CAPÍTULO 8. PROCESO Y EQUIPO DE PAVIMENTACIÓN · flexibilidad para adaptarse a las especificaciones de los proyectos que espera tener. 8.2.1P. reparaecl cioóncn dreto asfáltico

CAPÍTULO 8. PROCESO Y EQUIPO DE PAVIMENTACIÓN

8.1. La estructura del pavimento Como se explicó en el capítulo 2, la concepción actual de un pavimento lo define como una suma de capas, cada una con una determinada flexibilidad y capacidad para disipar los esfuerzos del tráfico. La colocación y compactación de las capas del pavimento se han tratado en el capítulo 4 y en éste se desarrollará la colocación de las capas de rodadura. Como los pavimentos pueden ser flexibles, en el caso de concreto asfáltico y rígidos, en el caso de concreto hidráulico, se desarrollará para cada uno la tecnología correspondiente. Es importante conocer el equipo y los métodos usados para la producción y colocación de las mezclas de concreto o asfalto en pavimentos. Aunque el mismo equipo o similar se puede usar en algunos casos para otros propósitos, tales como compactadores neumáticos o lisos (vistos ya en el numeral 2.6), se deben tratar de manera separada en este capítulo en relación a las operaciones relacionadas con los pavimentos. Una vez lograda la capa de base, compactada y perfilada, se coloca la capa de rodadura. Si es el caso de un pavimento flexible, se aplica una capa de imprimación, que sirve de adherente y sellado de los poros de la base, luego se aplica el concreto asfáltico, en frío o en caliente. En el caso de pavimento rígido, se coloca el concreto, directamente o con refuerzo de acero, colocado previamente. 8.2. Pavimentos asfálticos Es importante conocer el equipo y los métodos usados para la producción y colocación de mezclas de asfalto en pavimentos. Aunque el mismo equipo o similar se puede usar en algunos casos para otros propósitos, tales como compactadores neumáticos o lisos (Vistos ya en el numeral 2.6), se deben tratar de manera separada en este capítulo en relación a las operaciones relacionadas con el asfalto. Los materiales de pavimentación con asfalto se producen para la construcción de carreteras, estacionamientos o pavimentos aeroportuarios. Hay tres factores críticos que favorecen el uso de materiales asfálticos y son (1) la habilidad de adaptar las secciones de pavimento a las etapas de construcción, (2) la posibilidad de reciclar el pavimento viejo y (3) el hecho de que las mezclas permiten el uso de materiales locales. Cuando se estudia la producción de asfalto y el equipo de pavimentación, debe darse especial consideración a los tipos de proyecto de manera anticipada. Las plantas de asfalto se operan fundamentalmente para producir diversas mezclas que se llevan al aire libre o para servir en esparcidos múltiples o pequeños trabajos. Estas plantas deben ser capaces de cambiar fácil y rápidamente la producción de sus mezclas para cumplir los requerimientos de los múltiples clientes. Otras plantas producen grandes volúmenes en un mismo proyecto, como sucede con las plantas portátiles que se mueven de un proyecto a otro. Hay equipo diseñado también para cumplir las necesidades de ambas situaciones. Un constructor debe seleccionar el equipo y los métodos que le permitan tener la mejor flexibilidad para adaptarse a las especificaciones de los proyectos que espera tener. 8.2.1. Preparación del concreto asfáltico El cemento asfáltico es el ligante en las mezclas de pavimentación. Representa generalmente menos del 10% de la mezcla en peso, pero cumple una importante función al mantener juntas las partículas de agregado, previniendo el ingreso de humedad y actuando como un medio de cohesión. Todo concreto asfáltico es una mezcla de agregado y cemento asfáltico. Sin

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Programa de Titulación 2006. Ingeniería Civil. Universidad de Piura.

108 embargo, variando la gradación de agregado es posible producir diferentes tipos de concreto asfáltico, como los de gradación densa, gradación abierta o de matriz pétrea de asfalto; la más común es la de gradación densa. El diseño de la mezcla de concreto asfáltico empieza con la selección del cemento asfáltico, la estructura del agregado y las proporciones de agregado y cemento asfáltico para lograr una combinación óptima de materiales para la construcción de los proyectos. Se han desarrollado algunos métodos para el diseño de mezclas, como el Marshall y el Superpave. Comúnmente el diseño de mezclas se basa en los requisitos de construcción del pavimento definidos a través de la evaluación de laboratorio y las especificaciones. Se indica el grado del cemento asfáltico, las especificaciones sobre la calidad del agregado y los requisitos de control de calidad para la colocación de la mezcla en obra. El control de calidad durante la construcción requiere lograr la gradación de agregados, el contenido de asfalto necesario, la densidad de la mezcla, el volumen de aire en los vacíos, el volumen de vacíos en el agregado mineral, el volumen de vacíos llenos con asfalto y la relación de ligante. El proceso de diseño de mezcla generalmente consiste en estimar una gradación de agregado. Las muestras se preparan con diferentes contenidos de asfalto y se ensayan con métodos apropiados para cada método de diseño. Se preparan gráficas que relacionan los parámetros de la mezcla de diseño versus el contenido de asfalto. El contenido de asfalto óptimo se determina a partir de estas gráficas y se preparan los documentos que guiarán la construcción. La preparación del concreto asfáltico para pavimentos se realiza en plantas, que pueden ser centrales o portátiles (Figura 8.1). Las plantas centrales fabrican concreto asfáltico en caliente y tienen una serie de tolvas donde se almacenan los agregados, que pueden calentarlos antes de adicionarlos a la mezcla; en otro tanque almacenan el asfalto (RC-250 ú otro) a una determinada temperatura, para lograr una mezcla posterior que sale a una temperatura aproximada de 150°C. Esta mezcla es descargada luego en los camiones de transporte y llevada a la obra para su colocación.

Figura 8.1 Principales plantas de fabricación de concreto asfáltico. Una operación de pavimentación requiere además de otros equipos, tales como escobillas para remover el polvo o el sucio de la superficie a ser pavimentada, camiones para el transporte del asfalto desde la planta al lugar de trabajo, un camión distribuidor de asfalto para aplicar la imprimación o los sellos asfálticos, una pavimentadora y los compactadores. De manera opcional se pueden usar vehículos de transferencia de material y elevadores de carga.

a) Planta con trompo mezclador . b ) Planta de mezc l a do central.

Capitulo 8 Proceso y equipo de pavimentación

109 8.2.2. Escobillas de limpieza Antes de aplicar la capa de imprimación se debe asegurar una superficie limpia. Las escobillas de limpieza se usan para remover el polvo o la suciedad de la superficie antes de colocar una nueva capa, por lo general cuando se trata de sobrecapas sobre pavimentos antiguos (Figura 8.2). Esto se hace para asegurar la total adherencia entre el nuevo asfalto con el viejo pavimento, en el caso de sobrecapas, o con la base, en el caso de pavimentos nuevos. Cuando la superficie que se prepara es una base granular, el polvo superficial se puede remover usando estas escobillas o humedeciendo con riego de cisterna y compactando de nuevo. En este caso se debe ver claramente la superficie humedecida pero sin charcos de agua antes de aplicar el imprimante. No es indispensable contar con estas escobillas para la limpieza de la superficie. Se pueden usar simples escobas. Lo importante es lograr retirar cualquier rastro de polvo o elementos finos sueltos que disminuyan la adherencia de la capa de imprimación.

a) Escobillas de limpieza. b) Escobilla en plena limpieza de una base antes

de la colocación del pavimento. Figura 8.2 Escobillas de limpieza y su aplicación en pavimentación.

8.2.3. Distribuidores de asfalto Cuando se aplica un imprimante asfáltico o un sello asfáltico se usa un camión distribuidor especialmente diseñado. Un camión distribuidor de asfalto requiere un cuidado constante para lograr una aplicación uniforme. Es también crítico que el asfalto se mantenga caliente y bombeado a una tasa constante. Los camiones distribuidores de asfalto son similares a un camión cisterna provisto de instrumentos de regulación para la salida del asfalto. Pueden contar con una barra de distribución o esparcido o una manguera de aplicación (Figura 8.3). Todas las válvulas y aditamentos de control tales como el tacómetro de bombeo, la barra de esparcido, los termómetros y el bitúmetro deben calibrarse adecuadamente. Las barras de spray y los agujeros deben estar limpios y en buen estado, a la altura adecuada por encima de la superficie que recibe la aplicación. Los factores que afectan una aplicación uniforme son la temperatura de aspersión del asfalto, la presión del líquido a lo largo de la barra de aspersión, el ángulo de aspersión de los agujeros, la altura de aspersión de los agujeros sobre la superficie y la velocidad del camión.


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a) Camión con barra de distribución. b) Camión con manguera de aplicación.

Figura 8.3 Camiones de distribución del asfalto. Los distribuidores de asfalto tienen tanques protegidos para mantener la temperatura del material y están equipados con calentadores para lograr la temperatura de aplicación adecuada. Para mantener la presión continua y constante en toda la longitud de la barra de aspersión se usan bombas de descarga con potencia independiente o del tipo PTO. El ángulo de aspersión de los agujeros debe establecerse adecuadamente, generalmente entre 15° y 30° desde el eje horizontal de la barra de aspersión, de modo que los flujos individuales no interfieran entre sí o se mezclen. La altura de los agujeros sobre la superficie determina el ancho de un flujo individual. Para asegurar el adecuado traslape de cada salida, la altura del agujero debe fijarse y mantenerse durante toda la operación (Figura 8.4). Una altura mayor originaría un mayor traslape del flujo y una cantidad mayor de asfalto por pasada. La relación entre la tasa de aplicación (galones por metro cuadrado) y la velocidad del camión es obvia; la velocidad del camión debe mantenerse constante durante todo el proceso de aspersión para lograr una aplicación uniforme.

Figura 8.4 Salida del flujo en la barra de aspersión y el traslape originado.

La relación entre la tasa de aplicación, la configuración del camión y la superficie a cubrir está dada por la siguiente ecuación:

RWQL

Ec. 8.1 Donde: L es la longitud de la superficie cubierta.


111 Q es la cantidad total de imprimante a aplicar, en galones. W es el ancho que cubre la barra de aspersión. R es la tasa de aplicación en galones por m2. Esta ecuación puede usarse para estimar la cantidad de asfalto líquido requerido para un trabajo. Durante la construcción se puede usar esta ecuación para verificar la tasa de aplicación resolviéndola para el valor R. La tasa de aplicación real se compara con la especificación del trabajo. La aplicación se realiza en todo el ancho de la pavimentadora, ampliando la superficie unos 30 cm más allá de los bordes exteriores, en la zona de las bermas. Conviene contar con el apoyo del topógrafo para realizar el trazo del ancho más los 30 cm sugeridos. Una vez aplicado, se debe esperar que el material de la base absorba el imprimante y si hace falta se barre o limpia el exceso de asfalto antes de colocar el concreto asfáltico. Como imprimante se usa el RC-250 mezclado con un 17% a un 20% en volumen de kerosene. La temperatura de aplicación es de 90°C a 100°C. Las tasas de aplicación normal para la imprimación varían entre 0.24 y 0.72 gal/m2, aunque la práctica común en Piura recomienda aplicar un riego de prueba con tasas alrededor de 0.35 a 0.40 gal/m2. Esta imprimación promueve la adherencia entre la base y la carpeta asfáltica cubriendo el material absorbente de la base, ya sea grava, roca triturada, un material estabilizado o tierra graduada. La imprimación debe penetrar alrededor de ¼�, rellenando los espacios de la base. La imprimación adicional actúa como una barrera impermeabilizante previniendo la penetración de humedad en la superficie de la base. Los imprimantes están diseñados para crear un ligante entre los pavimentos existentes ya sean de concreto, ladrillo o material bituminoso y las capas de asfalto nuevo. En la construcción de pavimentos de concreto, un imprimante actúa como un adhesivo para prevenir el deslizamiento entre dos losas. Es una cubierta muy delgada y uniforme de asfalto, de 0.06 a 0.18 gal/m2 de emulsión diluida. Debe volverse adhesiva en unas pocas horas. Una aplicación muy densa no serviría al propósito porque hace que las capas se despeguen, ya que en este caso, el asfalto actúa como un lubricante más que un sello. Los sellos asfálticos consisten en la aplicación de asfalto seguido de una capa delgada de agregado fino, el cual se compacta o rodilla con compactadores neumáticos. Las tasas de aplicación normalmente van de 0.12 a 0.24 gal/m2. 8.2.4. Camiones de transporte Hay tres tipos de camión que se usan para el transporte de concreto asfáltico desde la planta al lugar de la obra: los camiones de descarga, los camiones de vida inferior y los de descarga inferior. Los camiones de descarga y los de vida inferior transfieren la mezcla directamente a la pavimentadora. Los camiones de descarga inferior se usan para colocar una capa de material directamente sobre el pavimento y sólo pueden usarse con pavimentadoras que tienen un elevador para levantar la mezcla desde el pavimento y transferirlo a la caja de esparcido de la pavimentadora. Como este material pierde temperatura rápidamente, esa operación se limita generalmente a climas cálidos, donde la temperatura ambiental es alta. Respecto al tipo de camión usado, los camiones deben estar protegidos y cubiertos para reducir la pérdida de calor durante el transporte. Antes de cargar los camiones, se calienta el fondo de la tolva con un agente aprobado. En el pasado, un combustible pesado como el kerosene se usaba para esta operación, pero la contaminación de la mezcla de asfalto ha prohibido su uso.


112 La producción de los camiones de transporte corresponde con el cálculo de los equipos de transporte vistos en el numeral 5.2. En las operaciones de pavimentación, la flota de camiones debe balancearse con la producción de la planta de asfalto y con la pavimentadora. 8.2.5. Pavimentadoras de asfalto Una pavimentadora de asfalto consiste en un tractor, sobre orugas o ruedas, y una barra o regla. La unidad de potencia del tractor tiene una tolva de recepción en la parte delantera y un sistema de fajas para mover la mezcla a través de un túnel por debajo de la planta de potencia hacia atrás de la unidad de tracción (Figura 8.5). En la parte posterior de la unidad de tracción, la mezcla se deposita en la superficie a pavimentar y los auger se usan para desparramar el asfalto transversal y frontalmente, frente a la plataforma de acarreo.

Figura 8.5 Pavimentadora de asfalto cargado a través de un camión de descarga

posterior o volquete. Hay dos brazos conectados con un pin a la unidad de tracción que tiran la unidad de acarreo por detrás del tractor. Esta unidad controla el ancho y la profundidad del asfalto colocado e imparte el acabado y la compactación iniciales del material. Hay un fabricante que ofrece una pavimentadora que tiene dos juegos de estos contenedores para mover la mezcla a través del túnel hacia la parte posterior de la unidad. El uso de estos mezcladores busca reducir la segregación de la mezcla.

Figura 8.6 Posiciones de la barra de esparcido para la conformación de la carpeta

asfáltica. La barra posterior de la pavimentadora es la que define la calidad del concreto asfáltico colocado. No sólo define el espesor de gracias a su posición, sino que también la curvatura o


113 pendiente en el caso que la base no tenga ya los niveles. Esta curvatura o pendiente se logra ajustando la posición de la barra durante la colocación, pero debe establecerse con mucho cuidado los niveles exactos para lograr buenos resultados (Figura 8.6). 8.2.5.1. Producción de la pavimentadora Las operaciones de pavimentación continua dependen del balance entre la producción de la pavimentadora y la producción de la planta de asfalto. Los aspectos críticos que deben controlarse son las unidades de carga y acarreo (camiones) y las características de transporte de la pavimentadora. La producción de la pavimentadora se puede estimar como el volumen colocado en una unidad de tiempo. Si se denomina B al ancho de pavimentación, e el espesor de la capa y V la velocidad a la que circula la pavimentadora, se podría proponer la Ec. 8.2 para estimar la producción P:

VeBP Ec. 8.2

Las velocidades de viaje de las pavimentadoras de asfalto durante el esparcido no exceden los 10 Km/h, y el ancho estándar es el de un carril, de aproximadamente 3 a 4 m. Los espesores varían según el diseño, pero por lo general se suele trabajar con espesores entre 2� a 4�. Para un solo camión de transporte se establece la producción con la Ec. 5.9. El balance de la flota se consigue dividiendo la producción de la pavimentadora (Ec. 8.2) entre la producción de un solo camión (Ec 5.9), obteniéndose el número de camiones necesario para mantener un abastecimiento constante de asfalto a la pavimentadora. Cuando la pavimentadora está provista de una unidad de descarga, las demoras en los camiones tienen poco efecto en la velocidad de pavimentación porque la capacidad de almacenamiento permite el movimiento continuo. Esta es una gran ventaja en la colocación de asfalto. Sin embargo, hay una limitación de longitud para evitar el almacenamiento excesivo de material que produzca un enfriamiento por debajo de las temperaturas especificadas. El ingeniero a cargo de la construcción debe reconocer estas restricciones en la temperatura y asegurarse que las unidades de descarga no se sobre-extienda más allá de la capacidad de la pavimentadora. 8.2.6. Equipo de compactación Como hay una relación entre los vacíos del pavimento con la estabilidad mecánica, la durabilidad y la permeabilidad al agua, los pavimentos asfálticos se diseñan asumiendo que serán compactados a la densidad especificada. Para un pavimento bien diseñado, el contenido de aire en los vacíos debe estar entre 3% y 5%. Los factores que afectan la compactación son las características de la mezcla, el espesor de la capa, la temperatura de la mezcla y las características operativas del equipo de compactación. Hay tres rodillos básicos que se usan para compactar las mezclas de asfalto: rodillo liso, rodillo neumático y el rodillo liso vibratorio. El rodillo liso se aplica inicialmente para darle el acabado y el espesor requeridos, mientras que el neumático se usa para las pasadas de acabado final (Ver Figura 8.7). Los rodillos neumáticos y los rodillos lisos están disponibles con una articulación en el centro de su eje que permite a las llantas delanteras y posteriores o neumáticos mantener un traslape cuando la máquina gira. Éstos se usan para dar el acabado final a la capa de rodadura de la carretera.


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Figura 8.7 Rodillo liso de dos tambores con barra de limpieza.

El área de contacto del rodillo liso está conformada por el ancho del rodillo y el arco de la superficie del cilindro. Esta área de contacto disminuye conforme el rodillo avanza y la presión de contacto llega al máximo volumen. El área de contacto del rodillo neumático es una elipse, determinada por la carga de la llanta, la presión de inflado y la flexión de los lados del neumático. Con un rodillo neumático, el cambio del área de contacto durante la compactación es menos dramática que en el caso de un rodillo liso. La capacidad de compactación de los rodillos neumáticos y rodillos lisos vibratorios puede alterarse para cumplir con las condiciones de la construcción. Con los rodillos neumáticos, cambiando el balastro y la presión de las llantas se altera el esfuerzo de compactación. Ajustando la frecuencia y la amplitud de vibración se altera el esfuerzo de compactación del rodillo vibratorio. Estas capacidades incrementan la flexibilidad operativa de ambos tipos de compactadores. La compactación debe hacerse con el concreto asfáltico caliente. La temperatura no debe bajar de 100°C para proceder a la compactación. Con el rodillo liso por ejemplo, debe rodarse con una pequeñísima proporción de agua sobre su superficie para evitar la adherencia del asfalto. Algunos modelos traen una barra delantera a manera de tope, que facilita el despegue del asfalto sobre el rodillo; otros cuentan con una barra de aspersión que aplica el agua con una dosificación controlada (Figura 8.8). En reemplazo de la barra de limpieza o la barra de aspersión, se dispone de un ayudante con un trapo húmedo a lo largo de la rola. En este caso, debe cuidarse la cantidad de agua aplicada para evitar que moje y enfríe el asfalto. El cálculo de la producción de los compactadores es similar a lo descrito en 2.7. El balance entre la compactadora y la pavimentadora se logra determinando el número de rodillos que se requiere para unas determinadas condiciones de trabajo (ancho del rodillo o neumático, la velocidad de operación, número de pasadas y espesor de la capa) o estableciendo las condiciones de trabajo a partir de un número de compactadores.


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Figura 8.8 Rodillo liso de dos tambores, con barra de limpieza y aspersor de agua.

En el caso de capas de asfalto, es indispensable asegurar un traslape entre cada pasada del compactador. Cada franja tendrá entonces un ancho efectivo, menor al ancho del rodillo, estimado como el ancho menos el traslape entre franjas. Las pasadas del rodillo liso convienen que sean largas (entre 30 a 50 m.) para facilitar el trabajo al operador; cada vez que el rodillo completa la distancia, regresa en reversa por el mismo ancho. Debe evitarse en todo momento los giros del compactador sobre el concreto asfáltico, para evitar los daños a la superficie. Las velocidades de recorrido del rodillo liso están alrededor de 10 Km/h y se suelen dar entre 3 a 4 pasadas por franja. Después de aplicar el rodillo liso, si se observa cierta porosidad en la superficie del asfalto se esparce manualmente arena fina y se aplica el rodillo neumático. El rodillo neumático se pasa a velocidades entre 10 a 20 Km/h, con 6 a 8 pasadas, o hasta que ya no se observe las huellas del neumático. La apertura al tráfico se puede realizar después de 2 horas de culminada la compactación. 8.3. Pavimentos de concreto El concreto consiste en una adición de cemento, agua y agregados que han sido mezclados, colocados y consolidados, dejados secar y endurecidos. El cemento y el agua forman una pasta que actúa como un pegamento o ligante de los agregados. Cuando se adiciona el agregado fino, la mezcla resultante se denomina mortero. Cuando se incluye además agregado grueso, se conforma ya el concreto.


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Figura 8.9 Pavimento de concreto terminado.

Un concreto normal está formado por tres cuartas partes de agregado y una cuarta parte de cemento, medidos en volumen. La pasta usualmente está formada por agua y cemento en proporciones de 0.4 a 0.7 en peso. Los aditivos que se le agregan tienen diferentes propósitos: algunos son incorporadores de aire, otros mejoran la trabajabilidad, otros dan color, hay algunos capaces de retardar la fragua del concreto y los hay también impermeabilizadores. En el caso de pavimentos de concreto, los hay de concreto simple y de concreto reforzado, con acero colocado en malla continua y en paños. La configuración final del acero de refuerzo depende del diseño. Otro elemento fundamental en los pavimentos de concreto son las juntas, que determinan finalmente el comportamiento del pavimento. Las operaciones contenidas en la producción del concreto varían con el fin y uso del concreto. En el caso de las obras de concreto, puede establecerse primero el diseño de mezcla que es la determinación de la proporción de los materiales, seguido luego del proceso de preparación y transporte, la colocación y la consolidación, además del acabado y curado finales. Esta tecnología es aplicada también al caso de pavimentos de concreto. 8.3.1. Proporción de materiales Para un adecuado uso de la mezcla de concreto, ésta debe estar debidamente proporcionada. El Instituto Americano del Concreto (ACI) tiene numerosas recomendaciones prácticas para ello. Para el diseñador, el concreto fresco es generalmente de poca importancia, pero para el constructor, es más bien el concreto fresco el material de trabajo, que se mezcla, transporta, coloca, consolida, se le da acabado y se cura. Para que un concreto satisfaga tanto al diseñador como al constructor, debe ser de fácil mezcla y transporte, tener una variabilidad mínima entre tandas y dentro de una misma tanda, y tener una trabajabilidad adecuada, de modo que pueda ser consolidado, llenar completamente las formas, no segregar y que se le pueda dar acabado adecuadamente. Para el constructor, la trabajabilidad es una propiedad importante. Sin embargo, es muy difícil de definir. Así como los términos frío o caliente dependen de la situación, la trabajabilidad también depende de la situación. Una medida muy usual es el slump, cuyo ensayo está normado por la ASTM C143. El ensayo consiste en colocar el concreto fresco en un cono y


117 retirarlo luego, dejándolo que se desparrame. La diferencia entre la altura del cono y la ruma final proporciona la medida del slump, en pulgadas. Un concreto más trabajable tendrá un slump mayor que uno más seco. El Instituto Americano del Concreto (ACI) sugiere que para pavimentos y losas, el concreto tenga un slump entre 1� y 3� (ACI 211.1). Dependiendo del volumen de producción, la mayoría de las tandas de concreto, aunque se diseñan sobre la base de volúmenes absolutos de los ingredientes, se controlan por peso. Por lo tanto, es necesario conocer las relaciones de peso-volumen de los ingredientes. Cada ingrediente debe pesarse con precisión si se desea conseguir un buen resultado. La función del equipo de pesado o las plantas de concreto realizar esta medida de los pesos. Generalmente, las especificaciones de concreto requieren que se use agregado al menos con dos granulometrías diferentes; en algunos casos puede requerirse de seis. El agregado de cada una de las gradaciones debe medirse con precisión. Este agregado junto con el agua, el cemento y los aditivos (si se usan) se introducen en un mezclador y se mezclan por un período de tiempo determinado hasta que todos los ingredientes estén muy juntos. Algunas de las plantas de concreto modernas tienen información de desempeño de sus mezcladores que pueden mezclar adecuadamente tandas de hasta 6 m3 en 1 minuto. Para el control de los pesos de los ingredientes se mantienen tolerancias muy pequeñas. Estos controles pueden ser mecánicos, hidráulicos, neumáticos, eléctricos o una combinación de todos ellos. Los sistemas de control son (1) manual, (2) semiautomático y (3) automático. 8.3.2. Mezcla de concreto Hay tres tipos de mezcla: (1) una mezcla durante el transporte, (2) una mezcla en una planta central y (3) una mezcla antes de la descarga en obra. En la actualidad, a pesar de que el proyecto esté en una ubicación alejada o relativamente muy grande, se prefiere medir y mezclar el concreto en una planta central y transportarlo a la obra en camiones de mezcla, algunas veces llamados camiones concreteros o mixer. Este tipo de concreto se controla con la especificación ASTM C94. 8.3.2.1. Concreto pre-mezclado El concreto se proporciona en una planta central y se transporta al comprador en estado fresco, mezclándolo en el camino. Este tipo de concreto se denomina concreto pre-mezclado. Es un concreto que se mezcla completamente en el camión, con 70 a 100 revoluciones a una velocidad suficiente para mezclar el concreto completamente. Obviamente, para ser útil, este concreto pre-mezclado debe estar disponible en una distancia razonablemente corta respecto del proyecto. En localidades muy alejadas y que requieren grandes cantidades de concreto, generalmente las plantas de concreto son portátiles y se colocan muy cerca de la obra (Figura 8.10). Las especificaciones para añadir los ingredientes en la planta y en los camiones de transporte se cubren con todo detalle en la norma ASTM C94. El aspecto más importante es el tiempo entre la adición del agua a la mezcla y la colocación del concreto. La normativa ASTM permite un máximo de 1.5 horas o antes de que el trompo haya completado 300 revoluciones, lo que ocurra primero.


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a) Planta de concreto pre-mezclado. b) Planta de concreto portátil.

Figura 8.10 Plantas para la fabricación de concreto. Los camiones mezcladores están disponibles en diferentes tamaños hasta 11 m3, pero el tamaño más popular es 6 m3. Son capaces de mezclar el concreto con sólo 100 revoluciones del trompo. La velocidad de mezcla es generalmente de 8 a 12 rpm. Esta mezcla durante el transporte generalmente produce un cierto secado de la mezcla, de modo que se permite la adición de agua en la obra para restaurar el slump, seguido de un remezclado. Esto ha causado problemas y surgió la pregunta sobre la uniformidad del concreto pre-mezclado. ACI 304 recomienda reservar parte del agua total para adicionarla al momento de llegar a la obra (especialmente en climas calurosos), mezclándola con las últimas 30 revoluciones. Para prevenir cualquier resecamiento se permiten pequeñas cantidades de agua adicionales, procurando que no se exceda el contenido agua-cemento de diseño.

Figura 8.11 Camión o mixer para el transporte de concreto pre-mezclado.

8.3.2.2. Concreto mezclado en la planta central Este es un concreto mezclado completamente en el mezclador estacionario de la planta y luego transportado hasta la obra en un camión agitador. Se puede usar también un camión mezclador a una determinada velocidad de agitación o un camión sin agitación. Las plantas generalmente usan mezcladores con capacidades de hasta 6 m3 de concreto en cada tanda


119 (aunque hay otras que pueden mezclar hasta 11 m3 por tanda) y pueden producir más de 153 m3/h de concreto. El mezclador puede descargar el concreto en el interior de un camión directamente o en algunos casos, se inserta un chute en un mixer. Para incrementar la eficiencia, las plantas centrales más grandes tienen dos tambores mezcladores. Para determinar las cantidades requeridas y la salida para una planta dada, se debe incluir las demoras en la productividad como resultado de los factores de reducción de la operación. 8.3.2.3. Concreto mezclado antes de la descarga en obra Este sistema es novedoso y se usa mucho cuando las distancias de transporte son muy largas que el tiempo de viaje excede al máximo tiempo permitido por las normas para la colocación del concreto fresco. Para esta tecnología se cuenta con camiones dispensadores, los cuáles tienen una serie de compartimentos donde almacenan el cemento, los agregados, el agua y los aditivos de manera separada hasta que llega a la obra. Una vez en obra, el camión tiene bomba que impulsa los materiales y los mezcla dentro de una manguera, siendo la colocación casi inmediata. Existe escepticismo en cuanto a la conveniencia de su uso, puesto que el tiempo de mezclado de los ingredientes del concreto es mucho menor que en un camión mixer o una planta convencional, disminuyendo la posibilidad de una resistencia a la compresión adecuada. Esto no se ha logrado descartar totalmente, pero una investigación realizada en la Universidad de Piura en coordinación con Cementos Pacasmayo S.A. demostró que una mezcla de concreto colocada en dispensador tenía la misma resistencia a la compresión que la misma mezcla preparada en una planta y transportada en un mixer, con la diferencia que la trabajabilidad era mucho mayor (Carrillo, 2003). 8.3.3. Colocación del concreto Una vez que el concreto llega a la obra, se debe mover hasta su posición final sin ninguna segregación y antes de que se inicie la fragua. Este desplazamiento puede lograrse de muchas maneras, dependiendo de la distancia horizontal del desplazamiento y otras consideraciones que deben imponerse en obra. Los métodos pueden ser baldes o cubos, chutes, fajas transportadoras y bombas de concreto. Las fajas transportadoras y las bombas no son equipos muy usados en la construcción de pavimentos. En pavimentos, los baldes no representan un problema, porque la altura de caída no implica una segregación del concreto. Además, permite la colocación del concreto aún cuando tiene un slump muy bajo. Los buggies tienen la capacidad de llevar entre 0.1 a 0.25 m3 de concreto, ya sean manuales o autopropulsados. Se usan en proyectos donde la vía de acarreo es suave y rígida, en distancias menores de 60 m., aunque los autopropulsados �con capacidades de hasta 0.4 m3- pueden ser económicos hasta 300 m. Los chutes se usan para transferir el concreto desde una elevación dada a una zona menos elevada (Figura 8.12). Deben tener un interior redondeado y la pendiente debe ser suficientemente empinada para que el concreto fluya libremente sin segregación. En pavimentación sirven de apoyo para descargar el concreto desde los camiones a la losa o a la pavimentadora. Las pavimentadoras de concreto son los equipos ideales para la construcción de un pavimento rígido de calidad. No se ha registrado aún la experiencia de su uso en pavimentos rígidos, aunque sí se han construido sin uso de estas pavimentadoras. En el punto 8.3.6 se detalla su operación.


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Figura 8.12 Chute usado para la descarga de concreto en un pavimento.

8.3.4. Consolidación del concreto El concreto, una mezcla heterogénea de agua y partículas sólidas en una condición de secado, normalmente contendrá innumerables vacíos cuando se coloca. El propósito de la consolidación es remover el aire atrapado en los vacíos. La vibración implica dos acciones. Primero, �afloja� el concreto, removiendo una gran cantidad de aire que está atrapado en el concreto cuando se coloca. Luego la vibración continuada consolida el concreto, removiendo la mayor parte del aire atrapado. Generalmente, no removerá el aire incorporado. La duda que surge del exceso de vibración es: cuándo ocurre esto y cuándo es dañino para el concreto. En pavimentos de concreto, el slump es menor a 3� y en esos casos, el uso de los vibradores internos no excede el límite necesario para producir segregación. Los vibradores de superficie pueden exceder la vibración del concreto en la superficie, debilitándolo significativamente si permanece mucho tiempo en un mismo lugar1. La consolidación se logra a través del uso de vibradores mecánicos. Hay tres tipos generales (1) interno, (2) superficial y (3) encofrados vibratorios. El sistema de vibración interna la constituyen los vibradores convencionales, con un cabezal vibratorio que se introduce en el concreto verticalmente y vibra a alta frecuencia (a veces más de 10,000 ó 15,000 vibraciones por minuto) Estos elementos no son recomendados en losas o pavimentos de concreto, aunque la limitación tecnológica obliga a su uso. Sería interesante evaluar los resultados logrados con estos equipos en losas y pavimentos para establecer las condiciones más adecuadas para su aplicación. Por su parte los encofrados vibratorios son vibradores externos adosados en el exterior del encofrado o molde que lo hacen vibrar y a su vez vibra el concreto; este tipo de vibradores se usan generalmente plantas de concreto prefabricado. Los más usados en pavimentos son los vibradores superficiales (ver Figura 8.13 y Figura 8.14). Ejercen su efecto en la superficie del concreto y consolidan el concreto de arriba hacia abajo. Estos equipos son ideales para la construcción de losas y pavimentos. Los hay tres tipos (1) de regla vibratoria (Figura 8.13), (2) de plancha o plato vibratorio, similar al martillo

1 En realidad, en un concreto con un slump menor de 3�, es casi imposible exceder el vibrado con vibradores internos y es mejor vibrarlo un poco más, en caso de dudas. No se puede decir lo mismo del concreto con un slump mayor a 3�. Si este concreto se vibra en exceso, se produce segregación como resultado del desplazamiento del agregado grueso.


121 compactador y (3) regla con rodillo vibratorio (Figura 8.14). Todos estos vibradores operan en el rango de 3,000 a 6,000 vibraciones por minuto.

Figura 8.13 Consolidación superficial del concreto en pavimentos usando con regla

vibratoria propulsada a gasolina. 8.3.5. Acabado No se puede afirmar fehacientemente que ningún trabajo realizado sobre la superficie de concreto después de haberla consolidado debilitará la superficie. Pero muchas veces, los acabados de concreto obvian este hecho y manipulan la superficie del concreto, algunas veces añadiendo agua, para producir una superficie suave y atractiva. En las paredes se puede desear tener una superficie atractiva y la resistencia superficial puede que no sea importante, pero en una losa de pavimento esta resistencia superficial sí lo es. En los pavimentos de concreto sólo se permite un mínimo acabado para darle la textura deseada y no se permite otras prácticas convencionales, ya que la superficie se puede debilitar significativamente.

Figura 8.14 Regla con rodillo vibratorio para la compactación de pavimentos de

concreto.


122 Para realizar el acabado se recomienda unos badilejos manuales, algunos provistos de sistemas de propulsión con motores a gasolina, que le imprimen cierta vibración para ayudar a la consolidación del concreto (Figura 8.15). Aún más, cada paso en la operación de acabado del concreto, desde la primera pasada hasta la última debe demorarse lo más posible. Esta duración está limitada por la necesidad de un acabado suave y con pendiente mientras el concreto se pueda trabajar (todavía en estado plástico).

Figura 8.15 Badilejo para acabado del concreto en pavimentos. Alguno es propulsado

con diesel o gasolina. En ningún caso se debe iniciar el acabado si hay alguna lámina de agua en la superficie, ni se debe aplicar ninguna mezcla de cemento y arena o cemento para secar las superficies antes de trabajarlas. Además de la colocación y consolidación, es extremadamente importante un curado adecuado del concreto. En el punto 8.3.8 se detalla la operación de curado del concreto. 8.3.6. Pavimentadoras de concreto Las pavimentadoras de concreto realizan las funciones de esparcido, vibrado, consolidación y acabado de los pavimentos de concreto descritos anteriormente y requieren un mínimo de mano de obra. Su denominación en inglés slipform (encofrado deslizante) se deriva del hecho de que los encofrados laterales de la máquina avanzan hacia delante con el pavimento y dejan los lados de la losa sin soporte (Figura 8.16). Este equipo ha demostrado ser un método rápido y económico para producir pavimentos de concreto suaves y durables.

Figura 8.16 Pavimentadora de concreto en plena operación de colocación de concreto.


123 El proceso de operación básica consiste en moldear el concreto plástico a la sección deseada y perfilarlo bajo una regla relativamente larga. Esto se logra con una regla a todo lo ancho del equipo que se mantiene a una determinada elevación y pendientes gracias a unos brazos hidráulicos que se activan a través de un sistema de control automático (Figura 8.17).

Figura 8.17 Guías de la pavimentadora de concreto usadas para definir las líneas de

pendiente. El control se referencia con unas líneas de pendiente colocadas previamente de manera paralela al eje del pavimento, fija al borde del mismo en unas estacas colocadas y controladas con la ayuda del topógrafo (Figura 8.18). El concreto se entrega en el frente de la pavimentadora, donde es vibrado internamente y fluye por debajo de la máquina.

Figura 8.18 Estacas colocadas para el control de los niveles del pavimento de concreto.

Algunas pavimentadoras operan con un depósito de concreto directamente en su base y lo esparce transversalmente con un auger antes de contraerlo con la regla (Figura 8.19).


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Figura 8.19 Auger posterior para el transporte del concreto antes de su consolidación.

En pavimentos que llevan refuerzo, se coloca el acero en la base soportado con topes o apoyos antes de la operación de pavimentación. En ese caso, las pavimentadoras usan una faja para transportar el concreto delante de la pavimentadora ya que los camiones que llevan el concreto no peden maniobrar por delante de ella (Figura 8.20).

Figura 8.20 Colocación del concreto en pavimentos de concreto reforzado con dowels.

Algunas pavimentadoras también tienen elementos automáticos insertados que pueden empujar o vibrar los dowels dentro del concreto fresco en la posición exacta con un mínimo de disturbio al concreto (Figura 8.21). Todas las pavimentadoras están equipadas con una acabadora final flotante.


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a) Colocación de dowels transversales. b) Colocación de dowels longitudinales.

Figura 8.21 Colocación de dowels en el pavimento fresco. 8.3.7. Juntas Las juntas típicas se colocan en los pavimentos de concreto en intervalos y dimensiones de ancho y profundidad establecidas en las especificaciones del proyecto. Las juntas de contracción en la dirección transversal de la vía del pavimento se cortan normalmente en el pavimento. Se cuenta con cortadoras que se adaptan a todas las situaciones de juntas (Figura 8.22). El corte de estas juntas de contracción se hace tan pronto como es posible en un pavimento nuevo, evitando dañar la superficie. Las juntas longitudinales se forman por el uso de un material de polietileno continuo que sujeta los lados del pavimento cuando se mueve. Las juntas de expansión, cuando se requieren, se instalan generalmente con métodos manuales. En la práctica local en Piura no se cuenta con las cortadoras de concreto. Sin embargo, la solución se ha logrado realizando un vaciado continuo y aplicando una regla conformado con piezas metálicas que le dan la forma de la junta �a manera de bruña- una vez que el concreto ha fraguado o templado, en el lenguaje coloquial Este tiempo no es más de 15 minutos y muchas veces, según las condiciones del clima, puede ser menor.

Figura 8.22 Cortadora de juntas para pavimentos de concreto.


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8.3.8. Curado El curado involucra todos los métodos a través de los cuáles el concreto se protege del tiempo y la temperatura adecuados y se le proporciona el agua suficiente para continuar la hidratación del cemento. El tiempo que normalmente requiere es de 3 días y la temperatura óptima está ente 5°C a 25°C. La mayor parte de los concretos se preparan con suficiente agua para la hidratación; el único problema es asegurarse que el concreto no se seque. El curado se logra esparciendo una membrana de un compuesto impermeabilizante para curado de pavimentos aprobado por las especificaciones técnicas. Este compuesto se denomina también membrana de curado y se puede aplicar con equipos similares a los fumigadores portátiles (Ver Figura 8.23). Usualmente una máquina acompaña a la pavimentadora y aplica el compuesto después de completar el acabado. También se pueden aplicar otras soluciones, como sumergiendo la losa en agua, cubriéndola con lino o láminas de polietileno (Figura 8.24). La práctica en Piura es aplicar una membrana impermeabilizante, que se aplica como pintura sobre la superficie del concreto. Se debe esperar a que el concreto fragüe y tenga una lámina de agua superficial.

Figura 8.23 Aplicación de la membrana de curado con un equipo de aspersión.

El curado es una de las operaciones menos costosas en la producción de un concreto de calidad y la que más se descuida. El concreto, si se deja secar durante la fase de curado, tenderá a fisurarse. El desarrollo de bloques a partir de la reacción cementicia tratará de restringir la contracción que se lleva a cabo. Pero el resultado final es el mismo: la contracción surge y se forman las fisuras, ya que los esfuerzos de contracción son siempre mayores que los esfuerzos de tensión del concreto. Un curado adecuado reduce los efectos de fisuración y desarrolla las fuerzas de resistencia del concreto.


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Figura 8.24 Colocación de membranas de polietileno para el curado del concreto.

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CAPÍTULO 8. PROCESO Y EQUIPO DE PAVIMENTACIÓN · flexibilidad para adaptarse a las especificaciones de los proyectos que espera tener. 8.2.1P. reparaecl cioóncn dreto asfáltico