proceso Construccion de Pavimentos

CONSTRUCCION Y ENSAYOS DE LABORATORIO PARA PAVIMENTOS FLEXIBLES

2012

INTRODUCCIÓN En la primera parte del presente trabajo, se trata de explicar conceptos básicos en la construcción de pavimentos, desde la planeación hasta el revestimiento

de

la

carretera

con

material

los

estudios

asfaltico. Desarrollando

conceptos

como

necesarios para la construcción de una carretera pavimentada, estudios

de campo como el de

Suelos y el Levantamiento Topográfico del área de Terreno en donde se tiene planeado construir. También se verán las principales partidas en la ejecución del proyecto, partidas como Preliminares,

Explanaciones,

Obras

Terracerías

y

pavimentos siendo esta última la partida donde nos enfocaremos con mayor énfasis. En la partida de pavimentos desarrollaremos todas

las etapas que son

necesarias para

construir un pavimento flexible, sub partidas como Bases, Sub-Bases y carpeta asfáltica ya sea en frio o en caliente, con cemento asfaltico o con emulsión asfáltica, detallando conceptos como preparación de la mezcla , transporte y tendido del asfalto. Se verán también las ventajas y desventajas de un pavimento flexible. En la segunda parte

veremos los principales

ensayos de laboratorio que son necesarios hacer a los materiales tales como agregados finos y gruesos y al material bituminoso ya sea cemento asfaltico PEN o emulsión asfáltica con la finalidad de obtener materiales de buena calidad. Y

por

último

veremos

todos

los

ensayos

necesarios para que se en la construcción de una carretera afirmada ensayos en campo y en laboratorio

ensayos como el de resistencia.

Límites de Aterberg, Proctor, etc. Y los ensayos en campo como el del cono de arena.

E.A.P.: INGENIERIA CIVIL | Construcción y Ensayos de Laboratorio de Pavimentos Flexibles

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CONSTRUCCIÓN Y ENSAYOS DE LABORATORIO DE PAVIMENTOS FLEXIBLES 1. ETAPAS EN LA CONSTRUCCION DE UNA CARRETERA: Primeramente describiremos que es un camino y las etapas que se deben seguir para hacer una carretera. Carretera: Es la adaptación de una faja sobre la superficie terrestre que cumple con condiciones de ancho, alineamiento y pendiente para permitir el rodamiento de vehículos.

Etapas de una carretera: Para poder estudiar una carretera, es necesario separarla en etapas como lo son: planeación, proyecto y construcción. Planeación :

1.1.

En la planeación, se buscan los factores geográfico - físicos, económico - sociales y políticos que caracterizan a la región. El estudio socio - económico busca valorar las características de la población, el aprovechamiento de los recursos naturales, rendimiento de actividades y niveles de consumo. En lo que se refiere a la población se busca su crecimiento y distribución. Preliminares, Estudios y Proyecto :

1.2.

La elaboración de un proyecto de obras de infraestructura urbana, comprende todas las actividades que permitan obtener los planos y documentos completos, para evaluar y construir una obra determinada, de acuerdo con los alcances del contrato.

El proyecto de obras de infraestructura urbana, comprende sin limitar, los siguientes conceptos: a)

Información preliminar

b)

Estudios de campo

c)

Proyecto

a.

Información preliminar

Comprende la información existente relativa a la zona de proyecto, referente a: 1 Instalaciones existentes 2 Planos catastrales 3 Usos del suelo de acuerdo con plan regulador 4 Proyectos de vialidades e instalaciones 5 Fotografía aérea, etc.


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b.

Estudios de campo

Los estudios de campo para proyecto de obras de infraestructura urbana, consisten principalmente en: 1. Levantamiento topográfico y de instalaciones existentes. 2.

Estudio de mecánica de suelos.

b.1. Levantamiento topográfico y de instalaciones existentes

El Proyectista realizará el levantamiento topográfico tomando como base los bancos de nivel y ejes de coordenadas indicadas por la Autoridad Correspondiente. El levantamiento topográfico se llevará a cabo en toda la zona de proyecto y comprende, sin ser limitativos, los siguientes conceptos. 

Trazo de ejes de apoyo, con referencias a cada 500 m máximo, con distancias y ángulos.



Levantamiento de vialidades existentes en la zona de proyecto o que incidan en ella, con detalles de intersecciones, cruces y accesos.



Trazo, perfil y secciones para obtener curvas de nivel del terreno, indicando además ubicación y elevación de instalaciones existentes y de puntos relevantes del terreno. En estudios topográficos para proyecto de vialidades se definirá el perfil del terreno natural a lo largo del eje o ejes de trazo, a cada 20 m, así como puntos intermedios relevantes y se obtendrán secciones transversales a lo largo del eje o ejes de trazo a cada 20 m, en una franja de hasta 60 m, en ambos lados del Derecho de Vía.



Colocación de mojoneras, referencias y bancos de nivel.



Levantamiento

de

instalaciones

existentes,

indicando

ubicación,

elevación,

características geométricas y físicas, estado de conservación de toda instalación aérea, superficial y subterránea existentes en la zona de proyecto, incluyendo, sin limitar, las siguientes: 

Pavimentos, guarniciones, banquetas.



Tuberías, instalaciones y estructuras para agua potable, alcantarillado sanitario y pluvial.



Instalaciones para energía eléctrica.



Instalaciones para comunicación telefónica y/o telegráfica.



Instalaciones para gas.



Instalaciones para combustibles de Pemex.



Límites de propiedad, cercos y bardas.



Edificaciones.



Árboles, jardineras y en general, áreas verdes.



Drenes y canales.



Muros de contención, etc.


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En instalaciones subterráneas, los datos de las tuberías para alcantarillado sanitario y pluvial se tomarán en los pozos de visita. En las instalaciones para agua potable, las tuberías se localizarán por medio de sondeos en cada crucero de vialidades o a cada 150 m máximo. Las válvulas se localizarán por sondeos y de acuerdo con los datos proporcionados por el organismo operador responsable. Los sondeos para localizar instalaciones subterráneas para energía eléctrica, teléfonos, gas, Pemex y toda instalación especial, se llevarán a cabo únicamente con autorización del organismo operador, de acuerdo con las especificaciones que éste indique y con la presencia de la Autoridad Correspondiente. En caso de instalaciones para agua potable, alcantarillado sanitario, alcantarillado pluvial, electricidad, teléfono y gas, el Proyectista solicitará al organismo operador responsable, el dictamen de estado de conservación, verificando además proyectos a futuro. Trazo preliminar Se lleva a cabo el reconocimiento y se fijan puntos obligados para hacer el trazo preliminar. Es una poligonal abierta donde se clavan estacas a cada 20 metros. Este sirve de base para el trazo definitivo y para un presupuesto preliminar. El procedimiento es el siguiente: • Marcar el punto de partida. • Establecer el azimut en el punto de partida. • Determinar la cota del punto de partida. • Establecer el kilometraje. • Tomar las siguientes precauciones En la línea preliminar no se deben forzar grandes tangentes. Se colocan estacas cada 20 m. y en puntos accidentados. No se debe perder tiempo colocando las estacas con exactitud. Evitar dañar sembradíos y frutales. Hacer una doble lectura en los ángulos del P.I. anotar el ángulo simple y el ángulo doble en la libreta. Hacer observaciones solares a cada 10 km. • Hacer buenas notas de campo. • Efectuar la nivelación del perfil de la línea preliminar. • Vaciar todos los datos de campo en un plano. Línea Definitiva Una vez que se tiene la línea preliminar, es necesario proyectar la línea definitiva que después será trazada en el terreno. Se calcula la abertura del compás para que al pasar entre dos curvas de nivel no exceda la pendiente deseada. Al brincar de una curva de nivel a otra y unir los puntos se forma una línea llamada: “Línea a pelo de tierra”. Esta línea es la base con las mayores tangentes posibles deberá apegarse a la línea a pelo de tierra. Para lograr esto, la línea definitiva debe compensar tanto a la izquierda como a la derecha la línea a pelo de tierra.


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La línea definitiva tiene que ser de color azul, y en ella se deben anotar las longitudes, los rumbos, los kilometrajes del PC*, PI**, y del PT***. En las curvas se deben anotar la deflexión, el grado de curvatura, el radio de curvatura y la sub – tangente. El Ingeniero Carlos Crespo dice que los tramos rectos llamados tangentes, deben de ser unidos mediante curvas. Se desea que la curva tenga el mayor radio que se pueda, ya que así su grado es menor. Una vez que se tiene dibujada la línea definitiva con sus curvas y tangentes es necesario trazarla en el terreno. La subrasante es el perfil del camino compuesto por las líneas rectas, que son las pendientes que están unidas por arcos de curvas verticales. Esta debe compensar en la medida que sea posible los cortes y los terraplenes en el sentido longitudinal. Existen dos tipos de curvas verticales: las de cima en las cuales se sube y luego se baja y las de columpio donde se baja y luego se sube. *

PC

punto en donde comienza la curva circular simple

**

PI

punto de intersección de la prolongación de las tangentes

*** PT

punto en donde termina la curva circular simple

Curva masa o diagrama de masas Es importante ajustar el diseño de un camino a las especificaciones sobre pendientes y curvas. Para economizar, es importante el movimiento de tierras, (excavar y rellenar solamente lo indispensable) y acarrear a la menor distancia. Este estudio de excavación, relleno, compensación y movimiento se ve en el diagrama de masas. En el cual, las ordenadas representan volúmenes acumulativos de terracerías y las abscisas el cadenamiento correspondiente. Para determinar los volúmenes acumulados se deben considerar los cortes como positivos y los terraplenes como negativos y al realizar la suma, se obtiene el volumen. Para realizar el diagrama, se recomienda no tomar longitudes mayores a 500 m. teniendo como límite 1 km. Los objetivos de la curva masa son compensar volumen, fijar el sentido de los movimientos del material, calcular los sobre - acarreos y controlar los préstamos y desperdicios.

Una vez terminado el levantamiento topográfico y de instalaciones existentes, el Proyectista presentará a la Autoridad Correspondiente para su revisión, la memoria descriptiva de la zona, información con alcances de contrato, planos y fotografías. El Proyectista entregará en campo a la Autoridad Correspondiente, los bancos de nivel y referencias. La Autoridad Correspondiente revisará que los datos indicados en la memoria descriptiva, información topográfica y planos, correspondan a los existentes en campo.


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b.2. Estudio de Mecánica de suelos El Proyectista realizará los sondeos, obtención de muestras y pruebas, en un laboratorio autorizado por la Autoridad Correspondiente y registrado en el Padrón de Contratistas y Proveedores del Estado. Las cantidades y clases de sondeos, obtención de muestras y pruebas a realizar, serán como mínimo las indicadas en el contrato, pudiendo modificarse a criterio de la Autoridad Correspondiente, debido a condiciones específicas de campo. La ubicación y profundidad de los sondeos para el estudio de mecánica de suelos, serán autorizadas y verificadas en campo por la Autoridad Correspondiente. Al terminar el estudio de mecánica de suelos, el Proyectista presentará a la Autoridad Correspondiente para su revisión, la memoria técnica, incluyendo ubicación de sondeos, perfil estratigráfico de cada sondeo con datos de cada estrato, el resultado de las pruebas de laboratorio de muestras obtenidas en el lugar y recomendaciones para diseño, excavaciones y empuje de tierra en muros de contención. La Autoridad Correspondiente revisará que el estudio incluya todos los conceptos indicados en los alcances del contrato. Para fines de diseño de pavimentos se requieren, sin ser limitativas, las siguientes pruebas de laboratorio, las cuales serán efectuadas en el suelo existente: 

Granulometría



Límite líquido



Índice plástico



Contracción lineal



Peso volumétrico natural



Peso volumétrico seco máximo



Humedad óptima



Humedad natural



Compactación en el lugar



Valor relativo de soporte

En el diseño de vialidades urbanas, donde no se tiene sistema para drenaje pluvial, el valor relativo de soporte (VRS), se obtiene en prueba Proctor modificada, variante II con humedad óptima más 3% y compactación al 95%. c. Proyecto: Los proyectos para obras de infraestructura urbana, están formados por proyectos parciales interrelacionados, por lo que deben ser acordes en todas sus partes. Cada parte del proyecto deberá realizarse de acuerdo con los alcances del contrato y las normas de diseño y especificaciones de construcción respectivas. 1 Memorias de diseño. 2 Planos. 3 Especificaciones. 4 Volúmenes de obra con números generadores.


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Las memorias de diseño, planos y especificaciones, deberán desarrollarse de acuerdo con los alcances del contrato y las normas del organismo operador responsable que autorizará el proyecto correspondiente. Construcción:

1.3.

Las Partidas genéricas que intervienen en los trabajos de construcción, mejoramiento y/o rehabilitación de una carretera son: -

Obras Preliminares.

-

Explanaciones

-

Pavimentos

-

Obras de Arte y Drenaje.

-

Señalización.

-

Varios.

1.3.1.

Obras Preliminares.

1.3.1.1.

Movilización y Desmovilización. Consiste en que el contratista deberá hacer todo el trabajo necesario para suministrar, reunir, transportar su organización completa al lugar donde se va a ejecutar la obra, incluyendo personal, equipo, materiales y todo lo necesario para instalar y empezar la construcción.

1.3.1.2.

Limpieza y Deforestación. Comprende los trabajos preliminares tendientes a la preparación del terreno para la explanación y adecuación de la zona demarcada en los planos o indicada por el Interventor. Consiste en limpiar y despejar el área de árboles, arbustos, (si es necesario, se solicitarán los permisos ante las entidades competentes) y todos los materiales extraños que obstaculicen las labores posteriores, transportándolos a los sitios aprobados por la Interventoría, y tomando las medidas de seguridad adecuadas para proteger las zonas vecinas. Los materiales resultantes de las actividades anteriores, que puedan ser utilizables para otros fines, serán de propiedad de La Entidad y no podrán ser retirados sin autorización escrita del Interventor.


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Explanaciones y Nivelación

1.3.2.

Este trabajo consiste en: la ejecución de todas las obras de explanación necesarias para la correcta nivelación de las áreas destinadas a la construcción, la excavación de préstamos cuando estos sean necesarios, la evacuación de materiales inadecuados que se encuentran en las áreas sobre las cuales se van a construir, la disposición final de los materiales excavados y la conformación y compactación de las áreas donde se realizará la obra. Estos trabajos se ejecutarán de conformidad con los detalles mostrados en los planos o por el interventor, utilizando el equipo apropiado para ello.

1.3.2.1.

Trazo y nivelación. Se entenderá por trazo y nivelación, los trabajos topográficos realizados en camp por el Constructor para establecer los ejes del proyecto, así como las secciones transversales de la vialidad en proceso.

1.3.2.2.

Desbroce y Limpieza. Remoción de la vegetación existente en el Derecho de Vía, en las zonas de bancos o en áreas que se destinen a instalaciones especiales, entre otras, con objeto de eliminar la presencia de material vegetal, impedir daños a la obra y mejorar la visibilidad. Se deberá complementar con el traslado de un sitio a otro de especies vegetales. El desmonte comprende: 

Tala. Consiste en cortar los árboles y arbustos.



Roza. Consiste en cortar y retirar la maleza, hierba, zacate o residuos de siembras.



Desenraice. Consiste en sacar los troncos o tocones con o sin raíces.



Limpia y disposición final. Retirar el producto del desmonte al banco de desperdicios que indique el proyecto.


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1.3.2.3.

Demoliciones. Trabajos que se ejecutan con el objeto de deshacer, demoler o desmontar una estructura o parte de ella, seleccionando y estibando los materiales aprovechables y retirando

los

escombros, de

acuerdo

con

lo fijado

en

el

proyecto

Correspondiente, se pueden dar los siguientes casos: 

Demolición de edificaciones



Demolición de estructuras



Demolición de obstáculos



Demolición de edificaciones



Demolición de estructuras



Demolición de pavimentos, sardineles y veredas de concreto



Desmontaje y traslado de estructuras metálicas.

1.3.2.4.

Despalme Es la remoción del material superficial del terreno, de acuerdo con lo establecido en el proyecto o indicado por la Autoridad Correspondiente, con objeto de evitar la mezcla del material de las terracerías con materia orgánica o con depósitos de material no utilizable. 

Remoción de especies vegetales



Remoción de servicios existentes



Remoción de obstáculos



Remoción de alcantarillas



Remoción de cercas de alambre



Remoción servicios existentes



Remoción de obstáculos



Remoción de Derrumbes

1.3.2.5.

Cortes Se entenderá como corte, el procedimiento constructivo mediante el cual se excava el terreno natural, hasta los niveles que establece el proyecto, en ancho suficiente para alojar la estructura del pavimento, las guarniciones y la cimbra para la construcción de éstas. El ancho mínimo del corte será aquel, que al nivel de la subrasante resulte de incrementar 10 cm a cada lado del ancho total del arroyo, medido hasta el respaldo de la guarnición. El ancho de corte utilizado deberá ser validado por la Autoridad Correspondiente, previa justificación técnica en el proyecto, de acuerdo con las necesidades particulares de cada caso. 

Excavación en explanaciones sin clasificar



Excavación en explanaciones en roca



Excavación en explanaciones en material común


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1.3.2.6.

Acarreos Transporte del material producto de bancos, cortes, excavaciones, desmontes, despalmes y derrumbes, desde el lugar de extracción hasta el sitio de su utilización, depósito o banco de desperdicios, según lo indique el proyecto. De acuerdo con la distancia de transporte, los acarreos pueden ser: 

Acarreo libre. El que se efectúa desde el sitio de extracción del material hasta una distancia de veinte metros o hasta la distancia que establezca el proyecto como acarreo libre. Este acarreo, se considera como parte del concepto correspondiente a la extracción del material transportado, por lo que no será objeto de medición y pago por separado.



Acarreo hasta cien metros (hectómetro). El que se efectúa hasta una distancia de cien metros, medida desde el término del acarreo libre.

 uno y mil metros, medida desde el término del acarreo libre.  mil metros, medida desde el término del acarreo libre.

1.3.2.7.

Tratamiento Se define como tratamiento al trabajo realizado en la capa superior de la terracería de un determinado espesor compacto para la formación de la sub-rasante, según lo indicado en el proyecto. En el caso de que la capa sub-rasante se forme con el material del terreno natural, después de efectuar el corte, se escarifica el espesor de proyecto, disgregando el material hasta obtener una mezcla uniforme. En el volumen disgregado, se agregará la cantidad de agua necesaria, determinada según los resultados previos


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de laboratorio, hasta obtener la humedad óptima del material y se procederá nuevamente al mezclado hasta obtener una mezcla homogénea, la cual se extiende en capas y se compacta mediante el equipo adecuado hasta obtener la compactación de proyecto. En caso de que el terreno natural requiera estabilización o mejoramiento, se aplicará un producto estabilizador para aumentar la capacidad de carga y disminuir la plasticidad. El material por estabilizar deberá estar disgregado completamente antes de agregar el producto estabilizador en las cantidades fijadas y se mezclarán en seco hasta obtener una mezcla homogénea; se le dará la humedad fijada por el laboratorio, se mezclan los elementos y se procede al tendido y compactación. La superficie estabilizada deberá mantenerse cerrada al tránsito hasta su protección con material de base o sub-base según sea el caso, con un espesor uniforme de 5 cm como mínimo para evitar daños y pérdida de humedad.

1.3.2.8.

TERRACERÍAS Las terracerías son el volumen de material que se extrae o sirve de relleno para la construcción de una vía terrestre. Si se necesita extraer material fuera de la línea de corte se tendrán zonas de préstamo. Si están entre 10 y 100 m. se les llaman préstamo lateral. Si las zonas de préstamo se encuentran a más de 100 m se denominan préstamos de banco. Las terracerías en terraplén se dividen en dos zonas; El cuerpo del terraplén que es la parte inferior, y la capa subrasante con un espesor mínimo de 30 cm. Esto funciona únicamente para caminos donde el tránsito vehicular es menor a 5,000 vehículos. Cuando se tiene un camino para un tránsito superior a los 5,000; entre el cuerpo del terraplén y la capa subrasante se forma una capa llamada subyacente de 50 cm. de espesor.


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a.

Cuerpo del terraplén Su finalidad, es dar la altura necesaria para cumplir con las especificaciones geométricas. Resistir las cargas del tránsito que se transfieren por las capas superiores y distribuir los esfuerzos a través de su espesor para transmitirlos al terreno natural. Según la SCT, los materiales utilizados para su construcción deben tener un tamaño máximo de 7.5 cm. y un límite líquido menor a 50%. El cuerpo del terraplén debe tener una expansión máxima de 5%, un VRS de 5% mínimo y un grado de compactación de 90%.

b. Capa Subrasante El espesor mínimo de la capa debe ser de 30 cm. el tamaño máximo del material debe de ser de 7.6 cm. Su grado de compactación es del 95% del peso volumétrico seco máximo (P.V.S.M.) El valor relativo de soporte debe de ser mínimo de 20%, la expansión máxima del material es menor a 2%, un límite líquido máximo de 40% y por último un índie plástico máximo de 12. Su finalidad es resistir las cargas que el tránsito transmite al pavimento, transmitir y distribuir las cargas al cuerpo del terraplén, evitar que los materiales finos plásticos del cuerpo del terraplén contaminen el pavimento y economizar los espesores de pavimento. La parte superior de la capa subrasante coincide con la línea subrasante del proyecto geométrico. Es indispensable tomar en cuenta las especificaciones de la pendiente longitudinal, la altura para las obras de drenaje para que el agua capilar no afecte al pavimento. Para su construcción se necesita compactar dos capas de 15 cm. de espesor mínimo.


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1.3.2.9.

ESTABILIZACIONES Incorporación de un determinado tratamiento o producto estabilizador a los materiales seleccionados utilizados en la construcción de las capas de terracería, sub-rasante,

revestimiento, sub-base o

de

la

base,

para

modificar

las

características físicas del material, mejorando el comportamiento mecánico e hidráulico de las capas. Los tipos más comunes de estabilización son los siguientes:

a. Estabilización por compactación. Proceso mecánico que implica una reducción del volumen de vacíos entre las partículas sólidas de un material, aumentando su peso volumétrico y mejorando las características de resistencia, compresibilidad y esfuerzo-deformación. b. Mezcla de dos o más suelos. Tratamiento encaminado a proporcionar estabilidad a los suelos naturales, mejorando sus propiedades resultantes, al incorporarle las características de calidad de otro. c. Estabilización por drenaje. Se utilizan para acelerar los procesos de consolidación, buscando en primer término, el reducir al máximo posible la cantidad de agua que de una u otra forma llega a la zona por tratar, y en segundo término dar rápida salida al agua que llega a la misma. Lo anterior se logra mediante la construcción de obras tales como sub drenes, geodrenes, capas drenantes, geotextiles (membranas filtrantes), etc. d. Estabilización por tratamientos químicos. Consiste en la adición de agentes estabilizadores específicos, como cemento, cal, materiales puzolánicos, asfalto, cloruro de sodio, cloruro de calcio, esinas y otros; los cuales producen reacciones químicas de aglutinación, solidificación e impermeabilización en el material.


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1.3.3. PAVIMENTOS Sobre la capa subrasante se construye el pavimento flexible, que está compuesto por sub - base, base y carpeta asfáltica. El pavimento flexible debe proporcionar una superficie de rodamiento uniforme, resistente a la acción del tránsito, a la del intemperismo y otros agentes perjudiciales, así como transmitir a las terracerías los esfuerzos por las cargas del tránsito. Entre las características principales que debe cumplir un pavimento flexible se encuentran las siguientes: • Resistencia estructural. • Deformabilidad. • Durabilidad. • Costo. • Requerimientos de conservación. • Comodidad. a. Resistencia estructural Debe soportar las cargas impuestas por el tránsito que producen esfuerzos normales y cortantes en la estructura. En los pavimentos flexibles se consideran los esfuerzos cortantes como la principal causa de falla desde el punto de vista estructural. Además de los esfuerzos cortantes también se tienen los producidos por la aceleración, frenaje de los vehículos y esfuerzos de tensión en los niveles superiores de la estructura (Rico y Del Castillo 1984).

b.

Durabilidad La durabilidad está ligada a factores económicos y sociales. La durabilidad que se le desee dar al camino, depende de la importancia de este. Hay veces que es más fácil hacer reconstrucciones para no tener que gastar tanto en el costo inicial de un pavimento.

c.

Requerimientos de conservación Los factores climáticos influyen de gran manera en la vida de un pavimento. Otro factor es la intensidad del tránsito, ya que se tiene que prever el crecimiento futuro. Se debe de tomar en cuenta el comportamiento futuro de las terracerías, deformaciones y derrumbes. La degradación estructural de los materiales por carga repetida es otro aspecto que no se puede dejar de lado. La falta de conservación sistemática hace que la vida de un pavimento se acorte.

d. Comodidad Para grandes autopistas y caminos, los métodos de diseño se ven afectados por la comodidad que el usuario requiere para transitar a la velocidad de proyecto. La seguridad es muy importante al igual que la estética.


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BASE Y SUB – BASE PARA PAVIMENTOS

1.3.3.1.

Son las capas sucesivas de materiales pétreos seleccionados, se estabilicen o no, que se construyen sobre la terracería o sub-rasante; según sea el caso; y cuyas funciones principales son proporcionar un apoyo uniforme a las capas superiores, soportar las cargas que éstas les transmiten aminorando los esfuerzos inducidos y distribuyéndolos adecuadamente a la capa inmediata inferior, proporcionar a la estructura de pavimento la rigidez necesaria para evitar las deformaciones excesivas, drenar el agua que se pueda infiltrar, impedir el ascenso capilar del agua subterránea y prevenir la migración de finos. Aunque las bas es y las sub - bases tienen características semejantes, las sub - bases son de menor calidad. La sub - base es la capa de material que se construye directamente sobre la terracería y su función es: • Reducir el costo de pavimento disminuyendo el espesor de la base. • Proteger a la base aislándola de la terracería, ya que, si el material de la terracería se introduce en la base, puede sufrir cambios volumétricos generados al cambiar las condiciones de humedad dando como resultado una disminución en la resistencia de la base. • Proteger a la base impidiendo que el agua suba por capilaridad. • Transmitir y distribuir las cargas a las terracerías.

1.3.3.1.1. MATERIALES PARA BASE Y SUB-BASE: Los materiales para bases y sub-bases se clasifican de la siguiente manera: a.

Materiales pétreos que no requieren ningún tratamiento de disgregado, cribado o triturado, como son los poco o nada cohesivos, como limos, arenas y gravas, que al extraerlos quedan sueltos y que no contengan más del 5% de partículas mayores de 51 milímetros (2”).

b.

Materiales pétreos que para su utilización, requieren tratamientos de disgregado, como los tezontles y los cohesivos como tepetates, caliches, conglomerados, aglomerados y rocas muy alteradas, que al extraerlos resultan con terrones y que una vez sometidos a la acción del equipo de disgregación no contengan más del 5% de partículas mayores de 51 milímetros (2”).

c.

Materiales que requieren ser cribados, como son los poco o nada cohesivos, como mezclas de gravas, arenas y limos, que al extraerlos quedan sueltos y con un contenido entre el 5% y el 25% de partículas mayores de 51 milímetros (2”). Estos materiales deberán ser cribados por la malla de 51 milímetros (2”).

d. Materiales que requieren ser triturados parcialmente y cribados son los siguientes: d.1. Materiales poco o nada cohesivos, como mezclas de gravas, arenas y limos, que al extraerlos quedan sueltos y contienen más del 25% de partículas mayores de 51


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milímetros (2”). Estos materiales deberán ser triturados y cribados por la malla de 38 milímetros (1 1/2”).

d.2. Tezontles y materiales cohesivos, como tepetates, caliches, conglomerados, aglomerados y rocas alteradas, que al extraerlos resulten con terrones que pueden disgregarse por la acción del equipo mecánico y que posteriormente ha dicho tratamiento contienen más del 5% de partículas de tamaño mayor de 51 milímetros (2”). Estos materiales deberán ser triturados y cribados por la malla de 38 milímetros (1 1/2”), sin que previamente deban disgregarse por la acción del equipo mecánico. e. Materiales que requieren trituración total y cribado a través de la malla de 38 milímetros (1 1/2”), son los que provienen de piedra extraída de mantos de roca, piedra de pepena y piedra suelta de depósitos naturales o desperdicios. Los materiales anteriores, o las mezclas de ellos pueden estabilizarse mezclándolos principalmente con un material asfáltico, con cemento Portland, con una mezcla de cemento Portland y Puzolana, con cal hidratada, con una mezcla de cal hidratada y Puzolana o con una mezcla de cal hidratada y cemento Portland; con las proporciones indicadas en el diseño correspondiente, resultante del estudio de mecánica de suelos, con las pruebas de laboratorio y de campo respectivas. Una vez estabilizados, deberán reunir los requisitos establecidos en el proyecto y/o indicados por la Autoridad correspondiente. Únicamente se utilizarán materiales para base y sub-base de bancos cuya utilización será responsabilidad del Constructor. Para base, los materiales cuya gráfica de la curva de composición granulométrica se localice en la zona 1 y 2 y para sub-base todas las zonas de la gráfica.


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En la gráfica de composición granulométrica, el material se considerará dentro de la zona en que quede alojada la mayor parte de su curva. En caso de quedar comprendida en partes iguales dentro de dos zonas, se clasificará en la zona superior. La curva granulométrica del material debe quedar comprendida dentro de las dos curvas externas que limitan las zonas de especificaciones. No debe presentar cambios bruscos de pendientes, su forma debe ser semejante a las curvas que limitan las zonas y por lo menos el 90% de la longitud de la curva

1.3.3.1.2. PROCEDIMIENTO DE CONSTRUCCION: 

Inmediatamente antes de iniciar la construcción de la sub-base o la base, la superficie sobre la que se colocarán estará debidamente terminada dentro de líneas y niveles de proyecto, sin irregularidades y reparados satisfactoriamente los baches que hubieran existido.



No se iniciará la construcción de la primera capa de base sobre una subrasante o subbase hasta que la Interventoría haya aprobado ésta de acuerdo con lo establecido en los planos y/o en las especificaciones.



Los equipos para la ejecución de los trabajos comprenden: motoniveladoras, carrotanques de agua, compactador vibratorio o liso convencional y vehículos de transporte. Todo el equipo que se utilice en la construcción de las bases será aprobado por la Interventoría y se hallará en óptimas condiciones mecánicas para la ejecución de la obra.



La capacidad de los equipos para la elaboración, transporte, conformación y compactación de la base deben ser tales que permitan un progreso ordenado y armónico de la construcción.



La base se extenderá en capas cuyo espesor, así como el número de pasadas del equipo de compactación serán determinadas por la clase de material, densidad


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requerida y equipos disponibles, con previa aprobación del Interventor. Cada capa de base debe mantener la humedad óptima en todas las etapas de colocación. 

La máxima longitud de vía para descargar materiales será fijada por la Interventoría.



Todos los materiales que se empleen en la construcción de las capas de base se llevarán a la vía en forma tal, que el transporte no produzca efectos perjudiciales para el grado de uniformidad y limpieza de los agregados.



Cuando

la

mezcla

sea

homogénea en humedad y gradación, se procederá al extendido

final

compactación Antes

de

y de

a

la

capas.

iniciarse

la

compactación de la base en la calzada, la berma se conformará y compactará en capas

iguales,

con

un

espesor igual al de la capa de base extendida, para que sirva

de

contención

al

material de base que se va a compactar. 

La compactación de la base, se

efectuará

bordes

hacia

desde al

los

centro,

excepto en las curvas en las cuales

la

compactación

avanzará desde la parte inferior del peralte hacia la superior. 

Cada una de las capas que conforman la base, se compactará hasta la densidad especificada antes de colocar la siguiente.



Al finalizar la compactación de la última capa, se dará el perfilado general a la base y a las bermas. La Interventoría cuidará que los procesos cumplan las especificaciones correspondientes y ordenará los ensayos de laboratorio pertinentes.



Los niveles correspondientes al enrase de cada capa de material se marcarán por medio de estacas.



Los materiales que incumplan los requisitos señalados en estas especificaciones, se retirarán en forma inmediata de la obra.



En el proceso de compactación deberá obtenerse una densidad mínima del 100% de la densidad máxima obtenida en el ensayo Proctor Modificado.


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

la conservación de la base durante toda la construcción del pavimento será por cuenta y riesgo del Contratista; los desperfectos que en ella se presenten, serán reparados de acuerdo con las exigencias del Interventor. Las ruedas de la volqueta se mantendrán limpias para evitar la contaminación de la superficie de la sub-base y la base. Los materiales que se depositen en el frente de trabajo se protegerán para impedir su contaminación.



Tolerancias. El Interventor comprobará los espesores de la base terminada, teniendo en cuenta: El espesor final no excederá al espesor proyectado en más o menos medio centímetros (+/- 0.5 cm.). Si se encuentran espesores deficientes, se delimitará la zona deficiente y ésta será corregida.



La corrección de las zonas defectuosas incluirá una escarificación de la base en una profundidad mínima de 10 cm. y adicionándose material en la cantidad necesaria para corregir la falla. El conjunto se compactará y perfilará a satisfacción sin que se produzcan deformaciones del perfil transversal de la calzada.



La Interventoría ordenará los ensayos que estime necesarios en los sitios y con los intervalos que considere convenientes, para medir el porcentaje de compactación alcanzado. Cualquier zona que no cumpliere los requisitos de compactación, se escarificará, conformará y recompactará como lo ordene la Interventoría.



El ancho de la base se comprobará cada 50 m. No se admitirá ninguna tolerancia con relación al eje de la vía en el semi-ancho indicado en los planos o en las especificaciones. El perfilado y textura de la base, quedarán de tal manera que cuando se le pase una regla de 3 m de largo paralela o normalmente al eje de la vía, la superficie no muestre irregularidades mayores de un centímetro respecto a los niveles teóricos de la base.



Las señales preventivas se colocarán en sitios visibles y a distancias suficientes para alertar a los usuarios sobre el peligro; el incumplimiento de cualquiera de estas normas causará las sanciones que se determinen en el respectivo contrato.


19

1.3.3.2.

IMPRIMACION Consiste en el suministro, transporte, calentamiento y aplicación uniforme de un producto asfáltico sobre una base o sub-base granular, preparada y aceptada por la Interventoría. También podrá aplicarse a bermas construidas en material granular y a sus taludes. 

Materiales. Podrán usarse como materiales de imprimación los siguientes: Asfalto líquido de curado medio MC-70, aplicado a temperaturas entre 40° y 70°C. Emulsión asfáltica catiónica estabilizada de rotura lenta con un contenido de asfalto de 50-65% que se aplica a una temperatura ambiente.



Equipo. El equipo constará de un distribuidor calibrado, que suministre temperatura y presión constantes. El distribuidor incluirá un tacómetro, un medidor de volumen y un termómetro para conocer la temperatura del contenido (no se permitirán métodos manuales). Todo el equipo será aprobado por el Interventor y se mantendrá en buenas condiciones de operación. El Contratista calibrará el distribuidor con anterioridad a la iniciación de las operaciones de riego en presencia del Interventor y lo hará durante la construcción, cuantas veces éste lo exija.



Procedimiento de Ejecución. La base o sub-base aceptada por el Interventor, será cuidadosamente barrida y soplada con equipo adecuado, en tal forma que se elimine todo el polvo y el material suelto y cuando fuere necesario, se barrerá con cepillo o escoba mecánica. El material bituminoso se aplicará con el distribuidor en cantidades que pueden variar entre l.0 y 2.0 litros por metro cuadrado con MC-70 y 1.5 a 3 kilogramos por metro cuadrado de emulsión asfáltica acorde con la textura de la sub-base o de la base según la que se vaya a imprimar. Se prohíbe imprimar cuando existen condiciones de lluvia. Las capas de concreto asfáltico se colocarán como máximo dentro de los quince (15) días siguientes a la aplicación de la imprimación.



Mantenimiento y Apertura del Tráfico. El área imprimada será cerrada al tráfico entre 24 y 48 horas para que el producto bituminoso penetre y se endurezca superficialmente. Cualquier desperfecto que se manifieste en la base imprimada por causa imputable al Contratista será reparado por el mismo por su cuenta y riesgo. El exceso de material bituminoso que forme charcos, será retirado con escobas y trabajo manual con o sin adición de arena a juicio del Interventor. Cuando se requiera dar al servicio provisional algún tramo, se deberá contar con el visto bueno de la Interventoría.


20

1.3.3.3.

RIEGO DE LIGA 

Consiste en el suministro, transporte, calentamiento y aplicación uniforme de un producto asfáltico sobre un pavimento (rígido o flexible) existente o sobre una base asfáltica nueva.



Materiales. El riego de liga se realizará con cemento asfáltico AC-60-100 aplicado entre 110° y 150°C, asfalto disuelto de curado rápido, RC-250 aplicado entre 70° y 100°C o con emulsión asfáltica catiónica estabilizada de rotura rápida con un contenido de asfalto entre 50-65% aplicada a temperatura ambiente; cuando se trate del riego de liga para sellado y adherencia de las juntas, sólo podrá utilizarse AC-60-100 fundido a una temperatura entre 110° y 150°C.



Equipo. El equipo constará de un distribuidor con temperatura y presión constantes. El distribuidor debe incluir un tacómetro, un medidor de volumen y un termómetro para conocer la temperatura del contenido. Todo el equipo será aprobado por la Interventoría y se mantendrá en buenas condiciones de operación. El Contratista calibrará el distribuidor con anterioridad a la iniciación de las operaciones de riego, en presencia del Interventor y durante la construcción, cuantas veces este lo exija; cuando se aplique AC-60-100, la operación se hará manualmente, de acuerdo con las instrucciones de la Interventoría.



Procedimiento de ejecución La superficie sobre la cual se aplicará el riego de liga, será cuidadosamente barrida y soplada con equipo adecuado en tal forma que se elimine todo el polvo y material suelto; cuando fuere necesario, se empleará el cepillo manual o la escoba mecánica. El material bituminoso se aplicará con el distribuidor en cantidades que varían entre 0.20 y 0.40 litros por metro cuadrado, con la temperatura dentro de los límites anotados para el material en particular que se está usando y acorde con las condiciones de la


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superficie a ligar. En el caso de riego de liga para juntas éstas deben quedar impregnadas completamente con el material especificado (AC-60/100 fundido). 

Si la superficie necesita otra aplicación de material bituminoso, ésta se hará de acuerdo con las instrucciones del Interventor. No se comenzará a regar el material bituminoso en cada nueva jornada de trabajo, hasta tanto se haya comprobado la uniformidad de riego que proporcionará el equipo. Cuando el asfalto se aplica en dos o más fajas, se proveerá un ligero traslapo a lo largo de los bordes contiguos. Se prohibe aplicar la liga cuando existen condiciones de lluvia. Las capas de concreto asfáltico se colocarán como máximo dentro de las 24 horas siguientes al riego de liga. CARPETA ASFÁLTICA

1.3.3.4.

La carpeta asfáltica es la parte superior de un pavimento flexible. Es una capa de material pétreo cementado con asfalto que se coloca sobre la base. Los materiales pétreos son suelos inertes que se consiguen en ríos, arroyos o depósitos naturales. Para poder ser empleados en la carpeta asfáltica deben cumplir con ciertas características dadas por la granulometría, dureza, forma de la partícula y adherencia con el asfalto. El contenido óptimo de asfalto para una carpeta, es la cantidad de asfalto que se necesita para formar alrededor de la partícula una membrana con un espesor suficiente para resistir los elementos del intemperismo, para que el asfalto no se oxide. El espesor no debe ser muy grande porque se pierde resistencia y estabilidad. Se recomienda que las partículas que se utilizen tengan forma esférica, ya que las que son en forma de laja o de aguja pueden romperse muy fácilmente y afectar la granulometría. Las funciones de la carpeta asfáltica son las siguientes: •

Proporcionar una superficie de rodamiento que permita un tránsito fácil y cómodo para los vehículos.

• Impedir la infiltración de agua de lluvia hacia las capas inferiores. • Resistir la acción de los vehículos. a. Cemento asfáltico El asfalto, llamado cemento asfáltico, es el último residuo de la destilación del petróleo. A temperaturas normales, es sólido y posee un color café oscuro. Para poder mezclarlo con los materiales pétreos, éste debe tener una temperatura de 140 °C.

b.

Rebajados asfálticos Los rebajados asfálticos se utilizan para fluidificar al cemento asfáltico y poderlo trabajar a menores temperaturas. Para fabricar los rebajados asfálticos, se diluye el concreto asfáltico en gasolina, tractolina, diesel o aceites ligeros. Los que son diluidos


22

en gasolina, forman rebajados de fraguado rápido. Los que se diluyen en tractolina son de fraguado medio y los que se diluyen en diesel o en aceites ligeros son de fraguado lento. Los tres fraguados FR, FM y FL se pueden utilizar con diferentes proporciones de cemento asfáltico y de solventes. c.

Emulsiones asfálticas Las emulsiones asfálticas tienen grandes ventajas ya que son fáciles de emplear. La finalidad de las emulsiones es trabajar a temperatura ambiente con asfalto que a esta temperatura no es manejable debido a que es semi - sólido. Las emulsiones asfálticas son líquidos de color chocolate casi tan fluidos como el agua y de la cual contienen entre 40% y 50%. Si se usan emulsiones, puede existir un problema de adherencia entre el material pétreo y el cemento asfáltico ya que contienen gran cantidad de agua. Las cargas eléctricas que recubren a las gotas de cemento asfáltico pueden favorecer dicha adherencia si existe diferencia de signos entre los áridos y las gotas de cemento. Las emulsiones catiónicas o ácidas están cargadas positivamente, por lo que sentirán una gran afinidad por materiales pétreos negativos. Cuando las partículas de cemento asfáltico son atraídas por la superficie del material pétreo, la emulsión deja de mantenerse estable y rompe, quedando el cemento asfáltico incorporado en forma de película fina al material pétreo y el agua queda libre para evaporarse. Las catiónicas resisten mayor humedad en los pétreos. Las aniónicas rompen por deshidratación por lo que en temperaturas frías o húmedas el tiempo de curado se prolonga mucho. Las emulsiones pueden ser de rompimiento rápido, medio y lento dependiendo del porcentaje de cemento asfáltico.

1.3.3.4.1. Carpetas asfálticas de mezclas en el lugar o en frío. La granulometría del material pétreo utilizado debe de ser continua. El material pétreo se mezcla a temperatura ambiente con motoconformadoras. Generalmente se usan rebajados asfálticos o emulsiones de rompimiento medio. Para poder construir mezclas en el lugar o en frío se tiene que hacer lo siguiente: 

Se hace una exploración de la zona para elegir los bancos.



Extraer el material de los bancos.



Hacer tratamientos previos como el cribado y el triturado.



Transportar el material a la obra y con motoconformadoras acamellonarlo y calcular la cantidad de producto asfáltico que se requiere.



Abrir el material pétreo con la motoconformadora y regar asfalto con la petrolizadota, esto se debe hacer las veces que sea necesario hasta tener incorporado todo el asfalto.



Posteriormente, la motoconformadora mezclará el material pétreo y el asfalto poniéndolos a un lado de la corona hasta que se encuentre completamente homogenizado.


23



Sobre la base impregnada y barrida, se da un riego de liga con rebajado asfáltico y de inmediato se extiende la mezcla.



Compactar con rodillos lisos o neumáticos con peso entre 8 y 15 tons. Hasta alcanzar 95% del P.V.S.M. Si la permeabilidad de la carpeta, es mayor al 10% se dará un sello que también sirve para mejorar la fricción.

1.3.3.4.2. Carpetas de concreto asfáltico o en Caliente Las carpetas de concreto asfáltico son como mezclas de materiales pétreos y cemento asfáltico. Como el cemento asfáltico es sólido a temperatura ambiente, es necesario calentarlo. Este aumento en la temperatura, se tiene que hacer en plantas, ya que la temperatura del cemento asfáltico necesita llegar a 140 °C y la temperatura de los materiales pétreos necesita llegar a 160°C. Este tipo de carpetas, deben de ser construidas sobre bases hidráulicas o sobre bases asfálticas impregnadas. Si se llegan a construir sobre bases naturales con módulos de elasticidad bajos, sufrirá deformaciones ante las cargas del tránsito, la resistencia no será la deseada y su ruptura será frágil. Para poder construir las carpetas de concreto asfáltico, se deben de seguir los siguientes pasos: 

Elegir los bancos de material pétreo y llevarlos al laboratorio para poder elegir el banco adecuado.



Hacer el proyecto granulométrico en el laboratorio para encontrar el contenido óptimo de cemento asfáltico.



Extraer el material.



Proporcionar pétreos en frío a la planta de mezclado.



Transportar el material al cilindro de calentamiento y secado donde alcanzará una temperatura entre 150 °C y 170 °C.



Alcanzada la temperatura deseada, el material pétreo se sube a la unidad de mezclado, donde se mezcla con el cemento asfáltico que se encuentra entre los 130 °C y 140 °C.



Llevar la mezcla al tramo con una temperatura mínima entre 110°C y 120°C. La mezcla debe descargarse en la finisher que se encarga de extenderlo y darle una ligera compactación.



La compactación debe iniciarse a una temperatura mayor a los 90°C. Con un rodillo de 7 ton. Para dar un primer armado y evitar desplazamiento de la mezcla. Después con uno de 15 ton. El grado mínimo de compactación es de 95% del peso volumétrico del proyecto. Una carpeta asfáltica debe ser impermeable, de no ser así, se debe dar un riego de sello. El riego de sello sirve como superficie de desgaste para mejorar el coeficiente de rugosidad. Se utiliza material pétreo del número 3 y rebajados o emulsión de


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rompimiento medio. Una carpeta que tiene menos asfalto del necesario, se desgranará, en el caso contrario, el asfalto brotará a la superficie haciéndola lisa y resbaladiza.

1.3.3.4.2.1. Métodos de construcción para concreto asfáltico mezclado y tendido en caliente Los procedimientos específicos que se describirán tienen el propósito principal de ser aplicables a la construcción de carpetas, aun cuando estos mismos procedimientos sean también, en general, aplicables a la construcción de capas de base y niveladoras. Los pasos fundamentales en la construcción de una carpeta asfáltica de alta calidad, se pueden listar como sigue: a. Preparación de la mezcla. b. Preparación de la capa de base o de la capa niveladora. c. Transporte y tendido de la mezcla para carpeta. d. Juntas. e. Compactación y acabado final. a. Preparación de la mezcla En esencia, las plantas que se usan en la preparación de mezclas calientes de alta calidad;

el

arreglo

total

debería adecuarse a las necesidades para sostener cierto producción calientes

volumen de que

de mezclas sean

uniformes, con un control muy rígido en los pasos para

fijar

el

proporcionamiento y realizar la mezcla. b. Preparación de la base. Es frecuente que la colocación de las carpetas de concreto asfáltico se coloquen sobre una base nueva o ya existente que requiera muy poca preparación antes de iniciar el tendido, de la carpeta nueva, como pueden ser el barrido y limpieza total para eliminar el polvo suelto y otros materiales extraños. En otros casos, la base o carpeta existentes sobre la cual se va a colocar la mezcla necesita amplias medidas correctivas. Con más frecuencia, cuando la superficie existente esta desintegrada, rota o que su naturaleza es irregular, que los defectos específicos se puedan corregir por media de la aplicación de "parches" de concreto


25

asfáltico. También, se remueven los compuestos sobrantes del sellado de las juntas y las áreas grasosas. En ciertos casos, puede ser aconsejable colocar una capa niveladora de concreto asfáltico para corregir irregularidades existentes en la superficie. En aquellos puntos en que la mezcla de concreto asfáltico entra en contacto con pozos o colectores, guarniciones, cunetas, etc., se pintan generalmente con una ligera capa de cemento asfáltico caliente o de material asfáltico líquido. c. Transporte de la mezcla La mezcla se descarga de la planta a camiones o remolques vacíos para su transporte hasta el sitio de trabajo. Se requiere que los vehículos que se utilicen tengan camas metálicas fuertes y lisas las cuales se limpian previamente para quitar todo el material extraído. La cama del vehículo puede rociarse con una ligera película de agua de cal, jabón en solución o alguna sustancia similar para impedir que se pegue la mezcla. No se deben utilizar para este objeto aceites combustibles, ya que tienen efectos dañinos sobre la mezcla. Algunas veces, es necesario que el vehículo tenga aislamiento térmico para evitar la pérdida excesiva de calor en la mezcla durante su transporte y, con frecuencia, se cubre el vehículo con lona para proteger la mezcla contra el tiempo. d. Colocación de la mezcla y compactación

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. En la colocación de la mezcla de concreto asfáltico, se debe poner especial atención a la construcción de las juntas entre las superficies viejas y las nuevas o entre días sucesivos de trabajo. Es esencial que se asegure una liga apropiada en las juntas longitudinales y transversales entre la mezcla colocada recientemente y la superficie existente, sin importar su naturaleza, y se utilicen procedimientos especiales, que en general se realizan a mano, para asegurar la formación de juntas adecuadas.


26

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. 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. 1.3.3.5.

Ventajas y desventajas de su uso de Pavimento flexible Ventajas: -

Resulta más económico en su construcción inicial.

-

Tiene un periodo de vida de entre 10 y 15 años. Desventajas:

-

Requiriere mantenimiento constante para cumplir con su vida útil.

-

Las cargas pesadas producen roderas y dislocamientos en el asfalto y son un peligro potencial para los usuarios. Esto constituye un serio problema en intersecciones, casetas de cobro de cuotas de peaje, rampas, donde el trafico esta constantemente frenando y arrancando. Las roderas llenas de agua de lluvia en estas zonas, pueden causar derramamientos, perdida de control del vehículo y por lo tanto, dar lugar a accidentes y a lesiones personales.

-

Las roderas, dislocamientos, agrietamientos por temperatura, agrietamientos tipo piel de cocodrilo (fatiga) y el intemperismo, implican un tratamiento frecuente a base de selladores de grietas y de recubrimientos superficiales.

-

El hidroplaneo es también un problema serio en caminos con roderas, sobre todo en rutas interestatales y primarias.

-

En el estudio denominado "Consideraciones de seguridad en la formación de roderas y de ondulaciones en superficies de rodamiento de asfalto”, los parámetros medidos indican que las distancias de frenado para superficies de concreto son mucho mayores que para las superficies de asfalto sobre todo cuando el asfalto esta húmedo y con roderas

-

Una vez que se han formado roderas en un pavimento de asfalto, la experiencia ha demostrado, que la colocación de una sobrecarpeta de asfalto sobre ese pavimento no evitara que se vuelva a presentar.


27

2. ENSAYOS DE LABORATORIO NECESARIOS PARA EL CONTROL DE CALIDAD DE PAVIMENTOS FLEXIBLES 2.1.

ENSAYOS DE AGREGADOS PARA PAVIMENTO

2.1.1. CALIDAD DE AGREGADOS PARA SUB-BASE, BASE Y AFIRMADO Los agregados empleados en la construcción de carreteras, deben cumplir con requisitos de granulometría y especificaciones técnicas, que garanticen un buen comportamiento durante su periodo de vida. A su llegada al laboratorio, las muestras deben ser preparadas para someterlas a diferentes ensayos de calidad de agregados. Dependiendo de la función que van a cumplir como parte de la estructura del pavimento se las prepara para los siguientes ensayos: Ensayos de calidad de agregados

2.1.2. ENSAYO DE ABRASION POR MEDIO DE LA MAQUINA DE LOS ANGELES A. Fundamento Los agregados deben ser capaces de resistir el desgaste irreversible y degradación durante la producción, colocación y compactación de las obras de pavimentación, y sobre todo durante la vida de servicio del pavimento. Debido a las condiciones de esfuerzo-deformación, la carga de la rueda es transmitida a la superficie del pavimento a través de la llanta como una presión vertical aproximadamente uniforme y alta. La estructura del pavimento distribuye los esfuerzos de la carga, de una máxima intensidad en la superficie hasta una mínima en la subrasante. Por esta razón los agregados que están en, o cerca de la superficie, como son los materiales de base y carpeta asfáltica, deben ser más resistentes que los


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agregados usados en las capas inferiores, sub base, de la estructura del pavimento, la razón se debe a que las capas superficiales reciben los mayores esfuerzos y el mayor desgaste por parte de cargas del tránsito. También se usa

el ensayo de abrasión para calificar la calidad de piedras, y

bloques de roca para obras de defensa ribereña, etc. para lo cual se deberá someter primero a un proceso de chancado a fin de tener la muestra de ensayo. B. Objetivo Este método describe el procedimiento para determinar el porcentaje de desgaste de los agregados de tamaños menores a 37.5 mm (1 ½”) y agregados gruesos de tamaños mayores de 19 mm (3/4”), por medio de la máquina de los Ángeles. Equipos de Laboratorio 1. Máquina de desgaste de Los Ángeles 2. Tamices. De los siguientes tamaños: 3”, 2 ½”, 2”, 1 ½”, 1”, ¾”, ½”, 3/8”, ¼”, Nº4, Nº8. Un tamiz Nº12 para el cálculo del desgaste 3. Esferas de acero. De 46.38 a 47.63 mm de diámetro de peso equivalente entre 390 a 445 gr. 4. Horno. Capaz de mantener una temperatura de 110±5 ºC 5. Balanza. Sensibilidad de 1.0 gr.

C.

Procedimiento de Ensayo 1. El

material

deberá

ser

lavado y secado en horno a una temperatura constante de 105-110ºC, tamizadas según las mallas que se indican y mezcladas en las cantidades del método al que correspondan, según la Tabla Nº1 ó Nº2. 2. Pesar

la

muestra

con

precisión de 1 gr., para el caso de agregados gruesos hasta de 1 ½” y 5 gr. para agregados gruesos de tamaños mayores a 3/4”. 3. Introducir la muestra junto con la carga abrasiva en la máquina de Los Ángeles, cerrar la abertura del cilindro con su tapa, ésta tapa posee empaquetadura que impide la salida de polvo fijada por medio de pernos. Accionar la máquina, regulándose el número de revoluciones adecuado según el método. 4. Finalizado el tiempo de rotación, se saca el agregado y se tamiza por la malla Nº12.


29

5. El material retenido en el tamiz Nº12 se lava y seca en horno, a una temperatura constante entre 105º a 110ºC pesar la muestra con precisión de1 gr. D. Observaciones 1. Si el material se encuentra libre de costras o polvo no será necesario lavarlo antes y/o después del ensayo. 2. Para agregados gruesos de tamaños mayores a ¾” se puede determinar la pérdida después de 200 revoluciones. Al efectuar ésta determinación no será necesario lavar el material retenido en el tamiz Nº12. La relación de pérdida después de 200 revoluciones a pérdida después de 1 000 revoluciones, no debería exceder en más del 20% para materiales de dureza uniforme. Cuando se realice éste paso se evitará perder todo tipo de material, incluido el polvo, porque éste será devuelto a la máquina para concluir con el ensayo. 3. 2.2.

ENSAYOS PARA MEZCLAS ASFALTICAS.

2.2.1. CALIDAD DE AGREGADOS PARA MEZCLAS ASFÁLTICAS EN CALIENTE Los agregados para Mezclas Asfálticas en Caliente son usualmente clasificados por tamaños en agregados gruesos, agregados finos, o filler mineral. ASTM define a los agregados gruesos como las partículas retenidas en la malla Nº4 (4.75 mm); y filler mineral como el material que pasa la malla Nº200 (75μm) en un porcentaje mínimo de 70%. Las especificaciones de agregados gruesos, finos, y filler mineral se dan en ASTM D-692, D-1073 y D-242, respectivamente. Los agregados adecuados para su uso en Mezclas Asfálticas en Caliente se determinan evaluándolos para las siguientes características mecánicas: 1. Tamaño y gradación 2. Limpieza / materiales deletéreos 3. Tenacidad / dureza 4. Durabilidad / resistencia 5. Textura superficial 6. Forma de partículas 7. Absorción 8. Afinidad por el asfalto Limpieza El ensayo de Equivalente de Arena, desarrollado por la California División of Highways descrito en ASTM D-2419 es un método para determinar la proporción relativa de polvo o arcilla en la porción de agregado que pasa la malla Nº4. Tenacidad y Resistencia a la Abrasión Los agregados sufren desgaste abrasivo durante su construcción, colocación y compactación de mezclas asfálticas para pavimentos. Los agregados también están sujetos a abrasión por


30

efecto de la carga de tránsito. Los agregados de la superficie requieren mayor tenacidad que los agregados de capas menores que reciben cargas disipadas. El ensayo de abrasión de Los Ángeles mide el desgaste o resistencia a la abrasión del agregado mineral. El equipo y procedimiento se detallan en AASHTO T-96 y ASTM C-131. El ensayo de prueba da rangos de 10% para rocas ígneas muy duras a 60% para calizas y areniscas. El máximo desgaste para agregados gruesos usados en carreteras de primera categoría con Mezclas Asfálticas en Caliente se limita el porcentaje de desgaste a 40% y otras 1

agencias en 60% . ASTM D-1073 no especifica el porcentaje máximo de pérdida por abrasión. Durabilidad y Resistencia Los agregados deben ser resistentes a la falla o desintegración por efectos del humedecimiento-secado y hielo-deshielo. El ensayo ASTM C-88 es una medida empírica que pretende indicar la durabilidad debido a variaciones del clima, no se encontraron registros históricos por ser una nueva fuente para evaluar agregados.

2.2.2. ENSAYO DE ADHERENCIA DE LOS LIGANTES BITUMINOSOS A LOS AGREGADOS GRUESOS Fundamento Todos los agregados son porosos, y algunos son más que otros. La porosidad se determina sumergiendo los agregados en un baño y determinando la cantidad de líquido que absorbe. La capacidad de un agregado para absorber agua (o asfalto) es un factor importante que debe ser cuantificado en el diseño de mezclas asfálticas. Si un agregado es altamente absorbente, entonces continuará absorbiendo asfalto después del mezclado inicial, disminuyendo la cantidad de asfalto para ligar las demás partículas de agregado. Por ello, un agregado más poroso requiere cantidades mayores de asfalto que las que requiere un agregado con menos porosidad. Los agregados altamente porosos y absorbentes normalmente no son usados, a menos que posean características que los hagan deseables. Algunos ejemplos de dichos materiales son la escoria de alto horno y ciertos agregados sintéticos. Estos materiales son altamente porosos, pero también son livianos en peso y poseen alta resistencia al desgaste. El concepto de adherencia en el diseño de mezclas asfálticas está relacionado a la afinidad del agregado por el asfalto, es la tendencia del agregado a aceptar y retener una capa de asfalto. Las calizas y las dolomitas tienen alta afinidad con el asfalto sin embargo también son hidrofóbicas (repelen el agua) porque resisten los esfuerzos del agua por separar el asfalto de sus superficies. Los agregados hidrofílicos (que atraen el agua) tienen, por otro lado, poca afinidad por el asfalto. Por consiguiente, tienden a separarse de las películas de asfalto cuando son expuestas al agua. Los agregados silíceos (cuarcita y algunos granitos) son ejemplos de agregados susceptibles al desprendimiento y deben ser usados con precaución. Como se ha explicado el concepto de adherencia no está necesariamente ligado al concepto de porosidad.


31

Los agregados usados en construcción de carreteras se obtiene del abastecimiento de rocas naturales locales. Las rocas naturales son clasificadas geológicamente en tres grupos dependiendo de su origen: ígneas, sedimentarias y metamórficas. Otro tipo de agregados usados en mezclas asfálticas en caliente son los agregados livianos, producto de arcillas calentadas a temperaturas muy altas, y escorias de altos hornos. Estos dos agregados proporcionan buena resistencia al patinaje cuando se usan en mezclas asfálticas en caliente. En la siguiente tabla se resumen propiedades deseables de rocas para agregados utilizados en Mezclas Asfálticas en Caliente.

Objetivo Este método describe los procedimientos de revestimiento e inmersión estática para determinar la capacidad de retención de una película bituminosa sobre una superficie de agregado en presencia del agua. Esto es aplicable para ambos Bitumenes: RC y Cemento Asfáltico. Donde se desee evitar el desprendimiento, se puede agregar algún aditivo. Equipos de laboratorio 1. Tamices. De 3/8”, 1/4” y bandeja 2. Recipiente. De porcelana 3. Recipiente. De vidrio de 500 ml de capacidad 4. Horno. Capaz de mantener temperaturas de 60º-149º ± 1.1ºC 5. Baño maría para asfalto. con controlador automático 6. Balanza. De 200 ± 0.1 gr de precisión 7. Espátula acerada. De 1” de ancho y 4” de longitud 8. Bitúmen. Que debe ser del mismo tipo de que se va usar en obra. Si se propone algún aditivo químico, éste debe adicionarse al Bitúmen en la cantidad especificada, y antes de mezclar enteramente el especímen. 9. Agua destilada. Con pH entre 6 y 7


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Preparación de la muestra 1. Tamizar el agregado grueso por las mallas 3/8” y 1/4”. 2. Se lava la muestra retenida en la malla ¼” con agua destilada para eliminar los finos y se lleva a secar en horno a la temperatura 110ºC hasta que mantenga un peso constante.

Procedimiento de ensayo 1. Calentar el agregado y bitúmen a la temperatura de mezcla, Tabla Nº1 2. Pesar 100 ± 1gr. del agregado y verterlo en un recipiente de porcelana. Para el Caso 3 (ver Tabla Nº2) incorporar a los agregados 2 ml de agua destilada, mezclar hasta que las partículas estén completamente humedecidas. Pesar el recipiente con el agregado. 3. Incorporar en el recipiente de porcelana, que aún se encuentra en la balanza, la cantidad de material bituminoso, especificado en la Tabla Nº1 ó en la nota. 4. Con una espátula caliente se mezcla vigorosamente hasta que el agregado quede totalmente revestido con el material bituminoso. 5. La mezcla se vierte en un recipiente de vidrio de 500 ml de capacidad y se lleva al horno por espacio de 2 hr. a la temperatura indicada en la Tabla Nº1, para ser curado. 6. Transcurrido el tiempo se retira el recipiente del horno, se remezcla con la espátula mientras la mezcla enfría a temperatura ambiente. 7. Incorporar aproximadamente 400 ml de agua destilada a 25ºC.

Temperatura para Mezcla del Material Bituminos (Ensayo de Adherencia ASTM D1664)


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Cantidad de Material Bituminoso a incorporar

8. El frasco se lleva al baño maría que contiene agua a 25º C, hasta una altura que alcance las ¾ partes de la altura del vaso de vidrio. Es importante indicar que la temperatura debe mantenerse constante. 9. El frasco se tendrá en el baño maría por un período de 16 a 18 horas. 10. Retirar la muestra y sin agitar o alterar el agregado revestido, quitar alguna película que flota en la superficie del agua. Determinar por observación el porcentaje del área total visible del agregado que queda revestido sobre o debajo del 95%, algunas áreas o aristas traslúcidas o parduzcas se consideran como totalmente revestidas. 11. En el informe se mencionará si el porcentaje de área revestida es mayor o menor a 95%, consignándose como (+ 95) ó (– 95), respectivamente. Nota del procedimiento de ensayo Para el caso de agregados secos revestidos con asfalto semisólidos: 40-50 PEN, 60-70 PEN y 85-100 PEN y alquitranes: RT-10, RT-11 y RT-12. El procedimiento es similar salvo en los siguientes ítems: 1. En el ítem 1: Si la mezcla es agregado seco y asfalto: Calentar por separado el agregado y asfalto en horno a temperatura constante de 135149ºC por espacio de una hora. Si la mezcla es agregado seco y alquitrán: Calentar por separado el agregado en horno a temperatura constante de 79-107ºC y el alquitrán a temperatura constante de 93-121ºC. 2. En el ítem 3:


34

Colocar el recipiente de mezcla sobre una malla de asbesto o material aislante para retardar el enfriamiento, incorporar al agregado 5.5± 0.2 gr. de bitumen calentado. Mezclar por 2.0 min. y dejar que la mezcla se enfríe a temperatura ambiente. 3. En el ítem 5: No requiere de curado 3.

Todos los demás pasos son similares.

Determinar por observación el porcentaje del área total visible del agregado que queda revestido sobre o debajo del 95%

Observaciones al ensayo 1. Los resultados del ensayo son subjetivos, esto limita el alcance que tiene a porcentajes mayores al 95%. No se intentará conocer, por éste método, el porcentaje de asfalto retenido por el agregado por debajo del 95%.

3.1.1. ADHESIVIDAD DE LOS LIGANTES BITUMINOSOS A LOS ARIDOS FINOS (PROCEDIMIENTO RIEDEL WEBER) Fundamento La arena que forma parte de una mezcla asfáltica debe tener propiedades químicas adecuadas que permitan la elaboración de una mezcla uniforme, que cumpla con todos los requisitos de durabilidad; una de ellas es medir la adhesividad de los ligantes bituminosos respecto de una arena, natural o de machaqueo, cuando la mezcla árido-ligante se somete a la acción de soluciones de carbonato de sodio a concentraciones crecientes. Objetivo El ensayo de Riedel Weber tiene por finalidad determinar el grado de adhesividad del agregado fino con el asfalto. Se describirán los métodos de ensayo en el siguiente orden: Norma Francesa D.E.E. MA8-1938, Norma Española NLT-355/74, Norma Chilena No. LNV10-86 y Norma MTC 220-1999 en forma paralela y se hará hincapié en caso los procedimientos sean diferente. El ensayo emplea material que pasa las siguientes mallas:


35

Este material se mezcla con asfalto y se ensaya con carbonato de sodio a diferentes concentraciones molares. Todas las normas pueden aplicarse a todos los ligantes bituminosos, betunes de penetración, betunes fluidificados, alquitranes y emulsiones bituminosas. Equipos de Laboratorio 1. Tamices. De abertura cuadrada correspondiente a la norma de ensayo y bandeja. La norma española emplea dos tamices de abertura cuadrada que estén de acuerdo con las normas UNE 7.050 (ASTM D:E11-70) de los siguientes tamaños: Tamiz 0.63 UNE (ASTM Nº30) y Tamiz 0.20 UNE (ASTM Nº70)

2. Estufa. Que alcance y mantenga temperaturas de 145 ±5ºC 3. Cápsula. De porcelana de 300 ml de capacidad 4. Balanza. De 1 kg de capacidad, sensibilidad de 0.1 gr. 5. Balanza. De 200 gr. de capacidad, sensibilidad de 0.01 gr. 1

6. Tubos de ensayo. De 1.3 cm de diámetro y 15 cm de altura , resistentes al calor (pirex) 7. Soporte para tubos de ensayo 8. Fiola. de 500 ml de capacidad resistente al calor (pirex) 9. Vaso de pirex. De 400 ml de capacidad 10. Espátula 11. Mechero 12. Cronómetro. De 10 minutos 13. Chisguete de agua Preparación de la Solución El carbonato sódico puro (Na CO ) anhidro y agua, H O, destilada forman la solución de 2

3

2

carbonato de sodio. Para preparar la disolución a diferentes concentraciones, se debe disolver el peso de Carbonato de Sodio indicado en la Tabla Nº1, según la concentración que se desee obtener, hasta completar un litro de agua destilada.


36

Peso de Na CO por litro de disolución 2

3

Procedimiento de ensayo 1.

Extraer una muestra representativa por cuarteo.

2.

En el caso de la Norma Española y del MTC, si la muestra de árido recibido en el laboratorio proceda de piedra de cantera o de gravera, se procede a su cuarteo y posterior machaqueo hasta obtener una arena; si la muestra de árido recibida es una arena natural o arena de machaqueo se separa por sucesivos cuarteos el material necesario para el ensayo.

3. Tamizar aproximadamente 200 gr de agregado fino por las requeridas según norma de ensayo. Norma Francesa, se tamiza el material por la mallas Nº30 y Nº80, usando la porción retenida en el tamiz inferior. Norma Española y MTC, la fracción del material obtenida por cuarteo se lava para eliminar totalmente el polvo que pueda contener, seguidamente se seca en estufa a la temperatura de 145±5ºC durante 1 hora. Norma Chilena, la muestra se tamiza por vía húmeda por la malla Nº200, se secar a 110±5ºC y se deja enfriar a temperatura ambiente, luego se procede a tamizar por las mallas Nº30 y Nº100. 4. Si el ligante a emplear es: betún asfáltico de penetración, fluidificado o fluxado, o alquitrán, la proporción de mezcla árido-ligante es de 71 volúmenes del árido seco con 29 volúmenes de ligante (la relación correspondiente de masas se calcula a partir de las densidades respectivas). Además las normas Española, MTC y Chilena incorporan como ligante a la emulsión bituminosa de la siguiente manera: Norma Española y MTC, la proporción de mezcla árido-ligante es de 71 volúmenes del árido seco con 95 volúmenes de ligante al 50%.


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La norma Chilena, la proporción de mezcla árido-ligante es de 71 volúmenes del árido seco con 29 volúmenes de emulsión.

5. En la cápsula de porcelana precalentada a la temperatura de mezcla, se incorpora con una espátula caliente el árido con el ligante, debiendo lograr una mezcla homogénea y revestimiento total de las partículas. La temperatura de mezcla será de acuerdo a la Tabla Nº2.

6. Dejar enfriar a temperatura ambiente aproximadamente por 1 hora. Para el caso de mezcla con emulsión las normas consideran: Norma Española y MTC, luego del período de enfriamiento, se decanta el líquido en exceso que acompaña la muestra y se deja reposar durante 24 horas. Norma Chilena, Una hora después de efectuada la mezcla se cura en horno durante 24 horas a la temperatura de 35±3ºC.

7. Preparar 10 esferas de 0.50 gr. de la mezcla, pesadas en una balanza con precisión de 0.01gr. 8. En 10 tubos de ensayo se introducen las esferas preparadas con la mezcla, enumerándolas de 0 a 9. En el tubo marcado con “0”, se incorpora 2.0 ml de agua destilada para la norma Francesa, y 6 ml en el caso de las normas Española y MTC, marcar en el tubo la superficie libre que alcanza el agua. Colocarlo sobre el mechero con ayuda de una pinza.

9. En el momento en que entra en ebullición se controla 1 minuto con el cronómetro, retirar el tubo de ensayo y añadir agua destilada con chisguete hasta el nivel inicial. Agitar vigorosamente por 10 segundos y observar si existe desprendimiento del asfalto en el agregado fino. 10. Si no se observa desprendimiento alguno, se repiten los pasos 9 y 10 con el tubo 1, incorporando el volumen (según punto 9) de carbonato de sodio a la concentración m/256; así sucesivamente hasta que se observe algún desprendimiento entre el ligante y la arena, para el caso de la norma Francesa. En las normas española, MTC y Chilena se continúa con el ensayo hasta que se produzca el desplazamiento total, si el desprendimiento es parcial continuar con mayores concentraciones molares. 11. Se asignará el índice de adhesividad correspondiente a la concentración empleada, según la Tabla Nº1. Si no hay desprendimiento se asignará el grado 10.


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Preparar 10 esferas de 0.50 gr. de la mezcla. En 10 tubos de ensayo se introducen las esferas preparadas con la mezcla, enumerándolas de 0 a 9. Colocarlo sobre el mechero con ayuda de una pinza.

Temperatura de mezcla según norma de ensayo

Evaluación 1.

Norma Francesa: Como Indice de Adhesividad se le asignará al número correspondiente a la menor de las concentraciones ensayadas con la que se produce algún desprendimiento.

2.

Norma Española y MTC definen los siguientes términos: Desplazamiento total, cuando prácticamente todos los granos de la arena aparecen limpios, pudiendo comprobarse porque los granos están sueltos o porque al hacer rodar entre los dedos el tubo de ensayo, los granos de arena siguen libremente la rotación imprimida al tubo ( para ello se puede utilizar como referencia a un tubo de ensayo sin ligante, conteniendo de 5 a 6 ml de agua para comparar su aspecto o movimiento al rodar el tubo de ensayo entre los dedos. Desplazamiento parcial, cuando los granos de la arena aparecen semi-limpios manteniendo una liga o cohesión entre ellos, en este caso los granos de arena envueltos por el ligante permanecen aglomerados en el fondo del tubo de ensayo.


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Para apreciar la adherencia entre el árido-ligante después del ensayo, no se considera el ligante que aparezca en la superficie del tubo de ensayo, solo debe tenerse en cuenta el aspecto que ofrezca la masa de mezcla que queda en el fondo del tubo.

3.1.2. DESTILACIÓN DE ASFALTOS LIQUIDOS Finalidad El ensayo de destilación se emplea para determinar las proporciones relativas de cemento asfáltico y disolventes presentes en el asfalto líquido. Durante el proceso de ensayo se podrá medir las cantidades de disolvente que destilan a diversas temperaturas, dando un indicativo de las características de evaporación del mismo. Estas, a su vez, indican la velocidad a que el material curará después de su aplicación. Objetivo 3

El proceso de ensayo consiste en la destilación de una muestra de 200 cm de asfalto líquido 3

en un matraz de 500 cm , elevando la temperatura y midiendo los volúmenes de disolvente que se recepcionan en una probeta, a temperaturas especificadas. El material que queda en el matraz será el residuo de destilación. Equipos de Laboratorio 3

1. Matraz. De 500 cm mostrado en la Fig. Nº1 2. Condensador recto de vidrio. De 200 a 300 mm de largo 3. Alargadera. De 1 mm de espesor de pared y borde reforzado, con ángulo de 105º y 18 mm de diámetro en su extremo superior y 5 mm en el inferior 4. Pantalla metálica. De hierro galvanizado forrado interiormente con amianto de 3 mm de grosor y provisto de ventanas rectangulares cubiertas de mica transparente. 5. Mechero de gas graduable 6. Chimenea de hierro 3

7. Probetas. De 100 cm de capacidad 8. Termómetro de destilación. ASTM E-1, de -2ºC a 400º C de 1ºC de error máximo 9. Balanza. De 5 kg. de capacidad y 1.0 gramo de aproximación 10. Sujetadores

En la Figura Nº2 se muestra el Equipo de Destilación Procedimientos de Ensayo 1. Armar el equipo de destilación según la Figura Nº2, teniendo el cuidado de que todas las conexiones del equipo de destilación queden herméticamente cerradas para evitar fuga de vapores, que el termómetro quede fijado en posición vertical y alineado con el eje del matraz.


40

2. Agitar la muestra que será ensayada para conseguir homogeneidad, calentarla si fuera necesario. Si la muestra contiene más del 2% de agua, deshidrátese el material antes de la 1

destilación para que no produzca espuma . 3.

Pesar el matraz lavado, secado al horno y frío con el protector.

4.

Incorporar al matraz el peso equivalente a 200 cm de la muestra, con aproximación a 0.5

3

gr., calculado según su Peso Específico. 5. Montar el matraz, colocar el termómetro y hacer circular el agua para que condense el vapor. 6. Prender el mechero y regularlo de tal manera que, luego de iniciado el proceso de ebullición, la primera gota caiga en la probeta entre los 5 y 15 minutos, 7. La velocidad de destilación debe ser controlada durante todo el ensayo, debiendo cumplir 2

las siguientes especificaciones :

8. Si la muestra produce espuma se reduce la velocidad de destilación, normalizándola tan pronto como sea posible. Si el exceso de espuma persiste, se puede controlar la destilación aplicando la llama cerca del borde del matraz, en vez de hacerlo hacia el centro. 9. Cuando la lectura en el termómetro sea de 360ºC se saca y apaga el mechero, al terminar el goteo se hace la lectura. 10. Las lecturas de volumen en la probeta son a las siguientes temperaturas: 225ºC, 260ºC, 3

315ºC y 360ºC, con aproximación de 0.5 cm . Anotar, si lo hubiera, el volumen de agua destilada. 11. El residuo se deja enfriar en un lugar sin corrientes de aire, luego se agita y se vierte en los moldes apropiados para los ensayos que requiera.


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Cálculos 1. Residuo El porcentaje de residuo con respecto a la muestra original es de:

Dónde: R ----- Residuo asfáltico (%) VD ---- Volumen destilado a 360ºC 2. Porcentaje total destilado El porcentaje destilado a 360ºC es:

3. Porcentaje de las fracciones destiladas

Dónde:

VPD

TºC

Volumen destilado a la temperatura TºC

Observaciones 1. Mediante éste proceso de destilación se obtiene el disolvente y asfalto que el refinador empleó en la fabricación del cut back. 2. Los ensayos sobre el residuo asfáltico no son necesariamente características del asfalto básico empleado originalmente para la obtención del producto, ni del residuo que pueda quedar al cabo de un tiempo dado después de la aplicación. 3. Se deben corregir las temperaturas de destilación si la altura del laboratorio se encuentra a partir de 150 m.s.n.m., según la siguiente tabla:


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3.1.3. METODO MARSHALL PARA EL DISEÑO DE MEZCLAS. Objetivo: Diseñar una mezcla asfáltica, obteniendo como resultado una granulometría idónea y el contenido óptimo de asfalto. Equipo y material que se utiliza: Seis moldes metálicos para compactación, con diámetro interior de 101.6 mm y altura de ochenta y siete punto tres (87.3) mm. 

Extensión o collarín y una placa de base.



Pedestal de compactación consistente en un bloque de madera, con peso específico relativo aproximado de 0.72, con sección de 20 por 20 cms. y altura de 45 cms., llevando sujeta en su parte superior una placa metálica cuadrada de 2.5 cms. De espesor y 30 cms. por lado, teniendo el pedestal en su parte inferior dispositivos de anclaje para fijarlo en posición vertical sobre una losa rígida de concreto, de tal manera que la placa metálica permanezca en posición horizontal.



Sujetador metálico para los moldes de compactación.



Pisón de compactación con superficie circular

apisonado

de

98.4 mm.

de

diámetro. 

Máquina prueba Marshall con capacidad de

3,000

kgs

accionada

con

motor

eléctrico. 

Extensómetro para medir la deformación vertical o flujo del espécimen.



Dispositivo para extraer los especímenes del molde.



Mezclador mecánico, con tazones de dos (2) litros de capacidad como mínimo y agitadores de espátula.



Baño de agua o tanque de saturación con control termostático que mantenga una temperatura

entre

20-80

grados

centígrados. 

Acondicionador ambiental para mantener la temperatura 25 grados centígrados. Máquina de estabilidad Marshall con anillo de carga



Horno con temperatura controlable hasta 200 grados centígrados.



Parrilla eléctrica con capacidad para calentar las muestras de agregados hasta 150C°, con control termostático.



Balanza de 2 kgs de capacidad y de (0.1) gramos de sensibilidad.



Balanza de 20 kgs de capacidad y sensibilidad de 1 gramo.


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

Termómetro con cubierta de metal para registrar temperaturas de 10 a 200 C°.



Termómetro para el baño de agua que registre temperaturas de 20 a 70 C°.



Calibrador tipo máuser, con aproximación de 0.1 mm.



Equipo de uso general como charolas rectangulares, charolas redondas, cucharas de albañil, cucharones, espátulas, pinzas para vasos, guantes de hule y guantes de asbesto.



Estearato de zinc, parafina, crayones.



Papel filtro de forma circular con diámetro ligeramente menor que el molde de compactación.

Procedimiento: 1. Previamente a la preparación de las mezclas se determina el peso específico relativo aparente por inmersión en cemento asfáltico, del material pétreo seleccionado, así como, del cemento asfáltico. 2. La preparación de las mezclas de prueba para fines de diseño, se lleva acabo con la cantidad necesaria de material pétreo para que el espécimen tenga una altura aproximada de 63.5 mm; 1,100 gr. de material pétreo generalmente pueden resultar adecuados. Las proporciones de cemento asfáltico que se deben utilizar para elaborar estas mezclas se definen con base al contenido óptimo aproximado. 3. Las mezclas se preparan por triplicado cada una para elaborar el espécimen, con los siguientes contenidos de cemento asfáltico: Contenido óptimo aproximado, -1.0%Contenido optimo

aproximado,

-0.5%Contenido

óptimo

aproximado,

+0.5%Contenido óptimo aproximado, +1.0%Contenido

óptimo

aproximado,

+1.5%Contenido óptimo aproximado, +2.0% 4. Al terminar la operación de mezclado se tendrá en la mezcla la temperatura de compactación, pudiendo, para lograrlo aplicar calor mediante el mezclado, y además, en el caso de rebajados, se tendrá una relación solvente de cemento asfáltico (K) de cero punto cero ocho (0.08) para rebajados de fraguado rápido y de cero punto doce (0.12) para rebajados de fraguado medio. Cuando se trate de mezclas elaboradas con emulsiones, se mezclaran lo suficiente para homogenizarlas, verificando frecuentemente el peso de la mezcla, a fin de lograr que por decantación y evaporación sucesiva se elimine el ochenta por ciento (80%), aproximadamente, del agua y solventes que originalmente tenía la emulsión agregada. La humedad que conserve la mezcla será cercana a la óptima de compactación y se precisará elaborando la respectiva curva peso volumétrico de la mezcla – humedad. 5. Se limpian la placa de compactación del pisón y los moldes de compactación y junto con el collarín, la espátula y placa de base respectivos, se calientan a 90 C° utilizando para ello un recipiente con agua calentada a dicha temperatura. 6. Se prepara una de las mezclas de prueba de uno de los contenidos de asfalto seleccionados y estando a la temperatura de compactación indicada, se saca del baño o recipiente con agua a 90 C°, un molde con su collarín y base, se secan rápidamente y se arma sobre una mesa, poniendo en el fondo una delas hojas de papel filtro circular. Se


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vacía dentro del molde la mezcla asfáltica elaborada y se acomoda con la espátula, previamente calentada, introduciéndola 15 veces en la parte cercana al contacto de la mezcla con el molde, y 10 veces en la porción central de la misma, para acomodarla sin que se clasifique. Por último, se acomoda la parte superior del espécimen procurando dejarle la superficie ligeramente ablandada, sobre la cual se coloca otra de las hojas de papel filtro circular. 7. A continuación se coloca el molde con su base y collarín montados, conteniendo la mezcla de prueba sobre el pedestal de compactación y se ajusta el dispositivo de este que sostiene el molde; se aplican con la pesa deslizante del pisón de compactación 50 golpes, o bien, 75 golpes, dependiendo de lo que especifique el proyecto para el tipo de tránsito considerado. La altura de caída de la pesa será de 457 mm., debiendo mantenerse el eje del pisón en posición normal a la base del molde. 8. Una vez aplicando el número de golpes de compactación establecido se libera el molde de la sujeción y se remueve el collarín, se invierte el molde conteniendo el espécimen y se ajusta sobre la placa de base, se vuelven a colocar el collarín y el dispositivo que sostiene el molde y enseguida se aplica la otra cara del espécimen el mismo número de golpes que en la cara primeramente mencionada. 9. Se determina con el calibrador la altura del espécimen dentro del molde, y se anota esta en milímetros en la columna de la hoja del registro, si dicha altura no es de 63 ± 3 mm., la cantidad de mezcla empleada en la elaboración del siguiente espécimen deberá corregirse aplicando la siguiente fórmula:

Donde: P´e = Peso corregido de la mezcla para elaborar uno de los nuevos especímenes, en gramos. Pe = Peso del espécimen elaborado, en gramos. HE = Altura del espécimen elaborado, en milímetros 10. Se separan del molde que contiene el espécimen, la placa de base y su collarín y se deja enfriar dicho espécimen en el molde el tiempo necesario para que al ser sustraído no sufra deformaciones para lo cual se introduce en caso necesario, durante una hora, en un baño de aire o ambiente con aire acondicionado a 25 C°; a continuación, utilizando el extractor de especímenes, se saca cuidadosamente el espécimen del molde y se le coloca sobre una superficie plana y horizontal en donde permanecerá en reposo a la temperatura ambiente, antes de ser probadas, durante 24 horas aproximadamente contadas a partir de su elaboración. 11. Se moldean sucesivamente cada uno de los especímenes restantes del contenido de asfalto con que se inicio la prueba siguiendo los pasos descritos y después, en la misma


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forma, los demás especímenes de cada uno de los contenidos de asfalto considerados en el estudio. 12. Transcurrido el periodo de enfriamiento se determina el peso volumétrico de cada uno de los especímenes de prueba, utilizando el método de la parafina. Los datos obtenidos se anotan en la hoja de registro. 13. A continuación se sumergen todos los especímenes en el baño de agua, a una temperatura de 60+1 C° durante un lapso 30 a 42 minutos, excepto en el caso de mezclas elaboradas con asfaltos rebajados o emulsiones, en que los especímenes antes de ser probados se colocan en un ambiente con aire a una temperatura de 25 1. ± 1 C° permaneciendo en estas condiciones mediante dos horas. La determinación de la estabilidad y flujo se iniciará a los treinta minutos de inmersión, para lo cual se va extrayendo sucesivamente los especímenes del baño, debiendo sacar y probar el último a los cuarenta y dos minutos de haber sido introducido en el baño. 14. Se lubrican las guías de los cabezales de prueba, se limpian sus superficies interiores y se mantienen estos a una temperatura de 35+3 C°, en el caso de mezclas con cemento asfáltico y de 25+ 3 C°, en el caso de mezclas con rebajados o emulsiones. Se verifica que el extensómetro del anillo de carga instalado en la máquina de compresión marque cero cuando no se esté aplicando carga. 15. Se saca un espécimen del baño de agua o del acondicionador de ambiente y se le elimina la humedad superficial que presente, se coloca sobre el cabezal inferior y se centra en el mismo; se monta y coloca sobre el espécimen el cabezal superior y en esta forma se lleva el conjunto a la máquina de compresión, en donde se coloca y se centra. Se instala sobre la varilla guía el extensómetro para medir el flujo, se ajusta a cero su carátula y durante la aplicación de la carga se sujeta por el casquillo, oprimiéndolo contra el cabezal. 16. Se aplica carga al espécimen a una velocidad de deformación constante, de 50.8 mm por minuto, hasta que se presenta la carga máxima o sea la necesaria para producir la falla del espécimen a la temperatura de prueba; dicha carga es el valor de estabilidad Marshall y se anotara en kilogramos en la columna de la hoja de registro. Como antes se indicó, mientras la carga se está aplicando se sostiene firmemente el extensómetro medidor de flujo sobre la varilla guía y al presentarse la carga máxima se toma la lectura correspondiente y se registra con aproximación de 0.1 mm. La deformación del espécimen en milímetros es el valor del flujo, el cual se anota en la columna de la hoja de registro. Todo el procedimiento para efectuar las pruebas de estabilidad y flujo del espécimen deberá completarse en un periodo de 30 segundos contados a partir del momento en que el espécimen se retire del baño. 17. Se determina sucesivamente la estabilidad y flujo de cada uno de los especímenes restantes del contenido de asfalto con que se inició la prueba después de los cuales, aplicando este mismo procedimiento, se determinan los valores correspondientes a los especímenes de cada uno de los demás contenidos de asfalto considerados en el estudio.


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18. Se verifica en forma sucesiva en cada espécimen del estudio el porcentaje de asfalto que realmente contiene, de no requerirse mucha precisión, se restará 0.3% a cada uno de los contenidos de asfalto considerados al elaborar las mezclas, para corregir dichos contenidos por pérdidas durante el mezclado. Los contenidos de cemento asfáltico así corregidos se anotan en la hoja de registro. 19. Se calculan todas las columnas de la hoja de registro, de donde se dibujarán las gráficas que se indican a continuación: Contenido de asfalto – Peso volumétrico Contenido de asfalto - % de vacíos de la mezcla Contenido de asfalto - % de vacíos del material pétreo Contenido de asfalto – Estabilidad Contenido de asfalto – Flujo 20. De cada gráfica se define cual es el contenido de asfalto que mejor satisface los requisitos de proyecto para cada una de las características que se graficaron y se promedian dichos contenidos.

4. ENSAYOS DE LABORATORIO NECESARIOS PARA EL CONTROL DE CALIDAD DE PAVIMENTOS AFIRMADOS 4.1. Ensayos para el reconocimiento del terreno

4.1.1. Calicatas Excavaciones que permiten la observación del terreno hasta profundidades máximas de hasta 3 ó 4 metros. Además de observaciones de tipo litológico, se pueden obtener datos sobre la compacidad del material, la estabilidad de las paredes de la excavación, nivel freático, etc. También permiten la ejecución de algunos ensayos in situ a diferentes cotas, como el penetrómetro dinámico de cono.

Existen también los llamados métodos geofísicos, siendo los más utilizados: 1. Métodos sísmicos 2. Métodos eléctricos, sondeos eléctricos verticales (S.E.V.) 3. Métodos gravimetricos 4. Georradar 4.2. Ensayos de laboratorio Al igual que en el caso de los ensayos “in situ”, existe una gran variedad de ensayo de laboratorio disponibles, dependiendo de las características del terreno. Los ensayos más usuales son los de identificación, de resistencia y de deformabilidad. La toma de muestras debe ser lo más representativa posible de la realidad a analizar y durante su envío hasta el laboratorio, se cuidará de que las muestras no sufran deterioros o mezclas de las mismas, que nos puedan inducir errores en los resultados obtenidos.


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4.2.1. Ensayos de identificación de suelos 4.2.1.1. Análisis granulométrico por tamizado y sedimentación Este ensayo tiene por objeto determinar los diferentes tamaños de las partículas de un suelo y obtener la cantidad, expresada en tanto por ciento de éstas, que pasan por los distintos tamices de la serie empleada en el ensayo, desde el tamiz de 2” hasta el tamiz N° 200. Cuando se quiera conocer la distribución de tamaños de las partículas inferiores a dicho tamiz (Nº 200), se debe completar este procedimiento con el de sedimentación. De la realización de este ensayo se obtiene la siguiente información: - Distribución granulométrica del suelo analizado. - Clasificación de los suelos granulares. - Se puede, en algunos casos, inferir su origen geológico. - Se pueden obtener parámetros como el diámetro efectivo, coeficiente de uniformidad, y coeficiente de curvatura. 4.2.1.2. Determinación de los Límites de Atterberg Es junto con la granulometría uno de los ensayos más comunes, debido a la información que se obtiene del mismo y la posibilidad de clasificar un suelo a partir de los datos obtenidos. El contenido de agua o humedad límite al que se produce el cambio de estado varía de un suelo a otro. El método usado para medir estos límites se conoce como método de Atterberg y los contenidos de agua o humedad con los cuales se producen los cambios de estados, se denominan límites de Atterberg (LL, LP, IP, LC). 4.2.1.3.

Contenido en humedad. Es junto con el contenido de vacíos, una de las características fundamentales para explicar el comportamiento del suelo (especialmente en aquellos de textura más fina), como por ejemplo cambios de volumen, cohesión, estabilidad mecánica. El método tradicional de determinación de la humedad del suelo en laboratorio, es por medio del secado a horno, la relación (%) entre el peso agua / partículas sólidas. Otros métodos para determinar el contenido de humedad: método del alcohol metílico, método del Speedy, y método nuclear.

4.2.1.4. Densidad de un suelo Existen diferentes normas para determinar las diferentes densidades de un suelo, dependiendo el uso que se le vaya a dar a las mismas. Así podemos distinguir entre densidad aparente, densidad seca, densidad relativa, densidad máxima y densidad mínima de suelos granulares. 4.2.1.5. Ensayo de Colapsabilidad La colapsabilidad es la tendencia que puede tener un terreno a reducir su volumen de forma rápida (colapso). Este fenómeno sucede en determinados tipos de suelos, como son los de granulometría tipo limo y los que pueden perder parte de sus componentes por lavado de finos (rellenos) o por disolución (yesos).


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El ensayo reproduce el efecto de una saturación súbita del terreno cuando está sometido a una carga de magnitud prefijada. Se estudia en suelos naturales poco consolidados, rellenos y terrenos con alto contenido de limos. La expansividad es una característica de determinados tipos de arcillas, que se manifiesta con cambios de volumen al modificarse las condiciones de humedad del terreno. Los cambios de volumen pueden afectar de manera muy negativa a las estructuras de pavimento, si estas no han sido diseñadas para “absorber” estas deformaciones del terreno o quedar al margen de sus efectos.

4.2.1.6.

Ensayo edométrico o de consolidación

Se entiende como consolidación de un material la deformación o reducción de tamaño que sufre cuando es sometido a una carga. La finalidad de este ensayo es determinar la velocidad y grado de asentamiento que experimentará una muestra de suelo arcilloso saturado al someterla a una serie de incrementos de presión o carga. El fenómeno de consolidación, se origina debido a que si un suelo parcial o totalmente saturado se carga, en un comienzo el agua existente en los poros absorberá parte de dicha carga puesto que esta es incompresible, pero con el transcurso del tiempo, escurrirá y el suelo irá absorbiendo esa carga paulatinamente. Este proceso de transferencia de carga, origina cambios de volumen en la masa de suelo, iguales al volumen de agua drenada. La consolidación del suelo produce asientos en las cimentaciones. Estos asientos pueden producirse mas o menos rápidamente en función de la granulometría y de la facilidad con la que puede escapar el agua intersticial. Los suelos arcillosos asientan más y más lentamente que los arenosos. El ensayo debe realizarse sobre una muestra inalterada tomada en sondeo.

4.2.2. Ensayos químicos Ensayos destinados a determinar la agresividad del terreno con las estructuras proyectadas en el mismo, especialmente a las estructuras de hormigón, como suelen ser las obras de drenaje. Contenido en materia orgánica Contenido en sulfatos solubles en suelos Acidez del suelo

4.2.3. Ensayos de resistencia 4.2.3.1. Ensayo corte directo Con este ensayo se obtienen dos parámetros del suelo, la cohesión y ángulo de fricción interna. Se usa el aparato de corte directo, que consiste en una caja de sección cuadrada o circular dividida horizontalmente en dos mitades.


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Dentro de ella se coloca la muestra de suelo con piedras porosas en ambos extremos, se aplica una carga vertical de confinamiento (esfuerzo normal) y luego una carga horizontal (esfuerzo cortante) creciente que origina el desplazamiento de la mitad móvil de la caja originando el corte de la muestra.

4.2.3.2. Ensayo compresión no confinada (CNC) Tiene por finalidad, determinar la resistencia a la compresión no confinada (qu), de un cilindro de suelo cohesivo o semi cohesivo, e indirectamente la resistencia al corte (c), por la expresión: c = qu / 2 ( kgs/cm2 ) Este ensayo es ampliamente utilizado, ya que constituye un método rápido y económico. Consiste en un ensayo uniaxial, en donde la probeta no tiene soporte lateral. 4.2.3.3. Ensayo triaxial Es un ensayo que se emplea para determinar los principales parámetros resistentes de un suelo, es decir, delimitar los estados de tensiones principales posibles de los no posibles. El umbral que separa ambos estados es una recta que viene definnida por el ángulo de rozamiento interno del suelo (φ’) y la cohesión (C). Existen diferentes tipos de ensayos triaxiales que a continuación se describirá brevemente: Consolidado drenado (C.D.): se trata de confinar las 3 probetas a presiones diferentes y a continuación romper la muestra a través del pistón vertical. La rotura se realiza lentamente para corregir cualquier variación intersticial que pudiera inducir a la rotura con la presión de agua del exterior. Consolidado no Drenado (C.U.): se diferencia del anterior en que una vez terminada la consolidación se cierra el drenaje de agua exterior. Esto permite conocer las tensiones efectivas en la probeta en todo momento. No Consolidad y No Drenado (U.U.): sirve para determinar la resistencia de un suelo en condiciones de resistencia a corto plazo. La densidad, la adherencia y unión entre partículas permanece intactas independientemente del nivel de carga. 4.2.3.4. Ensayo Próctor El ensayo Próctor 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 la cantidad de agua que hemos de añadir a un suelo para poderlo compactar al máximo con una energía concreta. Existen dos tipos de ensayo próctor. La realización de un tipo u otro deberá estar de acorde con el material y el equipo de compactación que se utilizará en obra. 4.2.3.5. Determinación de la capacidad de soporte CBR del suelo El ensayo CBR mide la carga necesaria para penetrar un pistón de dimensiones determinadas a una velocidad previamente fijada en una muestra de suelo, compactada según su próctor,


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formada por tres probetas (generalmente compactada a 15, 30 y 60 golpes/capa), 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 prever la hipotética situación de acumulación de humedad en el suelo después de la construcción. 4.2.3.6. Control de compactación Determinación de la densidad “in situ” Método del cono de arena: Es un método en desuso, pero que debe utilizarse como calibración de otros métodos. Representa una forma indirecta de obtener el volumen del agujero utilizando para ello, una arena estandarizada compuesta por arena silícea normalizada. Método con densímetro nuclear: La determinación de la densidad y humedad a través de este método, está basada en la interacción de los rayos gamma provenientes de una fuente radiactiva y los electrones de las órbitas exteriores de los átomos del suelo, la cual es captada por un detector gamma situado a corta distancia de la fuente emisora, sobre, dentro o adyacente al material a medir.


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proceso Construccion de Pavimentos

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