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5. Materiales de base

NOTAS:

SECCIÓN 5: MATERIALES DE BASEParte A: Gradación (Granulometría)

Las especificaciones usadas corrientemente por las ciudades, estados o pro-vincias, para los materiales para bases granulares, densamente gradados, bajo pavimentos flexibles, de asfalto, son adecuadas para los pavimentos de adoquines de concreto. Estas especificaciones se pueden obtener de sus departamentos de ingeniería. Si no se dispone de especificaciones, se pueden usar las gradaciones (granulometrías) recomendadas para bases granulares, que se dan en la Tabla 5-1.

Las explotaciones o canteras, certificadas por la ciudad, el estado o las insti-tuciones regionales de carreteras, ofrecen una seguridad adicional de que, los materiales de base, cumplen las especificaciones correspondientes. Ellos man-tienen su certificación mediante la evaluación rutinaria de la granulometría (y la ejecución de otros ensayos), y sus reportes a las instituciones de carreteras. Cuando sea posible, se deben usar los materiales provenientes de canteras certi-ficadas, que cumplen con las normas de las instituciones y con las guías de este Manual, para la base, la arena de asiento y la arena de juntas.

Tabla 5-1: ASTM C 2940 - Especificación Estándar para Material Granular Gradado para Bases y Subbases para Carreteras y Aeropuertos.

Porcentaje que Pasa Tolerancia de la Mezcla en la Obra Tamaño del tamiz Bases Subbases Bases Subbases

2 in. (50 mm) 100 100 - 2 - 3 1 1/2 in. (37.5 mm) 95 - 100 90 - 100 ± 5 + 5 3/4 in. (19 mm) 70 - 92 ± 8 3/8 in. (9.5 mm) 50 - 70 ± 8 No.4 (4.75 mm) 35 - 55 30 - 60 ± 8 ± 10 No.30 (0.600 mm) 12 - 55 ± 5 No.200 (0.075 mm) 0 - 8 0 - 12 ± 3 ± 5

La gradación de los materiales de base es similar a la usada para los suelos, es decir, tamices que miden el tamaño de partículas. De la misma manera que en los suelos, la cantidad de material que pasa el tamiz No.200 (0.075 mm) es im-portante en la gradación del material de base. Si hay muy poco material fino, la arena de asiento migrará dentro de la base. Si bien esto es poco usual, se puede remediar aplicando y compactando una capa de sello, con un espesor de 1/8 in. a 1/4 in. (3 mm a 6 mm) de arena sello sobre la superficie de la base.

Con más frecuencia, ocurre que hay muchos finos en las bases granulares. Los finos se consideran, por parte de las canteras, como un material de desper-dicio, por lo cual existe un incentivo si se le adiciona, tanto como sea posible, al material de base. Periódicamente se debe revisar la cantidad de finos, mediante un tamizado realizado por un laboratorio independiente. Este es un ensayo poco costoso, que asegura la calidad de la base. El concreto reciclado es un material aceptable como base y su granulometría se debe ajustar a la que se presenta en la Tabla 5-1, a las especificaciones de las Oficinas de Obras locales.

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La Figura 5-1, que aparece a continuación, ilustra los efectos de la presencia de demasiados finos, sobre la resistencia, hinchamiento por congelamiento, densidad y drenaje, en una base de piedra caliza, con un tamaño máximo de agregado de 1.5 in. (38 mm). A medida que se incrementa el porcentaje de finos, más allá del 12% a 14%, se reduce la resistencia de la base, se incrementa el hin-chamiento por congelamiento y decrece la densidad y la drenabilidad. Esta figura demuestra por qué los finos deben estar cercanos al 8%, en la mayoría de los materiales de base. Este valor es el mejor compromiso de las propiedades desea-bles en una base granular.

Figura 5-1: El papel de los finos en

las bases granulares.

NOTAS:

From Aggregate Handbook , National Stone Association

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5. Materiales de base

NOTAS:

Sección 5 Parte B: Factores para la Determinación del Espesor de la Base

Existen unos lineamientos generales sobre espesores mínimos de base (des-pués de compactación) aplicables a la mayoría de las áreas en Norteamérica:

• Andenes,patiosyáreaspeatonales:4in.(100mm)deespesor,sobresue-los bien drenados.

• Víasdeaccesoaresidencias,sobresuelosbiendrenados:almenos6in.(150 mm) de espesor. En climas fríos, continuamente húmedos o suelos débiles, se adicionan de 2 in. a 4 in. (50 mm a 100 mm).

• Estacionamientosycallesresidenciales:8in.a10in.(200mma250mm).Con frecuencia se usan espesores mayores, para estas aplicaciones, en regiones con numerosos ciclos de congelamiento y descongelamiento, suelos expansivos o climas muy fríos.

El espesor de la base (después de compactación), está determinado por las cargas del tráfico, la resistencia del suelo, la humedad y el drenaje del suelo de la subrasante y el clima. Se pueden aplicar las normas de ingeniería locales, estata-les o provinciales, para la definición de espesores de bases para pavimentos de asfalto, en calles construidas con pavimentos de adoquines de concreto. Se debe consultar a un ingeniero civil calificado, familiarizado con los suelos locales y las condiciones de tráfico, para que determine el espesor de base apropiado para calles y pavimentos industriales pesados.

Muchas agencias locales, estatales y provinciales, determinan el espesor de la base usando la Guía para el diseño de estructuras de pavimentos, de 1993 (1993 Guide for the Design of Pavement Structures), publicada por la American Association of State Highway and Transportation Officials - AASHTO. El procedi-miento de la AASHTO, calcula un número estructural - NE (SN) a partir de los coeficientes de resistencia de cada capa de base y pavimento. El NE se determi-na evaluando las cargas del tráfico, los suelos y los factores ambientales (como drenaje, congelamiento y descongelamiento).

Si bien está por fuera del alcance de este curso, se puede determinar el es- pesor de la base usando los procedimientos que aparecen en la Tech Spec 4 - Structural Design of Interlocking Concrete Pavement for Roads and Parking Lots (Diseño estructural de pavimentos de adoquines de concreto para vías y estacionamientos), publicada por el ICPI. El ICPI tiene un programa de computa-dordisponibledenominadoICPILOCKPAVE,quesepuedeusarparadeterminarlos espesores de pavimentos de adoquines de concreto. Este software usa el pro-cedimiento de diseño de la AASHTO.

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NOTAS:

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NOTAS:

Sección 5 Parte C: Evaluación de la Compactación de la Base y Guías

La Tech Spec 2 del ICPI—Construcción de Pavimentos de Adoquines de Concreto recomienda que las bases para las áreas peatonales y entradas de autos residenciales se compacten a una densidad Próctor estándar mínima del 98%. En áreas de tráfico vehicular, la compactación deberá ser a una densidad Próctor modificada del 98% como mínimo.

Los ensayos de compactación se deben realizar en bases sujetas a tráfico vehicular, incluyendo las entradas de vehículos. Cuando se riega y se compacta, la base granular debe tener el contenido óptimo de humedad. Se puede usar el medidor de humedad del densímetro nuclear para evaluar rápidamente la cantidad de agua en la base. Un ensayo de campo rápido consiste en presionar un puñado de material de base en la palma de la mano. Si las partículas se pegan unas a otras, existen suficiente cantidad de humedad.

Si está demasiado húmeda, se debe dejar secar. Si está demasiado seca, se le puede adicionar agua por aspersión, sobre cada capa, antes de su compactación.

Las mediciones de la densidad de la base compactada se deben realizar con el método del densímetro nuclear, los sensores de compactación, el penetró-metro dinámico de cono, u otros métodos aprobados por los departamentos de transporte locales, estatales o provinciales. Un densímetro nuclear requiere de técnicos entrenados para usarlo. Sin embargo, el costo real del ensayo es mu-cho más bajo, que el costo de tener que regresar al sitio a efectuar reparacio-nes. Son el mejor seguro de control de calidad para el contratista. El contratista debe contratar a una empresa de ensayos de suelos, con experiencia, para que mida la densidad y el contenido de humedad.

Se debe prestar especial atención para alcanzar y evaluar los niveles de com-pactación en esquinas, contra los bordillos de concreto, contra muros, alrededor de las estructuras de servicios, y sobre zonas de suelos húmedos. Esos son los lugares donde, con más frecuencia ocurren los asentamientos. Es frecuente que estas áreas no puedan ser compactadas por equipos de compactación gran-des. Se pueden necesitar equipos de compactación pequeños, o del uso de un pisón manual.

Guías para la Compactación de la BasePara áreas vehiculares, la compactación de la base debe ser de, al menos, el

98% de la densidad Próctor modificada, tal y como la determina la norma ASTM D D1557, Método D, o la AASHTO T-180. Si bien se prefiere un mayor porcentaje de compactación (100%), puede no ser alcanzable sobre suelos débiles o satura-dos. Para facilitar la compactación de la base y del suelo, se presenta, a continua-ción, una hoja que le permite a los contratistas llamar y solicitar, a un laboratorio local, los ensayos Se tiene un espacio para llenar el nombre de laboratorio, otra información y los precios. A continuación se dan las guías de cuándo efectuar los ensayos:

• Clasificacióndelossuelos-paradeterminarelequipodecompactación;influye en el espesor de las base.

• Densidaddelsueloydelabase,enellaboratorioyenelsitio-recomen-dada para pavimentos vehiculares, conveniente para áreas peatonales.

• Gradacióndelabaseydelaarenadeasiento-verificar,periódicamente,elcumplimiento de las especificaciones recomendadas y cuándo se cambian los proveedores de los materiales.

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Hoja de Información de la EvaluaciónContacte cualquiera de estas compañías para obtener información sobre los servicios de ensayos: Laboratorios de ensayo de suelos / materiales, firmas de ingeniería civil con laboratorios de ensayo de suelos, firmas de ingeniería geotécnica con laboratorios de ensayo de suelos.

Nombre de la Compañía____________________________ Dirección_______________________________________________

Ciudad_________________________________ Estado / Provincia___________Zip / Código Postal_____________________

Tel___________________ Fax________________________ Nombre del contacto_____________________________________

Pasos para los Ensayos

1. Clasifique el suelo de las muestras obtenidas.2. Determine la densidad Próctor de laboratorio del suelo. Use el Próctor estándar para áreas peatonales, y el Próctor modificado para áreas vehiculares.3. Durante y después de la compactación, determine la densidad en el sitio de los suelos, usando el método del densímetro nuclear.4. Determine la densidad de laboratorio, del material granular de la base.5. Durante y luego de la compactación, determine la den-sidad de la base granular, en el sitio.Las recomendaciones sobre los porcentajes de las densidades Próctor estándar y modificadas, para suelos y para bases, dadas en la Sección 2 Parte D, son valores mínimos. Mientras más cercana sea a 100% la densidad obtenida, mejor. Consulte un ingeniero civil o geotécnico sobre qué niveles de compactación son obtenibles para suelos y materiales de base, usados en un trabajo específico.

Métodos de Ensayo para Clasificación de Suelos

El método de ensayo del Sistema Unificado de Clasificación de Suelos (USCS), se describe en la norma ASTM D 2487.Se recomienda el método de la USCS puesto que esta cla-sificación de suelos se usa para determinar la densidad Próc-tor. El método de ensayo del sistema de clasificación de la AASHTO, se describe en la norma ASTM D 3282.Tamaño de la muestra de suelo requerida __________Precio por ensayo __________Fecha en que se realizaron los ensayos __________Fecha en que se entregaron los resultados __________

Ensayos de Densidad

Se puede usar el ensayo de densidad Próctor estándar, para suelos o bases granulares. Use el Próctor estándar para áreas peatonales. ASTM D 698 o AASHTO T-99Tamaño de la muestra de suelo requerida __________Precio por ensayo __________Fecha en que se realizaron los ensayos __________Fecha en que se entregaron los resultados __________

Se puede usar el ensayo de densidad Próctor modificado, para suelos o bases granulares. Use el Próctor modificado para áreas vehiculares. ASTM D 1557 o AASHTO T-180Tamaño de la muestra de suelo requerida __________Precio por ensayo __________Fecha en que se realizaron los ensayos __________

Ensayos de Gradación

Materialparabasegranular-VeaenlaSección3ParteA,lasgranulometrías estándar recomendadas, si no existen normas locales.Arenadeasientoyarenadesello-VeaenlaSección4 Parte A, las granulometrías recomendadas por la industria. Los ensayos de gradación confirman la consistencia en la gradación, la conformidad con las normas locales para ma-teriales de base, y asegura que el material que pasa el tamiz No.200 (75 mm), no sea excesivo.

ASTM C 136 o AASHTO T-27.

Tamaño de la muestra de suelo requerida __________Precio por ensayo __________Fecha en que se realizaron los ensayos __________Fecha en que se entregaron los resultados __________

Ensayos de Densidad en el Sitio (pregunte por el tiempo necesario para ejecutarlos) Método del Densímetro Nuclear para la densidad del suelo o de las bases granulares.

ASTM D 2922 o AASHTO T-238.

Precio o tarifa horaria __________Fecha en que se realizaron los ensayos __________Fecha en que se entregaron los resultados __________

El siguiente ensayo para densidad no se ejecuta con tanta frecuencia como el del densímetro nuclear. No se usa para determinar la densidad de las bases granulares compactadas.

Ensayos del Cono de Arena para Suelos

ASTM D 1556 o AASHTO T-191.

Precio o tarifa horaria __________Fecha en que se realizaron los ensayos __________Fecha en que se entregaron los resultados __________

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5. Materiales de baseDespués de que el material de base granular triturada, se distibuye con la ayuda de un cargador, se enrasa o suaviza con la pala de dicha máquina. El ope-rador debe regar el material de base, de manera uniforme, hasta completar un espesor que pueda ser compactado por el equipo de compactación disponible. Por lo general se trata de capas de 2 in. a 4 in. (50 mm a 100 mm) de espesor. Para suavizar la superfcie suelta de la base, antes de la compactación, se pueden usar rastrillos Darby o tablas enrasadoras. El costo de su mano de obra se debe comparar con el de asentar y nivelar con líneas de cuerda. La base debe tener algo de humedad dentro, con el fin de alcanzar una densidad alta al compactarla. Elmaterialdebaseenestadocongelado,nosedebecompactar;nisedebecolo-car material de base sobre suelos o subrasantes congeladas.

Después de colocar y distribuír la capa final de base, se pueden colocar lí-neas de cuerda a nivel de la superficie, sobre la base, cada 40 ft a 50 ft (12 m a 15 m). Luego, se inicia la compactación final. Después de compactar la última capa, se debe verificar la distancia entre la superficie de la base compactada y las lí-neas de cuerda. Hay algunos rastrillos para asfalto cuya altura es igual a la que se requiere entre la base no compactada y la línea de cuerda. Dicha altura es sufi-ciente para que la base se asiente durante la compactación, más 1 in. (25 mm) de arena y 3 1/8 in. (80 mm) de los adoquines. Estos rastrillos economizan mucho tiempoylanecesidaddeadivinar;eindicanquesehacolocadosuficientebasecuando su lado superior se queda en contacto con la línea de cuerda bien tem-plada.

La compactación de la base se debe hacer, por capas, con un rodillo vibrato-rio o con un compactador de placa reversible. No se recomienda usar un vibrocompactador de placa, de 4,000 lbf a 5,000 lbf (18 kN a 22 kN), que comúnmente se usan para compactar adoquines de 2 3/8 in. (60 mm), para compactar la base (o el suelo). Este requiere la colocación y compactación de capas máximas de 2 in. (50 mm), de material de base, para alcanzar las densidades Próctor recomendadas en este Manual. Se pueden obtener mayores eficiencias usando un compactador de placa reversible, de, al menos, 7,000 lbf (31 kN) o un rodillo vibratorio. Con ellos se pueden compactar capas de 4 in. a 6 in. (100 mm a 150 mm) de espesor de material de base, o mayores si el equipo es pesado, como se anotó anteriormente. Se deben efectuar comparaciones de costos entre usar un equipo pequeño y uno más grande, especialmente si se construyen vías de acceso con regularidad. Las compañías de equipos de compactación le pueden ayudar a efectuar esta comparación.

A medida que se van colocando las capas de la base, el espesor compactado de cada una de las capas debe ser uniforme y debe tener una máxima variación de 3/4 in. (10 mm) a – 1/2 in. (13 mm). Esto se hace para ayudar a obtener una densidad uniforme en cada capa.

No obstante, la elevación final de la superficie de la base (parte superior de la base), no deberá exceder de ±3/8 in. (10 mm) sobre una regla de 10 ft (3 m). El espesor general final de la base debiera estar dentro de +3/4 in. (10 mm) y –1/2 in. (13 mm) del espesor deseado para la base. Por ejemplo, una base de 8 in. (200 mm) debiera tener un espesor mínimo entre 7-1/2 in. (185 mm) y 8-3/4 in. (220 mm).

La superficie de la capa de base, y los confinamientos laterales se deben inspec-cionar para revisar áreas que puedan permitir la migración de arena después de la instalación. Estos puntos pueden ser las juntas entre bordillos, alrededor de

NOTAS:

Sección 5 Parte D: Instalación de la Base

98 Sección 5

NOTAS:estructuras de servicios, o cajas pluviales. Estas áreas deben ser cubiertas con una tira de geotextil de 12 in. (300 mm) de ancho, para prevenir la pérdida de la arena de asiento y el asentamiento de la superficie. Esto se cubre, en más detalle, en otra Sección de este curso.

Bases de concreto - Por lo general no se requieren bases de concreto en los pavimentos de adoquines de concreto para aplicaciones residenciales. Sin em-bargo, hay algunas excepciones. Algunas veces se usan si el suelo es muy débil o húmedo y es prohibitivamente costoso excavar para instalar una base granular muy gruesa. En otros casos, las redes de servicios pueden estar muy superficiales y una losa de concreto puede ser la manera de no interferir con ellas. En ciertas áreas costeras, el nivel freático está muy cercano a la superficie y saturará la base granular. Las bases de concreto se usan, con frecuencia, en estos casos.

Las bases de concreto debe tener un espesor de, al menos, 3 in. (75 mm) para áreas peatonales y 4 in. (100 mm) para vías de acceso a residencias. Cuando se usa una base de concreto, se debe tener especial cuidado con los confinamien-tos laterales y con las perforaciones, oídos o drenajes en los puntos más bajos del pavimento, para drenar el agua de exceso de dentro de la arena de asiento. Las perforaciones deben tener, al menos, 2 in. (50 mm) de diámetro, y se debe cubrir con un geotextil para prevenir la pérdida de la arena de asiento.

Un concreto existente se puede usar como una base para un patio. El con-creto no debe estar quebrado, descascarado o levantado. Se pueden adherir al borde adoquines de 3 1/8 in. (80 mm), para generar un cerramiento para la cama de asiento y adoquines de 2 3/8 (60 mm) de espesor. Para adherir los adoquines a los bordes se puede usar un adhesivo polimérico. Una vez se ha endurecido el adhesivo, se puede colocar una franja de adoquines contra los adoquines de bor-de para prevenir la pérdida de arena de asiento. Después de enrasar la arena de asiento, se colocan y se compactan los adoquines más delgados, se llenan las jun-tas y se compactan de nuevo. Ocasionalmente se pueden quebrar algunos ado-quines cuando se compactan sobre la base de concreto. Si esto ocurre, se debe usar una lámina de neopreno debajo del vibrocompactador de placa. La mayoría de las compañías que suministran equipo para compactación, suministran estas láminas para proteger la superficie del pavimento.