realizar la retroalimentación de las experiencias
adquiridas durante la construcción o producción y tomarlas en cuenta para
modificar total o parcialmente las especificaciones y los proyectos.
5.4.1 Control de calidad en las vías terrestres.Para construir las vías terrestres, es necesario llevar a cabo diferentes
controles, a fin de obtener obras de calidad necesaria en el tiempo programado y
en los costos presupuestados. Sin embargo, los ingenieros se aplican en general a
controlar el programa y los costos y en muchas ocasiones, dejan de lado el control
de calidad.
El control de calidad de caminos, aeropuertos y ferrocarriles, intervienen en
todas las etapas de la obra; es decir, desde el proyecto y construcción hasta la
operación y el mantenimiento.
En la conservación de las obras, el control de calidad interviene al verificar
el comportamiento que se manifiesta; recomendar las acciones que se deban
desarrollar para que haya un funcionamiento adecuado; y al revisar la calidad de
los materiales usados.
En la intervención del control de calidad; se adquieren experiencias que
deben ser registradas o informadas en forma adecuada a las comisiones de
especificaciones, para modificarlas y así hacerlas más flexibles, o rígidas, según lo
requiera. Lo anterior se debe denominar retroalimentación.
Por lo expuesto, es necesario contar con un plan adecuado de control de calidad;
para esto, se define el nivel de calidad que se requiere por obra o conjunto de
obras, el cual se basa en los siguientes factores:
¿Qué se desea? o ¿Qué se requiere?
¿Cómo pueden ordenarse y programase las actividades que conduzcan a
la meta?
¿Cómo determinar que se ha alcanzado esta meta?
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El ingeniero debe entender que la construcción no debe clasificarse como
buena o mala, aceptable o inaceptable, si no que habrá una gama de condiciones
a partir de las óptimas y que deberá considerar las posibilidades de verificación
dentro del propio diseño, en relación con la calidad de los materiales y las técnicas
constructivas, así como de las tolerancias en casi todas las actividades.
5.4.1.1 Especificaciones.En la definición del programa de control de calidad, es muy importante el
conjunto de especificaciones que se manejen, pues fijan de un modo u otro las
metas que se persiguen, los procedimientos de construcción, la forma de medición
de los volúmenes de obra, las obras de pago y el modo de verificar si se ha
alcanzado lo deseado (procedimientos de prueba y normas de calidad).
Las especificaciones o normas de construcción de los materiales resultan
de investigaciones, experiencias y estudios minuciosos de correlación, que toman
en cuenta todos los datos recabados durante la construcción y operación de las
obras, como las condiciones de clima, geología, transito, etc., que puedan
afectarles. Para fijar las especificaciones, se requiere personal profesional, se
recomienda capacidad técnica, teórica y práctica; y apoyarse en instituciones
especializadas, como los centros de estudios superiores.
Hay tres tipos de especificaciones:
a) Normas o especificaciones institucionales a la construcción de un tipo
general de obra; estas normas se aplican, por ejemplo, a todos los tipos de
caminos construidos en un país.
b) Las especificaciones particulares se refieren a la construcción especial de
un tipo de obra de las que se contemplan las normas. Para caminos,
pueden haber especificaciones particulares para autopistas, caminos
vecinales, caminos de bajo costo, etcétera.
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c) Las especificaciones complementarias, se indican en el proyecto de una
obra particular; por ejemplo, las especificaciones que se deben aplicar en la
construcción de un camino que unirá la población “A” con la “B”.
Las especificaciones deben ser realistas y ajustarse a lo que debe y puede
lograrse, dadas las características del país en donde se construirán las obras.
5.4.1.2 Pruebas para materiales.Para conocer la calidad de los materiales, verificar la calidad de la obra y
estructurar la sección transversal de una vía terrestre, es necesario apoyarse en
laboratorios de materiales, en donde se ejecuten las pruebas adecuadas al caso.
Una prueba es el conjunto de medidas sistematizadas, efectuadas a un espécimen
elaborado exprofeso.
En un programa de control de calidad, se define el conjunto de pruebas que
es necesario realizar para clasificar los materiales, verificar la calidad de la obra,
proyectar la estructura y proporcionar la base metodológica y técnica del
programa.
Las pruebas deben de cumplir estos requisitos:
Estar dirigidas a características esenciales.
Basarse en amplios estudios locales.
Estar rigurosamente estandarizadas.
Realizarse con rapidez y sencillez.
Interpretarse con facilidad.
Ser confiables.
Que requieran equipos económicos y de fácil preparación y calibración.
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5.4.2 Rehabilitación y conservación de pavimentos.Las vías terrestres se proyectan y construyen para que estén en servicio
por un determinado número de
años, llamado horizonte de
proyecto o vida útil de la obra.
Al concluir este tiempo, los
caminos se abandonan, se
rescatan o se reconstruyen con
objeto de aumentar su servicio
por más tiempo.
5.4.3 Reparación de las vías terrestres.
5.4.3.1 Pavimentos flexibles.La construcción de las vías terrestres debe ser tal que soporten el transito
con una conservación normal y las rehabilitaciones programadas, durante el
tiempo considerado de vida útil; los tramos no deben deformarse en forma
apreciable ni presentar grietas.
Si al principio de la operación de la obra aparecen baches muy aislados, debidos a
pequeños problemas durante la construcción, deben tratarse de manera
adecuada, al abrir una caja hasta donde sea necesario y rellenarla con materiales
de buena calidad, compactándolos hasta el grado conveniente. La carpeta
asfáltica que se reponga, debe ser del mismo tipo que la se colocó en el resto del
tramo.
Si la carpeta presento agrietamientos por algún motivo; pero l superficie esta firme,
no se debe colocar otra capa asfáltica sobre ella, pues las grietas se reflejan en
poco tiempo.
5.4.3.2 Mantenimiento normal y preventivo.El mantenimiento normal se proporciona en los tramos que no presentan
deformaciones ni agrietamientos fuertes; se lleva a cabo por medio de riegos
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sencillos, los cuales en promedio deben durar tres años, si se utilizan materiales
pétreos adecuados.
Si la superficie de rodamiento esta lisa, sobre todo si existe una capa de
asfalto considerable (2 o 3 mm), se debe paspar con motoconformadora y, si es
posible, la superficie se calienta con anticipación por medio de sopletes acoplados
a un camión especial.
Dentro de este tipo de conservación, se encuentran todos los trabajos de
bacheos y renivelaciones ligeras, que se requieren en un tramo que no ha contado
con trabajos de mayor envergadura por algún motivo. Otro trabajo que cae en este
tipo de conservación es el señalamiento, sobre todo el de rayas que se pintan en
la superficie de rodamiento para marcar los carriles.
5.4.3.3 Reconstrucciones aisladas.Las reconstrucciones aisladas se realizan en los tramos dañados, pero
relativamente distantes unos de otros; es decir, no hay una falla generalizada en el
camino. Estos tramos pueden tener longitudes de 50 a 300 m y se pueden
reconstruir mediante renivelación con mezcla asfáltica, sobreencarpetamientos,
trabajos en las capas de terracerías u otras labores de las capas superiores. Los
estudios y procedimientos de construcción son los mismos que se indican en el
siguiente tipo de mantenimiento.
5.4.3.4 Rehabilitación o reconstrucción.Cuando en un tramo importante de 5, 10 o más km hay fallas generalizadas
donde predominan graves deformaciones, se requiere rehabilitar el camino. Para
hacerlo, conviene realizar los siguientes trabajos:
Calificar los tramos para conocer el índice de servicio en que se encuentra:
para ello, es muy conveniente contar con la opinión de los usuarios. Con
este índice de servicio, se clasifican los tramos y si se requiere rehabilitarlos
por tener calificaciones entre 3 y 2.5 (para autopistas y otros tramos), se
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ordena un estudio de los materiales localizados en la estructura de la obra.
Se realizan sondeos a cielo abierto en todos los estratos, si es posible
hasta terracería, tomando muestras de forma estratificada; es decir, se
toma una muestra de los materiales que forman las capas y se obtienen
previamente los datos necesarios para calculas la humedad y la
compacidad de cada capa. Los espesores son datos indispensables.
Se indica si el asfalto de la carpeta esta fresco o ya esta oxidado. En el
laboratorio se realizan las siguientes pruebas:
Carpeta: Contenido de agua, asfalto y granulometría del material pétreo.
Bases y sub-bases: Humedad, peso volumétrico máximo, grado de compactación,
granulometría, límites de Atterberg, contracción lineal, valor cementante y Porter
estándar (VRS y expansión).
Terracerías: Humedad, peso volumétrico máximo, grado de compactación,
granulometría simplificada, limites de Atterberg, Porter estándar (VRS y
expansión) y Porter modificado (Padrón), con la combinación de pesos
volumétricos secos (PVS) y las humedades que requiera el proyectista.
Los resultados de las pruebas anteriores se estudian a la perfección para
restaurar la sección transversal de la obra. En general, se debe retirar la carpeta
asfáltica que se puede incorporar al material de base al disgregado de modo
conveniente una vez escarificada.
Cuando el camino esta en muy malas condiciones y el tránsito ha
aumentado de un modo considerable, es conveniente reconstruir la vía.
5.4.4 Actividades de conservación de pavimentos rígidos.Las actividades principales al mantener pavimentos rígidos son:
Limpieza de juntas. Debido a que los productos utilizados para sellar las juntas
longitudinales y transversales se endurecen y se agrietan con el tiempo, es
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necesario limpiarlas cuando menos cada tres años y extraerles tanto el sello como
cualquier material extraño que se encuentre; en seguida, la junta se vuelve a sellar
con material fresco.
Cuando haya indicios de que se esta presentando el fenómeno de bombeo
o de plano, debido a una fractura de la losa que se quedo sin apoyo al salir el
material que la sustentaba, es necesario efectuar inyecciones de mortero fluido
para llenar los huecos. Si la losa esta fracturada, es conveniente renivelar la zona
antes de la inyección.
Es necesario calefatear los agrietamientos que se hayan presentado por el
fenómeno anterior o de cualquier otro, para evitar la introducción de material
extraño o de agua.
Por ultimo, si un pavimento rígido se ha comportado de manera adecuada,
pero se prevé un transito más intenso en los años siguientes o se requiere
aumentar la vida útil del camino, es posible construir una sobrelosa; para ello es
necesario asegurar las uniones entre el concreto antiguo y el nuevo, por lo que se
corruga primero la superficie de rodamiento actual y, antes del colado, se esparce
un aditivo especial que suelde las dos losas; estos aditivos se expenden
comercialmente.
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CONCLUSIÓN.
En conclusión podemos mencionar la importancia que tienen la realización de
pavimentos flexibles y rígidos, a su vez la buena determinación del control de
calidad ya que de ello depende la eficiencia del pavimento.
Se mencionaron los métodos necesarios para la realización del mantenimiento de
un pavimento así como la prueba EEUU y el de California o CBR.
El comportamiento de los pavimentos flexibles depende en gran medida de
condiciones no incluidas necesariamente en los métodos de diseño estructural. La
temperatura, las condiciones de drenaje regional, la Hidrología y otras pueden
jugar papeles muy importantes y frecuentemente pueden ser objeto de
consideración del responsable del diseño geométrico y geotécnico de la carretera,
con muy adecuadas repercusiones en el resultado final.
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BIBLIOGRAFIAS.
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Tecnología.
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primera impresión, México 2011, grupo editorial patria S.A. de C. V.
Guía para el diseño y contrición de pavimentos rígidos 2° edición, Ing.
Aurelio Salazar Rodríguez, México, 2011, producción editorial Lic. Abel
Campos Padilla, Instituto mexicano del cemento y del concreto A.C.
INGENIERO JORGE CORONADO ITURBIDE, “Manual centro americano
para diseño de pavimentos”, Secretaria de Integración Económica
Centroamericana, Noviembre 2002.
SALAZAR RODRÍGUEZ, AURELIO, “Guía para el diseño y construcción de
pavimentos rígidos”, Primera Edición, México, 1998.
VIVAR ROMERO, GERMAN, “Diseño y Construcción de Pavimentos” 2da
Edición, Perú, 1995.
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