PROCESO CONSTRUCTIVO

SELECCIÓN, RECOLECCIÓN Y TRANSPORTE DEL MATERIAL UTILIZADO

Se utilizó material con granulometría abierta, el cual se

encontraba en un acopio de la pedrera “La Cantera” ubicada

San Diego (Observar imagen). Se usó un cargador frontal

con capacidad de 3m3, y un camión de volteo de 16 m3, para

transportar los agregados pétreos desde dicho acopio hasta

el lugar donde se elaboraría la mezcla emulsionada. El

cargador revolvió el material del acopio por aproximadamente 5 minutos, y luego

procedió a depositarlo en el camión de volteo.

FIGURA Vista satelital de las instalaciones de la pedrera “La Cantera”, en donde se muestra la Longitud del tramo de

prueba, del lugar donde se elaboró la mezcla emulsionada y acopio de materiales pétreos.

Acopio de materiales

pétreos

Lugar donde se elaboró

la mezcla emulsionada

Longitud del tramo de

prueba = 60m

Debido a la longitud del tramo del camino que

se necesitaba pavimentar, se utilizaron

aproximadamente 43 m3 de agregado. Dicha

cantidad se determinó de la siguiente manera:

Longitud del tramo a pavimentar: 53.5

m.

Ancho promedio: 9 m

Espesor: 0.09 m

Posteriormente, se trasladó el material hasta el lugar donde se mezclaron los

agregados pétreos con la emulsión asfáltica y el agua (Ver figura).

ELABORACIÓN DE LA MEZCLA ASFÁLTICA:

Calidad de agua:

Como parte del control para la buena calidad de los materiales, se realizó un ensayo en

campo para determinar el potencial de hidrógeno (pH) del agua a utilizar para el

mezclado de los agregados y emulsión

asfáltica.

La especificación indica que el pH del agua a

utilizar puede variar entre los valores de (buscar

pH). Para determinar dicho valor se hizo uso de

PAPEL PH (ver figura). Se tomó una muestra

del agua a utilizar en una probeta de 500mL de

capacidad. Posteriormente se introdujo una tira de papel pH aproximadamente 2pulg.

(5.08cm) en la probeta, por un tiempo de 10 segundos. Luego se comparó el color

adquirido por la tira de papel contra la tarjeta de colores indicativos del pH de la prueba

y se determinó que el pH del agua utilizada en la mezcla fue de 5.5, por lo que este

Longitud de tramo = 53.5 metros

resultado nos indica que esta dentro del rango aceptable para su uso en la elaboración

de de la mezcla.

Adición de agua a materiales pétreos:

La cantidad de agua agregada a la mezcla fue de 1.95m3 y se calculó de la siguiente

manera:

Para adicionar dicho volumen de agua se utilizó una pipa con capacidad para 1000 Gal.

MEZCLA DE AGREGADOS PÉTREOS, AGUA Y EMULSIÓN ASFÁLTICA:

Una vez colocado el material en el lugar anteriormente mencionado (ver figura), se

procedió a mezclar el agua con los agregados pétreos, con el fin de lograr una

humedad homogénea en los mismos. Para esto se utilizó un cargador frontal de 3m3,

dividiendo el volumen total de los agregados en dos partes aproximadamente iguales, y

se revolvió el material de ambas con el agua hasta que se pudo identificar visualmente

la humedad homogénea buscada. Una vez se tenía dicha condición, se procedió a la

adición de la emulsión asfáltica.

ENSAYOS EN CAMPO PARA CONTROLAR EL PORCENTAJE DE HUMEDAD EN

CAMPO

Una vez se logró visualmente una homogeneidad en la humedad de los agregados, se

procedió a comprobar el porcentaje de agua añadido a los agregados, para esto se

seleccionaron tres muestras de diferentes lugares del acopio de materiales, a las

cuales se les realizó un ensayo de determinación de humedad de los agregados en

campo.

VOLUMEN DE EMULSIÓN ASFÁLTICA AGREGADA A LA MEZCLA:

Se calculó de la siguiente manera:

Para la elaboración de la mezcla emulsionada se utilizaron 1000 gal de emulsión

asfáltica, los cuales fueron vertidos en los agregados pétreos húmedos. Posteriormente

se revolvieron haciendo uso de un cargador frontal y un mini-cargador, con el fin de

homogenizar la mezcla y lograr un buen recubrimiento de todos los agregados pétreos.

Este procedimiento se repitió hasta que se pudo percibir un recubrimiento total de los

agregados.

ENSAYO PARA LA DETERMINACIÓN DEL TIEMO DE MEZCLADO:

Se tomó una muestra de agregados pétreos y una

muestra de la emulsión asfáltica utilizada. Se utilizaron

1000g de material, los cuales fueron colocados en una

tara y mezclados con 95g de emulsión asfáltica. Se

tomó el tiempo que tardó la mezcla emulsionada en

romper completamente, el cual fue de 45seg.

PREPARACIÓN DE LA BASE

Uno de los pasos previos a la colocación de la carpeta

asfáltica es la revisión de la base, esto se hizo

limpiando la superficie de la base de cualquier partícula

dañina al pavimento, como lo es el polvo, partículas

orgánicas (hojas, raíces). Esta actividad fue realizada

con el uso de una barredora mecánica, y un soplete.

Después de limpiarse la superficie de la base, se

procedió a humedecerla, con el objetivo de evitar que la

humedad de la emulsión fuera absorbida por la base,

esto se realizó con una pipa de riego.

Inmediatamente después de la humectación de la

superficie, se procedió a corregir las irregularidades

existentes en la base, lo cual se realizó con un bacheo correctivo.

Posteriormente se le coloco a la base un riego de

imprimación, para protegerla, impermeabilizarla, unir

entre si las partículas minerales existentes en la

superficie y endurecerla, para favorecer la adherencia

entre la superficie imprimada y la capa inmediata

superior. Según el Manual Centroamericano De

Mantenimiento De Carreteras, la tasa de aplicación del

emulsión asfáltica es de 0.45 a 1.35 litros por metro cuadrado. En el tramo de prueba

se utilizó una tasa de dosificación de 0.68 litros por

metro cuadrado.

Como una medida de protección al riego de

imprimación, se extendió una delgada capa de

mezcla emulsionada, con el fin de protegerla para

evitar el desprendimiento del riego causado por el

contacto de los rieles (tipo horuga) de la máquina

“pavimentadora finisher”.

COLOCACIÓN DE CARPETA ASFALTICA

Para la colocación de la mezcla emulsionada se ocupó una máquina pavimentadora

¨Finisher¨. Se dividió el ancho total del tramo en dos partes iguales, debido a que la

Finisher puede conformar la carpeta hasta un ancho de 4.5mts, luego se colocó la

Finisher al inicio del tramo y haciendo uso de esta y de un camión de volteo con

capacidad de 16 m3 que la alimentaba con mezcla emulsionada se comenzó el proceso

de colocación de la carpeta, controlando el espesor a lo largo de su conformación por

medio de una varilla (nombre de la varilla). Esto control se realizó en ambos carriles del

tramo de prueba.

Debido a que la Finisher no puede colocar mezcla en lugares donde el trazo

geométrico del tramo no es regular (cuchillas), se tuvo que colocar de forma manual la

mezcla emulsionada para conformar así la carpeta asfáltica en dichos lugares. El

espesor de capa colocada en el tramo de prueba es de 9cm sin compactación.

COMPACTACIÓN

Una vez colocada la carpeta asfáltica, se procedió a la compactación de la misma, la

cual debe realizarse antes del rompimiento de

la emulsión asfáltica. Se utilizó un rodo

compactador vibratorio liso de 12 Ton. y un

compactador neumático.

Se realizó la compactación del tramo de

prueba con el peso muerto del rodo

compactador (sin vibración), aplicándose 5

ciclos en cada sentido del tramo. Luego de

haber realizado la compactación sin vibración se realizó una prueba de un ciclo con

vibración, pero se observó que se produjeron desplazamientos de material y

ahuellamiento (en algunas zonas) a lo largo del tramo pavimentado. Este fenómeno

ocurrió debido a un alto contenido de líquidos presente en la mezcla, tomando en

cuenta que se trata de una mezcla en frío. Por tal razón se decidió no continuar con la

totalidad de los ciclos de compactación con el rodo vibratorio.

Una vez finalizada la compactación con el rodo, se procedió a la compactación con el

rodo neumático. Se aplicaron (Investigar ciclos de compactación de rodillo neumático).

APERTURA AL TRÁFICO

Una vez completado el proceso de compactación con el rodo compactador y la

neumática, procedimos a aplicar un sellado de arena (Sand Seal) con el fin de impedir

la pérdida de material de la superficie por

causa del efecto abrasivo del tráfico, además

de impedir el ingreso de humedad y aire por

ejemplo cuando la superficie de un

pavimento comienza a fisurarse, la humedad

y el aire pueden penetrar en la estructura de

base, reduciendo consecuentemente su

capacidad portante. Un sellado de arena

puede proveer una barrera que impide esa

intrusión.

Después de esto observamos cómo se comportaba la humedad del tramo de prueba,

pudiendo notar que en algunas zonas se tenía mayor humedad que en otras. Para que

el tramo de prueba se pueda aperturar al tráfico se debe notar la cantidad de humedad

existente en la superficie, y además se

debe tener en cuenta que no se podrá

aperturar al trafico al menos seis horas

después de haberse compactado.

1. Se aperturó el tráfico en el tramo de prueba con poco tiempo de

curado.

Conforme a la sección 304.03 del Manual centroamericano de mantenimiento de

carreteras en su edición 2010 se menciona que la carpeta asfáltica no deberá ser

aperturada al tráfico vehicular con al menos un tiempo de curado de 6 horas.

Por otro lado podemos mencionar que las tecnologías en frio basadas en las

emulsiones asfálticas, por contener agua, necesitan un periodo de tiempo para curarse

y para lograr su máxima estabilidad. Este tiempo de curado será menor cuando el clima

tenga las mejores condiciones, se recomienda espolvorear arena fina sobre la mezcla

recién colocada, con el fin de ver que zonas del tramo de pavimentado que contengan

un mayor contenido de humedad.

Dicho tiempo podrá variar dependiendo de las condiciones climáticas a la hora de

colocar la mezcla asfáltica, por ejemplo si la mezcla emulsionada es colocada en un

clima caluroso que pueda reducir el tiempo de evaporación del agua de la mezcla se

deberá de aperturar al tráfico más rápido en comparación a aquel caso en el que las

condiciones climáticas no sean muy favorables para la evaporación del contenido de

humedad de la mezcla.

Además de eso es necesario mencionar que para que el tramo se pueda aperturar al

tráfico este deberá contar con el porcentaje de compactación requerido, según el

manual centroamericano de mantenimiento de carreteras la densidad del concreto

asfaltico colocado y compactado deberá ser mayor o igual al noventa y dos por ciento

(92%) de la densidad máxima de la mezcla asfáltica determinada en el laboratorio. En

el caso de nuestro país las condiciones técnicas del Fovial mencionan que la densidad

del concreto asfaltico colocado y compactado, determinada con núcleos, deberá ser

mayor o igual al noventa y seis por ciento (96%) de la densidad especificada máxima

de la mezcla asfáltica colocada.

Una de las posibles fallas que pueden generarse consiste en el desprendimiento de las

ultimas capas de agregados finos, esto se debe a un fraguado incompleto después de

la apertura al tráfico (colocar fotografía del Sieca 2010). En el caso del tramo de prueba

colocado en la pedrera "La Cantera" se realizó un experimento para conocer el

comportamiento de la carpeta asfáltica aproximadamente treinta minutos después de

haberse compactado, dicho experimento consistió en hacer pasar un mini cargador y

un camión sobre la carpeta, y se pudo visualizar un desplazamiento lateral de la mezcla

al instante en las llantas de los vehículos hacían contacto con la carpeta, por lo que se

pudo deducir que la mezcla emulsionada aún no había curándolo suficiente.

2. Se utilizaron volúmenes muy grandes de agregado y de emulsión

asfáltica en el proceso de la elaboración de la mezcla, lo cual produjo

una pérdida de humedad de mezclado.

A la hora de realizar dicho proceso, y ya que se tenía un volumen muy grande de

mezcla, se requirió que el tiempo de mezclado fuera mayor, para lograr homogeneidad

en el recubrimiento del agregado. Esto causó que la mezcla estuviese expuesta más

tiempo al sol, por lo que su

pérdida de humedad por

evaporación fue mayor. Esta

situación generó que la emulsión

tendiera a romper, provocando

que se produjeran

aglomeraciones de agregado sin

recubrir y agregados cubierto. Al

realizar los ensayos de contenido

de humedad en campo, se

percibió la pérdida acelerada de

humedad, por lo que fue necesario utilizar cierto volumen de agua adicional para lograr

el porcentaje de humedad de mezclado diseñado, y por consecuencia la emulsión

cubriera el agregado de forma uniforme.

Se recomienda evaluar el volumen de agregado a mezclar tomando en cuenta la

maquinaria que se posea, y en caso de ser necesario, dividir el agregado en partes

manejables, a la vez llevar un control del porcentaje de humedad de mezclado, con el

objetivo de optimizar dicho proceso.

3. No se controló el volumen exacto de agua agregada a la mezcla.

El día que llevamos a cabo el tramo de

prueba la forma como se añadió el agua a

los agregados se llevó a cabo de la

siguiente manera: calculamos el tiempo

en el que se llenó un barril (50 galones)

con agua, que fue de 1 minuto y 4

segundos; habiendo obtenido este tiempo

y teniendo la cantidad total de agua a

añadir a los agregados la cual era de 10.24 barriles (512.2 galones), calculamos el

tiempo total que nos tardaríamos en adicionar dicho volumen total de agua a los

agregados pétreos multiplicando 10.24 (barriles) por 1.06 (minutos/barril) dando como

resultado 10.85 minutos.

Según lo experimentado en el tramo de prueba se llegó a la conclusión que la forma en

la cual se adiciono el agua a los agregados no fue la más adecuada ya que no se utilizó

ningún dispositivo capaz de medir el volumen exacto de agua añadido a los agregados

y el caudal de agua que salió de la pipa no fue constante al inicio como al final.

4. Se realizó una inspección a la base donde se colocaría la carpeta

asfáltica, con el fin de corregir ciertas irregularidades de la superficie

las cuales fueron mejoradas con un bacheo.

Como parte de los preparativos para la colocación de la carpeta asfáltica, se verificó el

estado de la base. Se identificaron irregularidades en la misma y se corrigieron. Las

condiciones técnicas del FOVIAL: PARTE IV, expresan lo siguiente: “La conformación

de la superficie de rodadura, se ejecutará

acomodándose a las dimensiones de la sección

existente de la carretera, alineamiento y

pendientes. La superficie terminada estará libre

de baches, erosiones, y otras irregularidades”.

La base existente ya poseía una conformación

definida (pendiente y bombeo), e inclusive

cunetas, debido a esto solamente se realizó una

nivelación en las zonas que presentaban mayor

deformación, colocando mezcla emulsionada para dicho propósito. En el caso de este

trabajo de investigación esto era de vital importancia, debido a que se utilizó una

máquina FINISHER para la colocación de la mezcla, la cual se adapta a la base

existente y sigue su trazado, con un espesor uniforme prefijado.

5. Se recomienda que después de haber colocado la carpeta asfáltica,

esta deberá ser compactada únicamente con el peso muerto del rodo

compactador.

Conforme a lo establecido en el Manual Centroamericano de mantenimiento de

carreteras en su edición 2010, se menciona que la compactación de la carpeta asfáltica

deberá realizarse con el uso de un rodo compactador cilíndrico de aproximadamente 10

toneladas o menos. Para lo cual se tiene que tomar en cuenta que a la hora de realizar

la compactación esta deberá hacerse únicamente con el peso muerto del rodo debido a

que la mezcla en frio utilizada en este caso contiene un porcentaje de vacío y humedad

haciendo innecesario el vibrado.

En el caso que se utilice vibración a la hora de compactar se observara un

desplazamiento de la mezcla por el alto contenido de líquidos que esta tiene

manifestándose así grietas en la

superficie de la carpeta asfáltica (ver

foto). Se recomienda que la

compactación de la carpeta asfáltica

emulsionada se realice de la siguiente

manera: el rodo compactador deberá

empezar por los bordes y avanzara

gradualmente hacia el centro; excepto

en las curvas peraltadas, en donde el

cilindro avanzara del borde inferior hacia el superior, paralelamente al eje de la vía.

Para corregir los desplazamientos ocurridos, como consecuencia del retroceso del

cilindro, se procederá con rastrillos y la adición de mezcla fresca. En el caso del tramo

de prueba se realizaron cinco ciclos de compactación con el peso muerto del rodo

compactador.

6. Se recomienda extender una capa de arenilla sobre el pavimento,

con el fin de proteger la capa de rodadura y observar cuales son las

zonas que presentan un mayor contenido de humedad.

Una vez colocada la carpeta asfáltica se procede a extender una capa de arena natural

o producto de trituración sobre el tramo asfaltado. El material secante se utiliza para

proteger la carpeta asfáltica de posibles daños por lluvias o cuando existe la necesidad

de permitir la circulación vehicular, a fin de evitar que el material asfaltado se adhiera a

las llantas y se pierda el mismo.

El material secante no debe contener materias vegetales, basura, terrones con

características arcillosas u otras sustancias que puedan incrustarse dentro de la

superficie imprimada, causando deterioro en la misma. El Manual CA de carreteras

recomienda que dicho material se aplique a una cantidad variable entre 0.0030 y 0.006

m3 por metro cuadrado.

7. Se recomienda colocar un sello asfáltico con el fin de proteger la

superficie de la capa asfáltica colocada.

Como parte de las recomendaciones que se pueden dar gracias a la experiencia vivida

en campo al momento de ejecutar el tramo de prueba, debemos decir que es

recomendable dar una protección a la superficie de la capa asfáltica colocada, lo cual

se logra con la aplicación de un sello de emulsión asfáltica el cual ayudara en los

siguientes aspectos: proteger el pavimento de un envejecimiento demasiado rápido por

la exposición al ambiente, limitara la permeabilidad de la superficie, mejora y prolonga

el índice de serviciabilidad del pavimento y mejora la resistencia al desgaste y

estéticamente va a proveer al pavimento el color que se desea.

En el caso del tramo de prueba los

beneficios antes mencionados son

necesarios ya que la superficie está

expuesta al desgaste producido por

camiones de 16m3 además que se

encuentra expuesta a condiciones

climáticas muy dañinas ya que esta se

encuentra en una zona costera.

Según el Manuela de Centroamericano de mantenimiento de carreteras el proceso para

la colocación del sello de emulsión asfáltica es el siguiente: Se deberá limpiar la

superficie en la cual se aplicara el sello, la tasa de aplicación puede estar entre 0.05 y

0.1 galones por metro cuadrado, la cual será colocada dentro de las 24 anteriores a la

colocación de la carpeta asfáltica.

La superficie tratada con el sello asfáltico debe dejarse secar hasta que se ponga

suficientemente pegajosa y en óptimas condiciones para recibir la capa de cobertura

(arenilla).

8. Se recomienda mezclar el agregado por un tiempo aproximado de 5

minutos, para asegurarse una homogeneidad en el mismo.

Es importante comentar que con base a la experiencia obtenida en el proceso de

elaboración de la mezcla asfáltica emulsionada, se determinó que el tiempo mínimo de

mezclado, para asegurarse homogeneidad, debía ser 5 minutos, pero se recomienda

evaluar las condiciones climáticas imperantes en el lugar, para establecer un tiempo de

mezclado adecuado a las condiciones específicas.

9. Se recomienda elaborar la mezcla sobre una superficie no

absorbente.

Además de eso podemos concluir que la adición de agua a los agregados se realizó

sobre una superficie absorbente la cual produjo una pérdida de humedad en los

agregados. Debido a lo antes mencionado se decidió realizar un ensayo para conocer

el contenido de humedad en los agregados, con el cual se observó que el contenido de

agua en estos no era el requerido por el diseño y se tomó la decisión de adicionar una

mayor cantidad de agua para alcanzar el contenido de humedad requerido en los

agregados.

10. En la etapa del diseño de la mezcla se pudo determinar que el tipo

de emulsión con la que contaba, no era la adecuada, debido a que era

una emulsión de prueba de la compañía fabricadora. Dicha anomalía

se determinó gracias al ensayo de recubrimiento.

Como bien es sabido, la emulsión asfáltica es un elemento fundamental en las mezclas

en frío y por lo tanto se debe tener un especial cuidado en su comportamiento con el

agregado, verificando su calidad en todos los aspectos. Durante el proceso del diseño

de la mezcla, se elaboraron las briquetas de prueba para el método de diseño Marshall,

y se observó un pobre recubrimiento del agregado. Al observar dicho resultado, se

investigó con la empresa productora de la emulsión asfáltica el origen del problema, y

después que realizaron pruebas a la misma, concluyeron que a la hora del proceso de

elaboración de la emulsión asfáltica, el molino coloidal no estaba dividiendo de la mejor

forma las gotas del asfalto, por ello, el recubrimiento del agregado no era el óptimo de

parte de la emulsión.

La emulsión que se utilizó era CSS-1h con residuo asfáltico del 57% y se proporcionó

luego una emulsión asfáltica tipo CSS-1h con residuo asfáltico del 60.34%. Es

importante poner especial atención en detalles como este, porque pueden afectar el

diseño de la mezcla.

11. Se debe tener especial cuidado en identificar correctamente las

briquetas con su correspondiente contenido de asfalto, para evitar la

confusión de resultados en los ensayos.

Una de las etapas dentro del proceso de elaboración de briquetas que se llevan a cabo

en el método Marshall, es la identificación de estas al momento de realizarlas; en

nuestro caso particular realizamos briquetas con porcentajes del 8, 9, 10, 11 y 12 de

asfalto, específicamente fueron 6 briquetas por y con cada uno de dichos porcentajes;

el problema surgió cuando elaboramos de forma consecutiva las briquetas con 10% y

11% de asfalto, ya que decidimos esperar a que los 12 especímenes fraguaran para

luego identificarlas; cuando consideramos que ya había transcurrido un tiempo

prudencial de fraguado y nos dirigíamos a etiquetarlas entramos en confusión ya que

habíamos confundido cuales briquetas contenían el 10% y cuales el 11% de asfalto y

debido a la similitud en el color de las briquetas no pudimos diferenciarlas, por lo que

tuvimos que volver a realizarlas, significando esto una nueva inversión de trabajo,

tiempo y dinero.

Debido al problema mencionado llegamos a la conclusión que es indispensable

elaborar todos los cálculos, ensayos y procesos requeridos por el método Marshall con

total concentración. A continuación se presenta una fotografía con briquetas

identificadas de forma correcta.

12. Se recomienda tomar una muestra testigo considerable de la

mezcla emulsionada utilizada en la colocación de la carpeta asfáltica,

con el fin de realizar los ensayos de verificación.

En el proceso de colocación de la mezcla asfáltica en el tramo de prueba, se tomó una

cantidad de mezcla suficiente para realizar los ensayos de Gravedad Específica Bulk,

Gravedad teórica Máxima, estabilidad y flujo y granulometría. Se comprobó que dichos

valores concuerdan con los obtenidos en el diseño de la mezcla, lo cual asegura el

buen comportamiento de la carpeta asfáltica, y su resistencia a las cargas de diseño.

También es útil a la hora de extracción de núcleos, puesto que los orificios se cubren

con la misma mezcla tomada del tramo de prueba.