Soluciones Alternativas y Tratamientos para Vías de … · Presentar alternativas de diseño,...

Soluciones Alternativas y Tratamientos para Vías de Bajo

Volumen de TráficoCarlos M. Chang, Ph.D., P.E.

Temario

1. Objetivo2. Conceptos Fundamentales3. Aspectos Técnicos4. Estabilización de Suelos5. Tratamientos Superficiales6. Comentarios sobre Seguridad Vial7. Recomendaciones Finales

Presentar alternativas de diseño, construcción, y mantenimiento para vías de bajo volumen de tráfico y destacar la importancia de una adecuada gestión vial integral para conservarlas en buena condición.

Objetivo

Ingeniería de Caminos RuralesGordon Keller y James Sherar

Conceptos Fundamentales

El Pavimento es una estructura de varias capasconstruida sobre la subrasante del camino pararesistir y distribuir los esfuerzos originados por losvehículos y mejorar las condiciones deseguridad y comodidad para el tránsito.

La Subrasante es la superficie terminada de lacarretera nivel de movimiento de tierras (corte yrelleno), sobre la cual se coloca la estructura delpavimento.

Definiciones Básicas

Componentes del Camino

90%

¿ Cómo Definimos a una Vía como de Bajo Volumen de Tránsito?

Características Generales de las Vías de Bajo Volumen de Tráfico- Alto potencial de influenciar en el desarrollo

económico y social en las comunidades.

- El tipo de tráfico que circula por las vías de bajovolumen de tráfico (motorizado y no motorizado).

- Velocidad por la que circula en las bajosvolúmenes de tráfico.

- Dificultad en mantener una transitabilidad continua durante todas las estaciones climáticas.

Distribución de la Red VialGranjas Caseríos Aldea Centro de

ComercioCentro Distrital Centro Regional Capital /

PuertoInfraestructura de Transporte Típica Trocha Trocha / Sendero Sendero / Camino

TierraCamino Tierra o

Grava 1-2 carriles Camino Grava o TS

1-2 carriles, Camino TS o CA

Tráfico Típico TNM TNM TNM0-5 TMD 5-50 TMD

TNM >100 TMD >1500 TMD20-200 TMD

Distancia Típica 1-5 Km. 1-10 Km. 5-20 Km. 10-50 Km. 20-100 Km. 50-200 Km.% del Valor del Patrimonio Vial

% de la Red Vial

Responsabilidad

Tipo de Red Vial Infraestructura de Transporte Rural Caminos Principales, Provinciales y Municipales

Comunidad

Gobierno LocalGobierno Provincial / Central

0%

40%

20%

0%

20%

40%

“Trochas” “Caminos” “Carreteras”Fuente: BANCO MUNDIAL

Red Vial Primaria• Carreteras con 2 o mas carriles• Carreteras asfaltados o con concreto• Tráfico mayor que 500 TMD• Tráfico de larga distancia• Función esencialmente económica• Enfoque es la reducción del costo del

transporteAnálisis Costo Beneficio (CB) utilizando el

modelo HDM-4Fuente: BANCO MUNDIAL

Red Vial Secundaria• Carreteras y Caminos de 1.5 a 2 carriles• Caminos no revestidos o revestidos (asfalto

concreto, tratamientos superficiales)• Tráfico menor que 500 TMD• Traficó de media distancia• Función económica y social• Enfoque es la reducción del costo del

transporte, midiendo también el impacto social

Análisis Costo Beneficio (CB) utilizando el modelo RED o el modelo HDM-4

Fuente: BANCO MUNDIAL

Red Vial Terciaria• Caminos de 1 a 2 carriles• Caminos o trochas no revestidas en su gran

mayoría • Tráfico menor a 50 TMD • Tráfico de corta distancia• Función esencialmente social• Enfoque es el impacto social, midiendo la

eficiencia de las inversiones y/o un criterio múltiple

Análisis Costo Eficiencia (CE) o AnálisisCriterio Múltiple (CM)


Clasificación FuncionalCaminos Calles y

Caminos Principales, Provinciales y Municipales Infraestructura de Transporte Rural AvenidasRed Vial Primaria Secundaria Terciaria UrbanaClasificación Funcional Arterial Colector AccesoResponsabilidad Nacional Provincial o Municipal Gobierno Local Comunidad Municipal

Regional (Urbanos)% de la Red Vial +- 10% +- 10% +- 10% +- 70% N.A.

Características Físicas2 o mas carriles pavimentados

1.5 a 2 carriles pavimentados o en grava

1 a 2 carriles en grava o tierra

Senderos o Trochas

Normalmente tramos de 50 a

200 Km.Normalmente tramos de 20 a 100 Km.

Normalmente tramos de 5 a 20

Km.

Normalmente tramos de 1 a 5

Km.

Características de Tráfico > 500 TMD 50-500 TMD < 50 TMD + Mucho TNM

Esencialmente TNM

Evaluación Económica Si Si No NoEvaluación Social No Complementar Si SiEvaluación Financiera Peajes No No NoEvaluación Técnica Si Si Si NoEvaluación Medio Ambiental Si Si Si NoEvaluación de Seguridad Vial Si Si Si No


Aspectos Técnicos

CAMINOS CON SUPERFICIE DE RODADURA NO REVESTIDAa. Caminos de tierra, constituidos por suelo natural y

mejorado con grava seleccionada por zarandeo.b. Caminos de grava (lastrados), constituidos por una

capa de revestimiento con material natural pétreo,seleccionado manualmente o por zarandeo, de tamañomáximo de 75 mm.

c. Caminos afirmados, constituidos por una capa derevestimiento con materiales de cantera, dosificadosnaturalmente o por medios mecánicos (zarandeo), con unadosificación especificada, compuesta por una combinaciónapropiada de tres tipos de material: piedra, arena y finos oarcilla

d. Caminos afirmados con superficie de rodaduraestabilizada.

PROBLEMATICA

6: Cruce de agua

4: Encalaminado

5: Lodazal

A B C


CAMINOS CON SUPERFICIE DE RODADURAREVESTIDA

Pavimentos flexibles:Compuestos por capas granulares (subbase y basedrenantes) y una superficie de rodadura bituminosa enfrío como: tratamiento superficial bicapa, lechadaasfáltica o mortero asfáltico, slurry seal,micropavimento en frío, macadam asfáltico, carpetasde mezclas asfálticas en frío.

Pavimentos semi-rígidos: conformados por capas asfálticas (base asfáltica ycarpeta asfáltica en caliente); también se consideracomo pavimento semirrígido, la estructura compuestapor carpeta asfáltica en caliente sobre base tratadacon cemento o base tratada con cal. Dentro del tipo depavimento semirrígido, se ha incluido también lospavimentos adoquinados.

Pavimentos rígidos:conformados por losa de concreto de cementohidráulico y una subbase granular para uniformizar lascaracterísticas de cimentación de la losa.

Center for Transportation Infrastructure Systems - ctis.utep.edu

Las soluciones básicas son alternativastécnicas, económicas y ambientales, queconsisten principalmente en la aplicación deestabilizadores de suelos, recubrimientosbituminosos y otros, posibilitando que las capasde rodadura de las carreteras de bajo volumen detráfico, tengan una mayor vida útil y presentenun mejor nivel de servicio.

¿ Qué son las soluciones básicas?

El mejoramiento de la vida útil, está referida a incrementar el periodo de diseño de 2- 5 años (afirmado) a 5- 10 años (solución básica), y la posibilidad de programar las actividades de mantenimiento periódico en tiempos previsibles, lo que no ocurre actualmente con las capas de afirmado sin revestimiento convencional.

Vida Util

OBJETIVO PRINCIPAL ES ESTABILIZAR CAMINOS SECUNDARIOS Y TERCIARIOS DE LAS REDES VIALESPARA MANTENER COMUNICACIÓN CON LAS COMUNIDADES

Ing. Sion Atencio – MOP Panama

De este modo, las soluciones básicas además delos beneficios de orden técnico y económicoantes mencionados, tienen efectos sociales yambientales favorables, que se logran en lazona de influencia de la carretera, plasmados enla mejora de la calidad de vida de la población(habitantes aledaños y usuarios), menorescostos de operación de los vehículos, menorimpacto ambiental sobre los recursos hídricos ycalidad del aire, principalmente.

Beneficios

Estabilización de Suelos

La estabilización de suelos se define como elmejoramiento de las propiedades físicas de un suelo através de procedimientos mecánicos e incorporaciónde productos químicos, naturales o sintéticos.

La estabilización de suelos consiste en dotar a losmismos, de resistencia mecánica y permanencia detales propiedades en el tiempo. Las técnicas sonvariadas y van desde la adición de otro suelo, a laincorporación de uno o más agentes estabilizantes.Cualquiera sea el mecanismo de estabilización, esseguido de un proceso de compactación.

Razones para Estabilizar Suelos

Mejorar la Propiedades de los Suelos Cambio de Volumen Resistencia a la Humedad Compactibilidad

Rápida ConstrucciónAdecuada Plataforma de TrabajoMejora la Capacidad de Soporte de la

Subrasante

Principales Criterios de Aplicación

Las condiciones climáticas de cadaproyecto (temperatura y precipitacionespluviales), según su ubicación (costa, sierra yselva), es determinante para la selección de laalternativa de solución. Por ejemplo, con unestabilizador que funciona bien en una carreterade la costa, no se obtendría el mismo resultado enla sierra o selva.

AGENTES ESTABILIZADORES

• CEMENTO PORTLAND– Gravas, arenas y limos.– Suelos con baja plasticidad.

• CAL VIVA O CAL HIDRATADA.– Suelos con 10% o más de arcilla.

• ASFALTOS.– Suelos granulares.

• CLORURO DE SODIO Y CALCIO.– Suelos con gradación ideal y excelente capacidad de carga.

• ESTABILIZADORES QUIMICOS– Suelos de granos finos arcillosos.(Polímeros y Enzimas)


METODOS DE ESTABILIZACIÓN DE SUELOS

• MECÁNICOS (peso volumétrico)• DRENAJES (consolidación)• ELECTRICOS (electrosmosis)• QUIMICOS (Puzolanas. Polímeros, Enzimas,

aceites, asfaltos,etc.)

TODAS LAS ESTABILIZACIONES SON CORRECTIVAS Y PREVENTIVAS CONTRA LAS CONDICIONES ADVERSAS DURANTE LA CONSTRUCCIÓN Y LA VIDA DE LA OBRA.


Montmorilonita

Caolinita y Halloysita

Modificación de Suelos

Cambio inmediato de las propiedadesde un suelo para que las operacionesde construcción puedan progresar. Los cambios pueden no serpermanentes.

Normalmente es utilizado para crearuna plataforma de trabajo que facilite la construcción del pavimento

Estabilización de Suelos

Cambio permanente de las propiedadesde un suelo de tal manera que loscambios en las propiedades se mantengan a lo largo de la vida enservicio del pavimento.

Estabilización de la Subrasante, Subbase, o Base Granular

Intercambio Catiónico

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+

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++++

++++++

++++

++++

++++

Partícula de Arcilla

Superficie de ArcillaCargada Negativamente

Distancia Original

Distanciareducidadespués delintercambioionico y encogimientode la capade agua

Iones de Sodio

Iones de Calcio

Dipolar H2O

+_

+_

+_ +_

+_

+_

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+_

+_ +_ +_ +_ +_ +_

+_ +

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+_ +

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+_ +

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+_ +_ +_+_

+_ +_ +_

+_

+_

+_

Floculación/Aglomeración

Partículas No Estabilizadas de Arcilla

Arcilla Depués de floculación/aglomeración

Mecanismos de Estabilización

Mecanismo Suelo Arcilloso

Suelo Arenoso

Intercambio Catiónico X

Floculación X

Aglomeración X

Hidratación X X

Reacción Puzolánica X

Principales Criterios de Aplicación La aplicación de la solución más adecuada, es de acuerdoa las características particulares de cada proyecto,principalmente en función a su ubicación y tipo de suelopredominante.

Por consiguiente, no hay solución de caráctergeneral, debiendo seleccionarse la alternativa aplicablea cada proyecto, por cuanto no es posible utilizarindistintamente un determinado estabilizador, en diversostipos de suelos y/o condiciones climáticas.

1-VENTAJAS TECNICAS DE LA ESTABILIZACION

REDUCE EL INDICE PLASTICO (LL , LP ).

AGLOMERA LAS PARTICULAS BAJO LA MALLA # 40.

INCREMENTA SIGNIFICATIVAMENTE EL CBR (resistencia mecánica).

REDUCE LAS EXPANSIONES Y CONTRACCIONES DEBIDAS A LOS CAMBIOS DE HUMEDAD (estabilidad volumétrica).

INCREMENTA LA RESISTENCIA A LA COMPRESIÓN INCONFINADA.

TRATAMIENTOS SUPERFICIALES

Aplicación de uno o más riegos alternados de asfalto y de agregado sobre una capa granular (generalmente base ).

Propósito:

- Otorgar una cubierta impermeable a la superficie existente ( base granular ).

- Proveer una adecuada resistencia a la acción abrasiva del tránsito.

TRATAMIENTO SUPERFICIAL

Dependiendo del número de riegos los tratamientos superficiales se clasifican en :

• Simples• Múltiples

Tratamiento Superficial Simple: Cuando se trata de una única aplicación de asfalto seguida de un riego de agregado.

Tratamiento Superficial Múltiple: Si son dos ómás los riegos alternados de asfalto y agregado.

TIPOS DE TRATAMIENTO SUPERFICIAL

Evitar el polvo y la contaminación del aire

Evitar la penetración de agua en las basesgranulares.

Brindar una superficie de rodadura económica y duradera a caminos con base granular y con niveles de tránsito medios a bajos.

FUNCIONES DEL TRATAMIENTO SUPERFICIAL

Tratamientos Superficiales Simples:

Consiste en una sola aplicación uniformemente distribuida de ligante bituminoso, seguido de una aplicación de árido de tamaño tan uniforme como sea posible. Esta se realiza sobre una superficie acondicionada y con una estructura apropiada a las condiciones de solicitación a que va a estar expuesta.


Tratamiento Superficial Monocapa

Tratamientos Superficiales Dobles:

Son dos riegos alternados y uniformemente distribuidos de ligante bituminoso y árido sobre una superficie acondicionada previamente. El tamaño medio del árido de cada distribución sucesiva es la mitad o menos del tamaño medio de la capa precedente. El espesor total es aproximadamente igual al tamaño máximo nominal del árido de la primera aplicación.

-


Tratamiento Superficial

Doble(Bicapa)

Tratamientos Superficiales Simples:- Espesor aproximado de 10 a 12,5 mm.

(Tamaño Máximo del agregado utilizado)- Utilizados como sello en la superficie de rodadura

Tratamientos Superficiales Dobles:- Espesor aproximado es de 20 a 25 mm.(Tamaño Máximo del agregado de la 1ª aplicación).

- Utilizados principalmente para mejorar el estándar de caminos con volúmenes de tránsito medianos a ligeros.


Para un buen comportamiento del tratamientosuperficial, el asfalto a utilizar deberá cumplir al menos con los siguientes requisitos básicos:

- Al momento del riego que este lo suficientemente fluido tal que permita lograr una aplicación uniforme.

- En el momento de aplicar el agregado debe tener unna viscosidad adecuada, de manera de desarrollar un embebido y adhesión rápida entre ligante y agregado, así como también con la superficie existente.

Materiales: Asfalto

- Al momento de dar pase al tránsito deberá tener la suficiente viscosidad para retener el agregado en su sitio y prevenir el desprendimiento de partículas pétreas con el paso de los vehículos.

- Cuando se aplique en la cantidad adecuada no debe exudar ni despegarse del agregado con los cambios de clima.

Ejemplos: CRS-2 (Emulsión Catiónica de Curado Rápido), CA 120-150, Asfaltos Modificados con Polímeros (Estiro-Butadieno-Estireno – SBS)

Materiales: Asfalto

Emulsiones asfálticas: CRS-2 : 50 – 85°C

Otras emulsiones ( CRS-1 , RS-1 , RS-2 ) : 50 – 85°C

Cementos asfálticos: CA 120-150 : 145 – 165 °C

Temperatura de Aplicación del Asfalto

- Los agregados pétreos a emplear deberán cumplir con requisitos de tamaño, granulometría, forma, limpieza, desgaste y propiedades superficiales.

- Debe ser en lo posible de un solo tamaño.- Idealmente debe ser de forma cúbica.- Debe estar limpio.- Debe estar compuesto por partículas sanas y

que no se rompan al paso del rodillo.

Materiales: Agregados

Agregados: Granulometría

Desgaste Los Angeles (%) Máx. 25 Indice de Lajas (%) Máx. 30 Partículas chancadas (%) Mín. 70 Partículas lajeadas (%) Máx. 10 Desintegración con sulfato de sodio (%) Máx. 12 Adherencia Método Estático (%) Mín. 95 Fino por lavado (%) Máx. 0,5

Materiales: Requisitos de Calidad de los Agregados

Proceso Constructivo de los Tratamientos Superficiales

https://www.youtube.com/watch?v=KJSciwOPpLo

Distribuidor de AsfaltoCamión con tanque aislado, bomba de presión, barra distribuidora, Sistema de control de cantidadde asfalto, termómetro.

Esparcidor de agregado ( gravilladora )Equipos autopropulsados

RodillosNeumáticos y lisos

BarredoraBarredoras mecánicas autopropulsadas

Equipo Utilizado para la Construcción de los Tratamientos Superficiales

Errores en la Dosificación de Riegos de Tratamiento Superficial Monocapa

Factores a Considerar para un Buen Comportamiento de los Tratamientos Superficiales

Análisis de calidad del asfalto

Análisis de calidad de los agregados pétreos

Dosificación

Verificación memoria de cálculo

Ajuste de parámetros de diseño en el campo

Preparación de la superficie

Calidad, terminación y barrido de la superficie

Imprimación


Condiciones climáticas- No trabajar con neblina o amenaza de lluvia- Temperatura ambiente > 10ºC ( subiendo )

Distribuidor de asfalto- Control de temperatura del asfalto en el estanque- Altura correcta de la barra de riego- Abertura de boquillas- Limpieza de boquillas- Presión de bombeo- Control de velocidad del camión


Distribuidor de agregado- Condiciones mecánicas adecuadas para asegurar

uniformidad en la distribución.

Rodillos- Selección del equipo y Nº de unidades necesarias- Peso y/o presión de contacto

• Ejecución y control- Secuencia constructiva- Control de dosis de riegos ( asfalto y agregado )- Procedimiento de rodillado- Barrido


• Control de tránsito- Durante el desarrollo de la obra y una vez terminada

• Personal idóneo- Operadores de equipos- Laboratoristas Viales

La éxito de las soluciones no solo está en los

aspectos técnicos sino en la GESTION

REPÚBLICA DE NICARAGUAMINISTERIO DE TRANSPORTE E

INFRAESTRUCTURA

CAMINOS RURALES Y DESARROLLO A TRAVÉS DE

ADOQUINADO

MAYO 2015

CAMINOS RURALES ATRAVEZ DE MODULOS COMUNITARIOS DE ADOQUINADO EN

NICARAGUA• A partir del año 1996, el Banco Mundial a

través de la AIF y el GON han trabajado dela mano con la implementación de cincoprogramas de Rehabilitación yMantenimiento de Caminos Rurales através de Modulo Comunitarios deAdoquinado ( MCA´s) . En el año 2012 elBCIE suma sus esfuerzos y comenzó areplicar el modelo del programa deadoquinado con MCAS para la ejecución desus proyectos con destino a los sectoresRurales del país.

• Hasta la fecha se han construido un totalde 1175.8 Km

OBJETIVOS DEL PROGRAMA DE CAMINOS RURALES ATRAVES DE MCA

Objetivo Principal: La solución integral a la red vial rural ligada al sectorproductivo.

Objetivos Secundarios: Disminuir los costos de transporte.

Promover el desarrollo socio-económico de losmunicipios y comunidades locales y de empresaspequeñas y medianas.

Disminuir la utilización de recursos norenovables.

Disminuir los costos de mantenimiento futuros.

Generar empleo a nivel local.

Promoción de la industria de la construcción,supervisión, etc.

Garantizar la transitabilidad permanente duranteel año.

Crear capacidades Técnicas- financieras en laspersonas de las zonas beneficiadas .

MARCO ESTRATEGICO DEL PROGRAMA DE ADOQUINADO A TRAVEZ DE MCAS

Generar formas alternativas deejecución de obras en formarápida y duradera (Mantto.tradicional vs adoquinado).

Mejorar y simplificar losprocesos de gestión de obrasen el MTI (diseño, contratación,supervisión, pagos).

Contribuir a la Estrategia deReducción de la Pobreza.

Componentes de un Pavimento de Adoquines

Quebrada Honda – San Francisco Libre, sección San Francisco Libre – Las Delicias (6.5 km)

Teustepe – San Jose de los Remates (13.42 Km)

SEGURIDAD VIAL

En los U.S. 70% de la red vial son de bajo volumende tráfico y se registran2.41 accidentes pormillón VMT comparadocon 1.56 accidentes pormillón en la vías de alto volumen de tráfico.

En Texas 40% de losaccidentes fueron fatales o resultaron enincapacidad comparadocon un 26% en otrasvías,

RECOMENDACIONES FINALES

1. La recomendación general es REVESTIR las víasde bajo volumen de tráfico. Los tratamientossuperficiales tienen por finalidad, mejorar la vidaútil y nivel de servicio de las superficies derodadura de las carreteras no revestidas, quesufren rápido deterioro por efecto del tránsito y elclima, formándose baches, encalaminado,desprendimiento de agregados y emisión depolvo.

Recomendaciones

2. Los revestimientos permiten que las capas derodadura tengan menor grado dedeterioro, estén exentas de polvo, demandenmenor frecuencia de mantenimiento periódico, ypermitan el transito vehicular durantecualquier época del año.

Recomendaciones

3. Los tratamientos superficiales pueden implicar una mayor inversión inicial por la incorporación de un estabilizador al material conformante de la capa de base y un recubrimiento.

… mayor vida útil y menores costos de las actividades de mantenimiento, durante el periodo de servicio del proyecto, implicando una mejor utilización de los recursos.

Recomendaciones

Costos Totales

• Construcción/Rehabilitación

• Mantenimiento

• Costos de Operación de Vehículos

• Tiempo de Pasajeros y Carga

• Accidentes

= Costos de la agencia

+ Costos de los Usuarios de la Carretera

CB

Costos Totales

Costos Totales de la Sociedad

Mejorar Estándar

Costos de la Agencia

Costos del Usuario

CB

Es necesario difundir tecnologías aplicables a la construcción, rehabilitación, mejoramiento y mantenimiento de la infraestructura vial, brindando apoyo a través de normas y especificaciones a soluciones alternativas orientadas a un mejor desempeño de las vías de comunicación y a una gestión más eficiente de los recursos disponibles.

Plan de Acción

Tercer Proceso Consultivo• Presentar a la comunidad y validar programa

“definitivo” de obras

8

La infraestructura vial es NUESTRO PATRIMONIO, un bien de capital muy importante y de alto costo para un país.

Las carreteras representan del esfuerzo no sólo en inversión monetaria, sino también en el esfuerzo personal de millones de pobladores por integrarse.

Reflexión Final

Center for Transportation Infrastructure Systems - ctis.utep.edu

Gracias !

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