diseño bicapa

UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA

PAVIMENTOS BICAPA

1. ANTECEDENTES Nadie discute la importancia que tienen las carreteras como infraestructura básica de un país. En el último siglo las tendencias básicas para resolver desde el punto de vista técnico estas carreteras han sido mediante firmes flexibles, formados por distintas capas, de rigidez decreciente en profundidad, tomando como ligante los materiales bituminosos, firmes semirrígidos constituidos por capas tratadas o estabilizadas con cemento o firmes rígidos, basados principalmente en soluciones de losas continuas de hormigón apoyadas

directamente sobre la explanada. Además, en el ámbito internacional, existen intentos minoritarios de soluciones en base a prefabricados de hormigón. En cualquier caso, todas las experiencias señaladas eran fundamentalmente de una solución monocapa de hormigón estructural, sin plantearse soluciones bicapas, una de ellas (la superior) con función de capa de rodadura.

2. INTRODUCCIÓN Independientemente de las características técnicas de estas losas (losas cortas de hormigón en masa o armadas, losas continuas de hormigón armado, etc,), cabe señalar que, salvo actuaciones muy puntuales y excepcionales, las aplicaciones o realizaciones han sido con losas monocapa, esto es, todo el hormigón de la losa era de las mismas características. A la luz de la información reflejada, este informe incorpora diseño de pavimentos bicapa de hormigón especialmente basada basada en la experiencia

austriaca y en las directrices

comunes o generales recogidas en las normativas españolas, en los aspectos de carácter general, por ejemplo, tráficos, tipos de explanada, etc.

3. OBJETIVOS

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El objetivo de este informe es conocer el diseño bicapa de pavimentos bicapa de hormigón

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4. MARCO TEÓRICO 4.1. DEFINICIÓN Consiste en un riego con gravilla, se aplica una capa de emulsión seguida por una capa de áridos, sobre una superficie acondicionada previamente, este proceso se repite una segunda vez disminuyendo con cada nueva aplicación el tamaño de los agregados. El tamaño medio del árido de cada distribución sucesiva es la mitad o menos del tamaño medio de la capa precedente. El espesor total es aproximadamente igual al tamaño máximo nominal del árido de la primera aplicación. La compactación de cada capa se la realiza en forma inmediata a la extensión del agregado

4.1. USOS: Pueden ser usados como capas de protección sobre caminos estabilizados o como conservación de pavimentos asfálticos. Constituye un método de reparación de la capa de rodadura. Pueden aplicarse sobre una base no asfáltica imprimida o sobre una base asfáltica. Provee una superficie económica y duradera para caminos con base granulares que tienen tránsitos ligeros y de mediano volumen.

4.2. DISEÑO DEL TRATAMIENTO SUPERFICIAL BICAPA: En el diseño del tratamiento superficial bicapa se utiliza agregados chancados y emulsión catiónica de rotura rápida 

AGREGADOS DE CANTERA El procedimiento de chancado se realiza a través de un conjunto de chancadoras y clasificadoras, obteniéndose éstos agregados con las características de acuerdo a las necesidades que se requieren en el servicio. Las características físicas y mecánicas de la cantera debe satisfacer los requerimientos especificados para grava <1” (1era capa) y gravilla < ½” (2da capa), los cuales son obtenidos producto del chancado de Bolonerías (> de ½”)

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EMULSIÓN CATIÓNICA DE ROTURA RÁPIDA (CRR-2) Debe cumplir con los requerimientos especificados:

DOSIFICACIÓN DEL VALOR DE ASFALTO POR EL MÉTODO LNV – LABORATORIO NACIONAL DE VIABILIDAD (Chile) Este método de diseño se basa en el propuesto por “The Asphalt Institute”. Se considera, que en un doble tratamiento, la primera aplicación de agregado determina normalmente el espesor de éste. La segunda aplicación de sirve sólo para llenar parcialmente los huecos superficiales de la primera capa. La forma en que éstos huecos se llenen determinará la textura superficial. El tamaño del agregado de

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la segunda aplicación corresponde a la mitad del tamaño del agregado de la primera aplicación. Para determinar la cantidad de asfalto requerida en cada capa de aplicación, se emplea la teoría de volúmenes absolutos. Esta teoría supone arbitrariamente que: a) Las partículas del agregado fino llenan los huecos superiores dejados por el agregado grueso. b) El espesor final es aproximadamente igual al tamaño máximo del agregado grueso. c) Los huecos tienen un volumen absoluto total de 5% a 7%.

DETERMINACIONES BÁSICAS: 

Determinar la densidad bulk (base seca) de la primera y segunda aplicación de agregados ρRS1 y ρRS2, expresados en kg/m3.

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Determinar el espesor medio de las partículas de agregados de la primera y segunda aplicación M1 y M2 de acuerdo al procedimiento indicado en Dosificación de Tratamiento Simple.

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Determinar el peso volumétrico suelto de la primera y segunda aplicación de agregados ρa1 y ρa2, expresados en kg/m3.

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Seleccionar el porcentaje de asfalto en volumen ρb (Tabla 5.1)

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Seleccionar el volumen de huecos en el tratamiento determinado v (Tabla 5.1)

Tabla 5.1. % Aslfalto en volumen y % de huecos TRANSITO Estacionamiento Liviano Medio Pesado Muy pesado

veh/dia (*)

%asf. Vol. Pb

% huecos v

5 25 250 S/limite

22 20 19 18 17

5 5 6 7 7

(*) Valor máximo por pista para camiones y buses en la vida de diseño Fuente: Laboratorio Nacional de Viabilidad (Chile)

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Determinar la densidad del residuo asfáltico. Pb expresado en kg/m3 y el factor de corrección k. Tabla 5.1. % Densidad y factor de corrección k del asfalto Asfalto

k

Ρb (*) (Kg/m3) 1010 960 1000

CRR-2 RC-250 CA-120/150 (*) Valores más usuales Fuente: Laboratorio Nacional de Viabilidad (Chile) 

O.85 0.90 1.00

Calculo de espesor medio de las partículas (M) (mm) El espesor medio se calcula de acuerdo a los coeficientes y procedimientos dados en el cuadro siguiente

Tamiz (mm)

ASTM

Tabla 5.1. % Primera capa Ret. % Pasa coeficiente (decimal)

1” 25 100 0.0 ¾” 19 95.4 4.6 ½” 12.5 39.8 55.6 3/8” 9.5 5.2 34.6 4.75 N° 4 1.3 3.9 2.36 N° 8 0.0 1.3 Fuente: Laboratorio Nacional de Viabilidad (Chile)

0.0 22 15.8 11 7.1 3.6

Espesor (mm) 0.0 1 8.8 3.8 0.3 0.0

El espesor medio es la resultante de la suma de los productos: retenido (decimal) x coeficiente

Tamiz (mm)

ASTM

Tabla 5.2. % Segunda capa Ret. % pasa coeficiente (decimal)

½” 12.5 100 0 3/8” 9.5 93.2 6.8 ¼” 6.3 33.4 59.9 4.75 N° 4 8.2 25.2 2.36 N° 8 0.9 8.1 Fuente: Laboratorio Nacional de Viabilidad (Chile)

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15.8 11 8.1 7.1 3.6

Espesor (mm) 0 0.8 4.9 1.8 0.3

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CALCULO DE VOLÚMENES ABSOLUTOS 

Volumen en 1m 2: V=M1

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Volumen de huecos: Vv = v x V/100

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Volumen de asfalto Vb= V x ρb/100

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Volumen 2da. Aplicación V2 = M2 x ρa2/ρRS2

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Volumen 1ra. Aplicación de agregado V1 = V – (Vv + Vb + V2)



Asfalto en peso (kg/m2) A= Vb x ρb/ (k x 1000)

DISEÑO RECOMENDADO 

Primera aplicación de agregado (Kg/m2) S1= 1.05 x ρRS1 x V1 x 1/100… (1)

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Segunda aplicación de agregado (Kg/m2) S2= 1.05 x ρRS2 x V2 x 1/100… (2)

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Primera aplicación de emulsión (Kg/m2) A1 = 0.55x A… (3)

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Segunda aplicación de emulsión (Kg/m2) A2 = 0.45x A… (4) Las ecuaciones (1) y (2) consideran un 5% de pérdida de agregado por pérdida en bordes y traslapos. Las ecuaciones (3) y (4) consideran la aplicación de un 45% del asfalto en la primera aplicación y un 55% del asfalto en la segunda aplicación. Estos valores podrán variar de acuerdo al ligante, geometría, tránsito y clima.

EVALUACIÓN DE CANTERAS: Debe ser un depósito de formación aluvial, cuyos agregados deben ser de forma semiangular. El tamaño nominal máximo de 9”. Un rendimiento de 30.4% de bolonería entre (4”- ¾”) para trituración.

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El material de arena es de 51 %. El CBR de estos materiales se encuentra en 88.6%. Abrasión es 27% y sometida la grava al ensayo de durabilidad con sulfato de magnesio obtiene una pérdida de 9%, el peso específico bulk (base seca) de la 3 grava se encuentra en 2 564 g/cm y el peso unitario suelto seco de la grava es 1 3 369 kg/ m

DISEÑO DEL TRATAMIENTO SUPERFICIAL BICAPA Los agregados presentan los siguientes diámetros máximos: Grava chancada (1ra capa) – Ømax <1” – N°4 Grava chancada (2da capa) – Ømax <1/2” – N°8 

Calculo del espesor medio del las partículas (M) (mm) M1= 13.9 M2= 7.8

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Calculo de volúmenes absolutos (l/m2) Volumen en 1m2: V=M1 V=13.9

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Volumen de huecos: Vv = v x V/100 Si v= 7 por ser tránsito pesado entonces: Vv = 7 x 13.9/100 = 0.973

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Volumen de asfalto Vb= V x ρb/100 Si ρb= 18 de tabla 5.1 Vb= 13.9 x 18/100 = 2.502

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Volumen 2da. Aplicación V2 = M2 x ρa2/ρRS2 V2 = 7.8 x 1369/2564 = 4.16

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Volumen 1ra. Aplicación de agregado V1 = V – (Vv + Vb + V2) V1 = 13.9 – (0.973 + 2.502+ 4.16) = 6.27

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Asfalto en peso (kg/m2) A= Vb x ρb/ (k x 1000) A= 2.502 x 1010/ (0.85 x 1000) = 2.973

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DISEÑO RECOMENDADO 

Primera aplicación de agregado (Kg/m2) S1= 1.05 x ρRS1 x V1 x 1/100… (1) S1= 1.05 x 2564 x 6.27 x 1/100 = 16.88 Kg

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Segunda aplicación de agregado (Kg/m2) S2= 1.05 x ρRS2 x V2 x 1/100… (2) S2= 1.05 x 2564 x 4.16 x 1/100 = 11.20 Kg

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Primera aplicación de emulsión (Kg/m2) A1 = 0.55 x 2.973 = 1.635 lts/m2 A1 = 0.55 x 2.973 = 0.43 gl/m2

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Segunda aplicación de emulsión (Kg/m2) A2 = 0.55 x 2.973 = 1.338 lts/m2 A2 = 0.55 x 2.973 = 0.35 gl/m2

PROCESO CONSTRUCTIVO DE TRATAMIENTO SUPERFICIAL BICAPA Antes de la construcción del tratamiento superficial se reconformará la base existente, la que luego será imprimada. Base reconformada.

Figura N°1. Base reconformada.

1. PREPARACION DE LA SUPERFICIE EXISTENTE Antes de la aplicación de la capa de imprimación, todo material suelto o extraño debe ser eliminado por medio de una barredora mecánica y/o un soplador mecánico, según sea necesario. Las concentraciones de material fino deben ser removidas por medio de la cuchilla niveladora o con una ligera escarificación.

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2. RIEGO IMPRIMACIÓN La imprimación asfáltica, es la aplicación de un material asfáltico líquido, de baja viscosidad, a una superficie no asfáltica como preparación para recibir tratamiento o construcciones posteriores. Tiene los propósitos siguientes: - Impermeabilizar la superficie de la base. - Sellar y juntar las partículas sueltas de material inerte. - Endurecer la superficie de modo que la aplicación que sobre ésta se efectúe no se infiltre y quede disponible para su función específica. - Promover una adhesión entre la base y el tratamiento. La cantidad por m2 de material bituminoso, debe estar comprendido entre 0.7 – 1.5 lt/m2 para una penetración dentro de la capa granular de apoyo de 7mm por lo menos. No se permitirá la construcción del tratamiento mientras el riego de imprimación no haya completado su curado y, en ningún caso, antes de veinticuatro horas, transcurridas desde su aplicación.

3. BARRIDO Se deberá barrer la arena suelta que haya quedado en l a base ya imprimida con el uso de barredoras mecánicas y/0 un soplador mecánico.

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4. PRIMERA APLICACIÓN DE L.A EMULSIÓN Antes de la aplicación del ligante bituminoso se marcará una línea guía en la calzada para controlar el paso del distribuidor y se señalará la longitud de la carretera que quedará cubierta, de acuerdo con la cantidad de material bituminoso disponible en el distribuidor y la capacidad de extensión del esparcidor de agregados pétreos. La dosificación elegida del ligante se aplicará de manera uniforme, evitando la duplicación de la dotación en las juntas transversales de trabajo, para ello se colocarán tiras de papel u otro material bajo los difusores en aquellas zonas de la superficie donde comience o se interrumpa el riego. Por ningún motivo se permitirá la ejecución del tratamiento cuando la temperatura ambiente a la sombra y la de la superficie sean inferiores a diez grados (10°C) o haya lluvia o fundado temor de que ella ocurra. No se permitirá ningún tipo de tránsito sobre el ligante aplicado.

5. PRIMERA DISTRIBUCIÓN DEL AGREGADO Cuando se mueva el distribuidor hacia adelante para esparcir el asfalto, el esparcidor de agregado debe, empezar inmediatamente detrás. Es esencial que el asfalto sea cubierto dentro de un minuto a lo sumo, ya que el aumento de viscosidad que se produce dentro de ese tiempo puede impedir una buena humedad y junta del agregado. Es también importante que el agregado se es para uniformemente y en la proporción apropiada de manera que se evite el contacto de las ruedas del equipo de extensión con el legante sin cubrir. Una proporción uniforme de aplicación se obtendrá con un esparcidor correctamente ajustado, si se mantienen un taquímetro para asegurar una velocidad uniforme.

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El exceso de agregado, si se ha dejado en algunas áreas, debe ser removido de inmediato con palas cuadradas. En áreas don de la aplicación es insuficiente, debe añadirse agregado adicional, lo más rápido posible.

6. COMPACTACIÓN DE LA PRIMERA CAPA Las operaciones de compactación se realizarán con el rodillo neumático y comenzarán inmediatamente después de la aplicación del agregado, esto asienta el agregado en el asfalto y promueve la juntura que es necesaria para resistir el paso del tráfico. La compactación continuará hasta obtener una superficie lisa y estable, luego debe ser interrumpido o la juntura entre asfalto y el agregado podría romperse. El rodillo liso se usará para hacer presión sólo en los lugares más altos, logrando u mejorar la apariencia de la capa y su transitabilidad.

7. REMOCIÓN DEL EXCESO DE AGREGADO DE LA PRIMERA CAPA A pesar de las precauciones, siempre habrán partículas sueltas de agregado en la superficie del camino, después de completada la operación de compactación. Se debe barrer el agregado suelto a lo largo de la juntura, y si es necesario, del resto de la superficie no cubierta.

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Estas partículas deben ser removidas, por un barrido ligero con una barredora mecánica y/o un soplador mecánico cuando el asentamiento final del asfalto ya ha ocurrido.

8. SEGUNDA APLICACION DE LA EMULSIÓN La segunda mano de ligante se aplicará, con la dotación y a la temperatura correspondiente, de la misma forma que la primera. Se aplicará dentro de las 24 horas siguientes a la construcción de la capa anterior. El ancho de franja en que se aplique el riego debe variar en relación con el empleado en el anterior e unos veinte centímetros (20cm), en más o menos, con el fin de impedir que la junta de construcción longitudinal se superponga con la de la anterior capa, para obtener una superficie uniforme.

9. SEGUNDA DISTRIBUCIÓN DEL AGREGADO La segunda extensión del árido se realizará, con la dotación prevista, de la misma forma que la primera.

10. COMPACTACIÓN DE LA SEGUNDA CAPA La compactación de la segunda capa se realizará, de la misma forma que la primera.

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11. REMOCIÓN DEL EXCESO DE AGREGADO DE LA SEGUNDA CAPA Una vez terminada la compactación de la segunda capa, y transcurrido el plazo necesario para que el ligante utilizado en el riego alcance una cohesión suficiente, deberá eliminarse todo exceso de árido que haya quedado suelto sobre la superficie, de la misma forma que en la primera capa.

12. APLICACIÓN DE LA EMULSIÓN PARA EL SELLO DE ARENA La aplicación de ligante se realizará, con la dotación y a la temperatura correspondiente, de la misma forma que en la primera capa.

13. DISTRIBUCIÓN DE ARENA La distribución del agregado fino se realizará, con la dotación prevista de la misma forma que la distribución del agregado en la primera capa. El esparcido de la arena podrá ser mecánica (esparcidora) o manual (con ayuda de palas).

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14. COMPACTACIÓN DEL SELLO DE ARENA Las operaciones de compactación se realizarán con el rodillo neumático y comenzarán inmediatamente después de la aplicación del agregado fino. La compactación continuará hasta obtener una superficie lisa y estable, logrando mejorar la apariencia de la capa y su transitabilidad.

15. ACABADO, LIMPIEZA Y ELIMINACIÓN DE SOBRANTES Una vez terminada la compactación y tanscurrido el plazo necesario para que el ligante utilizado en el riego alcance una cohesión suficiente, se barrerá la superficie del tratamiento para eliminar todo exceso de agregados que haya quedado suelto sobre la superficie. Luego de una semana de apertura al tránsito se realizará un barrido definitivo del agregado que no esté adherido.

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5. CONCLUSIONES GENERALES 

Se aprendió sobre el diseño bicapa de pavimentos

6. BIBLIOGRAFÍA 

ACPA (American Concrete Pavement Association) (1998) Whitetopping – State of Practice, EB210P. Concrete Pavement Association. Ver dirección web en apartado 10.2. Series IS120P, Skokie, IL: American Concrete Pavement Association.

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Adams, W.M. (2006) The Future of Sustainability: Re-thinking Environment and Development in the Twenty-first Century. Report of the IUCN Renowned Thinkers Meeting, 29 –31

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January.https://netfiles.uiuc.edu/jroesler/shared/Gillen/Manual%20de%20Pavime ntos_Two-lift%20pavement_Catalonia.pdf

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American Association of State Highway and Transportation Officials (AASHTO) http://www.transportation.org/

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