INTRODUCCION

QUITO ECUADOROctubre 2014

Dr. Jaime JarrnCARRERA DE GEOLOGAGEOLOGA ECONMICALADRILLOSMATERIALES DE CONSTRUCCION PARA VAS

CONTENIDOINTRODUCCINCLASIFICACIN DE CARRETERASVAS PRIMARIASVAS SECUNDARIASVAS DE EMPEDRADOVAS DE ADOQUINVAS DE ASFALTOHORMIGON, PAVIMENTO RIGIDO

INTRODUCCIONRESEA HISTORICALa carretera mas antigua de larga distancia fue la carretera real Persa, la cual tuvo una explotacin aproximada desde el 3500 hasta el 300 A.C.Estas carreteras estaban construidas con ladrillo cocido y piedra unidos por mortero bituminoso.

FIG 1. CARRETERA REAL PERSAFUENTE: sirio.ua.es/proyectos/manual_%20carreteras/01010101.pdf

En la India tambin existen carreteras muy antiguas. Se sabe que Baluchustan y en Penjab ( 3250 2750 A.C.) las ciudades estaban pavimentadas con ladrillos cocidos unidos con betn.En la isla de Malta se construyeron entre los 2000 y 1500 A.C carreteras con un carril nico formadas por dos acanaladuras en V cortadas en la arenisca de la isla. Algo semejante se hizo en Grecia en 800 A.C.

FIG 2. CARRETERAS DE LA ISLA DE MALTA Y CRETAFUENTE: sirio.ua.es/proyectos/manual_%20carreteras/01010101.pdf

Tambin quedan restos de carreteras en la isla de Creta, el firme de esta carretera era de 3,6 m de ancho y la parte central estaba formada por dos filas de placa de basalto de un espesor de 5 cm.

FIG 3. CARRETERA DE LA ISLA DE CRETAFUENTE: sirio.ua.es/proyectos/manual_%20carreteras/01010101.pdf

Las calzadas romanas fueron notables por su trazado rectilneo, de punto a punto. La tcnica romana fue muy depurada as por ejemplo la va Apia se construyo excavando zanjas paralelas para conocer la naturaleza del subsuelo. Esta va se consideraba de mxima calidad.

FIG 4 . VIA APIA CONTRUIDA EN ROMA.FUENTE: sirio.ua.es/proyectos/manual_%20carreteras/01010101.pdf

Los aztecas construyeron calzadas locales y cortas situadas en los alrededores de Mxico

FIG 5 . EMPEDRADOFUENTE: sirio.ua.es/proyectos/manual_%20carreteras/01010101.pdf

Thomas Telford (1757 1834), naci en escocia, construyo mas de 1500 Km de carreteras. En sus firmes mantuvo un cimiento rigido formado por grandes piedras.

A principios del siglo XIX se comienzan a pavimentar calles utilizando alquitrn en riegos. Las primeras mezclas con alquitrn in situ se extendieron en algunas calles de Londres y ms tarde en zonas peatonales de la Puerta del Sol,(Madrid).

FIG 6. CARRTERA DEL SIGLO XIX.FUENTE: sirio.ua.es/proyectos/manual_%20carreteras/01010101.pdf

Como consecuencia del desarrollo de la industria del petrleo, se comenz a emplear los betunes asflticos para la fabricacin de mezclas asflticas, siendo el norteamericano Richardson el que estableci las bases de la tecnologa de las citadas mezclas.Sin embargo, el desarrollo tecnolgico de estos materiales se produce durante la II Guerra Mundial por las urgentes necesidades de construccin de pistas de aeropuertos militares.A mediados del siglo XX, en las vas urbanas se comienzan a cubrir los antiguos pavimentos de piedra con capas de mezcla asflticas, a pesar de su durabilidad y capacidad de soporte en algunos casos para resistir cargas pesadas.CLASIFICACION DE LAS VIASPOR SU ORDENVAS PRIMARIASVAS SECUNDARIASPOR SU MATERIALVAS DE EMPREDRADOVAS DE ADOQUINVAS DE ASFALTOPAVIMENTOSVAS PRIMARIASLa vas primarias, o corredores arteriales, comprenden rutas que conectan cruces de frontera, puertos, y capitales de provincia formando una malla estratgica. Su trfico proviene de las vas secundarias (vas colectoras), debe poseer una alta movilidad, accesibilidad controlada, y estndares geomtricos adecuados. En total existen 12 vas primarias en Ecuador con aproximadamente un 66% de la longitud total de la Red Vial Estatal.Una va primaria es considerada una troncal si tiene direccin norte-sur. El numeral de las troncales es de dos dgitos e impar. Del mismo modo, una va primaria es catalogada como transversal si se extiende en sentido este-oeste. El numeral de las transversales es de dos dgitos y par.

FIG 7 . SIMBOLOGA UTILIZADA EN VAS PRIMARIAS.FUENTE: www.obraspublicas.gob.ec/

VAS SECUNDARIASLa vas secundarias, o vas colectoras incluyen rutas que tienen como funcin recolectar el trfico de una zona rural o urbana para conducirlo a las vas primarias (corredores arteriales). En total existen 43 vas secundarias en Ecuador con aproximadamente un 33% de la longitud total de la Red Vial Estatal.Las vas secundarias reciben un nombre propio compuesto por las ciudades o localidades que conectan. Adems del nombre propio, las vas secundarias reciben un cdigo compuesto por la letra E, un numeral de dos o tres dgitos, y en algunos casos una letra indicando rutas alternas.

FIG 8 . SIMBOLOGA UTILIZADA EN VAS SECUNDARIAS.FUENTE: www.obraspublicas.gob.ec/

VAS DE EMPEDRADOANTECEDENTESLos caminos empedrados han sido utilizados principalmente en la regin Andina, en las zonas de cordillera desde pocas incicas. Los principales pases que hasta el da de hoy los utilizan, motivo de comunicacin entre poblaciones rurales; son Ecuador, Bolivia y Per.En el Ecuador es donde existe la mayor experiencia de caminos empedrados, aproximadamente un 8% del total de la red vial nacional; el Ministerio de Obras Pblicas ha establecido una normativa sobre la construccin de empedrados, a travs de las Especificaciones para la Construccin de Caminos y Puentes MOP 001-F 2002, en el numeral 405-1 Empedrados

Recubrimiento de la superficie de la va con una capa de cantos rodados o de piedra partida para formar una superficie de rodadura resistente, estable y econmica. El recubrimiento se efectuar sobre la capa de apoyo debidamente terminada y de acuerdo a los requerimientos tcnicos.

Condiciones tcnicas- Es un pavimento flexible;- No es monoltico; La friccin entre las piedras, ayuda a soportar la carga que transmiten las llantas a la rodadura (necesidad de rellenar las juntas).- No existe un mtodo de diseo cientfico; La experiencia de las comunidades es importante en la construccin.

Pese a que se considera al empedrado como un pavimento flexible, pues se acomoda de acuerdo a las deformaciones que presenta la subrasante, ninguno de los mtodos de diseo de pavimentos flexibles se adapta o puede ser aplicado rigurosamente, ya que su comportamiento es distinto.Las deformaciones plsticas o permanentes, que en cualquier pavimento flexible producira grietas, en los empedrados producen ondulaciones, fenmeno que se mantiene inalterable mientras la ondulacin permite un reacomodamiento de las piedras a los nuevos niveles que el trfico va definiendo

Caractersticas de los materiales

Fig 1. Caractersticas de los materiales. Fuente: http://www.ilo.org/public/spanish/employment/recon/eiip/download/andino.pdfLas mejores fuentes de materiales de piedra son las terrazas aluviales y conglomerados, aunque no debe descartarse la utilizacin de piedra obtenida de un proceso de trituracin.Si el procedimiento de explotacin se realiza mecnicamente, el equipo necesario se constituir por una cargadora frontal, excavadora o retroexcavadora, volqueta de al menos 6 m3, zaranda con paso mximo de 15 cm, y zaranda con paso mximo de 8 cm.

Fig.2 Caractersticas de la subrasante. Fuente: www.ilo.org/public/spanish/employment/recon/eiip/download/andino.pdf

FIG 9. EXPLOTACION MANUAL.

FIG 10. DISGREGACION DEL SUBRASANTE .

FIG 11. COLOCACIN E HINCADO DE PIEDRA EN EMPEDRADO.

FIG 12. RODILLADO DEL EMPORADO.

FIG 13. COLOCACION DE MAESTRAS O CORDONES MAESTROS EN CUNETAS.

VAS DE ADOQUINSu capa de rodadura est conformada por adoquines de hormign, colocados sobre una capa de arena y con un sello de arena entre sus juntas. De la misma manera que los pavimentos de asfalto, pueden tener una base, o una base con una subbase, que pueden tener espesores ligeramente menores que los utilizados para los pavimentos de asfalto. Tambin se consideran pavimentos flexibles y son del color gris claro del hormign.

PAVIMENTOS

Fig 14. Capas de los pavimentos. Fuente:http://www.icpa.org.ar/publico/files/pavadoq.pdfLas ventajas de estos pavimentos se basan en que su capa de rodadura est hecha con adoquines de hormign; es decir, piezas prefabricadas, que se pueden producir tanto en equipos sencillos y pequeos, como en tecnificados y grandes; por parte de productores comerciales, grupos comunitarios o administraciones municipales, sin importar la escala o localizacin de los proyectos.

DISEOEl pavimento de adoquines de hormign est compuesto, casi siempre, por dos capas: la capa de rodadura (los adoquines) y la base. Ambas capas son importantes porque los adoquines sin base se terminan por hundirse en el suelo; y la base sin los adoquines se deteriora muy rpido y no tiene la resistencia suficiente.

Capa de adoquines: Los adoquines tiene un espesor de 8 cm para todo trfico peatonal, animal o vehicular corriente. Capa de arena: Esta capa se construye de 4 cm de espesor, con arena suelta, gruesa y limpia, la cual no se compacta antes de colocar los adoquines sobre ellas. Por debajo de ella se coloca una capa de espesor semejante de arena fina que se conoce como selloLa base: El espesor de la base depende del material con que se construya, del trnsito y de la calidad del suelo. Principalmente hechas de material gravoso, e incluso en ciertas zonas utilizacin de cemento.

Previo a la colocacin de adoqun es necesario compactar las capas de arena y suelo

Fig 15. Grfico de las cargas en las capas de una va de adoqun.Fuente: http://www.icpa.org.ar/publico/files/pavadoq.pdfASFALTOEl asfalto es un material aglomerante, resisten, muy adhesivo, altamente impermeable y duradero, capaz de resistir altos esfuerzos y fluir bajo accin de calor o cargas permanentes. Est presente en el petrleo crudo y compuesto casi por completo de bitumen.

OrigenAsfaltos naturales: se han producido a partir del petrleo, pero por un proceso natural de evaporacin de las fracciones voltiles, dejando las asflticas solamente. Estos pueden encontrarse como escurrimientos superficiales en depresiones terrestres, dando origen a lagos de asfalto.

Tambin aparecen impregnando los poros de algunas rocas, denominndose rocas asflticas. Tambin se encuentran mezclados con minerales. En la actualidad, no es muy utilizado este tipo de asfalto por cuanto adolece de uniformidad y pureza.

Los asfaltos mas utilizados en el mundo hoy en da, son los derivados de petrleo, los cuales se obtienen por medio de un proceso de destilacin industrial del crudo. Representan ms del 90 % de la produccin total de asfaltos. La mayora de los petrleos crudos contienen asfalto a veces casi en su totalidad. Sin embargo existen algunos petrleos crudos, que no contienen asfalto.

En base a la proporcin de asfalto que poseen, los petrleos se clasifican en:Petrleos crudos de base asfltica.Petrleos crudos de base parafnica.Petrleos crudos de base mixta (contiene parafina y asfalto).

El asfalto procedente de ciertos crudos ricos en parafina no es apto para fines viales, por cuanto precipita a temperaturas bajas, formando una segunda fase discontinua, lo que da como resultado propiedades indeseables, tal como la prdida de ductilidad. Con los crudos asflticos esto no sucede, dada su composicin. Clasificacin de AsfaltosCementos asflticos.CutbacksCurado lento.Curado medio.Curado rpido.Emulsiones.Soplados con aire.Cemento asflticoMuy pegajoso y altamente viscoso.Especialmente preparado con la calidad y consistencia requerida para el uso de pavimentos asfltico.Tiene buena impermeabilidad.Deben calentarse tanto el asfalto como los agregados para hacer la mezcla.Se obtiene con el enfriamiento del asfalto lquido obtenido en las plantas asflticas.Asfaltos LquidosTambien denominados asfaltos rebajados o Cutbacks estn compuestos de una base asfltica (cemento asfltico) y un fluidificante voltil, donde el solvente es agregado con el fin de disminuir la viscosidad del asfalto para poderlo mezclar y trabajar con los agregados.Son materiales que tienen una cierta velocidad de curado: rpido (RC), medio (MC) y lento (SC).

Los (RC) poseen diluyentes con un bajo punto de ebullicin que se evaporan deprisa como la gasolina o la nafta.Los (MC) tienen diluyentes con un punto de ebullicin medio que se evaporan no tan deprisa como el kerosn y los combustibles para propulsin a chorro.Finalmente los (SC) conllevan diluyentes que se evaporan muy lentamente como los aceites combustibles y diesel.

Asfalto emulsionadoCombinacin de asfalto, agua, y una pequea cantidad de emulsionante: jabn, arcilla fina, etc. Puede aplicarse en tiempo hmedo y con agregados fros o calientes. Elimina el uso de combustibles para calentar y secar el agregado. Desventaja: Como est suspendido en agua, puede escurrir si no est bien curado.

Asfalto soplado con aireSe sopla aire a travs del residuo semislido obtenido al final del proceso de destilacin.No se usan en pavimentos, s en techos.Hormign asflticoEs la mezcla de cemento asfltico caliente con agregados calientes, luego compactada para que se forme una masa densa y uniforme. Se usa en pavimento asfltico = pavimento flexible. La funcin del cemento asfltico es mantener los agregados en su lugar. Los agregados se escogen de modo que las cargas externas se distribuyan por contacto.Mucho asfalto (= pocos vacos) hace que los agregados floten.Poco asfalto produce una adhesin incompleta.Pavimentos FlexiblesEl pavimento flexible es el conjunto de capas de material asfltico 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.

El asfalto y los agregados ptreos, sern calentados en la planta entre 135 y 170C. La diferencia entre las temperaturas de los agregados y el asfalto no ser mayor de 10C. La mezcla de concreto asfltico, al salir de la planta deber tener una temperatura entre 135 y 160C y la temperatura de colocacin no ser menor de 115 C

Propiedades GeneralesEl asfalto tiene una alta resistencia (o una baja conductividad) y es enconsecuencia un buen material aislante.Bajo severas condiciones, el asfalto podr ser fcilmente combustible.El asfalto es generalmente considerado con alta y buena resistencia al ataque a los qumicos tales como cidos, sales, lcalis, etc.Asfaltos duros tienen una resistencia dielctrica ms alta que la de asfaltos menos viscosos.AplicacionesEn la actualidad en el Ecuador existen muchas aplicaciones del asfalto, entre las cuales podemos citar las siguientes.En pavimentacin, principalmente de caminos y carreteras.En tratamientos superficiales de carpetas asflticas, este proceso se lo realiza en base al riego de asfalto sobre la superficie de rodamiento establecida.En sistemas de penetracin, tambin llamado macadam asfltico, el lquido penetra y pega las piedras compactadas.En techados asflticos, que es la conformacin de varias capas de fieltro saturado unidas con asfalto.En obras hidrulicas, para los sistemas impermeabilizantes, tanto en aspectos de control, almacenamiento y conduccin de agua.Hormign-ConcretoPavimento rgidoEl pavimento, es una estructura formada por una o mas capas de material ptreo tratado, cuya funcin es la de proporcionar al usuario un transito cmodo, seguro y rpido, al costo mas bajo posible.Los tipos dePavimentoexistentes son: Flexibles, rgidos y otros (Empedrados, adoqun, estampado, etc).mantenimiento.

PAVIMENTOS RGIDOS

Son aquellos formados por una losa de concreto Prtland sobre una base, o directamente sobre la sub-rasante. Transmite directamente los esfuerzos al suelo en una forma minimizada, esauto-resistente, y la cantidad de concreto debe ser controlada.

En funcin a lo sealado anteriormente; se puede diferenciar queenel pavimento rgido, el concreto absorbe gran parte de los esfuerzos que las ruedas de los vehculos ejercen sobre el pavimento,mientras queen el pavimento flexible este esfuerzo es transmitido hacia las capas inferiores (Base, Sub-base y Sub-rasante).

https://www.tecnocarreteras.es/web/items/1/282/nuevos-materiales-utilizados-en-la-construccion-o-para-otros-aspectos-relacionados-de-las-carreteras-resumen-del-ano-2011

http://www.bluebagages.com/construccion/losas-de-hormigon-armado.php

https://www.tecnocarreteras.es/web/items/1/282/nuevos-materiales

http://civilgeeks.com/2011/12/07/curado-del-concreto/La construccin de un pavimento rgido puede incluir operaciones de explanacin; construccin de capas de subbase y/o base granulares o estabilizadas; fabricacin, transporte, colocacin y acabado del concreto

RESISTENCIA A LA RUPTURA

Los valores recomendados para el modulo de ruptura varan desde 41 Kg/cm2(583 psi) hasta los 50 Kg/cm2(711 psi) a los 28 das dependiendo del uso que vayan a tener.

A continuacin se presenta el modulo de ruptura recomendado segn el tipo de pavimento: http://www.actualizarmiweb.com/sites/icpa/publico/files/01.pdf