mantenimiento preventivo con mezcla asfaltica slurry seal- moquegua[1]
TRANSCRIPT
1
MANTENIMIENTOPREVENTIVO A VIAS PAVIMENTADAS APLICANDO
MICROPAVIMENTO SLURRY SEAL – MOQUEGUA.
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL ALTIPLANO
AREA DE TRANSPORTES
AUTOR 1: Juan Carlos Alave Aguilar [email protected]
AUTOR 2: Walter Lino Alave Aguilar [email protected]
ASESOR: Ing. Edwin Gómez Quispe
I. BREVE INTRODUCCION AL TEMA. La demanda de una red de carreteras bien conservadas y eficientes continúa. El
asfalto es esencial para satisfacer esas exigencias, la preservación de las
carreteras de la nación es actualmente una prioridad para todos los niveles de
gobierno. Este renovado interés en el problema ha resultado en un aumento en
los recursos fiscales asignados al mejoramiento de los pavimentos. Hay ahora un
creciente énfasis en el mantenimiento preventivo y/o correctivo de vías asfaltadas.
Las emulsiones asfálticas son un método efectivo para mantenimiento preventivo
y/o correctivo de los pavimentos existentes. En los próximos años seguirá
habiendo una alta demanda de caminos bien conservados, y la necesidad de
utilizar asfalto se mantendrá. Habrá crecientes limitaciones en la provisión de
materias primas. Debido a estas formidables necesidades, no deben de ahorrarse
esfuerzos en utilizar materiales viales en forma económica y moderada. Estos
significan un mayor uso de emulsiones asfálticas. La industria de los pavimentos
asfálticos está presenciando muchos cambios.
En años recientes, la tecnología de emulsiones asfálticas ha sido innovadora en la
tarea de enfrentar los desafíos del creciente tráfico, de presupuestos cada vez
más reducidos y preocupaciones ambientales. El empleo adecuado de
emulsiones asfálticas puede resultar en pavimentos de buen comportamiento y en
sistemas de mantenimiento económicos pero versátiles.
2
II. OBJETIVOS.
1.- Exponer la experiencia obtenida en la aplicación del MicropavimentoSlurrySeal
en la Carretera Binacional Moquegua Torata 0+000 al km 28+000 como
alternativa de mantenimiento preventivo para alargar la vida útil del pavimento
flexible existente.
2.- Mostrar lineamientos para el éxito de una obra de Micropavimentos en frio con
la tecnología SlurrySeal en el Perú.
III. HIPOTESIS DEL PROBLEMA.
El SlurrySeal es una alternativa de mantenimiento preventivo y/o correctivo que
mejora y corrige los niveles de servicialidad de las vías asfaltadas deterioradas y
que amplía el tiempo de servicio de los mismos.
IV. DESARROLLO DE LA PONENCIA.
En la presente sección de detalla los procedimientos realizados para la ejecuciónde la ponencia el cual se resume de la siguiente manera:
o Delimitación de la zona de trabajo el cual está Ubicada exactamente
en Torata 0+000 al km 28+000, perteneciente al Corredor vial Interoceánico Sur
Perú - Brasil Tramo V.
o Caracterización de materiales pétreos y filler en laboratorio de la
empresa contratista Construcción y Administración S.A, y elección del tipo de
emulsión asfáltica modificada a utilizar en laboratorio de TDM asfaltos.
o Diseño del SlurrySeal mediante la metodología de la ISSA realizada
en laboratorios de TDM asfaltos, en el cual se analizó el comportamiento de la mezcla
mediante el ensayo de Rueda Cargada y la verificación de la durabilidad mediante el
ensayo de Abrasión Vía Húmeda.
o Calibración del micro pavimentador para la aplicación del SlurrySeal
en el tramo de prueba ubicado en el Km. 00+000 al Km. 28 + 000.
3
o Verificación de la regularidad superficial mediante la medición del IRI
con el Rugosímetro Merlín en el tramo de prueba.
o Finalmente se realizó la medición de la Resistencia al Deslizamiento
mediante el Péndulo Ingles.
o Procesamiento de datos, Interpretación de resultados y verificación
de parámetros de medición según especificaciones técnicas.
4.1 CARACTERIZACION DE MATERIALES PETREOS, FILLER Y DISEÑO DE
SLURRY SEAL
4.1.1 DEFINICIONES Y APLICACIONES
El mortero asfáltico SlurrySeal es una mezcla asfáltica de alto rendimiento para
pavimentación compuesta de agregados de granulometría cerrada, emulsión asfáltica,
filler mineral y agua, la cual es aplicada de manera efectiva como sello de pavimentos
envejecidos, sello de grietas superficiales, detienen la desintegración y dotan de
propiedades antiderrapantes, también cuenta con propiedades impermeabilizantes.
Se aplica para mantenimiento preventivo o correctivo con espesores desde 5 - 15 mm.
Su diseño y aplicación están normados en ISSA A - 105 y ASTM D - 3910, el mortero
asfáltico se aplica en capas delgadas (11 /2 veces el tamaño máximo del agregado).
Pruebas y Selección de los Componentes
Es el primer paso para el diseño para micro-pavimentos y abarca a los dos componentes
principales:
1. Agregados. 2. Emulsión Asfáltica Tipo CSS - 1, CSS - 1 h, CQS - 1 h y CQS - 1.
4
4.1.2. AGREGADOS
Los agregados constituyen entre el 82 y el 90% del peso del SlurrySeal, estos deben de
estar triturados, limpios, duros y libres de químicos, u arcillas y otras materias que puedan
afectar su adherencia mezclado y colocación la tabla № 1 muestra las recomendaciones
establecidas por la ISSA.
El agregado debe de ser limpio, anguloso, durable, bien graduado, y uniforme. De ser
posible debiera emplearse material de trituración en un 100%.
Los requisitos mínimos para un agregado o mezcla de agregados son:
• Equivalente de arena, ASTM D 24198 (AASTHO T 176) = 45% mínimo.
• Durabilidad ASTM C88 (AASTHO T 104) = 25% utilizando sulfato de magnesio o
= 15% utilizando sulfato de sodio.
• Perdida en la Prueba los Ángeles ASTM C 131 (AASTHO T 96) = 35% máximo.
TABLA Nº 1 GRANULOMETRIA PARA MEZCLA ASFALTICA SLURRY SEAL
TIPO DE GRADUACION TIPO I TIPO II TIPO III
USOS
Para penetración
de grietas o sello
sobre áreas de
trafico bajo
(estacionamientos,
aeropuertos para
aviones livianos)
Para corregir
desintegración
severa, oxidación,
resistencia al
deslizamiento, para
trafico moderado a
pesado
Se usa para corregir
condiciones
superficiales severas,
tráfico pesado y
resistencia al
deslizamiento
TAMAÑO DE
MALLA
PORCENTAJE
QUE PASA
PORCENTAJE
QUE PASA
PORCENTAJE
QUE PASA
9.5 mm. (3/8") 100 100 100
4.75 mm. (№ 4) 100 90-100 70-90
2.36 mm. (№ 8) 90 -100 65-90 45-70
1.18 mm. (№ 16) 65 -90 45-70 28-50
600 µm. (№ 30) 40 -65 30-50 19-34
300 µm. (№50) 25 -42 18-30 12-25
150 µm. (№100) 15 -30 10-21 7 -18
75 µm. (№ 200) 10 -20 5 -15 5 -15
Asfalto residual en base al
% del peso seco del
agregado
10-16 7 .5 -13 .5 6 .5 -12
Tasa de aplicación
(kg/m2), en base al peso
seco del agregado
3.5 - 5.4 5 .4 -9 .1 8 .2 -13 .6
* Recomendadas por la Asociación Internacional de Recubrimientos de Mortero Asfaltico ISSA ( International SlurrySurfacingAssociation)
5
4.1.3. PRUEBAS A EFECTUARSE A LOS AGREGADOS
Prueba azul de metileno ISSA TB 145
Equivalente de arena ASTM 2419/ AASTHO T - 176
Análisis granulométrico ASTM c - 136 AASTHO T - 27
Gravedad especifica ASTM c 128/ AASTHO T - 84
Abrasión los ángeles ASTM c 131/ AASTHO T - 96
Unidades de peso ASTM c 29/ AASTHO T -19
4.1.4. FILLER MINERAL De acuerdo a la norma ASTM D 546 – AASTHO T 37, se pueden utilizar
indistintamente como relleno mineral: cemento Portland Tipo I, cal hidratada,
polvo de piedra caliza o ceniza volcánica, con un porcentaje máximo del 2%.
La adición de este relleno mineral tiene como finalidad incrementar las
propiedades de manejabilidad en la mezcla, así como, mejorar la parte fina de la
curva granulométrica de los agregados, influyendo en el comportamiento a la
ruptura y curado del mortero asfaltico.
4.1.5. PRUEBAS PARA LA DETERMINACIÓN DEL DISEÑO DE MEZCLA DE SLURRY SEAL. Se considera la metodología desarrollada por la ISSA A 105 (International
SlurrySurfacingAssociation) que se muestra a continuación.
DIAGRAMA DE FLUJO PARA EL DISEÑO DE MEZCLAS
PRUEBAS Y SELECCIÓN DE MATERIALES
CARACTERISTICAS DE LA MEZCLA
APLICACION
CONTENIDO OPTIMO DE EMULSION
- EMULSION- AGUA- FINOS MINERALES- POLIMEROS- ADITIVOS DE CONTROL- AGREGADOS
ABRASION VIA HUMEDA
RUEDA CARGADA
6
Las pruebas y ensayos de laboratorio más relevantes para el diseño son:
Ensayo de consistencia con el cono (ISSA TB 106)
Prueba de mezclado manual (ISSA TB 113)
Prueba de recubrimiento bajo agua (ISSA TB 114)
Prueba de cohesión en húmedo (ASTM D 3910)
Prueba de desgaste por abrasión en húmedo (ISSA TB 100)
Prueba de rueda cargada (ISSA TB 109)
4.2.0. EVALUACIÓN DE LA RUGOSIDAD DEL PAVIMENTO MEDIANTE EL RUGOSIMETRO MERLIN 4.2.1. Correlaciones D versus IRI
Para relacionar la rugosidad determinada con el MERLIN con el índice de
Rugosidad Internacional (IRI), que es el parámetro utilizado para uniformizar los
resultados provenientes de la gran diversidad de equipos que existen en la
actualidad, se utilizan las siguientes expresiones:
a. Cuando 2.4 < IRI < 15.9, entonces IRI = 0.593 + 0.0471D …….. (1)
b. Cuando IRI < 2.4 entonces IRI – 0.0185 D …….. (2)
La expresión (1) es la ecuación original establecida por el TRRL mediante
simulaciones computarizadas, utilizando una base de datos proveniente del
Ensayo Internacional sobre Rugosidad realizado en Brasil en 1982.
La ecuación de correlación establecida es empleada para la evaluación de
pavimentos en servicio, con superficie de rodadura asfáltica, granular o de tierra,
siempre y cuando su rugosidad se encuentre comprendida en el intervalo
indicado.
La expresión (2) es la ecuación de correlación establecida de acuerdo a la
experiencia peruana y luego de comprobarse, después de ser evaluados más de
3,000 km de pavimentos, que la ecuación original del TRRL no era aplicable para
el caso de pavimentos asfálticos nuevos o poco deformados.
7
Se desarrolló entonces, siguiendo la misma metodología que la utilizada por el
laboratorio británico, una ecuación que se emplea para el control de calidad de
pavimentos recién construidos.
Existen otras expresiones que han sido estudiadas para el caso de superficies
que presentan cierto patrón de deformación que incide, de una manera particular,
en las medidas que proporciona en MERLIN. M.A. Cundill del TRRL estableció en
1996, para el caso de superficies con macadam de penetración de extendido
manual, la siguiente expresión:
IRI = 1.913+0.0490 D
4.2.2. Método de Medición El rugosímetro MERLIN
El rugosímetro MERLIN, es un instrumento versátil, sencillo y económico,
pensado especialmente para uso en países en vías de desarrollo. Fue introducido
en el Perú por iniciativa personal del autor en 1993, existiendo en la fecha (Junio
1999) más de 15 unidades pertenecientes a otras tantas empresas constructoras
y consultoras.
De acuerdo con la clasificación del Banco Mundial(9) los métodos para la
medición de la rugosidad se agrupan en 4 clases, siendo los de Clase 1 los más
exactos (Mira y Nivel, TRRL Beam, perfilómetros estáticos). La Clase 2 agrupa a
los métodos que utilizan los perfilómetros estáticos y dinámicos, pero que no
cumplen con los niveles de exactitud que son exigidos para la clase 1.
Los métodos Clase 3 utilizan ecuaciones de correlación para derivar sus
resultados a la escala del IRI (Bumpintegrator, Mays meter). Los métodos Clase 4
permiten obtener resultados meramente referenciales y se emplean cuando se
requieren únicamente estimaciones gruesas de la rugosidad.
8
4.2.3. Método para el cálculo de la rugosidad 4.2.3.1 Cálculo del Rango "D"
Se emplea una escala arbitraría de 50 unidades colocada sobre el tablero del
rugosímetro, la que sirve para registrar las doscientas posiciones que adopta el
puntero del brazo móvil. En la medida que las diversas posiciones que adopte el
puntero coincidan con la división 25 o con alguna cercana (dispersión baja), el
ensayo demostrará que el pavimento tiene un perfil igual o cercano a una línea
recta (baja rugosidad).
Por el contrario, si el puntero adopta repetitivamente posiciones alejadas a la
división №25 (dispersión alta), se demostrará que el pavimento tiene un perfil con
múltiples inflexiones (rugosidad elevada).
La dispersión de los datos obtenidos con el MERLIN se analiza calculando la
distribución de frecuencias de las lecturas o posiciones adoptadas por el puntero.
Posteriormente se establece el Rango de los valores agrupados en intervalos de
frecuencia (D), luego de descartarse el 10% de datos que correspondan a
posiciones del puntero poco representativas o erráticas.
Efectuado el descarte de datos, se calcula el "ancho del histograma" en unidades
de la escala, considerando las fracciones que pudiesen resultar como
consecuencia de la eliminación de los datos.
Él Rango D determinado se debe expresar en milímetros, para lo cual se
multiplica el número de unidades calculado por el valor que tiene cada unidad en
milímetros (7.35x5mm=36.75mm).
4.2.3.2 Factor de corrección para el ajuste de "D"
Para determinar el factor de corrección se hace uso de un disco circular de bronce
de aproximadamente 5 cm de diámetro y 6 mm de espesor, y se procede de la
siguiente manera:
Se determina el espesor de la pastilla, en milímetros, utilizando un
calibrador que permita una aproximación al décimo de mm.
9
Se coloca el rugosímetro sobre una superficie plana (un piso de terrazo,
por ejemplo) y se efectúa la lectura que corresponde a la posición que
adopta el puntero cuando el patín móvil se encuentra sobre el.
4.2.3.3 Variación de relación de brazos
Para facilidad del trabajo, el rugosímetro admite dos posiciones para el patín del
brazo pivotante.
4.2.3.4 Cálculo del Rango "D" corregido
El valor D calculado deberá modificarse considerando el Factor de Corrección
(FC=0.82666) y la Relación de Brazos empleada en los ensayos (RB=1).
Este valor llevado a condiciones estándar es la rugosidad en "unidades MERLIN".
4.2.3.5 Determinación de la rugosidad en la escala del IRI
Para transformar la rugosidad de unidades MERLIN a la escala del IRI, se usa las
expresiones (1) y (2). Aplicando la expresión para el caso de IRI<2.5, se obtiene
finalmente.
4.2.4. LIMITES DE LA RUGOSIDAD PARA EL CONTROL DE CALIDAD DE PAVIMENTOS Para el caso de pavimentos asfálticos nuevos o rehabilitados, la rugosidad o
regularidad superficial se deberá controlar calculando el parámetro denominado
IRI Característico, el cual es definido por la siguiente expresión:
IRIc =IRIp+ 1.645 σ (5)
Donde:
IRIc : IRI característico IRIp : IRI promedio σ : Desviación estándar
10
Se cumplirá que el 95% del pavimento experimentará una rugosidad igual o
menor al IRI característico. Los parámetros mínimos de serviciabilidad exigibles a
las soluciones que se plantee en cada uno de los sectores homogéneos, durante
el período de servicio del tramo serán:
a) En superficie de rodadura de concreto asfáltico en caliente:
- IRIc menor a 3.5 m/Km durante los próximos 10 años.
b) En superficie de rodadura de tratamiento superficial:
- IRIc menor a 4.5 m/Km durante los próximos 10 años.
Los parámetros mínimos de servisiabilidad exigibles a las soluciones que se
plantee en cada uno de tos sectores homogéneos, para la recepción de los
trabados serán:
c) En superficie de rodadura de concreto asfáltico en caliente:
- IRIc menor a 2.5 m/Km.
d) En superficie de rodadura de tratamiento superficial:
- IRIc menor a 3.5 m/Km.
En caso de no cumplirse con estos límites, el sector o tramo deberá subdividirse
en secciones de rugosidad homogénea, y se calculará el IRI característico para
cada una de ellas, los que deberán cumplir los límites indicados
4.3.0. MEDICION DE LA FRICCION POR MEDIO DEL PÉNDULO INGLÉS
El procedimiento tiene por objeto obtener un Coeficiente de Resistencia al
Deslizamiento (C.D.R) que, manteniendo una correlación con el coeficiente físico
de rozamiento, valore las características antideslizantes de la superficie de un
pavimento.
Los resultados obtenidos mediante este ensayo no son necesariamente
proporcionales o correlativos con medidas de rozamiento hechas con otros
equipos o procedimientos.
11
Este ensayo consiste en medir la pérdida de energía de un péndulo de
características conocidas provisto en su extremo de una zapata de goma, cuando
la arista de la zapata roza, con una presión determinada, sobre la superficie a
ensayar y en una longitud fija. Esta pérdida de energía se mide por el ángulo
suplementario de la oscilación del péndulo.
El método de ensaye se puede emplearse también para medidas en pavimentos
de edificaciones industriales, ensayos de laboratorio sobre probetas, baldosas o
cualquier tipo de muestra de superficies planas terminadas.
RANGOS DE FRICCIÓN
Después de diversas mediciones realizadas en distintos tipos de superficies, nace
la siguiente sugerencia, la cual puede estar sujeta a cambios, según se
incremente la experiencia. Para valores de fricción con péndulo británico en
pavimento mojado (condición crítica) es propuesto lo siguiente:
Fricción, Valor de CDR, Calificación
adimensional
< 0.5 Malo (derrapamiento del vehículo)
0.51-0.6 De regular a bueno
0.61-0.8 Bueno
0.81-0.9 De bueno a regular
> 0.91 Malo (desgaste de neumáticos)
Fuente: Paul Garnica Anguas - Criterio para evaluar los valores de fricción en la
superficie de pavimento.
12
V. PANEL FOTOGRAFICO.
PROCESO DE CALIBRACION DEL MICROPAVIMENTADOR PARA LA
APLICACIÓN DEL SLURRY SEAL
TRAMO 10 : DV.MOQUEGUA – TORATA. NUMERO DE FOTO : 1 PROGRESIVA : 00+000 – 16+000 DESCRIPCION : Colocado de un micropavimentoSlurrySeal.
TRAMO 10 : DV. MOQUEGUA – TORATA. NUMERO DE FOTO : 2 PROGRESIVA : 00+000 – 9+000. DESCRIPCION : Colocado de un micropavimentoSlurrySeal.
13
TRAMO 10 : DV. MOQUEGUA – TORATA. NUMERO DE FOTO : 3 PROGRESIVA : 00+000 – 10+000 DESCRIPCION : Colocado de un micropavimentoSlurrySeal.
TRAMO 10 : DV. MOQUEGUA – TORATA. NUMERO DE FOTO : 4 PROGRESIVA : 00+000 – 12+000 DESCRIPCION : Colocado de un micropavimentoSlurrySeal.
TRAMO 10 : DV. MOQUEGUA – TORATA. NUMERO DE FOTO : 4 PROGRESIVA : 00+000 – 13+500 DESCRIPCION : Colocado de un micropavimentoSlurrySeal.
14
VI. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES.
El SlurrySeal es una alternativa de mantenimiento preventivo y / o correctivo
que mejora y corrige los niveles de servicialidad de las vías asfaltadas siendo
una alternativa eficaz para tomar en cuenta en el mantenimiento de vías en el
Perú.
Mediante la aplicación del SlurrySeal mejora los valores de IRI, dando
valores menores a 1.5 m/km cumpliendo ampliamente las especificaciones
técnicas y los requerimientos que estipula las especificaciones técnicas del
Perú EG – 2000.
La aplicación en el tramo Torata 0+000 al km 28+000 mejoro la resistencia al
deslizamiento dando valores de coeficiente de resistencia al deslizamiento
mayores a 0.45 especificado por las especificaciones técnicas del Perú EG -
2000, garantizando así una buena fricción entre neumático y carpeta de
rodadura.
La durabilidad del SlurrySeal es garantizada si se cumplen las
especificaciones técnicas establecidas para el ensayo de Rueda Cargada,
este ensayo se verifico en laboratorio de lima y también en pista
observándose buen comportamiento.
El SlurrySeal es una alternativa económica frente a otras alternativas de
mantenimiento, es ecológica, corrige problemas de ahuellamiento y fisuras
insipientes.
Se recomienda trabajar con arena 100% triturada ya que de este parámetro
dependerá el comportamiento que se obtendrá en cuanto a durabilidad y
resistencia al deslizamiento.
Se recomienda realizar la evaluación estructural del pavimento a intervenir ya
que si el pavimento estructuralmente se encuentra deficiente tendrá que
optarse otra alternativa.
15
Se recomienda hacer correcciones respecto a la humedad de mezclado del
SlurrySeal en base a la temperatura ambiente ya que de esto dependerá la
trabajabilidad y reacomodo de partículas.
Es recomendable que lo trabajos anteriores a la colocación del SlurrySeal
como son sello de fisuras y grietas con elastomerico y bacheo sean bien
ejecutados ya que de estos dependerá mucho el comportamiento del
SlurrySeal.
En vías que presente fisuramiento considerable se recomiendo optar por un
Cape Seal.
VII. REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS.
• Paul Garnica Anguas "Consideraciones para la aplicación de índice de
fricción internacional en carreteras de México", Publicación técnica № 170 -
Sanfandila 2001.
• U.S Departament of Transportation, "MicrosurfacingAplication",
Pavement Preservation - 200Checklist Series 2005 - EEUU.
• Ing. Lito Dávila "Diseño de Mezclas Asfálticas, Densas, Semilíquidas",
Primera Edición.
• Instituto del Asfalto, "Manual Básico de Emulsiones Asfálticas" Manual
de series № 19.
• Ing. Gustavo Rivera E., "Emulsiones Asfálticas". Cuarta Edición 1998 -
México.
• Hernán de Solminihac T, "Gestión de Infraestructura Vial", Alfaomega
Editor, Tercera Edición 2005 - Colombia.
• WirtengGroup "Manual de Reciclaje en FrioWirteng", Segunda Edición
Revisada Setiembre del 2001.