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ING. PEDRO FELIX DOROTEO NEYRA – DOCENTE DE LA F.I.C.
UNIVERSIDAD NACIONAL "SAN LUIS GONZAGA" DE ICA
CURSO : PAVIMENTOS
DOCENTE :
ING. PEDRO FELIX DOROTEO NEYRA
5TO AÑO
ICA – PERÚ
2011.
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ING. PEDRO FELIX DOROTEO NEYRA – DOCENTE DE LA F.I.C.
1°- SEMANA:
INTRODUCCIÓN: P A V I M E N T O S
Se llama pavimento al conjunto de capas de material seleccionado que
reciben en forma directa las cargas del transito y las transmiten a los
estratos inferiores en forma disipada, proporcionando una superficie de
rodamiento, la cual debe funcionar eficientemente. Las condiciones
necesarias para un adecuado funcionamiento son las siguientes:
anchura, trazo horizontal y vertical, resistencia adecuada a las cargas
para evitar las fallas y los agrietamientos, edemas de una adherencia
adecuada entre el vehículo y el pavimento aun en condiciones húmedas.
Deberá presentar una resistencia adecuada a los esfuerzos destructivos
del transito, de la intemperie y del agua. Debe tener una adecuada
visibilidad y contar con un paisaje agradable para no provocar fatigas.
Puesto que los esfuerzos en un pavimento decrecen con la profundidad,
se deberán colocar los materiales de, mayor capacidad de carga en las
capas superiores, siendo de menor calidad los que se colocan en las
terracerías además de que son los materiales que más comúnmente se
encuentran en la naturaleza, y por consecuencia resultan los más
económicos.
La división en capas que se hace en un pavimento obedece a un factor
económico, ya que cuando determinamos el espesor de una capa el
objetivo es darle el grosor mínimo que reduzca los esfuerzos sobre la
capa inmediata inferior. La resistencia de las diferentes capas no solo
dependerá del material que la constituye, también resulta de gran
influencia el procedimiento constructivo; siendo dos factores
importantes la compactación y la humedad, ya que cuando un material
no se acomoda adecuadamente, éste se consolida por efecto de las
cargas y es cuando se producen deformaciones permanentes.
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GENERALIDADES PAVIMENTOS
Toda exploración, cualquiera que sea la categoría de la vía, necesita un
tratamiento especial a fin de hacer posible el tránsito de los vehículos
con comodidad y seguridad.
El tratamiento consiste en la ubicación de una estructura constituida por
una capa o conjunto de capas de materiales apropiados que tendrá
características determinadas, según el volumen y composición del
trafico, la capacidad portante de la subrasante, la disponibilidad de
materiales en la zona y el costo de conservación. Esta estructura
necesariamente debe terminar en una superficie adecuada para el
tránsito, a la vez que será resistente al efecto abrasivo de éste, ser
estable y resistir la acción de agentes perjudiciales tales como:
humedad, heladas, cambios volumétricos de la subrasante, cambios de
temperatura e interperismo.
DEFINICIÓN:
Un pavimento esta constituido por un conjunto de capas superpuestas,
que se diseñan y construyen técnicamente con materiales apropiados y
adecuadamente compactados.
Estas estructuras estratificadas se apoyan sobre la subrasante de una
vía obtenida por el movimiento de tierras en el proceso de exploración y
que han de resistir adecuadamente los esfuerzos que las cargas
repetidas del transito le trasmite durante el periodo para el cual fue
diseñada la estructura del pavimento.
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CARACTERISTICAS QUE DEBE REUNIR UN PAVIMENTO
Un pavimento para cumplir adecuadamente sus funciones debe reunir
los siguientes requisitos:
1. Ser resistente a la acción de las cargas impuestas por el transito
2. Ser resistente ante los agentes de intemperismo.
3. Presentar una textura superficial adaptada a las velocidades
previstas de circulación de los vehículos, por cuanto ella tiene una
decisiva influencia en la seguridad vial. Además debe ser
resistente al desgaste producido por el efecto abrasivo de las
llantas de los vehículos.
4. Debe ser durable
5. Presentar condiciones adecuadas respecto al drenaje
6. Debe ser económico
7. El ruido de rodadura debe ser moderado
8. Debe poseer color adecuado para evitar reflejos y
deslumbramientos.
LA RED VIAL DEL PERU:
Red Vial en el Perú
La red vial en el Perú está compuesta por más de 100,000 km. de
carreteras, organizada en tres grandes grupos: las carreteras
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longitudinales, las carreteras de penetración y las carreteras de enlace.
Estas rutas están a cargo de PROVIAS, organismo descentralizado del
ministerio de Transportes y Comunicaciones, quien tiene la función
mantener y ampliar dichas vías. Por la calidad y el tipo de vehículos que
las recorre podemos clasificarla en 3 categorías: autopistas, carreteras
asfaltadas y caminos afirmados. Las autopistas cuentan con dos carriles
principales y uno de seguridad en cada sentido de circulación, separados
por una berma y poseen buena señalización. En el Perú existen cerca de
300 km. de autopistas que corresponden a los tramos de acceso norte y
sur a Lima a través de la Carretera Panamericana. Las carreteras
asfaltadas sólo cuentan con un carril principal y una berma de seguridad
en cada sentido de circulación, separadas por un interlineado. En este
tipo de vía la señalización y los servicios básicos varían en relación a la
cercanía de las ciudades principales. La mayor parte de las vías
peruanas son caminos afirmados construidos en base a tierra y ripio.
Existen 3 tipos de caminos afirmados en el Perú: los que pertenecen a la
red nacional, los caminos secundarios y vecinales y las trochas
carrozables.
Estado de las principales carreteras del Perú
a) Lima - Tumbes (Panamericana Norte): La ruta se inicia con una
autopista que va hasta Huacho, que luego da paso a una carretera
asfaltada en su totalidad y en muy buen estado, correctamente
señalizada y con los servicios de infraestructura básicas a lo largo de
toda la vía.
b) Lima - Tacna (Panamericana Sur): Esta vía también comienza con una
autopista los primeros 132 Km., y una carretera asfaltada en buen
estado para el resto. También está muy bien señalizada y posee
servicios básicos cerca de las principales ciudades.
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c) Lima - Huancayo (Carretera Central): Es una ruta asfaltada en buen
estado, con la particularidad que en su tramo inicial el ascenso es
vertiginoso desde la llanura de Lima hasta los 4,818 m. s. n. m. de
Ticlio.
d) Chiclayo - Tarapoto: Este es un trayecto en perfecto estado, pero que
en ocasiones sufre debido a las inclemencias del clima. El recorrido
se puede hacer en doce horas cuando hace algunos años podía tomar
30 horas.
e) Nazca - Cusco: Está vía es ahora bastante transitada debido a la
culminación del asfaltado que permite unir ambas ciudades en un
tercio del tiempo usual.
f) Arequipa-Cusco-Puno: Esta ruta es muy complicada debido a lo
agreste de la geografía en el tramo inicial de Arequipa a Cuzco. Ya en
el tramo Cusco - Punto la carretera está asfaltada y los servicios
mantienen una presencia notoria.
Los puertos en el Perú.
El total de puertos en el país es 24, de los cuales 19 son marítimos, 4
fluviales y 1 lacustre; y según el sistema de atraque se dividen en
puertos de atraque directo y lanchonaje. Los puertos peruanos están
bajo la administración de la Empresa Nacional de Puertos S. A. (ENAPU
PERU), entidad descentralizada del Ministerio de Transportes y
Comunicaciones del Perú. Según su modo de transporte se clasifican en:
marítimo, fluvial y lacustre.
El Transporte Marítimo
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La red puertos marítimos en la costa peruana está compuesta por 19
puertos a lo largo de nuestro litoral que son:
a. En el norte: Cabo Blanco, Talara, Paita, Pacasmayo, Eten, Chicama,
Salaverry, Chimbote, Besique, Casma y Huarmey.
b. En el centro: Supe, Huacho, Chancay, Callao y Cerro Azul.
c. En el sur: General San Martín, Matarani e Ilo.
Es sin duda el puerto del Callao el más importante del país, esta ubicado
en la zona central litoral peruano, dentro de la Cuenca del Pacifico a la
cual las rutas interoceánicas acceden cruzando el canal de Panamá y el
Estrecho de Magallanes. El puerto del Callao esta ubicado en la Provincia
Constitucional del Callao a 15 Km. De la capital, Lima. Se interconecta
con Lima a través de cuatro vías de comunicación terrestre. Sus
instalaciones resultan actualmente insuficientes tanto en capacidad
como en tecnología para afrontar el flujo diario de embarques y
desembarques de productos nacionales y extranjeros. Así por ejemplo,
la descarga de un buque de entre 18 y 30 mil toneladas (capacidad
mínima y máxima que el puerto puede administrar logísticamente)
demora en promedio una semana, mientras que esta misma actividad
toma dos o tres días en cualquier puerto extranjero.
El Transporte Fluvial
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Los ríos llamados también "las carreteras del Perú" son un medio vial
importante para la distribución física, pues en esta región muchas
localidades carecen de carreteras y aeropuertos. Los principales puertos
fluviales de la amazonía son: Iquitos y Yurimaguas, en el departamento
de Loreto; Pucallpa, en Ucayali y Puerto Maldonado en Madre de Dios.
Tocahe Nuevo, Juanjui y Bellavista en San Martín. Son muchos los ríos
navegables en la selva peruana, pero los principales son el Amazonas, el
Ucayali, El Huallaga, el Marañón, el Urubamba entre otros; estos ríos
pueden admitir el tráfico de embarcaciones con un tonelaje máximo de
10 000 TM. Las principales embarcaciones que discurren por los ríos de
la selva son.
a. Peque-peques: Son canoas con motor estacionario que se han
convertido en el medio de transporte masivo (carga y pasajeros).
En ellas caben hasta 30 personas y cargas menores no mayores a
los 300 Kg.
b. Canoas con motor fuera de borda: Son embarcaciones similares al
peque-peque, pero poseen un motor fuera de borda que las hace
más rápidas. Su capacidad de carga también es mínima.
c. Embarcaciones pesadas: Son barcos de carga o llamados "chatas",
que discurren por los ríos de gran caudal transportando hasta 300
personas; su capacidad máxima es de 20 TM.
El Transporte Lacustre
En nuestro país el transporte lacustre se da básicamente en el Lago
Titicaca, en Puno. Es justamente desde el puerto de Puno donde a diario
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parten embarcaciones hacia las principales islas y ciudades
circundantes, como los que parten a Copacabana (Bolivia).
Carreteras de Perú
La red vial peruana está compuesta por más de 70 mil kilómetros de
carreteras, de las cuales 16 mil son vías nacionales. Las carreteras están
categorizadas de acuerdo a su calidad y por el tipo de auto que circula
por ella, en autopistas, carreteras asfaltadas y caminos afirmados.
La autopistas cuentan con dos carriles principales y uno de seguridad,
tienen buena señalización y por ellas transitan vehículos de todo tipo. La
mayoría de estas rutas corresponden a los tramos de acceso a Lima por
la Panamericana y para su utilización es obligatorio el pago de peaje.
Las carreteras asfaltadas tienen un carril principal y bermas de
seguridad. Por ellas pueden circular sin problemas todo tipo de vehículo
y al igual que en las autopistas hay que pagar peaje.
o De noche, el tráfico por las carreteras costeras es más intenso, y
en la sierra se recomienda viajar durante las primeras horas de la
mañana.
o En la sierra y en la selva entre los meses de enero y marzo, los
caminos se bloquean por las lluvias y los deslizamientos de tierra.
Los caminos afirmados son aquellos construidos a base de tierra y
ripio, son los que unen ciudades importantes de la sierra o de la selva,
ciudades pequeñas, poblados, sitios arqueológicos o de interés turístico.
Para circular por ellos se recomienda utilizar vehículos todo terreno ya
que algunas de estas rutas no se encuentran en buen estado.
o Algunos caminos afirmados tienen días de subida y de bajada.
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o En la sierra y en la selva entre los meses de enero y marzo, los
caminos se bloquean por las lluvias y los deslizamientos de tierra.
Infraestructura vial
Las estaciones de servicios (grifos) que se encuentran desde Lima
hasta Piura, por la Panamericana Norte, y desde Lima hasta Nasca, por
la Panamericana Sur, cuentan con servicios higiénicos, expendios de
lubricantes y repuestos, comida rápida, minimarkets, vulcanización y
lavado de autos, además de vender gasolina de distintos octanages y
petróleo. Fuera de estos puntos, las estaciones de servicio escasean y
los servicios que ofrecen igual. Es común la venta de combustible en
lata.
o En provincia, las estaciones de servicios no acostumbran aceptar
tarjetas de crédito.
o El precio del combustible se incrementa en relación a la lejanía
con los puntos de abastecimiento y los aislamientos.
o Utilizar combustibles de bajo octanaje sobre los 1.500 msnm no
ofrece problemas, pero bajo esta altura puede afectar al motor.
o El combustible en lata debe filtrarse siempre con una tela o
franela.
Algunas ciudades cuentan con talleres mecánicos especializados en
marcas específicas de vehículos, por lo que en las ciudades pequeñas se
encontrará con talleres informales que no ofrecen ninguna garantía, por
lo que se recomienda verificar el estado del vehículo antes de
emprender un viaje. Lo que sí se encuentra en cualquier punto del país,
son las vulcanizaciones.
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El servicio de grúa es caro y escaso, en general. Sin embargo, existen
seguros de auxilio mecánico y remolque que proveen cobertura nacional
a costos razonables.
Funciones
Provías Nacional cumple las siguientes funciones dentro de la Red Vial
Nacional:
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Es responsable de la ejecución de las obras del programa de
inversiones correspondiente a la construcción, rehabilitación o
mejoramiento de carreteras, puentes y otras obras relacionadas
con la Red Vial Nacional.
Administrar, supervisar y aprobar los estudios y la supervisión de
los mismos conforme al Programa Anual de Inversiones
correspondiente al proceso de construcción y rehabilitación de
carreteras, puentes y otros proyectos relacionados con la Red Vial
Nacional.
Programar, ejecutar, controlar y evaluar los programas de
mantenimiento rutinario, periódico y señalización de la Red Vial
Nacional; incluyendo las carreteras, puentes, túneles y demás
infraestructura relacionada.
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La historia de los pavimentos con adoquines se inicia
prácticamente con nuestra civilización. Cuando se construyeron la Vías
Romanas se emplearon bloques de piedra trabajados especialmente
para obtener una superficie lisa. La duración de estas vías, muchas de
las cuales todavía se pueden visitar, es el mejor testimonio de la calidad
de ejecución de dichos trabajos y de la factibilidad del sistema
constructivo de pavimentos segmentados.
Posteriormente aparecieron las superficies para el rodamiento de
vehículos constituidas por adoquines de granito, ejecutadas durante
muchos años en diversos países de Europa y luego en América,
incluyendo nuestro país. Una variante moderna de estas superficies son
los pavimentos de adoquines intertrabados de hormigón. La norma IRAM
correspondiente a “bloques de hormigón para pavimentos
intertrabados” los define de la siguiente manera, Pavimento
Intertrabado: Capa de rodamiento conformada por elementos uniformes
macizos de hormigón de alta resistencia denominados “bloques”, que se
colocan en yuxtaposición adosados y que debido al contacto lateral
permiten una transferencia de cargas por fricción desde el elemento que
la recibe hacia todos sus adyacentes, trabajando solidariamente y con
posibilidad de desmontaje individual. En la actualidad, el empleo de los
pavimentos de bloques intertrabados, de los que las aplicaciones
urbanas constituyen una de las mas importantes, ya que dan a los
arquitectos y urbanistas la posibilidad de diseñar pavimentos muy
atractivos, esta experimentando un fuerte impulso, lo que es fácil de
explicar si se consideran las ventajas que presentan como ser:
Posibilidad de sacarlos y colocarlos nuevamente en forma simple y
económica cuando se requiera instalar o reparar cualquier conexión
subterránea, y corregir desnivelaciones superficiales sin perdidas de
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materiales y sin dejar señales en el pavimento. Posibilidad de reutilizar
los bloques lo que representa un valor residual elevado. Productos
premoldeados elaborados en plantas industriales con un control
cuidadoso en la calidad del material y dimensiones del bloque.
Habilitación al tránsito inmediatamente después de su colocación.
Propiedades propias del hormigón en lo que se refiere a durabilidad,
buena adherencia, elevada resistencia al desgaste y excelentes
cualidades reflectantes de la luz. Esto último deriva en un ahorro
considerable en energía utilizada en la iluminación de calles.
Diseñado y construido apropiadamente es capaz de soportar cargas muy
altas, como las existentes en puertos, aeropuertos y patios de
instalaciones industriales. Los pavimentos de adoquines también tienen
ciertas limitaciones: Debido a la rugosidad superficial que presentan no
es recomendable su utilización en calles con velocidades de circulación
superiores a 60/65 Km./h. Esta limitación se convierte en ventaja para
calles residenciales de baja intensidad de tránsito y poca densidad de
semáforos. A velocidades mayores el conductor percibe molestas
vibraciones que lo obligan a disminuir la marcha. Un párrafo especial
merece la utilización de esta alternativa en la Patagonia. Es sabido por
todos los que habitamos en ella que el clima es un factor condicionante
para todo tipo de obra que se realice al aire libre, esto hace que en
épocas de invierno transcurran muchos días sin que se puedan ejecutar
obras a la intemperie (período de veda), por eso es bueno tener una
alternativa de este tipo que haría que la gente pueda trabajar en la
prefabricación de estos bloques, bajo techo, para en épocas más
agradables instalarlos. Este tipo de pavimento se utiliza
fundamentalmente en: calles públicas y privadas, veredas, plazas,
sendas peatonales, patios, playas de estacionamiento, estaciones de
servicio, centros comerciales, pisos industriales, puertos y aeropuertos.
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Ejemplos de aplicación cercanos tenemos, una cuadra en la calle
Atagualpa Yupanqui entre Jornada y Chubut - Barrio Roca (Comodoro
Rivadavia) y la playa de maniobras del puerto de Caleta Paula (Caleta
Olivia) con una superficie pavimentada de alrededor de 14.000 metros
cuadrados, equivalente a 16 cuadras como la ejecutada en el barrio
Roca. (Colaborador del articulo: Alvaro Granados, versión original:
Petroquímica Comodoro Rivadivia S.A.)
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TIPOS DE PAVIMENTO
Actualmente no existe una clasificación universal generalizada, debido a
que se tienen diversos criterios para plantear la clasificación de los
pavimentos; por lo tanto, podemos mencionar que estos se clasifican
según:
Su número de capas.
El lugar donde se ubican o prestan servicios.
La forma en que trasmiten la carga a la subrasante.
Los materiales de que están constituidos.
Su calidad o clasificación de su costo.
Siendo los más importantes:
1.Por el lugar donde se ubican o prestan servicios
Pavimentos para viviendas y alrededores
Pavimentos para zonas urbanas.
Pavimentos para carreteras y autopistas: hecho a base de suelo
estabilizados, pavimentos bituminosos, concreto asfáltico o concreto
de cemento Portland.
Pavimentos para aeropuertos.
Pavimentos para malecones portuarios y muelles o puertos.
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2.Por la forma en que trasmiten la carga a la subrasante.
Esta clasificación es la de mayor importancia para la elección del tipo de
pavimento en carreteras, pueden ser:
PAVIMENTO RÍGIDO.
Son aquellos en los que la capa de cortadura está constituida por una
losa de concreto de cemento Portland, ya sea de tipo ciclópeo o armado,
transmitiendo las cargas uniformemente a una superficie considerable.
Este tipo de pavimento puede llegar a tener una resistencia a la tracción
hasta de 50 kg./cm2, con lo que las losas se comportan como pequeños
puentes en zonas de debilidad del cimiento.
PAVIMENTO FLEXIBLE
Son aquellos que tienen una base granular semi-granular semi-rígida de
rodadura conformada por una mezcla flexible de alquitrán o asfáltico.
Las cargas que soportan esto pavimentos son transmitidas a la
subrasante y a distancias próximas del punto de aplicación de las
cargas.
PAVIMENTO MIXTO.
Estos pavimentos se caracterizan por ser una combinación de los
rígidos con los flexibles, siendo el primero de estos el que actúa como
base y el segundo como capa de rodamiento.
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La principal desventaja de los pavimentos mixtos es su elevado costo, es
por esta razón que no son muy utilizados.
PAVIMENTOS CON AFIRMADO.
Son aquellos que tienen solamente un revestimiento superficial de
mezcla de suelo, sin tratamiento y están constituidos por materiales que
existen en la zona del proyecto. Estos materiales pueden ser: Roca
triturada, grava y material ligante (arcilla).
3.Elección del tipo de pavimento
Para la elección se debe considerar aspectos técnicos y económicos.
Entre ls de índole puramente técnico están: tipo y volumen de tránsito,
capacidad portante de la subrasante, disponibilidad de los materiales
requeridos para su construcción, mano de obra, equipo y herramientas
disponibles; entre los de carácter económico se tienen: costo de la
inversión, tiempo de su construcción, durabilidad, conservación y
mantenimiento.
Muchas veces entran a tallar otros factores ajenos a los mencionados y
pueden ser: de carácter administrativo, social, político, etc.
4.Diseño del pavimento elegido
Para determinar el espesor de un pavimento, en particular de cada una
de las capas que lo componen y el tipo de superficie asfáltica más
adecuado, se tendrá en cuenta primeramente los siguientes factores:
Análisis de la intensidad de tránsito.
Capacidad portante del suelo de fundación.
Materiales aprovechables de la zona.
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Análisis económico.
Carga de diseño.
5.Terminología del pavimento flexible
a) Terreno de fundación: es el terreno que sirve de fundación del
pavimento después de haber sido terminado el movimiento de
tierras y que, una vez compactados, tiene las secciones
transversales y pendientes especificadas en los planos.
b) Subrasante: es la parte superior del terreno de fundación.
c) Subbase: es la capa de material seleccionado, que se coloca
encima de la subransante.
d) Base: capa de material pétreo, mezcla de suelo cemento, mezcla
bituminosa, o piedra triturada, que se coloca encima de la
subbase.
e) Capa de rodamiento: es la que se coloca encima de la base y
está formada por una mezcla bituminosa o de concreto.
f) Carpeta de desgaste o sello: es la que se coloca sobre la capa
de rodamiento y está formada por una mezcla bituminosa. Encima
de esta carpeta se coloca, aveces, un riego de arena picada
menuda.
g) Superficie rasante: es la que soporta el tránsito de los vehículos
motorizados.
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MEJOR USO DE LOS PAVIMENTO FLEXIBLES Y PAVIMENTOS
RIGIDOS
¿CUAL ES EL MEJOR?
Cuando tenemos que decidir sobre la elección del tipo de pavimento a
utilizar generalmente optamos por el de menor costo inicial, sin
embargo esta decisión no siempre es la más conveniente, pues se dejan
de lado aspectos tan importantes como los costos de mantenimiento y
de operación, o como el tiempo de duración de la vida de servicio
Este tipo de decisiones resulta frecuente en el caso de pavimentos
urbanos, no pasa lo mismo con el pavimento de carreteras, donde
prácticamente existe exclusividad de los pavimentos flexibles
Por eso es importante establecer cualitativamente los principales
aspectos que deben tomarse en cuenta al momento de la elección, tales
como la equivalencia estructural, la textura superficial y los costos.
VIAS PÚBLICAS Y SU TRANSITO:
EL TRANSITO.- Interesan para el dimensionamiento de los pavimentos
las cargas mas pesadas por eje (simple, tándem o tridem) esperada en
el carril de diseño (el mas solicitado, que determinara la estructura del
pavimento de la carretera) durante el periodo de diseño aprobado.
Transporte, medio de traslado de personas o bienes desde un lugar
hasta otro. El transporte comercial moderno está al servicio del interés
público e incluye todos los medios e infraestructuras implicados en el
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movimiento de las personas o bienes, así como los servicios de
recepción, entrega y manipulación de tales bienes. El transporte
comercial de personas se clasifica como servicio de pasajeros y el de
bienes como servicio de mercancías. Como en todo el mundo, el
transporte es y ha sido en Latinoamérica un elemento central para el
progreso o el atraso de las distintas civilizaciones y culturas.
Ya en el periodo precolombino los incas poseían un rudimentario pero
eficiente sistema de caminos interconectados a lo largo y ancho de su
Imperio, por el cual trasladaban distintos tipos de mercaderías. Bien a
pie o a lomo de llamas sus mercaderías lograban llegar a destino. A
veces a través de puentes de cuerdas entre las montañas. Otros pueblos
utilizaron canoas o botes como medio de comunicación.
2°- SEMANA
ESTRUCTURAS DEL PAVIMENTO.
3.- FACTORES QUE DEPENDEN DE LA ESTRUCTURA DE UN
PAVIMENTO.
En la elección del pavimento se debe tener en consideración los
siguientes factores:
Capacidad portante del terreno de fundación.
Volumen del tráfico y tipo de cargas.
Aspectos climatológicos.
4.- SELECCIÓN DEL TIPO DE PAVIMENTO.
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Para elegir el tipo de pavimento, se tendrá en cuenta el terreno natural,
la economía en la construcción, las cargas a soportar, la presión de los
neumáticos, intensidad de tráfico, climatología, efectos de las heladas.
Generalmente los pavimentos flexibles son más apropiados en suelos
granulares y en general en suelos con alta capacidad portante, en
cambio los pavimentos rígidos se adaptan mayormente a terrenos
arcillosos, de baja capacidad portante y sobre todo en lugares expuestos
a considerables cambios en el contenido de humedad.
Convienen recalcar que en la elección del tipo de pavimento, influirá de
manera decisiva el factor económico, a no ser que condiciones de orden
técnico exijan zonas construidas con un tipo de pavimento
predeterminado. Para nuestro caso hemos elegido un pavimento
flexible por las razones expuestas anteriores.
5.- CARACTERÍSTICAS Y ESPECIFICACIONES DE LAS DIFERENTES
CAPAS Y SUPERFICIES DEL PAVIMENTO.
El pavimento consta básicamente de las siguientes características
importantes de las capas que lo conforman.
A.- TERRENO DE FUNDACIÓN.
Su función es servir de cimentación o fundación al pavimento después
que se han realizado los trabajos de excavación y/0 terraplenado, y que
luego de compactado deberá tener el alineamiento, pendiente y sección
transversal diseñada geométricamente que suelen mostrarse en los
planos de obras. De su resistencia o calidad de soporte depende, en
gran medida el espesor y número de capas que tendrá la estructura , así
como el equipo requerido para su habilitación.
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El terreno de fundación puede ser.
PESINO . Cuando está constituido de materia orgánica, en
lo posible debe desecharse este material y sustituirlo por
otro de mejor calidad.
MALO .- cuando se halla formado por un suelo fino limoso,
arcillosos, susceptible d saturación, en este caso se debe
colocar una capa de sub-base granular.
REGULAR O BUENO .- formado por un suelo bien graduado
que no ofrece peligro de saturación, en este caso se
podría prescindir de una capa de sub base.
EXCELENTE .- cuando la capacidad portante del terreno de
fundación es elevada, en este caso bastara colocar
solamente una capa de rodadura.
B.- SUBRASANTE.
Es la superficie superior del terreno de fundación sobre el cual se forma
la estructura pavimentaría. su forma, dimensiones e inclinación deben
corresponder a lo indicado en los planos.
C.- SUB BASE.
Capa de material seleccionado que se ubica entre la subrasante y la
capa inferior de la base. Tienen importancia estructural, sirviendo como
capa anticontaminante y drenante y debe además distribuir
convenientemente los esfuerzos a la subrasante que le son transmitidos
por la base. También controla o elimina los cambios volumétricos,
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elasticidad y plasticidad perjudiciales del terreno de fundación, así
como la ascensión capilar de las aguas que provienen de la napa
náutica, y/o freática.
Las especificaciones que se debe tener en cuenta para la sub-base son.
Los materiales que se emplean en una capa de sub-base,
deben tener una capacidad portante mayor que la de los
materiales de la subrasante.
El porcentaje de finos que pasa por el tamiza nª 200 no
debe ser mayor que el 8%
La AASHTO, en sus especificaciones considera que:
El desgaste por abrasión sea igual o menor al 50%.
La fracción que pasa por el tamiz Nº 200 debe ser menor o igual que las
2/3 partes de la fracción que pasa por el tamiz, Nº 40, además indica
que el material debe tener una granulometría dentro de los límites
indicados en la tabla. Nº 5
TABLA Nº 5.
REQUISITOS DE GRANULOMETRIA PARA BASE Y SUB BASE.
TAMIZ % EN PESO DEL MATERIAL QUE PASA POR SECO
PULGADA A B C D E F
2” 100 100 - - - -
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1” - 75-95 100 100 100 100
3/8” 30-65 40-75 50-85 60-100 - -
Nº 4 35-65 30-60 35-65 50-85 55-100 70-100
Nº 10 35-55 20-45 25-50 40-70 40-100 55-100
Nº 40 15-40 15-30 15-30 25-45 20-50 30-70
Nº 200 8-20 5.20 5-15 5.20 6-20 8-25
D.- BASE.
Es la capa que constituye el principal elemento estructural de un
pavimento flexible y se ubica sobre la sub. base,(o el terreno de
fundación) y debajo de la capa de imprimación. Deberá absorber los
esfuerzo que originan las cargas vesiculares y repartirlos
satisfactoriamente, a la capa inferior. Generalmente se la forma con
materiales granulares seleccionados, piedra, triturada, grava o suelos
estabilizados.
Las especificaciones que se deben tener en cuenta son:
1) Ser resistente a los cambios de humedad y temperatura.
2) El porcentaje de desgaste debe ser inferior al 50%.
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ING. PEDRO FELIX DOROTEO NEYRA – DOCENTE DE LA F.I.C.
3) El límite líquido del material que pasa por el tamiz nª 40
debe ser menor que el 25% y con un índice de plasticidad
menor al 6%.
4) La fracción que pasa por la malla Nº 200 no debe exceder
de la mitad y en ningún caso de los 2/3 de la fracción que
asa por el tamiz Nº 40.-
5) La capacidad portante C.B.R, debe ser superior al 50%.
6) Además la AASHTO dice que el agregado grueso retenido
en el tamiz Nº 10 debe estar formado por partículas duras
y resistentes como piedra, grava, escoria, cumpliendo con
los requisitos e granulometría de la tabla N1 5.
E.- CAPA IMPRIMANTE.
Es la capa de espesor bastante reducido que se vierte sobre la superficie
superior de la base, con el objeto de servir como ligante entre la base y
la capa de rodadura. el material usado es asfaltado de curado medio.
F.- CAPA DE RODADURA.
Es el espesor o porción de material construido sobre la capa imprimante
Se genera mediante mezcla íntima de agregados gruesos y finos, con
cemento asfáltico, asfalto líquido o emulsiones asfálticas o también
mediante tratamiento asfáltico superficiales formados por capas
superpuesta de asfalto líquido y agregados esparcidos y compactados
apropiadamente. Su funciones primordiales son:
Proteger la base contra las aguas de lluvia.
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ING. PEDRO FELIX DOROTEO NEYRA – DOCENTE DE LA F.I.C.
Contribuir al aumento de la capacidad soporte del
pavimento, espacialmente si su espesor es apreciable
(mayor de 7.5 cm).
Evitar que la base se desintegre o se desgaste por el
tránsito vehicular y proporcionar una superficie adecuada
al flujo vehicular.
CAPA DE DESGASTE O SELLO.
Es la delgada capa o faja de material bituminoso que se coloca sobre la
capa de rodadura. tienen como función sellar la superficie a fin de
impermeabilizarla, así como proteger la capa de rodadura contra la
acción abrasiva de las ruedas de los vehículos.
Los materiales empleados pueden ser asfalto líquido, emulsionados, o
de penetración, así como alquitranes, pudiendo llevar o no una cubierta
secante de arena o agregado fino.
H.- SUPERFICIE RASANTE.
Es la pare superior y exterior del pavimento sobre el cual discurren
directamente los vehículos automotores.
6.- DISEÑO DEL ESPESOR DEL PAVIMENTO.
Existen diversos métodos para el diseño de n pavimento flexible, las que
tienen sus bases en consideraciones que van desde las puramente
teóricas por la cual no existe un método definitivo que pueda aplicarse
con absoluta seguridad.
ENSAYO DE CBR:
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ING. PEDRO FELIX DOROTEO NEYRA – DOCENTE DE LA F.I.C.
1-LABORATORIO DE GEOTECNIA:
Introducción:
Existen una serie de parámetros referentes al terreno que son
indispensables en cualquier construcción u obra de ingeniería civil.
Muchos de estos parámetros se obtienen a partir de ensayos realizados
en el laboratorio. El objetivo de este documento es nombrar algunos de
los ensayos más frecuentes y explicar de forma general que
metodología seguimos y cual es el fin de cada uno.
Cuarteo de muestras:
Para poder realizar los diferentes ensayos, la primera tarea que
hacemos al recibir una muestra es cuartearla, es decir, dividirla en
diferentes partes igualmente representativas. Para que los ensayos sean
válidos, las diferentes proporciones de muestra que tomaremos para
ensayar han de tener los mismos rangos y proporciones
granulométricas. Es importante realizar un cuarteo correcto ya que sino
el comportamiento de los materiales seria diferente en uno y otro
ensayo y los resultados no serian coherentes. Para poder realizar el
cuarteo, antes, hemos de preparar la muestra: si está húmeda la hemos
de poner a secar en bandejas debajo de lámparas de infrarrojos, por otro
lado, si la muestra es un suelo que viene en forma de sondeo lo hemos
de disgregar con una maza que deberá ser de madera para no romper
los cantos que pueda tener esta. Una vez preparada para cuartear, lo
que hacemos es pasar la muestra diversas veces por una cuarteadora
que nos separa o divide la muestra en dos partes igualmente
representativas. El número de partes que hacemos de cada muestra es
función de los ensayos que debamos realizar. Cada ensayo requiere una
cantidad concreta de muestra:
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ING. PEDRO FELIX DOROTEO NEYRA – DOCENTE DE LA F.I.C.
-Ensayo Proctor:.................28kg (hacemos 4 sacos de 7kg cada uno).
-Ensayo C B R : .............19kg (hacemos un único saco de 19kg).
-Granulometrías y límites:...3kg (entre 1.5 y 2kg para la granulometría y
el resto para límites)
Generalmente la muestra sobrante se guarda para tener muestra
disponible en caso de necesidad (repetir un -ensayo etc).
Ensayo Proctor:
El ensayo Proctor (Proctor en honor a quien lo desarrolló) es un ensayo
de compactación de suelo que tiene como finalidad obtener la humedad
óptima de compactación de un suelo para una determinada energía de
compactación. La humedad óptima de compactación es aquella
humedad (%de agua) para la cual la densidad del suelo es máxima, es
decir que cantidad de agua le hemos de añadir a un suelo para poderlo
compactar la máximo con una energía concreta. Para encontrar este
parámetro lo que hacemos es realizar 4 ensayos con un mismo suelo
(uno por saco de muestra preparada) pero con diferentes humedades de
forma que después de haber realizado las compactaciones obtendremos
4 densidades de este suelo para 4 humedades diferentes, no obstante
estas no son las humedades óptimas, pero si que podemos usarlas para
obtener la humedad óptima mediante interpolación. Es decir que
situando los 4 valores obtenidos en una gráfica Densidad respecto % de
Agua obtendremos 4 puntos que nos permitirán trazar una curva, de
manera que el punto más alto de la curva será el de mayor densidad y
por tanto el de la humedad óptima.
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ING. PEDRO FELIX DOROTEO NEYRA – DOCENTE DE LA F.I.C.
Ensayo CBR:
El ensayo CBR(California Bearing Ratio) mide la carga necesaria para
penetrar un pistón de dimensiones determinadas a una velocidad
previamente fijada en una muestra compactada de suelo después de
haberla sumergido en agua durante cuatro días y de haber medido su
hinchamiento. El hecho de sumergir la muestra se debe a que así
podemos preveer la hipotética situación de acumulación de humedad en
el suelo después de la construcción. Por tanto después de haber
compactado el suelo y de haberlo sumergido, lo penetramos con un
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ING. PEDRO FELIX DOROTEO NEYRA – DOCENTE DE LA F.I.C.
pistón el cual va conectado a un pequeño "plotter" que nos genera una
gráfica donde se nos representa la carga respecto la profundidad a la
que ha penetrado el pistón dentro de la muestra. Esta gráfica suele ser
una curva con el tramo inicial recto y el tramo final cóncavo hacia abajo
(si el tramo inicial no es recto se corrige). Una vez tenemos la gráfica
miramos los valores de la carga que soportaba el suelo cuando el pistón
se había hundido 2.5 mm y 5mm y los expresamos en tanto por ciento,
tomando como índice CBR el mayor de los porcentajes calculados.
Análisis Granulométrico:
El análisis granulométrico tiene como objetivo determinar la proporción
de las diferentes granulometrías que presenta un suelo, es decir,
mediante este análisis sabemos que cantidad de suelo comprende cada
intervalo granulométrico. Para realizar este ensayo tomamos la muestra
inicial y la separamos en finos (los que pasan por el tamiz 2 y son
retenidos por el tamiz 0.06) de los gruesos (los que son retenidos por el
tamiz 2), y haremos el análisis de unos y otros por separado pero antes
los lavaremos con meta fosfato sódico por tal de eliminar las partículas
más finas que pueden quedar enganchadas en la superficie de los
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ING. PEDRO FELIX DOROTEO NEYRA – DOCENTE DE LA F.I.C.
granos. Después de haber lavado la muestra, tomamos los gruesos y los
pasamos por los tamices dispuestos en serie, desde el tamiz número 5
hasta el tamiz número 0.25 y después pesamos y anotamos la cantidad
de suelo retenido por cada tamiz. El tamizado se suele realizar con una
tamizadora automática, que puede ser de diferentes modelos. Luego
hacemos los mismo con los finos pero esta vez con la serie que va del 2
hasta el 0.25. Una vez conocemos la cantidad de suelo (en peso) que
cae en cada intervalo granulométrico, es decir la cantidad de suelo
retenida por cada tamiz, hacemos una gráfica donde representamos la
cantidad de suelo respecto el tamaño de grano lo que nos dará una
curva más o menos recta en función de las características del suelo. De
esta forma suelos con curvas similares tendran un comportamiento
granulométrico similar.
Ángeles:
Este ensayo pretende determinar la resistencia al desgaste de los
gruesos que forman un suelo. Para poderlo realizar necesitaremos 2.5-
3kg de muestra de tamaño comprendidio enre los tamizes 10 y 2.5, y
2.5-3kg de tamaño comprendido entre 12.5 y 15, cantidades que
normalmente tomamos del sobrante de muestra. Una vez tenemos las
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ING. PEDRO FELIX DOROTEO NEYRA – DOCENTE DE LA F.I.C.
cantidades de muestra adecuadas las pesamos y a continuación las
pasamos por separado por la centrifugadora de bolas de acero,
sometiendo primero a 500 revoluciones a la muestra entre el 10 y el
12.5, y luego a otras 500 recovoluciones a la muestra de entre 12.5 y
15. Esta centrifugadora desgasta las muestras de forma que en función
de su dureza o resistencia, estas se desgastaran más o menos. Una vez
desgastadas y lavadas, volvemos a pesar las muestras, y la diferencia
de peso inicial y final nos dara la cantidad de muestra que se ha perdido
lo que nos indicará el desgaste de estos materiales.
Calculo del límite líquido, límite plástico y índice de plasticidad:
Se entiende por límite líquido, la humedad que tiene un suelo amasado
con agua y colocado en una cuchara de Casagrande cuando el surco
realizado con un acanalador que divide esta masa en dos mitades se
junta a lo largo de su fondo en una distancia de 13mm después de haber
dejado caer 25 veces la cuchara desde una altura de 10mm con una
cadencia de 2 golpes por segundo. Para realizar este ensayo usamos
muestra de tamaño inferior al tamiz 0.5 (básicamente arcillas) y la
amasamos usando espátulas, después llenamos la cuchara y le hacemos
un surco con el acanalador normalizado. Una vez hemos hecho el surco
vamos contando los golpes que le damos a la cuchara mediante la
manivela y no paramos de dar golpes hasta que las dos mitades
separadas por el surco se toquen, o que el número de golpes sea mayor
de 40 (muestras casi secas). Este proceso lo repetiremos 3 veces, y en
el primero deberemos obtener un valor de golpes cercano a 20, en el
siguiente un valor cercano a 25, y en el último un valor alrededor de 30
golpes. Para cada cuchara llena tomaremos un poco de muestra y la
introduciremos en una cápsula por tal de determinar su humedad.
Después proyectamos en una gráfica el número de golpes respecto la
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ING. PEDRO FELIX DOROTEO NEYRA – DOCENTE DE LA F.I.C.
humedad registrada cada vez y obtendremos una recta en cual
interpolaremos los 25 golpes por tal de conocer el límite líquido.
Para calcular el límite plástico usamos el resto de la masa que hemos
utilizado para calcular el límite líquido y con esta haremos unos cuantos
fideos de barro sobre un cristal esmerilado por tal de secarlos a medida
que los vamos amasando. Cuando vemos que el barro de los fideos se
empieza a agrietar querrá decir que el barro ya empieza a estar seco y
situamos los fideos dentro de una cápsula con el fin de determinar más
tarde su humedad. Después de haber llenado las tres capsulas de esta
manera y de haber calculado sus respectivas humedades hacemos la
media aritmética de los tres valores y obtendremos el límite de
plasticidad.
El índice de plasticidad lo obtenemos haciendo la resta del límite
líquido y del límite plástico.
Cálculo de la densidad aparente:
Entendemos por densidad aparente la densidad de la muestra" in situ",
es decir la densidad de la muestra en su lugar de origen, por tanto esta
la hemos de calcular en muestras inalteradas. Para calcular la densidad
aparente de una muestra primero la pesamos, a continuación la
cubrimos con una capa de parafina sumergiéndola en una cazuela con
parafina caliente por tal de impermeabilizarla. Una vez hemos
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ING. PEDRO FELIX DOROTEO NEYRA – DOCENTE DE LA F.I.C.
impermeabilizado la muestra con la parafina caliente la volvemos a
pesar y la diferencia de peso dividida por la densidad será el volumen
que hemos añadido. Después tomamos la muestra parafinada y la
pesamos con una balanza hidrostática lo que nos dará el volúmen total
de la muestra. Para conocer la densidad aparente dividimos el peso
calculado al inicio por su volúmen.
Equivalente de Arena:
El equivalente de arena (EA) se define como el cuociente multiplicado
por 100 de la altura de la parte arenosa sedimentaria y de la altura total
de finos floculados depositados en una probeta. Para realizar este
ensayo necesitaremos dos porciones de muestra de unos 120 grs cada
una que pase por el tamiz 5. Hay que decir que como trabajamos con
dos muestras, las diferentes operaciones que realizamos las hacemos
con una diferencia de 2 o 3 minutos entre la primera y la segunda
muestra. Cada una de estas muestras se sitúa en una probeta en la cual
previamente hemos añadido solución desfloculante. Una vez hemos
introducido la muestra en las probetas y hemos eliminado la burbujas
que se hayan formado al vertir el suelo dejamos reposar cada probeta
10 minutos. Después tapamos la probeta y la agitamos manteniéndola
horizontal haciendo unos 90 ciclos en unos 30 segundos. A continuación
tomamos la probeta y con una varilla acanalada introducimos más
líquido desfloculante por el fondo de la muestra por tal de poner en
suspensión las partículas más finas. Después dejamos reposar cada
probeta 20 minutos y medimos en cada una la altura (respecto a la
base) a la que llegan los finos y también la altura a la que llegan los
gruesos. Para obtener el valor del equivalente de arena dividimos para
cada probeta la altura de los gruesos entre la altura de los finos y lo
multiplicamos por 100 de manera que obtenemos un valor para cada
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ING. PEDRO FELIX DOROTEO NEYRA – DOCENTE DE LA F.I.C.
probeta, y para que el ensayo resultante se considere válido el resultado
obtenido para cada probeta no puede diferir en más del 2%.
Ensayo de Corte Directo:
El ensayo de corte directo tiene como objetivo determinar la resistencia
al esfuerzo cortante de una muestra, valor que entre otras cosas nos
será muy util para el cálculo de la estabilidad de taludes. La resistencia
al esfuerzo cortante en el suelo se debe a dos componentes: la cohesión,
aportada por la fracción fina del suelo y responsable a su vez del
comportamiento plástico de este, y el rozamiento interno entre las
partículas granulares. Hay que decir que la resistencia al esfuerzo
cortante, en obras de tierras para carreteras se puede hallar de forma
indirecta mediante otros ensayos como el del índice C.B.R, o también,
aunque se realiza con menos frecuencia, mediante el ensayo de rotura a
compresión simple.
El ensayo de corte directo se realiza sobre una muestra de suelo situada
dentro de una caja de metal dividida en dos piezas: la mitad superior y
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ING. PEDRO FELIX DOROTEO NEYRA – DOCENTE DE LA F.I.C.
la mitad inferior. Simultáneamente la muestra es sometida a una carga
normal constante y a un esfuerzo lateral que se va incrementando de
forma progresiva. Mientras realizamos el ensayo vamos tomando nota
del esfuerzo aplicado y el desplazamiento producido entre los dos
bloques, datos que más tarde proyectaremos en una gráfica a partir de
la cual podremos obtener la resistencia al corte de esa muestra para la
carga normal aplicada. Repetiremos el ensayo un mínimo de dos veces
con diferentes cargas normales, de forma que proyectando los
diferentes valores en una gráfica esfuerzo normal respecto resistencia al
corte podremos encontrar la envolvente de Mohr del material, con lo que
ello implica: cohesión y ángulo de rozamiento interno.
MODULO “K” DE REACCION DE SUBRAZANTE
MODULO DE REACCION DE DISEÑO “K”.
Un factor de relativa importancia en el diseño de espesores de un
pavimento de hormigón es la calidad del suelo que conforma la
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ING. PEDRO FELIX DOROTEO NEYRA – DOCENTE DE LA F.I.C.
subrasante. Esta, usualmente se refiere al módulo de reacción de la
subrasante k, que representa la presión de una placa circular rígida de
76 cm. de diámetro dividida por la deformación que dicha presión
genera. Su unidad de medida es el Kg./cm2/cm. (Kg./cm3).
Debido a que el ensayo correspondiente (Norma AASHTO T222-78) es
lento y caro de realizar, habitualmente se calcula correlacionándolo con
otro tipo de ensayos más rápidos de ejecutar, tales como la clasificación
de suelos o el ensayo CBR.
Sub-rasante:
------------------------(kg /cm3 )C.B.R.< 10 %
Sub-base granular:
-------------------------(kg /cm3 ) C.B.R. >10 %
Kc = Módulo de reacción corregido.
Kb = Módulo de la base.
h = Espesor de la sub-base.
Sub-base rígida: (base tratad
donde:
por útimo:
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ING. PEDRO FELIX DOROTEO NEYRA – DOCENTE DE LA F.I.C.
Las características de drenabilidad se expresan a través de un coeficiente de drenaje
de la sub-base (Cd), cuyo valor depende del tiempo en que ésta se encuentra expuesta
a niveles de humedad cercana a la saturación y del tiempo en que drena el agua. El
primer factor indicado depende, a su vez, del nivel de precipitaciones de la zona, altura
de la rasante, bombeo o inclinación transversal, sistema de saneamiento superficial,
etc. El segundo factor depende de la calidad de los materiales de sub-base, existencia
de drenaje y propiedades de permeabilidad de la subrasante.
VENTAJAS Y DESVENTAJAS RELATIVAS ENTRE LOS PAVIMENTOS
RIGIDOS Y FLEXIBLE
CONCEPTO TIPO DE PAVIMENTO
RIGIDO FLEXIBLE
Costo Inicial + --
Costo de Mantenimiento -- +
Facilidad en la Construcción + --
Resistencia al ataque por sulfatos -- +
Resistencia a los combustibles + --
Requerimiento de espesores -- +
Reflexión de la luz + --
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ING. PEDRO FELIX DOROTEO NEYRA – DOCENTE DE LA F.I.C.
EQUIVALENCIA ESTRUCTURAL
Esta referida a la capacidad de dos pavimentos diferentes para soportar
solicitaciones iguales y se expresa en términos del Numero Estructural,
el cual se obtiene de multiplicar ciertos Coeficientes de Resistencia
Relativa propios de cada tipo de material del que esta conformados los
pavimentos, por los respectivos espesores., estos coeficientes han sido
obtenidos en forma empírica, son los que a continuación se muestran:
3ª.- SEMANA DE ASFALTO.
Origen de Asfalto
Es muy conocido que el término "bitúmen" se originó en Sánscrito,
donde la palabra "jatu" significa alquitrán y "jatubrit" significa la
creación de alquitrán, palabra referida al alquitrán producido por resinas
de algunos árboles. El equivalente en latin fue originalmente "gwitu-
men" (cercano al alquitrán) y por otros "pixtu-men" (alquitrán
burbujeado), cuya palabra fue acortada subsecuentemente a "bitumen"
pasada luego del francés a ingles.
Existen varias referencias al asfalto en la Biblia, aunque la terminología
usada puede ser bastante confusa. En el libro del Génesis se refiere al
impermeabilizante del Arca de Noe, el cual fue preparado con y sin
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ING. PEDRO FELIX DOROTEO NEYRA – DOCENTE DE LA F.I.C.
alquitrán y de la aventura juvenil de Moisés en "Un Arca de Espadaña,
pintarrajeada con lodo y con alquitrán".
Aun más confusas son las descripciones de La Torre de Babel. La Versión
Autorizada de la Biblia dice: "Ellos tenían ladrillos por rocas y lodo para
mortero", la nueva versión autorizada dice: "Ellos usaron ladrillos en vez
de piedra y alquitrán en vez de mortero". La traducción de Moffat en
1935 dice: "Ellos usaron ladrillos en vez de piedras y asfalto en vez de
mortero"; así como en la nueva versión oficial de la Biblia en español.
Tampoco es desconocido que los términos bitúmen, alquitrán y asfalto
son intercambiables.
Los primeros usos del asfalto
En las vecindades de depósitos subterráneos de crudo de petróleo,
laminas de estos depósitos pueden verse en la superficie. Esto puede
ocurrir por fallas geológicas; la cantidad y naturaleza de este material
que se observa naturalmente depende de un número de procesos
naturales, los cuales pueden modificar las propiedades del material. Este
producto puede ser considerado un "asfalto natural", a menudo siendo
acompañado por materia mineral, y la mezcla y dependiendo de las
circunstancias por las cuales hayan sido mezcladas.
Existen por supuesto grandes depósitos de crudo de petróleo en el
medio ambiente y por miles de años estos han correspondido a láminas
superficiales de asfalto "natural". Los antiguos habitantes de esas zonas
no apreciaron rápidamente las excelentes propiedades
impermeabilizantes, adhesivas y de preservación que tenia el asfalto y
rápidamente dejaban de usar este producto para su disposición final. Por
mas de 5.000 años el asfalto en cada una de sus formas ha sido usado
como un impermeabilizante y/o agente ligante.
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ING. PEDRO FELIX DOROTEO NEYRA – DOCENTE DE LA F.I.C.
Los sumerios, 3.800 AC, usaron asfalto y se recuerda este como el
primer uso de este producto. En Mohenjo Daro, en el valle Indus, existen
tanques de agua particularmente bien preservados los cuales datan del
3.800 AC. En las paredes de este tanque, no solamente los bloques de
piedra fueron pegados con un asfalto "natural" sino que también el
centro de las paredes tenía "nervios" de asfalto natural.
Este mismo principio se usa actualmente en el diseño de modernos
canales y diques. Se cree que Nebuchadnezzar fue un hábil exponente
del uso del asfalto debido a que existe la evidencia que el usaba el
producto para impermeabilización de los techos de sus palacios y como
un ingrediente en sus caminos empedrados. El proceso de momificación
usado por los antiguos egipcios también testifica las cualidades
preservativas del asfalto, aunque es una materia de disputa si se usó
asfalto en vez de resinas.
Los antiguos usos "naturales" del asfalto descriptos arriba no persisten
en dudas en aquellas partes habitadas del mundo donde estos depósitos
de asfalto natural estaban fácilmente disponibles. En consecuencia esto
parece haber sido poco desarrollo del arte en algún otro sitio. No fue
hasta el fin del siglo XIX que alguno de los presentes mayores usos del
asfalto fueron introducidos. Sin embargo, esto parecía haber sido algún
conocimiento de carpetas alternativas en el periodo intermedio como
esta en la grabación que Sir Walter Raleigh, en 1.595 proclamo el lago
de asfalto que encontró en Trinidad para hacer el mejor
impermeabilizante utilizado en el acollado de barcos. En la mitad del
siglo XIX se intenta que el asfalto fuera manufacturado para utilizarse
superficies de carreteras. El mismo provenía de depósitos naturales
europeos.
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ING. PEDRO FELIX DOROTEO NEYRA – DOCENTE DE LA F.I.C.
Así fue como se comenzaron a utilizar productos naturales que se
obtenían del suelo, dando la llegada al carbón, alquitrán y luego el
asfalto manufacturado a partir del crudo de petróleo. Durante el siglo
XIX el uso del asfalto estaba limitado por su escasa disponibilidad, no
obstante lo cual a mediados del mismo, la roca asfáltica participaba en
la pavimentación de calles en Europa y después de 1.870, en USA. El
aporte intensivo del asfalto en obras viales ocurrió a principios del siglo
XIX debido a dos acontecimientos casi simultáneos: la aparición del
automotor con rodado neumático -que sustituyó a la llanta maciza de
caucho ideada en 1.869- y la explotación masiva del petróleo cuya
industrialización lo convirtió en productor principal de asfaltos.
En el primer paso, el automóvil obtuvo pronto el favor del público que
reclamó buenos caminos para mayor seguridad y confort. El transporte
carretero comercial creó la dependencia "camión-camino" exigiendo
amplias carreteras para más y mejores vehículos. En el segundo caso, el
petróleo produjo importantes volúmenes de asfaltos aptos para un
directo uso vial (cementos asfálticos) y asfaltos diluidos con las
fracciones livianas (CUT-BACK). Las emulsiones bituminosas de tipo
aniónico aparecieron por entonces (1.905) como paliativo del polvo,
mientras que las catiónicas lo hicieron entre 1.951 y 1.957 en Europa y
EE.UU. respectivamente; en Argentina las aniónicas comenzaron a
producirse a mediados de la década del '30 y las catiónicas a fines del
'60. Tanta actividad volcada al campo vial hizo que se hablara de la "era
del automóvil y la construcción de carreteras". Los primeros trabajos
asfálticos en calles y caminos fueron hechos con procesos sencillos para
distribuir tanto el ligante como los áridos (a mano), apareciendo luego
lanzas con pico regador y bomba manual.
El ritmo de las obras viales y la necesidad de mejorar los trabajos y
reducir costos hizo progresar la operación vial. Los métodos manuales
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ING. PEDRO FELIX DOROTEO NEYRA – DOCENTE DE LA F.I.C.
se mecanizaron apareciendo: regadores de asfalto a presión,
distribuidores de piedra, aplanadoras vibrantes, rodillos con neumáticos
de presión controlada, etc. Las mezclas asfálticas en sitio cambiaron
niveladoras y rastras por motoniveladoras y plantas móviles o fijas. Las
primeras mezclas calientes irrumpieron en el mercado alrededor de
1.870 con plantas intermitentes (pastones) de simple concepción. Hacia
1.900 se había mejorado su diseño incluyendo tolvas de árido,
elevadores de materiales fríos y calientes, secadores rotativos, tanques
para acopiar asfalto, mezcladoras que permitían cargar vagones a
camiones. Entre 1.930 y 1.940 se incorporan cintas transportadoras,
colectores de polvo y otros aditamentos, en las décadas del 50 y 60 se
desarrollan plantas de mayor capacidad, hacia 1.970 se introducen
sistemas computarizados para dosificación y controles de elaboración,
polvo y ruido. Todo este proceso mantuvo la operatoria fundamental:
secado-cribado-proporcionado-mezclado.
En 1.910 existían en EE.UU. pequeñas plantas en caliente, de mezclado
en tambor que hacia 1.930 fueron reemplazadas por las de mezclador
continuo, de mayor producción. En 1.960 el procedimiento de secado y
mezclado en tambor fue rescatado y actualmente estas plantas (tambor
mezclador) producen mezclas de gran calidad y compiten además en el
reciclado de pavimentos. Los silos para acopio de mezcla caliente
forman parte de las plantas de tambor mezclador; también suelen
encontrarse estos sitios en instalaciones discontinuas para independizar
las operaciones de carga de los camiones, o silos de gran capacidad,
dotados de revestimiento aislante, permiten al acopio de mezcla
caliente durante varios días conservando su trabajabilidad.
La terminadora o pavimentadora asfáltica, fue introducida
por Barber Greene en 1.937, después de siete años de
experimentación, luego producidas por otras compañías con
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ING. PEDRO FELIX DOROTEO NEYRA – DOCENTE DE LA F.I.C.
algunas variantes, pero manteniendo el esquema operativo
original. En el campo de nuevos materiales ingresaron los
aditivos: polímeros, fibras, agregados livianos, betunes
sintéticos incoloros y mejoradores de adherencia. Los
trabajos asfálticos se diversificaron: lechadas bituminosas,
micros aglomerados, carpetas de reducido espesor, mezclas
drenantes, mezclas o lechadas en color para pisos o como
seguridad vial.
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ING. PEDRO FELIX DOROTEO NEYRA – DOCENTE DE LA F.I.C.
MATERIALES DE CONSTRUCCION
ASFALTOS
1 Generalidades
El asfalto es un material ligante de color marrón oscuro
a negro, constituido principalmente por betunes que pueden
ser naturales u obtenidos por refinación del petróleo. El
asfalto se presenta en proporciones variables en la mayoría
de los petróleos crudos.
El asfalto es un constituyente del petróleo. La mayoría
de los petróleos crudos contienen algo de asfalto, y a veces
pueden ser casi enteramente asfaltos. Existen algunos
petróleos crudos, sin embargo, que no contienen asfalto. En
base a la proporción de asfalto, los petróleos se clasifican
por lo común en:
Petróleos crudos en base asfáltica.
Petróleos crudos en base parafínica (contiene parafina pero
no asfalto).
Petróleos crudos en base mixta (contiene parafina y asfalto).
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ING. PEDRO FELIX DOROTEO NEYRA – DOCENTE DE LA F.I.C.
El petróleo crudo, extraído de los pozos, es separado en sus
constituyentes o fracciones en una refinería. Principalmente
esta separación es llevada a cabo por destilación. Después
de la separación, los constituyentes son refinados mas
cuidadosamente o procesados en productos que cumplan
requerimientos específicos. De esta manera es como el
asfalto, parafina, nafta, aceites lubricantes y otros productos
útiles de alta calidad se obtienen en una refinería de
petróleo, dependiendo de la naturaleza del crudo que está
siendo procesado.
Debido a que el asfalto es la base o el constituyente pesado
del petróleo crudo, no se evapora o hierve cuando es
destilado. En consecuencia, el asfalto es obtenido como
residuo o producto residual, y es valioso para una gran
variedad de usos arquitectónicos o ingenieriles.
El asfalto es además un material bituminoso porque contiene
betún, el cual es un hidrocarburo soluble en bisulfuro de
carbono (CS2). El alquitrán obtenido de la destilación
destructiva de un carbón graso, también contiene betún.
Consecuentemente, tanto el petróleo asfáltico como el
alquitrán son referidos en forma conjunta, como materiales
bituminosos. Sin embargo, el asfalto de petróleo no debe ser
confundido con el alquitrán, ya que sus propiedades difieren
en forma considerable. El asfalto de petróleo está compuesto
casi enteramente por betún, mientras que en el alquitrán el
contenido de betún es relativamente bajo. En vista de estas
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ING. PEDRO FELIX DOROTEO NEYRA – DOCENTE DE LA F.I.C.
diferencias es necesario que los productos del alquitrán y los
asfaltos de petróleo sean considerados y tratados como
elementos completamente separados.
El asfalto de petróleo para uso en pavimentos es
comúnmente llamado asfalto de pavimentación o cemento
asfáltico para distinguirlo del asfalto hecho para otros usos,
como ser con propósitos industriales o para techados.
El asfalto para pavimentación a temperatura atmosférica
normal (ambiente) es un material negro, pegajoso, semi-
sólido y altamente viscoso. Está compuesto primordialmente
de moléculas complejas de hidrocarburos, pero también
contiene otros átomos, como ser oxígeno, nitrógeno y
sulfuro. Debido a que el asfalto de pavimentación es
pegajoso, se adhiere a las partículas del agregado y puede
ser usado para cementarlas o ligarlas dentro del concreto
asfáltico. El asfalto para pavimentación es impermeable y no
lo afecta la mayoría de los ácidos, álcalis y sales. Es llamado
un material termoplástico porque se ablanda cuando es
calentado y se endurece cuando se enfría. Esta combinación
única de características y propiedades es una razón
fundamental para que el asfalto sea un material de
pavimentación importante.
49
ING. PEDRO FELIX DOROTEO NEYRA – DOCENTE DE LA F.I.C.
Los pavimentos asfálticos son a veces, no con toda
propiedad, llamados pavimentos flexibles, quizás como
consecuencia de que el asfalto sea un material viscoso y
termo plástico.
El asfalto de petróleo es el principal asfalto de
pavimentación usado actualmente aunque aún se emplee en
EE.UU. y otros países asfalto nativo o natural. El alcance del
asfalto nativo o natural usado es, sin embargo,
relativamente pequeño. En efecto, sólo unos pocos miles de
toneladas de asfalto natural se emplean en los EE.UU. cada
año, comparado con los 35 millones o más de toneladas de
asfalto de petróleo. El asfalto natural es durable y ha sido
usado a lo largo de toda la historia. El Asfalto de petróleo
moderno tiene las mismas características de durabilidad,
pero tiene la importante ventaja adicional de ser refinado
hasta una condición uniforme, libre de materias orgánicas y
minerales extraños. El asfalto natural no es uniforme y
contiene cantidades variables de materias extrañas.
2 Tipos de asfaltos que más se usan:
Se exponen los tipos más usados en pavimentos
50
ING. PEDRO FELIX DOROTEO NEYRA – DOCENTE DE LA F.I.C.
2.1 Cemento Asfáltico
Son asfaltos refinados o una combinación de asfalto refinado
y aceite fluidificante de consistencia apropiada para trabajos
de pavimentación.
Estos pueden proceder de depósitos naturales, que son
enormes lagos de asfalto mezclado con un material mineral,
agua y otras impurezas. Una vez refinados se puede obtener
hasta un 97% de bitúmen. Estos asfaltos refinados son muy
duros y se les da la consistencia, mezclándolos con aceites o
residuos provenientes de la destilación del petróleo de base
asfáltica.
Los asfaltos mas usados son los que provienen de la
destilación del petróleo. Desde el punto de vista de la
obtención de asfaltos, los petróleos se dividen en petróleos
de base asfáltica, de base intermedia y de base parafínica.
Los asfaltos para pavimentos se obtienen de los dos
primeros tipos mediante destilación, quedando como
residuos de este proceso. La mayor o menor dureza del
asfalto depende de las condiciones de destilación, tales
como presión, temperatura y tiempo.
Estos asfaltos reciben el nombre de "destilado directo" para
diferenciarlos de aquellos obtenidos por oxidación, que
toman el nombre de “oxidados”, y que son empleados en
impermeabilizaciones.
El residuo proveniente del petróleo de base parafínica está
constituido por parafina
51
ING. PEDRO FELIX DOROTEO NEYRA – DOCENTE DE LA F.I.C.
Semisólida y coke. El aspecto de este residuo es aceitoso o
grasoso y no tiene propiedades cohesivas; al contacto con el
aire se oxida lentamente dejando un residuo polvoroso o
escamoso que no tiene ningún poder ligante.
Los cementos asfálticos se dividen en grados según su
dureza o consistencia, que es medida mediante el ensayo de
penetración medido en 1/10 mm, valor que es inverso a la
dureza. De acuerdo a esto, los cementos asfálticos más
comúnmente usados son los siguientes:
CA 40- 50 (En mastic para sellado de juntas de pavimento de
hormigón).
CA 60 - 70 (En concreto asfáltico).
CA 85- 100 (En concreto asfáltico).
CA 120- 150(Tratamientos superficiales).
Las dos cifras indican los límites máximos y mínimos de la
penetración.
En la tabla III.13 se indican las especificaciones que deben
cumplir estos asfaltos.
- Propiedades o características deseables del
cemento asfáltico
52
ING. PEDRO FELIX DOROTEO NEYRA – DOCENTE DE LA F.I.C.
Para los estudios técnicos y la construcción hay tres
propiedades o características del asfalto importantes: (1)
consistencia (llamada también fluidez, plasticidad o
viscosidad), (2) pureza y (3) seguridad.
a. Consistencia
Para caracterizar a los asfaltos es necesario conocer su
consistencia a distintas temperaturas, porque son materiales
termoplásticos que se licúan gradualmente al calentarlos.
Consistencia es el término usado para describir el grado de
fluidez o plasticidad del asfalto a cualquier temperatura
dada. Para poder comparar la consistencia de un cemento
asfáltico con la de otro, es necesario fijar una temperatura
de referencia. La clasificación de los cementos asfálticos se
realiza en base al valor de la consistencia a una temperatura
de referencia.
Si se expone al aire cemento asfáltico en películas delgadas
y se lo somete a un calentamiento prolongado, como por
ejemplo durante el mezclado con el agregado, el asfalto
tiende a endurecerse, a aumentar su consistencia. Se
permite un aumento limitado de ésta. Por lo tanto, un control
no adecuado de la temperatura y del mezclado puede
provocar mayor daño al cemento asfáltico, por
endurecimiento, que muchos años de servicio en el camino
terminado.
Comúnmente, para especificar y medir la consistencia de un
asfalto para pavimento, se usan ensayos de viscosidad o
53
ING. PEDRO FELIX DOROTEO NEYRA – DOCENTE DE LA F.I.C.
ensayos de penetración. (Para asfaltos soplados el ensayo de
punto de ablandamiento).
b. Pureza
El cemento asfáltico se compone, casi enteramente, de
betunes, los cuales, por definición, son solubles en bisulfuro
de carbono. Los asfaltos refinados son, generalmente, más
de 99,5 por ciento solubles en bisulfuro de carbono y por lo
tanto casi betunes puros. Las impurezas, si las hay, son
inertes.
Normalmente, el cemento asfáltico, cuando deja la refinería,
está libre de agua o humedad, pero puede haber humedad
en los tanques de transporte. Si hay agua inadvertida, puede
causar espumas al asfalto cuando se calienta por encima de
los 100ºC (212°F).
c. Seguridad
La espuma puede constituir un riesgo para la seguridad, por
lo tanto las normas requieren que el asfalto no forme
espuma hasta temperaturas de 175ºC (347ºF).
El cemento asfáltico, si se lo somete a temperaturas
suficientemente elevadas, despide vapores que arden en
presencia de una chispa o llama. La temperatura a la que
esto ocurre es más elevada que la temperatura
normalmente usada en las operaciones de pavimentación.
54
ING. PEDRO FELIX DOROTEO NEYRA – DOCENTE DE LA F.I.C.
Sin embargo, para tener la certeza de que existe un
adecuado margen de seguridad, se debe conocer el punto de
inflamación del asfalto.
40 - 5060 - 70 85 - 100 120 -
150
200 -
300
minmax min ma
x
min ma
x
min ma
xmin
ma
x
Penetración a 25ºC, 100g, 5 seg 40 50 60 70 85 100 120 150 200 300
Punto de inflamación copa abierta
de Cleveland ºC. 232
232 232 218
177
Ductilidad a 25ºC, 5cm/ min, cm. 100 100 100 100
Solubilidad en Tricloroetileno,% 99 99 99 99 99
Ensaye de película delgada,
3.2mm, 163ºC, 5hrs.
55
ING. PEDRO FELIX DOROTEO NEYRA – DOCENTE DE LA F.I.C.
Pérdida por calentamiento, % 0.8 0.8 1.0 1.3 1.5
Penetración por residuo, % del
original.58
54 50 46 40
Ductilidad del residuo a 25ºC,
5cm/min, cm.
50 75 100 100
Ensaye de la mancha con:
Solvente Nafta Standard
Solvente Nafta - Xilol, % Xilol
Solvente Heptano – Xilol, %
Xilol
Negativa para todos los grados
Negativa para todos los grados
Negativa para todos los grados
Tabla III.13 Requisitos para la especificación de un cemento
asfáltico
AASHTO M 20 Grado de penetración
56
ING. PEDRO FELIX DOROTEO NEYRA – DOCENTE DE LA F.I.C.
2.2 Asfaltos Diluidos
Según la terminología del "Asphalt lnstitute", Asfalto líquido
se define como: "Material asfáltico cuya consistencia blanda
o fluida hace que se salga del campo en que se aplica el
ensayo de penetración, cuyo límite máximo es 300".
Están compuestos por una base asfáltica (cemento asfáltico)
y un fluidificante volátil que puede ser bencina, kerosene,
aceite o agua con emulsificador. El fluidificante se agrega
con el propósito de dar al asfalto la viscosidad necesaria
para poderlo mezclar y trabajar con los áridos a baja
temperatura. Una vez elaborada la mezcla, los fluidificantes
se evaporan, dejando el residuo asfáltico que envuelve y
cohesiona las partículas de agregado.
De acuerdo al fluidificante, más o menos volátil, estos
asfaltos se dividen en:
a. Asfaltos cortados de curado rápido, cuyo fluidificante es
bencina, se designan con las letras RC (rapid curing)
seguidas con un número que indica el grado de viscosidad
cinemática que tienen, medida en centistokes. De acuerdo a
esto, se tienen los siguientes asfaltos RC:
GradoResiduo asfáltico en
volumen
57
ING. PEDRO FELIX DOROTEO NEYRA – DOCENTE DE LA F.I.C.
RC-70 55%
RC-250 65%
RC-800 75%
RC-3000 80%
Tabla III.14 Asfaltos RC
b. Asfaltos cortados de curado medio, cuyo fluidificante es
kerosene, se designan con las letras MC (médium curing)
seguidas con el número correspondiente a la viscosidad
cinemática que tienen. Los asfaltos MC son los siguientes:
Grado Residuo asfáltico en
58
ING. PEDRO FELIX DOROTEO NEYRA – DOCENTE DE LA F.I.C.
volumen
MC-30 50%
MC-70 55%
MC-250 67%
MC-800 75%
MC-3000 80%
Tabla III.15 Asfaltos MC
c. Asfaltos líquidos de curado lento, cuyo fluidificante era
aceite, relativamente poco volátil, se designaban con las
letras SC (slow curing) seguidas con el número
correspondiente a la viscosidad cinemática que tienen. Los
SC mas usados fueron SC-70 y SC-250.
Al grupo SC-250 pertenece el combustible llamado
“Bunker C”, que fue muy usado. Desde el año 1975
prácticamente ya no se usa y las normas AASHTO lo han
discontinuado.
59
ING. PEDRO FELIX DOROTEO NEYRA – DOCENTE DE LA F.I.C.
d. Emulsión Asfáltica, cuyo fluidificante es el agua, y como
es un sistema heterogéneo de dos fases normalmente
inmiscibles, como son el asfalto y el agua, se le incorpora
una pequeña cantidad de un agente emulsificador,
generalmente de base jabonosa o solución alcalina, el cual
mantiene estable el sistema de las fases continuas, que es el
agua, y discontinua que esta constituida por pequeños
glóbulos de asfalto en suspensión, de un tamaño que fluctúa
entre 1 y 10 micrones. Los agentes emulsificantes forman
una película protectora alrededor de los glóbulos de asfalto
estableciéndoles una determinada polaridad en la superficie,
lo que hace que estos se repelan, manteniéndose estable la
emulsión. Cuando una emulsión se pone en contacto con el
agregado se produce un desequilibrio eléctrico que rompe la
emulsión llevando a las partículas de asfalto a unirse a la
superficie del agregado, y el agua fluye o se evapora
separándose de las piedras recubiertas por el asfalto. Hay
agentes emulsificadores que permiten que esta rotura o
quiebre sea instantáneo y otros mas poderosos que retardan
este fenómeno. De acuerdo a esto las emulsiones se dividen
en:
Emulsión asfáltica de quiebre rápido, la que se designa con
las letras RS (rapid setting).
Emulsión asfáltica de quiebre medio, la que se designa con
las letras MS (médium setting)
Emulsión asfáltica de quiebre lento, la que se designa con
las letras SS (slow setting).
60
ING. PEDRO FELIX DOROTEO NEYRA – DOCENTE DE LA F.I.C.
Como se sabe, existen áridos de polaridad positiva y
negativa; por lo tanto, para tener buena adherencia es
necesario tener la emulsión eléctricamente afín al árido. Esta
cualidad se la confiere el agente emulsificador que puede
darles polaridad negativa o positiva, tomando el nombre de
aniónicas las primeras, afines a áridos de carga negativa,
como lo son de origen calizos, y catiónicas las segundas,
afines a áridos de carga positiva como son los de origen
cuarzosos o silíceos.
Las emulsiones catiónicas se designan con las mismas
letras anteriormente dichas y anteponiéndoles la letra “C”,
como por ejemplo las CRS-1 y CSS-1.
Si el residuo asfáltico de las emulsiones medias y
lentas es de penetración 40-90 se le agrega la letra “h”
(CSS-1h, MS-2h).
Las especificaciones que deben cumplir los asfaltos
líquidos están indicados en las tablas III.16, III.17 y III.18.
61
ING. PEDRO FELIX DOROTEO NEYRA – DOCENTE DE LA F.I.C.
RC - 70 Rc - 250 RC - 800 RC - 3000
minma
x
min ma
x
min max minmax
Viscosidad cinemática a
60ºC centistokes70
140 250 500 800 1600 3000 6000
Punto de inflamación
(copa abierta Tag.)ºC
27 27 27
Agua, % 0.2 0.2 0.2 0.2
Ensaye de destilación:
Porcentaje en volumen
del destilado total a
360ºC
A 190ºC
A 225ºC
A 260ºC
A 315ºC
10
50
70
85
35
60
80
15
45
75
25
70
Residuo de destilación a
360ºC, % volumen 55
65 75 80
62
ING. PEDRO FELIX DOROTEO NEYRA – DOCENTE DE LA F.I.C.
Ensayes en el residuo de
la detilación
Penetración 100g, 5 seg a
25ºC
Ductilidad a 25ºC, 5
cm/min, cm
Solubilidad en
Tricloroetileno,%
80
100
99.9
120
80
100
99.9
120
80
100
99.9
120
800
100
99.9
120
Ensaye de la mancha con:
Nafta Standard
Solvente Nafta – Xilol, %
Xilol
Solvente Heptano - %
Xilol
Negativa para todos los grados
Negativa para todos los grados
Negativa para todos los grados
Tabla III.16 Asfaltos cortados de curado rápido AASHTO M 81
63
ING. PEDRO FELIX DOROTEO NEYRA – DOCENTE DE LA F.I.C.
MC - 30 MC - 70 MC - 250 MC - 800 MC - 3000
64
ING. PEDRO FELIX DOROTEO NEYRA – DOCENTE DE LA F.I.C.
minma
x
min ma
x
min ma
x
minmax min max
Viscosidad
cinemática a
60ºC centistokes 30
60 70 140 250 500 800
1600 3000 6000
Punto de
inflamación
(copa abierta
Tag.)ºC 38
38 66 66
66
Agua, % 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2
Ensaye de
destilación:
Porcentaje en
volumen del
destilado total a
360ºC
A
225ºC
A
260ºC
A
40
75
25
70
93
20
65
20
60
90
15
60
10
55
87
0
45
35
80
0
15
15
75
65
ING. PEDRO FELIX DOROTEO NEYRA – DOCENTE DE LA F.I.C.
315ºC
Residuo de
destilación a
360ºC, %
volumen 50
55 67 75
80
Ensayes en el
residuo de la
detilación
Penetración
100g, 5 seg a
25ºC
Ductilidad a
25ºC, 5 cm/min,
cm
Solubilidad en
Tricloroetileno,%
120
100
99.0
250
120
100
99.0
250
120
100
99.0
250
120
100
99.0 250
120
100
99.0
250
Ensaye de la
mancha con:
Nafta
Standard
Solvente
Nafta – Xilol, %
Negativa para todos los grados
Negativa para todos los grados
Negativa para todos los grados
66
ING. PEDRO FELIX DOROTEO NEYRA – DOCENTE DE LA F.I.C.
Xilol
Solvente
Heptano - %
Xilol
Tabla III.17 Asfaltos cortados de curado medio AASHTO M 82
67
ING. PEDRO FELIX DOROTEO NEYRA – DOCENTE DE LA F.I.C.
Quiebre Rápido Quiebre medio Quiebre lento
CRS - 1 CRS - 2 CMS - 2 CMS – 2h CSS - 1 CSS – 1h
minma
xmin
ma
xmin
ma
x
mi
n
ma
xmin
ma
x
mi
n
ma
x
Viscosidad
Saybolt Furol a
25ºC,seg
20 100 20 100
Viscosidad
Saybolt Furol a
50ºC, seg
20 100 100 400 50 450 50 450
Sedimentación, 5
días, % 5 5 5 5 5 5
Ensaye de
estabilidad, 1 día,
%
1 1 1 1 1 1
Demulsibilidad, 40 40
68
ING. PEDRO FELIX DOROTEO NEYRA – DOCENTE DE LA F.I.C.
35 ml, %.
Cubrimiento y
resistencia al
agua:
Cubrimiento
agregado seco Bueno Bueno
Cubrimiento
luego de
esparcido
Regular Regular
Cubrimiento
agregado
húmedo
Regular Regular
Cubrimiento,
luego de
esparcido
Regular Regular
Ensaye carga de
partícula(+) (+) (+) (+) (+) (+)
Ensaye mezclado
con cemento, % 2.0 2.0
69
ING. PEDRO FELIX DOROTEO NEYRA – DOCENTE DE LA F.I.C.
Aceite destilado,
por volumen de
emulsión, %
3 3 12 12
Residuo,% 60 65 65 65 57 57
Penetración,
25ºC, 100 g, 5
seg.
100 250 100 250 100 250 40 90 100 250 40 90
Ductilidad, 25ºC,
5 cm/min, cm40 40 40 40 40 40
Solubilidad en
Tricloroetileno,%.97 97 97 97 97 97
Ensaye de la
mancha con:
Nafta Standard
Solvente Nafta-
Xilol, % Xilol
Solvente
Heptano-Xilol, %
Xilol.
Negativa para todos los grados
Negativa para todos los grados
Negativa para todos los grados
70
ING. PEDRO FELIX DOROTEO NEYRA – DOCENTE DE LA F.I.C.
Tabla III.18 Requisitos para emulsiones asfálticas catiónicas AASHTO M
208
Asfaltos Modificados con Polímeros
Introducción.
Propiedades de los Ligantes y Mezclas Asfálticas.
Propiedades y especificaciones de los Asf. Modificados con
Polímeros.
Ventajas de las Mezclas en Servicio
Durabilidad de las mezclas asf. Preparadas con ligantes
modificados con polímeros
Conclusión
Introducción
La modificación de asfalto es una nueva técnica utilizada
para el aprovechamiento efectivo de asfaltos en la
71
ING. PEDRO FELIX DOROTEO NEYRA – DOCENTE DE LA F.I.C.
pavimentación de vías. Esta técnica consiste en la adición de
polímeros a los asfaltos convencionales con el fin de mejorar
sus características mecánicas, es decir, su resistencia a las
deformaciones por factores climatológicos y del tránsito
(peso vehicular).
Los objetivos que se persiguen con la modificación de los
asfaltos con polímeros, es contar con ligantes más viscosos a
temperaturas elevadas para reducir las deformaciones
permanentes (ahuellamiento), de las mezclas que componen
las capas de rodamiento, aumentando la rigidez. Por otro
lado disminuir el fisuramiento por efecto térmico a bajas
temperaturas y por fatiga, aumentando su elasticidad.
Finalmente contar con un ligante de mejores características
adhesivas.
Propiedades de los ligantes y mezclas asfálticas
Aunque en una mezcla asfáltica, el asfalto sea minoritario en
proporción, sus propiedades pueden influir de manera
significativa en su comportamiento. El tipo de mezcla será el
que, en gran medida, determine la contribución hecha por el
ligante sobre todo el conjunto. Generalmente, las
propiedades de las mezclas con granulometría continua
dependen del enclavamiento o trabazón de los áridos,
mientras que las preparadas con altos contenidos de
mortero asfáltico dependen más de la rigidez de la
proporción de ligante, polvo mineral y arena.
72
ING. PEDRO FELIX DOROTEO NEYRA – DOCENTE DE LA F.I.C.
A altas temperaturas de servicio, puede que el ligante llegue
a reblandecerse, facilitando la deformación de la mezcla
(ahuellamiento). El riesgo de aparición de estas
deformaciones es aún mayor en pavimentos sometidos a la
circulación de vehículos pesados. De manera generalizada y
sin tener en cuenta otros factores que pueden influir, se
puede disminuir la probabilidad de aparición de estas
deformaciones aumentando la rigidez del ligante mediante el
empleo de un asfalto más duro.
Por otro lado a temperaturas de servicios bajas, el ligante se
vuelve relativamente rígido y va perdiendo poder de
resistencia a las tensiones, volviéndose frágil y siendo
susceptible de fisuraciones. El grado de susceptibilidad a la
fisuración está relacionado con la dureza del asfalto y su
capacidad para absorber las solicitaciones inducidas por el
tráfico. Disminuyendo la dureza del asfalto, se minimizará el
riesgo de fallo por fragilidad.
Entonces, debido a lo dicho precedentemente a la hora de
buscar comportamientos globales satisfactorios de la
mezclas bituminosas, la elección del asfalto adecuado para
cada tipo de mezclas se vuelve un compromiso entre ambos
extremos; ahuellamiento a altas temperaturas y fisuramiento
por fragilidad térmica a bajas temperaturas. Donde
mejorando el comportamiento a altas temperaturas, se
influye negativamente en el comportamiento a bajas
temperaturas.
73
ING. PEDRO FELIX DOROTEO NEYRA – DOCENTE DE LA F.I.C.
Propiedades y especificaciones de los asfaltos
modificados con polímeros.
Propiedades
74
ING. PEDRO FELIX DOROTEO NEYRA – DOCENTE DE LA F.I.C.
Los polímeros son sustancias de alto peso molecular formada
por la unión de cientos o miles de moléculas pequeñas
llamadas monómeros (compuestos químicos con moléculas
simples). Se forman así moléculas gigantes que toman
formas diversas: cadenas en forma de escalera, cadenas
unidas o termofijas que no pueden ablandarse al ser
calentadas, cadenas largas y sueltas, etc. Algunos
modificadores poliméricos que han dado buenos resultados.
Homopolímeros: que tienen una sola unidad estructural
(monómero).
Copolímeros: tienen varias unidades estructurales distintas.
(Ejemplos: EVA, SBS)
Plastómeros: al estirarlos se sobrepasa la tensión de
fluencia, no volviendo a su longitud original al cesar la
solicitación. Tienen deformaciones pseudoplásticas con poca
elasticidad.
75
ING. PEDRO FELIX DOROTEO NEYRA – DOCENTE DE LA F.I.C.
Dentro de estos tenemos:
EVA: etileno-acetato de vinilo.
EMA: Etileno-acrilato de metilo
PE: (polietileno) tiene buena resistencia a la tracción y buena
resistencia térmica, como también buen comportamiento a
bajas temperaturas.
PP: (Polipropileno).
Poliestireno: no son casi usados.
Elastómeros: al estirarlos, a diferencia de los anteriores,
estos vuelven a su posición original, es decir, son elásticos.
Dentro de estos tenemos:
Natural: caucho natural, celulosa, glucosa, sacarosa, ceras y
arcillas son ejemplos de polímeros orgánicos e inorgánicos
naturales
SBS:(estireno-butadieno-estireno) o caucho termoplástico.
Este es el más utilizado de los polímeros para la modificación
de los asfaltos, ya que este es el que mejor comportamiento
tiene durante la vida útil de la mezcla asfáltica.
SBR: Cauchos sintéticos del 25% de Estireno y 75% de
butadieno; para mejorar su adhesividad se le incorpora ácido
acrílico
EPDM: (polipropileno atáctico) es muy flexible y resistente al
calor y a los agentes químicos.
76
ING. PEDRO FELIX DOROTEO NEYRA – DOCENTE DE LA F.I.C.
Termoendurecibles: estos tienen muchos enlaces
transversales que impiden que puedan volver a ablandarse
al calentarse nuevamente. Son ejemplos de estos las resinas
epóxi; estas se usan en grandes porcentajes, mayores al
20%, son muy costosas y se utilizan para casos especiales
(ejemplo: playa de camiones)
Los asfaltos modificados con polímeros están constituidos
por dos fases, una formada por pequeñas partículas de
polímero hinchado y la otra por asfalto. En las composiciones
de baja concentración de polímeros existe una matriz
continua de asfalto en la que se encuentra disperso el
polímero; pero si se aumenta la proporción de polímero en el
asfalto se produce una inversión de fases, estando la fase
continua constituida por el polímero hinchado y la fase
discontinua corresponde al asfalto que se encuentra disperso
en ella.
Esta micromorfología bifásica y las interacciones existentes
entre las moléculas del polímero y los componentes del
asfalto parecen ser la causa del cambio de propiedades que
experimentan los asfaltos modificados con polímeros.
El efecto principal de añadir polímeros a los asfaltos es el
cambio en la relación viscosidad-temperatura (sobre todo en
el rango de temperaturas de servicio de las mezclas
asfálticas) permitiendo mejorar de esta manera el
comportamiento del asfalto tanto a bajas como a altas
temperaturas.
77
ING. PEDRO FELIX DOROTEO NEYRA – DOCENTE DE LA F.I.C.
Otras propiedades que el asfalto modificado mejora respecto
del asfalto convencional son:
Mayor intervalo de plasticidad (diferencia entre el punto de
ablandamiento y el Fraass)
Mayor cohesión.
Mejora de la respuesta elástica.
Mayor resistencia a la acción del agua.
Mayor resistencia al envejecimiento.
Las propiedades que estos imparten dependen de los
siguientes factores:
Tipo y composición del polímero incorporado.
Característica y estructura coloidal del asfalto base.
78
ING. PEDRO FELIX DOROTEO NEYRA – DOCENTE DE LA F.I.C.
Proporción relativa de asfalto y polímero.
Para que los asfaltos con polímeros consigan las
prestaciones óptimas, hay que seleccionar cuidadosamente
el asfalto base (es necesario que los polímeros sean
compatible con el material asfáltico), el tipo de polímero, la
dosificación, la elaboración y las condiciones de almacenaje.
Cada polímero tiene un tamaño de partícula de dispersión
óptima para mejorar las propiedades reológicas, donde por
encima de esta el polímero solo actúa como un filler; y por
debajo de esta, pasan a estar muy solubilizados y aumentan
la viscosidad, sin mejorar la elasticidad y la resistencia.
Para analizar la compatibilidad de los polímeros con el
asfalto base tenemos:
Criterio del índice de IMAMURA.
Mediante tablas de solubilidad.
Los polímeros compatibles producen rápidamente un asfalto
estable, usando técnicas convencionales de preparación.
Estos sistemas convencionales de preparación de asfaltos
modificados con polímeros son grandes recipientes de
mezclado con paletas agitadoras a velocidades lentas, o
recipientes especiales que favorecen la recirculación con
agitadores mecánicos de corte de gran velocidad. El
polímero puede venir en polvo, en forma de pequeñas
bolitas (pellets) o en grandes panes. La temperatura de
mezclado depende del tipo de polímero utilizado.
79
ING. PEDRO FELIX DOROTEO NEYRA – DOCENTE DE LA F.I.C.
En la actualidad muchos fabricantes de asfaltos, han
instalados equipos especializados para la preparación de
A.M.P, estas centrales producen asfaltos modificados con
polímeros que alcanzan altas prestaciones.
Especificaciones
En razón que los asfaltos presentan un comportamiento
reológico de tipo viscoelástico, la adición de un polímero
incrementa su componente elástica. Los ensayos típicos de
"Penetración" y "Punto de Ablandamiento", no miden
elasticidad ni recuperación elástica, características típicas de
los asfaltos modificados, de ahí que deba recurrirse a otros
tipos de ensayos. Un método que ha sido adoptado en
muchos países de Europa, es el de "Recuperación elástica",
basado en el ensayo convencional de "Ductilidad".
Hasta el momento no se tiene conocimiento de una
especificación para asfaltos modificados con polímeros
modificados por parte de instituciones oficiales. Sí se
conocen especificaciones que se ajustan a determinados
productos comerciales; en estas especificaciones se
incluyen, entre otros ensayos, el "Punto de fractura Fraass" y
el ensayo de "Recuperación elástica".
VENTAJAS EN LAS MEZCLAS EN SERVICIO
Los asfaltos modificados se deben aplicar, en aquellos casos
específicos en que las propiedades de los ligantes
tradicionales son insuficientes para cumplir con éxito la
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ING. PEDRO FELIX DOROTEO NEYRA – DOCENTE DE LA F.I.C.
función para la cual fueron encomendados, es decir, en
mezclas para pavimentos que están sometidos a
solicitaciones excesivas, ya sea por el tránsito o por otras
causas como: temperaturas extremas, agentes atmosféricos,
tipología del firme, etc. Si bien los polímeros modifican las
propiedades reológicas de los asfaltos, estos deben mostrar
ventajas en servicio; los campos de aplicación más
frecuentes son:
Mezclas drenantes: las mezclas drenantes tienen un
porcentaje muy elevado de huecos en mezcla (superior al
20%) y una proporción de árido fino muy baja (inferior al
20%), por lo que el ligante debe tener una muy buena
cohesión para evitar la disgregación de la mezcla. Además el
ligante necesita una elevada viscosidad para proporcionar
una película de ligante gruesa envolviendo los áridos y evitar
los efectos perjudiciales del envejecimiento y de la acción
del agua (dado a que este tipo de mezclas es muy abierta).
Mezclas resistentes y rugosas para capas delgadas: La
utilización de polímeros en este tipo de mezclas es para
aumentar la durabilidad de las mezclas. Estos tipos de
mezclas de pequeño espesor surgen dada a la rapidez de
aplicación, lo que reduce al mínimo los tiempos de cortes de
tráfico. Estas se utilizan para trabajos de conservación de
rutas y vías urbanas, que exigen mezclas con alta resistencia
y con una buena textura superficial.
La resistencia de estas mezclas se consigue con áridos de
buena calidad, elevado porcentaje de filler (8 a 10%) y un
asfalto modificado con polímeros.
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ING. PEDRO FELIX DOROTEO NEYRA – DOCENTE DE LA F.I.C.
La buena textura superficial para mejorar la adherencia de
los vehículos se consigue mediante una granulometría
discontinua (discontinuidad 2-6mm)
En este tipo de mezclas es de vital importancia la
adherencias con la capa subyacente (esta también influye en
la durabilidad). Estas también deben ser resistentes, para
soportar la acción del tránsito y el desprendimiento de los
áridos.
Estas mezclas son denominadas también microaglomerados
y tienen espesores menores a los 30 mm.
Mezclas densas: Para las aplicaciones en las cuales se deban
soportar tráfico intenso la mezcla bituminosa debe ser
resistente al ahuellamiento. Al mismo tiempo, el material
debe poder ser mezclado, extendido y compactado a
temperaturas normales y no se debe volver frágil cuando la
temperatura del pavimento descienda.
Muestra de mezcla asfáltica convencional.
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ING. PEDRO FELIX DOROTEO NEYRA – DOCENTE DE LA F.I.C.
Muestra de mezcla asfáltica modificada con polímeros.
Como puede observarse existe una gran diferencia entre los
resultados obtenidos sobre una muestra de mezcla asfáltica
convencional y otra con una mezcla asfáltica modificada con
polímeros, la mezcla modificada puede hacer frente al
ahuellamiento con una marcada diferencia sobre la otra
muestra.
En otras aplicaciones, el objetivo puede ser generar una
mezcla flexible con el fin de reducir la posibilidad de rotura
por fatiga. En estos casos, se necesitarán asfaltos
modificados con polímeros, preferentemente de naturaleza
elástica, para que la mezcla sea capaz de absorber las
tensiones sin que se produzca la rotura.
83
ING. PEDRO FELIX DOROTEO NEYRA – DOCENTE DE LA F.I.C.
Se han realizados varios ensayos que han demostrado que
los asfaltos modificados con asfaltos modificados con
polímeros son capaces de asimilar mayores tensiones
iniciales que las mezclas realizadas con una mezcla
convencional.
Tratamientos superficiales mediante el riego con gravilla: los
A.M.P y las emulsiones con ellos fabricadas, son adecuados
para riegos en vías de fuerte intensidad de tráfico y/o en
zonas climáticas de temperaturas extremas, porque el
ligante debe tener una buena cohesión en un amplio
intervalo de temperatura y una buena susceptibilidad
térmica, con el fin de evitar exudación del ligante durante el
verano, así como la pérdida de gravilla en el invierno.
Membrana absorbente de tensiones: estas membranas
tienen como misión retardar la propagación de fisuras de un
firme a un nuevo refuerzo, por lo que deben estar fabricadas
con A.M.P para tener buena resistencia mecánica, resiliencia
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ING. PEDRO FELIX DOROTEO NEYRA – DOCENTE DE LA F.I.C.
y flexibilidad para absorber las tensiones provocadas por el
movimiento de las fisuras del firme.
Durabilidad de las mezclas asfálticas preparadas con
ligantes modificados con polímeros
En función de no contar con experiencias muy válidas en
cuanto a la durabilidad de mezclas bituminosas modificadas
con polímeros, se hacen necesarios implementar métodos de
laboratorio para evaluar el comportamiento a corto y largo
plazo de envejecimiento.
Como métodos de envejecimiento de las mezclas en
laboratorio a corto y largo plazo se emplean los métodos
desarrollados por SHRP (Strategic Highway Research
Program).
Hay muy poca información de la degradación que sufren los
polímeros componentes de los asfaltos durante su
funcionamiento en servicio. En general los ensayos que se
realizan para determinar la alteración que sufren los A.M.P
recuperados del pavimento son muy complicados por el
hecho de que el calentamiento de la mezcla y posterior
disolución con solvente para obtener la muestra para luego
ser ensayada, puede afectar las propiedades de ciertos
polímeros y falsear los resultados.
Como es bien conocido el envejecimiento o endurecimiento
de los asfaltos ocurre durante los procesos de mezclado y
colocación de las mezclas (envejecimiento a corto plazo) y
durante su vida de servicio en el pavimento (envejecimiento
a largo plazo).
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ING. PEDRO FELIX DOROTEO NEYRA – DOCENTE DE LA F.I.C.
Para simular el envejecimiento a corto plazo se usan los
ensayos TFOT y RTFOT.
Para simular el envejecimiento en servicio, SHRP ha
adoptado el envejecimiento PAV.
En el caso de las mezclas asfálticas el SHRP ha propuesto
para el envejecimiento a corto plazo el ensayo STOA y para
el largo plazo el LTOA.
Se han realizado ensayos (los mencionados
precedentemente) sobre muestras de ligante y mezclas
bituminosas modificadas con polímeros llegando a la
conclusión que los A.M.P, tienen un índice de envejecimiento
más bajo que los convencionales.
Conclusión
A manera de conclusión se pueden enumerar una serie de
ventajas y desventajas de los asfaltos modificados con
polímeros.
Ventajas
Disminuye la suceptibilidad térmica
Se obtienen mezclas más rígidas a altas temperaturas de
servicio reduciendo el ahuellamiento.
Se obtienen mezclas más flexibles a bajas temperaturas de
servicio reduciendo el fisuramiento.
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ING. PEDRO FELIX DOROTEO NEYRA – DOCENTE DE LA F.I.C.
Disminuye la exudación del asfalto: por la mayor viscosidad
de la mezcla, su menor tendencia a fluir y su mayor
elasticidad.
Mayor elasticidad: debido a los polímeros de cadenas largas.
Mayor adherencia: debido a los polímeros de cadenas cortas.
Mayor cohesión: el polímero refuerza la cohesión de la
mezcla.
Mejora la trabajabilidad y la compactación: por la acción
lubricante del polímero o de los aditivos incorporados para el
mezclado.
Mejor impermeabilización: en los sellados bituminosos, pues
absorbe mejor los esfuerzos tangenciales, evitando la
propagación de las fisuras.
Mayor resistencia al envejecimiento: mantiene las
propiedades del ligante, pues los sitios más activos del
asfalto son ocupados por el polímero.
Mayor durabilidad: los ensayos de envejecimiento acelerado
en laboratorio, demuestran su excelente resistencia al
cambio de sus propiedades características.
Mejora la vida útil de las mezclas: menos trabajos de
conservación.
Fácilmente disponible en el mercado.
Permiten mayor espesor de la película de asfalto sobre el
agregado.
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ING. PEDRO FELIX DOROTEO NEYRA – DOCENTE DE LA F.I.C.
Mayor resistencia al derrame de combustibles.
Reduce el costo de mantenimiento.
Disminuye el nivel de ruidos: sobre todo en mezclas abiertas.
Aumenta el módulo de la mezcla.
Permite la reducción de hasta el 20% de los espesores por su
mayor módulo.
Mayor resistencia a la flexión en la cara inferior de las capas
de mezclas asfálticas.
Permite un mejor sellado de las fisuras.
Buenas condiciones de almacenamiento a temperaturas
moderadas.
No requieren equipos especiales.
Desventajas
Alto costo del polímero.
Dificultades del mezclado: no todos los polímeros son
compatibles con el asfalto base (existen aditivos
correctores).
Deben extremarse los cuidados en el momento de la
elaboración de la mezcla.
Los agregados no deben estar húmedos ni sucios.
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ING. PEDRO FELIX DOROTEO NEYRA – DOCENTE DE LA F.I.C.
La temperatura mínima de distribución es de 145ºC por su
rápido endurecimiento
Evidente que la mayor desventaja de estos es el alto costo
inicial del asfalto modificado, sin embargo, si hacemos un
análisis del costo a largo plazo (es decir, la vida útil de la
vía); podemos concluir que el elevado costo inicial queda
sobradamente compensado por la reducción del
mantenimiento futuro y el alargamiento de la vida de
servicio del pavimento.
3 Ensayos en Cemento Asfáltico
3.1 Ensayo de viscosidad
Las especificaciones de los cementos asfálticos clasificados
según su viscosidad se basan por lo común en los rangos de
viscosidad a 60º C (140º F). También se especifica
generalmente una viscosidad mínima a 135º C (275ºF). El
propósito es dar valores límites de consistencia a estas dos
temperaturas. Se eligió la temperatura de 60º C (140º F)
porque se aproxima a la máxima temperatura superficial de
las calzadas en servicio pavimentadas con mezclas asfálticas
en los Estados Unidos y en cualquier otra parte del mundo
en donde la construcción de caminos progresa; y la de 135º
C (275º F), porque se aproxima a la de mezclado y
distribución de mezclas asfálticas en caliente para
pavimentación.
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ING. PEDRO FELIX DOROTEO NEYRA – DOCENTE DE LA F.I.C.
Para el ensayo de viscosidad a 60º C (140º F) se emplea un
viscosímetro de tubo capilar. Los dos tipos más comunes en
uso son: el viscosímetro de vacío del Asphalt Institute (Fig.
3.47) y el viscosímetro de vacío de Cannon-Manning (Fig.
3.48). Se calibran con aceites normalizados. Para cada
viscosímetro se obtiene un "factor de calibración", cuyo uso
se describe luego. Generalmente, los viscosímetros vienen
calibrados por el fabricante quien suministra estos factores.
El viscosímetro se monta en un baño de agua a temperatura
constante, controlado termostáticamente (Fig. 3.49). Se
vuelca asfalto precalentado en el tubo grande hasta que
alcanza el nivel de la línea de llenado. El viscosímetro lleno
se mantiene en el baño por un cierto tiempo hasta que el
sistema alcance la temperatura de equilibrio de 60º C (140º
F).
Se aplica un vacío parcial en el tubo pequeño para inducir el
flujo, porque el cemento asfáltico a esta temperatura es muy
viscoso para fluir fácilmente a través de los tubos capilares
del viscosímetro. En la figura 3.49 se muestra un dispositivo
para el control del vacío. También se conecta al sistema una
bomba de vacío.
90
ING. PEDRO FELIX DOROTEO NEYRA – DOCENTE DE LA F.I.C.
Luego que el baño, viscosímetro y el asfalto se han
estabilizado en 60º C (140º F), se aplica vacío y se mide con
un cronómetro el tiempo, en segundos, que tarda el cemento
asfáltico en fluir entre dos de las marcas. Multiplicando este
tiempo por el factor de calibración del viscosímetro se
obtiene el valor de la viscosidad en poises, la unidad patrón
para medir viscosidad absoluta.
El viscosímetro de vacío del Asphalt Institute tiene muchas
marcas para medir el tiempo. Seleccionando el par
apropiado, se puede usar para asfaltos con una amplia
variación de consistencias.
Los cementos asfálticos para pavimentación son lo
suficientemente fluidos a 135º C (275º F) para fluir a lo largo
de tubos capilares bajo fuerzas gravitacionales únicamente.
Por lo tanto, se usa un tipo distinto de viscosímetro, ya que
no se requiere vacío. El más usado es el viscosímetro de
brazos cruzados Zeitfuchs (Fig. 3.50). También se lo calibra
con aceites normalizados
Como estos ensayos se hacen a 135° C (275º F), para el
baño se requiere un aceite claro apropiado. Se monta el
viscosímetro en el baño (Fig. 3.51) y se vuelca el asfalto en
la abertura mayor hasta que llegue a la línea de llenado.
Como antes, se deja que el sistema alcance la temperatura
91
ING. PEDRO FELIX DOROTEO NEYRA – DOCENTE DE LA F.I.C.
de equilibrio. Para que el asfalto comience a fluir por el sifón
que está justo encima de la línea de llenado, es necesario
aplicar una pequeña presión en la abertura mayor o un ligero
vacío en la menor. Entonces el asfalto fluirá hacia abajo en la
sección vertical del tubo capilar debido a la gravedad.
Cuando el asfalto alcanza la primera de las marcas se
comienza a medir el tiempo hasta que alcanza la segunda. El
intervalo de tiempo, multiplicado por el factor de calibración
del viscosímetro, da la viscosidad cinemática en centistokes.
Es necesario destacar que las medidas de viscosidad para
135º C (275º F) se expresan en centistokes y para 60ºC
(140° F), en poises. En el ensayo de viscosidad cinemática,
la gravedad induce el flujo (resultados en centistokes) y la
cantidad de flujo a través del tubo capilar depende de la
densidad del material. En el ensayo de viscosidad absoluta,
los resultados se dan en poises, y el flujo a través del tubo
capilar se induce por medio de un vacío parcial, siendo los
efectos gravitacionales despreciables. Estas unidades poises
y stokes o centipoises y centistokes - pueden ser convertidas
unas en otras aplicando, simplemente, un factor debido a la
densidad.
3.2 Ensayo de Penetración
La consistencia del asfalto puede medirse con un método
antiguo y empírico, como es el ensayo de penetración, en el
cual se basó la clasificación de los cementos asfálticos en
92
ING. PEDRO FELIX DOROTEO NEYRA – DOCENTE DE LA F.I.C.
grados normalizados. En la figura 3.52 puede verse el
ensayo de penetración normal. Consiste en calentar un reci-
piente con cemento asfáltico hasta la temperatura de
referencia, 25º C (77º F), en un baño de agua a temperatura
controlada. Se apoya una aguja normalizada, de 100 g de
peso sobre la superficie del cemento asfáltico durante 5
segundos. La medida de la penetración es la longitud que
penetró la aguja en el cemento asfáltico en unidades de 0,1
mm.
Ocasionalmente el ensayo de penetración se realiza a
distinta temperatura en cuyo caso puede variarse la carga
de la aguja, el tiempo de penetración, o ambos
3.3 Ensayo de punto de inflamación
Cuando se calienta un asfalto, libera vapores que son
combustibles. El punto de inflamación, es la temperatura a la
cual puede ser calentado con seguridad un asfalto, sin que
se produzca la inflamación instantánea de los vapores
liberados, en presencia de una llama libre. Esta temperatura,
sin embargo, está bastante por debajo, en general, de la que
el material entra en combustión permanente. Se la
denomina punto de combustión (fire point), y es muy raro
que se use en especificaciones para asfalto.
El ensayo más usado para medir el punto de inflamación del
cemento asfáltico es el de "vaso abierto Cleveland" (COC),
que consiste en llenar un vaso de bronce con un
determinado volumen de asfalto, y calentarlo con un
93
ING. PEDRO FELIX DOROTEO NEYRA – DOCENTE DE LA F.I.C.
aumento de temperatura normalizado. Se pasa una pequeña
llama sobre la superficie del asfalto a intervalos de tiempo
estipulados. El punto de inflamación es la temperatura a la
cual se han desprendido suficientes volátiles como para
provocar una inflamación instantánea.
3.4 Ensayo de película delgada en horno
Este no es en realidad un ensayo, sino un procedimiento
destinado a someter a una muestra de asfalto a condiciones
de endurecimiento aproximadas a aquellas que ocurren
durante las operaciones normales de una planta de
mezclado en caliente. Para medir la resistencia al
endurecimiento del material bajo estas condiciones, se
hacen al asfalto ensayos de penetración o de viscosidad
antes y después del ensayo.
Se coloca una muestra de 50 ml de cemento asfáltico en un
recipiente cilíndrico de fondo plano de 140 mm (5,5
pulgadas) de diámetro interno y 10 mm (3/8 pulgada) de
profundidad. El espesor de la capa de asfalto es de 3 mm
(1/8 pulgada) aproximadamente. El recipiente conteniendo a
la muestra se coloca en un plato que gira alrededor de 5 a 6
revoluciones por minuto durante 5 horas dentro de un horno
ventilado mantenido a 163º C ( 325º F). Luego se vuelca el
cemento asfáltico en un recipiente normalizado para hacerle
el ensayo de viscosidad o de penetración.
94
ING. PEDRO FELIX DOROTEO NEYRA – DOCENTE DE LA F.I.C.
3.5 Ensayo de película delgada rodante en horno
Este ensayo es una variante del anterior, desarrollado por
agencias del oeste de los Estados Unidos. El propósito es el
mismo pero cambian los equipos y procedimientos de
ensayo.
Se vuelca en el frasco una determinada cantidad de cemento
asfáltico y se lo coloca en un soporte que rota con cierta
velocidad alrededor de un eje horizontal, con el horno
mantenido a una temperatura constante de 163º C (325º F).
Al rotar el frasco, el cemento asfáltico es expuesto
constantemente en películas nuevas. En cada rotación, el
orificio del frasco de la muestra pasa por un chorro de aire
caliente que barre los vapores acumulados en el recipiente.
En este horno, se puede acomodar un mayor número de
muestras que en el horno del ensayo de película delgada. El
tiempo requerido para alcanzar determinadas condiciones de
endurecimiento en la muestra es también menor para este
ensayo.
3.6 Ensayo de ductilidad
Algunos ingenieros consideran que la ductilidad es una
característica importante de los cementos asfálticos. Sin
embargo, generalmente se considera más significativa la
presencia o ausencia de la misma, que su grado real.
Algunos cementos asfálticos que tienen un grado muy alto
de ductilidad son también más susceptibles a la
95
ING. PEDRO FELIX DOROTEO NEYRA – DOCENTE DE LA F.I.C.
temperatura. Es decir, que la variación de la consistencia
puede ser mayor debido al cambio de temperatura.
La ductilidad de un cemento asfáltico se mide con un ensayo
tipo "extensión" para el que se moldea una probeta de
cemento asfáltico en condiciones y medidas normalizadas.
Se la lleva a la temperatura de ensayo de la norma,
generalmente 25º C (77º F) y se separa una parte de la
probeta de la otra a cierta velocidad, normalmente 5 cm por
minuto, hasta que se rompa el hilo de asfalto que une ambos
extremos de la muestra. La ductilidad del asfalto es la
distancia (en centímetros) a la cual se rompe dicho hilo.
3.7 Ensayo de solubilidad
El ensayo de solubilidad es una medida de la pureza del
cemento asfáltico. La parte del mismo soluble en bisulfuro
de carbono representa los constituyentes activos de
cementación. Solo la materia inerte, como sales, carbón
libre, o contaminantes inorgánicos, no son solubles.
En este ensayo se usa generalmente tricloroetileno, que es
menos peligroso que el bisulfuro de carbono y otros
solventes. La mayoría de los cementos asfálticos son
igualmente solubles en cualquiera de ellos.
El proceso para determinar la solubilidad es muy simple. Se
disuelven aproximadamente 2 grs. de asfalto en 100 ml de
solvente y se filtra la solución a través de una plancha de
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ING. PEDRO FELIX DOROTEO NEYRA – DOCENTE DE LA F.I.C.
asbesto colocada en un crisol de porcelana (Gooch). Se pesa
el material retenido por el filtro y se lo expresa como
porcentaje de la muestra original, obteniéndose el
porcentaje soluble en bisulfuro de carbono.
4 Ensayos a Asfalto Diluido
4.1 Viscosidad Cinemática
El ensaye de viscosidad cinemática se utiliza como
base para clasificar los asfaltos líquidos en los grados RC, MC
y SC. El procedimiento es similar al descrito para cementos
asfálticos. La diferencia está en que se hace a 60º C. Como
alternativa se utiliza para determinar el estado de fluidez de
los asfaltos a diferentes temperaturas, el Viscosímetro
Saybolt Furol.
4.2 Punto de Inflamación
El objetivo y significado del ensayo de punto de inflamación
son los mismos que los ya vistos para el cemento asfáltico.
En los materiales SC se usa el “vaso abierto de Cleveland;
para los RC y MC, el ensayo es sustancialmente el mismo
salvo que se usa calor indirecto por la naturaleza volátil de
97
ING. PEDRO FELIX DOROTEO NEYRA – DOCENTE DE LA F.I.C.
los diluyentes. Se realiza con el “vaso abierto de Tag” (Fig.
3.57), en que el vaso es de vidrio y no de metal y se calienta
en un baño de agua y no a llama directa.
En general las temperaturas de uso de los asfaltos
diluidos esta por encima del punto de inflamación. La
temperatura de inflamación de los de curado rápido puede
ser tan baja como 27º C. Cuanto mas volátil es el solvente
del asfalto diluido, mas riesgoso es su uso.
4.3 Destilación
Como se indicó previamente los RC-MC y en algunos
casos los SC son mezclas de cemento asfáltico y solvente.
Las propiedades de estos materiales son de importancia en
su aplicación y comportamiento.
La destilación determina las proporciones relativas en
que se encuentran presentes, en el asfalto fluidificado, el
bitumen y solvente; para esto se procede a tomar 200 ml de
material en un matraz, el cual se conecta a un tubo
condensador, se comienza a calentar y el destilado se recibe
en una probeta, dicho equipo de destilación debe estar de
acuerdo a norma AASHTO.
Se determina la cantidad de material condensado a
diversas temperaturas establecidas y ésta es una indicación
de las características de volatilidad del solvente. Después
que se alcanzan 360º C se considera que todo el material
remanente en el frasco de destilación es cemento asfáltico.
A los RC y MC se le efectúa al residuo proveniente de la
destilación los ensayes de penetración, ductilidad, ensaye de
98
ING. PEDRO FELIX DOROTEO NEYRA – DOCENTE DE LA F.I.C.
la mancha y solubilidad tal como se describen para un
cemento asfáltico.
El destilado que evapora a diversas temperaturas es
de poco interés en los SC. Los destilados que evaporan bajo
la temperatura final, 360º C, son de naturaleza aceitosa de
modo que su velocidad de evaporación es muy lenta. Por lo
tanto se mide la cantidad total drenado hasta 360º C. En un
SC el residuo de la destilación a 360ºC se considera
representativo de la porción asfáltica. Su consistencia se
determina en el ensaye de viscosidad cinemática.
El ensaye de solubilidad del SC se realiza al material y
no al residuo.
5 Ensayos a emulsiones asfálticas
Por estar las emulsiones asfálticas constituidas por
fases continua y discontinua, es indispensable conocer su
comportamiento durante el tiempo y es por eso que los
ensayos tendientes a medir la calidad de dichas emulsiones
se agrupan para definir la composición, (destilación y carga
de partícula), consistencia (viscosidad) y estabilidad
(demulsibilidad, sedimentación y mezcla cemento).
5.1 Destilación
99
ING. PEDRO FELIX DOROTEO NEYRA – DOCENTE DE LA F.I.C.
El ensaye de destilación se usa para determinar las
proporciones relativas de cemento asfáltico y agua
presentes en la emulsión. Algunos grados de asfalto
emulsificado, también contienen aceites; la destilación
entrega información acerca de la cantidad de este material
en la emulsión. También este ensayo permite analizar el
residuo mediante ensayes adicionales como, penetración,
solubilidad y ductilidad, que son descritos en los cementos
asfálticos. El procedimiento de ensaye es muy similar al
descrito para asfaltos cortados. Una muestra de 200 gr. de
emulsión se destila a 260º C. La diferencia al destilar una
emulsión es que se usa un recipiente de hierro y anillos
quemadores en vez de un matraz de vidrio y mechero
Bunsen. El equipo esta diseñado para evitar los problemas
que pueden originarse con la formación de espuma al
calentar la emulsión. La temperatura final de destilación de
260º C se mantiene durante 15 min. Con el objeto de
obtener un residuo homogéneo.
Los grados medio y rápido de las emulsiones catiónicas
pueden incluir aceite en el destilado, cuya cantidad máxima
está limitada por especificaciones. El material destilado, se
recibe en una probeta graduada, incluye tanto el agua como
el aceite presentes en la emulsión. Ya que estos dos
materiales se separan, las cantidades de cada uno de ellos
pueden determinarse directamente en la probeta graduada.
5.2 Carga de partícula
100
ING. PEDRO FELIX DOROTEO NEYRA – DOCENTE DE LA F.I.C.
El ensaye de carga de partícula se hace para identificar las
emulsiones catiónicas de rotura rápida y media. Se
materializa sumergiendo un par de electrodos, positivo
(ánodo) y negativo (cátodo), conectados a una fuente de
corriente eléctrica continua, en una muestra de emulsión.
Luego de 30 minutos, o cuando la intensidad de corriente
decrece 2 miliamperes, se observan los electrodos y se
determina cual tiene una capa apreciable de asfalto
depositado. Si está en el cátodo, estamos en presencia de
una emulsión asfáltica catiónica.
5.3 Viscosidad
Se utiliza el ensaye Saybolt-Furol, para medir la consistencia
de las emulsiones asfálticas. Por conveniencia y precisión se
usan dos temperaturas de ensaye, las cuales cubren el rango
de trabajo. Estas temperaturas son 25º y 50º C (77 ó 122º
F). Su elección depende de las características viscosas de la
emulsión, según su tipo y grado.
Para hacer el ensayo a 25º C se calienta una muestra hasta
la temperatura de ensayo, revolviéndola cuidadosamente. Se
la vuelca a través de un colador en un tubo normalizado que
tiene un orificio tapado. Se saca luego el tapón y se mide el
tiempo que tardan en salir 60 ml de asfalto. Este intervalo de
101
ING. PEDRO FELIX DOROTEO NEYRA – DOCENTE DE LA F.I.C.
tiempo, medidos en segundos, es la viscosidad de Saybolt
Furol. Es obvio que cuanto más viscoso es el material, mayor
es el tiempo que necesita un determinado volumen para fluir
por el orificio. Por lo tanto un incremento en el número de
viscosidad indica un aumento en la viscosidad de la
emulsión.
Para el ensayo a 50º C, se debe calentar la muestra a 50º C
± 3º C y se la vuelca, colocándola, en el tubo. Se la lleva a la
temperatura de ensayo, se saca el tapón y se cronometrea el
tiempo, como ya se describió antes.
5.4 Demulsibilidad o Desemulsión
El ensaye de demulsibilidad indica la rapidez relativa a la
cual los glóbulos coloidales de asfalto en las emulsiones del
tipo rápido quebraran cuando se esparce en delgadas capas
sobre un suelo o agregado. El cloruro de calcio hace que los
diminutos glóbulos de asfalto presentes en las emulsiones
asfálticas coagulen.
En este ensaye, una solución de cloruro de calcio y agua se
mezcla totalmente con la emulsión (muestra de 100gr),
luego se coloca sobre un tamiz 1,4 mm. para determinar
cuantos glóbulos de asfalto coagulan y se lava. Al ensayar
102
ING. PEDRO FELIX DOROTEO NEYRA – DOCENTE DE LA F.I.C.
las emulsiones CRS se usa una solución de cloruro de calcio
muy débil. Las especificaciones prescriben la concentración
de la solución y la cantidad mínima de asfalto que debe ser
retenida en el tamiz 1,4mm (Nº 14). La cantidad de residuo
asfáltico retenido nos da el grado de coalescencia.
Se espera que estas emulsiones tengan un alto grado
de demulsibilidad ya que se desea que quiebren
inmediatamente al entrar en contacto con el agregado.
5.5 Sedimentación
El ensaye de sedimentación indica la tendencia de las
partículas de asfalto a perder la estabilidad, durante el
almacenamiento de la emulsión. Detecta la propensión de
los glóbulos de asfalto a sedimentar durante el
almacenamiento. Este ensayo sirve también como indicador
de la calidad de la emulsión aun cuando esta no sea
almacenada. Una falla en el ensaye de sedimentación indica
que algo anda mal en el proceso de emulsificación.
Se colocan dos muestras de 500 ml en sendos tubos
de vidrio graduados y se los deja descansar tapados, durante
103
ING. PEDRO FELIX DOROTEO NEYRA – DOCENTE DE LA F.I.C.
5 días. Luego se toman pequeñas muestras de las partes
superior e inferior de cada tubo, se coloca cada muestra en
un recipiente y se pesa. La muestra se calienta hasta que
evapore toda el agua y luego se pesa el residuo. Los pesos
obtenidos se usan para encontrar la diferencia entre el
contenido de cemento asfáltico de las porciones superior e
inferior del cilindro. Esto da una medida de la sedimentación.
5.6 Mezcla con cemento
El ensaye de mezcla de cemento representa, para las
emulsiones lentas, lo mismo que el ensaye de demulsibilidad
para las emulsiones rápidas.
En este ensaye se mezcla una muestra de 100 ml de
emulsión diluida con agua destilada hasta un 55% del
residuo con cemento Pórtland de alta resistencia inicial,
revolviéndolos y luego se lava sobre un tamiz 1,4mm (Nº 14)
y se determina la cantidad de material retenido en el mismo.
Las especificaciones generalmente limitan la cantidad de
material que puede ser retenida sobre el tamiz.
5.7 Capacidad de recubrimiento y resistencia al agua
104
ING. PEDRO FELIX DOROTEO NEYRA – DOCENTE DE LA F.I.C.
Este ensayo tiene un triple propósito. Su objetivo es
determinar la capacidad de una emulsión asfáltica para; (1)
cubrir totalmente el agregado, (2) soportar el mezclado sin
que se rompa la película formada y (3) resistir la acción de
lavado del agua cuando se completó el mezclado. Este
ensayo principalmente, ayuda en la elección de emulsiones
asfálticas apropiadas para mezclar con agregados gruesos
calcáreos.
Se cubre con polvo de carbonato de calcio el agregado
elegido y se mezcla con la emulsión asfáltica. Se coloca
aproximadamente la mitad de la mezcla sobre un papel
absorbente para un examen visual de la superficie del
agregado cubierta de emulsión asfáltica. Se lava con agua el
resto de la muestra y se enjuaga hasta que el agua salga
clara. Se coloca este material sobre un papel absorbente y
se evalúa el recubrimiento.
Se cubre otra muestra de agregado con polvo de
carbonato de calcio y se mezcla con una cantidad de agua
dada. Se agrega la emulsión asfáltica y se mezcla
cuidadosamente. Se hacen las mismas evaluaciones ya
vistas anteriormente.
4ª.- SEMANA DE LOS AGREGADOS DE CANTERA.
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ING. PEDRO FELIX DOROTEO NEYRA – DOCENTE DE LA F.I.C.
INVESTIGACIONES DE CAMPO.
Estas investigaciones fueron realizadas por personal especializado
bajo la supervisión del Ingeniero Responsable del presente estudio, y
que consistió en la ejecución de calicatas o pozos a cielo abierto a una
profundidad de -1.50 mts., numeradas y zonificados por kilómetro para
tratar en lo posible de aglutinar un tipo de suelo y poder diseñar el
adecuado pavimento a emplear
DESCRIPCION DEL PROYECTO
Hemos creído conveniente reducir el área en estudio por tramos,
para obtener una mejor y real información y así poder determinar la
capacidad de soporte de los suelos; por esto, estamos adjuntando el
plano de ubicación de calicatas y canteras, sus perfiles estratigráficos,
una hoja de resúmenes con la determinación de sus propiedades físico-
mecánicas, densidades y óptimos contenidos de humedad con sus
respectivos C.B.R.
Punto Inicial : En coordenadas UTM tomadas con navegador
GPS de 12 satélites.
Km. 0+000 Cruce Tamborapa carretera Jaén – San Ignacio
Este : 0742048
Norte : 9390596
Altitud: 519 m.s.n.
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ING. PEDRO FELIX DOROTEO NEYRA – DOCENTE DE LA F.I.C.
Punto Final : Distrito La Coipa. (Km. 20+448.25)
Este : 0731969
Norte : 9403269
Altitud: 1,515 m.s.n.m.
UBICACION DE CANTERAS:
- Cantera (1): “La Manga” Km. 15+100
Volumen : 30,000 m3
Cantera para C° (Rio Tabaconas) : a 350 mts. del Punto Inicial.
Volumen : 500 m3 -
La cantera (1) “La Manga” presenta material de origen volcánico
(Andesitas y Dositas), mezcla de gravo-areno-arcillosas, de forma
angular y sub angular , de color gris blanquecino cumpliendo con los
requisitos como material de afirmado para estos tipos de caminos,
necesitando limpieza de 0.30 mts. (capa de materia contaminado); así
mismo, tendrán que eliminar gravas mayores de 2” de diámetro por
medio de zarandas y solo será necesario el uso de tractor de orugas,
cargador frontal y sus respectivos volquetes.
UBICACION DE CALICATAS :
Calicata Nº 1 : Km 0 + 020
107
ING. PEDRO FELIX DOROTEO NEYRA – DOCENTE DE LA F.I.C.
Calicata Nº 2 : Km 0 + 940
Calicata Nº 3 : Km 2 + 000
Calicata Nº 4 : Km 3 + 000
Calicata Nº 5 : Km 4 + 000
Calicata Nº 6 : Km 5 + 000
Calicata Nº 7 : Km 6 + 020
Calicata Nº 8 : Km 7 + 000
Calicata Nº 9 : Km 8 + 000
Calicata Nº 10 : Km 9 + 000
Calicata Nº 11 : Km 10 + 000
Calicata Nº 12 : Km 11 + 000
Calicata Nº 13 : Km 12 + 000
Calicata Nº 14 : Km 13 + 000
Calicata Nº 15 : Km 14 + 000
Calicata Nº 16 : Km 15 + 000
Calicata Nº 17 : Km 16 + 000
Calicata Nº 18 : Km 17 + 000
Calicata Nº 19 : Km 18 + 000
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ING. PEDRO FELIX DOROTEO NEYRA – DOCENTE DE LA F.I.C.
Calicata Nº 20 : Km 19 + 000
Calicata Nº 21 : Km 20 + 000
PUNTOS DE AGUA.
En este tramo existen 6 puntos de agua, el volumen ha sido
calculado en la época que se realizó el estudio.
P - 1 (05 m3s/seg.) Km. 00 + 000 - Río (*)
P - 2 (10 litros/seg.) Del Km. 01 + 486 al 02+790 - Canal de
riego
P – 3 (1.0 litros/seg) Km. 13 + 060 - Manantial
P - 4 (1.0 litros/seg.) Km. 14 + 020 - Manantial.
P - 5 (1.0 litros/seg.) Km. 16 + 725 - Manantial
P – 6 (6.0 litros/seg) Km. 18 + 920 - Manantial.
(*) La muestra P-1 corresponde a la del Río Tabaconas, que está
fuera del tramo aproximadamente a 350 mts. del punto inicial.
LABORATORIO DE MECANICA DE SUELO
Con las muestras representativas alteradas de las diferentes
calicatas y canteras; se efectuaron los siguientes ensayos
a).- Ensayos Estándar
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ING. PEDRO FELIX DOROTEO NEYRA – DOCENTE DE LA F.I.C.
- 38 Contenidos Naturales de Humedad.
- 38 Ensayos de Análisis Granulométricos
- 38 Ensayos de Límites de Consistencia.
- 38 Ensayos de Pesos específicos.
b).- Ensayos Especiales.
- 03 Ensayos de Proctor Modificado (Densidades Máximas y
óptimo contenido de humedad).
- 01 Ensayos de Abrasión
- 03 Ensayos de C.B.R.
La clasificación de suelos se realizó utilizando los métodos del American
Asociation of State Highway Officials (AASHO) y por el Sistema Unificado
de Clasificación de Suelos (SUCS).
PERFIL DE SUELOS
Para pavimentos se emplea el sistema de Clasificación AASHO
(American Asociation of State Highway Officials)
SISTEMA DE CLASIFICACION AASHTO.
Se distinguen entre 7 grupos básicos:
El mejor suelo para subrasantes de carreteras (sub-base) viene
clasificada como A - 1, le sigue en calidad el A - 2, siendo el A - 7 el de
peor clasificación. Los siete grupos básicos será divididos en subgrupos
110
ING. PEDRO FELIX DOROTEO NEYRA – DOCENTE DE LA F.I.C.
con un índice de grupo, con el fin de aproximar dentro de las
valoraciones del grupo. Los índices de grupo van de 0 para la mejor
subrasante a 20 para las pésimas. Los incrementos de valor de los
índices de grupos reflejan una reducción en la capacidad para soportar
cargas, por el efecto combinado de aumento del límite líquido e Indice
de plasticidad y disminución en el porcentaje del material grueso.
Evaluación del Indice de Grupo:
Se lo obtiene mediante el uso de una fórmula para índices de grupo
basada en la granulometria y los límites (LL - IP) del suelo.
La fórmula del índice de grupo es la siguiente:
Indice de grupo = 0.2a + 0.05ac + 0.0Ibd en donde:
a = Porción de porcentaje que pasa el tamiz N° 200 mayor del
35%, expresada como número entero positivo (1 a 40)
b = Porción de porcentaje que pasa el tamiz N° 200 mayor del
15% ( 1 a 40).
c = Porción numérica del Límite Líquido mayor de 40 y que no
exceda de 60 (1 a 20)
d = Porción numérica de IP mayor de 1O y que no exceda de 30,
número entero (1 a 20)
El Índice de grupo se expresa en un paréntesis después del
número del grupo del suelo.
La clasificación de la subrasante en términos del Indice de grupo
es la siguiente:
111
ING. PEDRO FELIX DOROTEO NEYRA – DOCENTE DE LA F.I.C.
Excelente.............. A - 1 (0)
Buena. Índice de grupo de 0 a 1
Regular.. " " " " 2 a 4
Mala..... " " " " 5 a 9
Muy mala.. " " " " 10 a 20
Suelos A - 1:
Son mezclas bien graduadas de gruesos a finos con aglutinantes
no plásticos o de plasticidad débil.
Estos tienen una gran estabilidad a la carga de las ruedas sin
afectarlos las condiciones de humedad. Se componen
satisfactoriamente como bases con superficies bituminosas de
desgaste delgadas.
Los suelos clasificados en este grupo son materiales adecuados o
que pueden hacerse adecuados para capas granulares de base.
Suelos A - 2:
Están constituidos de material fino y grueso mezclados con
aglutinante, pero son inferiores a los suelos A-1 debido a su mala
granulación, a un aglutinante inferior o a ambas cosas. En la
superficie de la cantera puedan presentar una gran estabilidad
cuando estén secos, o según la cantidad y características del
aglutinante, pueden reblandecerse cuando se humedecen, o
volverse sueltos y polvorientos durante los períodos de sequía. Si
se usan como capas de base, los tipos plásticos pueden perder
estabilidad, debido a la saturación por capilaridad o deficiencia de
112
ING. PEDRO FELIX DOROTEO NEYRA – DOCENTE DE LA F.I.C.
drenaje.
Los suelos A-2-4 y A-2-5 incluyen aquellos materiales granulares
que tienen un suelo aglutinante con características de los suelos
de los grupos A-4 y A-5.
Los suelos A-2-6 y A-2-7 incluyen aquellos materiales granulares que
tienen un suelo aglutinante con características de los suelos de los
grupos A-6 y A-7.
Suelos A - 3.
Están compuestos por arenas deficientes en aglutinante. Son típicas en
este grupo la arena fina de desierto y la arena transportada por el viento
(costa peruana), así como las mezclas en depósitos fluviales de mala
graduación con pequeñas cantidades de arena gruesa y grava. Tienen
una estabilidad deficiente a la carga de las ruedas , excepto cuando
están húmedos. Las condiciones de humedad sólo los afecta
ligeramente; no tienen cambios de volumen y constituyen una
subrasante adecuada para pavimentos de todo tipo cuando están
confinados. Pueden ser compactados por vibración, con rodillo de acero
o con rodillos de llantas o cubiertas neumáticas.
Suelos A - 4.
Están compuestos predominantemente por limo con sólo moderadas
cantidades de material grueso y pequeñas cantidades de arcilla
pegajosa coloidal. Se encuentra frecuentemente y proporciona una
superficie firme para circulación cuando están secos, teniendo un escaso
113
ING. PEDRO FELIX DOROTEO NEYRA – DOCENTE DE LA F.I.C.
abultamiento después de ser cargados. Cuando absorben agua se
dilatan perjudicialmente o pierden estabilidad. Varían ampliamente en
composición textual, desde limos arenosos, barros limosos y arcillosos.
Son difíciles de compactar ya que el intervalo de humedad para
una compactacion satisfactoria, es muy pequeño.
Los tipos más plásticos se dilatan con los aumentos del contenido
de humedad, especialmente cuando se han compactado a un
contenido de humedad inferior al contenido óptimo. Las
superficies bituminosas requieren bases substanciales cuando se
colocan sobre subrasantes de suelos de este grupo.
Suelos A - 5.
Son similares a los A-4, con excepción que incluyen suelos de
graduación muy mala. Estos suelos se presentan raramente. Son
susceptibles al abultamiento cuando se retira la carga, aún que
estén secos. Las propiedades elásticas dificultan la conveniente
compactación de bases de tipo flexibles colocadas durante la
construcción y no son aceptables como subrasantes para capas
delgadas de base flexible estabilizada, ni para superficie
bituminosas. Están sujetos a la acción de la congelación. Se han
observado que los pavimentos colocados sobres subrasantes de
este tipo de suelo se agrietan excesivamente.
114
ING. PEDRO FELIX DOROTEO NEYRA – DOCENTE DE LA F.I.C.
Suelos A - 6.
Componen predominante de arcilla con contenidos moderados de
materiales gruesos. En los estados de plasticidad blanda o rígida
sólo absorben agua adicional cuando se les manipula. Tienen
buena capacidad soportante cuando están compactados a la
densidad máxima, pero pierden capacidad soportante cuando
absorben humedad.
Los índices de plasticidad altos, por encima de 18, de esos suelos
indican una naturaleza cohesiva del material aglutinante (arcilla y
colides), solamente serán adecuados para rellenos y subrasantes
cuando se colocan y mantienen con un bajo contenido de
humedad.
Mientras que el flujo de agua por gravitación es muy pequeño, la
presión capilar que ocasiona que el agua se mueva de las
porciones más húmedas a las más secas es muy grande y se
pueden desarrollar por este motivo grandes fuerzas expansivas.
No son adecuadas para sub-base bajo capas delgadas flexibles o
capas superficiales bituminosas a causa de los grandes cambios
de volumen que motivan las variaciones de humedad, y la pérdida
115
ING. PEDRO FELIX DOROTEO NEYRA – DOCENTE DE LA F.I.C.
de poder soportante después de la admisión de humedad.
Suelos A - 7.
Están compuestos primordialmente de arcilla como los
suelos A-6 pero debido a las partículas de limo de tamaño
uniforme, a la materia orgánica, escamas de mica, o carbonato de
cal, son elásticos. A un determinado contenido de humedad se
deforman y abultan apreciablemente cuando se retira la carga.
También presentan las características dadas por los suelos A - 6
en el párrafo anterior.
Son difíciles de compactar convenientemente lo que hace que
sean especialmente inadecuados para pavimentos flexibles.
Los suelos A-7-5 comprenden los suelos A-7 con índices de
plasticidad moderados, en relación al límite líquido y pueden ser
altamente elásticos, así como estar sujetos a considerables
cambios de volumen.
Los suelos A-7-6 comprenden suelos con índices de plasticidad
muy altos con relación al límite líquido y Están sujetos a cambios
de volumen extremadamente altos.
116
ING. PEDRO FELIX DOROTEO NEYRA – DOCENTE DE LA F.I.C.
Turba y Escombros:
Los suelos compuestos de turba y escombros son muy
blandos, contienen grandes cantidades de materia orgánica y
humedad y no pueden ser usados en ningún tipo de construcción.
EXPLOTACION DE CANTERAS Y MEDIO
AMBIENTE
Al mencionar "explotación de canteras" y más aún en zonas
urbanas se piensa de antemano en el problema ambiental y en
especial en la afectación negativa del entorno ; indudablemente la
falta de un verdadero control en los sistemas tradicionales de
explotación (sin controles técnicos ni legales) ha degenerado en la
problemática actual de deterioro del medio natural, económico,
físico y cultural entre otros. Uno de los problemas que
generalmente encontramos en nuestro medio es cuando las
familias dueñas de una parcela se reunen para sacarle provecho al
subsuelo entre ellos mismos, haciendo todo fuera de los marcos
legales y lógicamente técnicos que una empresa de este estilo
requiere. Otro problema muy común es aquel relacionado con la
cultura de la avaricia, pues aunque existan los medios económicos
para poder desarrollar un programa de explotación controlada el
afán por acumular riquezas los lleva a explotar irracionalmente los
117
ING. PEDRO FELIX DOROTEO NEYRA – DOCENTE DE LA F.I.C.
macizos y en consecuencia se presenta la afectación negativa del
entorno sin hablar de la mala calidad y clasificación de los
materiales que de allí se extraigan. Sin duda un eficaz control y
seguimiento técnico dentro de los parámetros legales, evitaría
tanto problema generado al rededor de este tema. Cumpliéndose
estos planteamientos entonces no veríamos a la explotación de
canteras de esta forma tan destructiva, sino que la veríamos como
un agente generador de empleo y de vienes de servicio esenciales
para el progreso y desarrollo de una comunidad, depende de
nosotros que esto ocurra. Sin embargo aunque hasta el momento
solo se han mitigado ciertos factores, la afectación negativa
continua y esa lucha económica medio ambiente continua. Como
superponer intereses ambientales sobre los económicos ? En este
caso los controles gubernamentales no han ejercido su poder, o
simplemente han sido flexible por alguna u otra razón. Es increíble
ver a diario en toda una urbe como Bogotá el estado en el que
este tipo de minería ha dejado sus cerros, hábitat de gran
diversidad biológica, solo basta con voltear la mirada al oriente y
encontrar un paisaje desolador, donde no es solo esa afectación
cromática y biológica, sino también el problema social que se
desarrolla a los alrededores de las minas, que aunque no es
exclusivamente producto de las explotaciones mineras, sino
también de la mala planeación urbanística, la ubicación de esa
población en torno a las canteras las convierte en zonas que de
por si ya son de alto riesgo.
ECONOMIA
La apertura económica en Colombia sucedida en 1990 por parte
de las políticas del gobierno Nacional, condujo un cambio
importante y trascendental en la macroeconomía variando el
118
ING. PEDRO FELIX DOROTEO NEYRA – DOCENTE DE LA F.I.C.
modelo económico anterior a esta fecha, caracterizado por un
fuerte proteccionismo y un control total de las importaciones para
dar paso a una competitividad internacional frente a la producción
industrial Nacional. La llegada de las importaciones trajo con sigo
nuevas tecnologías, nueva competencia, nuevas oportunidades y
nuevos problemas, así como también un incremento en los niveles
de inversión extranjera, todo esto supuestamente para solucionar
los problemas de desempleo, inflación, calidad de los productos
industriales, recuperar la dinámica competitiva y en general
aumentar el ritmo de crecimiento económico. Estas buenas
intenciones han sido por el contrario desfavorables en muchos
sectores, pues la pequeña y mediana empresa no contaba con la
suficiente infraestructura y eficiencia en los procesos de
producción como para competir a la par con empresas
internacionales. El sector minero no es ajeno a estas condiciones
de mercado ni al desarrollo de este nuevo proceso, por ende las
empresas mineras deben aprovechar las facilidades en las
importaciones para lograr disminuir los costos de producción,
mejorar la calidad de los procesos industriales y en si mejorar la
eficiencia de producción para poder competir a nivel nacional e
internacional. Un análisis económico para el desarrollo de una
empresa minera debe tener en cuenta diferentes factores de
prefactibilidad en primera instancia como son, el área de
influencia y cobertura de mercado, dimensiones del mercado y
tasa de crecimiento, análisis de precios, dimensiones de la planta
física y capacidad instalada. En segundo lugar se debe tener en
cuenta ciertos ítems en el estudio de factibilidad que son :
Inversión en obras físicas.
Inversión inicial en maquinaria.
119
ING. PEDRO FELIX DOROTEO NEYRA – DOCENTE DE LA F.I.C.
Reinversiones en maquinaria dentro de la operación.
Ingresos por medio de maquinaria de remplazo.
Mano de obra.
Insumos generales.
Obras de infraestructura.
Gastos Preoperativos.
Depreciación de activos : maquinaria y obras físicas.
5ª.-SEMANA ESTABILIDAD DE SUELOS – MEZCLA DE SUELOS.
USO DE ESTABILIZADORES DE SUELO
Se denomina suelo estabilizado a aquel terreno natural, al cual se
le han modificado una serie de propiedades físicas ó mecánicas por
diversos métodos. También se denomina "Suelo estabilizado" o
"estabilización de suelos" cuando se modifican las capas de la sub-base
y de la base, las que. formadas por materiales o suelos granulares,
requieren muchas veces ser mejoradas.
En el Perú se debe insistir en la buena práctica de estabilizar en las
subrasantes, especialmente en carreteras de la Sierra y Selva.
120
ING. PEDRO FELIX DOROTEO NEYRA – DOCENTE DE LA F.I.C.
Cuando los caminos son simplemente afirmadas y no tienen estabilizada
la subrasante, se producen los hinchamientos por efectos de lluvias,
aguas de regadío; los hundimientos que se generan por el tráfico de los
vehículos que obligan al mantenimiento y, por lo tanto, a la reposición
de materiales granulares de la capa superior. Esta capa se va perdiendo,
ya que una parte se introduce dentro de la subrasante ablandada por la
lluvia y otra se desplaza hacia las bermas, por efecto de la presión y
tracción de las llantas de los vehículos. Este desplazamiento lateral del
material de afirmado, producido por la velocidad y el efecto de cava
generada por las llantas, forman lo que se conoce con el nombre de
"encalaminados".
Los futuros caminos o carreteras deberán ser diseñados y construidos
buscando que su vida útil o duración sea mayor y menor el costo de su
mantenimiento.
TRATAMIENTOS RECOMENDABLES.
Veamos a continuación los tratamientos más recomendables en el
mejoramiento del suelo, que consiste generalmente en agregar otros
elementos para conseguir la estabilidad deseada.
a.- Adición de arena.
El agregado de arena es indicado para mejorar los suelos
121
ING. PEDRO FELIX DOROTEO NEYRA – DOCENTE DE LA F.I.C.
arcillosos.
b.- Tratamientos bituminosos.
Los materiales bituminosos estabilizan el suelo, aumentando
la cohesión y reduciendo la entrada de agua a la capa
estabilizadora.
c.- Incorporación de sales a los suelos secos.
Para carreteras de tierra, será necesario y fundamental
conservar la humedad del suelo, esto se logra al incorporarle
sales higroscópicas, como cloruros de calcio y de sodio.
d.- Aglutinantes para suelo bituminoso.
Se recomienda para suelos bituminosos el empleo de
material aglutinante, aquel material que pasa por la malla Nº
40, que tiene un límite líquido cuando menos de 40 y un
índice de plasticidad menor de 18. Los materiales
bituminosos comprendidos en los grupos de fraguado lento y
fraguado medio son apropiados como elementos de ligazón.
122
ING. PEDRO FELIX DOROTEO NEYRA – DOCENTE DE LA F.I.C.
e.- Suelo cemento.
El papel del cemento en el firme consolidado es doble. por
una parte tiene efecto ligante, dando cohesión a los suelos
que no la poseen (arenosos); y por otra parte desprende cal,
cambia las propiedades de la arcilla, disminuye su
plasticidad y evita sus variaciones de volumen.
f.- Estabilización con cal.
En este sistema de estabilización se producen reacciones
físico-químicas, Los suelos arcillosos tiene partículas del
tamaño de miscelas, coloides y arcillas, todas las cuales son
de índole aluminio - silicato que contienen cargas eléctricas
positivas en superficie. El intercambio del ión cálcico Ca (+
+) de menor poder de absorción de "agua sólida" por los
otros menos beneficiosos, se produce después del mezclado
y generan cambios sustanciales y provechosos en cuanto a
sus propiedades físicas y mecánicas.
g.- Estabilización con elementos biodegradable.
123
ING. PEDRO FELIX DOROTEO NEYRA – DOCENTE DE LA F.I.C.
Son productos orgánicos a base de enzinas, los cuales son
usados para estabilizar materiales plásticos-arcillosos
empleando los métodos tradicionales de construcción,
mejorando los procesos de homogenización y compactación
de suelos.
Las enzimas son compuestos similares a las proteínas, que
actúan como catalizadores debido a que las estructuras de
sus moléculas contienen partes activadas que aceleran el
proceso de aglutamiento de las arcillas.
Para el empleo de estos estabilizadores, es necesario
cumplir con ciertas características:
- Material que pasa la malla N° 200, mínimo de 20% y un
máximo de 40%.
- Agregado grueso menor de 1½".
- Indice plástico mayor de 6%.
124
ING. PEDRO FELIX DOROTEO NEYRA – DOCENTE DE LA F.I.C.
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES.
CONCLUSIONES:
De las muestras obtenidas de campo, de los ensayos de
Laboratorio y después de efectuar los análisis respectivos, establecemos
las siguientes conclusiones:
1.- Luego de la evaluación de campo, encontramos que las vías
en algunos tramos esta a nivel de afirmado y en otros solo
se encuentra a nivel se subrasante. En ambos casos los
caminos se encuentran muy deteriorados por efecto del uso,
del clima, malos agregados y un deficiente sistema de
drenaje debido a la falta de cunetas y alcantarillas que
causan escorrentias erosivas al pavimento.
2.- Al obtener los resultados de las muestras de las calicatas se
puede observar que la subrasante en su mayor parte, está
conformada por suelos areno-arcillo-limosos y suelos arcillo-
limo-gravosos de baja a medianamente plásticas; luego de la
evaluación y de los resultados del laboratorio, escogemos los
suelos más desfavorables para hacerles su respectivos
C.B.R., con los cuales vamos a diseñar el Pavimento.
125
ING. PEDRO FELIX DOROTEO NEYRA – DOCENTE DE LA F.I.C.
3.- Luego de estudiar las superficies de rodadura se observó
que existen en algunos tramos una capa de afirmado de
espesor promedio 0.10m. procedentes de las diferentes
canteras (las cuales no cumplen con los requisitos mínimos
para este tipo de pavimento); todas las cuales se aplicaron
sin consideraciones técnicas, con una profundidad variable,
ya que, en estas zonas se presenta un fenómeno de
escorrentias casi permanentes por la falta de un buen
sistema de drenaje.
4.- La escasez de buenas canteras y la falta de cunetas, han
originado problemas constantes a causa de la escorrentías
que se forman por aguas pluviales y de riego. Los caudales
que discurren sobre la plataforma actual y a sus costados
poseen velocidades superiores a la erosión, que aumentan
con la pendiente misma del terreno y con la gradiente de la
vía.
5.- De los estudios efectuados y de los resultados obtenidos
para el uso de materiales de las diferentes canteras, solo se
está tomando aquella que cumple con las especificaciones
técnicas requeridas por el Ministerio de Transportes y
Comunicaciones, en cuanto a los materiales a emplear en el
mejoramiento de superficies granulares de rodaduras.
126
ING. PEDRO FELIX DOROTEO NEYRA – DOCENTE DE LA F.I.C.
RECOMENDACIONES:
Luego de los estudios y de los resultados obtenidos así como de
las conclusiones anteriormente descritas, se emiten las siguientes
recomendaciones:
1.- Debido a la presencia de suelos de fundación de baja
capacidad de soporte, en todos los tramos, sensibles al
cambio de volúmenes por la presencia de agua de
escorrentias (suelos arcillo-limosos) se recomienda asegurar
una buena compactación, con un mínimo de 100% de
compactación del Proctor Modificado, un buen sistema de
drenaje y adecuado bombeo.
2.- Los parámetros encontrados en las canteras son los
siguientes:
a).- Resistencia a los cambios de humedad y temperatura.
b).- El porcentaje de desgaste según el ensayo de abrasión
es inferior a 50%.
127
ING. PEDRO FELIX DOROTEO NEYRA – DOCENTE DE LA F.I.C.
c).- El C.B.R. es superior a 40%
Luego de comprobar que la característica de la
cantera a usar, cumplen con las especificaciones técnicas y
que son apropiadas para este fin, previo perfilado,
escarificado y batido; en un espesor diseñado según cálculos
en el estudio del Diseño de Pavimentos. (Capítulo Diseño de
Pavimentos).
6ª- SEMANA METODOS DE DISEÑO DE PAVIMENTO FLEXIBLES I
DISEÑO DEL PAVIMENTO FLEXIBLE I
De acuerdo a los resultados del estudio del tráfico del camino,
se tiene que las características son de una vía de bajo
volumen de tránsito.
128
ING. PEDRO FELIX DOROTEO NEYRA – DOCENTE DE LA F.I.C.
Tomando en consideración esta definición, el diseño de
pavimento tendrá como objetivo conseguir una estructura
funcional, garantizando una buena transitabilidad.
El pavimento para un camino de bajo volumen de tránsito
puede ser a nivel de afirmado o con tratamiento bituminosos
como superficie de rodadura.
Tomando en consideración que las precipitaciones pluviales
en la zona son de medianas a altas intensidades, a lo más
recomendable es usar una superficie de rodadura con
recubrimiento bituminosos.
Sin embargo de acuerdo a las indicaciones del PCR, la
superficie de rodadura deberá consistir en un lastrado.
Determinación del Número de Ejes Equivalentes
129
ING. PEDRO FELIX DOROTEO NEYRA – DOCENTE DE LA F.I.C.
Dentro del estudio de tráfico realizado se ha determinado el
índice de Tráfico Medio Diario por tipo de vehículo para el año
2002:
- Vehículos livianos 9
- Ómnibus grande 3
- Camión de 2 ejes 5
Así mismo, se ha determinado la tasa de crecimiento de
tráfico correspondiente al promedio anual de crecimiento
poblacional, producción agrícola, pecuaria y láctea de los
distritos de la zona de estudio, siendo esta tasa del 5.6%.
Con la tasa de crecimiento mencionada y aplicando los
factores de equivalencia de acuerdo a los estimados por eje
de los vehículos, se ha calculado el número de ejes
equivalentes para el periodo de diseño de 5 años. Dichos
cálculos se presentan en el siguiente cuadro:
130
ING. PEDRO FELIX DOROTEO NEYRA – DOCENTE DE LA F.I.C.
Métodos para el diseño de Pavimentos
Generalmente, para pavimentos no asfálticos se pone mayor
énfasis en la calidad y elección de materiales que se usarán
para la conformación de la superficie de rodadura, que al
demensionamiento estructural.
Uno de los parámetros fundamentales para el diseño de
espesores del pavimento, es el valor soporte (CBR) de la sub-
rasante existente, y que depende del tipo de suelo con que
está conformada. En nuestro caso los suelos más
representativos, según calicatas efectuadas, son los que se
indican a continuación.
131
TRAMO
Km.
TIPO DE SUELO
SUCS
TIPO DE SUELO
AASHTO
CBR (%)
10+61
0
SC A-2-6(0) 16
ING. PEDRO FELIX DOROTEO NEYRA – DOCENTE DE LA F.I.C.
Para el diseño del pavimento existen varios métodos para los
caminos de bajo transito.
En el presente caso se han utilizado tres de ellos, lo que se
describen a continuación:
MÉTODO DEL CUERPO DE INGENIEROS DEL EJERCITO
NORTEAMERICANO USACE.
El procedimiento de este método se basa en ecuaciones que
permiten determinar el espesor de material requerido sobre
una capa sub-rasante de un CBR del material de la capa
superior sea mayor que el de la subyacente.
El espesor del pavimento obtenido mediante este método es
el que permite un cierto número de repeticiones, antes que la
132
ING. PEDRO FELIX DOROTEO NEYRA – DOCENTE DE LA F.I.C.
estructura alcance un nivel de deformación que corresponda a
una baja serviciabilidad.
Del gráfico Nº 5.1 se obtienen los espesores requeridos en
función al CBR y número de repeticiones de ejes standard.
Para los datos base del diseño:
a) CBR = 16 %
EAL = 23.176 ejes equivalentes
Se obtiene:
Espesor del pavimento a nivel de afirmado
133
ING. PEDRO FELIX DOROTEO NEYRA – DOCENTE DE LA F.I.C.
E = 5”
METODO DE US FOREST SERVICE
Este método desarrollado por el Servicio de Guardabosques
de EE.UU. (USES), está basado en los criterios de fallas
siguientes:
- Índice de Serviciabilidad Presente (PSI)
Se recomienda Pi = 4.0 y para nivel de serviciabilidad Pt =
1.5, para caminos afirmados.
- Ahuellamiento
Bajo este criterio la falla ocurre cuando la profundidad de
Ahuellamiento alcanza 2”.
134
ING. PEDRO FELIX DOROTEO NEYRA – DOCENTE DE LA F.I.C.
El espesor del pavimento se obtiene con la formula siguiente:
SN = a1 D1 + a2 D2 + .................an Dn
Donde:
a = Coeficiente de equivalencia de espesor que representa la
calidad de cada capa.
D = Espesor de la capa.
En los cuadros 5.3, 5.4, y 5.5 se indican los valores de soporte
del suelo (SS) correlación entre CBR del material granular y
coeficientes estructurales y números estructurales.
Para CBR = 20%
SS = 7.9 IG = 0 (del cuadro Nº 5.3)
135
ING. PEDRO FELIX DOROTEO NEYRA – DOCENTE DE LA F.I.C.
a = 0.85 para material granular cuyo CBR = 50%(del cuadro
Nº 5.4)
SN = 1.02 (del cuadro Nº 5.5, criterio del ahuellamiento)
SN = 1.71 (del cuadro Nº 5.6, criterio del PSI)
Luego se obtiene:
D = SN
a
D = 1.02 = 8.72 cm. Criterio del ahuellamiento
0.117
D = 1.71 = 14.62 cm. Criterio del PSI
136
ING. PEDRO FELIX DOROTEO NEYRA – DOCENTE DE LA F.I.C.
0.117
MEDOTO DEL ROAD RESEARCH LABORATORY
Este método está basado en la relación establecida por Roas
Research Laboratory entre el valor del CBR de la sub-rasante
y el IMID de los vehículos de más de 3 Tn.
Del gráfico Nº 5.2 se obtiene el espesor del afirmado:
CBR % Espesor (cm.)
16 12
En el cuadro Nº 4.6.2 se presenta el resumen de los cálculos
de pavimento realizados.
137
ING. PEDRO FELIX DOROTEO NEYRA – DOCENTE DE LA F.I.C.
CBR% USACE USES RRL
16% 5” 6” 4.7
”
Solución Propuesta
Del cuadro 5.6.2 se propone la siguiente solución para la
estructura de pavimento en toda la longitud del camino.
El pavimento a nivel de lastrado consistirá en una capa de
material seleccionado de 6” de espesor.
Requisitos para el material de Pavimento
138
ING. PEDRO FELIX DOROTEO NEYRA – DOCENTE DE LA F.I.C.
La solución propuesta para el pavimento del camino en
estudio consiste en una superficie de rodadura conformada
por una capa de afirmado sin recubrimiento superficial
asfáltico, por lo que deben cumplirse los requerimientos de los
materiales granulares que se utilizarán en la rehabilitación del
camino tramo 10 + 610 Km.
Problemas debido al drenaje deficiente
Como consecuencia del drenaje deficiente y a veces
inexistente en el camino en estudio, se produce la
acumulación del agua de lluvia en las depresiones de la
superficie de rodadura del camino, provocando la saturación y
el ablandamiento de la misma. Con el paso de los vehículos
se hace difícil, a veces imposible, desde el momento que la
capa de rodadura disgregada sede bajo su peso.
Dadas estas consecuencias desfavorables que se pueden
esperar a raíz de las saturaciones del material de lastrado
(pérdida de resistencia, cambios volumétricos), es
sumamente importante proteger el pavimento, para lo cual se
recomienda las siguientes acciones:
139
ING. PEDRO FELIX DOROTEO NEYRA – DOCENTE DE LA F.I.C.
- Proporcionar pendientes transversales (bombeo)
adecuados.
- Considerar las cunetas, obras de arte menores, tales
como tajeas y alcantarillas con la finalidad de evacuar
de manera rápida las aguas superficiales del
pavimento, como consecuencia de las precipitaciones
pluviales.
- Efectuar un mantenimiento periódico de las obras de
drenaje, a fin de que el agua discurra con facilidad.
RAZON DE SOPORTE DE SUELOS COMPACTADOS - ENSAYE DE
C.B.R.
1. Generalidades
El ensayo de C.B.R. mide la resistencia al corte (esfuerzo cortante) de un suelo
bajo condiciones de humedad y densidad controladas, la ASTM denomina a este
ensayo, simplemente como “Relación de soporte” y esta normado con el número ASTM
D 1883-73.
Se aplica para evaluación de la calidad relativa de suelos de subrasante,
algunos materiales de sub – bases y bases granulares, que contengan solamente una
140
ING. PEDRO FELIX DOROTEO NEYRA – DOCENTE DE LA F.I.C.
pequeña cantidad de material que pasa por el tamiz de 50 mm, y que es retenido en el
tamiz de 20 mm. Se recomienda que la fracción no exceda del 20%.
Este ensayo puede realizarse tanto en laboratorio como en terreno, aunque este
último no es muy practicado.
2 Ensayo de C.B.R. (Nch 1852 of.81)
El número CBR se obtiene como la relación de la carga unitaria en Kilos/cm2
(libras por pulgadas cuadrada, (psi)) necesaria para lograr una cierta profundidad de
penetración del pistón (con un área de 19.4 centímetros cuadrados) dentro de la
muestra compactada de suelo a un contenido de humedad y densidad dadas con
respecto a la carga unitaria patrón requerida para obtener la misma profundidad de
penetración en una muestra estándar de material triturada, en ecuación, esto se
expresa:
CBR = Carga unitaria de ensayo * 100
Carga unitaria patrón
Los valores de carga unitaria que deben utilizarse en la ecuación
son:
Penetración Carga unitaria patrón
mm Pulgada Mpa Kg/cm2 psi
2,54 0,1 6,90 70,00 1000
141
ING. PEDRO FELIX DOROTEO NEYRA – DOCENTE DE LA F.I.C.
5,08 0,2 10,30 105,00 1500
7,62 0,3 13,10 133,00 1900
10,16 0,4 15,80 162,00 2300
12,7 0,5 17,90 183,00 2600
Tabla V.15 Valores de Carga Unitaria
El número CBR usualmente se basa en la relación de
carga para una penetración de 2.54 mm (0,1”), sin embargo,
si el valor del CBR para una penetración de 5.08 mm (0,2”) es
mayor, dicho valor debe aceptarse como valor final de CBR.
Los ensayos de CBR se hacen usualmente sobre muestras
compactadas al contenido de humedad óptimo para el suelo específico,
determinado utilizando el ensayo de compactación estándar. A
continuación, utilizando los métodos 2 o 4 de las normas ASTM D698-70
ó D1557-70 ( para el molde de 15.5 cm de diámetro), se debe
compactar muestras utilizando las siguientes energías de compactación:
Método Golpes Capas Peso del
142
ING. PEDRO FELIX DOROTEO NEYRA – DOCENTE DE LA F.I.C.
martillo N
D698 2 (suelos de grano fino) 56 3 24,5
4 ( suelos gruesos) 56 3 24,5
D15572 (suelos de grano fino) 56 5 44,5
4 (suelos gruesos) 56 5 44,5
Tabla V.16 Energías de Compactación
El ensayo de CBR se utiliza para establecer una relación entre el
comportamiento de los suelos principalmente utilizados como bases y
subrasantes bajo el pavimento de carreteras y aeropistas, la siguiente
tabla da una clasificación típica:
CBR
Clasificación
general usos
Sistema de Clasificación
Unificado AASHTO
0 - 3 muy pobre subrasante OH,CH,MH,OL A5,A6,A7
143
ING. PEDRO FELIX DOROTEO NEYRA – DOCENTE DE LA F.I.C.
3 - 7 pobre a regular subrasante OH,CH,MH,OL A4,A5,A6,A7
7 - 20 regular sub-base OL,CL,ML,SC A2,A4,A6,A7
SM,SP
20 - 50 bueno
base,subbas
e GM,GC,W,SM A1b,A2-5,A3
SP,GP A2-6
> 50 excelente base GW,GM
A1-a,A2-
4,A3
Tabla V.17 Clasificación de suelos para Infraestructura de Pavimentos
Existen algunos métodos de diseño de pavimentos en los cuales
se leen tablas utilizando directamente el número CBR y se lee el
espesor de la subrasante (por ejemplo “Principios de diseño de
pavimentos”, Jhon Wiley & Sons, 1959, Capitulo 14 y 15).
2.1 Equipo necesario
- Prensa de Ensaye
144
ING. PEDRO FELIX DOROTEO NEYRA – DOCENTE DE LA F.I.C.
- Molde
- Disco espaciador
- Pisón
- Cargas
- Pistón de penetración
- Aparato para medir expansión
2.2 Procedimiento
2.3 Resultados
Curvas de tensión – penetración
- Calcular las tensiones de penetración en Mega Pascales (MPA) o en
(Kg/cm2).
- Para ello se traza la curva en un gráfico tensión – penetración.
- La curva puede tomar, ocasionalmente, la forma cóncava
hacia arriba debido a irregularidades de superficie u otras
causas. En dichos casos el punto cero debe corregirse
trazando una recta tangente a la mayor pendiente de la curva
y trasladando el origen al punto en que la tangente corta la
abcisa.
- Obtener De la curva los valores de las tensiones necesarias para lograr
una penetración de 0.1” y 0.2”.
145
ING. PEDRO FELIX DOROTEO NEYRA – DOCENTE DE LA F.I.C.
- Las curvas de tensión – penetración se dibujan en un mismo grafico
para los distintos números de golpes.
146
1
6
7
8
9
10
11
5
4
3
2
MPa
1 2 3 4 131098765 11 12
milímetros
milímetros0 5.082.54
0
0
Origen corregido
No requiere corrección
Penetración
5.08 mm. corregida
Penetración
2.54 mm. corregida
Fig. 5.10 Corrección de Curvas Tensión- Penetración
ING. PEDRO FELIX DOROTEO NEYRA – DOCENTE DE LA F.I.C.
147
ING. PEDRO FELIX DOROTEO NEYRA – DOCENTE DE LA F.I.C.
Razon de Soporte (CBR)
- El valor del CBR es la relación expresada en porcentaje entre la carga real, que
produce una deformación establecida y la que se requiere para producir igual
deformación establecida y la que se requiere para producir igual deformación en un
material chancado y normalizado, se expresa por la relación:
CBR = P * 100
P1
P : Carga obtenida en el ensayo
Pi: Carga unitaria normalizada
Las cargas normalizadas se dan en la tabla V.19
PENETRACIONTENSIONES
NORMALIZADAS MPa
TENSIONES
NORMALIZADAS MPa
2.54 6.9 70
5.08 10.3 105
7.62 13.1 133
10.16 15.8 162
148
ING. PEDRO FELIX DOROTEO NEYRA – DOCENTE DE LA F.I.C.
12.7 17.9 183
Tabla V.19 Penetración – Tensiones normalizadas
Para los suelos del tipo A – 1; A – 2 – 4 y A – 2 – 6, la razón de soporte se calcula
solo para 5 mm de penetracion (0.2 pulgadas).
Para suelos del tipo A – 4; A – 5; A – 6 Y A – 7, cuando la razón correspondiente a
5 mm es mayor que a 2,5 mm, confirmar el resultado, en caso de persistencia, la razón
de soporte correspondera a 5 mm de penetración.
Para suelos del tipo A – 3; A – 2 – 5 Y A – 2 – 7, el procedimiento a aplicar queda
al criterio del ingeniero.
Con el resultado del CBR se puede clasificar el suelo usando la tabla V.20.
CBR CLASIFICACION
0 - 5 Subrasante muy mala
5 – 10 Subrasante mala
10 – 20 Subrasante regular a buena
20 – 30 Subrasante muy buena
149
ING. PEDRO FELIX DOROTEO NEYRA – DOCENTE DE LA F.I.C.
30 – 50 Subbase buena
50 – 80 Base buena
80 - 100 Base muy buena
Tabla V.20 Clasificación del suelo de acuerdo al CBR
Cuando se requiere conocer los efectos de preconsolidación natural,
estructura de suelo, cementación natural, estratificación, que son aspectos que no
pueden producirse con muestras remoldeadas de suelo ni con muestras
supuestamente inalteradas que se ensayen en laboratorio, se recomienda efectuar el
ensaye CBR in situ, siempre que el terreno natural esté en las condiciones mas criticas
en le momento de efectuar la prueba. El procedimiento que se sigue en esta prueba es
similar al establecido en los items anteriores, con la diferencia que en este caso, la
muestra no esta confinada en un molde.
Es condición que en el lugar que se realice el ensaye no
existan particulas superiores al tamiz 20 mm (3/4”). La preparación del
terreno requiere enrasar y nivelar un area de 30 cm de diametro, para
posteriormente colocar las sobrecargas estipuladas.
El informe final del ensayo debera incluir, ademas del CBR
determinado, la curva de presión – penetración, la humedad, peso
especifico y densidad natural del suelo ensayado, antecedentes que
pueden obtenerse del suelo inmediatamente vecino al que afectó el
ensaye del CBR.
150
ING. PEDRO FELIX DOROTEO NEYRA – DOCENTE DE LA F.I.C.
7.- SEMANA DE PAVIMENTOS FLEXIBLE II
.- DISEÑO DE LA ESTRUCTURA DE UN PAVIMENTO FLEXIBLE
( Método del Instituto de Asfalto)
5.1.- Para un período de diseño de 20 años tomando como datos
IT = 725.54
CBR = 4.5%
Primer Caso:
Concreto asfaltico en tod el espesor del pavimento se
obtiene un TA de 11.25¨ pudiendo tomar un TA de 12¨
151
ING. PEDRO FELIX DOROTEO NEYRA – DOCENTE DE LA F.I.C.
12¨
¨
Segundo Caso:
Concreto asfaltico como capa de rodadura, nos recomienda
espesores mínimos de la capa de rodadura para un tránsito pesado :
e máx. = 2 ¨ = 5 cm.
2¨
152
ING. PEDRO FELIX DOROTEO NEYRA – DOCENTE DE LA F.I.C.
14¨
Tercer Caso:
Base asfáltica con mezcla asfaltica hecho con asfalto líquido.
De la figura nº 12 , se obtiene para este caso un espesor mínimo
de capa asfaltica de 15 cm. ó 6¨ , considerando una base hidráulica de
alta calidad.
Entonces se puede cambiar 8¨- 6¨ = 2¨ de concreto asfáltico, por asfalto
líquido.
De la tabla nº 10 se obtiene un factor de equivalencia de 1.4, con lo que
esta nueva capa será 2¨ * 1.4 = 2.8 ¨
153
ING. PEDRO FELIX DOROTEO NEYRA – DOCENTE DE LA F.I.C.
2¨
6¨
2.8¨
Cuarto Caso:
Pavimento asfaltico con base granular. Del gráfico nº 10 se obtiene
un espesor de pavimento de concreto asfaltico mínimo cuando se usa
una base granular, resultando 5.8¨, entonces lo que se puede cambiar
con base granular será 12¨ - 5.8¨ = 6.2¨ de la tabla nº 10 se obtiene un
espesor de equivalencia = 2.7 puesto que la base granular es de baja
calidad (CBR = 70%) con esto el espesor de la base será:
154
ING. PEDRO FELIX DOROTEO NEYRA – DOCENTE DE LA F.I.C.
eb = 2.7 * 6.2 = 16.7¨ = 16.5¨
2¨
5.8¨
16.5¨
Quinto Caso:
Pavimento asfaltico con subbase granular para esto el punto
de intersección del CBR con el IT, hacia la derecha de la curva B-B,
entonces para este caso no se puede emplear sub- base.
155
ING. PEDRO FELIX DOROTEO NEYRA – DOCENTE DE LA F.I.C.
5.2.- METODO DE CONSTRUCCION POR ETAPAS.
Primera Etapa:
Datos de Cálculo:
Período: 10 años
Tasa de crecimiento: 7%
Con estos datos y con los calculados anteriormente
calculamos el IT (para 20 años) y el IT ( para 10 años).
IT = N*C*D*E*P
Donde:
N = 1148
P = 0.5
156
ING. PEDRO FELIX DOROTEO NEYRA – DOCENTE DE LA F.I.C.
D = 1
E = 0.79
C = 1 + C2 , C2 = (1 + 0.07 )20 = 3.87
2
C = 2.435
Luego:
IT = (1.148 * 0.5 * 1 * 0.79) * 2.435
IT = 453.46 * 2.435
IT = 1104.17
con este valor
157
ING. PEDRO FELIX DOROTEO NEYRA – DOCENTE DE LA F.I.C.
IT´ = 0.05 * N * IT
donde
N : periodo de diseño de la primera etapa y es igual a 10.
IT´ = 0.05 * 10 * 1104.17 = 552.01 100
por lo tanto : el transito es pesado.
En el gráfico nº 10 ( pag. 91) se obtiene para.
IT = 1104.17
CBR = 4.5 %
TA = 11.75¨
158
ING. PEDRO FELIX DOROTEO NEYRA – DOCENTE DE LA F.I.C.
TAa = 6¨
Para:
IT´ = 552
CBR = 4.5%
TA = 11.25¨
Por ser el tránsito pesado, el espesor de la capa de rodadura de
concreto asfaltico será:
e = 2¨
Luego la disminución en la primera etapa será:
159
ING. PEDRO FELIX DOROTEO NEYRA – DOCENTE DE LA F.I.C.
12¨ - 11¨ = 1¨
Primera Alternativa:
2¨
160
ING. PEDRO FELIX DOROTEO NEYRA – DOCENTE DE LA F.I.C.
9 11¨
Segunda Alternativa:
Para un TAA = 6¨, entonces el espesor de la capa de Concreto asfaltico
que se puede reemplazar por base granular será:
e= 11¨ - 6¨ = 5¨
Siendo el espesor de base granular = 2 * 2.7 = 5.4¨ = 5¨
2¨
161
ING. PEDRO FELIX DOROTEO NEYRA – DOCENTE DE LA F.I.C.
5¨
Segunda Etapa:
Datos :
periodo: 15 años
Tasa de crecimiento : 4%
IT = 453.46 * C
Donde :
162
ING. PEDRO FELIX DOROTEO NEYRA – DOCENTE DE LA F.I.C.
C = 1 + C2
2
C2 = (1 + 0.104 )20 = 2.19
C = 1 + 2.19 = 1.1
2
IT = 453.46 * 1.6 = 725.5
Luego:
IT´ = 0.05 * 15 * 725.5
IT´ = 544.1 mayor que 100
Luego:
163
ING. PEDRO FELIX DOROTEO NEYRA – DOCENTE DE LA F.I.C.
El tránsito es pesado.
Con estos datos se tiene un nuevo espesor.
Para :
IT = 725.5
CBR = 10%
TA = 8.25¨, tomaremos TA = 8.5¨
TA a = 6.5¨
Para :
IT´ = 544.1
164
ING. PEDRO FELIX DOROTEO NEYRA – DOCENTE DE LA F.I.C.
CBR = 10%
TA´ = 8¨
Lo que significa que la tasa de crecimiento ha disminuído de tal
manera que con el diseño de la primera etapa , es suficiente para
soportar el tránsito con la segunda etapa, quedando en definitiva los
diseños anteriores.
METODO AASHTO.
GUIA METODO
Análisis
EL METODO AASHTO para el Diseño de Estructuras de Pavimentos es un documento
básico que expone el método usado para diseñar pavimentos de carreteras, nuevos y
rehabilitados. Hasta la versión del año 1993, estaba basado en correlaciones empíricas
obtenidas en el Ensayo Vial AASHO (1958-1960), el cuál incluyó una cantidad limitada
de secciones estructurales, en una sola localidad y con niveles de tráfico limitados si
son comparados con los que existen hoy en día.
Debido a que las teorías mecanísticas caracterizan de manera mas realista a los
pavimentos en servicio y mejoran la confiabilidad de los diseños, los métodos que se
basan en ellas son de desear. Sin embargo, debido a los vacíos que aún existen en el
conocimiento, los métodos de diseño mecanísticos tienen que apoyarse en relaciones
165
ING. PEDRO FELIX DOROTEO NEYRA – DOCENTE DE LA F.I.C.
empíricas, e igualmente muchas de las cuestiones acerca de la propuesta M-E tienen
que ser mejor definidas antes que se desarollen y pongan en uso procedimientos de
diseño prácticos y realistas.
Así surgió la necesidad de analizar estos temas y desarrollar una nueva Guía para el
Diseño de Estructuras de Pavimentos Nuevos y Rehabilitadas, con métodos basados en
principios M-E, al igual que el software necesario para su aplicación, que finalmente
fuese adoptado y distribuido por la AASHTO.
Se realizó así entre los años 1998-2004, el Proyecto de Investigación 1-37A de la
National Cooperative Highway Research Program (NCHRP), a un costo de 6.5 millones
de dólares. La investigación examinó la literatura relevante producida en EE.UU.y del
extranjero, conclusiones de investigaciones pasadas, las prácticas de diseño vigentes,
y bases de datos relacionadas con el análisis y el diseño de pavimentos. Como
resultado se ha desarrollado una guía de diseño basada en principios mecanísticos
sólidos, se ha desarrollado un software computacional al igual que la documentación
relacionada con el tema y abundante material educativo.
La Guía proporciona conceptos uniformes para el diseño de pavimentos flexibles,
rígidos, y compuestos y emplea parámetros comunes de diseño para el tráfico, suelo
de subrasante, y medio ambiente. Hace uso de modelos de performance M-E que han
sido calibrados usando datos de campo provenientes de los estudios de Interpretación
de Pavimentos a Largo Plazo (LTPP) que se viene realizando en los EE.UU. y de otras
fuentes.
La Guía de Diseño de Pavimentos Mecanística-Empírica, así como la documentación
relacionada y el software desarrollado en el proyecto NCHRP 1-37A, están disponibles
en línea en http://www.trb.org/mepdg/. La guía para el diseño de pavimentos es
proporcionada en formato PDF. El software puede ser descargado para su instalación
en cualquier computador local, en formato ejecutable (EXE), pero posee una protección
contra copias y requiere el acceso a Internet para comprobar un archivo específico
instalado en el servidor del Buró de Investigación de Transportes (TRB) de EE.UU., cada
vez que se pone en uso.
La versión actual de la guía de diseño, a la que se esta denominando como Guía
AASHTO 2002, en realidad aún no ha sido adoptada por la AASHTO y posiblemente no
lo sea hasta uno o dos años mas, sino que es un producto de la investigación realizada
166
ING. PEDRO FELIX DOROTEO NEYRA – DOCENTE DE LA F.I.C.
que ha sido dada a conocer para que sea probada y evaluada por los usuarios
interesados del sector público y privado de los EE.UU. y del mundo entero. Una versión
de trabajo de la guía esta publicada en esta página (ver abajo vínculo para descarga)
8ª.- SEMANA COMPATACION.
MÓDULO DE RESILIENCIA EN EL DISEÑO DE PAVIMENTOS
1. Introducción
Actualmente los métodos utilizados más comúnmente para el diseño de pavimentos, como lo son el método
AASHTO (American Association of state Highway and Transportation Officials) y el método desarrollado por el
Instituto de Ingeniería de la Universidad Nacional Autónoma de México consideran que la propiedad
fundamental para caracterizar los materiales que constituyen la sección de un pavimento de una carretera o
aeropista el el parámetro denominado Módulo de Resiliencia.
Por tal razón el especialista encargado de diseñar, construir y conservar pavimentos debe tener muy claro lo
que el parámetro módulo de resiliencia significa, es decir que es lo que representa en el diseño de
pavimentos, como se obtiene en el laboratorio y cuales son los factores que hay que considerar para su
correcta utilización.
2. Definición
Cuando los materiales que conforman la sección estructural de un pavimento se ven sometidos a un gran
número de aplicaciones de carga, es decir son afectados por esfuerzos de fatiga, debido a repetidas
solicitaciones, estos materiales empiezan a fracturarse o bien a acumular deformaciones dependiendo de su
rigidez inicial, y esta es la principal causa del deterioro observado en la superficie de los pavimentos. De
hecho, podemos mencionar que dichos agrietamientos y deformaciones aparecen para esfuerzos muy por
debajo de los que se supone debería resistir el material por si mismo.
Debido al paso por de los vehículos por la superficie de rodamiento de un pavimento, esta empieza a
distribuir los esfuerzos hacia las capas inferiores, las cuales, por esta razón se ven sujetas a esfuerzos
cíclicos de compresión c y luego de tensión t los cuales van provocando deformaciones en toda la estructura
del pavimento. La curva esfuerzo-deformación obtenida en un espécimen de material de los que constituyen
generalmente un pavimento , ya sea concreto asfáltico o hidráulico, algún material granular o un suelo
cohesivo es cualitativamente la representada en la figura 1.
167
ING. PEDRO FELIX DOROTEO NEYRA – DOCENTE DE LA F.I.C.
En dicha gráfica podemos observar que después de descargar gradualmente el espécimen casi toda la
deformación a que se vio sometida la muestra se recupera, sin embargo existe una pequeña deformación
permanente, la cual al someter la muestra a un numero N de ciclos de carga y descarga se va acumulando,
aunque dicha deformación permanente es cada ciclo consecutivo cada vez va siendo menor hasta llegar al
ciclo N donde prácticamente se recupera toda la deformación. Aún así debido a que el material describe
prácticamente la misma curva y que la deformación permanente es muy pequeña, se considera para fines de
análisis que el comportamiento de los materiales es fundamentalmente elástico durante cada ciclo de carga
y por lo tanto se le puede caracterizar con el denominado módulo de resiliencia.
El módulo de resiliencia queda definido entonces en forma análoga al módulo de young y se expresa con la
siguiente ecuación:
Donde: 1 es el esfuerzo principal mayor
2 es el esfuerzo principal mayor
d es el esfuerzo principal mayor
r es la deformación recuperable.
Figura 1. Curva esfuerzo-deformación representativa del comportamiento de materiales
sometidos a carga cíclica
Debido a que después de la aplicación un gran numero de ciclos, para los niveles usuales de esfuerzos en
pavimentos, se alcanza un estado perfectamente resiliente, en que cualquier deformación adicional es
recuperable, es usual que se haga uso de las teorías de Burmister, para el análisis de esfuerzos en
pavimentos, suponiendo que las capas son elásticas, y se utiliza como módulo de young los valores
obtenidos de módulo de resiliencia obtenidos a partir de ensayes triaxiales cíclicos para cada capa
3. Factores que afectan el módulo de resiliencia en suelos cohesivos
Es muy importante señalar que, mediante estudios realizados a varios materiales constituyentes de la
estructura de pavimentos bajo diferentes circunstancias, se ha observado que el módulo de resiliencia no es
una propiedad constante para un tipo de suelo, sino que depende de varios factores que a continuación se
mencionan:
Número de aplicaciones del esfuerzo
Después de someter varios especimenes de arcilla compactada a pruebas de módulo de resiliencia con la
secuencia recomendada por el Programa Estratégico de Investigación de carreteras (SHRP) se observo lo
siguiente:
Al someter una muestra de arcilla compactada con un peso volumétrico seco de 14.05 kN/m3 y un contenido
de agua del 28.70% existe una variación importante en el módulo de resiliencia conforme se le van aplicando
gradualmente un mayor número de cargas cíclicas, sin embargo como se puede notar en la figura 2 parece
que el módulo resiliente alcanza un valor constante a partir de un gran numero de ciclos.
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ING. PEDRO FELIX DOROTEO NEYRA – DOCENTE DE LA F.I.C.
Algo que hay que comentar es que, no obstante se han utilizado varias formas de pulsaciones para
representar el comportamiento de un pavimento ante cargas móviles, es recomendable utilizar una onda de
tipo senoidal con un tiempo de aplicación de 0.1 seg y 0.9 seg de tiempo de reposo.
Figura 2. variación del módulo de resiliencia con el número de ciclos
b. Tixotropía
En estudios previos realizados sobre arcillas compactadas se encontró que a altos grados de saturación,
particularmente para métodos de compactación que inducen cortantes en el suelo, estas muestran un gran
incremento en su resistencia sobre todo si se les permite un periodo de reposo. Este incremento en la
resistencia se le ha atribuido a la tixotropía propia de las arcillas y al cambio progresivo en el arreglo de las
partículas y las presiones de poro de agua dentro de un suelo en un tiempo prolongado.
La tixotropía es una propiedad reológica que se presenta cuando la velocidad de deformación decrece
inmediatamente, hasta hacerse constante, pero antes de esto produce una disminución considerable en la
resistencia a la deformación, que hace que la velocidad de deformación aumente cada vez que se le vuelven
a aplicar esfuerzos.
En cuanto a las presiones de poro hay que tener presente que en un suelo sometido a esfuerzos que tanto la
fase sólida como la liquida no actuad por separado, de manera que se acumulan los efectos ocasionados en
cada una, por lo que es evidente que el suelo tendrá un comportamiento muy complejo cada vez que se vea
sometido a esfuerzos.
En la siguiente ilustración se puede observar los efectos de la tixotropía en las características resilientes para
arcillas compactadas.
figura 3. efecto de la tixotropía en el módulo de resiliencia del suelo de subrasante (AASHO).
En un trabajo realizado en 1962 se reportaron muestras que fueron preparadas con características
semejantes y que fueron ensayadas a intervalos de 15 minutos, 7 horas, 21 horas, 3 días, 14 días y 50 días
después de la compactación. Se puede notar que el efecto de la tixotropía en el modulo de resiliencia varia
con el número de aplicaciones, de la figura 3 podemos observar que para menos de 10000 aplicaciones, el
incremento en el tiempo de almacenamiento entre la compactación y la prueba tiene un gran efecto en el
módulo resiliente haciendo que para mayores periodos de almacenamiento este módulo sea más grande,
aunque va disminuyendo conforme aumenta el número de aplicaciones, hasta llegar a las 10000 aplicaciones
donde después de esto el periodo de almacenamiento ya no causa efectos importantes en el la resiliencia.
Este efecto se cree que se debe a que las deformaciones inducidas por la carga repetida progresivamente
destruyen en gran medida la resistencia ganada. Pero debemos notar que para números pequeños de
repeticiones el incremento en el módulo de resiliencia es muy importante de acuerdo al tiempo de
almacenamiento, por ejemplo de la misma figura podemos ver que para muestras probadas un días después
de la compactación y muestras probadas para 50 días después de la compactación hay diferencias hasta de
300 o 400%.
Magnitud del esfuerzo desviador
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ING. PEDRO FELIX DOROTEO NEYRA – DOCENTE DE LA F.I.C.
El esfuerzo desviador tiene una marcada influencia en el módulo de resiliencia, el cual es obvio, puesto que
se encuentra implícito en su definición. Se probo una muestra de arcilla compactad con un contenido de
agua de 29.9% y un peso volumétrico de 13.93kN/m3. Los resultados obtenidos para esta muestra se
encuentran en la figura 4.
Figura 4. efecto de la magnitud del esfuerzo desviador en el módulo de resiliencia.
En la figura anterior podemos notar la clara influencia ya comentada que tiene el esfuerzo desviador en la
resiliencia, donde se ven los módulos obtenidos para arcillas sometidos a esfuerzos principales mayor de
41.4, 27.6 y 13.8 KPa, los cuales se mantenían constantes.
De lo anterior deducimos que se debe establecer una magnitud para el esfuerzo desviador, de manera que el
módulo de resiliencia sea correctamente interpretado, pero debemos señalar que la magnitud de los
esfuerzos principales también tienen cierta influencia. En la figura se observa que conforme se incrementa el
esfuerzo desviador, las diferencias en el módulo de resiliencia para diferentes magnitudes de esfuerzos
principales disminuyen, es por eso que generalmente se utiliza un esfuerzo desviador de 69 kPa (10 psi) para
obtener el módulo, sin embargo lo más adecuado sería evaluar el estado de esfuerzos que estará presente
en la subrasante.
Método de compactación
Los estudios realizados sobre arcillas han demostrado que el método de compactación aplicado tiene un
marcado efecto sobre el acomodo de las partículas de la muestra arcillosa. Parece ser que la estructura
adoptada es debida principalmente al cortante inducido en el suelo durante el proceso de compactación.
Como ejemplo podemos mencionar que para muestras compactadas a bajos grados de saturación no hay
una deformación apreciable inducida por el método de compactación y las partículas de arcilla asumen un
arreglo al azar, adquiriendo una estructura floculada. Pero cuando las muestra son compactadas a altos
grados de saturación (más de 85%), como ocurre en el lado húmedo de la curva de compactación, la
resistencia al esfuerzo cortante inducida durante la compactación puede variar considerablemente. En suelos
compactados por medio de amasado, el pisón que penetra en el suelo causa el levantamiento adyacente de
la superficie del suelo como resultado de las deformaciones, y se tiende a adquirir una estructura dispersa,
es decir, con las partículas alineadas en forma paralela. Y si ese mismo suelo se compacta por un método
estático, de manera que no exista posibilidad de que se produzcan desplazamientos laterales, las partículas
conservarán su estructura floculada.
Si comparamos la resistencia a la compresión simple obtenida en muestras de arcilla compactadas (del lado
seco) con métodos estáticos y por amasado, la diferencia no será significativa, sin embargo para las mismas
muestras pero para altos grados de saturación la resistencia presenta gran variación.
En la figura 5 se observan los valores de módulo resiliente desarrollados a 60000 aplicaciones. Se ven claras
diferencias en el módulo para contenidos de agua entre 16 y 18%
Figura 5. Efecto del método de compactación en las características de resiliencia.
Grado de compactación y contenido de agua
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En un estudio realizado a 35 muestras de arcilla de alta compresibilidad con pesos volumétricos entre 12 y
15 kN/m3 y contenidos de agua entre 14 y 36%. Estas muestras se sometieron a 20000 ciclos con un
esfuerzo desviador de 69 kPa y una presión de confinamiento de 13.8 kPa.
El módulo de resiliencia presentó un rango de variación comprendido entre 33800 y 186000 kPa, para los
rangos de contenido de agua y peso especifico seco utilizados-
Se tomo como base los datos obtenidos de módulo de resiliencia para construir líneas isocaracterísticas de
igual valor de módulo resiliente y de esta manera observar su comportamiento en el espacio de
compactación. Dicho comportamiento lo podemos apreciar en la figura 7.
En esta figura se puede notar que la
TIPOS DE RODILLO COMPACTADORES :
PAVIMENTO ASFÁLTICO
1. DEFINICIÓN
Pavimento compuesto de una capa de áridos envueltos y aglomerados con betún
asfáltico, de espesor mínimo de 25 mm, sobre capas de sustentación como base
granular, asfáltica, hormigón o pavimento de bloques
RIEGOS:
- Imprimación
- Riego de Liga (Tack coat)
- Sello Negro (Fog seal)
- Mata polvo
SELLOS:
- Tratamientos Superficiales (simple o doble)
- Lechada Asfáltica.
- Sello de Fricción
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ING. PEDRO FELIX DOROTEO NEYRA – DOCENTE DE LA F.I.C.
CAPAS ESTRUCTURALES
A. Según temperatura de la mezcla: - Mezcla en Caliente
- Mezcla en Frío - Mezcla en Planta
- Mezcla en Sitio
B. Según huecos en la mezcla:
- Mezcla Abierta: Porcentaje de huecos en la mezcla compacta mayor a 5%
- Mezcla Cerrada: Porcentaje de hueco en la mezcla compacta menor al 5%
C. Según Origen de la Materia Prima: - Mezclas Vírgenes.
- Mezclas Recicladas
OBJETIVOS DE UN PAVIMENTACIÓN
SOPORTE DE LAS CARGAS PRODUCIDAS POR EL TRÁFICO :
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ING. PEDRO FELIX DOROTEO NEYRA – DOCENTE DE LA F.I.C.
Un camino debe ser capaz de soportar las cargas que el tráfico ocasiona sin que se
produzcan desplazamientos en la superficie, base o sub-base.
El asfalto no contribuye sustancialmente a la resistencia mecánica de la superficie, la
carga se transmite a través de los áridos a las capas inferiores, donde son finalmente
disipadas.
PROTECCIÓN CONTRA EL AGUA:
Un exceso de agua en los materiales que componen la carretera, ocasiona la
lubricación de las partículas con la consiguiente pérdida de capacidad de soporte,
especial cuidado debe tenerse al proyectar un camino del control de aguas, tanto de
superficie como filtrantes.
El asfalto puede sellar la superficie del camino contra el exceso de agua fluyente, si el
material granular está correctamente graduado.
TEXTURA SUPERFICIAL ADECUADA.
La capa de rodadura debe ser segura para la conducción de vehículos, y lo
suficientemente lisa para proporcionar una marcha confortable .
La buena combinación del asfalto y las partículas granulares puede producir una
excelente textura superficial de conducción segura y marcha suave.
FLEXIBILIDAD PARA ADAPTARSE A LAS FALLAS DE LA SUB-BASE:
Los pavimentos asfálticos son flexibles y pueden ajustarse a las posibles asentamientos
de la base.
RESISTENCIA A LA OXIDACION.
El sol, el viento y las variaciones de temperatura afectan a los materiales bituminosos,
por lo tanto una buena elección de materiales y un buen plan de conservación pueden
mantener la flexibilidad y propiedades ligante del asfalto.
DISEÑO
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Para el diseño de un pavimento asfáltico se consideran tres elementos principales:
Tipo de agregado
Tipo de ligante
Método de construcción
TIPO DE AGREGADO.
El agregado pétreo contribuye a la estabilidad mecánica, soporta el peso del tráfico y al
mismo tiempo transmite las cargas al terreno.
Los áridos deberán clasificarse y acopiarse separadamente en tres fracciones como
mínimo: gruesa, fina y polvo mineral (filler), las que deberán cumplir ciertos requisitos
dispuestos en el proyecto.
TIPO DE LIGANTE.
El tipo y grado de asfalto a emplear en una determinada obra dependerá del objeto de
la obra, del tipo de pavimento a confeccionar, del clima imperante, de los agregados
disponibles en la zona y de la intensidad del tráfico.
CAPAS ESTRUCTURALES
Las capas estructurales son aquellas carpetas asfálticas que, por condiciones de
mezcla y espesor, forman una estructura resistente, computable en el diseño de un
pavimento flexible.
Según el método constructivo se dividen en dos grupos:
Mezclas en planta.
Mezclas en sitio.
MEZCLA EN PLANTA.
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Mezcla en planta es la mezcla de árido y asfalto en una planta central generalmente de
alto rendimiento.
Existen mezclas en planta en frío y en caliente. En las mezclas en frío se usan asfaltos
líquidos, por lo cual la mezcla se efectúa sin calentar los agregados y el asfalto se
calienta a una temperatura relativamente baja, solo para obtener la viscosidad
necesaria de mezclado. Salvo indicación se emplearán asfaltos cortados que cumplan
con lo especificado en LNV 29 ó LNV 50, o emulsiones asfálticas según LNV 30 ó LNV
31.
Las mezclas en caliente son las de mayor estabilidad de todas las mezclas asfálticas y
consisten en mezclar el agregado pétreo y el cemento asfáltico a alta temperatura
(135 a 165ºC).
Los cementos asfálticos típicos son: CA 60-80 y CA 80-100, que deben cumplir con las
especificaciones LNV 28 y dependiendo del proyecto deberá cumplirse lo especificado
en la tabla 5.408.202.A del Manual de carreteras volumen 5 MOP - Chile.
Planta Móvil
MEZCLA EN SITIO.
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Una mezcla en sitio es una carpeta asfáltica que se confecciona mezclando árido con
asfalto líquido en la misma faja del camino, mediante motoniveladora o alguna
maquinaria especial que efectúe el trabajo.
Los asfaltos líquidos más adecuados para estas mezclas son:
RC-250 clima cálido y medianamente húmedo.
MC-250 clima templado y medianamente húmedo.
CSS-1 ó SS-1 clima frío, templado y húmedo.
MÉTODO CONSTRUCTIVO
Método constructivo para mezclas en caliente
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5.4. PREPARACIÓN DE LA SUPERFICIE.
Las mezclas obtenidas en la instalación pueden aplicarse sobre cualquier base estable.
En superficies no tratadas la base deberá imprimase. Cuando se aplica la mezcla sobre
una superficie pavimentada debe aplicarse un riego de adherencia cuyo fin es cerrar
pequeñas grietas de la antigua superficie y enlace con la nueva superficie.
5.5. TRANSPORTE .
Una vez confeccionadas las mezclas en la planta estas deberán transportarse a los
lugares de colocación en camiones tolva convenientemente preparados para ese
objeto. Las condiciones de la mezcla a la salida del mezclador y a la llegada a su punto
de empleo deben ser iguales .
COLOCACION DE LA MEZCLA.
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La superficie deberá estar seca o ligeramente húmeda. La temperatura de la
mezcla no deberá ser inferior a 110ºC al comienzo y 85ºC al término del
proceso.
Para la distribución de la mezcla usualmente se emplea una terminadora.
Se recomienda una terminadora para extender capas de nivelación de mezclas en
caliente o en frío y eventualmente una motoniveladora. Las mezclas en frío deben
extenderse y compactarse en varias capas.
Las mezclas deberán extenderse sobre superficies secas y previamente imprimadas.
Sólo deberán colocarse y compactarse mezclas cuando la temperatura ambiental sea
de por lo menos 10ºC, sin bruma ni lluvia.
COMPACTACION DE LA MEZCLA.
La compactación suele iniciarse utilizando rodillo tándem de dos ruedas de acero,
sobre las orillas exteriores de la capa recién tendida para ir luego apisonando hacia el
centro del camino.
Durante la compactación las ruedas de las apisonadoras deberán mantenerse húmedas
para evitar que se adhieran al material. Tras de haberse hecho las correcciones que
fuesen necesarias después del apisonado inicial, se procede a dar pasadas con el
rodillo neumático. Cuando se pavimenta una sola franja esta debe apisonarse de la
siguiente forma:
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Juntas transversales: Las juntas deben comprobarse con regla para asegurar su
regularidad y alineación. En la junta debe emplearse un exceso de material,
compactandola, descansando sobre la superficie previamente terminada y apoyando
unos 15 cm de una rueda sobre la mezcla recién extendida.
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ING. PEDRO FELIX DOROTEO NEYRA – DOCENTE DE LA F.I.C.
Juntas Longitudinales: Las juntas longitudinales deben compactarse inmediatamente
después de la extensión del material. La primera franja extendida debe tener el perfil
longitudinal y transversal necesarios y tener su borde cortado verticalmente.
Compactación inicial: La compactación inicial debe seguir inmediatamente al de las
juntas longitudinales y bordes. Los rodillos deben trabajar lo más cerca de la
terminadora para obtener la densidad adecuada sin causar un desplazamiento
indebido.
Segunda Compactación: Para la segunda compactación se considera preferible los
rodillos neumáticos, que deben seguir a la compactación inicial tan de cerca como sea
posible y mientras la mezcla está aún a una temperatura que permita alcanzar la
máxima densidad.
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ING. PEDRO FELIX DOROTEO NEYRA – DOCENTE DE LA F.I.C.
Compactación Final: La compactación final debe realizarse con rodillos tandem de
dos ruedas o tres, mientras que el material es aún suficientemente trabajable para
permitir suprimir las huellas de los rodillos.
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ING. PEDRO FELIX DOROTEO NEYRA – DOCENTE DE LA F.I.C.
La cantidad, peso y tipo de rodillos que se empleen deberán ser el adecuado para
alcanzar la compactación requerida dentro del lapso de tiempo durante el cual la
mezcla es trabajable.
CONTROLES
Una vez terminada la colocación de la mezcla se procede al control de las siguientes
características:
Densidad
Espesor
Contenido de asfalto
Lisura
Rugosidad
Método constructivo para mezclas en frío.
Preparación de la mezcla.
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Las mezclas se prepararán en plantas fijas o móviles, sean estas continuas o
discontinuas, que permitan reproducir la dosificación aprobada dentro de las
tolerancias que son permitidas indicadas en: 5.409.203 del Manual de Carreteras
volumen 5 MOP-Chile.
6.2. Transporte y colocación.
Las mezclas deberán transportarse a los lugares de colocación en camiones tolva
convenientemente preparados para este objeto y esparcirse mediante una terminadora
autopropulsada.
Las mezclas deberán extenderse sobre superficies secas y previamente imprimadas.
Sólo deberán colocarse y compactarse mezclas cuando la temperatura ambiental sea
de por lo menos 10ºC, sin bruma ni lluvia.
6.3. Compactación
Antes de iniciar la compactación la mezcla deberá esparcirse, enrasarse y perfilarse.
Deberá alcanzar el nivel de densificación requerido y una textura uniforme. Para lograr
estos efectos se podrá iniciar la compactación utilizando un compactador de ruedas de
acero tipo tándem, para luego continuar con rodillos vibratorios y/o neumáticos.
Controles.
Antes de proceder a la colocación de la mezcla, se deberá verificar que el clima se
ajuste a lo señalado anteriormente, y que la superficie esté limpia, seca y libre de
materiales extraños.
La densidad promedio de la mezcla compactada no deberá ser inferior al 96% de la
densidad obtenida en el diseño.
Así como ocurre con la aplicación de mezclas en caliente, en las aplicaciones en frío es
necesario llevar un control estricto en lo referido a :
Densidad
Espesores
Contenido de asfalto
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Lisura
Rugosidad
CAUSAS DE UN PAVIMENTO DEFECTUOSO
AGRIETAMIENTO.
Mezcla muy caliente o muy fría.
Exceso de filler.
Excesivo apisonamiento con rodillo cuando hay desplazamiento en la base.
Viraje demasiado abrupto del rodillo.
Equipo de compactación inadecuado.
DESGARRAMIENTO.
Por falta de finos.
Mezcla con escaso betún.
Incorrecta proporción entre el espesor de la capa y el tamaño de los agregados.
Mezcla demasiado fría.
Mal estado o mal ajuste del compactador en la terminadora.
SUPERFICIE ONDULADA.
Fluctuaciones en la temperatura de la mezcla.
Incorrecta compactación con rodillo.
El camión demasiado frenado.
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ING. PEDRO FELIX DOROTEO NEYRA – DOCENTE DE LA F.I.C.
Retroceso demasiado abrupto del rodillo.
Excesivo control de la maestra.
Sobrecarga de los tornillos espaciadores.
Diferencia marcada de espesores en una misma capa.
SEGREGACIÓN.
Deficiente alimentación de materiales fríos en la planta asfáltica.
Incorrecta forma de cargar el camión.
Acumulación de materiales en los lados de la tolva de la terminadora.
MOVIMIENTO DE TIERRAS
DEFINICIÓN.
ALINEACIONES, NIVELES, PERFILES TRANSVERSALES Y PERFILES
LONGITUDINALES.
CLASIFICACION DE LOS SUELOS.
CLASIFICACION DE LAS EXCAVACIONES.
MATERIAL PARA RELLENO.
EJECUCIÓN DE LOS RELLENOS.
COMPACTACIÓN.
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ING. PEDRO FELIX DOROTEO NEYRA – DOCENTE DE LA F.I.C.
ESPONJAMIENTO.
EXCAVACIÓN EN OBRAS COMPLEMENTARIAS.
FORMA DE PRESENTACIÓN DE LAS PARTIDAS EN EL PRESUPUESTO DE LA OBRA
DEFINICIÓN
Las cotas de proyecto de rasante y subrasante de las obras de pavimentación
establecen la necesidad de modificar el perfil natural del suelo, siendo necesario en
algunos casos rebajar dichas cotas, y en otros casos elevarlas.
En el primer caso corresponde ejecutar un trabajo de "corte o excavación", y en el
segundo, un trabajo de "relleno o de terraplén".
En ambos casos debe efectuarse lo que constituye propiamente un "movimiento de
tierras.
ALINEACIONES, NIVELES, PERFILES TRANSVERSALES Y PERFILES
LONGITUDINALES
2.1.-) Aspectos generales
En todo proyecto de pavimentación se consultan planos de perfiles longitudinales y
transversales, relacionados con la línea de la calzada. Estos planos deben servir como
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ING. PEDRO FELIX DOROTEO NEYRA – DOCENTE DE LA F.I.C.
guía para establecer las cotas que definirán la alineación y las alturas de excavación o
de relleno.
Una vez definido el trazado en planta de una obra vial, es necesario conocer la
conformación del terreno circundante para definir la posición final de la rasante, y las
características de las secciones transversales que resultarán al imponer la plataforma
de proyecto.
Los diversos tipos de perfiles que se levantan, tienen por objeto representar con
fidelidad la forma y las dimensiones que el terreno presenta según los planos
principales. Estos definen tridimensionalmente la obra en proyecto, a una escala que
permita cubicar sus diversos componentes.
2.2-) Perfiles longitudinales del terreno.
Objetivo y alcance. Se llama perfil longitudinal del terreno a la intersección de éste
con una superficie de generatrices verticales que contiene el eje del proyecto
2.3-) Perfiles trasversales de terreno.
Objetivo y alcance. Se define como perfil transversal de un camino o carretere a la
intersección del camino con un plano vertical que es normal, en el punto de interés, a
la superficie vertical que contiene el eje del proyecto. El perfil transversal tiene por
objeto presentar en un corte por un plano transversal, la posición que tendrá la obra
proyectada respecto del proyecto, y a partir de esta información, determinar las
distintas cantidades de obra, ya sea en forma gráfica o analítica.
2.4-) Perfiles especiales.
Objetivo y alcance. Para resolver algunos aspectos de un estudio de camino, obras
de arte por ejemplo, puede ser necesario tomar perfiles especiales . Los mas corrientes
son según ejes que corten el eje longitudinal bajo un cierto ángulo, en otros casos
pueden ser perfiles de estudios especiales o complementarios en lugares que se ven
comprometidos por la obra.
Los perfiles especiales que corten al eje longitudinal se pueden definir por el
kilometraje de la intersección más el ángulo de corte, a otros se les definirá por
números o letras y se les ubicará en la planta.
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ING. PEDRO FELIX DOROTEO NEYRA – DOCENTE DE LA F.I.C.
2.5-) Especificaciones.
Antes de comenzar cualquier operación relacionada con movimiento de tierras se
deberán estacar a distancias no superiores a 20 [m] entre sí, el pie de los terraplenes y
los bordes superiores de los cortes.
Las excavaciones deberán alcanzar con exactitud las trazas que muestren los planos,
debiéndose respetar estrictamente las alineaciones, niveles, taludes y secciones
transversales.
Las excavaciones de cortes incluyen en algunos casos, además la demolición de
revestimientos asfálticos existentes, de pavimentos de hormigón incluso, bases y
subbases cuando corresponda.
CLASIFICACION DE LOS SUELOS
3.1-) Aspectos generales.
De acuerdo a la mecánica de suelos, se han establecido sistemas de clasificaciones de
los suelos, como por ejemplo AASHTO. En estos sistemas de clasificación se consideran
en general suelos de tipo granulares y limosos-arcillosos, dentro de los cuales existen
subdivisiones que están relacionadas con el tamaño de las partículas del suelo, el
limite liquido, índice de plasticidad e índice de grupo.
Esta clasificación reviste importancia en el movimiento de tierra, ya que una vez
efectuada, la capa superior del suelo ya rectificada de acuerdo al nivel de proyecto de
la subrasante, debe tener una capacidad mínima aceptable para soportar las cargas
trasmitidas desde la superficie del pavimento.
Considerando la clasificación AASHTO se acepta que cumplen esta condición los suelos
clasificados como A-1, A-2, A-3, y además los, que explícitamente recomiende el
laboratorio oficial (LNV Chile).
3.2-) Especificaciones.
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ING. PEDRO FELIX DOROTEO NEYRA – DOCENTE DE LA F.I.C.
Se clasificara como "roca" el material constitutivo de aquellas excavaciones que deban
efectuarse en formaciones geológicas firmemente cementadas, mediante el uso
imprescindible, sistemático y permanente de explosivos. Los materiales que no
cumplan con esta condición, se clasificaran como terreno de cualquier naturaleza.
CLASIFICACIÓN DE LAS EXCAVACIONES
1-) Aspectos generales. Para los efectos de determinar el costo de ejecutar una
excavación se establece otra clasificación, basada en la mayor o menor dureza del
terreno, y que debe ser usada para la cubicación de los movimientos de tierra, pues de
esta clasificación dependerán los medios necesarios para realizar la excavación las que
varían con la naturaleza del terreno, que desde este punto de vista, se pueden
clasificar en:
A.-) Excavación en terreno blando. Puede ser ejecutada valiéndose exclusivamente
de la pala. El material del suelo puede ser de tipo arenoso, arcilloso o limoso, o una
mezcla de estos materiales; también puede contener materiales de origen orgánico.
B.-) Excavación en terreno semiduro. Puede ser ejecutada valiéndose
exclusivamente de picota. El material puede ser en tal caso una mezcla de grava,
arena y arcilla, moderadamente consolidada, o bien una arcilla fuertemente
consolidada.
C.-) Excavación en terreno duro. Puede ser ejecutada valiéndose exclusivamente
de la chuzo. El material puede ser una mezcla de grava, arena y arcilla, fuertemente
consolidada.
D.-) Excavación en terreno muy duro. Puede ser ejecutada valiéndose
necesariamente del uso de maquinaria especializada. El tipo de material puede ser una
roca semi-descompuesta.
E.-) Excavación en roca. La que precisa para su ejecución del uso de explosivos. El
material puede estar constituido por un manto de roca, o por piedras de gran tamaño,
que no pueden ser removidas mediante el uso de maquinaria.
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ING. PEDRO FELIX DOROTEO NEYRA – DOCENTE DE LA F.I.C.
MATERIAL PARA RELLENO.
El material que se emplee en los rellenos, debe ser el apropiado según la clasificación
de suelo y ensayos de laboratorio. Material que deberá ser verificado preferentemente
por el propio laboratorio, o en base a los métodos prácticos de reconocimiento de
suelos.
EJECUCIÓN DE LOS RELLENOS.
El relleno debe ejecutarse por capas horizontales de espesor suelto no mayor de 20
cm, en todo el ancho de la calzada o acera y en longitudes adecuadas, de acuerdo al
método empleado en la distribución, mezcla y compactación. En caso de ser
transportado y vaciado mediante camiones, mototraillas, u otro equipo de volteo, la
distribución debe ser efectuada mediante Bulldozer, Motoniveladoras u otro equipo
adecuado. Si el material no fuese uniforme, se debe proceder además a mezclarlo
hasta obtener la debida uniformidad. Al mismo tiempo, deberá controlarse el tamaño
máximo de los elementos que integren dicho material, eliminando todo aquel que
supere este tamaño.
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ING. PEDRO FELIX DOROTEO NEYRA – DOCENTE DE LA F.I.C.
Relleno efectuado con mototraill
COMPACTACIÓN
7.1-) Aspectos generales.
La compactación es el procedimiento de aplicar energía al suelo suelto para eliminar
espacios vacíos, aumentando así su densidad y en consecuencia, su capacidad de
soporte y estabilidad entre otras propiedades. Su objetivo es el mejoramiento de las
propiedades de ingeniería del suelo.
Luego de la ejecución de los rellenos con todos los procedimientos propios del mismo,
debe procederse a la compactación de éste. Para esta operación, deberá controlarse
previamente el contenido de humedad, que debe corresponder a la humedad optima
que determine el laboratorio.
El material deberá ser compactado con el grado que fije el laboratorio, de acuerdo al
ensaye Proctor modificado y para cumplir con este requisito deben tenerse en
consideración los siguientes factores:
a.-) Espesor de la capa de material suelto que se compacta.
b.-) Presiona ejercida por el rodillo o pisón sobre el terreno.
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ING. PEDRO FELIX DOROTEO NEYRA – DOCENTE DE LA F.I.C.
c.-) Numero de pasadas del rodillo o golpes de pisón, necesarios parta obtener el grado
de compactación establecido.
d.-) Humedad en el momento de la operación.
En la mayor parte de los casos, será necesario el empleo de maquinaria especializada,
que puede ser la siguiente:
TIPOS DE RODILLOS
(1)- Rodillo pata de cabra. Consta de los siguientes elementos: un tambor al cual
van soldadas una serie de patas; un marco que lleva los descansos del tambor; y una
barra de tiro para acoplar el rodillo al tractor de remolque.
Este tipo de rodillo se usa cuando se requiere una alta presión aplicada al material de
relleno, entre 9 y 20 [Kg/cm2], que puede aumentar considerablemente si el tambor se
rellena con agua y arena.
(2)- Rodillo con ruedas neumáticas. Consiste en un cajón metálico apoyado sobre
ruedas neumáticas. Este cajón, al ser llenado con agua, arena seca o arena mojada,
ejerce una mayor presión de compactación, con valores que pueden variar entre 3 y 8
[Kg/cm2].
(3)- Rodillo vibratorio. En este caso al rodillo, formado por un tambor de acero, se le
ha agregado vibración, haciendo girar un contrapeso colocado excéntricamente en el
eje de giro, con frecuencias de 1000 a 4000 revoluciones por minuto.
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ING. PEDRO FELIX DOROTEO NEYRA – DOCENTE DE LA F.I.C.
(4)- Placa compactadora. Esta, corresponde a una placa apisonadora que golpea y
se separa del suelo a alta velocidad logrando con ello la densificación del suelo.
La compactación debe efectuarse comenzando en los bordes y avanzando hacia la
línea central en pasadas paralelas traslapadas en, por lo menos, una mitad del ancho
de la unidad compactadora. Se requiere un numero de pasadas suficiente para obtener
el grado de compactación exigido.
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ING. PEDRO FELIX DOROTEO NEYRA – DOCENTE DE LA F.I.C.
ESPONJAMIENTO
Todos los terrenos al ser excavados sufren un aumento de volumen. Este aumento de
volumen, expresado en porcentaje del volumen en sitio, se llama esponjamiento. Si el
material se emplea como relleno, puede en general, recuperar su volumen e incluso
puede reducirse( Volumen compactado).
Para la cubicación del material de la excavación, se considera su volumen antes de ser
excavado( En banco); en ningún caso el volumen transportado, que es mayor debido al
esponjamiento.
EXCAVACIÓN EN OBRAS COMPLEMENTARIAS.
La excavación que se ejecute en la construcción de obras complementarias, tales como
soleras, cámaras, sumideros, tuberías, etc., se cubicará separadamente, y se agregará
al volumen total de excavación.
FORMA DE PRESENTACIÓN DE LAS PARTIDAS EN EL PRESUPUESTO DE LA
OBRA
En las bases técnicas especiales, se indicara la forma de presentación de las partidas
que comprende el movimiento de tierras de la obra contratada, de acuerdo a los
siguientes criterios:
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Volumen de excavaciones, de acuerdo a su clasificación.
Volumen de material de excavación empleado como relleno en la misma obra
(movimiento de tierra compensado).
Relleno de empréstito.
En la presentación de las propuestas en base a precios unitarios, se cubicara
separadamente cada una de estas partidas.
OTRAS MAQUINARIAS
En excoeuropa estamos orgullosos de
poder contar con una gran variedad de
maquinaria que se adapta
perfectamente a los diversos tipos de
tareas que realizamos y a los diferentes entornos de trabajo en
que nos movemos.
LA RETROCARGADORAS.
Las retrocargadoras son las máquinas más polivalentes
del mercado, ya que por sus características, nos
permiten realizar trabajos tanto utilizando la cuchara
delantera, como la cuchara trasera mediante el retro.
Utilizando la cuchara delantera la
retrocargadora puede realizar trabajos
de desbroze, limpiezas de terrenos,
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ING. PEDRO FELIX DOROTEO NEYRA – DOCENTE DE LA F.I.C.
extendido de materiales, nivelados, carga y transporte
de materiales.
Utilizando la cuchara posterior la
retrocargadora nos permite realizar
trabajos tales como la apertura de
zanjas, construcción de pozos,
fundamentación de terrenos, etc..
MINI CARGADORAS:
Con su reducido tamaño, las Mini-Cargadoras pueden
trabajar en lugares estrechos donde la accesibilidad, de
otros vehiculos, dificultaria la facilidad de
maniobrabilidad de este tipo de maquinas
Este tipo de maquinaria permite realizar trabajos de
nivelado, subbases para pavimentaciones, terraplenados,
realización de zanjas y demoliciones, tanto en zonas de
dificil acceso como aquellas que ofrecen limitaciones de
movimiento.
ESCABADORAS:
Las excavadoras nos permiten gracias a su gran
capacidad de trabajo y de giro (hasta 360 grados), tareas
que impliquen toda clase de excavaciones y
demoliciones.
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ING. PEDRO FELIX DOROTEO NEYRA – DOCENTE DE LA F.I.C.
Las excavadoras de ruedas permiten una gran movilidad
dentro del entorno de trabajo, facilitando su
desplazamiento en trayectos cortos.
Las excavadoras de cadenas debido
a su gran tamaño, se utilizan en
trabajos de gran envergadura tanto
de excavación como en cargas de
materiales.
Este tipo de maquinaria permite realizar desmontes de
terrenos para trazados de carreteras, grandes
canalizaciones, etc...
RODILLOS
Los rodillos se utilizan para la compactación de toda
clase de materiales.
Existen rodillos manuales para la compactación de zanjas
donde su tamaño reducido no permite la accesibilidad de
otro tipo de rodillos.
Los rodillos autopropulsados, se utilizan en toda clase de
compactaciones de grandes extensiones de terreno, ya
sean de tierras o bién de áridos.
PALAS:
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Una pala, permite grandes movimientos de tierra gracias
a la capacidad de su cuchara y envergadura de la
maquinaria.
Las palas se utilizan para desbroces,
extendido y cargas de materiales
sueltos como sauló, grava, arenas,
etc...
CAMIONES:
Los camiones nos permiten el transporte de tierra ya sea
bién dentro de un recinto de obra, como en grandes
desplazamientos.
Existen camiones de distintos tamaños y cargas
utilizandose tales en función de la carga y las
necesidades de la obra.
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MOTOCONFORMADORAS
La motoconformadora es una de las máquinas de mayor uso en la
construcción y conservación de caminos, ya que se emplea tanto para
revolver materiales como para extender y conformar los mismos de
igual manera se suele emplear para afinar taludes, para hacer zanjas,
para conservar cunetas, etc.
Por su sistema de transmisión hay dos tipos de Motoniveladoras,
una, la más común es la que únicamente las ruedas traseras son
motrices y las delanteras direccionales; la otra que es menos usual, las
ruedas tanto traseras como delanteras son motrices.
Las Motoniveladoras tienen una cuchilla que pueden moverse por
rotación alrededor de un eje vertical por rotación alrededor del eje
longitudinal de la cuchilla y por traslación siguiendo este eje.
Además de cuchilla, a las Motoniveladoras se les adapta un
escarificador que se emplea para remover los terrenos duros antes de la
entrada de la cuchilla.
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ING. PEDRO FELIX DOROTEO NEYRA – DOCENTE DE LA F.I.C.
Para llevar a cabo los trabajos de que es capas la Motoniveladora,
es indispensable aprovechar el máximo de la potencia de la máquina. Un
factor que afecta ésta potencia es el ajuste de la cuchilla y por lo tanto
es necesario prestarle mucha atención. Siendo cóncava la forma de la
cuchilla, el diseño de la misma es tal que la posición frontal más efectiva
para cortar o revolver se logra cuando el filo de la cuchilla queda vertical
al lado superior. El ajuste vertical se emplea para emparejar superficies
y dar forma definida.
Para trabajos de conservación de caminos, la parte superior de la
cuchilla se inclina hacia delante hasta obtener una inclinación frontal
conveniente para dar rastreos.
Con respecto a la posición de la cuchilla con relación al eje
longitudinal de la máquina, el ángulo debe limitarse al apropiado para
que el material pueda correr libremente hacia el extremo de la cuchilla.
Para rastreo éste ángulo debe ser de 60ª a 70ª.
La inclinación de las ruedas delanteras es básicas, ya que en casi
todas sus aplicaciones las Motoniveladoras soportan una fuerza lateral
que tiende a desviar la parte delantera de la máquina hacia un lado.
Para contrarrestar esta fuerza, las ruedas delanteras deben inclinarse
hacia la dirección que lleva la tierra al correr sobre la hoja o cuchilla.
200
ING. PEDRO FELIX DOROTEO NEYRA – DOCENTE DE LA F.I.C.
La Motoniveladora es un máquina que en virtud de su forma de
trabajo hacia delante, debe voltear en tramos de longitud no menor de
300m, pues a menores distancias conviene utilizar la reversa para
regresar.
A continuación se dan las velocidades en la transmisión
recomendables para los diversos trabajos en la Motoniveladora.
Conservación de caminos............................................... 3 a - 5 a
Extendido de materiales................................................. 2 a - 4 a
Mezcla de materiales .................................................... 4 a - 6 a
Acabados finales............................................................. 2 a - 4 a
Desyerbes........................................................................ 1 a - 2 a
Afinamiento de taludes.................................................... 1 a
RENDIMIENTO
Puede calcularse por la fórmula.
T = (N*L/E*V1) + (N*L/E*V2) +(N*L/E*V3) +........ etc
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ING. PEDRO FELIX DOROTEO NEYRA – DOCENTE DE LA F.I.C.
Donde:
T = tiempo en horas
N = número de pasadas, la cual debe estimarse de acuerdo a la
clase de trabajo.
L = longitud recorrida en Km., en cada pasada y que debe
determinarse al conocerse
la naturaleza del trabajo.
V1, V2, V3 = velocidades para cada pasada.
Excavadoras
Características implantadas orientadas al consumidor hacen de las excavadoras Case el
equipo perfecto para sus exigentes situaciones de trabajo. Case ofrece una gran selección de
excavadoras para que usted elija, incluyendo modelos estándares, así como también
modelos de largo alcance, modelos estrechos, modelos forestales y muchos otros modelos
para usos especiales. Estas máquinas tienen rápidos ciclos de operación, gran capacidad de
elevación y fuerza de desagregación, y controles precisos para una máxima productividad.
Seleccionar un modelo:
Modelo Potencia bruta del motor Fuerza de Excavación del cuchara Peso Operacional
CX130 110 hp 21.619 lb 27.057 lb
202
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(82 kW) (9.620 kg) (12.273 kg)
CX160
110 hp 24.729 lb 36.226 lb
(82 kW) (11.000 kg) (16.432 kg)
CX210
153 hp 28.533 lb 44.002 lb
(114 kW) (12.690 kg) (19.959 kg)
CX240
180 hp 35.432 lb 53.240 lb
(134 kW) (15.760 kg) (24.149 kg)
CX290
190 hp 35.969 lb 64.725 lb
(142 kW) (16.000 kg) (29.359 kg)
CX330
275 hp 51.436 lb 78.043 lb
(205 kW) (22.880 kg) (35.400 kg)
CX460
316 hp 55.528 lb 101,257 lb
(235 kW) (24.700 kg) (45.929 kg)
203
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Motoniveladoras
Llegó la motoniveladora con la confianza, calidad y marca que usted estaba esperando.
Motoniveladora Case Série 800.
En este proyecto, Case colocó toda la experiencia adquirida en la fabricación de
productos que conquistaron el liderazgo del mercado y la confianza de clientes de todo
el mundo. Y, como todo lo que hace Case , esta motoniveladora fue probada y
aprobada dentro del riguroso patrón de calidad Case, para asegurar el desempeño y la
productividad que usted ya conoce en todos los productos de la marca.
Esta es una prueba más de que Case siempre hace más por usted.
Seleccionar un modelo:
Modelo Potencia Bruta del motor Peso Operacional Largo de la Hoja (estándar)
845
(SAE J1995)
150 hp13.535 kg 3.658 mm
(112 kW) (29.777 lb) (12')
865
(SAE J1995)
170 hp14.550 kg 3.962 mm
(127 kW) (32.077 lb) (13')
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ING. PEDRO FELIX DOROTEO NEYRA – DOCENTE DE LA F.I.C.
885
(SAE J1995)
212 hp17.250 kg 4.267 mm
(156 kW) (37.950 lb) (14')
Palas Cargadoras
La familia Case de cargadoras tienen una tradición de durabilidad y confiabilidad para
ejecutar siempre el trabajo dentro del cronograma. Construcción robusta y características
para satisfacer al cliente convierten a las cargadoras Case en su mejor producto – estas
máquinas sin duda que le van a satisfacer e incluso superar sus expectativas. Case ofrece
varios modelos para satisfacer sus más específicas exigencias.
Seleccionar un modelo:
Modelo Potencia Bruta del motor Capacidad de la Cuchara Fuerza de disgregación
W20E
(SAE J1995)
152 hp2,25 yd3 14.409 lb
(113 kW) (1,72 m3) (8.350 kg)
521D
(SAE J1995)
119 hp2,25 yd3 21.136 lb
(89 kW) (1,72 m3) (9.134 kg)
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ING. PEDRO FELIX DOROTEO NEYRA – DOCENTE DE LA F.I.C.
621D
(SAE J1995)
137 hp2,5 yd3 26.621 lb
(102 Kw) (1,9 m3) (12.075 kg)
721C
(SAE J1995)
179 hp3,0 yd3 35.005 lb
(134 kw) (2,29 m3) (15.878 kg)
821C
(SAE J1995)
210 hp3,5 yd3 36.391 lb
(157 Kw) (2,7 m3) (16.504 kg)
921C
(SAE J1995)
270 hp5,00 yd3 50.275 lb
(201 kW) (3,82 m3) (22.804 kg)
Retroexcavadoras
Las retroexcavadoras Case lideran el mercado con nuevos niveles de desempeño. Las
retroexcavadoras ofrecen una respuesta rápida, comodidad, más productividad y
durabilidad. Una variedad de modelos está disponible con diferentes capacidades de
excavación y elevación. Estas máquinas le permmitirán obtener nuevos índices de
productividade y ganancias en cualquier uso.
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ING. PEDRO FELIX DOROTEO NEYRA – DOCENTE DE LA F.I.C.
Seleccionar un modelo:
Modelo Potencia bruta del motor Peso Operacional Profundidad Máx. de Excavación
580 Super M
95 hp 14.250 a 18.031 lb 4,39 m
(71 kW) (6.464 a 8.179 kg) (14' 5")
580L.3
77 hp (4x2)
88 hp(4x4)6.498 kg (4x4) 4.360 mm
57 kW (4x2)
66kW (4x4)6.370 kg (4x2) (14' 3")
580M
75 hp 13.359 a 16.510 lb 4,34 m
(56 kW) (6.060 a 7.489 kg) (14' 3")
580SuperL.3
88 hp 6.698 kg (4x4) 4.360 mm
(66 kW) 6.570 kg (4x2) (14' 3")
Tractores de Orugas
Los tractores de orugas Case se construyen con la potencia para condiciones difíciles y con
la precisión para trabajos de terminación - estas máquinas dictan el estándar en relación a la
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ING. PEDRO FELIX DOROTEO NEYRA – DOCENTE DE LA F.I.C.
facilidad de operación y comodidad operacional. Con una variedad de modelos a su
elección, los tractores de orugas Case ofrecen desempeño confiable día a día.
Seleccionar un modelo:
Modelo Potencia neta del motor Ancho de la Lámina Capacidad de la Lámina
1150H
89 kW 2,8 m, 3,1 m, 3,1 m 2,6 - 3,0 m3
119 HP 110", 124", 124" 3.4 - 3.9 yd3
1650K
104 kW 3,2m - 4,0m 3,15 m3
140 hp 126" - 158" 4.12 yd3
1850K
134 kW 3,4m - 3,9m 5.6 m3
180 hp 135" - 154" 7.3 yd3
550H
50 kW 2,4 m, 2,8 m 1,3 - 1,5 m3
67 HP 96", 110" 1.7 - 1.9 yd3
650K
56 kW 2,44 m 1,99 m3
75 HP 8.0' 1.99 cu. m
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ING. PEDRO FELIX DOROTEO NEYRA – DOCENTE DE LA F.I.C.
750K
60 kW 2,44 m 1,99 m3
81 HP 8.0' 2.6 y3d
850K
72 kW 2,44 m 2,09 m3
96 HP 8' 2.73 yd3
Tractores de Orugas
Con al finalidad de dar más versatilidad al tractor de orugas Case, muchas máquinas
pueden equiparse con una gran variedad de accesorios. Algunos de los accesorios
ofrecidos, dependiendo de la disponibilidad, son los siguientes:
Palas
Guía / Arcos
Conjunto escarificador
Rastrillo para raíces
Opciones de orugas
Grua
Otros accesorios también están disponibles - por favor consulte a su concesionario /
distribuidor Case para obtener una lista completa de los accesorios para tractores de
orugas.
Equipos de Compactación
Case presenta dos robustas líneas de rollos de compactación: cuatro unidades de
tambor vibratorio único y tres unidades de rollos con tambores en tandém.
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ING. PEDRO FELIX DOROTEO NEYRA – DOCENTE DE LA F.I.C.
El SV208 tiene un peso operacional de 15,741 libras (7140 kg) y un motor de 100
caballos de fuerza (75 kW). Estas máquinas Case ofrecen a los clientes soluciones
significativas para trabajos de compactación en caminos y construcción de carreteras,
construcciones residenciales y comerciales, además de administración de basura y
arriendo.
El SV210 tiene un peso operacional de 19,445 libras (8820 kg) y un motor de 100
caballos de fuerza (75 kW). Los rollos Case cuentan con una configuración de rollo
(tambor) liso para compactación de material suelto y semiadherente y también para
terraplén en piedra. El modelo pie de carnero fue proyectado para materiales
semiadherentes y adherentes. Un equipo de cucharón opcional está disponible para el
modelo de tambor liso permitiendo su conversión a pie de carnero, lo que maximiza su
versatilidad.
El SV212 ofrece un peso operacional de 24,442 lb (11 097 kg) y tiene un motor de 135
caballos de fuerza (101 kW). La serie de rollos Case SV200 ofrece modos de vibración
duales, amplitud y frecuencia regulables además de fuerzas centrífugas de 29,225 a
73,125 libras (130 a 325 kN) para suplir las opciones de compactación necesarias
abarcando variantes en términos de diferentes terrenos y condiciones de materiales.
Los nuevos Equipos Vibratorios de Tambor Tándem de Case son de fácil operación,
compactación eficiente y fuerza - las tres más recientes adiciones a la serie 200 de
equipos de construcción de Case en tambores vibratorios de compactación ofrecen
facilidad de operación, excepcionales servicios y notable desempeño en compactación
de tambor tándem para uso en asfalto o materiales granulosos.
Las líneas de tambor tándem trabajan con pesos operacionales de 5,510 a 7,720 libras
(2500 a 3500 kg), con anchuras de tambor de 39.4 a 51.2 pulgadas (1000 a 1300 mm)
y máquinas de 27 a 38 caballos de fuerza (20 a 27,6 kW).
Los modelos de tambor tándem DV201, DV202 y DV204 tienen gran fuerza centrífuga,
presentan frecuencia dual y dirección hidrostática que suministra una excelente
tracción y un desempeño uniforme. Los nuevos modelos se unen a los rollos vibratorios
de Case de tambor único: el SV208, SV210, SV212, y SV216 para ofrecerle a los
clientes varias alternativas de soluciones para trabajos de compactación.
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ING. PEDRO FELIX DOROTEO NEYRA – DOCENTE DE LA F.I.C.
Seleccionar un modelo:
Modelo Potencia Bruta del Motor Peso en Orden de Trabajo Ancho del Cilindro de Compactación
DV201
27 hp 5,510 lb 39.4 in
20kW 2.500 kg 1,0 m
DV202
27 hp 5,950 lb 47.2 in
20 kW 2.700 kg 1,2 m
DV204
38 hp 7,720 lb 51.2 in
27,6 kW 3.500 kg 1,3 m
SV208
75 kW 7.140 kg 1,7 m
100 hp 15,741 lb 66 in
SV210
75 kW 8.820 kg 1,7 m
100 hp 19,445 lb 66 in
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ING. PEDRO FELIX DOROTEO NEYRA – DOCENTE DE LA F.I.C.
SV212
101 kW 11.097 kg 2,2 m
135 hp 24,442 lb 87 in
SV216
110 kW 14 .325 kg 2,2 m
148 hp 31,553 lb 87 in
METODOS DE CONTROL DE LA COMPACTACION
COMPACTACIÓN :
La compactación o consolidación es la operación por medio del cual se
trata de densificar la masa, todavía blanda reduciendo a un mínimo la
cantidad de vacíos. Estos vacíos en la masa provienen de varias causas,
de las cuales las dos mas importantes son el llamado aire atrapado, y las
vacuolas producidas por la evaporación de parte del agua de amasado.
Después de que el concreto ha sido mezclado, transportado y colado,
contienen aire atrapado en forma de vacíos. El objeto de la
compactación es eliminar la mayor cantidad posible de este indeseable
aire; lo ideal es reducirlo a menos del 1 %, (por supuesto, esto no
procede cuando hay inclusión deliberada de aire, pero en este caso, el
aire es estable y está distribuido uniformemente.)
La cantidad de aire atrapado guarda relación con la trabajabilidad; los
concretos con 75 mm de concreto de revestimiento contienen alrededor
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ING. PEDRO FELIX DOROTEO NEYRA – DOCENTE DE LA F.I.C.
del 5% de aire; en tanto que los concretos con 25 mm de revenimiento
contienen alrededor de 20 %; razón por la cual el concreto de
revenimiento bajo requiere más esfuerzo de compactación – ya sea más
tiempo o más atizadores – que el concreto con revenimiento elevado.
El aire atrapado es consecuencia inevitable del manejo de la propia
masa blanda de concreto que, al ser mezclada, transportada y colocada,
incorpora estos volúmenes de aire en su interior. La evaporación de
parte del agua de amasado se genera porque no toda ella toma parte en
la reacción con el cemento. En realidad, esa masa de agua reactiva solo
vienen a ser un poco mas del 25 % en peso del cemento. El resto del
agua no se combina químicamente, sino que cumple funciones de
lubricación favoreciendo la trabajabilidad. Ese exceso de agua, y el aire
atrapado, es lo que tratamos de eliminar cuando compactamos el
concreto recién colocado. El agua no reactiva que pueda quedar en el
interior de la masa no participa de la función resistente del concreto, y si
se deseca, produce vacíos en forma de burbujas o de canales. Esos
vacíos internos son, además de volúmenes sin resistencia mecánica,
puntos débiles para la durabilidad.
Es importante extraer este aire atrapado (vacíos) por las siguientes
razones:
1. Los vacíos reducen la resistencia del concreto. Por cada 1 % de aire
atrapado, la resistencia se reduce en un 5 ó 6 %, así pues, un concreto
con, digamos, 3 % de vacíos, será del 15 % al 20 % menos resistente de
los que debería ser.
2. Los vacíos incrementan la permeabilidad que, a su vez, reduce la
durabilidad. Si el concreto no es compacto e impermeable, no será
resistente al agua, ni capaz de soportar líquidos más agresivos, además
de que cualquier superficie expuesta sufrirá más los efectos de la
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ING. PEDRO FELIX DOROTEO NEYRA – DOCENTE DE LA F.I.C.
intemperie y aumentará la probabilidad de que la humedad y el aire
lleguen al acero de refuerzo y causen corrosión.
3. Los vacíos reducen el contacto entre el concreto y el acero de refuerzos
y otros metales ahogados; por lo que no se obtendrá la adherencia
requerida y el elemento reforzado no será resistente como debiera.
4. Los vacíos producen defectos visibles, como cavidades y alveolado en las
superficies trabajadas.
El concreto completamente compacto será denso, resistente, durable e
impermeable. El concreto mal compactado será débil, poco durable,
alveolado y poroso; en otras palabras bastante ineficaz.
Existen numerosos procedimientos para disminuir ese conjunto de
vacíos. La selección de cada uno de ellos dependerá de las
características del concreto y del tipo de estructura que se esté
construyendo. Pero el propósito en todos ellos es el mismo: llenar las
formas geométricas de los encofrados con una masa densa, adherir esa
misma masa a la superficie longitudinal de todas y cada una de las
barras metálicas del refuerzo, y poner en contacto absoluto, sin vacíos
internos, a todos los componentes del concreto.
LOS METODOS:
Los métodos de densificación del concreto los podemos dividir en dos
grupos:
o Compactación Manual
o Compactación por vibrado
La compactación manual fue la primera en la historia del material y se
efectuaba con barras o pisones. Con ellos se golpea verticalmente el
concreto, penetrándolo si es con barra o aplastándolo si es con pisón. El
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ING. PEDRO FELIX DOROTEO NEYRA – DOCENTE DE LA F.I.C.
grado de compactación que se obtiene con la barra no es elevado, por la
condición del material de ser prácticamente in confinado ante las
desproporción de la separación de las paredes del encofrado y el calibre
de la barra golpeadora. Sita mucho de ser el caso favorable de la
preparación del cilindro para el ensayo de compresión .
La compactación manual dio paso a la compactación por vibrado, donde
se aprovecha la condición tixotrópica del concreto en estado fresco,
mediante cual se hace menos viscoso cuando está en movimiento y se
atiesa al quedar en reposo.
La masa del concreto se hace vibrar, con lo cual el material se fluidifica
y permite su acomodo al molde, envolviendo las armaduras. Se expulsa
gran cantidad del aire atrapado, se hacen subir a la superficie parte del
agua con funciones de lubricación y se unifica la masa eliminando
vacuolas y planos de contacto. El vibrador para concreto fue implantado
en 1927 por el técnico francés Deniau, y en 1936 el ACI publicó el primer
documentos con recomendaciones para su uso.
Vibración:
El vibrado, el paleado - incluso el apisonamiento con el pie - son medios
útiles para eliminar el aire del concreto y compactarlo, pero la mejor
manera y la más rápida es la vibración.
Cuando una mezcla de concreto es vibrada, se "fluidifica" y se reduce la
fricción interna entre las partículas de agregados - de la misma manera
que el azúcar o a arena seca en un frasco no muy lleno, se asientan al
golpearlo ligeramente, haciendo que las partículas se aprieten más una
con otra. Esta fluidificación hace que el aire atrapado surja a la
superficie, y que el concreto se compacte.
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ING. PEDRO FELIX DOROTEO NEYRA – DOCENTE DE LA F.I.C.
Con una mezcla cohesiva y apropiadamente diseñada, se minimizan la
segregación y el sangrado. En una mezcla excesivamente húmeda, los
trozos grandes de agregado pueden asentarse durante la compactación,
dando como resultado una capa débil de lechada en la superficie;
cuando esto ocurre, la lechada debe ser retirada. Por lo tanto, es
redituable verificar que la mezcla esté correctamente dosificada desde
el principio.
La vibración se puede producir por varios procedimientos:
Vibrado interno, por medio de vibraciones de inmersión, o pre-vibradores.
Vibrado externo, por medio de vibradores de contacto con el encofrado.
Vibrado por el uso de mesas vibradoras.
Vibrado superficial.
El vibrado del concreto por cualquiera de estos métodos permite
alcanzar una mayor compactación del material que la que se lograría
con cualquier procedimiento manual.
Vibración interna :
La mayoría de los concretos se compactan por inmersión o mediante
atizadores vibradores. Este último método se considera generalmente el
más satisfactorio, ya que el atizar trabaja directamente sobre el
concreto y puede cambiarse rápida y fácilmente de una posición a otra.
Es el proceso más utilizado. Se lleva a cabo introduciendo en la masa un
vibrador, que consiste en un tubo, de diámetro externo variado entre los
4 cm y los 10 cm, dentro del cual una masa excéntrica gira alrededor de
un eje. La masa es movida por medio de un motor eléctrico y su acción
genera un movimiento oscilatorio, de cierta amplitud y frecuencia, que
216
ING. PEDRO FELIX DOROTEO NEYRA – DOCENTE DE LA F.I.C.
se transmite a la masa de concreto. En situaciones en que se puede
disponer de una fuente de aire comprimido, el motor del vibrador puede
ser movido reumáticamente, y se llama entonces vibrador neumático o
de cuña.
La vibración que recibe el concreto hace que su masa, inicialmente en
estado semiplástico, reduzca su fricción interna como resultado de la
licuefacción tixotrópica del mortero. En ese nuevo estado semilíquido el
material se desplaza y ocupa todos los espacios del encofrado,
mejorando su densidad al ir eliminando los vacíos existentes entre los
agregados, o en el seno de la masa, en forma de aire atrapado. En un
momento de este proceso, que es relativamente rápido, se produce un
flujo de agua y cemento hacia la superficie, que adquiere una apariencia
acuosa y abrillantada. Ese momento se toma como indicación práctica
de que la masa logró la densificación esperada en esa zona, y se debe
proceder a extraer el vibrador lentamente del lugar, y trasladarlo a la
zona contigua.
De acuerdo al tamaño y característica del vibrador interno y a las
condiciones de plasticidad del concreto, su zona de influencia es mayor
o menor. Cuanto más seco y áspero el material, menor la zona de
influencia. Si se ha seleccionado un vibrador pequeño para las
condiciones del caso, se necesitará más tiempo para lograr la
compactación, pero si, por el contrario, el vibrador resultara grande, se
corre peligro de producir segregación o de dañar los encofrados.
El vibrador deberá insertarse en posición vertical dentro de la capa
recién vaciada, en puntos formando una cuadricula hipotética,
separados entre sí como una y media vez el radio de acción del vibrador,
lo cual genera, en las áreas perimetrales de esas zonas de influencia,
una doble vibración.
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ING. PEDRO FELIX DOROTEO NEYRA – DOCENTE DE LA F.I.C.
El tiempo que debe permanecer el vibrador sumergido en cada punto se
determina en la práctica mediante la observación directa de la superficie
en las cercanías del punto de penetración. Cuando cese el escape de
burbujas de aire y aparezca una costra acuosa y brillante, se debe
retirar el vibrador. Cuando se introduce el vibrador se debe llevar
rápidamente hacia el fondo, para evitar que compacte la zona superior y
se impida la salida de las burbujas de abajo. Al concreto no le conviene
la falta de vibración ni el exceso. En el primer caso le pueden quedar a
la masa demasiados vacíos, no eliminados. Estos vacíos significan
puntos sin resistencia mecánica y con riesgo de penetración de agentes
agresivos. En términos generales, se estima que por cada 1% de vacíos
en al masa, se pierde 5% de capacidad resistente. Si se genera un
exceso de vibración en una zona, se corre riesgo de producir
segregación, haciendo que los grandes gruesos se vayan hacia el fondo
y que los finos y el cemento queden sobrenadando en la superficie.
La frecuencia a la cual trabaja un vibrador es , a menudo, un factor
importante. Para materiales fluidos o de granulometrías finas son
preferibles las altas frecuencias, mientras que las bajas son
recomendables a los materiales gruesos.
El espesor de las capa a vibrar dependerá de la geometría del elemento
y de las características del vibrador. Se recomienda entre 30 y 45 cm. En
caso de que el elemento sea profundo y deba ser vaciados en dos o mas
capas, el vibrar la segunda en vibrador debe haber penetrado en la capa
inferior unos 10 a 15 cm, con lo que se trata de evitar una simple
superposición de una capa sobre la otra, fundiendo en una sola masa las
superficies de contacto. Esto exige una cierta celeridad en el proceso de
vibrado ya que la capa inferior debe estar fresca todavía para que se
pueda producir esa fusión.
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ING. PEDRO FELIX DOROTEO NEYRA – DOCENTE DE LA F.I.C.
Cuando se vibra concreto masivo, generalmente con una batería de
vibradores simultáneos, hay que coordinarlos en su funcionamiento para
que actúen separadamente.
La práctica de arrastrar el vibrador para acarrear material de una zona a
otra, lo que genera es segregación de la mezcla. La colocación del
vibrador en contacto con alguna de las barras metálicas de la armadura
es cierto que transmite la vibración a lo largo del refuerzo, pero en las
zonas ya vibradas esa sacudida tardía lo que hace es aislar la barra y
restarle adherencia al mortero.
Entre los tipos de vibradores internos existen dos tipos básico de
atizadores vibradores:
1. los que tienen en la cabeza solamente el mecanismo de vibración, el
cual opera mediante una flecha flexible, activada ya sea por un motor de
gasolina o diesel, uno eléctrico o uno neumático. Este tipo es el más
común y tienen la ventaja de que es fácilmente portátil con todo y
motor.
2. los que tienen tanto el motor como el mecanismo de vibración en la
cabeza. Los vibradores de motor en la cabeza pueden ser eléctricos o
neumáticos. Los que operan eléctricamente requieren una intensidad de
corriente especial (frecuencia de 200 ciclos por segundos) y no deben
conectarse directamente a la toma de corriente. El voltaje, la frecuencia
y las fases deben verificarse constantemente
en cuanto concierne a la efectividad de los atizadores, hay
poca diferencia entre estos dos tipos. La elección se hace,
por lo general, con base en otras razones, como la
disponibilidad, facilidad de transporte o disponibilidad del
suministro adecuado de electricidad o aire comprimido.
Vibración externa
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ING. PEDRO FELIX DOROTEO NEYRA – DOCENTE DE LA F.I.C.
En este procedimiento, el equipo vibrante se coloca sobre una o varias
caras del molde o encofrado que, en esa forma, recibe directamente las
ondas y la transmite a la masa de concreto. Su campo de acción mas
frecuente es en la prefabricación donde, en general se emplean
concretos de resistencias secas. Ante la vibración del encofrado, que
debe ser metálico, fundamentalmente, la masa de concreto responde en
función de su granulometría y de la cantidad de agua que contenga. El
mortero acepta los pequeños movimientos de acomodo de los granos
gruesos, pero restringe los desplazamientos excesivos. Si la viscosidad
del mortero no fuera la adecuada, el agregado grueso podría llegar a
segregarse. Cuando la función del vibrado externo ha terminado aparece
sobre la superficie del concreto una capa brillante y húmeda.
La efectividad de este procedimiento de vibración depende de la
aceleración que sea capaza de transmitir el encofrado a la masa de
concreto. Existen algunas relaciones empíricas que permiten determinar
la fuerza centrífuga que deberá ser capaces de desarrollar los vibradores
de encofrado, para garantizar una adecuada compactación. En el "ACI
Manual of Concrete Practice", de 1994 se señala:
Para mezclas de consistencia plásticas, en encofrado de vigas o muros:
Fuerza = 0.5(peso del encofrado + 0.2 peso del
concreto)
Para mezclas secas en prefabricación:
Fuerza = 1.5(peso del encofrado + 0.2 peso del
concreto)
Admitiendo que en general, los vibradores externos se colocan con una
separación entre 1,5 m y 2,5 m podemos calcular para cada caso, las
características requeridas de frecuencia y amplitud.
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ING. PEDRO FELIX DOROTEO NEYRA – DOCENTE DE LA F.I.C.
El vibrador externo o de abrazadera consta de un motor eléctrico y un
elemento no balanceado. Se fija en la cimbra para que las vibraciones
sean transmitida al concreto a través de ella. Aunque se emplea
principalmente en trabajos de concreto precolado, a veces es necesario
en construcciones comunes, cuando no es posible insertar un atizador,
como en el caso de secciones muy esbeltas o con demasiado acero de
refuerzo. Estos vibradores compactan solamente concreto en secciones
de menos de 300 mm de espesor.
Cuando se emplean en vibradores externos, la cimbra deberá ser
diseñada y construida para soportar las repetidas revisiones de esfuerzo,
y para ser capaz de extender uniformemente las vibraciones sobre un
área considerable. Para sostener el vibrador, se fijan en la cimbran
soportes especialmente diseñados. Puesto que, generalmente, los
vibradores se mueven hacia arriba o a lo largo de la cimbra conforme
esta se va llenando, el numero de soporte debe ser mayor que el de
vibradores disponibles.
Cabe señalar los siguientes puntos:
1. Se verificará que todas las juntas, tanto dentro como entre los tableros,
estén apretadas y selladas. La cimbra se mueve más que cuando se
emplean atizadores, y la lechada puede escurrir por la mas pequeña de
las abertura.
2. Se comprobará que los vibradores estén firmemente sujetos o
atornillados a los soportes y se vigilaran constantemente durante su
empleo, para asegurarse de que no se hallan aflojado, de lo contrario, las
vibraciones no se transmitirán completamente a la cimbra y al concreto.
3. El concreto se alimentará en pequeñas cantidades dentro de las
secciones, para que quede en capas uniforme de aproximadamente 150
mm de espesor. Esto evita la inclusión de aire conforme se eleva la
carga.
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ING. PEDRO FELIX DOROTEO NEYRA – DOCENTE DE LA F.I.C.
4. Se mantendrá en observación continua todos los accesorios, que deben
estar atornillados en vez de clavados, especialmente las tuercas de los
pernos, que pueden aflojarse fácilmente por la vibración intensa. Se
vigilarán también las pérdidas de lechada de concreto y se taparán las
fugas siempre que se pueda.
5. Cuando se posible, se compactará mediante un atizador los 600 mm
superiores del concreto en un muro o una columna; si esto no es factible,
se compactará por varillado manual o paleando hacia abajo sobre la cara
de la cimbra. Los vibradores externos tienden a crear espacios entre la
cimbra y el concreto; en las capas inferiores, este espacio se cierra
gracias al peso de las capas superiores de concreto, pero en la última
capa puede no cerrarse y desfigurar la superficie.
Mesa vibrante:
Es un procedimiento de compactación utilizado, fundamentalmente, en
las plantas de prefabricación. El movimiento de la mesa se logra por
medio de la acción de un conjunto de vibradores sincronizados. De la
misma publicación ACI recién citada, tomamos una formula empírica que
permite calcular la fuerza centrífuga que debería desarrollar cada
vibrador, en función del peso de la mesa, del encofrado y de la masa del
material.
Fuerza = (de 2 a 4)[(peso de la mesa) + (de 0,2 a 1,0= (peso del
encofrado)]
NOTA: Los rangos de los factores dependen de la rigidez de la mesa y de
la vinculación del encofrado a ella.
Reglas vibratorias:
Para cierto tipos de obras, especialmente pavimentos, se suele emplear
el sistema de vibrado por circulación de reglas vibratorias que, al
deslizarse al ras de la superficie, transmiten el movimiento al resto de la
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ING. PEDRO FELIX DOROTEO NEYRA – DOCENTE DE LA F.I.C.
masa y generan los efectos beneficiosos del escape del aire y de las
densificación. Puede transmitir su acción a capas de hasta 20 cm de
espesor. Las reglas vibratorias deben correr apoyadas sobre rieles y no
apoyadas directamente sobre la masa blanda. El manejo de los equipos
requiere la pericia de los operarios, pero la eficacia del sistema ha sido
demostrada en los miles de kilómetros de vías y autopistas de concreto
construida en Europa y los Estados Unidos.
Otros métodos
Hay otras formas de vibración entre las cuales quizá la que resulta más
conocida es la centrifugación, empleada en la fabricación de algunos
postes, tubos, etc.
Revibrado
Siempre que el concreto esté aun trabajable, no se le ocasionar daño
alguno si se le vuelve a vibrar una vez que ha sido compactado. De
hecho, se ha demostrado mediante pruebas, que la resistencia se
incrementa ligeramente si se le vuelve a vibrar tiempo después de la
compactación inicial.
En columnas y muros en los que el acabado de la superficie tiene
importancia, suele aumentar la tendencia a la formación de cavidades
en los últimos 600 mm de espesor de su superficie; esto se debe a que,
al contrario de las capas inferiores, la última capa no cuenta con la
ventaja del peso del concreto adicional, mismo que aumenta la
compactación. Con frecuencia es útil revibrar estos últimos 600 mm,
durante 30 minutos o 1 hora, después de la compactación inicial.
223
ING. PEDRO FELIX DOROTEO NEYRA – DOCENTE DE LA F.I.C.
En secciones gruesas de losas y vigas, y especialmente si se trabaja con
mezclas que tienden al sangrado, existe el peligro de que aparezcan
grietas por asentamiento plástico sobre la línea de acero de refuerzo de
la parte superior. Generalmente estas grietas, se forman una vez
transcurrida 1 ó 2 horas después de la compactación; si son
descubiertas durante este tiempo, y el concreto está aun trabajable,
pueden revibrarse 75 ó 100 mm de la parte superior para que se vuelva
a cerrar.
La revibración, como su nombre los indica, es la operación de volver a
vibrar una masa de concreto, vibrada ya hace un cierto tiempo. Lo mas
frecuente es producir la nueva vibración cuando ya se ha iniciado el
fraguado del cemento pero aun no ha concluido, y la masa se encuentra
todavía en cierta condición plástica. Esto suele suceder entre la hora y
media y las cuatro horas después de la vibración anterior. Además de
saber la oportunidad de ese momento, hay también que conocer el
tiempo de duración de la nueva vibración. Un error en cualquiera de
esos aspecto puede dañar irreparablemente el concreto. Por el contrario,
si el proceso ha sido el adecuado, el material puede ganar entre un 10 y
un 40 % de resistencia mecánica adicional.
RESUMEN
El control de densidad y compactación de sub-rasantes
y sub-bases de pavimentos es uno de los factores
principales que limitan el avance constructivo de
carreteras. En la provincia de Córdoba generalmente
las sub-rasantes y sub-bases se encuentran
compuestas por capas de suelos limosos y limo
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ING. PEDRO FELIX DOROTEO NEYRA – DOCENTE DE LA F.I.C.
arenosos compactados (A4-8 según la clasificación
HRB). En este estudio se presenta la potencial
aplicación del Penetrómetro Dinámico de Cono (DCP)
para la determinación de densidades y humedades en
suelos A4-8 compactados. Se analiza el efecto de la
energía de penetración del DCP, humedad y densidad
del suelo en los resultados obtenidos. A partir de estos
resultados, se muestra que es posible obtener
correlaciones muy útiles entre los resultados del DCP y
la densidad y humedad del suelo compactado.
Finalmente, se concluye que el DCP proporciona
información valiosa que puede ser utilizada como
complemento de los métodos de control de
compactación tradicionales, disminuyendo el tiempo
empleado en el control constructivo en las obras de
compactación de suelos.
COMPACTACION DE ASFALATO:
COMPACTACIÓN
Compactación de Asfaltos 2
Etapas básicas que abarca la compactación de asfaltos.
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ING. PEDRO FELIX DOROTEO NEYRA – DOCENTE DE LA F.I.C.
Las etapas que abarca la compactación de asfaltos en obra son
tres básicamente: Compactación inicial, intermedia y final. En
cada una de las tres etapas se puede utilizar distintos tipos de
maquinaria y diferentes técnicas de compactación para
conseguir los mismos
resultados.
Compactación inicial.
Es la primera etapa de la
compactación después de
efectuar el extendido del
asfalto. Debe conseguir la mayor parte de la densidad
especificada para la capa asfáltica. Suelen usarse generalmente
compactadores vibratorios aunque también se pueden usar
compactadores de neumáticos o estáticos muy pesados. La
temperatura del aglomerado debe aproximarse lo más posible a
150ºC.
Compactación intermedia.
Se puede utilizar la misma maquinaria que en la compactación
inicial. La amplitud de vibración ha de ser más baja que en la
compactación inicial. Debe de conseguir la densidad
especificada para la capa.
Compactación de acabado.
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ING. PEDRO FELIX DOROTEO NEYRA – DOCENTE DE LA F.I.C.
Es la que elimina las marcas dejadas en las dos primeras etapas.
El aglomerado debe conservar el suficiente calor como para
conseguir lo que se pretende. Se suelen utilizar los
compactadores vibratorios en
modo estático.
Tramo de pruebas.
Tanto para mezclas en frió
como en caliente, es preceptivo
la construcción de una o varias
secciones de ensayo en las que
se probará la compactación. Se
deben repetir las pruebas hasta conseguir los parámetros
requeridos en los pliegos de especificaciones de la obra.
Hay que utilizar tramos rectos que tengan unos 150 metros
como mínimo de longitud y que formen parte de la obra a
ejecutar. El tramo permite comprobar la fuerza de
compactación, amplitud y frecuencia, velocidad de
compactación, etc.
Los tramos de pruebas permiten medir la densidad necesaria, la
calidad de la superficie de rodadura y los niveles de producción
de la maquinaria involucrada.
Se debe comenzar el tramo de pruebas con una velocidad de
compactación más baja que la especificada realizando
mediciones de densidad a cada pasada, hasta conseguir la
densidad especificada. A continuación se aumenta la velocidad y
se repite el proceso con el mismo numero de pasadas, y así
hasta que la densidad no cumpla el valor especificado. Así se
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ING. PEDRO FELIX DOROTEO NEYRA – DOCENTE DE LA F.I.C.
averigua la velocidad de compactación más alta y el número de
pasadas que producirán la densidad buscada. Una vez que se
consigan los parámetros de velocidad, frecuencia y amplitud, no
deben de variarse estos parámetros durante toda la obra al
menos mientras se mantengan
la composición del aglomerado,
la temperatura del mismo o la
temperatura ambiente.
Compactación de capas
delgadas.
Se consideran capas delgadas las de 5 centímetros o menores.
Se pueden usar compactadores estáticos, vibratorios en modo
estático o con un ajuste muy bajo de la amplitud. Será
conveniente en todo caso ajustarse lo más posible a los
parámetros obtenidos en el tramo de pruebas. Se debe situar el
compactador lo más cerca posible de la maquina extendedora,
puesto que la capa pierde calor muy rápidamente. Es
conveniente siempre que se pueda compactar en pendiente
comenzando hacia arriba.
Compactación de capas gruesas.
Es más fácil de compactar en capas gruesas porque el
aglomerado conserva más tiempo el calor y se corre poco riesgo
de que se fracture la capa. Se pueden usar fuerzas de
compactación mayores y con mayor amplitud. Es posible que el
aglomerado se acumule delante del rulo en la primera pasada,
en este caso se recomienda retrasar un poco el rulo con
respecto a la extendedora para dar tiempo a que la capa se
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ING. PEDRO FELIX DOROTEO NEYRA – DOCENTE DE LA F.I.C.
enfrié un poco o bien dar una primera pasada en estático o con
una amplitud muy baja.
10ª- SEMANA .MEZCLAS ASFALTICAS:
MEJORAMIENTO CON PRODUCTOS ASFÁLTICOS.
El material asfáltico que se emplea para mejorar un suelo puede ser el
cemento asfáltico o bien las emulsiones asfálticas, el primero es el
residuo último de la destilación del petróleo. Para eliminarle los
solventes volátiles y los aceites. Para ser mezclado con material pétreo
deberá calentarse a temperaturas que varían de 140 a 160° C, el más
común que se emplea en la actualidad es el AC-20. este tipo de producto
tiene la desventaja de que resulta un poco más costoso y que no puede
mezclarse con pétreos húmedos. En las estabilizaciones, las emulsiones
asfálticas son las más usadas ya que este tipo de productos si pueden
emplearse con pétreos húmedos y no se necesitan altas temperaturas
para hacerlo maniobrable, en este tipo de productos se encuentra en
suspensión con el agua, además se emplea un emulsificante que puede
ser el sodio o el cloro, para darle una cierta carga a las partículas y con
ello evitar que se unan dentro de la emulsión; cuando se emplea sodio,
se tiene lo que se conoce como emulsión aniónica con carga negativa y
las que tienen cloro son las emulsiones catiónicas que presentan una
carga positiva, siendo estas últimas las que presentan una mejor
resistencia a la humedad que contienen los pétreos. Se tienen
emulsiones de fraguado lento, medio y rápido, de acuerdo al porcentaje
de cemento asfáltico que se emplea. Una emulsión asfáltica es una
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ING. PEDRO FELIX DOROTEO NEYRA – DOCENTE DE LA F.I.C.
dispersión de asfalto en agua en forma de pequeñas partículas de
diámetro de entre 3 y 9 micras.
Este tipo de aglutinantes puede usarse casi con cualquier tipo de
material aunque por economía se recomienda se emplee en suelos
gruesos o en materiales triturados que no presenten un alto índice de
plasticidad, puede usarse también con las arcillas pero solo le procura
impermeabilidad, resultando un método muy costoso, además con otros
productos se logra mayor eficiencia y menor costo para los suelos
plásticos. Es importante que el material pétreo que se va a mejorar,
presente cierta rugosidad para que exista un anclaje adecuado con la
película asfáltica, situación que se agrava si el material pétreo no es afín
con el producto asfáltico. Algunos productos asfálticos contienen agua y
si esto no se toma en cuenta se pueden presentar problemas muy serios
al momento de compactar, la prueba que más comúnmente se emplea
en el laboratorio para determinar el porcentaje adecuado de asfalto a
utilizar se conoce como "prueba de valor soporte florida modificada" y el
procedimiento consiste en elaborar especimenes de pétreos que
presentan cierta humedad usando diferentes porcentajes de asfalto, se
compactan con carga estática de 11.340 Kg. (140 Kg/cm²), después de
esto se pesan y se meten a curar al horno a una temperatura de 60° C,
se sacan y se penetran hasta la falla o bien hasta que tengan una
profundidad de 6.35mm registrándose la carga máxima en Kg., se
efectúa una gráfica para obtener el porcentaje óptimo de emulsión y se
recomienda que el material por mejorar presente un equivalente de
arena mayor de 40%
y el porcentaje de emulsión varíe en un porcentaje de 1.
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ING. PEDRO FELIX DOROTEO NEYRA – DOCENTE DE LA F.I.C.
El procedimiento constructivo se desarrolla de la manera siguiente: la
capa a mejorar ya tiene que estar completamente terminada. No hacer
la estabilización con mucho viento, menos de 5° C o lluvia. También se
puede estabilizar con ácido fosfórico y fosfatos; fosfato de calcio (yeso),
resinas y polímeros.
COMPUESTOS DE UNA CARPETA ASFÁLTICA
Esta compuesta de:
Material asfáltico. Puede ser cemento asfáltico (AC-2.5, AC-5, AC-
10, AC-20, AC-30 y AC-40. los AC-5 normalmente son emulsiones.
Emulsión asfáltica. Aniónicas (-), catiónicas (+) y de rompimiento
rápido, medio y lento.
Agregados pétreos.
Anteriormente los cementos asfálticos se clasificaban por su dureza en:
CA-0 para climas fríos.
CA-6 para climas templados.
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ING. PEDRO FELIX DOROTEO NEYRA – DOCENTE DE LA F.I.C.
CA-10 para climas cálidos.
Regionalización de los productos asfálticos.
El asfalto es un material bituminoso, sólido o semisólido con propiedades
aglutinantes y que se licua gradualmente al calentarse, se obtiene de la
destilación del petróleo. En México este tipo de producto se emplea para
la construcción de carpetas desde aproximadamente 1920;
anteriormente se le clasificaba de acuerdo a su dureza, siendo el
cemento asfáltico más usado el que tenía una dureza media (CA-6). Con
la entrada de México al TLC se tuvieron que adecuar las normas
Mexicanas a las de la ACTM y a las especificaciones del SEP ( Programa
Estratégico de investigación de Carreteras.) de la ASTM (American
Standard Test Materials.) de ese tiempo a la fecha, los materiales
asfálticos se clasifican de acuerdo a la viscosidad que presentan. A
continuación se anotarán las recomendaciones generales para cada uno
de los productos asfálticos con la finalidad de darles un mejor uso.
ASFALTO REGION RECOMENDADA
AC-5
Sirve para elaborar emulsiones
y concretos asfálticos que se
utilicen en la zona de la sierra
madre occidental, en Durango o
Chihuahua, y en algunas
regiones altas de los estados de
México, Morelos y Puebla.
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ING. PEDRO FELIX DOROTEO NEYRA – DOCENTE DE LA F.I.C.
AC-10
Se recomienda para la región
central y el altiplano de la
república mexicana.
AC-20
Para el sureste de la república y
las regiones costeras del golfo y
el pacífico, pasando por Sinaloa
e inclusive hasta Baja California.
AC-30
Norte y noreste del país,
excluido el estado de
Tamaulipas.
Esta distribución se basa en condiciones climáticas y no incluye otras
variables importantes como el tipo de agregado pétreo, la intensidad del
tránsito y otros factores como el NAF. Por lo que para realizar un
concreto asfáltico de calidad deberán tomarse en cuenta las siguientes
características: a) enviar pétreos sanos, limpios y bien graduados, b)
utilizar procedimientos constructivos adecuados y c) aplicar las
temperaturas recomendadas. En algunas ocasiones será necesario
adicionar algún aditivo.
Aplicación de los productos asfálticos.
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ING. PEDRO FELIX DOROTEO NEYRA – DOCENTE DE LA F.I.C.
Cemento asfáltico o emulsión. Trabajos recomendados en forma
general.
AC-5, AC-10, AC-20, y AC-30
(solos o modificados)
Para realizar concretos asfálticos
en las regiones señaladas y sobre
todo en carreteras de alta
circulación con alta intensidad de
tránsito y con un elevado número
de carga por eje.
Emulsiones asfálticas catiónicas
de fraguado lento o superestable.
Para riego de impregnación de
bases hidráulicas.
Emulsiones asfálticas catiónicas
de fraguado medio
Para carpetas asfálticas
mezcladas en frio, para carreteras
con tránsito máximo de 2000
vehículos, también se emplea en
trabajos de bacheo, re-nivelación
y sobre-carpetas.
Emulsiones de fraguado rápido. Se utiliza para riegos de liga,
carpetas asfálticas de riego y
riegos de sello convencionales.
TIPOS DE CARPETAS.
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ING. PEDRO FELIX DOROTEO NEYRA – DOCENTE DE LA F.I.C.
realizadas en planta o en caliente con tránsito de hasta 2000
vehículos (AC-20, material pétreo y temperatura de 140 a 160° C.)
Carpetas de riegos (emulsión y material pétreo.)
Carpetas asfálticas en frío o en el lugar.
Revestimientos. Se puede circular todo el año (espesor de 15cm)
con material seleccionado (en desiertos arenas con emulsión
asfáltica en una cantidad de 6lt/m³ de pétreo; después de
compactado se debe efectuar un poreo para tapar oquedades.) (en
la costa arena con 100lt/m³ y sin poreo), para un régimen pluvial
alto se recomienda estabilizar con cemento la terracería y colocar
fragmentos de roca chica.)
DESCRIPCION CARPETA ASFÁLTICA.
La carpeta asfáltica es la parte superior del pavimento flexible que
proporciona la superficie de rodamiento, es elaborada con material
pétreo seleccionado y un producto asfáltico dependiendo del tipo de
camino que se va a construir, las principales características que debe
cumplir el pétreo son las siguientes: a) un diámetro menor de una
pulgada y tener una granulometría adecuada, b) deberá tener cierta
dureza para lo cual se le efectuarán los ensayes de desgaste los
angeles, intemperismo acelerado, densidad y durabilidad. C) la forma de
la partícula deberá ser lo más cúbica posible, recomendamos no usar
material en forma de laja o aguja pues se rompen con facilidad
alterando la granulometría y pudiendo provocar fallas en la carpeta, se
efectuarán pruebas de equivalente de arena ya que los materiales finos
en determinados porcentajes no resultan adecuados.
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ING. PEDRO FELIX DOROTEO NEYRA – DOCENTE DE LA F.I.C.
En las mezclas asfálticas, es de gran importancia conocer la cantidad de
asfalto por emplearse, debiéndose buscar un contenido óptimo; ya que
en una mezcla este elemento forma una membrana alrededor de las
partículas de un espesor tal que sea suficiente para resistir los efectos
del tránsito y de la intemperie, pero no debe resultar muy gruesa ya que
además de resultar antieconómica puede provocar una pérdida de la
estabilidad en la carpeta, además este exceso de asfalto puede hacer
resbalosa la superficie, para calcular este óptimo se tienen las pruebas
de compresión simple para mezclas en frío, la prueba Marshall para
muestras en caliente y la prueba de Hveem. Para conocer la adherencia
entre el pétreo y el asfalto se pueden utilizar pruebas de
desprendimiento por fricción, perdida de estabilidad o bien, cubrimiento
por el método ingles; en caso de que las características del pétreo no
sean aceptables, se pueden lavar o bien usar un estabilizante para
cambiar la tensión superficial de los poros.
El tipo y espesor de una carpeta asfáltica se elige de acuerdo con el
tránsito que va a transitar por ese camino, tomando en cuenta el
siguiente criterio.
Intensidad del tránsito pesado en un
solo sentido
Tipo de carpeta
Mayor de 2000 vehi/día Mezcla en planta de 7.5cm de
espesor mínimo
1000 a 2000 Mezcla en planta con un espesor
mínimo de 5cm
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ING. PEDRO FELIX DOROTEO NEYRA – DOCENTE DE LA F.I.C.
500 a 1000 Mezcla en el lugar o planta de 5cm
como mínimo
Menos de 500 Tratamiento superficial simple o
múltiple.
DISEÑOS DE PROCEDIMIENTO CONSTRUCTIVO DE UNA MEZCLA
ASFÁLTICA EN PLANTA O EN CALIENTE.
En la planta de concreto asfáltico se deberá tener el material pétreo del
diámetro adecuado (menor de una pulgada) que de preferencia deberá
estar triturado y cumplir con las especificaciones que marca la SCT. Este
material se eleva a un cilindro de calentamiento y secado hasta llegar a
una temperatura de 160 a 175° C, de ahí se pasa a la unidad de
mezclado donde se criba para alimentar 3 o 4 tolvas con material de
diferente tamaño, se pesa la cantidad de material necesaria de pétreo y
se depositan en las cajas mezcladoras donde se le provee de cemento
asfáltico AC-20 el cual deberá estar a una temperatura de 130 a 150° C,
se recomienda no exceder estos valores para evitar que se pierdan
propiedades, se realiza la mezcla hasta su homogenización y ésta se
vacía a los vehículos a una temperatura de entre 120 y 130° C, de
preferencia esta mezcla se cubre con una lona para evitar se enfríe en el
trayecto.
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ING. PEDRO FELIX DOROTEO NEYRA – DOCENTE DE LA F.I.C.
PROCEDIMIENTO CONSTRUCTIVO DE LA CARPETA.
En el lugar donde se va a colocar la carpeta, unas dos horas antes de
que llegue el concreto asfáltico, se efectúa un riego de emulsión
asfáltica de rompimiento rápido que se conoce como riego de liga, esta
capa de asfalto nos ayudará a que exista una adherencia adecuada
entre el suelo de la base y la carpeta, este riego se efectúa en una
proporción de 0.7lt/m², se barren los charcos de asfalto excesivo y se
elimina el total de la basura y materiales extraños, para evitar que este
riego sea desprendido por las ruedas de los vehículos, se recomienda
efectuar un riego de arena.
La mezcla asfáltica deberá llegar a una temperatura de 115 a 125° C,
esto se verifica con un termómetro de varilla. La mezcla se vacía en la
máquina finisher o extendedora que formará una capa de mezcla
asfáltica, se recomienda tener una cuadrilla de rastrillos que aseguren
una textura conveniente en la superficie y que borren las juntas
longitudinalmente entre franjas. A una temperatura de entre 110 y 120°
C se le aplica una compactación con un rodillo ligero de entre 8 y 10
toneladas de peso; los rodillos se moverán paralelamente al eje del
camino y de la orilla hacia el centro, y del lado interior hacia el exterior
en las curvas. En los aeropuertos además de lo anterior se pasa el
equipo en la dirección perpendicular y oblicua con respecto al eje del
camino. Después de hacer esto con el rodillo ligero, se compacta con un
rodillo más pesado hasta alcanzar el grado de compactación que marca
el proyecto (min. 95%.) la compactación deberá terminar cuando se
llegue a esta posición y para comprobarlo se efectuarán calas, para esto
se corta en frío usando un chaflán y procurando no dañar la base, para
de esa manera realizar los ajustes necesarios. Durante el tendido y
compactación de la mezcla pueden aparecer grietas y desplazamientos
motivados por diferentes causas, tales como la aplicación de un riego de
238
ING. PEDRO FELIX DOROTEO NEYRA – DOCENTE DE LA F.I.C.
liga defectuoso, ya sea en exceso o escaso, falta de viscosidad del
asfalto producida por el calentamiento excesivo, o bien, porque el
material pétreo no perdió completamente la humedad.
Para conocer la permeabilidad de la carpeta, se realizará en ella una
prueba de campo, la cual consiste en colocar un aro de lámina
galvanizada de 250mm de diámetro y una altura de 50mm, se sella el
aro y se coloca al centro un cono de bronce de 25mm de altura, se
agrega agua hasta el ras del cono observando que no baje este nivel en
un tiempo de 10 min. el índice de permeabilidad del material se calcula
con la siguiente ecuación:
IP= Vt/ Vfå (1247cm³) donde
Vt = volumen delimitado en el interior del aro y cuyo valor es de
1247cm³
Vf = volumen final.
La carpeta deberá presentar un índice de permeabilidad menor del 10%.
Por último en la carpeta se agrega un riego de sello, el cual consiste en
una emulsión, la cual se cubre con un material pétreo del tipo 3E, esto
se compacta para que penetre en la carpeta y con ello evitar que se
introduzca el agua en ella, además protege del desgaste y proporciona
una superficie antiderrapante. En algunos casos se puede emplear un
mortero asfáltico que consiste en la mezcla de una emulsión y un
material pétreo (arena) que se emplea comúnmente cuando se va a
utilizar un camino que ya ha tenido cierto uso, a este tratamiento se le
conoce como "slurri seal". En la actualidad, en algunos casos cuando el
lugar donde se coloca la carpeta es de precipitación pluvial muy alta, se
recomienda colocar sobre de esta una mezcla de textura abierta la cual
se conoce como "open grade", este tratamiento ayudará a que no se
239
ING. PEDRO FELIX DOROTEO NEYRA – DOCENTE DE LA F.I.C.
formen charcos en la superficie los cuales pueden provocar accidentes
por el fenómeno conocido como acuaplaneo.
EMPLEO DE MORTERO ASFÁLTICO
Es una capa delgada formada por arena, emulsión asfáltica y finos de
relleno mineral. Se puede emplear para rellenar grietas en pavimentos
para sellar superficies porosas e impermeabilizar.
FORMULAS PARA OBTENER EL CONTENIDO MÍNIMO DE ASFALTO
CON MATERIAL QUE CONTIENE FINOS.
Tabla 1. valor de la constante de área específica
Material que pasa la
malla
Se retiene en la malla Constante de área
específica
1 ½ ¾ 0.27
¾ No. 4 0.41
No. 4 No. 40 2.05
No. 40 No. 200 15.38
240
ING. PEDRO FELIX DOROTEO NEYRA – DOCENTE DE LA F.I.C.
No. 200 53.30
Tabla 2. índice asfáltico
Material Índice asfáltico
Gravas o arenas de río o material
redondeado
0.0055
Gravas angulosas o redondas
trituradas de baja absorción
0.0060
Gravas o arenas redondas de alta
absorción y rocas trituradas de
absorción media
0.0070
Roca triturada de alta absorción 0.0080
METODOS DE AREA SURPERFICIALES:
METODOS DE MARSHALL:
Metodología para el diseño de mezclas asfálticas de MARSHALL.
La metodología que se presenta a continuación trata de hacer del diseño de mezclas
asfálticas un procedimiento sencillo que pone de manifiesto el comportamiento de los
materiales y de la mezcla asfáltica bajo condiciones simuladas de trabajo. En el Centro
241
ING. PEDRO FELIX DOROTEO NEYRA – DOCENTE DE LA F.I.C.
de Diseño y Construcción se han desarrollado trabajos para instituciones privadas y
gubernamentales empleando dicha metodología y se está planeando la recolección de
resultados para poder establecer correlaciones de datos reales y datos obtenidos en
laboratorio.
Figura 1: Metodología para el diseño de mezclas asfálticas
Con relación a los métodos de diseño de mezclas asfálticas, Marshall, Cántabro y SHRP
son métodos desarrollados que ya son considerados en normas y especificaciones de
muchos países. En el caso de México se ha empleado el método Marshall desde hace
más de 30 años y se tiene considerado anexar el ensayo Cántabro para las nuevas
normas y especificaciones. El método SHRP (Strategic Highway Research Program) fue
desarrollado por Estados Unidos a partir de 1989 y existen amplias investigaciones que
evalúan la efectividad del método hoy en día.
Caracterización de cemento asfáltico
Investigaciones recientes donde se han diseñado y estudiado nuevos métodos de
caracterización de cementos asfálticos se han enfocado a buscar métodos que puedan
determinar la calidad de cementos asfálticos, evaluando sus propiedades en el
laboratorio, así como el comportamiento que éste tendrá en el pavimento, evaluando
propiedades de las mezclas asfálticas en servicio. Lo anterior parte de la premisa de
que los procesos de deterioros de los pavimentos se deben en buena medida a la
242
ING. PEDRO FELIX DOROTEO NEYRA – DOCENTE DE LA F.I.C.
calidad de cemento asfáltico, por lo que se tratan de definir las propiedades que
intervienen en la durabilidad de las mezclas asfálticas para actuar sobre ellas
mejorándolas. Los métodos actuales que se pueden mencionar son: los métodos
convencionales, el método Qualagon, el método Superpave de SHRP [4] y el método
UCL [3].
Método UCL
El objetivo de este nuevo método de laboratorio es caracterizar los cementos asfálticos
utilizados en la fabricación de mezclas asfálticas empleadas en las capas de
pavimentos de carreteras. El método desarrollado en el Laboratorio de Caminos de la
Escuela Técnica Superior de Ingenieros de Caminos de la Universidad Politécnica de
Cataluña, España, aplica una metodología muy sencilla y precisa, ensayando las
probetas mediante el procedimiento descrito en la norma española NLT-352/86
"Caracterización de las mezclas bituminosas abiertas por el ensayo Cántabro de
pérdidas por desgaste".
El método valora el comportamiento de los cementos asfálticos como parte integrante
de la mezcla asfáltica, mediante la evaluación de sus propiedades fundamentales a
través del ensayo Cántabro de pérdidas por desgaste. Estas propiedades
fundamentales son: cohesión, susceptibilidad térmica, adhesividad y durabilidad [1,3].
Es un método que puede servir de mucho apoyo a aquellas empresas mexicanas que
de una manera u otra emplean o distribuyen materiales asfálticos para construcción de
pavimentos asfálticos como pueden ser: PEMEX, que, a partir del año 1995 inició la
fabricación de cementos asfálticos con diferentes durezas y es por ley el único
proveedor de cemento asfáltico del país; la Secretaría de Comunicaciones y
Transportes (SCT), responsable de la red de carreteras de 10 ejes troncales
(autopistas) que comunica a todo el país; la entidad paraestatal CAPUFE, que ha
empleado cementos asfálticos modificados con polímeros (SBS y EVA) y con hule (SBR)
y es responsable de la conservación y reconstrucción de los pavimentos de sus tramos
de cuota que incluyen las autopistas concesionadas y recuperadas por el Gobierno
Federal; los gobiernos estatales que tienen a cargo sus tramos carreteros; los
gobiernos municipales de ciudades que conservan y mantienen calles y avenidas; así
como empresas privadas que construyen pavimentos asfálticos apoyando a las
instituciones ya mencionadas.
Comportamiento de la mezcla asfáltica
243
ING. PEDRO FELIX DOROTEO NEYRA – DOCENTE DE LA F.I.C.
La evaluación del comportamiento frente a deformaciones plásticas permanentes
(roderas) se realiza mediante un equipo de simulación en laboratorio desarrollado por
el Ing. Armando Quintana [2] en su tesis de Maestría en Ciencias en Ingeniería Civil con
acentuación en Ingeniería y Administración de la Construcción, del Centro de Diseño y
Construcción y dirigido por el autor de este escrito. La máquina es conocida con el
nombre de ITESM Wheel Tracking.
De los ensayos denominados máquinas de pista (wheel tracking), los Laboratorios de
Puentes y Carreteras en Francia diseñaron un prototipo, siendo pioneros en esta área.
Recientemente, en el estado de Georgia, Estados Unidos, se diseñó una máquina de
pista conocida como Georgia Loaded Wheel Tester. Así como estos casos, también
existen versiones de máquinas de pista en varios países las cuales son empleadas en
el diseño y control de mezclas asfálticas; entre ellas se pueden mencionar la versión
española diseñada por el Laboratorio de Transporte y Mecánica de Suelos "José Luis
Escario" [5], la máquina de pista diseñada en la Universidad de Purdue en Indiana,
Estados Unidos, la máquina diseñada por la Universidad de Nottingham en Inglaterra y
la máquina de pista de Hamburgo, Alemania.
La máquina de pista ITESM Wheel Tracking es un equipo con el cual se puede
complementar el diseño óptimo de la mezcla asfáltica evaluando en laboratorio el
comportamiento que ésta tendrá en cuanto a su resistencia a las deformaciones
plásticas, y evaluar de manera comparativa la influencia de otras variables en este tipo
de deterioro. Como ya se mencionó, tanto el método UCL como este último
procedimiento son parte de una metodología que el Centro de Diseño y Construcción
desea difundir y pretende con ella dar más claridad al diseño de mezclas asfálticas, ya
que permite a los ingenieros conocer ciertas propiedades mecánicas de los materiales
de manera fácil y precisa y permite también predecir el comportamiento que éstos
tendrán en su vida de servicio.
Figura 2: Ejemplos de los resultados obtenidos del ensayo de la máquina de
pista [2]
244
ING. PEDRO FELIX DOROTEO NEYRA – DOCENTE DE LA F.I.C.
METODO DE HVEEN:
Mezclas Asfálticas en Frío
Las mezclas en frío se preparan con emulsiones superestables (sin solvente) y
agregado graduado y partido tanto en planta como con mixer y aún in situ. Se
agrega cemento o cal para aumentar la resistencia al agua. Debido a que se utilizan
emulsiones sin solvente la mezcla asfáltica no se puede almacenar por más de unos
pocos días.
Se han utilizado una gran variedad de agregados, en la tabla de abajo se muestran
las recomendaciones de la AEMA. Esta organización recomienda un mínimo de 35 en
equivalente de arena para material procesado y 30 para otros. Si el agregado tiene
245
ING. PEDRO FELIX DOROTEO NEYRA – DOCENTE DE LA F.I.C.
un equivalente de arena menor a 25 son tratados con cal o cemento.
Malla, mm Base Espesor 20 mm Espesor 10 mm
38.1 90-100
25.4 -- 100
19.0 60-80 90-100
12.7 -- -- 100
9.5 -- 60-80 90-100
4.75 20-55 35-65 60-80
2.36 10-40 20-50 35-65
1.18 -- -- 0-5
0.6 -- -- --
0.30 2-16 3-20 6-25
0.15 -- -- --
246
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0.075 0-5 2-8 2-10
Asfalto 3.8-4.8 3.6-4.8
Diseño de las mezclas
El objetivo primero es el de encontrar una emulsión que le otorgue a la mezcla buen
recubrimiento, trabajabilidad y compactación en las condiciones de uso planificadas
(por ejemplo, una mezcla realizada en planta puede requerir una emulsión diferente
si la mezcla se efectúa con una mezcladora), para luego determinar el contenido de
asfalto. También es conveniente determinar la resistencia al agua de la mezcla
parcial y completamente curada.
Una primera aproximación al contenido de asfalto en la mezcla se puede obtener
con la misma formula utilizada para mezclas en caliente partiendo de la curva
granulométrica del agregado:
P = 0.05 A + 0.01 B
En donde A = porcentaje de pasa 4.75 mm.; B = porcentaje de retenido en malla
4.75 mm. y P = Contenido de Asfalto
Recubrimiento
Primero se determina el contenido de agua de pre-humectación efectuando distintas
mezclas con diferentes contenidos de agua y la cantidad de emulsión que
corresponde al contenido de asfalto deseado. Las mezclas se efectúan sobre 500 g
de agregado mezclando a mano vigorosamente durante 30 seg. EL objetivo es
obtener un recubrimiento de entre el 85 – 100 %.
El contenido de agua de pre-humectación debe ser ajustado a un mínimo pues su
exceso puede causar problemas con la compactación. Siempre es más conveniente
seleccionar una emulsión más reactiva que aumentar el contenido de agua lo cual
247
ING. PEDRO FELIX DOROTEO NEYRA – DOCENTE DE LA F.I.C.
obligará airear la mezcla antes de la compactación. El contenido de agua debería
ser controlado en obra para obtener mejores resultados.
Durante el transporte y la aplicación de la mezcla la emulsión tenderá a drenar y
descubrir el agregado. Esté drenar de la emulsión debe ser minimizado
seleccionando la emulsión menos sensible a este efecto. Para medir esta
sensibilidad se prolonga el tiempo de mezcla del ensayo por 2 minutos al cabo del
cual se rechequea el recubrimiento.
Compatibilidad
Para chequear la compatibilidad de la emulsión y el agregado preparar 100 g de
muestra sin compactar de la formulación en ensayo y curarla en estufa a 60ºC
durante toda la noche. Sobre esta muestra se realiza el ensayo de recubrimiento en
ebullición. La incorporación de cemento o cal incrementa la resistencia al agua de la
mezcla.
Trabajabilidad
La mezcla preparada con emulsión asfáltica puede comenzar a tomar consistencia
inmediatamente después de preparada o luego de un período de horas o días. Esto
determina una “ventana de trabajabilidad” de la mezcla requerida para su
transporte y aplicación la cual depende de las características del proyecto. Es
prudente contar con un margen de trabajo de por lo menos 30 minutos para
contrarrestar efectos de la temperatura u otras variables de obra. El ensayo de
trabajabilidad se efectúa guardando la mezcla en recipientes cerrados o bolsas
plásticas y examinándolas a diferentes tiempos. Para simular la presión durante el
almacenamiento se modifica el ensayo colocando pesos sobre las mezclas.
Según los resultados obtenidos se puede decidir cambiar la emulsión o imponer
restricciones a los tiempos de almacenamiento antes de la aplicación de la mezcla.
Compactibilidad
248
ING. PEDRO FELIX DOROTEO NEYRA – DOCENTE DE LA F.I.C.
En estos ensayos se mide el grado de compactación obtenida por un esfuerzo de
compactación normalizado. Para mezclas preparadas a partir de emulsiones
asfálticas el método más simple es medir la densidad de la mezcla compactada a
partir de una probeta compactada. Una mejor aproximación se logra usando un
método normalizada sobre una probeta curada por secado en estufa a 60ºC toda la
noche.
La AEMA recomienda como una medida de la compactibilidad un método
presentado como propuesta de norma en ASTM. Las probetas son formadas por
compactación Marshall permitiendo un curado parcial durante 48 horas a 60ºC y
recompactado a 60ºC con una carga estática 178N (40.000lbs.) usando el método
de doble PLUNGER. Con este método se obtienen valores de densidad cercanos a las
experiencias de campo.
Contenido Optimo de Asfalto
Aquí es necesario preparar distintas probetas variando el contenido de emulsión de
a 1% o 0.5% entre ellas y curarlas completamente en estufa a 60ºC durante 48
horas. Luego se determinan las propiedades estructurales relevantes para la futura
aplicación de la mezcla, se puede medir Estabilidad Marshall, Estabilidad Hveen,
California Bearing Ratio (CBR), modulo de resilencia, etc. Es seleccionado un nivel
de asfalto tal que la probeta cumpla con los requisitos de modulo de Stiffness,
resistencia al ahuellamiento, y resistencia al agua para la aplicación es estudio.
Resistencia al Agua
Es esencial evaluar la resistencia al agua de la probeta tanto parcialmente como
totalmente curada. Las probetas son totalmente curadas a 60ºC por 3 días y la
resistencia al agua es medida según la norma ASHTO T283 buscando un valor de al
menos 55%. Existen métodos alternativos como por ejemplo el SOAKING basados en
la estabilidad Marshall o CBR. Para mejorar la resistencia al agua se puede
incrementar el contenido de asfalto o agregar tanto cal o cemento.
249
ING. PEDRO FELIX DOROTEO NEYRA – DOCENTE DE LA F.I.C.
Preparación de la mezcla
Los mezcladores comúnmente utilizados en el ámbito vial pueden ser utilizados
como por ejemplo un mezclador de cemento (hormigonera). Las plantas para
preparar mezclas en frió que posean 2 o más tolvas para diferentes tamaños de
agregados son preferibles para lograr mezclas de calidad constante.
Las plantas para mezclas en caliente pueden ser utilizadas pero el efecto del calor
es perjudicial siendo necesario modificarla para contrarrestar esto. Se hace
necesario eliminar el calentamiento y regular el nivel de humedad del agregado. Las
plantas móviles son también aplicables mientas que las técnicas de mezcla in situ
presentan ventajas económicas.
Los agregados secos deben ser pre-humectados a un 2 - 3% de humedad antes de
agregar la emulsión pero se debe evitar un exceso de agua ya que puede traer
problemas de compactación. En planta el dosaje de agua se puede ajustar “a ojo”
hasta obtener una mezcla bien recubierta y de consistencia seca.
Se debe vigilar el almacenamiento de los agregados para controlar la humedad. Al
abandonar el mezclador la mezcla se debe presentar de color marrón. Si la mezcla
se almacena por largos periodos se debe cubrir para prevenir que pierda humedad.
Aplicación de la mezcla
La mezcla puede ser aplicada tanto con PAVER o con GRADER dependiendo de la
obra. El GRADER presenta la ventaja de permitir cierta aireación pero se pierde en
textura.
La mejor compactación se consigue con una combinación de rodillo neumáticos y
metálicos, siendo suficiente para pequeños trabajos el uso de platos
compactadores. Una secuencia típica de compactaciones consta de varias pasadas
con rodillo metálico, inicialmente con vibrador, a continuación con rodillo neumático
y finalmente con metálico nuevamente. Las capas de menor espesor curan más
rápido que las gruesas pero el espesor mínimo es de 2 –21/2 veces del tamaño
mayor del agregado. El tamaño máximo de la capa que puede ser correctamente
compactado es de aproximadamente 10 cm. tanto que, si se desea obtener un
espesor final mayor se deben aplicar varias capa de hasta 10 cm. cada una. No es
250
ING. PEDRO FELIX DOROTEO NEYRA – DOCENTE DE LA F.I.C.
necesario efectuar un riego de liga entre las capas.
Unas semanas después de la aplicación, que es cuando la mayoría del agua se ha
evaporado, la carpeta debe ser sellada por cualquiera de las técnicas conocidas sin
que sea necesario aplicar un riego de liga.
11ª- SEMANA . LOS PAVIMENTOS RIGIDOS:
El pavimento rígido se compone de losas de concreto hidráulico
que en algunas ocasiones presenta un armado de acero, tiene
un costo inicial más elevado que el flexible, su periodo de vida
varia entre 20 y 40 años; el mantenimiento que requiere es
mínimo y solo se efectúa (comúnmente) en las juntas de las
losas.
12ª: SEMANA DE DISEÑOS DE PAVIMENTOS RIGIDOS:
6.- DISEÑO DEL PAVIMENTO RIGIDO
6.1.- Determinación del módulo de reacción de la subrasante de la fig.
Nº 6 (pág. 127)
entrando con el CBR, igual a 10% se obtiene:
K = 5.5 Kg/ cm3
251
ING. PEDRO FELIX DOROTEO NEYRA – DOCENTE DE LA F.I.C.
6.2.- Determinación del módulo de reacción de la subbase (Ksb) . De la
fig. Nº 7 (pág. 127) con espesor de subbase 20 cm. ( dato) y K = 5.5 Kg./
cm3 se obtiene:
Ksb = 7 kg/ cm3
Valor que corresponde a una base no estabilizada.
6.3.- Determinación de la fatiga:
Tomando un coeficiente de seguridad de 2 puesto que el número
de circulación por día en una dirección es mayor a 45, según, la tabla nº
8 ( pag144) obtenemos una tensión de trabajo tal que no ocasiona fallas
en el concreto por fatiga, que es:
Tt = 1 MR
2
Y con MR : módulo de rotura igual = 0.12 F´C
MR = 0.12 * 275 = 33 kg/ cm2
252
ING. PEDRO FELIX DOROTEO NEYRA – DOCENTE DE LA F.I.C.
Luego Tt = 33/ 2 = 16.5 kg-cm2
6.4.- Cálculo del factor de seguridad de carga:
Delas recomendaciones dadas en la pág. nº 146 para una calle de
tránsito pesado, que es nuestro caso de estudio, obtenemos:
FSC = 1.2
6.5.-Cálculo del tránsito mezclado. - (TD)
De acuerdo a la formula dada en la fig. Nº 152, tenemos que :
TD = 100/ 100 Tph ( j-1) * 5000 N/ KD
Donde:
TD: Tránsito mezclado válido para el diseño.
253
ING. PEDRO FELIX DOROTEO NEYRA – DOCENTE DE LA F.I.C.
P: Nº de automóviles de pasajeros incluyendo camionetas por carril y
por hora.
N: Número de carriles en ambas direcciones 2
T ph : Porcentaje de camiones durante las horas punta. 1/3 del %
vehículos pesados en las dos direcciones.
j : número de carros de pasajeros equivalentes a un camión. 4 ( por ser
terreno montañoso)
K : Volumen horario de tránsito de diseño (VHD) 15% (tránsito elevado).
D: Tránsito máximo de una dirección 67 % (elevado)
EL ANALISIS DE TRANSITO DADO COMO DATO ES
254
ING. PEDRO FELIX DOROTEO NEYRA – DOCENTE DE LA F.I.C.
TIPO DE
VEHICULO
% VOLUMEN PROMEDIO
DIARIO EN DOS
DIRECCIONES
Automóviles y
camionetas
65 2132
Camión H-10 y
Omnibus
22 722
Camión H15-S12 8 262
Camión H20-S16 5 164
VOLUMEN TOTAL 100 3180
De acuerdo a esta tabla:
% de vehículos finales : 22 + 8 + 5 = 35% (en dos direcciones)
Para P : Por tratarse de una autopista, suburbana de acuerdo a la tabla
Nº12, tenemos:
255
ING. PEDRO FELIX DOROTEO NEYRA – DOCENTE DE LA F.I.C.
P = 1200
Tph = 2/3 (35) = 23.3 %
OBRA CON LOS DATOS ANTERIORES
TD = [ (100 * 1200) / 100 * 23.3 * (4 - 1) ] * (5000 * 2) / (15*67)
TD = 7028
Luego el número de vehículos finales es de:
35% * 7028 = 2459.8 es decir 2460 vehículos por día.
Y los camiones en una dirección resulta ser :
2460 / 2 = 1230 Camiones por día.
256
ING. PEDRO FELIX DOROTEO NEYRA – DOCENTE DE LA F.I.C.
Con esto el volumen promedio horario de vehículos pesados en un
sentido:
vph = 7028 / (2 * 24) = 146.42 Vehículos
Con este dato y de acuerdo a la tabla Nº 13 se obtiene el porcentaja de
camiones en el carril de diseño, y por interpolación:
147 ------------------- x%
53
200 -------------------- 96%
6
100 400 -------------------- 90%
Con este porcentaja el número de camiones por carril de diseño en un
periodo de 20 años es el siguiente:
1230 (camiones en una direccion) * 0.9918 * 365 Días * 20 Años = 8 905 372 Camiones en
la vía de diseño
257
ING. PEDRO FELIX DOROTEO NEYRA – DOCENTE DE LA F.I.C.
Día Año
Este valor debe ser distribuído en el número de vehículos que
corresponde a cada tipo empleado de ejas circulantes ene el camino de
diseño.
De acuerdo a la tabla Nº 14 podemos hacer el siguiente cuadro:
Eje Simple Eje
Tandem
Carga por Eje (Tn) 12
Ejes equivalentes acumulados 8 905 372 8 905 375
Factor de distribución por cada
1000 ejes
40 5
Repetición de carga esperada 356 215 44 527
258
ING. PEDRO FELIX DOROTEO NEYRA – DOCENTE DE LA F.I.C.
ANALISIS ESTRUCTURAL DEL PAVIMENTO
Con : F.S.C. = 12
K de subbase = 7
MR (permicible) = 44
Espesor de losa = 21.5 cm.
Haciendo uso de las gráfica 24 y 25 donde se determina el MR
actuante, además de la tabla Nº 16 donde se determina el número
permisible de repeticiones en función de:
MR actuante
MR permisible
se puede hacer el siguiente cuadro:
Carga por eje 12 16
Carga por F.S.C. (tn) 14.4 19.2
259
ING. PEDRO FELIX DOROTEO NEYRA – DOCENTE DE LA F.I.C.
MR actuante 22.5 16
Relación de esfuerzos 0.51 0.36
Repeticiones permisibles 400 000 Infinitas
Repeticiones esperadas 356 215 44 527
Resistencia de la fatiga
consumida
89.1 -
PORCENTAJES TOTAL = 89.1 %
Con lo que podemos decir que el espesor escojido es el aceptable.
21.5 "
260
ING. PEDRO FELIX DOROTEO NEYRA – DOCENTE DE LA F.I.C.
41.5 "
DISEÑO DE JUNTAS
A.- JUNTAS LONGITUDINALES
- Separacion entre pasadores
S = d 2 t
4 a h f
donde:
S: Separación entre pasadores, en cm.
d: Diámetro del pasador, en cm. = 1.59
t : Esfuerzo de trabajo a tensión , del acero empleado como
pasador, en kg/ cm2 = 1400
261
ING. PEDRO FELIX DOROTEO NEYRA – DOCENTE DE LA F.I.C.
h : Espesor de las losas , en cm. = 20
: Peso volumétrico del concreto , en Kg/ cm3 =2.4
f : Coeficiente de rozamiento del concreto con la subrasante o con
la subbase, vría de 1 a 2.5. Para fines de diseño usar 2
Datos :
Ancho de sección : 6.20, entonces a = 3.1 m.
S = 95 cm.
Longitud del pasador:
b = d 2 t
4 pu
p: perímetro de la barra.
262
ING. PEDRO FELIX DOROTEO NEYRA – DOCENTE DE LA F.I.C.
u : adherencia entre el concreto y el acero.
b = 19.16 20 cm.
B.- JUNTAS TRANSVERSALES
- Juntas de Contracción .- La Portland Cement Association recomienda,
para una grava inferior a 20mm que es el diametro promedio del
agregado utilizado en el concreto , una distancia entre juntas de
contracción de 4.5 m.
Juntas de dilatación.- La PCA recomienda una separación entre juntas de
dilatación de 2.40 m. por comodidad y aplicación se elegirán pasadores
de 40 cm. espaciado cada 35cm. y con un diámetro de varilla de 37 mm.
263
ING. PEDRO FELIX DOROTEO NEYRA – DOCENTE DE LA F.I.C.
CONCLUSIONES
De los tipos de pavimentos diseñados (Flexíbles y rígidos), analizando
desde el punto de vista económico el pavimento más conveniente sería
el de tipo flexible bajo de una modalidad de construcción por etapas,
pero como este pavimento no armoniza con los ya existentes en sus
alrededores y esta avenida encontrandose dentro de la zona
monumental de Cajamarca y teniendo como criterio la uniformidad
estética, es rtecomendable utilizar el pavimento de tipo rígido.
RECOMENDACIONES
Debido a que el material usado son suelos limosos se recomienda
colocar drenes para drenar las aguas subterráneas y se recomienda
también usar material granular debajo de la subrasante así como
también dar al pavimento el determinado bombeo para la evacuación de
las aguas de lluvia, y al mismo tiempo construir cunetas a cada extremo
de la vía y en toda su longitud.
DISEÑO ESTRUCTURAL DE PAVIMENTOS RIGIDOS
METODO AASHTO.
El método de diseño AASHTO, originalmente conocido como AASHO, fue desarrollado
en los Estados Unidos en la década de los 60, basándose en un ensayo a escala real
264
ING. PEDRO FELIX DOROTEO NEYRA – DOCENTE DE LA F.I.C.
realizado durante 2 años en el Estado de Illinois. A partir de los deterioros que
experimentan representar las relaciones deterioro - solicitación para todas las
condiciones ensayadas.
A partir de la versión del año 1986, el método AASHTO comenzó a introducir conceptos
mecanicistas para adecuar algunos parámetros a condiciones diferentes a las que
imperaron en el lugar del ensayo original. Los modelos matemáticos respectivos
también requieren de una calibración para las condiciones locales del área donde se
pretenden aplicar.
USO DEL METODO AASHTO EN CHILE
La primera versión de la guía AASHTO de 1972, fue adaptada en Chile por la Dirección
de Vialidad del Ministerio de Obras Públicas para los efectos de utilizarlas en el diseño
de pavimentos. Con posterioridad, una vez que se publicó la nueva guía para el diseño
estructural de pavimentos en 1986 y su correspondiente versión mejorada de 1993,
esta fue adaptada para el diseño de pavimentos en Chile.
METODO AASHTO PAVIMENTOS RIGIDOS.
Un pavimento de hormigón o pavimento rígido consiste básicamente en losas de
hormigón simple o armado, apoyadas directamente sobre una base o sub-base.
MODELO MATEMATICO
265
ING. PEDRO FELIX DOROTEO NEYRA – DOCENTE DE LA F.I.C.
La fórmula general de diseño, relaciona el número de ejes equivalentes de 8,16 Ton
con el espesor de la losa de hormigón, para diferentes valores de los parámetros de
cálculo.
Ecuación de diseño:
En que:
EE = Ejes equivalentes de 8.16 Ton. totales para la vida de diseño.
266
ING. PEDRO FELIX DOROTEO NEYRA – DOCENTE DE LA F.I.C.
H = Espesor de las losas en cm.
Rd = Resistencia media a la flexotracción a los 28 días del hormigón.
Cd = Coeficiente de drenaje.
J = Coeficiente de transferencia de carga.
Kd = Módulo de reacción de diseño en Kg/cm3.
E = Módulo de elasticidad del hormigón en Kg/cm2.
P = Pérdida de serviciabilidad = Pi - Pf
Pi = Indice de serviciabilidad inicial. Normalmente se utiliza el valor Pi = 4.5
Pf = Indice de serviciabilidad final. Normalmente se utiliza el valor Pf = 2.0 ó 2.5
CONFIABILIDAD EN EL DISEÑO (R).
La confiabilidad (R) puede ser definida como la probabilidad de que la estructura tenga
un comportamiento real igual o mejor que el previsto durante la vida de diseño
adoptada.
FACTOR DE CONFIABILIDAD (Fc).
Cada valor de R está asociado estadísticamente a un valor del coeficiente de STUDENT
(Zr). A su vez, Zr determina, en conjunto con el factor "So", un factor de confiabilidad
(Fc).
267
ING. PEDRO FELIX DOROTEO NEYRA – DOCENTE DE LA F.I.C.
Donde:
Zr = Coeficiente de Student para el nivel de confiabilidad (R%) adoptado.
So = Desviación normal del error combinado en la estimación de los parámetros de
diseño y modelo de deterioro.
TRANSITO DE DISEÑO (Td).
El tránsito de diseño se obtiene a partir de la ponderación de los ejes equivalentes de
diseño (TTE) por el factor de confiabilidad (Fc).
MODULO DE REACCION DE DISEÑO.
Un factor de relativa importancia en el diseño de espesores de un pavimento de
hormigón es la calidad del suelo que conforma la subrasante. Esta, usualmente se
refiere al módulo de reacción de la subrasante k, que representa la presión de una
placa circular rígida de 76 cm. de diámetro dividida por la deformación que dicha
presión genera. Su unidad de medida es el Kg./cm2/cm. (Kg./cm3).
Debido a que el ensayo correspondiente (Norma AASHTO T222-78) es lento y caro de
realizar, habitualmente se calcula correlacionándolo con otro tipo de ensayos más
rápidos de ejecutar, tales como la clasificación de suelos o el ensayo CBR.
268
ING. PEDRO FELIX DOROTEO NEYRA – DOCENTE DE LA F.I.C.
Sub-rasante:
------------------------(kg /cm3 )C.B.R.< 10 %
Sub-base granular:
-------------------------(kg /cm3 ) C.B.R. >10 %
Kc = Módulo de reacción corregido.
Kb = Módulo de la base.
h = Espesor de la sub-base.
Sub-base rígida: (base tratada)
269
ING. PEDRO FELIX DOROTEO NEYRA – DOCENTE DE LA F.I.C.
donde:
por último:
Las características de drenabilidad se expresan a través de un coeficiente de drenaje
de la sub-base (Cd), cuyo valor depende del tiempo en que ésta se encuentra expuesta
a niveles de humedad cercana a la saturación y del tiempo en que drena el agua. El
primer factor indicado depende, a su vez, del nivel de precipitaciones de la zona, altura
de la rasante, bombeo o inclinación transversal, sistema de saneamiento superficial,
etc. El segundo factor depende de la calidad de los materiales de sub-base, existencia
de drenaje y propiedades de permeabilidad de la subrasante.
270
ING. PEDRO FELIX DOROTEO NEYRA – DOCENTE DE LA F.I.C.
COEFICIENTE DE TRANSFERENCIA DE CARGAS (J).
La capacidad de carga representa la capacidad de un pavimento de hormigón de
transferir parte de las cargas solicitantes a través de las juntas transversales.
La eficiencia de la transferencia de carga depende de múltiples factores y tiende a
disminuir durante la edad con las repeticiones de carga.
Dentro de los factores más importantes de eficiencia se pueden mencionar los
siguientes:
Existencia de dispositivos especiales de transferencia de cargas. Esto es, barras
de traspaso o zapatas de junturas.
Interacción de las caras de junta transversal. Para el caso de no existir
dispositivos especiales puede existir transferencia por roce entre las caras de la
junta. Su eficiencia depende básicamente de la abertura de la junta y de la
angulosidad de los agregados.
La abertura de la junta transversal depende principalmente del largo de los paños, la
temperatura ambiente en la cual se ejecutó el pavimento y las variaciones periódicas
de la misma.
El efecto de traspaso de cargas se considera en conjunto con el del sistema de berma,
a través de un coeficiente J, cuyos valores se indican en la siguiente tabla:
DISEÑO ESTRUCTURAL DE PAVIMENTOS RIGIDOS METODO AASHTO - 1993
271
ING. PEDRO FELIX DOROTEO NEYRA – DOCENTE DE LA F.I.C.
Se desarrollará el diseño de pavimento rígido empleando el método AASHTO - 93
basándose en los siguientes antecedentes técnicos y económicos:
1. TRANSITO DE DISEÑO.
Ejes equivalentes acumulados (en miles):
TTE = 30.078 [E.E.]
2. CAPACIDAD DE SOPORTE DEL SUELO.
Módulo de Reacción de la Subrasante.
K = 5,3 [Kg/cm³]
3. CONFIABILIDAD EN EL DISEÑO.
Nivel de Confiabilidad: R = 75%
Desviación Normal: So = 0,4
4. SERVIACIBILIDAD.
Índice de Serviciabilidad inicial: Pi = 4,5
272
ING. PEDRO FELIX DOROTEO NEYRA – DOCENTE DE LA F.I.C.
Índice de Serviciabilidad final: Pf = 2,0
5. CONDICIONES CLIMATICAS Y DE DRENAJE
Se considera que un 5% del tiempo anual en que la estructura estará expuesta a
niveles de humedad cercanos a la saturación, con un tiempo de remoción de agua no
superior a un día.
Condición climática benigna, suave.
6. MODULA DE ELASTICIDAD DEL HORMIGON.
E = 300.000 [Kg/cm²]
7. TRANSFERENCIA DE CARGA.
Las losas de hormigón tendrán un largo de 4,5 metros, con barras de traspaso de
cargas y bermas pavimentadas.
8. RESISTENCIA DEL HORMIGÓN.
Rd = 43 [Kg/cm²] a la flexotracción a los 28 días
9. MATERIALES A EMPLEAR.
CAPAS ESTRUCTURALES
273
ING. PEDRO FELIX DOROTEO NEYRA – DOCENTE DE LA F.I.C.
ESPESOR MINIMO
HORMIGON:
- R28 = 43 [Kg/cm²] a la flexotracción a los 28 días.
0,15
BASA TRATADA CON CEMNETO:
Con 2,5% cemento en peso resistente a compresión a los 28 días de 30 [Kg/cm²] y -
Módulo de elasticidad: 7.000 [Kg/cm²]
0,18
BASE GRANULAR: -
Con un Kb:15 - C.B.R = 60%
0,20
SUBRASANTE: - C.B.R = 10%
13 ava semana: Mantenimiento De Carreteras
DEFINICION
Se define al mantenimiento de carreteras como el acto de preservarla
incluyendo todos su elementos, así como las facilidades y servicios que
ellas prestan, en una condicion tan cercana como sea posible a su
condicion original de construccion, o asu condición subsecuente
mejorada, para proporcionar un transporte seguro, conveniente y
económico.
274
ING. PEDRO FELIX DOROTEO NEYRA – DOCENTE DE LA F.I.C.
En este sentido, el matenimiento puede ser preventivo o correctivo,
según que se tome acciones antes que se produscan un reducción de la
funcionalidad del pavimento o despúes que se han producido fallas
puntuales que se manifientan como reduccion del nivel de servicio de la
carretera.
El matenimiento rutinario es aquel que comprende los trabajos de
reparación que esw necesario efectuar una o mas veces al año para
preservar la red vial y matener niveles de servicios adecuados . Bajo
este contexto, el mantenimiento rutinario es un matenimiento
preventivo.
Para realizar la conservación de la carretera primero es necesario
evaluar la carretera por lo tanto explicaré lo que significa :
EVALUACION DE PAVIMENTOS
Se recomienda efectuar la evaluación de los pavimentos a la que se
denomina condición superficial, la resistencia al patinaje y mediante una
inspección visual que permita definir la cantidad y tipos de fallas tanto
superficiales como estructurales, todo lo que se complenenta con la
auscultación deflectometríca del pavimento.
La medición d ela rugosidad superficial se hace utilizando dipositivos
mecánicos como rugosímetros y perfilómetros, o puede ser evaluada
sobre planos del pavimento a escala 1/10 co algún sistema de
calasificación por medio de evaluadores con conocimientos básicos de
diseño, construcción y mantenimiento de pavimentos, transitando sobre
ellos en vehículos estandarizados a una velocidad prefijada . La
275
ING. PEDRO FELIX DOROTEO NEYRA – DOCENTE DE LA F.I.C.
valuación promedio obtenida, se utiliza para clasificar el grado de
confort. Aunque la tendencia por razones económicas
Es al empleo de encuestadores , es preferible utilizar rugosímetros y
perfilómetros. Los rugosímetros dan una medida de la rugosidad del
pavimento mientras que los perfilómetros producen además un perfil de
la superficie del pavimento.
DENOMINACIONES COMUNES EN LA CONSERVACION Y
MANTENIMIENTO DE CAMINOS
BUENAS CONDICIONES
Los caminos pavimentados estan sensiblemente libre de defectos y
solamente requieren mantenimiento de rutina.
MEDIANAS CONDICIONES
Los caminos pavimentados tienen defectos de importancia y reqieren
renovación de la superficie de rodadura. Los caminos no pavimentados
necesitan perfilado o renovacion de la superficie de rodadura y
reparaciones del drenaje en determinados puntos.
MALAS CONDICIONES
276
ING. PEDRO FELIX DOROTEO NEYRA – DOCENTE DE LA F.I.C.
Los caminos pavimentados tienen defectos y requiern reconstrucción y
renovación inmediata. Los caminos no pavimentados necesitan
reconstrucción y obras de drenaje grandes.
REHABILITACION
En la rehabilitación se consideran los trabajos que tienen como objetivo
poner la carretera en condiciones de poder ser conseervada con
mantenimoiento rutinario. La rehabilitacion viene a ser entonces un
mantenimiento correctivo .
Son trabajos de rehabiloitacion según el M.T.C. :
-el sello
-el lastrado
-la reparación por erosión
-la reconstrucción de puentes alcantarillas y recolectores.
Complementariamente a los ttrabajos de mantenimiento y
rehabilitación, está la reconstrcción, los trabajos de emergencia, los
desmoronamientos y las actividades complementarias .
OBRAS DE MEJORAMIENTO
Se considera aquellas obras llevadas a cabo para mejorar las
características de la construcción original.
El M.T.C. dentro de estos trabajos considera la mejoramiento de :
-la calzada y la berma
-los drenajes y taludes
277
ING. PEDRO FELIX DOROTEO NEYRA – DOCENTE DE LA F.I.C.
-las estructuras y la señalización
FORMATO DE CONSERVACIÓN DE CARRETERAS
Cuadro Comparativo
Año1 Año 2 Año 3 Año 4 Total
Presupuesto
ivertido
Conservacio
n ordinaria
Conservacio
n
extrordinaria
278
ING. PEDRO FELIX DOROTEO NEYRA – DOCENTE DE LA F.I.C.
Conservación Ordinaria
Pertenecen a este grupo el conjunto de operaciones de carácter
preventivo y reparatorio destinadas a retrasar en todo lo posible el
proceso de degradación de los elementos funcionales de la carretera.
Conservación Extraordinaria
Incluye las obras que han sido necesarias ejecutar por emergencia.
Gracias a la disponibilidad de presupuesto hemos podido ejecutar mucha
mas obra preventiva, sobre todo en lo que se refiere a obras de drenaje
y acondicionamiento de firme lo que nos ha beneficiado para reducir los
puntos conflictiv os y así disminuir bastante la inversión en este grupo.
Seguridad Vial
Corresponden a este grupo las activ idades encaminadas a aumentar la
seguridad de los usuarios de las carreteras.
CLASIFICACION DE LOS TRABAJOS RUTINARIOS
Dentro de los trabajos de mantenimiento y conservación de carreteras
tenemos :
279
ING. PEDRO FELIX DOROTEO NEYRA – DOCENTE DE LA F.I.C.
-parchado
-parchado con tratamiento superficial
-reposicion de base
- bacheo
-desencalaminado
-limpieza general
-riego
Los riegos asfálticos son aplicaciones delgadas y uniformes de algún
tipo de ligante asfáltico en estado líquido sobre superficies, ya sean de
pavimentos existentes, bases estabilizadas o de suelos. Según su
función, los más importantes son:
Riego Matapolvo:
El Matapolvo es un riego de asfalto líquido sobre una superficie
compactada. Su objetivo es cohesionar las partículas superficiales del
suelo y servir de paliativo del polvo. Se efectúa en caminos de tercer
orden, como preparación de una mejora progresiva del camino.
-desarenado
-limpieza de derrumbes y huaycon menores
REMOCION DE LA NIEVE
280
ING. PEDRO FELIX DOROTEO NEYRA – DOCENTE DE LA F.I.C.
Para este trabajo el empujador angular es el mas efectivo dándole el
ángulo hacia el lado de abajo de la ladera de modo que bote el material
de ese lado.
Cuando debe removerse nieve de bastante espesor con un empujador
angular a menudo es necesario ayudar el movimiento hacia adelante del
empujador con movimientos rápidos hacia arriba del lampon , esta
operación apila nieve a buena altura a un lado del ampon.
Rehabilitación de taludes
Limpieza de cunetas y contracunetas
CONSERVACÓN DE TALUDES
Para conservar el pie de los taludes, con la trailla, se procede como
sigue.
a) girese con el tractor del centro de la carretera hacia el talud , de
modo que la trayla tienda a pegarse el pie del talud
b) Baje la cuchilla y comiense a cargar cuando e tractor este paralelo
al talud
c) Esto hace que la traila corte mas bajo el costado de talud,
haciendose asi un bombeo de la superficie
CONSERVACÓN DE SEÑALES DE TRANSITO
Para consservar lsa señales de tránsito tanto verticales como
horizontales se debe efectuar periódicamente un mantenimiento de
281
ING. PEDRO FELIX DOROTEO NEYRA – DOCENTE DE LA F.I.C.
estas,lo que incluye el pintado de las mismas como también la
reposición de otras por deterioro excesivo.
Limpieza de alcantarillas
Limpieza de cunetas y alcantarillas
14 ava obras de protección de carreteras
Cunestas
Canaletas
Terraplenes
Muros de contención
15 ava semana nuevas tecnologias
Encontramos a las maquinarias que facilitna la
construccion
FUNCIONES DE LA MAQUINARIAS EN EL PROCESO DE LA
CONSTRUCCION DE UNA CARRETERA
1. Desmonte o arranque de raíces.- un tractor con Bulldozer o
rastrillo para raíces. El bulldozer puede derribar árboles y
desarraigar tocones.
282
ING. PEDRO FELIX DOROTEO NEYRA – DOCENTE DE LA F.I.C.
2. Despalme.- los bulldozer están limitados por la distancia de
empuje, pero son útiles en terrenos inundados. Las escrepas
(traíllas) están limitadas por el tipo de terreno y la capacidad de
soporte del suelo; pueden ser del tipo arrastrado por el tractor
para distancias cortas. Las cucharas de Arrastre están limitadas
por la profundidad del empalme, se utiliza mayormente en
terrenos inundados. Las niveladoras.
3. Instalación de Tuberías.- las retroexcavadoras se utilizan sobre
suelo firme cuando la profundidad de la zanja no es excesiva; son
buenas para roca. Las cucharas de Arrastre se utilizan para zanjas
profundas si es posible aplanar los costados. Los cucharones de
Almeja se utilizan cuando hay necesidad de revestir los lados y se
requiere excavar entre montantes y a grandes profundidades son
ineficaces para la roca. Los bulldozer para excavación de poca
profundidad.
4. Excavación en tierra.- las escrepas (traíllas) arrastradas por
tractor son limitadas por la distancia de acarreo y la capacidad de
soporte del suelo, el costo es excesivo si la distancia de acarreo
es más de 305 m. Los cargadores Frontales por lo general
descargan en vehículos para transportar si el acarreo es mayor de
30 m. y también están limitadas por la facilidad de excavar y
descargar el material. Las Palas Mecánicas solo pueden excavar
en cortes verticales. Las dragalinas pueden utilizarse cuando la
excavación es profunda y el suelo no tiene capacidad de soporte;
el material debe ser fácil de excavar; suele descargar en unidades
para transporte. Los Cucharones de Almeja son de baja
producción pero útiles en espacios pequeños o profundos, donde
no hay obstáculos en la parte superior para el giro de la pluma.
Las Palas Hidráulicas son de alta producción, limitadas por la
283
ING. PEDRO FELIX DOROTEO NEYRA – DOCENTE DE LA F.I.C.
altura de descarga; la altura del corte de excavación no afecta
tanto su producción como a una pala mecánica.
5. Excavación en roca .- las Palas Mecánicas pueden mover cualquier
tipo de roca quebrada en pedazos que puedan excavarse con
facilidad. Los Bulldozer están limitados a movimientos cortos y roca
fácil de excavar; en ocasiones se utiliza para mover rocas y piedras
grandes. Los Cargadores Frontales se utilizan en lugar de las palas
por su alta producción en terreno abrupto. Las Escrepas (traillas) son
adecuadas para recorridos cortos y rocas quebrada a tamaño
pequeño; pero el desgaste de llantas es mucho mayor que en otras
aplicaciones. Las Palas Hidráulicas puede utilizarse en lugar de Palas
Mecánicas cuando el espacio es reducido. Los Cucharones de Almeja
es adecuada cuando la distancia entre la maquina y el fondo de
excavación impide utilizar otro equipo; la roca debe estar bien
disgregada para mayor producción.
6. Compactación.- los compactores de Pata de Cabra ofrecen
producción a alta velocidad. Los compactores con ruedas de goma
(hule) se utilizan para suelos granulares. Las compactadoras
Vibratorias la capacidad de compactación depende de la frecuencia y
energía de las vibraciones. Los Rodillos de Rejilla, útiles para romper
terrenos. Los Apisonadores Neumáticos se utilizan para rellenos sobre
tuberías y para trabajos inaccesibles de equipo más grande. Los
compactadores de Pata Plana son autopropulsados y compactan
desde el tope hacia abajo. Un cargador frontal con llantas neumáticas
puede convertirse en este tipo de compactadora cambiando las
ruedas; ello cuando se desea una superficie tersa y sellada.
284
ING. PEDRO FELIX DOROTEO NEYRA – DOCENTE DE LA F.I.C.
DESCRIPCION DE LAS MAQUINARIAS PARA CONSTRUCCION DE
CARRETERAS
TRACTORES
Definición
285
ING. PEDRO FELIX DOROTEO NEYRA – DOCENTE DE LA F.I.C.
Máquina para movimiento de tierra con una gran potencia y robustez en
su estructura, diseñado especialmente para el trabajo de corte
(excavando) y al mismo tiempo empujando con la hoja (transporte). En
esta máquina son montados diversos equipos para poder ejecutar su
trabajo, además debido a su gran potencia tiene la posibilidad de
empujar o apoyar a otras máquinas cuando estas lo necesiten (Ej. una
mototrailla).
Clasificación
Por su envergadura
Pequeños
Medianos
Grandes
Por la forma en que mueve su hoja
tildozer
angledozer
tipdozer
De acuerdo a la forma de rodamiento:
Sobre cadena
Sobre neumático (Bastidor rígido o articulado)
286
ING. PEDRO FELIX DOROTEO NEYRA – DOCENTE DE LA F.I.C.
Principales componentes
Motor
Transmisión
Las ruedas o las cadenas
La dirección y los frenos
El bastidor " Sistema hidráulico
Hoja
Ripper
Cabina
Especificaciones técnicas de modelos Caterpillar
Tractores de cadena pequeños
Potencia hp 78 a 100
Cilindrada 4998 cm3
Peso kg 7640 a 8821
Tractores de cadena medianos
Potencia hp 110 a 140
Peso kg 13100 a 27776
287
ING. PEDRO FELIX DOROTEO NEYRA – DOCENTE DE LA F.I.C.
Tractores de cadena grandes
Potencia hp 305 a 850
Peso kg 37580 a 111590
Tractores neumáticos medianos
Potencia hp 220 a 440
Radio de giro 9.91 m
Peso kg 18611 a 46355
Tractores neumáticos grandes
Potencia hp 625 a 850
Radio de giro 12.5 a 17.
Algunas diferencias entre tractor de oruga y uno neumático
ORUGAS NEUMÁTICOS
Mayor tracción (fuerza) No deteriora el pavimento
En un río se deteriora la oruga Se desestabiliza mas rápido
288
ING. PEDRO FELIX DOROTEO NEYRA – DOCENTE DE LA F.I.C.
Tiene que ser transportado en un
camión
Trabaja mejor en un río, suelos
granulares, dunas
Funciona bien en grandes volúmenes
de tierraCon fango patina
Trabaja bien en suelos arcillosos,
mojados
Distancia máxima económica =
150-180 m.
Distancia máxima económica =
100mt.
Velocidades máximas de avance y retroceso de un tractor de
cadena CATERPILLAR modelo D9N
Velocidad máxima de avance : 12,1 km/h
Velocidad máxima de retroceso : 14,9 km/h
MOTONIVELADORAS
Definición
Máquina muy versátil usada para mover tierra u otro material suelto.
289
ING. PEDRO FELIX DOROTEO NEYRA – DOCENTE DE LA F.I.C.
Su función principal es nivelar, modelar o dar la pendiente necesaria al
material en que trabaja. Se considera como una máquina de terminación
superficial.
Su versatilidad esta dada por los diferentes movimientos de la hoja,
como por la serie de accesorios que puede tener.
Puede imitar todo los tipos de tractores, pero su diferencia radica en que
la motoniveladora es más frágil, ya que no es capaz de aplicar la
potencia de movimiento ni la de corte del tractor.Debido a esto es mas
utilizada en tareas de acabado o trabajos de precisión.
Las motoniveladora pueden ser arrastrada o automotriz, siendo esta
última la más utilizada y se denomina motoniveladora (motograder)
Especificaciones técnicas de modelos Caterpillar
MODELO
Potencia
neta al
volante(KW)
Modelo
Motor
Velocidad
máxima
de avance
(km/h)
Velocida
d máxima
de
retroceso
(km/h)
Radio
mínimo
de
giro(m)
120G 93 3304 40,9 38,3 6,7
130G 101 3304 39,4 36,9 7,3
12G 101 3406 39,4 39,4 7,3
290
ING. PEDRO FELIX DOROTEO NEYRA – DOCENTE DE LA F.I.C.
140G 112 3406 41,0 41,0 7,3
140G AWD 134 3406 41,0 41,0 7,8
14G 149 3406 43,0 50,1 7,9
16G 205 3406 43,6 43,6 8,2
Principales componentes
Motor.
Bastidor.
Tren de potencia.
Frenos y llantas.
Eje delantero.
Eje trasero.
Hoja y tornamesa (anillo).
Sistema hidráulico.
291
ING. PEDRO FELIX DOROTEO NEYRA – DOCENTE DE LA F.I.C.
Cabina.
Accesorios
MOTONIVELADORAS MARCA CASE
Modelo Potencia Neta Peso Operacional Largo de la Hoja (estándar)
845
104 kW 13.535 kg 3,66 m
140 HP 29.777 lbs 12'
865
116 kW 14.550 kg 3,96 m
155 HP 32.077 lbs 13'
885
153 kW 17.250 kg 4,27 m
205 HP 37.950 lbs 14'
MODELOS
292
ING. PEDRO FELIX DOROTEO NEYRA – DOCENTE DE LA F.I.C.
845 Potencia Neta 104 kW
140 HP
Peso Operacional 13.535 kg
29.777 lbs
Largo de la Hoja (estándar) 3,66 m
12'
865 Potencia Neta 116 kW
155 HP
Peso Operacional 14.550 kg
32.077 lbs
293
ING. PEDRO FELIX DOROTEO NEYRA – DOCENTE DE LA F.I.C.
Largo de la Hoja (estándar) 3,96 m
13'
885 Potencia Neta 153 kW
205 HP
Peso Operacional 17.250 kg
37.950 lbs
Largo de la Hoja (estándar) 4,27 m
14'
294
ING. PEDRO FELIX DOROTEO NEYRA – DOCENTE DE LA F.I.C.
CARGADOR FRONTAL
El cargador frontal es un equipo tractor, montado en orugas o en ruedas,
que tiene un cucharón de gran tamaño en su extremo frontal.
Los cargadores son equipos de carga, acarreo y eventualmente
excavación, en el caso de acarreo solo se recomienda realizarlo en
distancias cortas.
El uso de cargadores da soluciones modernas a un problema de acarreo
y carga de materiales, con la finalidad de reducir los costos y aumentar
la producción. En el caso de excavaciones con explosivos, la buena
movilidad de éste le permite moverse fuera del área de voladura
rápidamente y con seguridad; y antes de que el polvo de la explosión se
disipe, el cargador puede estar recogiendo la roca regada y
preparándose para la entrega del material.
Los cucharones del cargador frontal varían en tamaño, desde 0.19 m3
hasta más de 19.1 m3 de capacidad, colmado. El tamaño del cucharón
está estrictamente relacionado con el tamaño de la máquina.
Rápidez y eficacia para el productor actualizado.
295
ING. PEDRO FELIX DOROTEO NEYRA – DOCENTE DE LA F.I.C.
Reducción de costos de laboreo.
Aplicable a todo tipo de tractores agrarios.
Especificaciones técnicas Equipo Opcional
Tipo de CargadorFrontal, de acción
cíclica
MS-
A301
Accesorio elevador para rollos de
forraje.
Capacidad del
balde380/500 Lts.
MS-
A302
Accesorio elevador para rollos de
empaquetados.
Rango de
potencia50 - 120 HP
MS-
A303
Accesorio elevador para estibar rollos
verticales.
Capacidad de
carga (max.)1000 Kg.
MS-
A304Accesorio elevador de "Pallets".
MS-
A305
Accesorio garfio colector de residuos
de poda.
296
ING. PEDRO FELIX DOROTEO NEYRA – DOCENTE DE LA F.I.C.
El Cargador Frontal de nueva concepción, tiene una alta practicidad de
manejo, gracias a su sistema hidráulico de alta confiabilidad equipado
con válvula de 3 comandos. De fácil acceso dentro del habitáculo del
tractor.
El balde puede ser desmontado muy fácilmente desde la cabina para ser
cambiado por accesorios tales como elevadores para rollos de forraje,
garfio para estibar rollos verticales
Clasificación
De acuerdo a la forma de efectuar la descarga:
Descarga Frontal
Descarga Lateral
Descarga Trasera
De acuerdo a la forma de rodamiento:
297
ING. PEDRO FELIX DOROTEO NEYRA – DOCENTE DE LA F.I.C.
De Neumáticos (Bastidor rígido o articulado)
De Orugas
RODILLOS
Estos están destinados a compactar el material de los terraplenes,
afirmados y pavimentos. Trabajan por pasadas sucesivas sobre el mismo
lugar y los hay de diversos tipos y dimensiones según la clase de trabajo
que se quiera realizar y la presión unitaria que se desee obtener sobre
los suelos. Compactan los materiales por capas suyo espesor varia
según la clase de rodillo y para que su trabajo sea efectivo, es muy
importante que las capas se rieguen con agua en la proporción que
determine el laboratorio.
1. rodillos pata de cabra
2. rodillos vibratorio
3. rodillos neumáticos
298
ING. PEDRO FELIX DOROTEO NEYRA – DOCENTE DE LA F.I.C.
especificaiones tecnicas de un rodillo CASE DV 202
DV202 Potencia Bruta del Motor 27 hp
20 kW
Peso en Orden de Trabajo 5,950 lb
2.700 kg
Ancho del Cilindro de Compactación 47.2 in
1,2 m
Distáncia Libre del Suelo 12 in
0,305 m
Opciones de vibración 2
2
299
ING. PEDRO FELIX DOROTEO NEYRA – DOCENTE DE LA F.I.C.
DV204 Potencia Bruta del Motor 38 hp
27,6 kW
Peso en Orden de Trabajo 7,720 lb
3.500 kg
Ancho del Cilindro de Compactación 51.2 in
1,3 m
300
ING. PEDRO FELIX DOROTEO NEYRA – DOCENTE DE LA F.I.C.
Distáncia Libre del Suelo 12 in
0,305 m
Opciones de vibración 2
2
301
ING. PEDRO FELIX DOROTEO NEYRA – DOCENTE DE LA F.I.C.
MOTOTRAILLA
Definición
La Trailla consta, en principio, de un bastidor o chasis que lleva una caja
o recipiente de transporte y debe ser remolcada.
Una Mototraílla debe tener la potencia, tracción y velocidad para una
producción alta y continua con una amplia gama de materiales,
condiciones y aplicaciones. Algunas de las opciones de las Mototraíllas
incluyen motor simple con caja abierta, motor tándem con caja abierta,
motor tándem de empuje y tiro, elevadores y configuraciones de sinfín.
Las Mototraíllas cortan y cargan rápidamente, tienen altas velocidades
de desplazamiento, extienden en operación y eventualmente compactan
por peso propio durante la operación.
Las Escrepas (traíllas) que son de uso común para movimiento de tierras
pueden ser del tipo arrastrado por un tractor o autopropulsadas
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ING. PEDRO FELIX DOROTEO NEYRA – DOCENTE DE LA F.I.C.
(motoescrepas). En esencia, la escrepa funciona como una cuchara. Un
tazón colgado del bastidor se inclina hacia abajo para permitir que el
borde cortante rasgue una capa delgada de tierra. Cuando avanza la
escrepa se llena el tazón; cuando está lleno se inclina hacia arriba y se
baja una compuerta en el extremo abierto para cerrar el tazón. Para
descargar en capas delgadas, se inclina el tazón hacia abajo y un
expulsor empuja la tierra hacia fuera.
La motoescrepa puede tener dos o tres ejes y uno o dos de estos
motores. Con un solo motor éste impulsa las ruedas delanteras. Con dos
motores, una impulsa las ruedas delanteras y el segundo las ruedas
traseras. Las escrepas también pueden funcionar en tándem, es decir
con dos escrepas detrás de una unidad motriz o tractor.
Las escrepas arrastradas por tractor son mas adecuadas para
acarreos cortos; que lo económico sería de 300m. Este tipo escrepa es
útil para desplomar y mover tierra en lugares pantanosos.
Las escrepas hidráulicas pueden forzar el cierre de la compuerta y
reducir la derrama; pero es difícil obtener una carga copeteada o
completa. Por ello, la cantidad de material movido por el viaje es menor
con roca que con tierra.
Para aprovechar las escrepas, la roca se tiene que disgregar en
partículas pequeñas.
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Dentro de las operaciones principales de una mototrailla se encuentran:
Corte del suelo
Carga de Material removido
Transporte del material
Vaciado o descarga y su conjunta compactación
Todo lo anterior se realiza con la mototrailla en movimiento.
Especificaciones técnicas de un modelo Caterpillar
Modelo 613C Series II
Modelo motor 3116
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Cambios 1-2 de potencia neta 131 kW / 175 hp
Velocidades máximas Entre los 40 y 50 Km/hr.
RETROEXCAVADORAS
Maquina autopropulsada, la que se caracteriza por su versatilidad y la
ventaja de trabajar en espacios reducidos. Esta máquina, se encuentra
montada sobre ruedas con bastidor especialmente diseñado que porta a
la vez, un equipo de carga frontal y otro de retroexcavación trasero, de
forma que pueden ser utilizado para trabajos de excavación y carga de
material.
Dentro de este tipo de excavadora existe la Retroexcavadora Hidráulica,
en la cual todos los movimientos, se ejecutan por mandos hidráulicos.
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Consta en esencia de un brazo extensible en cuyo extremo se acopla,
por medio de un eje; la cuchara puede girar un ángulo de 115º alrededor
de aquel; el brazo extensible puede ejecutar movimientos de elevación,
descenso y rotación alrededor de su eje longitudinal. Con las
disposiciones dadas, la máquina puede realizar las formas de excavación
más variadas (cunetas, taludes, zanjas) y se obtiene un acabado más
perfecto.
Características y dimensiones más comunes de Retroexcavadora:
- Capacidad de cuchara: 0.375 a 1.150 m3
- Potencia del motor: 50 a 125 cv (diesel)
- Peso Aproximado: 13 a 40 Tn.
- Velocidad de traslación: 1.2 a 3.2 Km/h
- Velocidad de rotación: 3.8 a 5.25 r.p.m
- Velocidad de elevación: 14 a 16 m/seg.
- Esfuerzo máximo de dragado: 14 000 a 32 000 Kg.
- Velocidad de dragado: 20 a24 m/seg
- Esfuerzo máximo de dragado: 10 500 a 23 500 Kg.
- Longitud de la pluma: 5.2 a 8.00 m.
- Longitud de brazo de la cuchara: 1.70 a 3.05 m.
- A: profundidad máxima de ataque: 4.80 a 7.60 m
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- B: Radio de acción máxima de ataque: 8.30 a 12.50 m
- C: Altura de descarga al comienzo de la misma: 2.40 a 4.60 m.
- D: altura máxima de descarga al final de la misma: 3.40 a 6.50 m.
- E: Radio de Acción para altura C: 3.25 a 4.90 m.
- F: Radio de Acción para la altura D: 5.20 a 9.60 m.
Especificaciones técnicas de una retroexcavadora Caterpillar modelo 426B
Potencia al volante 61 KW
Peso en orden de trabajo 6790 kg
Velocidad máxima de avance 33,2 km/h
Velocidad máxima de retroceso 33,5 km/h
Radio mínimo de giro 7,88 m
a)Profundidad máxima de excavación 4721 mm
b)Fondo plano de 61 mm. 4696 mm
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c)Altura total de operación 5752 mm
d)Altura de carga 3815 mm
e)Alcance de carga 1711 mm
Arco de giro 180º
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EXCAVADORAS
Máquina autopropulsada sobre ruedas o cadenas con una
superestructura capaz de efectuar una rotación de 360º, que excava,
carga, eleva, gira y descarga materiales por la acción de una cuchara
fijada a un conjunto de pluma y balancín, sin que el chasis o la
estructura portante se desplace.
La definición anterior, precisa que si la máquina descrita no es capaz de
girar su superestructura una vuelta completa (360º), no es considerada
como excavadora. La precisión de los órganos de trabajo, tales como
pluma, balancín, estructura portante, etc.; fija y unifica los criterios
clasificadores.
Clasificación
Por su accionamiento:
Excavadoras de cable o mecánicas.
Excavadoras Hidráulicas.
Por su sistema de traslación:
Excavadoras montadas sobre cadenas (orugas)
Excavadoras montadas sobre ruedas (neumáticos)
Principales componentes
Sistema de rodaje (o infraestructura)
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Superestructura giratoria (cabina, fuerza motriz y contrapeso)
Equipo frontal (brazo y cucharón)
Principales diferencias entre una excavadora montada sobre orugas y una sobre ruedas
CADENAS (ORUGAS) RUEDAS
Mayor flotación Mayor movilidad
Mayor tracción No dañan el pavimento
Mejor maniobrabilidad para terrenos
muy difíciles
Mejor estabilidad con
estabilizadores
Reubicación más rápida de la
máquina
Nivelación de la máquina con
estabilizadores
Mayor capacidad de trabajo con
la hoja
Especificaciones técnicas de una Excavadora 320L
Potencia al volante 96 KW
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Modelo del motor 3066 T
Nº de cilindros 6
Cilindrada 6.4 L
Caudal máximo de la bomba hidráulica del
implemento a las R.P.M. nominales2x185 l/min
Ajuste de las válvulas de alivio
Circuitos del implemento
Circuitos de desplazamiento
Circuitos de giro
Circuitos auxiliares
31400 kpa
34300 kpa
23000 kpa
3400 kpa
Velocidad máxima de desplazamiento 4455 mm
Ancho de la zapata estándar 2380 lt
Capacidad del tanque de combustible 310 lt
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Dentro de la Empresa CASE existen los siguientes modelos de
Excavadoras, y se presenta sus características principales
ModeloPotencia neta del
motor
Capacidad Máx.
Cuchara
Peso en Orden de
Trabajo
CX130
79 kW 670 L 12.211 kg
106 HP 0.88 cu. yd 26,920 lb.
CX160
106 HP 760 L 16.048 kg
79 kW 1.00 cu. yd 35,380 lb.
CX210
102,9 kW 1.150 L 20.461 kg
138 HP 1.5 cu. yd 45,109 lb.
CX240 121,5 kW 1.530 L 24.224 kg
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163 HP 2.0 cu. yd 53,405 lb.
CX290
190 HP 1.640 L 29.359 kg
142 kW 2.15 cu yd. 64,725 lb.
CX330
193 kW 2.240 L 35.400 kg
259 HP 2.93 cu yd 78,043 lb
CX130 Potencia neta del motor 79 kW
106 HP
Capacidad Máx. Cuchara 670 L
0.88 cu. yd
Peso en Orden de Trabajo 12.211 kg
26,920 lb.
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ING. PEDRO FELIX DOROTEO NEYRA – DOCENTE DE LA F.I.C.
Alcance Máximo 8,27 - 8,74 m
27' 2" - 28' 8"
Profundidad Máx. de
Excavación
5,54 - 6,10 m
18' 2" - 20' 0"
Una máquina potente y maniobrable. Su tamaño reducido la convierte
en una máquina ideal para trabajar en espacios confinados o en obras
congestionadas. ; La excavadora CX130 se puede transportar fácilmente
de una obra a otra para obtener la máxima versatilidad.
← El sistema de gestión totalmente electrónico del motor y del
sistema hidráulico tiene tres modos de trabajo, además de los
modos Auto y Auto Powerboost.
← Cumple, hoy, con la normativa “verde” ; Tier II, Reglamentación ;
europea sobre emisiones que entrará en vigor ; el 1 de enero de
2003.
← La simultaneidad del desplazamiento, de la rotación de la torreta y
de los movimientos de los equipos garantiza la obtención de una
elevada producción.
314
ING. PEDRO FELIX DOROTEO NEYRA – DOCENTE DE LA F.I.C.
← La amortiguación de la pluma y de la rotación garantiza un
funcionamiento fluido y suave.
← Cabina muy confortable de 1 m de anchura que proporciona una excelente
visibilidad hacía adelante y hacia los laterales para que el funcionamiento sea
seguro.
CX160 Potencia neta del motor 106 HP
79 kW
Capacidad Máx. Cuchara 760 L
1.00 cu. yd
Peso en Orden de Trabajo 16.048 kg
35,380 lb.
Alcance Máximo 9,12 m - 9,47 m
29' 11" - 31' 1"
Profundidad Máx. de Excavación 6,11 m - 6,45 m
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ING. PEDRO FELIX DOROTEO NEYRA – DOCENTE DE LA F.I.C.
20' 1" - 21' 2"
La excavadora Case CX160 es una máquina altamente flexible que
resulta perfecta para trabajos de construcción viviendas y locales
comerciales, así como para proyectos de instalación de servicios de
tamaño medio. Está equipada con sistemas hidráulicos auxiliares para
poder utilizar una amplia gama de equipos.
← El sistema de gestión totalmente electrónico del motor y del
sistema hidráulico tiene tres modos de trabajo, además de los
modos Auto y Auto Powerboost.
← Cumple, hoy, con la normativa 'verde' Tier II, Reglamentación
europea sobre emisiones que entrará en vigor el 1 de enero de
2003.
← La simultaneidad del desplazamiento, de la rotación de la torreta y
de los movimientos de los equipos garantiza la obtención de una
elevada producción.
← La amortiguación de la pluma y de la rotación garantiza un
funcionamiento fluido y suave.
← Cabina muy confortable de 1 m de anchura que proporciona una excelente
visibilidad hacía adelante y hacia los laterales.
CX210 Potencia neta del motor 102,9 kW
316
ING. PEDRO FELIX DOROTEO NEYRA – DOCENTE DE LA F.I.C.
138 HP
Capacidad Máx. Cuchara 1.150 L
1.5 cu. yd
Peso en Orden de Trabajo 20.461 kg
45,109 lb.
Alcance Máximo 9,41 m - 9,96 m
30' 10" - 32' 8"
Profundidad Máx. de Excavación 6,12 m - 6,71 m
20' 1" - 22' 0"
La excavadora Case CX210 pone potencia, precisión, velocidad y fuerza
en la punta de sus dedos. Esta máquina resulta ideal desde trabajos
ligeros de construcción de viviendas hasta grandes proyectos de
instalación de servicios. Desde la pluma hasta la cuchara, la excavadora
CX210 ofrece excelentes prestaciones en excavación.
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ING. PEDRO FELIX DOROTEO NEYRA – DOCENTE DE LA F.I.C.
← El sistema de gestión totalmente electrónico del motor y del
sistema hidráulico tiene tres modos de trabajo, además de los
modos Auto y Auto Powerboost.
← Cumple, hoy, con la normativa “verde” Tier II,
Reglamentación europea sobre emisiones que entrará en vigor el
1 de enero de 2003.
← La simultaneidad del desplazamiento, de la rotación de la torreta y
de los movimientos de los equipos garantiza la obtención de una
elevada producción.
← La amortiguación de la pluma y de la rotación garantiza un
funcionamiento fluido y suave.
← Cabina muy confortable de 1 m de anchura que proporciona una excelente
visibilidad hacía adelante y hacia los laterales.
CX240 Potencia neta del motor 121,5 kW
163 HP
Capacidad Máx. Cuchara 1.530 L
2.0 cu. yd
Peso en Orden de Trabajo 24.224 kg
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53,405 lb.
Alcance Máximo 9,9 m - 10,42 m
32' 6" - 34' 2"
Profundidad Máx. de Excavación 6,96 m - 7,39 m
22' 10" - 24' 3"
Con una potencia sin parangón y un comportamiento muy preciso, la
excavadora Case CX240 está equipada para afrontar una multitud de
proyectos de construcción o demolición. Desde los trabajos de
construcción de carreteras y puentes hasta los de instalación de
servicios más exigentes, la excavadora CX240 ofrece la resistencia y las
prestaciones que se necesitan para realizar el trabajo.
← El sistema de gestión totalmente electrónico del motor y del
sistema hidráulico tiene tres modos de trabajo, además de los
modos Auto y Auto Powerboost.
← Cumple, hoy, con la normativa “verde” Tier II,
Reglamentación europea sobre emisiones que entrará en vigor el
1 de enero de 2003.
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ING. PEDRO FELIX DOROTEO NEYRA – DOCENTE DE LA F.I.C.
← La simultaneidad del desplazamiento, de la rotación de la torreta y
de los movimientos de los equipos garantiza la obtención de una
elevada producción.
← La amortiguación de la pluma y de la rotación garantiza un
funcionamiento fluido y suave.
← Cabina muy confortable de 1 m de anchura que proporciona una
excelente visibilidad hacía adelante y hacia los laterales.
FRESADORA
La fresadora permite la remoción de pavimentos de hormigón o asfalto y
eventualmente el cepillado de ambos, por lo que según el tipo de trabajo
a realizar deberá escogerse la fresadora adecuada.
Los principales trabajos realizados con estas máquinas son:
-Recuperación de pavimentos.
-Estabilización de suelos.
-Perfiladura de pavimentos
Clasificación
. Perfiladora
· Recuperadora
· Estabilizadora
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Especificaciones técnicas de modelos Caterpillar
Ancho de fresado 2.000 mm
Profundidad de fresado 0 - 320 mm
Potencia de salida 470 kW / 640 PS
Número de cadenas 4
Tambor de fresado Mecánico
Sistema de dirección Hidráulico
Peso en operación 35.800 (kg)
COMPACTACIÓN
7.1-) Aspectos generales.
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La compactación es el procedimiento de aplicar energía al suelo suelto
para eliminar espacios vacíos, aumentando así su densidad y en
consecuencia, su capacidad de soporte y estabilidad entre otras
propiedades. Su objetivo es el mejoramiento de las propiedades de
ingeniería del suelo.
Luego de la ejecución de los rellenos con todos los procedimientos
propios del mismo, debe procederse a la compactación de éste. Para
esta operación, deberá controlarse previamente el contenido de
humedad, que debe corresponder a la humedad optima que determine
el laboratorio.
El material deberá ser compactado con el grado que fije el laboratorio,
de acuerdo al ensaye Proctor modificado y para cumplir con este
requisito deben tenerse en consideración los siguientes factores:
a.-) Espesor de la capa de material suelto que se compacta.
b.-) Presiona ejercida por el rodillo o pisón sobre el terreno.
c.-) Numero de pasadas del rodillo o golpes de pisón, necesarios parta
obtener el grado de compactación establecido.
d.-) Humedad en el momento de la operación.
En la mayor parte de los casos, será necesario el empleo de maquinaria
especializada, que puede ser la siguiente:
(1)- Rodillo pata de cabra. Consta de los siguientes elementos: un
tambor al cual van soldadas una serie de patas; un marco que lleva los
descansos del tambor; y una barra de tiro para acoplar el rodillo al
tractor de remolque.
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Este tipo de rodillo se usa cuando se requiere una alta presión aplicada
al material de relleno, entre 9 y 20 [Kg/cm2], que puede aumentar
considerablemente si el tambor se rellena con agua y arena.
2)- Rodillo con ruedas neumáticas. Consiste en un cajón metálico
apoyado sobre ruedas neumáticas. Este cajón, al ser llenado con agua,
arena seca o arena mojada, ejerce una mayor presión de compactación,
con valores que pueden variar entre 3 y 8 [Kg/cm2].
(3)- Rodillo vibratorio. En este caso al rodillo, formado por un tambor
de acero, se le ha agregado vibración, haciendo girar un contrapeso
colocado excéntricamente en el eje de giro, con frecuencias de 1000 a
4000 revoluciones por minuto.
(4)- Placa compactadora. Esta, corresponde a una placa apisonadora
que golpea y se separa del suelo a alta velocidad logrando con ello la
densificación del suelo.
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ING. PEDRO FELIX DOROTEO NEYRA – DOCENTE DE LA F.I.C.
La compactación debe efectuarse comenzando en los bordes y
avanzando hacia la línea central en pasadas paralelas traslapadas en,
por lo menos, una mitad del ancho de la unidad compactadora. Se
requiere un número de pasadas suficiente para obtener el grado de
compactación exigido.
324
