REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA MINISTERIO DEL PODER POPULAR PARA LA EDUCACIÓN UNIVERSITARIA, CIENCIA Y TECNOLOGÍA INSTITUTO UNIVERSITARIO POLITÉCNICO “SANTIAGO MARIÑO”
EXTENSIÓN MATURÍN
ANÁLISIS COMPARATIVO ENTRE PAVIMENTOS CONSTRUIDOS CON CONCRETO ASFÁLTICO Y MICRO-PAVIMENTO, PARA DEMOSTRAR SU VERSATILIDAD Y ECONOMIA CONSTRUCTIVA EN OBRAS VIALES Trabajo de Grado presentado para optar al título de Ingeniero Civil
Autor: Zulay Rangel C. Tutor: Ing. Humberto Arteaga
Maturín, Septiembre 2018
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ÍNDICE GENERAL Pp.
............................................................................................... ............................. v LISTA DE CUADROS .................................................................. ................................................................................................ ............................ vi LISTA DE FIGURAS .................................................................... ............................................................................................ ........................... vii LISTA DE GRÁFICOS ................................................................. ................................................................................................................ ................. viii RESUMEN ............................................................................................... INTRODUCCIÓN ...................................................................................................... 1 ...................................................................................................... .............................................. 3 I. EL I. EL PROBLEMA ........................................................ Contextualización del Problema ................................................................................... 3 Objetivos de la Investigación: general y específicos específico s .................................................... 4 Justificación de la Investigación Inves tigación ................................................................................... ................................................................................ ... 5 .................................................................................... ...................................... 7 II. MARCO II. MARCO REFERENCIAL .............................................. Antecedentes de la Investigación ..................................................... .................................................................................. ............................. 7 Bases Teóricas .............................................. ................................................................................................... ................................................................. ............ 8 Definición de Concreto Asfáltico ................................................................................. 8 Tipos de Mezcla Mez cla ..................................................... ......................................................................................................... ...................................................... 10 Tipos de Tránsito......................................................................................................... 10 Características del Concreto Asfáltico ........................................................................ 11 Proceso de Mezclado y Colocación ............................................................................ ........................................................................... . 12 Tipos de Mezcla Mez cla de Concreto Asfáltico .................................................... ...................................................................... .................. 14 Selección de Materiales y Diseño de Mezcla ...................................................... .............................................................. ........ 17 Componentes del Concreto Asfáltico.......................................................................... 19 Ensayos de los Agregados Agregado s.............................................. ........................................................................................... ............................................. 21 Ensayos para Cemento Asfáltico ................................................................................ 23 Maquinaria .................................................................................................................. 25 Personal o Mano de Obra ............................................... ............................................................................................ ............................................. 27 Procedimiento para la Extensión de Concreto Asfáltico ............................................ 28 Mediciones del Concreto Asfáltico Asf áltico .................................................. ............................................................................. ........................... 32 Forma de Pago ............................................................................................................ 34 Definición de Micro-Pavimento .............................................. .................................................................................. .................................... 35 Composición del Micro-Pavimento Micro -Pavimento ............................................................................ ........................................................................... . 36 Características ............................................................................................................. .................................................................................. ........................... 40 Proceso de Mezclado y Colocación ............................................................................ .................................................................. .......... 40 Tipos de Micro-Pavimentos Micro-P avimentos .................................................... ........................................................................................ .................................... 41 Usos de los Micro-Pavimentos.................................................................................... 42 Ventajas de los Micro-Pavimentos ............................................................................. 43 Estudios Previos para el Diseño de Mezclas ....................................................... ............................................................... ........ 44 iii
Selección de Materiales y Diseño de Mezcla .............................................................. 44 Componentes de los Micro-Pavimentos...................................................................... 46 Ensayos de los Agregados o Materiales Pétreos ......................................................... 52 Maquinaria .................................................................................................................. 53 Procedimiento para la Extensión de Micro-Pavimento ............................................... 55 Condición intermedia. Acciones recomendables/diferibles. ....................................... 64 Clasificación del Mantenimiento ................................................................................ 65 Definición de Términos............................................................................................... 67
III. MARCO METODOLÓGICO ........................................................................... 69 Modalidad de la Investigación .................................................................................... 69 Diseño de la Investigación .......................................................................................... 69 Tipo de Investigación .................................................................................................. 70 Técnicas e Instrumentos de Recolección de Datos ..................................................... 71 Técnicas de Análisis .................................................................................................... 71 IV. RESULTADOS ................................................................................................... 73 Describir cada una de las mezclas asfálticas de estudio con el fin de conocer los elementos que las conforman ...................................................................................... 73 Presenta cuadro comparativo entre concreto asfaltico y micro-pavimento, para indicar sus características físicas en base a su calidad, textura y color. .................................. 74 Realizar un análisis según su diseño estructural, entre concreto asfáltica y el micro pavimento, con el propósito de comparar su trabajabilidad. ....................................... 77 Análisis Comparativo de Maquinarias Utilizadas para la Extensión de las Mezclas Asfáltica ...................................................................................................................... 79 Análisis Comparativo entre las Características de las Mezclas Asfálticas ................. 80 Determinar los costos que se ocasionan en la rehabilitación de las vías cuando se utilizan concreto asfáltico y micro-pavimento, marcando cual es su factibilidad económica ................................................................................................................... 81 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES Conclusiones ............................................................................................................... 88 Recomendaciones ........................................................................................................ 90 REFERENCIAS ........................................................................................................ 91
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LISTA DE CUADROS CUADRO Pp. Mezclas de Granulometría Densa ...................................................................... 15 1. Mezclas de Granulometría Abierta .................................................................... 16 2. Tipos de gradación ............................................................................................. 42 3. Tratamientos de Superficie y Riegos de Sellado con Emulsiones Asfálticas .... 47 4. Temperaturas sugeridas para el Riego, para Varios Grados de Emulsión 5. Asfáltica ............................................................................................................. 49 Insumos, Características y Ensayos necesarios para las Mezclas Asfálticas .... 74 6. Cantidades de Asfalto y Agregado para Tratamientos Superficiales Simples .. 75 7. Comparación entre Características del Concreto Asfáltico y Micro-pavimento76 8. Maquinaria Utilizada para la Colocación de Concreto Asfáltico y Micro9. pavimento. ......................................................................................................... 77 Insumos que componen las mezclas de concreto asfáltico y micro-pavimento 77 10.
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LISTA DE FIGURAS FIGURA Pp. 1. Preparación del Sitio para la Colocación del Concreto Asfáltico...................... 28 2. Colocación del Riego de Adherencia ................................................................ 28 3. Colocación del asfalto en el almacenador de la pavimentadora ........................ 29 4. Pavimentadora usada para el extendido de la mezcla ........................................ 29 5. Extendido del Concreto Asfáltico ...................................................................... 29 6. Rociado con mezcla de asfalto para eliminar los poros ..................................... 30 7. Compactación de la Mezcla Asfáltica ............................................................... 30 8. Acabado de los extremos de la carpeta .............................................................. 31 9. Carpeta de Concreto Asfáltico Extendida.......................................................... 31 10. Equipo utilizado para la colocación del micropavimento.................................. 56 11. Extensión de la carpeta de micropavimento ...................................................... 56 12. Personal encargado del enrase de las juntas ...................................................... 57 13. Personal encargado de controlar la mezcla y operar las válvulas ...................... 57 14. Rociado de Agua en la Superficie ..................................................................... 58 15. Mejoramiento de las Imperfecciones de la Superficie ....................................... 58 16. Color de la mezcla antes y después del rompimiento ........................................ 59 17. Mezcla de Micropavimento Extendida .............................................................. 59
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LISTA DE GRÁFICOS GRÁFICO 1. 2. 3. 4. 5.
Pp.
Costos de repavimentación de la vía nacional de Parare ................................... 84 Costos de preparación del sitio para la repavimentación................................... 85 Costos de insumos de mezclas asfálticas ........................................................... 86 Costos de equipos para el extendido de mezclas asfálticas ............................... 86 Costos de mano de obra para el extendido de mezclas asfálticas ...................... 87
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REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA INSTITUTO UNIVERSITARIO POLITÉCNICO “SANTIAGO MARIÑO”
EXTENSIÓN MATURÍN INGENIERÍA CIVIL ANÁLISIS COMPARATIVO ENTRE PAVIMENTOS CONSTRUIDOS CON CONCRETO ASFÁLTICO Y MICRO-PAVIMENTO, PARA DEMOSTRAR SU VERSATILIDAD Y ECONOMIA CONSTRUCTIVA EN OBRAS VIALES LÍNEA DE INVESTIGACIÓN: VIALIDAD Trabajo de Grado Autor: Zulay Rangel Tutor: Ing. Humberto Arteaga Mes y Año: Septiembre 2018 Resumen En este Trabajo Especial de Grado se establece una comparación entre mezclas de concreto asfáltico convencional y micro-pavimento utilizadas para la rehabilitación y mantenimiento de obras viales, basándose en el estudio de las características más resaltantes, insumos, equipos utilizados, mano de obra y principalmente en el análisis de costos. La presente investigación se basa en una modalidad de proyecto factible, con un diseño de campo, bajo un tipo descriptivo. El estudio se realizó a través de tablas de comparación, las cuales logran explicar de una manera fácil y sencilla los diferentes parámetros tomados en cuenta para esta investigación. Se utilizó como técnicas de recolección de datos, la revisión documental, con un tipo de investigación científica y unidad de estudio. Así mismo, las técnicas de análisis utilizadas fueron el análisis cualitativo y cuantitativo. De igual manera, este estudio permitió dar a conocer una nueva técnica de mantenimiento mediante la incorporación de polímeros a la mezcla, llamada micro-pavimento; siendo esta técnica usada en varios países del mundo como: Estados Unidos, Canadá, México, Brasil, entre otros, resultando una mezcla de alta calidad al igual que la mezcla de concreto asfáltico, los resultados de factibilidad económica, favorecieron la mezcla de micro-pavimento, por su bajo costo y rapidez de ejecución.
Descriptores: Concreto Asfáltico, Micro-pavimento, Emulsión, Polímero. viii
INTRODUCCIÓN
La infraestructura vial es uno de los componentes de mayor importancia en el desenvolvimiento económico de cualquier país del Mundo. Sin embargo, Venezuela actualmente atraviesa por momentos difíciles a causa de la crisis política, económica y social que afecta considerablemente la economía del país. Ante la cual, la rama de la vialidad no ha quedado exenta de sus efectos. Los ingenieros encargados de la pavimentación de vías se enfrentan continuamente al reto de proporcionar una infraestructura vial eficaz con presupuestos cada vez más restringidos, por lo tanto, ellos tienen la responsabilidad de aportar soluciones de ingeniería que permitan prolongar la vida útil, mejorar las condiciones de servicio y apariencia de los pavimentos existentes. Estas soluciones no solo se emplean para mejorar los problemas que a diario se presentan en las comunidades, sino para contribuir con nuevas ideas a los organismos públicos del Estado. Cuando se trata de mejorar las vías de comunicación que presentan diferentes tipos de fallas tales como: piel de cocodrilo, desgaste, ahuellamiento, baches, entre otras, se cuenta con muchas alternativas para lograr el objetivo planteado. La técnica de rehabilitación de carreteras que se ha utilizado por varios años en el país es la de reasfaltar utilizando concreto asfáltico, debido a que es una mezcla de alta calidad y durabilidad. No obstante, hoy en día existen nuevas técnicas que permiten la recuperación de las vías en deterioro proporcionando eficiencia, economía y eficacia, fomentándose la innovación, el mejoramiento de la calidad de los materiales y la influencia de las prácticas constructivas, al estar estas directamente relacionadas con el rendimiento del pavimento. Una de las nuevas técnicas de rehabilitación de vías es la utilización de mezclas de micro-pavimentos, que al igual que el concreto asfáltico es una mezcla sometida a requerimientos estrictos, de alta calidad, cuidadosamente controlada con agregados 1
bien gradados y de gran rendimiento. Por tales motivos, se hará necesario realizar un análisis comparativo en la rehabilitación y mantenimiento entre las mezclas de concreto asfáltico y micro-pavimento, resaltando sus características físicas más relevantes, así como también el estudio exhaustivo de los costos de dichas mezclas. La presente investigación contempla los capítulos descritos a continuación: En el Capítulo I, se hace referencia a la contextualización del problema, objetivo general y objetivos específicos, justificación de la investigación. En el Capítulo II, se establecen los antecedentes de la investigación, las bases teóricas fundamentales, profundizando en las características y aspectos básicos de cada una de las mezclas, para lograr el buen entendimiento de la temática a estudiar. En el Capítulo III, se describe la modalidad, diseño y tipo de investigación, seguido de la unidad de estudio, técnicas de recolección de datos y análisis de datos. Capítulo IV Resultados, donde se muestran los datos arrojados del proceso de análisis de la información, seguido de conclusiones y recomendaciones. Por último, están las referencias.
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CAPÍTULO I EL PROBLEMA Contextualización del Problema
El crecimiento del volumen del transporte por carretera a nivel Mundial, unido al crecimiento de la población y economía, a las necesidades de los usuarios en el ámbito de la movilidad es la causa principal de la creciente congestión de las infraestructuras viales y el aumento del consumo de energía; así como una fuente de problemas medioambientales y sociales. Estos problemas están relacionados con la búsqueda de desarrollo de la economía y la mejora de la competitividad de una nación. Cuando una vialidad no cumple con los requisitos para lo cual fue hecha, es necesario buscar opciones que solucionen de manera óptima las necesidades de los usuarios; esto obliga a diseñar nuevos caminos y también nuevos métodos modernizados para obtener mejores beneficios. Actualmente la vialidad en Venezuela presenta problemas de mantenimiento preventivo y correctivo. A lo largo de la red vial pueden observarse diversos tipos de fallas, tales como, piel de cocodrilo, grietas en los bordes, grietas de reflexión, ahuellamiento, ondulaciones, baches entre otras. Estas fallas se originan debido a la fatiga de la mezcla asfáltica, falla de soporte lateral, contracción y expansión por cambios de temperatura, consolidación o movimiento lateral de los materiales bajo el efecto del tráfico, alto contenido de asfalto, debilidad del pavimento por escasez del asfalto, drenaje deficiente y otras. Por otra parte, ante la crisis económica que atraviesa el país, la rama vial también se ve afectada ante la imposibilidad de la adquisición de materiales, utilización de maquinarias y la solución inmediata de las fallas o el deterioro en la vialidad. De continuar la problemática actual se producirá un colapso en las vías por el deterioro de la calzada y del suelo de fundación y, por consiguiente, los vehículos 3
no podrán transitar eficiente y efectivamente por las vías con la facilidad y seguridad requerida. Es necesario destacar que en la ciudad de Maturín, Estado Monagas al realizar una repavimentación a las vías, la tendencia es colocar mezclas de concreto asfáltico debido a que es el método de mantenimiento de pavimentos utilizado en la Región. Sin embargo en algunos casos de rehabilitación de caminos se pueden utilizar otras técnicas para lograr la recuperación de las vías. Ante la situación anteriormente planteada se hace necesario realizar un análisis comparativo entre pavimentos construidos con concreto asfálticos y micro-pavimento para dar a conocer una nueva técnica de rehabilitación de la vialidad con micro pavimento que proporciona grandes beneficios durante la aplicación y extensión de la mezcla. Tomando en cuenta estos beneficios, la utilización del micro-pavimento sería de gran utilidad para el mantenimiento y recuperación de obras viales mejorando su condición de funcionabilidad.
Objetivos de la Investigación Objetivo General
Análisis comparativo entre pavimentos construidos con concreto asfáltico y micro-pavimento, para demostrar su versatilidad y economía constructiva en obras viales. Objetivos Específicos
1.
Describir cada una de las mezclas asfálticas de estudio con el fin de conocer los elementos que las conforman.
2.
Presenta cuadro comparativo entre concreto asfaltico y micro-pavimento, para indicar sus características físicas en base a su calidad, textura y color.
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3.
Realizar un análisis según su diseño estructural, entre concreto asfáltica y el micro pavimento, con el propósito de comparar su trabajabilidad.
4.
Determinar los costos que se ocasionan en la rehabilitación de las vías cuando se utilizan concreto asfáltico y micro-pavimento, marcando cual es su factibilidad económica.
Justificación de la Investigación El desarrollo de un país está relacionado directamente con la capacidad de movilidad que posee el mismo, por esta razón un sistema vial en óptimas condiciones representa un alto grado de conectividad y eficiencia, desarrollando una economía sustentable y competitiva globalmente. Este análisis comparativo permitirá solucionar un problema de relevante importancia como lo es la rehabilitación de pavimentos, específicamente su mantenimiento preventivo, siendo necesarios la combinación de teorías y conceptos del área vial y micro-pavimentación. De igual forma, la consecución de los objetivos de esta investigación requiere de una metodología sustentada en el método científico, que ayude de manera ordenada y sistemática a la comprensión del estudio y sirva de antecedentes para futuras investigaciones. La presente investigación se justifica por permitirse solucionar un problema de relevante importancia como lo es la rehabilitación de pavimentos, específicamente su mantenimiento preventivo, siendo necesarios la combinación de teorías y conceptos del área vial y micro-pavimentación. De igual forma, la consecución de los objetivos de esta investigación requiere de una metodología sustentada en el método científico, que ayude de manera ordenada y sistemática a la comprensión del estudio y sirva de antecedentes para futuras investigaciones. Es importante destacar que actualmente esta investigación cobra vigencia en virtud de la crisis económica por la cual atraviesa el país y su influencia en la adquisición de los materiales, renovación o alquiler de equipos, y sobre todo la mano de obra, el micro-pavimento aporta costos sustancialmente menores a cualquier alternativa convencional, para los entes gubernamentales es de gran importancia esta 5
alternativa, ya que la factibilidad económica es menor en la rehabilitación de las vías urbanas y nacionales, con un presupuesto al alcance del gobierno Nacional. Por otro lado el uso del micro-pavimento no interfiere con los drenajes y las cunetas de las vías urbanas, en comparación con el uso del concreto asfaltico, ya que su es pesor es micro como su nombre lo indica; una de las ventajas del uso del micro pavimento en comparación con un concreto asfaltico convencional, es la rapidez de colocación,
debido
a
su
maquinaria
equipada
para
hacer
un
trabajo
extraordinariamente rápido, que para los entes o empresas contratadas de hacer este tipo de rehabilitación de vías, se logra en 2 a 3 horas aproximadamente, en rutas urbanas
e
interurbanas,
esta
alternativa
de
micro-pavimento
beneficia
considerablemente el tráfico ya que la congestión no sería por muchas horas.
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CAPÍTULO II MARCO REFERENCIAL Antecedentes de la Investigación
Joshebet Cedillo, (2015), realizó un trabajo especial de grado en el I.U.P.S.M de Maturín estado Monagas, titulado “Comportamiento de mezcla de concreto asfáltico TN-12 y tipo III, a temperatura de 90, 100, 110, 120 Cº, durante el proceso de compactación, aplicando las Normas Covenin 2000- 87”. Mediante el presente
trata de realizar un estudio de una mezcla de concreto asfáltico TN-12 y una de tipo III, que corresponde a las nuevas granulométricas establecidas en la norma Covenin por el INVEAS (Instituto Nacional Venezolano de Asfalto). y otra mezcla tipo III, establecida en la norma Covenin 2000-87 vigentes, antes de obtener las mezclas comparadas a diferentes temperaturas se efectuarán todos los ensayos para predeterminar la calidad de los agregados y el cemento asfáltico, así como también lo correspondiente al diseño de mezcla por el método Marshall. El aporte de este trabajo de investigación fue, que para lograr comparar las mezclas es necesario hacer un estudio de cada una de ellas, en agregados, diseño de mezcla y ente este caso temperatura y ver su comportamiento, ensayos necesarios, y luego hacer el análisis de comparación ya que las dos mezclas fueron sometidas a diferentes temperaturas, de esta forma debo realizar un estudio a cada una de las mezclas, ensayos, agregados y cada metodología para luego comparar, sus características. Salvador M. María, (2016), en su trabajo especial de grado “Aplicación de la Técnica de Construcción y Rehabilitación Vial con Micro- pavimentos”, de la
universidad del Zulia, se basó en el diseño de una mezcla con material granular, cemento Pórtland, agua y emulsiones modificadas con polímeros, con el fin de sustituir la carpeta de concreto asfáltico que se utiliza para la rehabilitación de las 7
vías. En el mencionado trabajo, se concluyó que la mezcla es de buena calidad ya que cumple con las especificaciones establecidas y se recomienda que las carreteras con grietas por contracción y expansión o muy deterioradas y estructuralmente dañadas, no deberán ser considerados para micro-pavimentos. A menos que hayan sido apropiadamente tratadas. Pulgar Javier, (2017), trabajo especial de grado del I.U.P.S.M. de Maturín estado Monagas. “Análisis comparativo entre el concreto translúcido y el concreto ad constructiva en obras civiles”. El convencional para demostrar su versatilid ad
concreto es un material de uso común, o convencional y se produce mediante la mezcla de tres componentes esenciales: cemento, agua y agregados, a los cuales eventualmente se incorpora un cuarto componente que genéricamente se designa como aditivo. La mezcla de concreto translúcido es la combinación de los materiales convencionales, más la fibra de vidrio, fue creado con el propósito de brindar, mejor apariencia frente a la luz, sin descuidar propiedades fundamentales como la resistencia a la compresión. En el presente trabajo buscó desarrollar un análisis comparativo entre el concreto translúcido y concreto convencional para demostrar la versatilidad del material en el uso constructivo de las obras civiles, se diseñaron cada uno para determinar sus especificaciones técnicas, establecer las ventajas y desventajas de cada una de ellas. El aporte de este trabajo de grado fue, la comparación estudiando y diseñando cada uno, para determinar los elementos estructurales, observando su versatilidad con el uso de la fibra de vidrio.
Bases Teóricas Definición Definición de Concreto Concreto Asfáltico Asfáltico
El Instituto del Asfalto, en su publicación, Principios de Construcción de Pavimentos de Mezclas Asfálticas en Caliente (MS-22), 2000, define al concreto asfáltico como “Una mezcla en caliente, muy bien controlada, de cemento asfáltico y
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agregado bien gradado de alta calidad, compactada muy bien para formar una masa densa y uniforme”. (Pág. 254)
Libro pavimentos. Blogspt.com (2012) define, el concreto asfáltico es un material compuesto por agregados embebidos en una matriz de cemento asfáltico que llena el espacio dejado por éstos y los une. El cemento asfáltico se mantiene flexible y provee integridad estructural cubriendo los agregados y dándole a la mezcla propiedades cohesivas. Dado que el cemento asfáltico es semi-sólido a temperaturas corrientes, la calidad y granulometría de los agregados juega aquí un papel mucho más importante que en los pavimentos de hormigón. Un concreto asfáltico debe tener una cantidad precisa de cemento asfáltico para proveer el porcentaje de vacíos deseado para la mezcla. La granulometría de los agregados debe obedecer a lo indicado en el gráfico de Figura 1. Tal como se muestra en dicha figura, se pueden seguir curvas como las más finas ubicadas por encima o por debajo d ebajo de la línea de máxima máx ima densidad; lo que no debe hacerse es cruzar cr uzar la línea de máxima densidad dado que se pueden obtener mezclas con baja resistencia a la deformación bajo carga.
Figura 1. Gráfico de granulometría para usa en concretos asfalticos
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Tipos de Mezcla
Instituto Venezolano del Asfalto (INVEAS), en esta especificación se incluyen cuatro tipos de mezcla de concreto asfáltico, distinguidas en función de su tamaño nominal máximo, las cuales se identifican como M-25, M-19; M-12 y M-9. Cualquier referencia a una mezcla en particular se hace señalando el tipo correspondiente; al no señalarse ningún tipo en particular, se debe entender que la referencia es válida para todos los tipos. Se entiende por tamaño nominal máximo, la abertura en milímetros de la malla inmediatamente superior a la primera malla que retiene más de un 10% del agregado, de acuerdo con los resultados del ensayo de Granulometría (Método de Ensayo ASTM C-136). Se consideran en esta clasificación las siguientes aberturas de malla: Abertura en mm: 37,5 25,4 19,1 12,5 9,5 4,75 2,36 0,60 0,30 0,15 0,075 Tamiz: 1,5 pulg. 1,5 pulg ¾ pulg ½ pulg 3/8 pulg # 4 # 8 # 30 # 50 # 100 # 200 Tipos de Tránsito
A los efectos de aplicación de esta Especificación, el tránsito vehicular se clasifica como ALTO, MEDIO o BAJO, de acuerdo a las siguientes consideraciones:
Cuadro 1 Tipos de transito TIPO DE TRÁNSITO ALTO Características del tránsito
MEDIO
BAJO
Ejes Equivalentes (EE) a 8,2 Ton. en el período de diseño
> 20 millones
2 a 20 millones
<2 millones
> 800 > 3.000
100 - 800 500 – 3.000
< 100 < 500
Camiones/Día por sentido PDT por sentido
Nota: Tomado Norma INVEAS. Versión Revisada Diciembre 2004
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Características del Concreto Asfáltico
Durabilidad: El Instituto del Asfalto, MS-22 señala que “La durabilidad de un
pavimento asfáltico es la habilidad para resistir factores tales como la desintegración del agregado, cambios en las propiedades del asfalto (polimerización y oxidación) y separ ación de las películas de asfalto”. La durabilidad de un pavimento asfáltico es función del contenido de asfalto. La razón de esto es que entre menor sea la cantidad de vacío, menor será la permeabilidad de la mezcla. Un contenido alto de vacíos permite el paso del agua y el aire a través de la mezcla, causando deterioro. Por el contrario un bajo contenido de vacíos puede producir exudación de asfalto cuando ocurre degradación en el agregado. La durabilidad de una mezcla se puede mejorar usando la mayor cantidad posible de asfalto, usando una gradación densa de agregados resistentes a la separación y diseñando y compactando la mezcla para obtener la máxima impermeabilidad. Un alto contenido de asfalto aumenta la durabilidad ya que las películas gruesas de asfalto no se envejecen, además, el asfalto sella eficazmente un gran porcentaje de vacíos interconectados en el pavimento; haciendo difícil la penetración del agua y del aire. Textura: La textura de la carpeta deberá ser uniformemente densa tanto en el
sentido transversal como en el sentido longitudinal. Una textura abierta puede deberse a un calentamiento insuficiente del enrasador de la pavimentadora. Si aparece un desgarre de la mezcla debajo de las extensiones del enrasador se debe revisar el alineamiento de la extensión, las barras apisonadoras y los vibradores. Este desgaste frecuentemente ocurre en una mezcla demasiado fría. Color: La mezcla de concreto asfáltico presenta un color que varía entre pardo
oscuro y negro ya que uno de sus componentes es el cemento asfáltico, que es un asfalto refinado, que le brinda el color a la mezcla. Confort: El confort en una mezcla de concreto asfáltico está referido a la
granulometría que presente la mezcla. Las mezclas de concreto asfáltico ofrecen al
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conductor una superficie lisa permitiendo que el usuario se sienta cómodo en el camino. Proceso de Mezclado y Colocación
Norma INVEAS. Versión Revisada Diciembre 2004. Explica que existen dos tipos de plantas mezcladoras de concreto asfáltico. El objetivo es el mismo y consiste en producir una mezcla en caliente que posea las proporciones deseadas de asfalto y agregado y que cumpla con todas las especificaciones. Ambos tipos de planta (plantas de dosificación y plantas mezcladoras de tambor) están diseñados para lograr este propósito. El asfalto será calentado en calderas o tanques diseñados de tal manera que aseguren un calentamiento uniforme en todo el contenido. Estarán dotados de un sistema eficaz para el control de la temperatura en todo momento y de medios apropiados, para mantenerla uniforme en toda la masa. Los áridos gruesos y finos para las mezclas asfálticas serán secados y calentados, juntos o separadamente en la planta asfáltica, en secadores rotativos. Los agregados gruesos y finos calientes y el polvo mineral (filler) serán medidos por separado cuidadosamente. La cantidad de asfalto requerida para la mezcla será medida en peso. La mezcla será hecha en una mezcladora apropiada, dotada de dos paletas que aseguren un mezclado homogéneo y completo de los agregados entre sí. Los agregados gruesos, finos y el filler se mezclarán en seco durante 30 segundos, agregándose luego el asfalto caliente y prosiguiendo el mezclado durante el tiempo necesario para obtener una mezcla homogénea, en que todas las partículas estén uniformemente envueltas en una película de asfalto. En el momento de la descarga la mezcla asfáltica tendrá una temperatura próxima a los 150 grados centígrados. Inmediatamente antes de la colocación de la carpeta asfáltica, la base será perfectamente barrida de manera de asegurar que no quede tierra, material suelto, etc., presentando una apariencia granular que permita una perfecta unión con la carpeta y posteriormente, se aplicará un riego asfáltico de imprimación y liga cuya 12
colocación se anticipará a la distribución del concreto asfáltico. La mezcla se debe transportar en camiones volteo, o en equipos especialmente diseñados para este fin, desde la Planta de Mezclado hasta el lugar de su utilización. Las tolvas de los camiones se deben limpiar para evitar materiales extraños en la mezcla. Las tolvas deben estar provistas de una lona o encerado para cubrir la mezcla desde que es cargada hasta el momento de su utilización. La distribución se efectuará con máquina terminadora, la mezcla será descargada dentro de la tolva de la máquina e inmediatamente distribuida en el espesor establecido y debe tener una temperatura que permita obtener las densidades de campo establecidas en el proyecto, pero nunca debe ser menor de 105ºC. Después de extendida la mezcla deberá ser completa y uniformemente compactada por cilindrado empleando inicialmente rodillos livianos que no provoquen desplazamientos excesivos o agrietamientos. Sólo en las áreas inaccesibles para la Máquina Pavimentadora, y previa aprobación de la Inspección de la Obra, se podrán utilizar otros medios para la colocación de la mezcla asfáltica. Previo al inicio de los trabajos de extendido se debe determinar el Patrón de Compactación a utilizar en obra, a fin de asegurar que la mezcla satisfaga los requisitos de densidad que se indican en el proyecto. El Patrón de Compactación deberá indicar: (a) tipo de mezcla; (b) el espesor de la capa; (c) características de los equipos de compactación (peso, presión de inflado, vibraciones por minuto y amplitud); (d) las temperaturas de compactación inicial y final; (e) el número de pases de cada compactadora y su secuencia de aplicación; (f) velocidad de operación de las compactadoras y (g) tipo de superficie de apoyo. Criterio de control de la densidad de campo, el Ente Contratante debe establecer uno de los criterios que se indican a continuación, mediante el cual se analizarán los resultados de compactación de la mezcla: (a) Densidad de Rice: este método referencia la densidad de campo a la densidad máxima de la mezcla sin vacíos, del lote correspondiente al control de calidad efectuado sobre la mezcla producida en planta. Esta densidad de referencia se determinará de acuerdo al Método de Ensayo ASTM D-2041. 13
(b) Densidad de laboratorio: este método referencia la densidad de campo a la densidad de laboratorio del lote correspondiente al control de calidad efectuado sobre la mezcla producida en planta. Esta densidad de referencia se determinará de acuerdo al Método de Ensayo ASTM D-1189. En caso de que el Ente Contratante no especifique el criterio de comparación de las densidades de campo, se entenderá que se aplicará el Método de Densidad de Rice Método (a). Durante el proceso de compactación se deben cumplir los siguientes requisitos: a) La compactación debe iniciarse a la máxima temperatura a la que la mezcla tenga la consistencia necesaria para resistir el peso de la compactadora sin sufrir desplazamientos. b) Se deben tomar las previsiones necesarias para evitar que la mezcla asfáltica se adhiera a las ruedas de las compactadoras. c) Las compactadoras se deben mover lenta y uniformemente con la rueda de tracción hacia la máquina pavimentadora. d) La velocidad de las Compactadoras debe mantenerse dentro de los rangos indicados a continuación:
Cuadro 2 Velocidad de Compactación (kph)
Rueda de acero estática Compactadora Neumática
Compactación Inicial 3a5 4a5
Compactación Intermedia 3 a 5,5 4 a 6,5
Ruedas de acero vibratoria
4a5
6a8
Tipo de compactadora
Compactación Final 3a5 4a5 Utilizar sólo en modo estático
Nota: Tomado Norma INVEAS. Versión Revisada Diciembre 2004
Tipos de Mezcla de Concreto Asfáltico
Norma INVEAS. Versión Revisada Diciembre 2004. Las mezclas de concreto asfáltico se dividen en mezclas de granulometría densa y mezcla de granulometría 14
abierta. Las mezclas de granulometría densa o cerrada son aquellas en las cuales el porcentaje de vacíos oscila entre 3 y 6 % y mezclas de granulometría abierta aquellas cuyo porcentaje de vacíos es superior al 12%. Las mezclas densamente gradadas son mezclas que contienen cantidades de agregados en proporciones adecuadas de todos los tamaños, de grueso a fino, incluyendo filler, proporcionados de tal forma de obtener una mezcla densa con pocos vacíos. Estas mezclas tienen un gran número de puntos de contacto entre las partículas que pueden dar una alta resistencia friccional y reducir la posibilidad de trituración de las partículas en los puntos de contacto. Como el contenido de vacíos es bajo son pocos permeables. En las mezclas asfálticas en caliente, deben preferirse agregados con granulometría densa, o muy cercana a la densa. En las mezclas de granulometría abierta el número de puntos de contacto es menor que en las mezclas cerradas y por ello los esfuerzos entre partículas son superiores. Las granulometrías con las cuales deben cumplir los agregados se especifican en las normas Covenin 2000-87; estas se muestran en los cuadros 3 y 4.
Cuadro 3 Mezclas de Granulometría Densa MEZCLAS DE GRANULOMETRÍA DENSA Porcentaje en peso de material que pasa los tamices TAMIZ
Tipo I Tipo II Rodamiento Rodamiento
Tipo III Rodamiento
Tipo IV Rodamiento O Intermedio 100 80-100
Tipo V Intermedio O Base 100 80-100 70-90
60-80 48-65 35-50 19-30 13-23 7-15 2-8
55-75 45-62 35-50 19-30 13-23 7-15 2-8
1-1/2” 1” ¾” ½” 3/8”
Nº 4 Nº 30 Nº 50 Nº 100 Nº 200
100 85-100 65-80 50-65 25-40 18-30 10-20 3-10
100 80-100 50-75 35-50 18-29 13-23 8-16 4-10
100 80-100 70-90 50-70 35-50 18-29 13-23 8-16 4-10
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Cuadro 4 Mezclas de Granulometría Abierta MEZCLAS DE GRANULOMETR A ABIERTA Porcentaje en peso de material que pasa los tamices Tamiz
Tipo VI Rodamiento
Tipo VII Rodamiento O Intermedio
Tipo VIII Base
1-1/2” 1” ¾” ½” 3/8”
Nº 4 Nº 8 Nº 30 Nº 50 Nº 100 Nº 200
100 75-100 35-55 20-35 10-22 6-16 4-12 2-8
100 75-100 60-85 35-55 20-35 10-22 6-16 4-12 2-8
100 75-100 60-85 30-50 20-35 5-20 3-12 2-8 0-6
Tipo IX Base
Tipo X Base
100 75-100
100 75-100 60-85
45-70 30-50 20-35 5-20 3-12 2-8 0-6
40-65 30-50 20-35 5-20 3-12 2-8 0-6
Nota: Tomado de Normas COVENIN 2000-87
Usos del Concreto Asfáltico
Los concretos asfálticos producidos se utilizan en servicios de pavimentación para carreteras, pistas de aeropuertos y otros usos especiales. El concreto asfáltico se puede emplear como capa de rodamiento para tráfico liviano y mediano, como base de pavimentos flexibles para tráfico mediano y pesado o como capa intermedia. Ventajas del Concreto Asfáltico
El concreto asfáltico ofrece las siguientes ventajas:
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1.
Un pavimento de concreto asfáltico construido adecuadamente es impermeable y resistente a muchos tipos de daños químicos.
2.
Provee una superficie de bajo costo para toda condición de tiempo atmosférico, en caminos de categoría ligera y mediana.
3.
Ayuda a un revestimiento sobrepuesto a adherirse sobre el revestimiento previo.
4.
Provee una superficie resistente al deslizamiento.
5.
Si bien el pavimento asfáltico, como otros materiales, sufre el debido desgaste del uso, no presenta grietas ni quebraduras de manera que el trabajo sobre su recuperación se propone para más largo plazo.
6.
El pavimento de asfalto es más económico, más duradero, de construcción más simple y rápida. Selección de Materiales y Diseño de Mezcla
Norma INVEAS. Versión Revisada Diciembre 2004. En el diseño de mezclas asfálticas en caliente es primordial seleccionar y proporcionar materiales de buena calidad para la correcta elaboración de las mezclas. El propósito fundamental del procedimiento del diseño de mezclas de concreto asfáltico es determinar una gradación económica de agregados (dentro de las exigencias de las especificaciones) y asfalto, que proporcione una mezcla que posea: 1.
Suficiente asfalto para garantizar un pavimento durable.
2.
Adecuada estabilidad para que satisfaga las demandas de tránsito sin producir deformación o desplazamiento.
3.
Cantidades de vacíos en la mezcla total compactada suficientemente para evitar el afloramiento, la exudación y la pérdida de estabilidad.
4.
Adecuada trabajabilidad para permitir una colocación eficiente sin segregación. Esto es debido a que son diseñadas, producidas y colocadas de tal manera que
se logre obtener las propiedades deseadas. El Instituto del Asfalto, MS-22 señala que “Las propiedades que se deben considerar para que el diseño de mezcla sea adecuado
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son: estabilidad, durabilidad, flexibilidad, resistencia a la fatiga, resistencia al deslizamiento, impermeabilidad y trabajabilidad”.
Estabilidad: Un pavimento estable es capaz de mantener su forma y lisura bajo
cargas repetidas; un pavimento inestable desarrolla ahuellamiento, ondulaciones, entre otros. La estabilidad de una mezcla depende de la fricción y la cohesión interna. La fricción interna de las partículas de agregados está relacionada con características del agregado como forma y textura superficial. Entre más angular sea la partícula del agregado y más áspera sea su textura superficial, más alta será la estabilidad de la mezcla. La cohesión resulta de la capacidad ligante del asfalto. La cohesión aumenta a medida que la viscosidad del asfalto aumenta, o a medida que la temperatura del asfalto disminuye. Durabilidad: La durabilidad es la propiedad de una mezcla asfáltica que indica
la capacidad de resistir la desintegración causada por el tránsito y el clima. La durabilidad se incrementa por lo común mediante el aumento del contenido de asfalto, granulometrías cerradas del agregado y mezclas bien compactadas e impermeables. Flexibilidad: La flexibilidad es una característica deseable en todo pavimento
asfáltico debido a que todas las subrasantes se asientan (bajo cargas) o se expanden (por expansión del suelo). Generalmente la flexibilidad de una mezcla asfáltica se incrementa con altos contenidos de asfalto. Resistencia a la Fatiga: La resistencia a la fatiga es la resistencia a la flexión
repetida, causada por el paso de las cargas. Pruebas han demostrado, que los vacíos (relacionados con el contenido de asfalto) y la viscosidad del asfalto, tienen un efecto considerable sobre la resistencia a la fatiga. A medida que el porcentaje de vacíos en un pavimento aumenta, la resistencia a la fatiga del mismo disminuye. Resistencia al Deslizamiento: La resistencia al deslizamiento es la habilidad de
una superficie de pavimento de disminuir el deslizamiento o resbalamiento de la rueda de los vehículos, cuando la superficie se encuentra húmeda. Una superficie áspera y rugosa de pavimento tendrá mayor resistencia al deslizamiento que una 18
superficie lisa. La mejor resistencia al deslizamiento se obtiene con un agregado de textura áspera, en una mezcla de gradación abierta y con tamaño máximo de 9.5 mm. hasta 12.5 mm. Impermeabilidad : La impermeabilidad es la resistencia al paso de aire y agua
dentro o a través del pavimento. Esta característica está relacionada con el contenido de vacíos de la mezcla compactada. La impermeabilidad es importante para la durabilidad de las mezclas compactadas, aunque todas las mezclas asfálticas usadas en la construcción de carreteras, tienen cierto grado de permeabilidad. Trabajabilidad : La trabajabilidad es la facilidad con la que una mezcla de
pavimentación puede ser colocada y compactada. La trabajabilidad puede ser mejorada modificando los parámetros del diseño de la mezcla, el tipo de agregado y/o la granulometría. La trabajabilidad es especialmente importante, en sitios donde se requiere colocar y rastrillar a mano cantidades considerables de mezcla. Las mezclas que son fácilmente trabajables se conocen como mezclas tiernas. Componentes del Concreto Asfáltico
Cemento Asfáltico
Según Herbert Lynch, (1980) en su libro Pavimentos define: El cemento asfáltico “Es un asfalto refinado, o una combinación de asfalto refinado y aceite fluidificante; de consistencia apropiada para pavimentación”. Es un producto proveniente de la destilación ligera de un crudo asfáltico; es un material viscoso (espeso) y pegajoso; se adhiere fácilmente a las partículas de agregado y, por lo tanto, es un excelente cemento para unir partículas de agregado en un pavimento de mezcla en caliente. (Pág. 32). El cemento asfáltico se usa básicamente para fines viales en la pavimentación de carreteras, aeropuertos, etc.; también se emplea en el revestimiento de diques y canales. El Manual de Asfalto, Ensayos Físicos, Diseño y Control define, que para la construcción de pavimentos de concreto asfáltico se utilizan cementos asfálticos de 19
cinco grados: 40-50, 60-70, 85-100, 120-150, 200-300, que indican los rangos permitidos de penetración para cada uno.
Los grados de penetración más
comercializados en nuestro país son 60-70 y 85-100.
Agregados
Según el Instituto del Asfalto MS-22 se define como “Agregado, también conocido como roca, material granular, o agregado mineral, es cualquier material mineral, duro e inerte usado, en forma de partículas graduadas o fragmentos, como parte de un pavimento de mezcla asfáltica en caliente. Los agregados incluyen arena, grava, piedra triturada, escoria y polvo de roca”. En las mezclas asfálticas los agregados constituyen del 90 al 95% del peso total o entre el 75 y 85% del volumen de la mezcla. Los agregados usados en el pavimento asfáltico se clasifican generalmente de acuerdo a su origen, estos son agregados naturales, agregados procesados y agregados artificiales. Los agregados naturales son aquellos usados en su forma natural, con muy poco o ningún procesamiento. Los principales tipos de agregados naturales usados en la construcción de pavimentos son, la grava y la arena. Los agregados procesados son aquellos que han sido triturados y tamizados antes de ser usados. Los agregados artificiales no existen en la naturaleza, son el producto del procesamiento físico o químico de materiales. Los agregados sintéticos o manufacturados son relativamente nuevos en la industria de la construcción. El tamaño de las partículas más grande en la muestra debe ser determinado, debido a que las especificaciones hablan de un tamaño máximo de partícula para cada agregado usado. El tamaño máximo de partícula se puede designar de dos formas: 1.
Tamaño máximo nominal de partículas , designado como un tamiz más grande
que el primer tamiz que retiene más del 10% de las partículas de agregado, en una serie normal de tamices.
20
2.
Tamaño máximo de partículas , designado como un tamiz más grande que el
tamaño máximo nominal de partículas. Típicamente, este es el tamiz más pequeño por el cual pasa el 100% de las partículas del agregado. La forma de la partícula afecta la trabajabilidad de la mezcla durante su colocación y la resistencia de la estructura del pavimento durante su vida. Las partículas irregulares o angulosas tales como la piedra partida y algunas gravas y arenas naturales, tienden a trabarse cuando son compactadas y a resistir el desplazamiento. Generalmente se obtiene una mejor trabazón con partículas de forma cúbica y aristas angulosas: esta trabazón es mínima con partículas redondeadas. Algunos agregados contienen ciertas cantidades de materias extrañas, como son sustancias orgánicas, esquitos, partículas livianas, terrones de arcilla entre otras. Las cantidades excesivas de estos materiales pueden afectar desfavorablemente el comportamiento del pavimento. La limpieza del agregado puede determinarse mediante inspección visual, pero un tamizado por lavado proporciona una medida exacta del porcentaje de material indeseable más fino que 0,075 mm. (N° 200). Ensayos de los Agregados
Los ensayos físicos que se le realizan a los agregados son: Análisis Granulométrico: Gustavo Oviedo, (1979), señala en el Manual Didáctico de Ensayos de Mecánica de Suelos que “El análisis granulométrico por el
método del tamizado es un proceso mecánico mediante el cual se separan las partículas de un suelo en sus diferentes tamaños”. (Pág. 61). La granulometría se determina a través de una serie de tamices apilados, con aberturas que se hacen progresivamente más pequeñas, y la pesada del material retenido en cada tamiz. La granulometría de un agregado puede ser expresada como: porcentaje que pasa total, porcentaje retenido total, y porcentaje que pasa el tamiz y es retenido por el siguiente. Peso Específico: El peso específico de un material es el cociente entre el peso
de un volumen unitario de material y el peso de igual volumen de agua a temperatura 21
entre 20 y 25° C. Existen tres tipos aceptados de peso específico de los agregados, el peso específico aparente que considera el volumen del agregado como el volumen total excluyendo el volumen de poros o capilares que pueden llenarse de agua en 24 horas de embebimiento. El peso específico bruto considera el volumen total de las partículas de agregado incluyendo los poros que pueden ser llenados con agua en 24 horas de embebimiento. El peso específico efectivo considera el volumen total del agregado excluyendo el volumen de poros que absorbe asfalto. El peso específico del agregado en la mezcla depende del grado en que el mismo absorbe asfalto. Cuando se usa el peso específico aparente se asume que el asfalto será absorbido por todos los poros permeables al agua. Si se usa el peso específico bruto, se acepta que el asfalto no será absorbido por los poros permeables al agua. Prueba Equivalente De Arena: El ensayo de arena equivalente es un método
que se aplica al agregado fino (en la porción que pasa el tamiz N° 4) con la finalidad de conocer las proporciones existentes de arcilla no conveniente y de material fino que pasa por el tamiz N° 200. Se usan normalmente muestras secadas a temperaturas de 90 a 100° C, ya que ensayos con materiales húmedos o mojados dan valores bajos de arena equivalente. Este ensayo es importante para determinar la limpieza del agregado. Ya que algunos agregados contienen ciertas sustancias extrañas como partículas livianas, terrones de arcilla, entre otros, que los hacen inadecuados para mezclas asfálticas de pavimentación. Resistencia Al Desgaste: Durante la elaboración, colocación y compactación de
una mezcla asfáltica, el agregado está expuesto a una rotura adicional y a desgaste por abrasión; por ello, los agregados deben tener un cierto grado de capacidad para resistir la trituración, degradación y desintegración en un momento dado. El ensayo de abrasión o desgaste de los ángeles mide la resistencia al uso o abrasión del agregado. Una resistencia relativamente alta al desgaste, indicada por un bajo porcentaje de pérdida por abrasión, es una característica deseable para los agregados a utilizar en capas superficiales de pavimentos asfálticos.
22
Ensayos para Cemento Asfáltico
Gravedad Específica
La gravedad específica se obtiene en los materiales bituminosos, mediante la comparación de pesos de iguales volúmenes de material y agua. Sirve este ensayo para la identificación y comprobación de uniformidad en los productos, así como determinaciones de peso y volumen. La gravedad específica de productos bituminosos, será expresada como la razón del peso de un determinado volumen del material a 25 ° C (77° F), al peso de un igual volumen de agua a la misma temperatura, y se expresará así: gravedad específica 25/25° C (77/77° F). Penetración
El ensayo de penetración se usa para medir la consistencia o dureza de materiales asfálticos sólidos o semisólidos, así como para clasificar estos productos en grados de consistencia normales, cuando están sometidos a condiciones determinadas; y dicho ensayo solo tiene relación con la calidad del material. Los grados de penetración que se especifican para el cemento asfáltico son: (25° C, 100 grs., 5 segundos) A40 (40-50), A30 (60-70), A20 (60-70), A10 (85-100), A5 (120150), A2.5 (200-300). Estos grados de penetración se usan para especificar la utilización de los materiales. Punto de Inflamación y Punto de Llama
El ensayo de punto de inflamación es simplemente un ensayo de seguridad. Indica la temperatura máxima a la que se puede calentar el material sin riesgo de incendios. En general no se debe elevar más la temperatura de los materiales asfálticos semisólidos cuando ésta se encuentra a 28° C por debajo del punto de inflamación. Los asfaltos diluidos y especialmente los de curado rápido se usan 23
muchas veces a temperaturas superiores al punto de inflamación, lo que constituye un peligro serio. El punto de llama se determina cuando aparece ignición del material durante 5 segundos. Ductilidad
Sirve para conocer que elongación puede tener el material a utilizar. Un material dúctil es aquel que se estira cuando se le somete a tensión, en contra de un material quebradizo que se rompe antes que estirarse. La ductilidad es, sin duda, una de las más interesantes propiedades del asfalto desde el punto de vista de su aplicación, porque es la que le da junto con la adhesividad, sus excelentes propiedades como ligante. La presencia o ausencia de ductilidad en un asfalto, sin embargo, tiene usualmente mayor importancia que el grado de ductilidad existente. Por otra parte, los betunes asfálticos con una ductilidad muy elevada son usualmente más susceptibles a los cambios de temperaturas. Punto de Ablandamiento
El punto de ablandamiento es la temperatura a la cual una muestra suspendida en un anillo horizontal, es forzada hacia abajo 1”, bajo el peso de una bola de acero, cuando la muestra es calentada a una rata prescrita en un baño de agua o de glicerina. El punto de ablandamiento de los materiales bituminosos no ocurre generalmente a una temperatura definitiva. A medida que la temperatura aumenta, ellos gradualmente e imperceptiblemente cambian de su estado duro a un estado pegajoso y grueso, hasta fluir a un estado blando y menos viscoso casi líquido. Viscosidad Cinemática
La viscosidad cinemática es el tiempo de flujo medido en segundos cuando un volumen fijo del líquido fluye a través de un tubo capilar calibrado, para una carga 24
exacta y reproducible a una temperatura controlada cuidadosamente. Este método de ensayo cubre los procedimientos para la determinación de la viscosidad cinemática de asfaltos “Cut- back” a 60° C (140° F) y cementos asfálticos a 135° C (275° F).
Maquinaria
Las operaciones de pavimentación incluyen el transporte de la mezcla asfáltica en caliente al lugar de la obra, la colocación de la misma sobre la carretera, y su compactación. Pavimentadora
Las pavimentadoras son máquinas automotrices diseñadas para colocar mezcla asfáltica con un espesor determinado para proporcionar una compactación inicial de la carpeta. Las partes principales de una compactadora son la unidad de potencia o del tractor y la unidad de enrase. La unidad del tractor provee la fuerza motriz para mover las ruedas u orugas y también para la maquinaria de la pavimentadora. Esta unidad comprende la tolva receptora, el transportador alimentador, compuertas de control de flujo, tornillos de distribución, plantas generadoras (motor), transmisiones, controles dobles y el asiento del operador. Cuando está en marcha el motor de la unidad del tractor, propulsa la pavimentadora, arrastra la unidad del enrasador (niveladora), y proporciona potencia a los otros componentes a través de las transmisiones. La mezcla en caliente es depositada en la tolva receptora, de donde es llevada al transportador alimentador, a través de las compuertas de control de flujo hacia los tornillos de distribución y estas distribuyen uniformemente la mezcla a lo largo de todo el ancho del asfaltador para obtener una colocación pareja y uniforme. La unidad del enrasador tiene como funciones nivelar la mezcla de tal manera que cumpla con las especificaciones de espesor y acabado, e igualmente proporcionar la compactación inicial de la mezcla. Esta unidad está compuesta por brazos 25
emparejadores de arrastre, placa emparejadora, unidad de calentamiento, barras apisonadoras y/o accesorios vibratorios y controles. El enrasador es arrastrado por detrás de la unidad del tractor. A medida que la unidad del tractor arrastra el enrasador hacia la mezcla, este busca el nivel que hace que el trayecto del enrasador sea paralelo a la dirección de arrastre. Luego, la placa emparejadora plancha la superficie de la mezcla dejando un espesor de carpeta que cumpla con las especificaciones de la obra. Por último, las barras apisonadoras o los accesorios vibratorios compactan ligeramente la mezcla, como preparación para la compactación. (Ver figura 2)
Figura 2. Maquina pavimentadora
Compactadores
Generalmente para la compactación de la mezcla de concreto asfáltico se requieren compactadoras automotrices, como: 1.
Tandem de ruedas de acero: tienen ruedas o rodillos de acero generalmente
montados sobre dos ejes tandem. Este tipo de compactadora puede usarse para la primera pasada, la compactación intermedia y la compactación final. El rodillo compactador debe impartir como mínimo 4500 Kilogramo por metro lineal de ancho (250 libras por pulgadas lineales) cuando es usado en la primera pasada o en la compactación intermedia. Los bordes de las ruedas de acero deberán revisarse usando una regla recta de metal para ver si presentan 26
desgaste. No se deberá usar la compactadora si los rodillos están picados o presentan surcos. 2.
Compactadoras de ruedas neumáticas: tienen ruedas de cauchos en vez de
ruedas o rodillos de acero. Generalmente poseen dos ejes tandem, con tres o cuatro ruedas en el eje delantero y cuatro o cinco ruedas en el eje trasero. Las ruedas se mueven independientemente hacia arriba y hacia abajo. Este tipo de compactadora puede estar equipada con ruedas de 380, 430, 510 o 610 mm. (15, 17, 20 o 24 plg.) de diámetro. Durante la compactación, las ruedas deben tener rodaduras lisas y deben estar inflados con la misma presión. Las compactadoras de ruedas neumáticas pueden ser usadas para dos tipos de compactación; para la primera pasada de compactación y la compactación intermedia, y para el acondicionado final de la superficie. 3.
Compactadoras giratorias: proporcionan la fuerza compactadora, mediante una
combinación del peso y la vibración de sus rodillos de acero, comúnmente llamados tambores. Las usadas para concreto asfáltico son automotrices y varían en peso desde 7 hasta 17 toneladas. Existen dos modelos, unidades de tambor sencillo y unidades de tambor doble. La propulsión de los modelos de tambor sencillo es proporcionada por ruedas de acero o ruedas neumáticas. La propulsión de los modelos de tambor doble es proporcionada por ambos tambores. El motor que proporciona la potencia para la propulsión también suministra potencia a la unidad vibratoria. Todo tipo de compactadora debe ser inspeccionada antes de ser usada en la obra para verificar que se encuentre en buena condición mecánica. Personal o Mano de Obra
El personal que se emplee para la construcción de pavimentos de concreto asfáltico debe ser suficiente y debe estar debidamente calificado para ejecutar el trabajo requerido, en un todo de acuerdo con lo establecido en esta especificación y en el Programa de Obra que apruebe el Ente Contratante. 27
Procedimiento para la Extensión de Concreto Asfáltico
Para realizar el mantenimiento adecuado en carreteras utilizando mezclas de concreto asfáltico, se debe seguir el siguiente procedimiento: Una vez en el sitio el equipo que contiene la mezcla de adherencia y los camiones con el asfalto, la temperatura de la mezcla es revisada comprobando que esta es la óptima y se procede de la siguiente manera: 1.
Limpieza de la superficie del tramo a reasfaltar con cepillos. (Ver figura 3)
Figura 3. Preparación del Sitio para la Colocación del Concreto Asfáltico
2.
Demarcación del tramo a reasfaltar.
3.
Colocación del riego de adherencia, mediante un distribuidor de asfalto. (Ver figura 4)
Figura 4. Colocación del Riego de Adherencia
28
4.
Suministro del asfalto a la pavimentadora (finisher), por medio de un camión volteo. (Ver figura 5)
Figura 5. Colocación del asfalto en el almacenador de la pavimentadora 5.
Extendido del asfalto a lo largo del tramo, utilizando la pavimentadora. (Ver figuras 6 y 7)
Figura 6. Pavimentadora usada para el extendido de la mezcla
Figura 7. Extendido del Concreto Asfáltico
29
6.
Eliminación de agregado grueso en el tramo de asfalto extendido, utilizando un rastrillo con el fin de lograr que la pendiente disminuya hasta llegar a cero, para que la junta en los carriles quede uniforme.
7.
Rociado de asfalto a lo largo del tramo, utilizando una pala, retirando el agregado grueso y quedando el fino para evitar la presencia de poros en la superficie. (Ver figura 8)
Figura 8. Rociado con mezcla de asfalto para eliminar los poros 8.
Compactación de la carpeta asfáltica mediante el uso del vibro compactador o compactador de rodillo, hasta obtener aproximadamente 5 cm. de espesor. (Ver figura 9)
Figura 9. Compactación de la Mezcla Asfáltica
30
9.
Lograr una textura de carpeta uniformemente densa y un acabado perfecto en los extremos de la carpeta asfáltica extendida. (Ver figuras 10 y 11)
Figura 10. Acabado de los extremos de la carpeta
Figura 11. Carpeta de Concreto Asfáltico Extendida
Es necesario controlar los siguientes aspectos: 1.
El número de camiones pedidos así como la llegada y salida de los mismos.
2.
Las toneladas de asfalto suministradas por la planta.
3.
La temperatura de la mezcla es revisada, usualmente en el camión; y frecuentemente detrás del asfaltador.
4.
El espesor del pavimento debe medirse antes y después de la compactación, para poder determinar la diferencia en espesor, debido a la compactación.
31
Mediciones del Concreto Asfáltico
Norma INVEAS. Versión Revisada Diciembre 2004. Para la medición de los pavimentos de concreto asfáltico, se deben considerar las partidas siguientes: a) Concreto asfáltico. b) Material asfáltico. Concreto Asfáltico
Esta partida se mide por peso en toneladas métricas (1000 Kg) de pavimento terminado satisfactoriamente de acuerdo con lo establecido en esta Especificación. El peso se obtiene multiplicando el volumen de pavimento de cada lote por el promedio de las densidades obtenidas en las muestras del pavimento que se está midiendo. El volumen se obtiene multiplicando la longitud efectiva por el ancho del tramo y por el espesor promedio del pavimento colocado. La longitud efectiva es la longitud del pavimento colocado, medida en metros a lo largo del eje de la vía. A efectos de medición, la vía se divide en tramos de 2 km. de longitud máxima, para cada uno de esos tramos, se aplican las mediciones de ancho y espesor promedio. El ancho del tramo es el ancho del pavimento colocado, medido en metros, establecido en los planos, o en su defecto, el fijado por el Ingeniero Inspector. El espesor promedio es el promedio aritmético de los espesores de pavimento colocado en cada lote, luego de efectuada su compactación. Los espesores de pavimento se determinan, para el total de cada tipo de mezcla empleada, mediante uno de los siguientes métodos: 1.
Por toma de muestras del pavimento. En este caso, se deben tomar al menos seis (6) muestras de pavimento en cada lote, pudiendo estar incluidas para esa determinación, las muestras tomadas según se especifica el espesor mínimo de cualquier capa, después de compactada y el espesor final de la capa se debe comprobar periódicamente.
32
2.
Por secciones de topografía. En este caso se deben tomar secciones transversales. Para cada sección se debe determinar un espesor promedio. El número de las secciones y la distancia entre cada una de ellas, debe ser aprobada por el Ing. Inspector. El espesor promedio del pavimento es el promedio aritmético de los espesores colocados en cada lote luego de efectuada la compactación. Para el cálculo del espesor promedio, los valores individuales de las muestras
están sujetas a las siguientes condiciones: a. Mezclas colocadas como primera capa sobre la subrasante, bases y sub-bases no
asfálticas y primera capa de repavimentación sobre un pavimento existente: a.1 los espesores individuales comprendidos entre el 88% y el 112% del
espesor de proyecto se deben considerar en su valor real. a.2 los espesores individuales mayores al 112% del espesor de proyecto se
deben considerar equivalentes al 100% del espesor de proyecto. a.3 los espesores individuales menores al 88% del espesor de proyecto se
deben considerar defectuosos. “El Contratante” debe ordenar la corrección o la remoción y reposición del sector con espesor defectuoso, o excluirá todo el sector del cómputo de las cantidades de obra. b. Cualquier otra capa distinta a las consideradas en el caso (a) anterior: b.1 los espesores individuales comprendidos entre el 94% y el 106% del
espesor de proyecto se deben considerar en su valor real. b.2 los espesores individuales mayores al 106% del espesor de proyecto se
deben considerar equivalentes al 100% del espesor de proyecto. b.3 los espesores individuales menores al 94% del espesor de proyecto se deben considerar defectuosos. “El Contratante” debe ordenar la corrección o la
remoción y reposición del sector con espesor defectuoso, o excluirá todo el sector del cómputo de las cantidades de obra. En el caso de que un mismo tipo de mezcla asfáltica deba ser extendida y compactada en varias capas, las tolerancias señaladas en el espesor promedio serán 33
aplicadas al espesor total resultante de la sumatoria de los espesores de las capas individuales. Material Asfáltico
El material asfáltico utilizado en la mezcla de pavimento de concreto asfáltico, se debe medir en toneladas métricas (1.000 kg). La cantidad de material asfáltico empleado en cada tramo se debe determinar multiplicando el peso de la mezcla asfáltica colocada en el tramo por el porcentaje de material asfáltico de la mezcla asfáltica, determinado según se indica a continuación. El porcentaje de material asfáltico de la mezcla asfáltica se debe determinar mediante el ensayo de extracción por centrífuga, o a través de equipos nucleares o de hornos de ignición. La muestra ensayada debe corresponder a la del lote que se está midiendo. Forma de Pago
Norma INVEAS. Versión Revisada Diciembre 2004. Concreto Asfáltico
Las partidas de concreto asfáltico se pagan al precio unitario establecido en el presupuesto, por tonelada métrica (1.000 kg) de pavimento construido satisfactoriamente, medido según se indica en las mediciones de concreto asfaltico. El precio unitario de la partida para presupuesto correspondiente debe incluir: 1.
El suministro del agregado empleado para la construcción del pavimento de Concreto Asfáltico.
2.
El manejo y el procesamiento del Agregado y del material asfáltico.
3.
El transporte de la Mezcla Asfáltica a cualquier distancia.
4.
La preparación, el extendido y la compactación de la Mezcla Asfáltica.
5.
La ejecución e interpretación de los ensayos de control de calidad. 34
6.
La provisión de todo el Equipo y Personal necesarios para la correcta ejecución de los trabajos. Si el Ente Contratante lo considera conveniente, podrán adoptarse las siguientes
modificaciones en el precio unitario de la partida de “concreto asfáltico”:
1.
Excluir el transporte del agregado y pagarlo por la Partida correspondiente a la Especificación, Transporte de Agregados para la Construcción de Pavimentos Asfálticos.
2.
Incluir en esta misma partida los gastos correspondientes al suministro y transporte del cemento asfáltico.
3.
Excluir el transporte de la mezcla y pagarlo según la Especificación, Transporte de Mezclas Asfálticas.
Material Asfáltico
El Material Asfáltico se debe pagar al precio unitario establecido en el Presupuesto, por tonelada métrica (1000 Kg.) de Material Asfáltico utilizado, determinado según se indica en el Parágrafo del porcentaje de material asfáltico. El precio unitario de la Partida para el Presupuesto correspondiente debe incluir: el suministro, y transporte del Material Asfáltico, así como la provisión de todo el Equipo y Personal necesario para la correcta ejecución de esta partida. Cuando el “Ente Contratante” lo juzgue conveniente, el Transporte del Material Asfáltico
utilizado será pagado por la Partida para Presupuesto correspondiente a la Especificación, Transporte de material asfáltico para la Construcción de Pavimentos Asfálticos. Definición de Micro-Pavimento
Según Enrique Garrida (1999) “Micro pavimento es una de las herramientas más versátiles en el mantenimiento de obras viales, los cuales son mezclas asfálticas que emulsionadas y modificadas con polímeros, permiten solucionar eficiente, rápida, 35
duradera y económicamente, las fallas superficiales más comunes en las vías terrestres”. La ISSA (International Slurry Surfacing Association) define “los mi cro-
pavimentos como el tipo más avanzado o superior de lechada asfáltica, de mayor estabilidad, capaz de ser distribuida en espesores variables de hasta 50 mm. Micro pavimento es una mezcla de emulsión asfáltica modificada con polímeros, agregado, filler mineral, agua y aditivos proporcionados apropiadamente, mezclados y extendidos sobre una superficie pavimentada”. Las mezclas de micro pavimento
consisten en áridos triturados con granulometría específica, agua, cemento Pórtland, emulsión asfáltica y un aditivo controlador de rompimiento. Composición del Micro-Pavimento
Según tesis de Byron R. Álvarez (2011), Básicamente están compuestas de los siguientes componentes: 1.
Cemento Asfáltico
2.
Agua
3.
Emulsificante o aditivo.
4.
Aditivo
Cemento Asfáltico
El cemento asfáltico es el componente principal de la emulsión debido a que ésta ocupa entre un 55% a 70% del total de la misma. El correcto funcionamiento del cemento asfaltico dentro del proceso de la elaboración de la emulsión se debe a que ésta tiene que cumplir algunas particularidades de tipo físico-químicas. En la práctica se recomienda que el cemento asfáltico muestre las siguientes características: 1.
El estado coloidal debe ser de tipo solido y solido-gel.
2.
El rango porcentual de contenido de asfáltenos: 18% - 26%
3.
El rango porcentual de contenido de resinas: 30% - 42% 36
4.
El rango porcentual de contenido de aceites: 44% - 50%
5.
El porcentaje de contenido de resinas cálcicas cíclicas aromáticas es el 15% del contenido de resinas.
6.
El contenido de parafinas debe ser bajo
7.
El contenido de ácidos nafténicos debe ser alto, es decir, el índice de acidez debe ser mayor a 1.0
8.
El índice de penetración debe estar en el rango de -1 a +1.
9.
Bajo contenido de sal.
El Agua
El agua es el principal componente al momento de determinar la consistencia de la mezcla. Está presente en tres formas: 1.
Como humedad contenida en los agregados
2.
Como agua de mezcla
3.
Como uno de los dos componentes que se encuentra en mayor cantidad dentro de la elaboración mezcla asfáltica. La cantidad de agua en la mezcla es determinante, por ejemplo, si la cantidad
de agua es muy alta (12%), provocará una segregación ya que la mezcla se encuentra muy fluida; en cambio si la cantidad de agua es baja, la mezcla asfáltica perderá la cohesión con el pavimento existente. El agua no se lo somete a ensayos de laboratorio, lo único que se tiene que tomar en cuenta es el control de la presencia de minerales, como calcio o magnesio ya que estas afectan sus propiedades químicas. El Emulsificante
El emulsificante dentro de la mezcla asfáltica ocupa un bajo porcentaje pero a pesar de ello su función es muy importante, ya que el emulsificante se encarga de estabilizar y evitar la coalescencia de la emulsión, esto es, no permite que los glóbulos del asfalto se unan permitiendo estabilidad para la emulsión. Además el 37
emulsificante permite el rompimiento oportuno y cambia la tensión superficial en el área de contacto con el agregado. Los emulsificantes están compuestos generalmente por un radical alkilo R el cual es hidrofóbico (miedo al agua) y un componente hidrofílico, que se encuentran saponificados y con el contacto con el agua se disocian, quedando con cargas negativas o positivas según el tipo de emulsificante como se muestra en la figura a continuación.
Figura 12. Representación esquemática de una emulsión aniónica y de una catiónica, (Fuente: Instituto Mexicano del Transporte ISSN 0188-7141)
a) Emulsificantes anionicos
Los emulsificantes aniónicos son sales sódicas o potásicas de ácidos orgánicos en su parte hidrofílica, con carga eléctrica negativa; éstos tienen como fórmula general: R-COONa. Las moléculas de los jabones, al disolverse en el agua se ionizan dando como resultado: R-COONa ---> R-COO- + Na+ De donde: R-COO- = número de aniones. COO- = es el grupo carboxilato, el cual se dirige a la parte hidrofílica. R = es el radical alkilo, el cual se queda en la parte hidrofóbica. 38
Na+ = número de cationes. b)
Emulsificantes Cationicos
Los emulsificantes catiónicos son productos de la reacción química entre ácidos inorgánicos fuertes, como el ácido clorhídrico, con aminas grasas, con carga eléctrica positiva; éstos tienen como fórmula general: R-NH3Cl. Cuando este tipo de emulsificantes se disuelven en el agua, éstas se ionizan dando como resultado: R-NH3Cl ---> R-NH3+ + ClDe donde: R-NH3+ = número de cationes. NH3+ = es el grupo amino, el cual se dirige a la parte hidrofílica. R = es el radical alkilo, el cual se queda en la parte hidrofóbica. Cl- = número de aniones. Aditivo
Pueden utilizarse aditivos para acelerar o retardar el punto de quiebra del micro-pavimento, o para mejorar el resultado final de la superficie. El uso de aditivos en la mezcla o en materiales individuales. Se deberá hacer inicialmente en cantidades predeterminadas por el diseño de mezcla, con ajustes en el campo si es necesario. Una ilustración de la composición un micro-pavimento se presenta en la siguiente: (Ver figura 13)
Figura 13. Ilustración de la composición un micro-pavimento
39
Características
Durabilidad : Enrique Garrida (1999) señala que “Los micro-pavimentos
contienen emulsificantes activos y polímeros los cuales ayudan al asfalto a adherirse fuertemente a los áridos y al pavimento dañado lo cual se traduce en durabilidad”. La
utilización de materiales de alta calidad contribuye, de igual manera, a aportar estabilidad a la capa de rodamiento. La incorporación de polímeros a la mezcla provee superior calidad a la carpeta asfáltica ya que proporciona un comportamiento elástico y una mejor forma de soportar los esfuerzos durante su vida útil. Textura: La superficie de la aplicación de micro-pavimento es áspera en textura.
Esta textura permanece activa por muchos años haciéndolo un tratamiento ideal para carreteras resbaladizas o pistas de aeropuertos manteniendo textura superficial con excelentes propiedades anti-derrapantes. La micro textura establece áreas efectivas de contacto entre los neumáticos y el agregado y la macro textura favorece el drenaje superficial mejorando la interacción con los neumáticos. Color : El pavimento terminado fragua químicamente cambiando de color café a
negro en pocos minutos, después de 30 minutos la superficie no se altera por lluvia pudiendo ser reabierta al tráfico en 1 hora. Confort : El confort de una carpeta de micro aglomerado está relacionado con el
tipo de agregado presente en la mezcla. El tamaño ideal del agregado se encuentra en un rango de 6 a 16mm (1/4 y 5/8pulgadas) para tratamiento superficiales simples. Mayores tamaños pueden ser usados en tratamientos múltiples. Si el tamaño es mucho mayor de 16mm (5/8pulgadas), puede ocasionar un ruido de neumáticos que va más allá de lo tolerable. Proceso de Mezclado y Colocación
Los materiales son transportados y almacenados en bancos de carga cercanos al área de trabajo. Los áridos son seleccionados para reducir la sobre-medida, pesados y cargados en unidades autopropulsadas; a su vez la maquinaria es cargada de agua y 40
emulsión. Los materiales son mezclados en unidades autopropulsadas en el área de trabajo, donde los áridos, emulsión asfáltica, agua, cemento y un aditivo para controlar rompimiento, son mezclados en un potente mezclador continuo. Después el material es descargado en una caja de dimensiones establecidas en el diseño llamada esparcidora. Todos los materiales, agregados, emulsión, cemento Pórtland, agua y aditivos químicos son proporcionalmente adicionados al mezclador por unos segundos, resultando una mezcla homogénea que es enviada a la caja esparcidora, donde potentes tornillos sin fin mantienen la mezcla fluida y agitada. El espesor de la capa es obtenido mediante la nivelación de controles de nivel metálico y neopreno. El uso de una rasante secundaria asegura que la aplicación tenga una apariencia mejor al terminado. El operador controla la posición de la esparcidora, el material fluye hacia la caja y lo distribuye dentro de ella. La consistencia y el tiempo de fraguado del material dependen del flujo de agua y aditivos químicos. Deformaciones hasta 5 centímetros de profundidad pueden ser recuperadas, utilizando una caja especial para este tipo de deformaciones. Esta aplicación puede hacerse con dos tipos de cajas esparcidoras, una que se encarga de rellenar los ahuellamientos, y otra de la aplicación a completa extensión de la mezcla para el acabado final. Después de 30 minutos la superficie no se altera por lluvia pudiendo ser abierta al tráfico en una hora. Tipos de Micro-Pavimentos
Hay tres tipos de granulometría empleada para la colocación de microcarpetas; 1.
Tipo I: con granulometría fina aproximadamente de 4 milímetros.
2.
Tipo II: con granulometría fina aproximadamente de 6 milímetros, usada en
carreteras de mediano tráfico, como las calles urbanas y residenciales y en pistas de aeropuertos. Es el más usado.
41
3.
Tipo III: con tamaño máximo de piedra de 10 milímetros, corrige condiciones
severas en la superficie, previene el hidroplaneo y provee resistencia al deslizamiento en carreteras de alto tráfico. Los tipos de gradación se muestran en el cuadro 5 (p. 30).
Cuadro 5 Tipos de gradación
TAMIZ
TAMAÑO
TIPO I PORCENTAJE PASANTE
TIPO II PORCENTAJE PASANTE
TIPO III PORCENTAJE PASANTE
3/8 #4 #8 #16 #30 #50 #100 #200
(9.5 mm) (4.75mm) (2.36mm) (1.18 mm) (600m) (330m) (150 m) (75 m)
100 100 90-100 65-90 40-65 25-42 15-30 10-20
100 90 -100 65-90 45 – 70 30 – 50 18-30 10-21 5 -15
100 70 – 90 45 – 70 28 – 50 19 – 34 12 – 25 7 – 18 5 – 15
TOLER ANCIA
± 5% ± 5% ± 5% ± 5% ± 4% ± 3% ± 2%
Fuente: ISSA. International Slurry Surfacing Association
Usos de los Micro-Pavimentos
La técnica, mezcla y equipo del micro-pavimento pueden usarse con éxito cuando la oxidación, pérdida de adherencia y el tiempo, causan pérdidas de finos en la superficie y alguna desintegración inicial. Deformaciones por huellas son fáciles de recuperar con este tipo de mezcla. En las secciones de caminos y pistas de aterrizaje, la aplicación de micro-pavimento elimina los problemas de hidroplaneo que ocurren durante los períodos de lluvia, restaura el perfil de la superficie apropiadamente y hace el área más segura de usar. Puede también aplicarse eficazmente en la mayoría de las superficies, creando una nueva y estable superficie que se hace resistente a la aparición de surcos y huellas 42
durante el verano y a los agrietamientos en el invierno. Carreteras con grietas por contracción y expansión o muy deterioradas y estructuralmente dañadas no deberán ser consideradas para micro-pavimento, a menos que hayan sido apropiadamente preparadas con sellos de grietas de buena calidad, bacheo o estabilización de bases. Ventajas de los Micro-Pavimentos
Enrique Garrida opina que “Los micro-pavimentos ofrecen varias ventajas
sobre técnicas convencionales de mezclas en caliente”: 1.
Es el tratamiento para pavimentos más versátil al momento, debido a que la mezcla incorpora materiales como polímeros y emulsificantes.
2.
El producto es aplicado en un sencillo proceso, a cualquier superficie pavimentada nueva o antigua y normalmente no requiere compactación a menos que la superficie no sea expuesta al tráfico. Esto se lleva a cabo con un rodillo neumático.
3.
Extiende la vida del pavimento ya existente, protegiéndolo de la oxidación y el deterioro.
4.
Tiene un espesor mínimo de 5 milímetros, por lo tanto no afecta las cotas de calzada, bordes y aceras.
5.
Provee una superficie durable para todo tipo de climas.
6.
Listo para usarse a escasas horas después de la aplicación, ya que la mezcla desarrolla cohesión interna rápidamente y por ello el tiempo de apertura al tráfico es mucho menor.
7.
Mejora la resistencia al deslizamiento y no permite la peligrosa presencia de áridos sueltos.
8.
Llena fisuras y baches ya que existen máquinas especializadas para estos fines.
9.
Mejora la escorrentía y no afecta la velocidad de concentración.
10.
Provee de un color negro brillante y renueva la textura del pavimento en una simple pasada.
11.
Es una solución económica para preservar problemas del pavimento. 43
12.
Rápida rotura, rápida liberación al tránsito.
13.
La rotura química permite la aplicación durante la noche.
14.
Adecuado para carreteras de accesos controlados, de alto volumen de tráfico.
15.
Las pavimentadoras de carga continua pueden colocar 500 toneladas por día, sin tomar en cuenta los retardos largos de tráfico. Estudios Previos para el Diseño de Mezclas
A las emulsiones que contiene la mezcla se le realizan los siguientes ensayos: 1.
Viscosidad saybolt – furol: Tiene por objetivo determinar la viscosidad saybolt-
furol de las emulsiones asfálticas, a las temperaturas de 25 y 50° C establecidas, para realizar las pruebas estándar. 2.
Ensayo del residuo por evaporación modificado: El objetivo de esta prueba es
determinar el residuo de las emulsiones asfálticas en porcentaje, mediante evaporación. 3.
Retención de la malla 0.840 MM (N° 20): Esta prueba consiste en garantizar,
que el tamaño de los glóbulos en la emulsión sean menores que 8 micras y que su finura sea la adecuada para garantizar el comportamiento. 4.
Ensayo para determinar la carga eléctrica de la emulsión : Por medio de esta
prueba se puede determinar si una emulsión es aniónica o catiónica, y tiene por objeto identificar las emulsiones asfálticas a través de su carga eléctrica. Selección de Materiales y Diseño de Mezcla
Para lograr una mezcla de micro-pavimentos de alta calidad es necesario incorporar materiales seleccionados cuidadosamente. Estos materiales, asfalto, agregados, emulsiones, agua y aditivos, de manera separada y formando una mezcla, deben pasar por pruebas especiales de laboratorio para asegurar que cumplan con las especificaciones, al momento de utilizarse en una obra vial.
44
El agregado debe estar triturado duro, resistente a la abrasión y limpio. La calidad de los finos es importante. Las arcillas reactivas son incompatibles con las emulsiones de micro-pavimento. La presencia de arcillas en los agregados se detecta por la prueba del equivalente de arena, solo podrán ser usados materiales con valores de equivalente de arena mayores de 60. Para determinar la calidad de los agregados se usa la prueba de azul de metileno que determina la habilidad de los finos de absorber emulsificantes catiónicos los cuales pueden causar rompimientos prematuros. Los materiales del micro-pavimento son clasificados por la granulometría de los agregados. El tipo III con tamaño máximo en piedra de 10 mm, es el más común para carreteras de alto tráfico; tipo II con una granulometría más fina que es usado en calles y en pistas de aeropuerto. Diferentes emulsiones son preparadas en el laboratorio para determinar la mejor combinación de asfaltos emulsificantes y polímeros para áridos específicos. Asfalto con apropiada penetración y calidad deberán ser seleccionados basados en las condiciones climatológicas, usando el mismo criterio que en mezcla en caliente de concretos asfálticos. De ½ al 1 ½ % de cemento Pórtland o cal hidratada es adicionada a los agregados ya que provee una apropiada consistencia al mezclarse a cierta velocidad e inicia el fraguado del micro-pavimento. La compatibilidad de la emulsión con el agregado es determinada en prueba de mezclado donde agregados, cemento Pórtland, agua y emulsión son mezcladas a diferentes proporciones para encontrar la relación apropiada, lo que resultará la consistencia de la mezcla. Los materiales deberán ser lo suficientemente compatibles que permitan mezclarla, por lo menos 2 minutos antes que el material inicie su rompimiento; luego en pocos minutos la emulsión rompe y agua clara es liberada de la mezcla. Para determinar el grado de fraguado de la mezcla después de 15, 30 y 60 minutos se realiza la prueba de cohesión. La cohesión es medida por un probador especial; el resultado de la torsión en el medidor está correlacionado al tiempo de fraguado necesario, antes que se permita la circulación del tráfico sobre los micro pavimentos. 45
Pruebas en apropiadas temperaturas son importantes ya que diferentes emulsiones o aditivos pueden ser usados en climas fríos o cálidos. La prueba de abrasión en húmedos es otro importante factor. Muestras de micro-pavimentos son preparadas, se curan a 60 grados Celsius en un mínimo de 15 horas, son sumergidas en agua por 6 días y sujetas a la prueba de desgaste por 5 minutos. Mezclas con malos materiales muestran desgaste excesivo mientras que mezclas con buenos materiales de micro-pavimento muestran muy bajo desgaste. Esta prueba simula la resistencia al desgaste durante condiciones húmedas y esto también determinará el contenido mínimo de emulsión requerida. Muestras deberán también ser preparadas sujetas a la prueba de rueda de carga para determinar estabilidad en la muestra, particularmente para nivelado en deformaciones o huellas; la deformación plástica de los especimenes bajo repetidas cargas indicará la sensibilidad a deformación de los materiales. La compatibilidad entre los finos de un agregado y la emulsión asfáltica pueden ser analizadas por pruebas de pequeños especimenes cilíndricos basados en la parte fina de los agregados de menos de 2 mm. Emulsión y agregado se dejan secar y curar a 60 grados Celsius por un mínimo de 15 horas, seguido de la preparación de las píldoras. Los especimenes son sumergidos en agua por 6 días, seguido por una prueba de desgaste por 3 horas en cilindros giratorios llenados previamente con agua. El material es evaluado, basado en la pérdida de peso después de la prueba de abrasión y después de una prueba térmica final por desintegración en agua. Mezclas con materiales incompatibles muestran excesivo desgaste después de iniciadas pruebas preliminares y completamente desintegrados durante la prueba de hervido, mientras que buenos materiales de micro-pavimentos pierden menos de 2 ½ % de su peso en pruebas iniciales y permanecen intactos después de la prueba de hervido. Componentes de los Micro-Pavimentos
Las emulsiones más utilizadas en micro-pavimento son las emulsiones catiónicas del tipo CSS-1h-p (CRL). Estos materiales son empleados para poner en 46
evidencia las características de rotura de la mezcla. Las emulsiones para micro pavimentos están modificadas con polímeros (SBR, EVA o Látex natural) con el fin de proporcionar mejor calidad a la carpeta asfáltica. Este tipo de emulsión se emplea para el tratamiento de superficies con altos volúmenes de tráfico. Los tipos de emulsiones asfálticas recomendadas para tratamiento de superficies se muestran en el cuadro 6. Las temperaturas de aplicación para el riego de emulsiones se muestran en el cuadro 7 (p. 49).
Cuadro 6 Tratamientos de Superficie y Riegos de Sellado con Emulsiones Asfálticas Tipo de Construcción
Emulsiones Asfáltica
Descripción y usos
De los métodos de mantenimiento de bajo costo, el más importante. Provee una Tratamiento superficie para todo tipo de Superficial climas, renueva pavimentos intemperizados, mejora la Simple (Chip Seal) resistencia al deslizamiento, la demarcación de carriles y sella pavimentos.
Tratamiento Superficial Doble
Tratamiento Superficial Triple
Dos aplicaciones de ligantes y de agregados. Se emplea un tamaño menor que el correspondiente a la primera. Durable, aporta algo de nivelación, disponibles en varias texturas. Tres aplicaciones de ligantes y de tres tamaños de agregados. Provee un pavimento flexible, de hasta 20 mm de espesor. Provee nivelación al tiempo que una superficie de sellado muy resistente al desgaste
47
CRS (CRR-2), RS-2 (RR-2)
CRS-2 (CRR-2), RS-2(RR-2), HFRS-2 (RR-2 de alta flotación)
CRS-2(CRR-2), RS-2 (RR-2), HFRS-2 (RR-2 de alta flotación)
Sugerencias Constructivas Aplicación de riego. Muchos tipos de texturas disponibles. Claves para el éxito: Coordinar la construcción, utilizar agregados limpios y duros, y calibrar adecuadamente el equipo de riego. (Ver tratamiento superficial simple)
Aplicación de riego en tres capas
Cuadro 6 (Cont.) Tipo de Construcción
Emulsiones Asfáltica
Descripción y usos
Combina un tratamiento COS-1h (CRR superficial QS-1h), Simple con una lechada CSS-1h (CRLasfáltica. Provee para reducir el 1h), hidroplaneo, las superficies QS-1h (RR QSásperas, pero al mismo tiempo 1h) SS-1h (RLdispone de una resistencia Cape Seal 1h), RS-2 (RR-2) matriz de arena Los datos de ensayos indican una mayor resistencia al daño CRS-2 (CRR-2) producidos por neumáticos con clavos que un tratamiento superficial Mejora la resistencia al RS-2, CRS-2 deslizamiento, sella (CRR-2). pavimentos. HFRS-2 (RR-2 de alta Sellado flotación) Doble usualmente con adición de polímeros. Reasfaltado, de alta calidad. Empleado en mantenimiento de carreteras, calles urbanas y CSS-1h(CRL-1h) aeropuertos, donde se requiere Micro(modificada con aglomerado una superficie durable y polímeros) resistente a la fricción. Rápida corrección a la superficie del camino. Restaura la uniformidad de la CRS-1h (CRRsuperficie. En la ciudad, facilita 1), CRS-2(CRR2), Sellado con el barrido de las calles y mejora la visibilidad de la demarcación RS-1(RR-1), RSArena horizontal. 2 (RR-2), MS-1(RM-1)
48
Sugerencias Constructivas Aplicar un tratamiento superficial simple. Luego del curado, barrer el material suelto y aplicar la lechada asfáltica. Para formar la matriz, hacer el enrase sobre la superficie del agregado. Evitar un exceso de lechada. Extender el agregado de mayor tamaño, distribuir la emulsión, y luego cubrir con el agregado menor, para trabar el agregado mayor. Debería requerirse un diseño de mezcla. Calibrar el equipo previamente al inicio del proyecto. Para una correcta aplicación, se necesita personal experimentado. Aplicación de riego más una capa de arena. Compactar con rodillos neumáticos.
Cuadro 6 (Cont.) Tipo de Construcción
Riego de Sellado
Riego Pulverizado
Emulsiones Asfáltica
Descripción y usos Se aplica a superficies asfálticas existentes. Mejora la apariencia, en parte sella fisuras, y enriquece superficies intemperizadas.
Una ligera aplicación de riego de ligante aplicada a la superficie de un tratamiento superficial, una mezcla abierta o una superficie, de mezcla en caliente intemperizada.
Sugerencias Constructivas Aplicada con regadores o escobas SS-1(RL-1), SSde goma, con la 1H (RL-1H). adición de arena CSS-1(CRL-1), angulosa. Dejar que CSS-1H(CRLcure completamente 1H) antes de liberar el tráfico. Aplicado con regadores, con o sin SS-1(RL-1), SScubierta de arena, 1H (RL-1h). diluir la emulsión en CSS-1(CRS-1), agua con la finalidad CSS-1h(CRL-1h) de lograr la cobertura sin agregar ligante
Cuadro 7 Temperaturas sugeridas para el Riego, para Varios Grados de Emulsión Asfáltica Tipos y Grados de Emulsión Asfáltica
Temperatura de Aplicación (ºC) (ºF)
RS-1(RR-1) RS-2(RR-2) HFRS-2(RR-2af) MS-1(RM-1) MS-2(RM-2) MS-2h(RM-2h) HFMS-1(RM-1af) HFMS-2(RM-2af) HFMS-2(hRM-2haf) HFMS-2s(RM-2saf) SS-1(RL-1) SS-1h(RL-1h)
20-60 50-85 50-85 20-70 20-70 20-70 20-70 20-70 20-70 20-70 20-70 20-70 49
70-140 125-185 125-185 70-160 70-160 70-160 70-160 70-160 70-160 70-160 70-160 70-160
Cuadro 7 (Cont.) Tipos y Grados de Emulsión Asfáltica CRS-1(CRR-1) CRS-2(CRR-2) CMS-2(CRM-2) CMS-2h(CRM-2h) CSS-1(CRL-1) CSS-1h(CRL-1h)
50-85 50-85 20-70 20-70 20-70 20-70
Temperatura de Aplicación (ºC) (ºF) 125-185 125-185 70-160 70-160 70-160 70-160
Agregados
Los agregados para micro-pavimentos son piedras procesadas, que deben estar 100% trituradas. Los agregados utilizados son escoria, granito caliza, entre otros. El agregado debe ceñirse a un tamaño que esté en un rango entre 4 a 16 mm para tratamientos superficiales simples. Las partículas no deberían ser más de 2 veces el diámetro de la más pequeña. Si es mucho menor de 6 mm (1/4pulgadas), es difícil de extender uniformemente. La forma perfecta del agregado es la cúbica; las planas o alargadas no son deseables. Los agregados redondos sin triturar tienden a rodar con el tráfico y a ser desplazados, resultando un problema de difícil solución. El agregado debe estar limpio, ya que si las partículas están recubiertas con arcilla puede ocurrir que la emulsión no se adhiera a ellas. El agregado o la mezcla de agregados deben cumplir las siguientes especificaciones: Equivalente de arena: ASTM D 2419 (AASTHO T 176) = 60 como mínimo Durabilidad: ASTM C 88 (AASTHO T 104) = 15% máximo (utilizando sulfato
de sodio) o 25% máximo (utilizando sulfato de magnesio) Pérdida en el ensayo de los ángeles: ASTM C 131 (AASHTO T 96)
Composición C o D = 30% como máximo
50
Filler Mineral
El tipo y cantidad de filler necesario debe ser determinado por el diseño de mezcla en un laboratorio y será considerado como parte de la gradación del agregado. Es permitido el uso de 1 % cuando el micro-pavimento está siendo mezclado, si se requiere que la mezcla tenga una mejor consistencia. Agua
El agua es un componente importante para una mezcla de emulsión asfáltica porque tiene la función de humedecer y disolver la mezcla y moderar las reacciones químicas. Las propiedades deseables de la emulsión pueden ser afectadas por los iones de calcio y magnesio presentes en el agua; por lo tanto el agua debe ser, limpia y libre de sustancias extrañas como sales solubles, reactivos químicos y cualquier otro tipo de contaminantes. Aditivos
Los aditivos pueden ser adicionados directamente a la emulsión o a cualquiera de los componentes de la mezcla ya que esta provee el control de las propiedades de curado rápido. Los aditivos que se utilizan en las mezclas de micro-pavimentos, son el cemento Pórtland y la cal hidratada. Estos aditivos hacen que la mezcla obtenga mayor resistencia a temprana edad y reduce la susceptibilidad a la humedad de la mezcla. La cantidad de cemento y cal hidratada que se emplea es de 1 a 2% en peso de agregado seco. Estos aditivos se incorporan en forma de lechada o como mezclas de cemento-agua o cal-agua. Materiales Estabilizantes Utilizados 1.
Cemento Es un conglomerante formado a partir de una mezcla de caliza y
arcilla calcinadas y posteriormente molidas, que tiene la propiedad de 51
endurecerse al contacto con el agua. Hasta este punto la molienda entre estas rocas es llamada clinker, esta se convierte en cemento cuando se le agrega yeso o puzolana, este le da la propiedad a esta mezcla para que pueda fraguar y endurecerse. El clinker es el resultado de la calcinación de calizas y arcillas que son extraídas de las canteras y trituradas junto al hierro. (VICAT, 2002). 2.
Cal Es un término que designa todas las formas físicas en las que pueden
aparecer el óxido de calcio (CaO) y el óxido de calcio de magnesio (CaMgO2), denominados también, cal viva (o generalmente cal) y dolomía calcinada respectivamente. Estos productos se obtienen como resultado de la calcinación de las rocas (calizas o dolomías). Adicionalmente, existe la posibilidad de añadir agua a la cal viva y a la dolomía calcinada obteniendo productos hidratados denominados comúnmente cal apagada o hidróxido de calcio (Ca (OH)2) y dolomía hidratada (CaMg (OH)4). (J.A.H., 1998). Ensayos de los Agregados o Materiales Pétreos
1.
Ensayo granulométrico por el método del tamizado: El método del tamizado es
un proceso mecánico mediante el cual se separan las partículas de un suelo en sus diferentes tamaños; se realiza utilizando tamices o cedazos de aberturas especificadas de 3”, 2”, 1 ½”, ¾”, ½”, 3/8”, 1 ¼”, ½”, N° 4, 10, 40, 60, 200
y es usado para clasificar los suelos por los sistemas H. R. B. y el S. U. C. S. 2.
Prueba equivalente de arena: Este ensayo desarrollado por el Departamento de
Carreteras de California, es un método rápido en el laboratorio y en el campo para determinar la presencia o ausencia de finos que pueden ocasionar inconvenientes en los agregados de un pavimento. El ensayo se aplica a la fracción que pasa por el tamiz N° 4. 3.
Prueba de azul de metileno: Según Gustavo Rivera (1998) “La prueba tiene por
objetivo determinar el valor azul en los finos de las arenas. Es un método rápido de control, comparando el valor azul especificado de una arena tipo 52
normalizada”. Este ensayo permite determinar en forma rápida el origen de un suelo, y ubicarlo dentro del grupo mineralógico al cual pertenece según su actividad; también permite medir la capacidad de absorción iónica de los suelos ante la presencia de una solución de azul de metileno, el cual tiene como finalidad, caracterizar de manera global la fracción arcillosa del suelo. La evaluación del ensayo, está dada por la determinación del valor de azul de metileno absorbido por cada 100 gramos de suelo utilizado. El azul de metileno es absorbido de preferencia por los minerales arcillosos, y en ciertos casos por la materia orgánica y los hidróxidos de hierro que pueda contener la muestra de suelo ensayada. 4.
Ensayo de peso volumétrico suelto: Es el peso por unidad de volumen de un
material seco, considerando los vacíos que quedan entre sus partículas cuando estas no han sido sometidas a ningún proceso especial de acomodo. El peso volumétrico de un suelo es función de la granulometría y de la densidad de las partículas del material siendo mayor para materiales granulares bien gradadas, de alta densidad. Maquinaria
La mezcla de micro-pavimento es hecha y aplicada a los pavimentos existentes por una máquina especializada que lleva todos los componentes, los mezcla en el sitio y esta mezcla es depositada sobre el pavimento a medida que el camión avanza a lo largo del camino. La maquinaria consiste en unos camiones autopropulsados y compartimentados, diseñados específicamente para realizar eficazmente el extendido de la mezcla. La cámara de mezclado es de doble eje y múltiples paletas que combinan y mezclan rápidamente los materiales, (Ver figura 14, p. 54).
53
Figura 14. Equipo de aplicación del Micro-pavimento.
Para la colocación del micro aglomerado pueden usarse pavimentadoras de carga continua provistas con agregados y emulsión asfáltica por camiones alimentadores, aumentando al máximo la producción y produciendo un reasfaltado con un mínimo de juntas transversales. Este tipo de maquinaria es capaz de producir hasta 450 toneladas de micro carpeta por día. Las cajas de micro carpeta para cubrir ahuellamientos, están diseñadas para depositar el material directamente sobre las depresiones.
Con múltiples pasadas de rellenos de huellas, pueden corregirse
depresiones de más de 50 mm de profundidad. Es importante destacar que para colocar una mezcla de micro-pavimento se utiliza una sola maquinaria. Existen diversas maquinarias para la aplicación de microaglomerados o micro-pavimentos, entre ellas tenemos la HD-10 y la TP-04 de la Akzo Nóbel. El HD-10 es un camión autopropulsado y compartimentado especialmente para la colocación de micro-pavimento. El HD-10 permite a través de su caja esparcidora recuperar huellas y corregir desniveles de hasta 5 cm. de profundidad. Esta máquina aplica, nivela y compacta el micro-pavimento en una sola pasada ya que mezcla todos los materiales durante el proceso de colocación. La TP-04 es una unidad de bacheo autopropulsada que permite reparar los baches permanentemente. Está diseñada para trabajar con toda seguridad y para que sea fácil de operar. La máquina es versátil y rápidamente se puede instalar el esparcidor de arena o gravilla y la unidad llega a ser parte de su flotilla de 54
mantenimiento, los controles en cabina aseguran la operación con una sola persona. Los beneficios de esta maquinaria son servicio, seguridad, confiabilidad y facilidad de uso. Está equipada con sistema de aire para impulsar la emulsión, equipo para limpiar el área de trabajo, depósito de material de desperdicio, una tolva grande, un sistema de protección eléctrica con descargas a tierra y calentamiento indirecto de emulsión para ligas asfálticas. Procedimiento para la Extensión de Micro-Pavimento
Una vez que el pavimento se ha oxidado ligeramente, han ocurrido pequeños desmoronamientos en los bordes y se han perdido finos, se debe buscar una manera de proporcionar protección para estos pavimentos. Un proceso que puede sellar y proteger el pavimento y puede darle más años de vida es el Micro-pavimento. Inmediatamente, antes de la aplicación del micro-pavimento la superficie debe ser limpiada de todos los materiales sueltos, sedimentos, vegetación y cualquier material extraño. Cualquier método de limpieza es aceptable. Si el agua es empleada, las grietas o fisuras deben estar secas antes de la aplicación del micro-pavimento y se deben sellar todas las grietas con un tratamiento apropiado. Normalmente, no es requerido un riego de adherencia, a menos que la superficie esté extremadamente seca, haya sufrido severos desprendimientos o sea un pavimento de cemento Pórtland. De ser necesario el riego, este consiste de una parte de emulsión asfáltica y tres partes de agua y puede ser aplicado por un distribuidor Standard. Para el extendido de la mezcla se debe seguir el siguiente procedimiento: 1.
Suministro de los materiales al equipo o unidad del Micro-pavimento, que es un solo camión. Este camión contiene el agua, agregado, cemento y aditivo necesarios para hacer una mezcla de micro-pavimento legítima. (Ver figura 15, p. 56)
55
Figura 15. Trabajo de la colocación del micro-pavimento
2.
Extensión de una capa uniforme y lisa en textura utilizando la máquina especializada para tal fin. El color del material se parece a la leche con chocolate,
es decir, color marrón. El material se pondrá negro durante el
periodo de curado, normalmente en aproximadamente 20 minutos. (Ver figura 16) 3.
Prevenir cualquier abultamiento de material en los bordes. Esta tarea la ejecutan dos operadores que se encuentran en la parte posterior del camión donde está ubicado el enrasador. (Ver figura 17, p. 57)
Figura 16. Extensión de la carpeta de micro-pavimento
56
Figura 17. Personal encargado del enrase de las juntas
4.
Controlar la mezcla y operar las válvulas del equipo para mantener una mezcla constante y homogénea. El operador que se encuentra encima de la plataforma se posiciona sobre el enrasador donde existen dos cortadores de juntas los cuales forman los bordes del nuevo camino. Esta posición le permite una vista perfecta de la mezcla. (Ver figura 18)
5.
Rociado de agua. La barra de rocío se congrega a lo largo de la longitud llena del enrasador. Un poco de esta agua ayuda a la adherencia de la nueva mezcla al pavimento viejo. (Ver figura 19, p. 58)
Figura 18. Personal encargado de controlar la mezcla y operar las válvulas
57
Figura 19. Rociado de Agua en la Superficie
6.
Mejoramiento de la superficie, al final de cada extensión con algunos trabajos a mano que son necesarios ya que el material será trabajable en un periodo corto de tiempo antes que se produzca el curado (rompimiento) de la mezcla. (Ver figura 20)
7.
Se aprecia la diferencia de color entre las líneas extendidas, una color negro donde la mezcla ya está curada y una color marrón durante el proceso de rompimiento. (Ver figura 21, p. 59)
Figura 20. Mejoramiento de las Imperfecciones de la Superficie
58
Figura 21. Color de la mezcla antes y después del rompimiento
Se observa de manera más cercana un mantenimiento preventivo excelente y a un nuevo proyecto de preservación de pavimento. (Ver figura 22)
Figura 22. Mezcla de Micropavimento Extendida
Comportamiento de un pavimento
Existen diversos conceptos básicos que deben tenerse en cuenta al analizar el comportamiento de un pavimento. En este sentido es importante tener presente que su estructura sufrirá con el tiempo daño y deterioro aún cuando sea adecuadamente diseñado y construido de acuerdo con todas las especificaciones y normas de calidad. Mientras las demás obras de ingeniería tienen una vida indefinida, los pavimentos viales tienen una vida definida; aún con un mantenimiento óptimo alcanzarán un punto de falla. Los pavimentos son probablemente la única estructura de ingeniería que se diseña para que falle dentro de un periodo específico de tiempo. El modo de 59
deterioro varía sustancialmente, en función de la interacción de varios parámetros, que adicionalmente controlan la rata de deterioro, ellos son: a) La estructura (resistencia) del pavimento, incluyendo la subrasante. b) El volumen de tráfico y el tipo de cargas. c) Políticas de mantenimiento. En general la falla de un pavimento puede clasificarse como estructural o funcional. La falla estructural está asociada con la capacidad de carga del pavimento y normalmente se refiere a la fatiga de la estructura. La falla funcional es generalmente definida como la incapacidad del pavimento para proveer una superficie que permita un rodaje confortable, seguro y económico de los vehículos. Ing. Augusto Jugo B. (2005). Indica que adicionalmente, los modos de deterioro o falla son normalmente divididos en: asociados o no asociados con cargas, siendo los primeros, inducidos por el tráfico en la estructura del pavimento. Las fallas no asociadas con carga se refieren a las producidas por el medio ambiente y condiciones atmosféricas, calidad de construcción y/o materiales, y problemas especiales, tales como: temperatura y humedad, características de los suelos y materiales y diseños inadecuados de ingeniería. De acuerdo con algunos autores, los tipos de falla de un pavimento son: • Agrietamiento por cargas (fatiga). • Deformación por cargas (ahuellamiento). • Agrietamiento por contracción (termo-fractura). • Deformaciones y grietas no producidas por cargas. • Desintegración. • Ocasionados por factores no intrínsecos de la estructura.
Los pavimentos muestran distintas relaciones deterioro-tiempo de acuerdo con la combinación particular de los distintos factores involucrados en el mecanismo de deterioro.
60
La figura 23, muestra una curva de deterioro en función del tiempo o repeticiones de carga. Esta figura ilustra lo que pudiera definirse como una curva normal o típica, en la que se distinguen tres puntos de especial importancia, ellos son: 1.
Punto A: El pavimento comienza a mostrar síntomas menores de deterioro que
requieren el inicio de labores de mantenimiento rutinario menor (sellado de grietas, reparación de huecos y bacheo menor). Las acciones menores correctivas son importantes para controlar el deterioro. 2.
Punto B: La rata de deterioro comienza a crecer rápidamente, puede requerirse
algún tipo de acción mayor. Este punto está dentro de la zona denominada "óptima de rehabilitación", en la que inversiones relativamente pequeñas producen grandes beneficios. La estructura del pavimento y su calidad de rodaje no se han deteriorado severamente, el pavimento aún conserva buena parte de su resistencia original, y una adecuada acción de rehabilitación mejorará considerablemente su condición y estructura. 3.
Punto C: La condición del pavimento ha caído en un estado crítico, tanto desde
el punto de vista funcional como estructural. En este punto, normalmente, se requieren costosos trabajos de mantenimiento mayor, rehabilitación o reconstrucción.
Figura 23. Curva de deterioro de un pavimento, zona optima de rehabilitación.
61
Según el Ing. Augusto Jugo B. (2005). la fase comprendida entre la puesta en servicio de un pavimento nuevo y el punto "B" representa aproximadamente una reducción de 40% de su calidad (de excelente a regular), consumiendo un 75% de la vida del pavimento en términos de repeticiones de cargas (periodo de diseño). Desde este punto, en un 15% del tiempo (referido al periodo de diseño), se produce una reducción adicional del 40% en calidad (de regular a mala), debido al rápido incremento de la rata de deterioro, lo que se produce por la acción del tráfico sobre una estructura menos resistente y envejecida. (Ver figura 23), ilustra este concepto. Como se puede observar la definición de estos puntos es de relevante importancia dentro de la configuración de una política efectiva de Mantenimiento y Rehabilitación (MyR) de pavimentos. El resultado de diferentes estudios para ubicar los puntos A, B y C en la curva de deterioro se puede resumir de la siguiente forma:
Cuadro 8 Índices de condición de pavimentos y características. Punto A
PCI 70±4
B
55±7
C
40±6
Caracteristicas El pavimento empieza a necesitar mantenimiento menor. Se inicia incremento de rata de deterioro. Zona óptima de rehabilitación. Inicio de zona de falla, se requieren acciones de mantenimiento mayor.
PCI = Índice de condición de pavimento (0-100). Comentario aparte requieren los puntos B y C, ya que su ubicación es importante desde el punto de vista de la definición, de acciones de mantenimiento y rehabilitación, el costo de éstas y su efectividad. (Ver figura 24, p. 63)
62
Figura 24. Curva de deterioro de un pavimento, relación deterioro-vida consumida-costo de rehabilitación.
Punto Óptimo de Rehabilitación (B)
La ubicación de este punto, dentro de la denominada zona óptima de rehabilitación es función del tipo de vía y de la relación tráfico-estructura. Las curvas de deterioro mostradas en las figuras22 y 23 muestran un rápido incremento del deterioro entre los puntos B y C, la calidad de rodaje cae de un nivel aceptable (B) aun un corto periodo de tiempo, comparado con la vida total de pavimento. Por otra parte, es generalmente aceptado que la rehabilitación a su condición de pavimento nuevo costará de 3 a 5 veces más si se ejecuta cuando su condición cae por debajo de C, que si se hace entre B y C. Esto significa que un corto periodo de tiempo induce un significativo incremento de costo. El incremento en .la rata de deterioro, se explica por el efecto del tráfico y los agentes atmosféricos sobre un pavimento envejecido y debilitado. La superficie desarrolla grietas que permiten la infiltraci6n de agua, la cual reduce la capacidad de soporte de la subrasante y bases granulares, disminuyendo la resistencia integral de la estructura, por lo que el tráfico induce deflexiones mayores 63
que aceleran el daño, permitiendo más infiltración de agua, y así sucesivamente. Este proceso explica la importancia de ejecutar acciones de mantenimiento menor correctivo tan pronto como comiencen a aparecer fallas. Punto de Falla (C):
La definición de este punto en estructuras que no fallan catastróficamente como los pavimentos no es fácil de determinar ya que tiene un importante componente subjetivo. Existen diversos esquemas para clasificar la calidad de un pavimento y consecuentemente definir distintos puntos o etapas en su curva de deterioro. En este caso se ha adoptado el método PCI (Pavement Condition Index) para calificar su condición. El método cuantifica la condición del pavimento entre 0 y 100, según se indica. (Ver cuadro 9), en base a la cual se adoptó la siguiente clasificación práctica:
Cuadro 9 Índices de condición de pavimentos y características del punto (C). PCI
CONDICI N
>70
Buena
40-70
Regular
40
Mala
CARACTERISTICAS El pavimento no requiere acción especial sólo mantenimiento menor. Condición intermedia. Acciones recomendables/diferibles. El pavimento requiere mejoras.
Cuadro 10 Correlación de las zonas de mantenimiento. Zona de Mantenimiento y rehabilitacion
PCI
Escala
Menor
100 85
Excelente Muy Bueno
64
Cuadro 10 (Cont.) Zona de Mantenimiento y rehabilitacion Menor rutinario Mayo efectivo Mayor correctivo Mayor correctivo (construcción)
PCI
Escala
70 55 40 25 10
Bueno Regular Pobre Muy pobre Malo
Clasificación del Mantenimiento
Generalmente las actividades de mantenimiento de pavimentos se agrupan en dos categorías, preventivas y correctivas. El mantenimiento preventivo incluye aquellas actividades realizadas para proteger el pavimento y reducir su rata de deterioro. Por su parte el mantenimiento correctivo consiste en aquellas actividades ejecutadas para corregir fallas específicas del pavimento o áreas deterioradas. (Ver cuadro 11).
Cuadro 11 Clasificación de mantenimiento y rehabilitación de pavimentos. Tipo de Mantenimiento A. Menor B. Mayor
Características de las acciones Alcance Objetivo Localizado (puntual) Preventivo Correctivo Toda el área Efectivo Correctivo
El mantenimiento menor incluye acciones que se aplican a pequeñas áreas del pavimento para corregir fallas localizadas, mejorar su condición y/o controlar la rata de deterioro. El mantenimiento rutinario debe ejecutarse continuamente, e iniciarse tan pronto como el pavimento muestre los primeros síntomas de falla. Dentro del mantenimiento rutinario se incluyen aquellas acciones menores tanto programadas como de emergencia. Por su parte, el mantenimiento mayor incluye actividades que 65
se aplican a toda el área de un tramo, éstas pueden estar precedidas por acciones preparatorias de mantenimiento menor. Mantenimiento Menor
a) Sellado de grietas. b) Bacheo –
de emergencia.
−
bacheo superficial.
−
de carpeta.
−
profundo.
c) Sello asfáltico localizado. d) Nivelación localizada. e) Fresado y/o texturización localizada. Mantenimiento Mayor
a) Tratamientos superficiales. b) Capas asfálticas − de nivelación − de fricción y/o sello − estructurales.
c) Remoción por fresado. d) Reciclado - en frío - en caliente Acciones Complementarias
a) Nivelación bocas de visita. 66
b) Nivelación de sumideros. c) Suministro de rejillas y marcos.
Definición de Términos Aditivos: Se refiere a la utilización de un material diferente a agua, material cementante o agregados para modificar las propiedades del asfalto. (Daniela Vega, 2015)
Agregados: son piedras procesadas, 100 % trituradas, tales como granito, escoria, calizas, u otros agregados de alta calidad. (scribd.com)
Cemento Pórtland: es un conglomerante o cemento hidráulico que cuando se mezcla con áridos, agua y fibras de acero discontinuas y discretas tiene la propiedad de conformar una masa pétrea resistente y duradera denominada hormigón. Es el más usual en la construcción y es utilizado como conglomerante para la preparación del hormigón (llamado concreto en varias partes de Hispanoamérica). Como cemento hidráulico tiene la propiedad de fraguar y endurecer en presencia de agua, al reaccionar químicamente con ella para formar un material de buenas propiedades aglutinantes. (wikipedia.org).
Clinker: Sustancia que se obtiene como resultado de la calcinación en horno, de mezclas de calizas arcillosas preparadas artificialmente con adición eventual de otras
materias. Clinkeres
el
producto
principal
del
cemento
común
es
el clinkerportland, por ello, es el más importante componente del hormigón. (wikipedia.org)
Coalescencia: fenómeno debido a la tensión superficial por el que los gránulos de una suspensión coloidal o de un metal, o las gotitas de un líquido se unen para formar gránulos y gotas más grandes. (wikipedia.org)
Concreto Asfáltico: una mezcla en caliente, muy bien controlada, de cemento asfáltico (de alta calidad) y agregado bien gradado (también de alta calidad), compactada muy bien para formar una masa densa y uniforme. (Blogger Ing hugo, 2008). 67
Curado: es el resultado final; no es más que una película cohesiva continua que mantiene a los agregados con una fuerte unión de carácter adhesivo. Para que esto suceda, el agua debe evaporarse completamente y las partículas de la emulsión asfáltica tienen que coalescer y unirse al agregado. (wikipedia.org)
Emulsión Asfáltica: Una emulsión asfáltica es simplemente la suspensión de pequeños glóbulos de asfalto en agua, la cual es asistida por un agente emulsificante (como por ejemplo una solución jabonosa). El agente emulsificante actúa al impartir una carga eléctrica a la superficie de los glóbulos de asfalto, de manera que estos no se aglomeren. (www.lanamme.ucr.ac)
Emulsión Catiónica: es aquella en que la polaridad de emulsionante es de carga positiva y descargan en el ánodo (ideal para agregados silicios que se originan negativamente). (www.lanamme.ucr.ac)
Espécimen: es una muestra para ensayos. (wikipedia.org) Fraguado: acción de espesamiento de la mezcla cuando se pone en contacto con el agua. (wikipedia.org)
Filler: constituyen la clase granulométrica de un tamaño inferior a 80 micras. Puede ser de origen natural o artificial. (wikipedia.org)
Micro-pavimento o micro-aglomerado: Es una mezcla de emulsión asfáltica de rotura controlada modificada con polímeros, agregado 100% triturado, minerales finos, agua y aditivos que, en proporciones apropiadas y debidamente aplicados, constituyen una capa de rodadura uniforme e impermeable que garantiza la conservación de cualquier tipo de vía de tránsito vehicular. Entre sus características principales podemos mencionar que suministra la resistencia necesaria a las fuerzas abrasivas del tránsito vehicular. (bituper.com)
Polímeros: dícese de un cuerpo químico obtenido por la unión de varias moléculas para formar otra mayor. (wikipedia.org)
Rotura: es la pérdida de agua del asfalto emulsionado. (wikipedia.org)
68
CAPÍTULO III MARCO METODOLÓGICO Modalidad de la Investigación
El presente trabajo de investigación fue se desarrollado bajo una estrategia de investigación de proyecto factible, ya que se baso en el propósito de utilización inmediata y ejecución que consiste en la investigación, elaboración y desarrollo de una proyecto de un modelo operativo viable para solucionar problemas, requerimientos o necesidades de organizaciones o grupos sociales. Por ello Arias, F. (2012), señala: “que se trata de una propuesta de acción para resolver un problema práctico o satisfacer una necesidad. Es indispensable que dicha propuesta se acompañe de una investigación, que demuestre su factibilidad o posibilidad de realización” (p.134). En este sentido, a través del presente trabajo se busco efectuar un análisis comparativo en la rehabilitación y mantenimiento entre pavimentos construidos con concreto asfáltico y micro-pavimento.
Diseño de la Investigación El diseño de un estudio corresponde a las estrategias que deberá utilizar el investigador para obtener la información y los resultados deseados. En este sentido, la presente esta bajo un diseño de campo, que según Arias, F. (2012) “consiste en la recolección de datos directamente de la realidad donde ocurren los hechos, sin manipular o controlar variables alguna”. (p.94), lo cual permitió la recopilación de
datos, proporcionando información más exacta, garantizando un alto grado de confiabilidad y por consecuencia un bajo margen de error para el conjunto de información obtenida en el lugar donde se desarrollaron los acontecimientos más 69
resaltantes del tema sometido a estudio. Por lo tanto, se procedió al análisis comparativo en la rehabilitación y mantenimiento entre pavimentos construidos con concreto asfáltico y micro-pavimento.
Tipo de Investigación Según Tamayo y Tamayo M. (1993), en su libro El Proceso de la Investigación Científica señala, “La investigación descriptiva comprende la descripción, registro,
análisis e interpretación de la naturaleza actual, composición o procesos de los fenómenos. El enfoque se hace sobre conclusiones dominantes, o sobre cómo una persona, grupo o cosa, se conduce o funciona en el presente. La investigación descriptiva trabaja sobre realidades de hecho y su característica fundamental es la de presentar una interpretación correcta”. (Pág. 35). En esta investigación se describe el
problema, justificación, características y parámetros que definen cada una de las mezclas en estudio, así como también las herramientas necesarias para comparar los dos tipos de mezclas asfálticas: concreto asfáltico y micro-pavimento.
Unidad de Estudio La unidad de estudio o unidad de análisis está referida al contexto, característica o variable que se desea investigar. Es así como la unidad puede estar dada por una persona, un grupo, un objeto u otro que contengan claramente los eventos a investigar. Hurtado (2000) resalta que “las unidades de estudio se deben definir de tal
modo que a través de ellas se puedan dar una respuesta completa y no parcial a la interrogante de la investigación”. (Pág. 41). Es así como en la presente investigación
la unidad de estudio está constituida por los tipos de mezclas en estudio, de micro pavimento y concreto asfaltico.
70
Técnicas e Instrumentos de Recolección de Datos Según Hurtado, J. (2015) “la selección de técnicas e instrumentos de recolección de datos permite establecer los medios o procedimientos mediante los cuales el investigador obtendrá la información necesaria para alcanzar los objetivos de la investigación” (p. 158). En este sentido, para la recolección de información relacionada con la presente investigación, fue necesario el uso de la técnica, revisión documental, para formar un cuerpo de ideas sobre el objeto de estudio, a través de las fuentes primarias de información tales como libros, monografías, tesis, entre otras, así como de las fuentes secundarias como enciclopedias, manuales, normativas y otros. Con el uso de ésta técnica se sentarán las bases teóricas y legales fundamentales para lograr el manejo del tema de mesclas asfálticas y micro-pavimentos. Revisión Documental
La revisión documental es definida por Hurtado (2000) como: “El proceso mediante el cual el investigador recopila, revisa, analiza, selecciona y extrae información de diversas fuentes, acerca de un tema particular con el propósito de llegar al conocimiento y comprensión más profunda del mismo”. (p 19). Esta técnica fue de gran ayuda porque mediante esta se obtuvo información necesaria para el análisis de los datos recopilados, que permitió dar sustento al trabajo, de análisis comparativo entre pavimentos construidos con concreto asfaltico y micro pavimento.
Técnicas de Análisis Hurtado, J. (2015) manifiesta que “obtenidos los datos, será necesario analizarlo a fin de descubrir su significado en términos de los objetivos planteados al principio de la investigación, en este punto de la metodología el investigador debe especificar qué tipo de análisis utilizará” (p.106). Tomando como base lo descrito, se
aplicará el análisis cualitativo, que según la UPEL (2016), “el análisis cualitativo es 71
una técnica que indaga para conseguir información de sujetos, comunidades, contextos, variables o ambientes en profundidad, asumiendo una actitud absorta y previniendo a toda costa no involucrar sus afirmaciones o práctica” (p 56). Para
poder entender los datos que se procesaron de una forma cuantitativa, se le tendrá que hacer un posterior análisis cualitativo para poder lograr razonar el porqué de los resultados arrojados por dicho estudio cuantitativo.
72
CAPITULO IV RESULTADOS Describir cada una de las mezclas asfálticas de estudio con el fin de conocer los elementos que las conforman Con el propósito de estudiar algunos métodos de rehabilitación de vías utilizando mezclas asfálticas, se hace necesario analizar desde el punto de vista técnico el uso y comportamiento de pavimentos construidos con mezclas de concreto asfáltico y micro-pavimento o microcarpeta. El comportamiento de cada una de las mezclas está basado técnicamente en aspectos relevantes, como son: color, textura, confort y durabilidad para realizar un análisis cualitativo entre las dos mezclas. La tesis se realizó a través de tablas de comparación, las cuales logran explicar de una manera fácil y sencilla los diferentes parámetros tomados en cuenta para el estudio. Adicionalmente, se presentan comparaciones entre las mezclas tomando en cuenta características físicas de cada una, así como también insumos, maquinaria y mano de obra necesaria para la aplicación de cada método. Estos parámetros fueron utilizados posteriormente para el análisis económico o análisis de precios unitarios. Para determinar cuál de las dos alternativas propuestas para el mantenimiento preventivo es la más óptima, se hace necesario compararlas desde el punto de vista económico ya que este arrojará los precios actuales para tomar la mejor elección. Para el análisis de costos se requiere determinar el precio unitario utilizando mezclas de concreto asfáltico y microcarpetas; se requiere conocer los precios actuales del producto y el servicio. Esto exige recopilar información cuantitativa, segura y confiable. Mas este momento de crisis que atraviesa el país no se puede estimar con precisión un costo de obra, por las constantes variaciones de los materiales, equipos, y mano de obra, se hace casi imposible estimar un costo preciso 73
o estimado incluso. Se establecen las partidas para la ejecución de cada técnica y se determina la estructura de costos o análisis de precios unitarios de cada una de las partidas, y así obtener los presupuestos de cada propuesta.
Presenta cuadro comparativo entre concreto asfaltico y micro-pavimento, para indicar sus características físicas en base a su calidad, textura y color. Cuadro 12 Insumos, Características y Ensayos necesarios para las Mezclas Asfálticas Insumos
Agregados
CONCRETO ASFÁLTICO Cemento Asfáltico
Agua
MICRO PAVIMENTO
Características Físicas -Rocas Trituradas -Forma Cúbica -Granulometría (ver Cuadro Nº 3y4)
Tipología -Arena -Grava -Escoria -Polvo de Roca
Cantidades
Ensayos
90 – 95 % peso total de la mezcla 75 – 85% volumen de la mezcla
-Análisis Granulométrico -Peso específico -Arena Equivalente -Resist. al Desgaste -Gravedad Específica -Penetración -Punto de Inflamación y punto de Llama -Ductilidad -Punto de Ablandamiento -Viscosidad Cinemática
Ver Cuadro Nº 14
-Arena Equivalente -Durabilidad -Rest. al desgaste -Azul Metileno -Viscosidad Saybolt-Fur -Pto. De Ablandamiento -Residuo por evaporació
-Asfalto + Aceite Fluidificante -Proviene de la destilación de un crudo
-Limpia
-Piedra 100 % -Granito triturada -Escoria -Forma Cúbica -Caliza Agregados -Granulometría -Filler (Ver Cuadro Nº5) -Emulsión -Más modificada con utilizada polímero(SBR, CSS-1hEVA, Latex) p(CRL) Ligante (Sistema “Quick Traffic”)
3 % mín. c/r cont. asfalto
-Penetración
74
Cuadro 12 (Cont.) Características Tipología Físicas -Emulsión -Más modificada con utilizada polímero(SBR, CSS-1h p(CRL) Ligante EVA, Latex) (Sistema
Insumos
MICRO PAVIMENTO
Cantidades
Ensayos
3 % mín. c/r cont. asfalto
-Penetración -Retención de la Malla 0.840mm(Nº 20) -Carga Eléctrica -Sedimentación
“Quick Traffic”)
Aditivos
-Controlan el rompimiento -Ofrece mayor resistencia
-Cemento Pórtland -Cal Hidratada
1-2%
Cuadro 13 Cantidades de Asfalto y Agregado para Tratamientos Superficiales Simples Tamaño Nominal del Agregado
Tamaño Nº
Cantidad de Agregado (Kg/m2)
Cantidad de Asfalto (l/m2)
Tipo y Grado de Asfalto
19.0 a 9.5 mm (¾ a 3/8 pulg) 12.5 a 4.72 mm
6
22 – 27 (40 – 50) 14 – 16 (25 – 30)
1.8 – 2.3 (0.40 – 0.50) 1.4 – 2.0 (0.30 – 0.45)
8
11 – 14 (20 – 25)
0.9 – 1.6 (0.20 – 0.35)
4.75 a 1.18 mm (Nº 4 a Nº 16)
9
8 – 11 (15 – 20)
0.70 – 0.9 (0.15 – 0.20)
Arena
AASHTO
5 – 8
0.5 – 0.7
Rs-2(RR-2) CRS-2(CRR-2) RS-1(RR-1), RS-2, CRS-1 (CRR-1). CRS-2 RS-1(RR-1), RS-2, CRS-1 (CRR-1). CRS-2 RS-1(RR-1), MS-1, (MR-1) RS-1(CRR-1, HFRS-2, RR-2 MS-1, RS-1
M-6
(10 – 15)
(0.10 – 0.15)
CRS-1, HFRS-2
7
(1/2” a Nº 4)
9.5 a 2.36 mm (3/8” a Nº 8)
75
Cuadro 13 (Cont.) Tamaño Nominal del Agregado
Tamaño Nº
Cantidad de Agregado (Kg/m2)
Cantidad de Asfalto (l/m2)
Tipo y Grado de Asfalto
Incluyendo versiones modificadas con polímeros de estas emulsiones asfálticas 1.- Estas cantidades de asfalto cubren el rango promedio de condiciones que incluyen bases granulares imprimidas y viejas superficiales de pavimentos. Las cantidades y tipo de materiales pueden variar según las condiciones locales y la experiencia. 2.- Los valores menores para el asfalto deberían aplicarse a agregados con granulometría del lado fino de los límites especificados. 3.- Es importante ajustar la cantidad de asfalto a la condición de la superficie del camino, incrementándola si hay asfalto exudado en la superficie del camino. 4.- Es importante ajustar la cantidad de asfalto a las condiciones e intensidad del tráfico.
Corrección debida a la condición de la superficie Textura del pavimento Corrección L/m2 (Gal/yarda2) Negra, asfalto exudado Lisa, no porosa Absorbente - Ligeramente porosa, oxidada - Ligeramente disgregada, porosa, oxidada - Muy disgregada, porosa, oxidada
-0.04 – 0.27 0.00 0.14 0.27 0.40
(-0.01 – 0.06) (0.00) (0.03) (0.06) (0.09)
Cuadro 14 Comparación entre Características del Concreto Asfáltico y Micro-pavimento MEZCLA ASF LTICA CONCRETO ASF LTICO MICROPAVIMENTO -Como capa de rodamiento, - Para tratamientos de superficies de Uso base de pavimentos flexibles y mediano, alto tráfico y pistas de capas intermedias. aeropuertos. -Para rehabilitación de - Para corregir ahuellamientos de hasta 5 carreteras. cm. Negro Café oscuro a Negro Color -Caminos con superficies lisas, -Caminos con superficies agradables al Confort cómodas en el recorrido. viajero. - No producen ruidos. -Uniformemente densa. -Áspera con excelentes propiedades Textura antiderrapante. 5 - 15 años 5 - 10 años Durabilidad
76
Cuadro 15 Maquinaria Utilizada para la Colocación de Concreto Asfáltico y Micropavimento. CONCRE CONCRETO TO ASF LTICO LTICO
MICROMICRO-PAV PAVIME IMENTO NTO
-Pavimentadora -Equipo de limpieza del pavimento o -Compactadoras barredora. Tandem de ruedas de acero -Camión especializado para microDe ruedas neumáticas pavimento Vibratorias -Camión distribuidor de riego de -Camión volteo para suministro de adherencia asfalto ( si se requiere) -Camión distribuidor de riego de adherencia
Realizar un análisis según su diseño estructural, entre concreto asfáltica y el micro pavimento, con el propósito de comparar su trabajabilidad. Cuando se requiere hacer una comparación entre mezclas asfálticas, es importante conocer los materiales que las conforman y así establecer diferencias entre ellas. (Ver cuadro 16, p. 87)
Cuadro 16 Insumos que componen las mezclas de concreto asfáltico y micro-pavimento INSUMOS CONCRETO ASFÁLTICO Agregados Cemento asfáltico
MICRO-PAVIMENTO Emulsión modificada con polímeros Agregados Filler mineral Agua Aditivos
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Las mezclas de concreto asfáltico, por ser las más utilizadas en el país, sus materiales o insumos son de fácil adquisición. Los agregados utilizados deben ser de buena calidad y seleccionados apropiadamente ya que influyen directamente en el comportamiento del pavimento, debido a que el agregado proporciona la mayoría de las características de la capacidad portante. El cemento asfáltico es un excelente ligante al momento de realizar la mezcla, pero por provenir de la destilación de un u n crudo cru do puede pu ede resultar r esultar contaminante contaminan te desde desd e el punto de vista ecológico. Al realizar una mezcla de micro-pavimento, los agregados deben ser lo suficientemente duros para soportar la acción abrasiva del tráfico, por lo tanto, deben ser de alta calidad y cumplir con las especificaciones. El agua usada en la elaboración de la mezcla es el principal solvente y debe estar siempre limpia. Los aditivos (cemento Pórtland o cal hidratada) ofrecen una mayor resistencia y se encargan de controlar el rompimiento de la mezcla. La emulsión asfáltica es modificada con polímeros para proveer una carpeta de alta resistencia y de mejor calidad. Los polímeros tienen el propósito de reducir la susceptibilidad de la temperatura y mejorar considerablemente la falta de flexibilidad del asfalto. Adicionalmente, se conoce que existen plantas de producción de emulsiones asfáltica en Venezuela.
Asfalto y Agregados
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Análisis Comparativo de Maquinarias Utilizadas para la Extensión de las Mezclas Asfáltica Con respecto a la maquinaria empleada para la extensión de la mezcla se debe destacar que en la aplicación de micro-pavimento solo se utiliza un camión especializado que se encarga de transportar los materiales, mezclarlos y extenderlos sobre el pavimento. El riego de adherencia solo se aplicará en los casos casos en que la superficie se encuentre extremadamente seca, haya sufrido severos desprendimiento o 79
sea un pavimento de cemento Pórtland. Por solo utilizarse un equipo en la colocación de la mezcla, la mano de obra requerida es mínima (aproximadamente 5 personas) comparada con el personal que ejecuta las labores de extensión de la mezcla de concreto asfáltico (mayor a 7 personas). A diferencia del micro-pavimento, para la colocación de una capa de rodamiento con concreto asfáltico es preciso el uso de diversas maquinarias como: la pavimentadora que extiende la mezcla con un espesor determinado, la compactadora de ruedas de acero (Tampo), que se encargan de compactar la mezcla y la compactadora de ruedas neumáticas para el acondicionamiento final de la superficie. Al hacer referencias a la cantidad de equipos y mano de obra empleada para la colocación de las mezclas asfáltica, es notable que utilizando micro-pavimento se reducen los tiempos de ejecución, minimizando los costos de inversión.
Análisis Comparativo entre las Características de las Mezclas Asfálticas Al comparar tipos de mezclas asfálticas y cuando una de ellas es una nueva técnica, resulta complejo establecer diferencias entre ellas, sobre todo cuando en el país se ha manejado por muchos años la repavimentación utilizando mezclas de concreto asfáltico, siendo actualmente la técnica tradicional para el mantenimiento de obras viales. Sin embargo cuando se desea conocer sobre las nuevas tecnologías es importante destacar las características que presentan las mezclas, tales como: color, textura, confort y durabilidad. Normalmente, el usuario está acostumbrado a transitar por caminos cuyo pavimento es de color negro. A diferencia, las mezclas de micro-pavimento presentan un color que varía de café oscuro a negro mientras dura el proceso de rompimiento de la mezcla y al ser abiertas al tráfico, según expertos en el área, los conductores evitan transitar por el canal donde se haya colocado la micro carpeta, debido a que la apariencia que muestra no es la habitual. La textura que presenta la capa de rodamiento depende directamente del tipo de agregado que se utilice, siendo la capa de concreto asfáltico uniformemente densa y 80
la de micro-pavimento una textura áspera con propiedades antiderrapantes. Los usuarios refieren, generalmente, que al transitar por las vías tanto de concreto asfáltico como de micro-pavimento, estas le ofrezcan confort y seguridad al conductor. La vida útil de un pavimento de concreto asfáltico, dependerá del tráfico que es uno de los parámetros más importantes para el diseño de pavimentos, la norma AASHTO 93, señala que es de 5-15 años mientras que la de micro-pavimento, según la Akzo Nobel, es de 5-10 años. Estos años de vida del pavimento dependerán del uso que tengan dichos pavimentos y de la calidad de mezcla.
Determinar los costos que se ocasionan en la rehabilitación de las vías cuando se utilizan concreto asfáltico y micro-pavimento, marcando cual es su factibilidad económica Para realizar la comparación económica entre las dos alternativas primeramente se debe conocer el modo de deterioro de la vía, este varía sustancialmente, en función de la interacción de varios parámetros, que adicionalmente controlan la rata de deterioro, ellos son: a. La estructura, (resistencia) del pavimento, incluyendo la subrasante. b. El volumen de tráfico y el tipo de cargas. c. Políticas de mantenimiento. Es importante destacar que la fallas o deterioro de un pavimento puede clasificarse como estructural o funcional. La falla estructural está asociada con la capacidad de carga del pavimento y normalmente se refiere a la fatiga de la estructura. La falla funcional es generalmente definida como la incapacidad del pavimento para proveer una superficie que permita un rodaje confortable, seguro y económico de los vehículos. Dependiendo de las fallas de la vía a rehabilitar, existen dos tipos de clasificación de mantenimiento; Mantenimiento Menor y Mantenimiento Mayor. Adicionalmente, se han considerado un grupo de acciones denominadas acciones
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complementarias, las cuales, principalmente se requieren para corregir problemas en vías urbanas. En la realización del análisis comparativo de costos se toma la clasificación de mantenimiento mayor, para pavimentos, este tipo de mantenimiento se ha clasificado en: efectivo y correctivo, el último se aplica cuando el nivel de servicio de una vía está por debajo del mínimo aceptable desde el punto de vista funcional, o presenta importante debilitamiento estructural. En estos casos, se requieren acciones de mantenimiento mayor para corregir integralmente el problema. Este tipo de acciones se aplican al pavimento clasificado como "malo". Tomando en cuenta un plan de acción de mantenimiento mayor correctivo, se determinaron los análisis de precios unitarios, para una rehabilitación con concreto asfaltico y otra con micro-pavimento, obteniéndose de esta manera el presupuesto de cada una de las propuestas. Partidas utilizadas para la Mezcla del Concreto Asfaltico:
1.
C.030.500.203: Remoción (escarificacion) y carga de carpeta asfáltica, mediante el uso de maquina perfiladora de asfaltos, en zona urbana una profundidad comprendida entre 0 y 5 cms. Und: m2 Nota: Este se emplea solo cuando la carpeta de rodamiento esta muy
deteriorada de lo contrario se aplica el riego de adherencia directamente. 2.
C.120.100.100: imprimación asfáltica empleando material asfaltico tipo rc 250. Incluyendo los materiales. Und: m2
3.
C.120.200.100: riego de adherencia empleando material asfaltico tipo rc 250. Incluye los materiales. Und: m2
4.
C-028.200.101.: transporte de maquinaria pesada. Und: Ton x Km
5.
C.123.000.101: suministro en boca de planta de mezcla asfáltica en caliente tipo bac-1. No inc el transporte de los agregados. Und: Ton
82
6.
E.913.341.002: transporte no urbano en camiones de mezcla asfáltica en caliente para la construcción de pavimentos, a distancias mayores a 1km y hasta 2km inclusive. Und: tfxkm
7.
C.123.030.001: colocación de mezcla en caliente tipo . Suministrado en boca de planta, sin incluir el suministro ni el transporte de la mezcla. Und: ton
8.
C123.040.060: Compactación de pavimento con compactadora vibratorio de asfalto. Und: M3
Partidas utilizadas para la mezcla de Micro-Pavimento:
1.
C.120.300.000: acondicionamiento y limpieza del area. Und m2
2.
C.030.500.213: remoción (escarificación) y carga de carpeta asfáltica, mediante el uso de maquina perfiladora de asfaltos, en
sector continuo, zona
no urbana una profundidad comprendida entre 0 y 5 cms. Und: m2 3.
C.120.200.100: Riego de adherencia empleando material asfaltico tipo rc 250. Incluye los materiales. Und: m2 Nota: El riego de adherencia solo se aplicará en los casos en que la superficie se
encuentre extremadamente seca, haya sufrido severos desprendimiento o sea un pavimento de cemento Pórtland. 4.
C. 122.100.100: Construcción de sello de lechada asfáltica slurry-seal o micro pavimento, incluyendo el suministro y el transporte de todos los materiales.
Cuadro 17 Costos Totales de Presupuestos. Repavimentación de mantenimiento mayor correctivo Alternativa Concreto Asfáltico Micro-pavimento
Costo Total Bs. 775.582.871.680,69 360.592.559.457,78
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NOTA: Los precios utilizados en los análisis económicos son los vigentes hasta el 12 enero 2018, de la norma COVENIN, de APV servicios , C.A
MILLARDO
775,58
Millones 800,00 700,00 600,00 o t s o C
360,59
500,00 400,00 300,00 200,00 100,00 0,00
Concr eto Asfál ti co
M icro-pavi mento
M ezclas Asfált icas
Gráfico 1 . Costos de repavimentación con concreto asfaltico y con micro-pavimento.
Al iniciar los trabajos de repavimentación utilizando la mezcla de concreto asfáltico es necesario remover la carpeta asfáltica existente con un espesor de 5 centímetros a todo lo largo de su longitud. Estos trabajos son necesarios debido a que mejora la adherencia entre el pavimento existente y la nueva capa; además no interfiere con las cotas de brocal establecidas. La remoción de la carpeta aumenta considerablemente los costos de inversión y resulta un arduo y largo trabajo, generando inconvenientes en el tráfico. De considerar la repavimentación utilizando la técnica de micro-pavimento, inicialmente se deben ejecutar trabajos de sellado de grietas para evitar la deflexiones de las mismas y preparar la superficie con un barrido de la misma. También es indispensable remover las líneas de demarcación, antes de la colocación de la mezcla
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de micro-pavimento, garantizando de esta manera la adecuada adherencia entre el pavimento existente y la microcarpeta. En el siguiente gráfico se presenta la diferencia en costos en cuanto a la preparación del sitio, antes de la colocación de la mezcla:
Costos de la preparación del sit io para la Repavimentación
117.593,85
MILLARDO 120.000,00 100.000,00 80.000,00 o t s o C
60.000,00 40.000,00
9.394,31
20.000,00 0,00
Concreto Asfáltico
Micro-pavimento
Mezclas Asf álticas
Gráfico 2. Costos de preparación del sitio para la repavimentación
La aplicación de esta técnica reduciría notablemente los costos de inversión debido a que no se requiere el fresado de la superficie, el riego de adherencia ni los trabajos de compactación, así mismo, por contener la mezcla emulsión catiónica de rompimiento controlado se puede trabajar en horas nocturnas y abrir las vías al tráfico en lapsos hasta de una hora, evitando congestionamiento y retrasos a los usuarios que circulan por esta vía. Haciendo referencia a los análisis anteriores de los insumos, maquinaria y mano de obra utilizados para la colocación de la mezcla, es importante resaltar que los costos de estos rubros resultaron más económicos para micro-
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pavimento comparados con los de concreto asfáltico. Los resultados se pueden apreciar en los siguientes gráficos:
Costos de Insumos de Mezclas Asfáltic as
Millardo
325.890,07
350.000,00 227.700,13 300.000,00 250.000,00 o 200.000,00 t s o C
150.000,00 100.000,00 50.000,00 0,00
Concreto Asfáltico
Micro-pavimento
Mezclas Asfálticas
Gráfico 3. Costos de insumos de mezclas asfálticas
Costos de Equip os para el Extendido de Mezclas Asf álticas 34.620,78
MIllardo 35.000,00 30.000,00
15.558,57
25.000,00 o 20.000,00 t s o C15.000,00
10.000,00 5.000,00 0,00
Concreto Asfáltico
Micro-pavimento
Mezclas Asf álticas
Gráfico 4. Costos de equipos para el extendido de mezclas asfálticas
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Costos de Mano de Obra para el Extendido de Mezclas As fál ti cas 24.865,14
Millardo 25.000,00 20.000,00
o t s o C
12.441,17
15.000,00 10.000,00 5.000,00 0,00
Concreto Asfáltico
Micro-pavimento
Mezclas Asfálti cas
Gráfico 5. Costos de mano de obra para el extendido de mezclas asfálticas
Vale destacar, que a todo lo largo del sector la viñita, parroquia las cocuizas, por no presentar fallas estructurales se pueden realizar las labores de repavimentación utilizando cualquiera de los dos métodos propuestos ya que sirven para la rehabilitación y mantenimiento del mismo, incrementando la condición de funcionabilidad ofreciendo al usuario una vía sin deterioro y permitiéndole transitar de manera confiable y segura por dicha vía. Finalmente, es preciso insistir que las dos mezclas estudiadas poseen una alta calidad existiendo una diferencia evidente en los costos de inversión, siendo la técnica de micro-pavimento mucho más económica comparada con la mezcla de concreto asfáltico, es decir, con una diferencia en costos de aproximadamente el 53.5 %. Esto indica que la técnica de micro-pavimento es una buena elección para realizar trabajos de rehabilitación y mantenimiento en distintas vías de la región, más aun, cuando el país atraviesa por una crisis económica que afecta directamente las actividades en el sector vial.
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CONCLUSIONES
1.
Cuando la oxidación, pérdida de adherencia y el tiempo causan pérdida de finos en la superficie y alguna desintegración inicial; tanto el concreto asfáltico como el micro-pavimento son excelentes tratamientos para la recuperación de vías. Existe la tendencia creciente, en otros países, al empleo mixto de mezclas asfálticas, esto es, sobre pavimentos construidos con concreto asfáltico colocar capas de rodamiento de micro-pavimento.
2.
Se debe tener presente que cuando el pavimento de concreto asfáltico no reúne las condiciones estructurales para soportar el tráfico proyectado para los próximos años o si ya evidencia problemas estructurales la técnica de rehabilitación de superficies como la de micro-pavimento no debe considerarse. Las mezclas de micro-pavimentos, por no poseer residuos volátiles no afecta la salud ni el medio ambiente.
3.
El uso de la mezcla de micro-pavimento no sustituye a la mezcla de concreto asfáltico, sin embargo es una alternativa que ofrece alta calidad y bajo costo en el mantenimiento de vías. Actualmente, no existe una solución universal para la rehabilitación o el mantenimiento de una vía, por tal motivo el ingeniero proyectista debe hacer un análisis técnico-económico para tomar la mejor elección, en este caso entre concreto asfáltico y micro-pavimento. las ventajas que tiene esta clase de micro-pavimento sobre los tradicionales son notorias en temas estructurales funcionales.
4.
En la colocación de micro-pavimento se utiliza solo una maquinaria y poca mano de obra, lo que disminuye considerablemente el tiempo de ejecución y los costos de inversión.
88
En el estudio económico, se obtuvo que la colocación de la mezcla de micro pavimento resulta más económica que el uso de mezcla de concreto asfáltico.
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RECOMENDACIONES
1.
Todos los casos de rehabilitación y mantenimiento deben ser estudiados bajo el punto de vista técnico-financiero, pues existe un gran número de variables.
2.
Es indispensable que las labores de colocación de las mezclas, así como la supervisión de las mismas se realicen por personal calificado, para obtener una correcta aplicación. Promover el conocimiento de las nuevas técnicas de rehabilitación de vías, a los sectores públicos y privados relacionados al área vial a través de foros, charlas, simposios y congresos.
3.
Realizar futuras investigaciones en el área de micro-pavimento, profundizando en los ensayos requeridos para el control de la mezcla. Cuando el pavimento presenta fallas estructurales, no se recomienda el uso de la técnica de micro-pavimento.
4.
Realizar adiestramientos y capacitación adicional al personal que tenga inquietud de profundizar en los nuevos métodos que se pueden aplicar. Esto permitirá obtener un personal más calificado capaz de proveer apoyo a los compañeros ante cualquier duda respecto a la utilización de las nuevas tecnologías.
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REFERENCIAS AASHTO, Guide for Design of Pavement Structures, 1993. AEMA (1998). Manual Básico de Emulsiones Asfálticas. Manual Serie Nº 19. USA. Akzo Nobel. (2000) Folleto Técnico, Aplicaciones y Usos de las Emulsiones Asfálticas. México. APV Servicios, C.A. (2018). Precios referenciales de partidas de vialidad. Arias, F. (2012). El Proyecto de Investigación. Introducción a la Metodología Científica. 6ta. Edición. Editorial Episteme. Hernandez, A. Oviedo, G. (1977). Manual de Asfaltos, Ensayos Físicos, Diseño y Control. Hurtado, J. (2015). Metodología de la Investigación Holística (5ta edición). Caracas, Venezuela. Editorial Fundación Sypal. COVENIN, (1987) Especificaciones, Codificación y Mediciones, PARTE I CARRETERAS,(1987) INTERNATIONAL SLURRY SURFACING ASSOCIATION. Recommended Performance Guidelines for Micro-Surfacing. A143 (revised). USA. 2000. Instituto del Asfalto. Principios de Construcción de Pavimentos de Mezclas Asfálticas en Caliente. Manual Serie Nº 22. Instituto Universitario Politécnico Santiago Mariño (2015). Manual de Trabajo Especial de Grado. Caracas. Jugo, A., Técnicas de Mantenimiento y Rehabilitación de Pavimentos, Apuntes UCV, 1991. Lynch, H. (1980). Pavimentos. Oviedo, G. (1979). Manual Didáctico: Ensayos de Mecánicas de Suelos. Rivas, A. (1999) Normas Mínimas para la Presentación de Trabajos en Luz.
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Tamayo y Tamayo, Mario. (1993) El Proceso de la Investigación Científica. Editorial Limusa. 2da Edición. Colombia. TRB, Record No.1374, Pavement Rehabilitation, 1992. Universidad Pedagógica Experimental Libertador (2016). Manual de Trabajos de Grado de Especialización y Maestría y Tesis Doctorales; 2. Caracas, 2016 FEDUPEL
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