MANUAL DE REPARACIONES DURADERAS Y DE BAJO COSTO PARA OPERACIONES DE BACHEO, UTILIZANDO MEZCLAS DE CONCRETO COMPACTADO COMPACTADO
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M A N U A L D E RE REP A R A CI CI O N ES ES RA DURADERAS
Y DE BAJO COSTO PARA O P ER E R A CI C I O N EES
DE BACHEO, UTILIZANDO
MEZCLAS DE CONCRETO COMPACTADO
Patrocinado por
ISCYC
INSTITUTO SALVADOREÑO DEL CEMENTO Y DEL CONCRETO
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CONTENIDO I nt roducci ón … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … .…
3
Generalidades … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … ...…
4
I d en t i f i caci ó n d e Ti p os d e Bach es . . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . ..
8
Selección de la est ructura de paviment o de concreto compactado a colocar… … … … … … … … … … … … … .....................................
9
•
Tráf ico Promedi o Di ari o . .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ... ..
10
•
Secciones Estructurales...............................................
12
Recursos a utilizar para la reparación de baches ...........................
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¿Cómo reparar los baches? ........................................................ Marcaci ó n d e l a zo na a rep arar . . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. •
18 18
•
Excav aci ó n del área a rep arar . . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. .
20
•
Dosificación y elaboración de la mezcla de concret o compact ado … … … … … … … … … … … … ....
22
•
Compact aci ón de la mezcla … … … … … … … … … … … ....
27
•
Curado y Acabado Fi nal … … … … … … … … ....… … … … ..
28
Apert ura al Tráf ico … … … … … … … … … … … … ..… … … … … … … .
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Esta publicación fue preparada por personal del ISCYC, está dirigida a profesionales competentes, capaces de evaluar el significado y limitaciones de su contenido, quienes deben asumir la responsabilidad por la aplicación de la información aquí presentada. Ni el ISCYC ni los Autores asumen responsabilidad alguna por la aplicación que se de a los principios o procedimientos que se presentan en esta publicación. 4
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MANUAL DE REPARACIONES DURADERAS Y DE BAJO COSTO PARA OPERACI ONES DE BACHEO, UTILIZANDO MEZCLAS DE CONCRETO COMPACTADO INTRODUCCIÓN Las carret eras son un patrimoni o nacional muy i mport ante y requieren conservación para mant enerlas en condi ciones satisfact orias y ofrecer circulaci ón segura al usuario, bajo est e cont exto, el I SCYC conscient e de que los t rabajos de conservación deben ser práct icos de reali zar, de bajo costo y de mayor durabilidad, propone el “Manual de reparaciones duraderas y de b ajo cost o p ara operacion es de bacheo, ut il izando mezclas de concret o compactado” , como un a alt ernati va para las operaciones de bacheo que se reali zan en la red vial nacional y regional. Est a publ icació n se fundament a en recomendaciones generales de la PIARC* y SIECA** utilizando la técnica de Concreto Compactado con Rodillo, para los trabajos de conservación de carreteras en el país. Est e manual n o es un li bro de asign atu ra de curso, n i cont iene una di scusi ón profunda sobre la causa de los di versos det erioros, deberá interpretarse como una cartilla técnica de consulta y de referencia rápida; su formato como li bro de bolsillo permi t e llevarlo f ácil mente y consultarlo en el campo, debido a que su texto es conciso e ilustrado.
* Asociación I nt ernacional Permanent e de Congresos de Carreteras * * Secretaría de I nt egración Económica Centroamericana
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GENERALIDADES Las reparaciones de pavimentos flexibles son normalmente, actividades de conservación de rutina; sin embargo, también se llevan a cabo con caráct er previo a diversas int ervenciones de mayor importancia. El objetivo de las reparaciones de dichos pavimentos es: mejorar las condi ciones de la superficie, mejorar la est ruct ura del pavi ment o y evitar la entrada de humedad en las capas interiores; además, dichas reparaciones se deben llevar a cabo oportunamente, para evitar deterioros posteriores, que causen peligro para el tráfico y conduzcan a la desintegración del pavimento. Por ot ra part e, en cada t ipo de det erioro est á in volucrada una técnica particular de reparación general. En nuestro caso, trataremos úni cament e los deterioros en part e de la est ructu ra del paviment o, es decir l a formaci ón de baches en la capa de rodadura asfál t ica y la capa de base del pavimento.
Carpeta Asfaltica Base Subrasante
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En aquellos casos donde el daño es mayor y radica en las capas inferiores o subrasante de la estructura, deberá realizarse un procedimiento previo de bacheo profundo. Es de nuestro interés, puntualizar en los deterioros de la capa de rodadura y base del paviment o part icul arment e los “ baches” , por t al razón se describen brevemente a continuación cada uno de estos. 1) Agriet amient o múlt iple, griet as que se ent recruzan en varios sent idos en área aisladas de la superf ici e.
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2) Roderas y depresiones, que se observan en la superficie ocasionada por el paso de los vehícul os ( roderas) .
3) Hundimiento de borde y rodera, generalment e ubicadas a lo largo del borde del pavimento.
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4) Fallo del borde del paviment o, se da a lo largo del borde del pavimento
5) Baches, pueden ser superficiales o profundos y no tienen lugar particular de aparición
Carpeta Asfaltica Base
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IDENTIFICACION DE TIPOS DE BACHES Los baches no t ienen l ugar part icul ar de aparició n, y se present an en zonas con grietas, deformaciones o pérdida de agregados. Las causas princi pales de su aparición son : -
Baja calidad de mat eriales en la const rucción del pavimento,
-
I n fi lt raci ón de agua,
-
Disgregación del material bajo la acción del t ráfico,
-
Est ado siguiente al desarrollo de griet as en piel de cocodrilo o de un hundim iento.
Dependiendo de la profundidad del daño, estos se clasifican en: bache superfici al y bache profu ndo. a) Bache superficial, es aquel en el cual el daño ú ni cament e se ha present ado a ni vel de la carpet a asfált ica. b) Bach e p rof undo, es aquel en el cual el daño ya se ha present ado a ni vel de base del pavi ment o o a una profund idad mayor.
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SELECCI ON DE LA ESTRUCTURA DE PAVI MENTO DE CONCRETO COMPACTADO A COLOCAR. Los espesores de concreto compactado cont emplados en est e manual para realizar el trabajo de bacheo, se fundamentan en cálculo y análi sis reali zado ut ili zando metodología de di seño est ructu ral para pavi ment os de Concret o Com pact ado con Rodi ll o, l a cual considera criterios generales de la Pórtland Cement Association y Método propuesto por el Centro Técnico del Hormigón de Guayaquil Ecuador, dicha metodología considera análisis de esfuerzo admisible y comport amiento a la fat iga en est e ti po de paviment os. Los parámet ros considerados const ant es en los di versos cálculo s realizados son: • • • • •
•
Módulo de Ruptura del Concreto: 40 kg/ cm 2 Módulo de Elasticidad de Concreto: 271,250 kg / cm 2 Co ef ici en te de Po isso n: 0.1 5 Especificaciones de Vehículo Tipo C2 Mó du lo de Reacci ón k de 4 .4 3 kg / cm 3 en la superfi cie donde se apoyará el concreto, calculado a partir de un valor del CBR = 15% en dicho material, compactado como mínimo al 95% de AASHTO T180, considerando un PVS max de 1680 kg/ m 3 Tasa de Crecimiento Vehicular de 3.7%
Para analizar el tráfico de la vía que se pretende reparar con in t ervenció n de bacheo, se sugi ere soli cit ar al Min i st erio de Obras Públicas el TPDA respectivo o efectuar un conteo vehicular, y clasif icar la in formación obt enida de acuerdo a los rangos defin idos en la siguient e t abla.
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Cat egoría de t ráf ico
Tráfico de proyect o ( Camiones y buses diarios en la vía a reparar)
T1
50 a 400
T2
30 a 48
T3
10 a 28
T4
0 a8
Nota: Los vehículos pesados de carga y de pasajeros considerados en este análisis son la suma tipo C2 y Tipo C3 Clasif icación de acuerdo a condicio nes locales de t ráfico.
La categoría de tráfi co es posible t ambi én obt enerla, en fun ción de las caract eríst icas generales de la vía en lo s casos donde no se cuente con dat os de tráfi co diario. Se sugiere uti li zar los crit erios contemplados en la siguiente tabla:
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Categoría de t ráfico T4
Caract eríst icas Generales de la Vía Calles exclusivamente residenciales con las edif icaciones ya const ruidas y sin t ráfico comercial. Calles con ancho i nf erior a 6 m sin t ráfico comercial. Est acionamient o de vehícul os ligeros. Zonas peatonales sin acceso de vehículos pesados.
T3
Calles comerciales, es decir, con tiendas, pequeñas industrias, talleres, etc. Calles con 6 m o más de ancho sin servicio regular de auto buses urbanos (meno s de 1 aut obu s por ho ra)
T2
Call es muy comerciales Call es con 6 m o más de ancho y co n servici o regul ar de autobuses (más de 1 autobus por hora).
T1
Calles arteriales o principales que no sean travesías de carreteras con t ráfico mayor que T2.
La estructura de pavimento a colocar en las operaciones de bacheo, puede seleccionarse en el catálogo de secciones est ruct urales que se present a a cont inuación , el cual fue calculado considerando los t i pos de tráfi co cont enidos en l a t abla ant erior.
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Secciones Estructurales Categoría de Tráfico
T1
Est ruct ura del Pavime nt o a colocar en operaciones de bacheo
Concret o Com pact ado Mr = 40 kg/ cm 2 ; Espesor de concreto = 16 cm
Material de base o sub-base existente compactada al 9 5 % de AASHTO T1 8 0
T2
Concret o Com pact ado Mr= 40 kg/ cm 2 ; Espesor de concreto = 14 cm
Material de base o sub-base existente compactada al 9 5 % de AASHTO T1 8 0
T3
Concret o Com pact ado Mr= 40 Kg/ cm 2 ; Espesor de concreto = 12 cm
Material de base o sub-base existente compactada al 95% de AASHTO T180
T4
Concret o Com pact ado Mr= 40 Kg/ cm 2 ; Espesor de concreto = 10 cm
Material de base o sub-base existente compactada al 9 5 % de AASHTO T1 8 0 .
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Una vez se cuente con la ident if icación de los sit ios a reparar y la selección de la estructura de pavimento a colocar, es muy importante conocer y preparar los recursos a utilizar para desarrollar los trabajos de bacheo.
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RECURSOS A UTILIZAR A continuación, se enumeran los recursos mínimos necesarios para reali zar el t rabaj o de bacheo.
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1)
Cuadri lla - 1 caporal - 2 a 4 peones - 2 controladores de tráfico
2)
Operarios de maqui naria - 1 conductor de camión - 1 operario de compactadora (bailarina) - ó 1 operario de rodillo li so vibratori o
3)
Equi po - 2 carret i ll as, - 4 palas, - 2 pisones de mano, - 4 cepil los/ escoba, - 2 regaderas, - 2 azadones, - t i za o marcador - 1 sierra de corte en seco - 2 discos - 1 bailarina - ó 1 rodill o li so vibratorio manual de 2 a 5 toneladas
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RECURSOS A UTILIZAR 4) Mat eriales 4.1 Agregados ( arena de río como l a ut ili zada en ob ras de construcción y grava de tamaño máximo nominal de 3/ 4”), 4.2 Cemento ASTM C1157 TIPO HE, 4.3 Agua, 4.4 Mat erial de curado: emul sió n asfált ica.
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5) Señales y equipo de seguridad: -
2 señales de “ Trabajos en la Carret era”
-
2 señales de “ Finalización de t rabajos en la Vía”
-
4- 10 conos de t ráf ico,
-
2 señales reversibles de “ Detención/ Paso”
-
Chalecos naranja para todo el personal
-
Paneles con franjas rojas y blancas para todos los vehículos
50 50
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Hoja de trabajo para que el encargado de realizar los trabajos de conservación, tenga un control sobre los recursos a utilizar y registre el tipo de intervención o t rabajo a desarroll ar; además, cont role el tramo, carret era y zona de trabaj o. HOJA DE TRABAJO Ho ja de t rab aj o No . … … … … … . . Fech a: … … … … … … Munici pio: … … … … … … … … … … … … … … … … … .... Zona: … … … … … … … … … Cuadri lla: … … … … … … … Carretera No… … … … … ..... del Km … … … al Km … … .. del Km … … … al Km … … . . TI PO DE REPARACI ÓN: Bacheo Superf icial Bacheo Profun do MATERIALES Tipo de Materiales
Cantidades necesarias
Grava t am. max. nom. 3/ 4” Arena Cemento Mat erial para conform ar la base Agua Mat erial de curado
SI TUACI ÓN DE ALMACENAMI ENTO Y OBSERVACI ONES: …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
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¿CÓMO REPARAR LOS BACHES? B ás i c am e nt e e l p r o ce s o s e d e sa r ro l la e n c ua t ro p as o s, independientemente del tipo de bache a tratar, superficial o profundo. 1. Marcar la zona a reparar, la superficie del área a tratar se marca con t i za, ext endiéndose al menos 0.3 met ros fu era del área dañada, el área a delimi t ar debe ser rect angul ar, con dos de sus lados perpendi culares al eje del camino. Post eriorment e, deberá cortarse sobre la demarcación realizada, utilizando un equipo de corte como el ilustrado en la figura.
Demarcación y corte de área a reparar
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2 . Excavar hast a la profundidad defi nida por el espesor diseñado de concreto recortando las paredes de forma vertical, tal como se muestra en la figura a) Si a esa profundidad no se encuentra material adecuado y seco se deberá sobre excavar y restituir para conformar el fondo de modo que quede plano y hori zont al, para fi nali zar se deberá comp actar el fo ndo h ast a alcanzar el 95% de PVS máx. de acuerdo con AASHTO T180 figs. b.1) y b.2) .
Espesor diseñado de concreo
Figura a)
Fig. b.1) “NO”
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Fig. b.2) “SI”
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Excavació n y ret i ro de mat erial con equipo manual.
Retiro de material con equipo mecanizado.
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Área preparada para ser rellenada de concret o
3 . Dosif icación y elaboración de la mezcla de concreto compactado , se p r e se n t a a c o n t i n u a c i ó n , u n a dosificación volumétrica obtenida a partir de mezclas características de concreto compactado dosificada en peso, sin embargo la cantidad de agua a dosificar dependerá de la humedad de los agregados gruesos y fi nos al m oment o de elaborar la mezcla.
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Mezcla propuesta para lograr una resistencia a la compresión de 12 0 kg/ cm 2 a 3 días y resistencia a la f lexión de 4 0 kg/ cm 2 , ambos a 28 días. - 1 medida de cemento ASTM C 1157 TIPO HE - 4 medidas de arena - 2 medidas de grava, t amaño m áx. nomin al 3/ 4” - Cant idad de agua necesaria para lo grar una m ezcla característica de los concretos compactados. Para determinar si la cantidad de agua es correcta, hacemos la sigui ent e prueba: se t oma un poco de mezcla en la mano, se hace una bola y se comprime con los dedos. Si se observan las marcas de sus dedos con claridad; sin que got ee agua, es porque la cant idad de agua est á bien. Si no present a esas marcas, hace falt a agua en la mezcla o se ha aplicado una cantidad excesiva. Si le hace falta agua a la mezcla, ponga un poco más de agua y repita la prueba hasta que aparezca la marca de los dedos; por el contrario si hay exceso de agua agregue proporcionalmente más cantidades de cement o, arena y grava y repi t a la prueba.
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Elaboración de la mezcla, esta deberá hacerse de forma manual y se debe preparar, siempre, sobre una superfi cie l i mpia.
Primero, se miden l as cant idades de grava, arena y cement o, de acuerdo a la dosifi cación propuest a en el apartado ant erior, dichas cant idades deberán medirse con el m i smo recipi ent e, este pu ede ser un balde, u na cubeta, etc. Debido a que la mezcla es de consist encia seca y que pierde humedad rápidament e, ést a debe ser usada en un t iempo máxi mo de una hora luego de preparada. Por tanto, evite mezclar más concreto del que puede usar en ese tiempo. Si el concreto se endurece antes de rellenar el bache, ya no se puede utilizar, se debe ret irar.
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Segundo, sobre la superfi cie lim pia, di st rib uya las part es de grava y arena y sobre éstas, deposite las partes de cement o i ndicadas en l a dosi fi cación . Revuelva bien con una pala o rastrillo, hasta que la mezcla quede con una coloración uni forme.
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Tercero, agregar agua a la mezcla poco a poco, sobre la superfi cie y mezclar t odo nu evament e, hast a que la masa húmeda present e color uniforme y consistencia adecuada. Es i mport ant e que la cant idad de agua en l a mezcla sea la correcta, ya que si se le agrega mucho, el concret o perderá su resist encia, l a mezcla será di fíci l de compact ar y se producirán griet as en el mi smo. Si la mezcla tuviera poca agua, la compactación también se hace difícil y el cemento no logrará hidratarse completamente.
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4 . Compactación de l a mezcla, como se mencion ó ant eriorment e, el espesor mínimo a colocar de concreto compactado es de 10 cms, específicamente para tráficos t ipo T4, este espesor es posible t odavía compactarlo en forma manual con un pisón de 25 libras, si los espesores a colocar son mayores se deberá utili zar un rodo liso vibratorio manual de 2 a 5 t on. o un equipo compactador ti po bailarina.
Las operaciones de compact ación deberán reali zarse una vez se t enga preparado el fon do y l aterales de la caja (excavación ) , es decir deben est ar según el numeral 2. Es convenient e realizar una ligera aplicación de agua sin saturar las superficies, solamente para evitar una evaporación rápida del agua de la mezcla del concreto. Debido a que se tienen condiciones de confinamiento, el procedi mi ent o de compact ació n puede ini ciar desde el cent ro hacia los lat erales o vi ceversa, pero cuidando que al f inal, los bordes queden bien sell ados o presio nados cont ra las paredes lat erales y verticales del bache. Cuando la superficie tenga una apariencia densa y no se compacte más ( no baje su nivel) , es un buen indi cador para fi nali zar las operaciones de compactación . www.iscyc.net
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5 . Curado y Acabado f inal , est a et apa es de suma i mport ancia para proporcionar una mejor apariencia a la superficie; además, hay que proporcionarle a la mezcla de concret o colocada las cond ici ones de curado para un adecuado desarrollo de resistencia; para ello, se deberá aplicar una película o membrana de emulsión asfáltica realizando en los siguientes pasos:
Barrer el área, se reali za a mano, la superficie de la carretera debe est ar li mpia y seca después de est a operación. Marcar la zona a sellar. Distribuir la emulsión asfált ica, est á se distribuye sobre la superficie por medio de un regador de lanza o de una regadera, con una dosif icación de 1.5 kg/ m 2. Dist ribución de una película delgada (3 mm max) de arena fina de río y seca, disribuyéndose con pala hasta cubrir el total de la superficie.
Las operaciones de acabado final, deberán realizarse de forma inmediata al proceso de compactación de la mezcla de concreto compactado. 6. Apertura al tráfico. La apertura al tráfico puede realizarse inmediatamente después de los trabajos de acabado y curado de la mezcla de concret o; siemp re que, se respet e el di seño estruct ural y de mezcla antes mencionado. 30
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