Materiales de Construcción II
Pavimentos Flexibles.
Antes de hablar de lo que es en sí pavimentos flexibles debemos tratar ciertos conceptos que nos ayudaran a entender y digerir con facilidad el tema a tratar.
- Pavimentos
Se llama pavimento al conjunto de capas de material seleccionado que reciben en forma directa las cargas del tránsito 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, además de una adherencia adecuada entre el vehículo y el pavimento aun en condiciones húmedas. Deberá presentar una resistencia adecuada a los esfuerzos destructivos del tránsito, de la intemperie y del agua. Debe tener una adecuada visibilidad y contar con un paisaje agradable para no provocar fatigas.
Entre los materiales utilizados en la pavimentación urbana, industrial o vial están: los suelos con mayor capacidad de soporte, los materiales rocosos, el hormigón y mezclas asfálticas.
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.
Objetivos de una pavimentación
1. Soporte de las cargas producidas por el tráfico :
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.
2. 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.
3. Textura superficial adecuada:
La capa de rodadura debe ser segura para la conducción de vehículos, y lo suficientemente liza 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.
4. Flexibilidad para adaptarse a las fallas de la sub-base:
Los pavimentos asfálticos son flexibles y pueden ajustarse a los posibles asentamientos de la base.
5. Resistencia a la oxidación.
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.
Pavimentos flexibles.
Se denomina pavimentos flexibles, a los que su estructura total se reflecta o flexiona, un pavimento flexible se adapta a las cargas. Este tipo de pavimentos son de amplio uso en zonas de tráfico constante como vías, aceras, parqueos, etc. Están compuestos de una capa de áridos envueltos y aglomerado con betún asfáltico, de espesor mínimo de 25mm, sobre capas de sustentación como base granular, asfáltica, hormigón o pavimentos de bloques.
Para la aplicación de la capa asfáltica debe antes de aplicarse un riego que sirve de unión entre la capa base inferior y la carpeta asfáltica a colocarse, las funciones principales de este riego son:
- Impermeabilizar la superficie.
- Cerrar los espacios capilares.
- Revertir y pegar sobre la superficie las partículas sueltas.
- Endurecer la superficie.
- Facilitar el mantenimiento.
- Promover la adherencia entre la capa base y la primera capa de mezcla asfáltica.
Capas que conforman un pavimento.
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.
Sub-rasante
Es la que corresponde al terreno de fundación, que es el suelo que sirve de fundación al pavimento después de haber terminado el movimiento de tierras y que una vez compactado tiene las secciones trasversales y pendientes de diseño.
sub-base.
Es la capa granular localizada entre la sub-rasante y la base en pavimentos flexibles o rígidos y ocasionalmente, sobre todo en pavimentos rígidos, se puede prescindir de ella.
Las bases y sub-bases son capas de material pétreo adecuadamente seleccionadas para traspasar las cargas de la carpeta de rodadura ala sub-base (infraestructura), puesto que los esfuerzos en un pavimento decrecen con la profundidad, la ubicación de estos materiales dentro de la estructura de un pavimento (superestructura), esta dado por las propiedades mecánicas de cada una de ellas.
Base.
Capa sobre sub-base o sub-rasante destinada a sustentar la estructura del pavimento. Es la capa que recibe mayor parte de los esfuerzos producidos por los vehículos. Regularmente esta capa, además de compactación, necesita otro tipo de mejoramiento (estabilización) para poder resistir las cargas del tránsito sin deformarse y además transmitirlas en forma adecuada a las capas inferiores.
Carpeta de rodadura.
Es la capa superior del pavimento y sobre esta circulan los vehículos durante la vida útil de la misma, debe ser resistente a la acción mecánica de rozamiento generada por el trafico y el intemperismo.
Tiene la función general de proteger la estructura, impermeabilizando la superficie del pavimento, debe ser suave y de superficie continua para que sea cómoda la circulación de vehículos y debe ser rigorosa para asegurar la adherencia de los vehículos.
Según el tipo de carpeta de rodadura los pavimentos se clasifican de dos formas, pavimento flexible y pavimento rígido, aunque en esta ocasión trataremos el pavimento flexible, su conceptualización, características, clasificación y otros.
Funciones:
- Prevenir la intrusión de los finos del suelo de sub-rasante en las capas de base, para lo cual se debe especificar materiales de graduación relativamente para este propósito.
- Minimizar los daños por efecto de las heladas y en estos casos se debe especificar materiales con alto porcentaje de vacíos.
- Ayuda a prevenir la acumulación de agua libre dentro de la estructura del pavimento, en este caso se debe especificar material de libre drenaje y colectores para evacuar el agua.
- Proveer una plataforma de trabajo para los equipos de construcción.
- Dar soporte a las capas estructurales siguientes.
Materiales:
Se debe utilizar partículas limpias, con suelos tipo grava arenosa, arenas arcillosas o suelos similares, que cumplan los siguientes requisitos:
- Inorgánicos.
- Libres de escombros.
- Libre de material vegetal.
- Libres de basuras.
- Libres de material congelado.
- Sin presencia de terrones.
- Sin presencia de trozos degradables.
- Y cumplir con algunas características (como limite liquido25% máximo, índice de plasticidad 6% máximo entre otros).
• Materiales en la base:
Los materiales a utilizar en la base deberán estar:
- Libre de residuos orgánicos.
- Libres de suelo vegetal.
- Libres de arcilla u otro material perjudicial.
- Además de cumplir con otros requisitos o ensayos a los que son sometidos (desgaste de los Ángeles y poder de soporte CBR).
Entre los diferentes tipos de riegos utilizados en pavimentos flexibles tenemos:
Riego de imprimación: se
Consiste en la aplicación de una emulsión asfáltica de baja viscosidad sobre una base estabilizada para permitir la adherencia de la capa asfáltica.
Imprimación reforzada:
Consiste en la aplicación de una imprimación sobre una superficie de material granular, seguida de un segundo riego de ligante, para luego aplicar una capa de arena uniformemente distribuida, finalizando el proceso con una compactación con rodillo de neumáticos.
Riego de liga:
Es la aplicación de la emulsión asfáltica sobre un pavimento ya existente y se utiliza para obtener una buena adherencia con la nueva capa asfáltica a construir.
Sello negro:
Es una aplicación ligera de un asfalto líquido sobre una carpeta antigua con el fin de rejuvenecerla y sellar pequeñas grietas y poros superficiales; también suele usarse en tratamientos superficiales recién confeccionadas mejorando la retención de árido.
Riego matapolvo:
Es un riego de asfalto líquido sobre una superficie compactada. Su objetivo es cohesionar partículas superficiales del suelo y servir de palmido del polvo.
Ensayos y pruebas de laboratorio de laboratorio aplicadas a los materiales.
Veremos por separado los materiales correspondientes a cada una de las tres capas que componen la estructura de un pavimento:
Sub-base:
Los materiales para la sub-base serán pétreos, procedentes de canteras o depósitos aluviales, compuestos por fragmentos de piedra o grava, duros y durables, con llenantes de arena u otro material finamente dividido.
Ensayos
Estos materiales deben ser ensayados en laboratorio, debiendo cumplir los requisitos que se detallan a continuación:
1. La fracción de material que pasa por el tamiz No. 40 debe tener un índice de plasticidad menor de 6, y un índice liquido menor del 25. La fracción del material que pasa por el tamiz No. 4 debe presentar un equivalente de arena mayor del 20.
2. El desgaste debe ser tal que al someter el material al ensayo en la máquina de los Ángeles, deberá presentar un desgaste menor al 50 para la fracción gruesa.
3. El valor relativo del soporte (CVR) del material deberá ser mayor del 25 y se medirá sobre muestras compactadas hasta una densidad seca equivalente al 95 de la densidad seca máxima obtenida en el ensayo proctor modificado y sometidas a inmersión. Los estudios previos y los controles de calidad de estos materiales deben encomendarse a laboratorios de reconocida competencia y seriedad.
Base:
Los materiales utilizados para la base consisten en una mezcla de los mismos materiales, pero los agregados se parten en tres grupos: agregados gruesos, agregados finos y llenante mineral.
Los materiales para la fabricación de la mezcla deben cumplir con las siguientes especificaciones:
Agregado grueso: La porción de agregados en el tamiz No. 4, se denomina agregados gruesos, y está constituida por rocas o gravas trituradas, limpias, durables, libres de polvo, terrones de arcilla u otros materiales objetables que puedan impedir la adhesión completa del asfalto a los agregados pétreos.
Agregado fino: la porción de agregado que pasa por el tamiz No. 4 se denomina agregado fino, consistirá de arena natural, de material producido por trituración, o de una combinación de ambos, con granos limpios, duros, de superficie rugosa y angular, libre de terrones de arcilla y otros materiales objetables que puedan impedir la adhesión completa del asfalto a los granos.
Llenante mineral: constituido por polvo de dolomita, cenizas de carbón o fundición, cemento Portland u otro material inerte, seco y libre de terrones.
Ensayos
Para estos agregados se emplean los mismos ensayos mencionados para los materiales de base. Para determinar la granulometría del material llenante, se sigue el procedimiento establecido en la norma NTC 238. Los buenos procedimientos de control de calidad requieren de pruebas durante los procesos de producción, acopio y manejo para asegurar que solamente se use material satisfactorio en la mezcla de pavimentación, y proporcionar un registro permanente como evidencia de que los materiales cumplen con las especificaciones de la obra.
Capa de rodadura
Los agregados pétreos para la base asfáltica deben tener una curva granulométrica que se ajuste a una de las siguientes bandas, según se vaya a utilizar para reforzar pavimentos existentes, o como parte de la estructura de un pavimento nuevo.
1. La fracción gruesa, o sea, la retenida en el tamiz No. 4, debe presentar la prueba de los Ángeles un desgaste no mayor al 40.
2. La forma de los elementos gruesos debe ser talque los índices de alargamiento y aplanamiento sean inferiores al 35.
3. La fracción gruesa debe tener un equivalente de arena mayor al 30.
Diseño de pavimentos flexibles.
Debe tenerse en cuenta tres elementos principales: tipo de agregados, tipo de ligante y método de construcción; a continuación trataremos los dos principales.
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 mínimos: 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.
Propiedades del pavimento flexible.
El asfalto es un material aglomerante, resistente, muy adhesivo, altamente impermeable y duradero; capaz de resistir altos esfuerzos instantáneos y fluir bajo acción de calor o cargas permanentes.
Componente natural de la mayor parte de los petróleos, en los que existe en disolución y que se obtiene como residuo de la destilación al vacío del crudo pesado.
Es una sustancia plástica que da flexibilidad controlable a las mezclas de áridos con las que se le combina usualmente.
Su color varía entre el café oscuro y el negro; de consistencia sólida, semisólida o líquida, dependiendo de la temperatura a la que se exponga o por la acción de disolventes de volatilidad variable o por emulsificación.
Propósitos de los pavimentos flexibles.
- Resistir y distribuir adecuadamente las cargas producidas por el transito.
- Un pavimento debe estar constituido de tal manera que las cargas que sobre él se apliquen no provoquen deformaciones permanentes y perjudiciales sobre la sub-rasante, sobre el cual está colocado, y a la vez, se impida la formación de grietas. Por lo tanto, un pavimento de asfalto debe tener el espesor necesario para soportar y distribuir las cargas del tránsito al que se dispone.
- Tener la impermeabilidad necesaria.
- El pavimento debe tener la suficiente impermeabilidad para impedir la filtración de agua y partículas no deseadas, impidiendo así su propio deterioro.
- Resistir a la acción destructora de los vehículos.
La acción abrasiva de las llantas de los vehículos provoca desgaste de la superficie y desprendimiento de partículas del pavimento, también el transito provoca cierta acción de molienda y amasado. De ahí que el pavimento deba resistir estos efectos:
- Tener resistencia a los agentes atmosféricos.
- Los agentes atmosféricos actúan continuamente sobre la superficie de los pavimentos, provocando la meteorización y alteración de los materiales que lo forman.
- Tener una superficie de rodamiento adecuada que permita en todo tiempo un tránsito fácil y cómodo de los vehículos.
- Presentan pequeños asentamientos, ya sea de la base o la sub-base, los cuales no son de extremo perjudiciales, de ahí que convenga que el pavimento tenga cierta flexibilidad que le haga capaz de adaptarse a esas pequeñas fallas sin necesidad de reparaciones costosas.
Características del pavimento flexible.
- Un pavimento flexible se adapta a las cargas.
- La estructura de pavimento flexible está compuesta por varias capas de material. Cada capa recibe cargas, se extiende en ella, y pasa a estas cargas, a la siguiente capa inferior. Por lo tanto, la capa más abajo en la estructura del pavimento, recibe menos carga. Con el fin de aprovechar al máximo esta propiedad, las capas son generalmente dispuestas en orden descendente de capacidad de carga, por lo tanto la capa superior será la que posee la mayor capacidad de carga de material (y la más cara) y la de más baja capacidad de carga de material (y más barata) ira en la parte inferior.
- Los años de vida útil de este pavimento varían entre los 10 a 15 años.
- superficie uniforme e impermeable.
- resistente a la repetición de cargas.
- Resistente a la acción del medio ambiente.
Tipos de pavimentos flexibles
Los pavimentos FLEXIBLES se dividen a su vez en:
- Tipo alto, capaces de soportar la carga de transito esperada sin deterioro visible a desgaste sin susceptibilidades al tiempo.
- Tipo intermedio, son capas de rodamiento que van desde superficies tratadas hasta calidades algo inferiores a las altas.
- Tipo bajo, aplicado a caminos de bajo costo, con superficies de rodamiento desde las no tratadas hasta las tratadas.
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.
- Equipo de compactación.
- 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.
- Entre muchas más.
