Bases estabilizadas con cemento y su importancia en el desarrollo vial costarricense

Escrito por: Ing. Diego Herra – Unidad de Auditoría Técnica

Las bases estabilizadas con cemento corresponden a una técnica cuyo fin es modificar las características de una base granular (nueva o existente), mediante la incorporación de cemento y agua, mejorando sus propiedades mecánicas a medida que el cemento se hidrata.

La utilización de cemento en la estabilización de bases para su uso en pavimentos ha sido muy amplia. Desde hace muchos años, muchas carreteras construidas en varias regiones del mundo han demostrado las múltiples ventajas de los materiales estabilizados con cemento (Quintanilla, 2007), esta es una de las razones por las cuales las técnicas y los equipos de estabilización han mejorado considerablemente en los últimos años.


Figura 1.Frente de estabilización de una base con cemento
Fuente: Archivo Unidad de Auditoría Técnica, 2018

Al hablar de las ventajas del uso de las bases estabilizadas, con respecto al uso de una base granular convencional, se debe considerar el hecho de que la estabilización con cemento permite una mayor resistencia del material ante los agentes atmosféricos, dicho incremento en la durabilidad es un aspecto muy atractivo principalmente en países como el nuestro, donde las constantes precipitaciones en combinación con deficiencias en el sistema de drenaje de los pavimentos provocan que dichas estructuras estén expuestas a altos niveles freáticos.

Por otro lado, la estabilización con cemento de una base implica un incremento en la rigidez y resistencia mecánica del material granular. Lo anterior, consecuentemente permite que estas bases sean más resistentes a la deformación permanente que inducen los camiones a la estructura de pavimento (Arce, 2011). Además, permite disminuir los esfuerzos a tensión que se generan en la fibra inferior de la mezcla asfáltica, reduciendo la posibilidad de ocurrencia de daño por fatiga en dicha capa.

Estas ventajas mecánicas se traducen en un aporte estructural considerable que permite reducir el espesor de la estructura de pavimento sin afectar su capacidad estructural, lo que permite disminuir los desniveles que comúnmente se generan entre la carretera, el resto de vías, viviendas y comercios aledaños, producto de la necesidad de contar con estructuras robustas de pavimento.

Desde el punto de vista ambiental, la implementación de bases estabilizadas con cemento representa una gran ventaja, ya que, al mejorar las propiedades mecánicas de un material, se reduce la necesidad de buscar y explotar fuentes de agregado de muy alta calidad.

En términos generales, una base estabilizada modifica la forma en la que un pavimento responde ante las cargas, es por esto que los pavimentos que cuentan con una base estabilizada en su estructura son denominados pavimentos semirrígidos, pues por su resistencia, la base estabilizada tiende a comportarse similar a una losa de concreto. Dicho comportamiento como ya se mencionó puede llegar a ser muy ventajoso, sin embargo, debe ser abordado cuidadosamente, ya que al igual que una losa de concreto, la base estabilizada puede agrietarse por un inadecuado proceso de curado o por un exceso en su resistencia. En Costa Rica, la Unidad de Auditoría Técnica del LanammeUCR, ha observado múltiples pavimentos semirrígidos, cuya superficie refleja agrietamiento por contracción en la base estabilizada producto de altos valores de resistencia (ver Figura 2).

Figura 2.Frente de estabilización de una base con cemento
Fuente: Archivo Unidad de Auditoría Técnica, 2018

Este agrietamiento representa un riesgo para el adecuado funcionamiento de la estructura de pavimento, principalmente porque las grietas señaladas permiten el ingreso de agua a las capas subyacentes de la estructura, condición que reduce la vida útil de la carretera.

De este modo, al tener en cuenta la importancia de mantener la resistencia de la base dentro de un margen, no tan alto para evitar problemas de agrietamiento y no tan bajo para evitar problemas de capacidad de soporte, es necesario que el proceso constructivo de la base estabilizada sea estándar, técnicamente correcto y apegado a un diseño formal.

Por lo tanto, considerando la importancia que tiene un adecuado proceso constructivo de la base estabilizada en el desempeño final de la carretera, se procedió a elaborar la “Guía de inspectores para la construcción de bases estabilizadas con cemento”, cuya descarga se puede realizar a partir del siguiente vínculo:

https://www.lanamme.ucr.ac.cr/repositorio/handle/50625112500/1435I

Dicha publicación es el resultado de una revisión de literatura, tanto nacional como internacional, relacionada con la estabilización de bases con cemento. Tiene como objetivo proporcionar una herramienta a los inspectores de campo para ejecutar las labores de estabilización de bases con cemento. Este documento describe los atributos necesarios en un inspector, conceptos importantes, personal necesario, equipo, maquinaria y materiales requeridos para la actividad. Asimismo, se ilustra y describe el procedimiento detallado para la realización de un trabajo eficiente, en un lenguaje sencillo. Se enmarcan recomendaciones especiales para el inspector y se presenta una lista de chequeo. Finalmente, se presentan ejemplos de prácticas adecuadas e inadecuadas en la estabilización de bases con cemento. Esta guía representa un esfuerzo por parte de la Unidad de Auditoría Técnica del LanammeUCR, que busca eliminar la reincidencia de procedimientos inadecuados durante la labor de estabilización de bases con cemento, de manera que se garanticen obras de mayor durabilidad y una adecuada inversión de los recursos.

Ing. Luis Diego Herra G. | luis.herragomez@ucr.ac.cr | 2511 – 2544

Unidad de Auditoría Técnica

PITRA – LanammeUCR

Referencias

Arce, M. (2011). Bases estabilizadas con cemento. Algunos comentarios sobre sus ventajas e inconvenientes. Programa de Infraestructura del Transporte, II (19).

Quintanilla, C. A. (2007). El estado del arte del suelocemento en estructuras de pavimentos. Ciudad de Panamá: Federación Interamericana del Cemento (FICEM).

Importancia del riego de liga en los procesos de construcción de sobrecapas asfálticas

Ing. Sergio Guerrero AguileraAuditoría Técnica, LanammeUCR, Costa Rica, sergio.guerreroaguilera@ucr.ac.cr


Las sobrecapas asfálticas constituyen una de las principales técnicas de mantenimiento de carreteras de la red vial de Costa Rica. La aplicación del riego de liga o emulsión asfáltica es un elemento fundamental en el proceso constructivo de sobrecapas de mezcla asfáltica.

La actividad del riego de liga o tack coat en el proceso constructivo de carreteras se describe como la aplicación de una capa delgada de material bituminoso líquido (generalmente emulsión asfáltica), por medio de riego a presión sobre una superficie ya sea bituminosa, losa de concreto, base granular o estabilizada previo a la colocación de una capa asfáltica.

El riego liga tiene como objetivo propiciar la adherencia necesaria para asegurar que la nueva capa asfáltica colocada sobre la estructura existente actúe en conjunto como un solo sistema en la transmisión de las cargas de tránsito a la estructura del pavimento (comportamiento monolítico). Por este motivo, se requiere garantizar buenas prácticas constructivas de manera que se obtenga un riego de liga uniforme con cobertura total del área de intervención asegurando una adecuada adherencia en la interfaz y por ende el correcto desempeño global del pavimento.
En nuestro país, como se ha evidenciado en diferentes informes de Auditoría Técnica del Programa de Infraestructura del Transporte (PITRA) del LanammeUCR, es frecuente observar en procesos constructivos de sobrecapas de mezcla asfáltica la aplicación de riegos de liga no uniformes con coberturas parciales de la superficie por adherir, excesos de riego de ligante asfáltico en juntas, arrastre del ligante asfáltico en las llantas de vagonetas, escasez de tiempo en el rompimiento de la emulsión.    

Fotografía 1. Riegos de liga no uniformes sin cobertura total del área a intervenir Fuente: Archivo fotográfico Auditoría Técnica, 2016

Las condiciones anteriormente mencionadas inciden directamente en las propiedades de adherencia del riego de liga sobre las capas que se desean ligar, aspecto que es crítico para transferir los esfuerzos (cortantes y radiales de tensión) inducidos por las cargas de tránsito a la estructura de pavimento.
Desde el punto de vista del proceso constructivo de sobrecapas, una mala resistencia en la interfaz de adherencia, producto de una incorrecta aplicación del ligante asfáltico sobre la superficie existente, se verá reflejada en la posible aparición de deterioros, tal como desplazamiento de mezcla por deslizamiento, delaminación en el corto plazo y agrietamientos a mediano y largo plazo. De igual forma, informes de Auditoría Técnica del PITRA del LanammeUCR han evidenciado deterioros de desplazamiento de mezcla asociados a problemas de adherencia en capas asfálticas tal como se observa en la Fotografía 2.  

Fotografía 2. (A)Desplazamiento y delaminación sobrecapa ruta nacional 712, (B) Bacheo realizado como reparación al desplazamiento de mezcla asfáltica. (C) Abertura de bache y desplazamiento de mezcla, se extrajeron núcleos y se observó condición desligada entre las capas asfálticas. Fuente: Archivo fotográfico Auditoría Técnica, 2015

Se debe mencionar que el mecanismo de falla de los desplazamientos observados en la Fotografía 2 corresponden a una falta de capacidad de resistencia al corte, por lo que el material se deforma y desplaza. Este tipo de deterioros puede ocasionarse no solo por una pobre adherencia entre las capas asfáltica producto de un riego de liga deficiente o por el tipo de emulsión empleada, sino también por la interacción de otros factores como lo son problemas con el control de calidad de la mezcla asfáltica, prácticas constructivas inadecuadas, sitios cuyo requerimiento de resistencia al corte es mayor, tal es el caso de pendientes, zonas de frenado, entre otros factores.

Conociendo algunas de las posibles consecuencias una inadecuada aplicación de riego de liga, se es claro en la responsabilidad de los partícipes de los procesos constructivos de sobrecapas asfálticas de la red vial del país propiciar las condiciones idóneas para asegurar la aplicación de un riego de liga óptimo que asegure un adecuado desempeño del pavimento, así como la eficiencia de la inversión realizada. Para lo anterior, es necesario que tanto la ingeniería, inspección y contratistas responsables del proyecto tengan presente la importancia de la aplicación de buenas prácticas de ingeniería durante el proceso constructivo. 

Prácticas de ingeniería como: la adecuada selección del tipo y tasa de emulsión según la superficie a utilizar, determinados por las ingenierías de proyecto y/o contratistas previo al proceso constructivo, así como el cuidado y cumplimiento según las especificaciones de actividades durante el proceso constructivo por parte de la inspección como son la limpieza de la superficie a intervenir, el funcionamiento, calibración y operación del equipo, la aplicación y cobertura del material, así como el rompimiento y curado del riego de liga previo a la colocación de la capa asfáltica, estos son aspectos primordiales a contemplar si se desea alcanzar una buena aplicación del riego de liga en los proyectos de sobrecapas asfálticas.

También es importante mencionar que en el último año se ha propiciado un esfuerzo importante en el tema de calibración de equipos, así como en la capacitación de inspectores que ha permitido mejorar en el tema de uniformidad en los riegos de liga, sin embargo, aún existen prácticas constructivas inadecuadas y aspectos por mejorar en este tema que permitirán mejorar la durabilidad de las intervenciones que se realizan en la red vial del país. 

El LanammeUCR también ha realizado un esfuerzo en aras de mejorar la capacitación de profesionales en el tema de aplicación de riegos de liga mediante la publicación de un boletín técnico denominado: “Buenas prácticas constructivas en la aplicación de riego de liga para la colocación de sobrecapas asfálticas”. Además, próximamente se buscará extender este tipo de información a inspectores de campo a través de la publicación de una guía de bolsillo para inspectores para la supervisión de la actividad.

Para finalizar se recalca la responsabilidad que como profesionales ejercemos sobre el desempeño y durabilidad de los trabajos de mantenimiento y obra nueva de nuestra red vial, por lo que la adecuada supervisión de una actividad simple como la aplicación del riego de liga es un aspecto de carácter obligatorio para alcanzar un proyecto exitoso y duradero.  

Para descargar la guía sobre la aplicación de riego de liga, puede hacerlo aquí: http://bit.ly/2CT8QsM

Lo invitamos a conocer más sobre nuestro “Asfalto Verde”

Escrito por: Ing. José Pablo Aguiar PhD., Ing. Fabiola Miranda MSc., Ing. Edgar Camacho, Ing. Tania Ávila MSc., Quim. Alejandra Baldi MSc., Ing. Ernesto Villegas & Ing. Luis Guillermo Loría PhD.

El proyecto “Asfalto Verde” es una iniciativa amigable con el ambiente que permitirá el desecho responsable de toneladas de plástico en Costa Rica. Esta iniciativa tiene sus orígenes hace más de 6 años en el LanammeUCR y se estima que antes de finalizar el año 2018 se tendrá construida la primera carretera con plástico en Latinoamérica. Si quiere conocer acerca del proyecto le invitamos a leer la siguiente información.

¿Qué tipo de plástico se va a utilizar?

Como parte de este primer proyecto piloto en Costa Rica, se preparará una mezcla con plástico de botellas retornables de Coca-Cola, incluidas sus tapas. Las botellas recolectadas se limpian y trituran para ser aprovechadas responsablemente en el pavimento.

Sabía que… · El nombre técnico del plástico utilizado es PET que significa Tereftalato de Polietileno.

· El plástico molido que será añadido a la mezcla tiene un tamaño menor a 5 mm y su forma se asemeja a hojuelas de maíz.

¿Cómo se prepara la mezcla modificada con plástico?

La mezcla asfáltica modificada consiste en la combinación de agregados, asfalto y plástico. Esta mezcla contendrá entre un 3 y un 5% de su peso en plástico triturado. Este porcentaje sustituirá una fracción de los agregados que conforman la mezcla.  

El proceso de producción de la mezcla con plástico en la planta es muy similar al proceso ordinario, solo debe considerarse un paso adicional en la planta, el cual consiste en adicionar el plástico triturado en el momento en el que los agregados se combinan con el asfalto a una temperatura cercana a los 160° C. Afortunadamente, el PET se funde a temperaturas por encima de 220° C, por lo cual NO se emitirán gases producto de una posible descomposición del plástico.

¿Cuánto plástico estará contenido en la mezcla?

Para la construcción de un kilómetro de carretera de dos carriles se requieren aproximadamente 1200 toneladas de mezcla asfáltica. En una tonelada de mezcla asfáltica modificada del total de agregado (aproximadamente 9400 kg) únicamente 30 a 50 kg serán reemplazados con plástico.

Por tanto, en un kilómetro se desecharán más de 36 toneladas de plástico, lo cual equivale a desechar alrededor de más de un millón de botellas trituradas.

¿La mezcla modificada con plástico es de buena calidad?

Previo a la construcción del pavimento el material será diseñado en laboratorio, en donde se aplicarán pruebas para garantizar su calidad a través de la medición de la resistencia del material a deterioros típicos de las carreteras relacionados con la presencia de agua, deformación y agrietamiento. Para todo ello se espera que la mezcla con plástico presente mejores características que la mezcla convencional, con mejor desempeño y más durable en el tiempo

La carretera permanecerá en uso de la municipalidad y adicionalmente se construirán pistas de prueba para realizar el ensayo acelerado con el Simulador de Vehículos Pesados. Si se pregunta ¿qué es un ensayo acelerado?, este consiste en un experimento que simula el proceso de deterioro de las estructuras de pavimento 80 veces más rápido de lo que ocurre en la realidad. Esto nos permitirá validar la técnica de mezcla modificada con plástico en término de 4 o 5 meses.

Este tiempo equivale a aproximadamente 20 años de servicio de la carretera. Siendo esta la primera vez en el mundo que se realiza un experimento de este tipo sobre una estructura de pavimento con plástico.

¿El plástico puede desprenderse?

En el laboratorio nos hemos asegurado de que la distribución de plástico en la mezcla sea homogénea y uniforme en todo el espesor, de modo que la adición del plástico va a presentar un impacto muy leve en la superficie en contacto con las ruedas de los vehículos. Por otro lado, para garantizar que no ocurra desprendimiento, el pavimento tendrá un seguimiento riguroso asegurando la seguridad y el confort de los usuarios. Finalmente, el material se evalúa mediante estrictas pruebas de abrasión que buscan garantizar que el plástico no salga de la carretera.

¿Cuál es el costo de la mezcla?

El costo del PET procesado es de ₵176.41 colones por kg, por lo que en una tonelada de mezcla asfáltica el costo del PET será de ₵3 000.00 colones. Mientras que 30 kg de agregados cuestan ₵120 colones. De acuerdo a los números anteriores, la mezcla modificada con plástico puede resultar un 7% más costosa que la mezcla convencional, pero hasta un 18% menos costosa que las mezclas modificadas en Costa Rica. No obstante, ¿Cuál es el precio que usted le daría a eliminar 36 toneladas de plástico por cada kilómetro de carretera y que a la vez la carretera dure más?

Pero si existen tantas ventajas ¿Por qué no lo hemos hecho antes?

El secreto del proyecto es que se logró conjuntar esfuerzos del sector académico, empresa privada y gobiernos locales conscientes de la necesidad de atender y resolver problemas ambientales que amenazan la sostenibilidad del país. Esto permite crear fuertes alianzas complementarias entre sí, pensar en grande y llevar a cabo proyectos de primer mundo en un país como Costa Rica, reconocido a nivel mundial por su belleza escénica, la cual debemos preservar. 

El proyecto ya inició, pronto les compartiremos nuestros primeros resultados. 

5 años de ensayos acelerados de pavimentos

Escrito por: Ing. Edgar Camacho-Garita

Desde el año 2013 Costa Rica cuenta con la oportunidad de realizar ensayos acelerados de pavimentos a escala real, lo que representa una gran oportunidad para la comunidad científica de la región en esta materia, por lo que también es una oportunidad para que el país de un salto en la forma en que se conceptualiza, diseña, construye y administra la infraestructura de transporte, y con esto contribuir a garantizar la mejor inversión de los recursos actuales y futuros.

Los primeros 5 años de ensayos acelerados han marcado un hito en la investigación de pavimentos de Latinoamérica, ya que el escepticismo y las dudas respecto a la posibilidad de desarrollar los ensayos con éxito han quedado en el pasado; actualmente el programa de ensayos acelerados del LanammeUCR se ha posicionado como uno de los más exitosos a nivel mundial.  

Qué sucedió en el pasado

El desarrollo del conocimiento en cuanto a pavimentos en Costa Rica, como en muchos otros países, históricamente ha sido un proceso de duras lecciones, con proyectos que en etapas tempranas sufren significativos problemas de desempeño cargando con altos costos de reparación y/o reconstrucción a los diferentes involucrados y responsables. A manera de ejemplo, el proyecto de la Ruta 27 inaugurado en los primeros meses del año 2010, este proyecto fue desarrollado con una alta inversión de recursos destinados a estructuras de pavimento, las cuales se diseñaron para que cumplieran con muchos años de servicio; sin embargo, tan solo 10 meses después y durante la primera época lluviosa, se presentaron múltiples problemas de desempeño en la carretera de 77 kilómetros de longitud, afectando varios kilómetros de estructuras de pavimento. Las diferentes limitaciones de los materiales, algunos procesos constructivos y algunos elementos de diseño influyeron para obtener esos resultados. Además, los montos de reparación fueron significativos.


Algunos números

El programa de ensayos acelerados ha desarrollado en esta primera etapa el ensayo de 8 secciones en el experimento principal (cuatro estructuras ensayadas en seco y cuatro en húmedo), se han ensayado 2 secciones relacionadas con técnicas de mantenimiento, 2 secciones relacionadas con seguridad vial (retroreflectividad en demarcación y desempeño de captaluces), así como 2 secciones en adoquines (enfocadas en el desempeño de la arena). Aplicando un total de 10.1 millones de repeticiones de carga; lo cual representa 73.4 millones de ejes equivalentes de carga.

¿Por qué es esto importante?

Cuando consideramos que un proyecto de construcción de una carretera se diseña para una cantidad de ejes equivalentes de carga (por ejemplo 12 millones), podemos ver que hemos aplicado cerca de 6 veces la cantidad de cargas que se esperan en el proyecto para toda su vida útil (por ejemplo 20 años). Es decir, en términos del ejemplo ya hemos podido estudiar un equivalente a 120 años de vida útil de un proyecto grande, o la vida útil de 6 proyectos grandes. Y gracias a los instrumentos de medición que se utilizan durante los procesos de ensayo es que podemos analizar y estudiar el comportamiento de cada uno de los componentes del pavimento. Cuáles presentan mejores características, cómo es la mejor forma de hacerlos trabajar en conjunto, cuáles debemos preferir para vías de alto tránsito, cuál debemos evitar usar; estos ensayos nos permiten responder con mayor profundidad a estas consultas, puesto que son atendidas gracias a la información técnica generada por el equipo. Esta información, se ha recolectado y procesado en primera instancia durante los 5 años a diferentes niveles de procesamiento, análisis y estudio; y nos brindarán los primeros elementos que permitirían al país generar activos viales que nos podrían acompañarán por muchos años.

LanammeUCR como parte del proceso de actualización de normativa para carreteras en Costa Rica

ng. Raquel Arriola Guzmán / Rosa Isella Cordero.

El procedimiento para la oficialización de normativa en materia de carreteras en Costa Rica involucra la participación de diferentes actores, que de forma intrínseca, son parte importante del quehacer en la construcción, conservación, administración y gestión de la infraestructura vial del país. Esta integración obedeció a la visión de sus gestores al oficializar tal proceso en el que participan de manera activa y conjunta tres entidades principales:  el LanammeUCR, la Comisión de Revisión Permanente (CRP) y la Comisión Revisora de los Proyectos de Actualización de los Manuales de Especificaciones (CRAM) del MOPT. Por otra parte, con esta integración se procuraba dar una democratización del proceso de actualización, así como el fomento de sugerencias y aportes que permitieran acrecentar el acervo técnico y profesional en aras de la actualización y el mejoramiento de la normativa vigente. Tal como lo establece el Capítulo III del Reglamento al Artículo 6 de la Ley 8114, este proceso se ilustra en la siguiente figura:

Proceso de Actualización del Manual de EspecificacionesFuente:  UNAT, 2018

En primera instancia, el LanammeUCR es un ente coordinador de las actividades tendientes a la actualización de los nueve volúmenes que componen el Manual de Especificaciones y realiza el análisis de la vigencia y pertinencia técnica de las especificaciones con el propósito de determinar la necesidad de su modificación. Esta coordinación la realiza a través de la Unidad de Normativa y Actualización Técnica (UNAT) del Programa de Infraestructura del Transporte (PITRA). Para tal efecto, utiliza el conocimiento adquirido a través de la investigación efectuada por los académicos y el personal técnico calificado, así como su experiencia directa en procesos de gestión de Infraestructura de Transporte de la red vial del país, como herramientas para el desarrollo y actualización de la normativa. Asimismo, analiza las propuestas que la comunidad técnica interesada pueda plantear como parte del proceso democrático y participativo de revisión. Estas propuestas son consideradas cuando se presentan formalmente y se acompañan de un razonamiento técnico y fundamentado. 

Luego de esta primera revisión técnica, toda propuesta y su respectiva documentación de respaldo es trasladada a la Comisión de Revisión Permanente (CRP), conformada por representantes de las entidades involucradas en el ámbito de la Ingeniería a saber: Despacho del Ministro de Obras Públicas y Transportes (MOPT), Consejo Nacional de Vialidad (CONAVI), Dirección de Obras Públicas del MOPT, Colegio Federado de Ingenieros y Arquitectos (CFIA), Asociación de Carreteras y Caminos de Costa Rica, Instituto Tecnológico de Costa Rica y LanammeUCR, todos designados según estipula el Art. 21 del precitado Reglamento. Tales representantes deberán demostrar capacidad técnica para la realización de sus funciones. La CRP es la responsable de revisar y analizar las propuestas de modificación recibidas por el LanammeUCR en su función de secretaria técnica de dicha comisión, para determinar la emisión de la normativa ampliada o corregida.  Siendo que en este proceso se pueden presentar nuevos criterios técnicos, el resultado final de las deliberaciones de esta comisión se somete a votación entre sus miembros.  

La nueva propuesta es sometida a la revisión de la pertinencia técnica por parte del LanammeUCR, del cual se genera un informe técnico.  Por otra parte, la organización de actividades en las que se promueva el aporte de sugerencias y propuestas por parte de la comunidad técnica y se brinde divulgación a la normativa vigente, es parte de las acciones que son ejecutadas por el LanammeUCR en función de la recomendación que, al efecto, realice la CRP. Posterior a esta revisión de pertinencia técnica, el LanammeUCR remite al Jerarca del MOPT la normativa analizada por la CRP.  Es aquí cuando el Ministro convoca a la Comisión Revisora de los Proyectos de Actualización de los Manuales de Especificaciones (CRAM) del MOPT, conformada por los gerentes o jefaturas de las siguientes dependencias:  Dirección de Obras Públicas, Dirección de Puentes, Dirección de Ingeniería, Departamento de Normas de la Dirección de Ingeniería, Dirección Ejecutiva del COSEVI, Gerencia de Contratación de Vías y Puentes del CONAVI, Gerencia de Construcción de Vías y Puentes del CONAVI, Gerencia de Conservación de Vías y Puentes del CONAVI y Secretaría Técnica del Consejo Nacional de Concesiones. 

Coordinada por un representante del Director de la División de Obras Públicas del MOPT, esta comisión distribuye entre sus miembros el análisis y revisión de las propuestas de actualización de normativa o de manuales nuevos. Esta comisión cuenta con un plazo de tres meses para esta revisión después del cual, en caso de la inexistencia de objeciones a la propuesta remitida por la CRP, la CRAM emite un informe al Ministro donde recomienda su oficialización. De lo contrario, la CRAM solicita al LanammeUCR una revisión de las objeciones surgidas.  Una vez realizada esta revisión final del LanammeUCR y en caso de discrepancias entre ambos entes, la CRAM tiene la potestad de resolver el diferendo de manera definitiva y de remitir al Ministro su resolución final. Siendo del conocimiento por parte del Jerarca del MOPT tal resolución, éste cuenta con un mes para la oficialización de la nueva versión.

Actualmente, y siendo que la promulgación de la actualización de normativa es un proceso sujeto a la mejora continua, se encuentra en revisión por parte del MOPT y del LanammeUCR, en aras de establecer una mayor simplificación y eficiencia del proceso. 

Finalmente, es de interés del LanammeUCR fomentar la participación de la comunidad técnica en el proceso de actualización de normativa, por lo que pone a disposición los siguientes enlaces:  

Si tiene propuestas de modificación de normativa: http://bit.ly/modificar-normativa
Si desea participar como revisor de normativa: http://bit.ly/Revisores
En caso de consultas puede escribirnos al correo: unat.lanamme@ucr.ac.cr

Efecto de la colocación de la mezcla asfáltica bajo lluvia

 Escrito por: Ing. Mauricio Salas Chaves.

Es bien conocido en el medio técnico que la colocación de mezcla asfáltica bajo condiciones lluviosas es una práctica prohibida. Sin embargo, existen puntos de vista diversos en los que se asegura que esta “práctica” no necesariamente afecta la obra. Es importante conocer que, para la colocación de mezcla asfáltica, se debe realizar inicialmente lo que se conoce como un riego de liga, cuyo objetivo es adherir la capa nueva de rodamiento o intermedia, a la capa existente. Aunque se debe mencionar que existen excepciones donde no se requiere usar el riego de liga, por ejemplo, para adherir una capa sobre otra capa asfáltica recién colocada (colocada en menos de 24 horas y sin contaminación en la superficie).

El riego de liga consiste en la aplicación de emulsión asfáltica, la cual, en términos generales, está compuesta por asfalto, agua y un agente emulsificante. El asfalto residual es el que da el aporte de adhesividad entre las capas. El agua es un elemento que ayuda a que el material presente mayor fluidez, sea más sencillo de aplicar en la superficie y ayuda a que no se tenga que aplicar a altas temperaturas, reduciendo emisiones al ambiente y minimizando la afectación de temperaturas altas en las propiedades favorables del asfalto, necesarias en el papel que cumple en el desempeño de una estructura de pavimento. Generalmente, se coloca aproximadamente entre 50°C y 70°C, dependiendo de la emulsión utilizada, y se debe esperar a que el agua y el asfalto se separen y posteriormente que el agua se evapore, de manera que quede en la superficie el asfalto residual para realizar la función de adherir la nueva capa asfáltica.

El proceso descrito anteriormente es lo que se conoce como el rompimiento de la emulsión asfáltica. Si la emulsión no se aplica adecuadamente y no se le da el tiempo necesario para que rompa, no se puede esperar que adhiera eficientemente la capa colocada, por lo que podría provocar que la capa nueva se comporte como una capa individual y posiblemente tenga deterioros con mayor rapidez que si actuara adherida a todo el paquete estructural.

El tiempo de rompimiento de la emulsión asfáltica depende directamente de las condiciones ambientales donde en condiciones frías sería mayor que en condiciones soleadas. Aquí es donde podemos entender la afectación inicial que se presenta en la colocación de mezcla asfáltica en presencia de lluvia. El agua de lluvia afecta directamente la temperatura de la emulsión, lo que impide que se desarrolle regularmente el proceso de rompimiento y en consecuencia la emulsión no va a adherir eficientemente. Por otro lado, se afecta la cantidad de agua en la emulsión lo que puede afectar, además del proceso de rompimiento, que se escurra el material hacia las orillas y, en casos más críticos de pendientes longitudinales, hacia las zonas más bajas.

En consecuencia, la dosificación de emulsión aplicada en la superficie, definida para asegurar la adherencia necesaria entre capas, se ve disminuida. En un estudio de la Universidad de Chile (Álvarez, 2007), se determinó que la adherencia entre capas se ve afectada por agentes contaminantes como agua durante el proceso constructivo del riego de liga.  Según el estudio el agua presente en la superficie con residuo asfáltico reduce la resistencia en valores cercanos al 50%. Ahora bien, debemos entender las condiciones en las que se debe colocar una mezcla asfáltica. Este material es compuesto por agregado (piedra, arena, polvo) y asfalto (para el caso de mezclas asfálticas convencionales).

Nuevamente, el asfalto cumple aquí una labor de adhesividad entre las partículas, pero además le da a la mezcla asfáltica una característica flexible a la capa colocada, además de una característica de impermeabilidad a la estructura del pavimento. Este material se produce a temperaturas altas de aproximadamente 150°C a 165°C, estas temperaturas son necesarias para garantizar una mezcla eficiente de los materiales, siendo que el asfalto se comporta con una fluidez apta para tal objetivo; temperaturas mayores podrían provocar que el asfalto pierda sus propiedades reológicas, se vuelva más rígido y no aporte las características deseadas en la mezcla asfáltica.

Al colocar este material en una superficie, a temperaturas cercanas a 140°C se comporta con buena trabajabilidad por lo que es fácil extenderlo y realizar ciertos acabados. Sin embargo, al ir perdiendo temperatura por efecto del enfriamiento por el viento y por tener mayor superficie expuesta al ambiente, el material se va endureciendo, dificultando cada vez más su manipulación.

Luego de colocada la mezcla asfáltica sobre el riego de liga, el material debe densificarse para darle una propiedad básica de capacidad de soporte en un pavimento (de igual forma que se le debe aportar densificación a un material granular en una superficie de ruedo para que tenga capacidad de soportar el paso de vehículos). Para garantizar un adecuado grado de compactación en la mezcla asfáltica es importante asegurar un buen proceso constructivo con la maquinaria adecuada, pero principalmente debe cumplir una temperatura apta para tal objetivo, de forma que no se encuentre muy caliente como para que la mezcla se desplace al pasar el compactador sobre ella, ni que se encuentre tan fría y endurecida y no se logre compactar con el peso y la vibración de la maquinaria, o en otras palabras, no se logre reducir la cantidad de vacíos y consecuentemente la mezcla no se pueda desempeñar satisfactoriamente ante el paso de cargas sobre ella. De acuerdo con esto y tomando en cuenta condiciones lluviosas, la mezcla asfáltica extendida (mayor superficie expuesta), se enfriaría aceleradamente, lo que afectaría el proceso de compactación suficiente para garantizar una densificación necesaria para que la mezcla se comporte tal y como para lo que fue diseñada.

Por otra parte, es importante recordar que el desempeño de la mezcla asfáltica depende mucho de la adherencia entre las partículas que la conforman, la cual es proveída por el asfalto dosificado. Este recubre la superficie expuesta de cada partícula, impermeabilizándolas y a la vez adhiriéndolas entre ellas en estado caliente hasta que la mezcla sea compactada de forma suficiente, formando capas intermedias de la estructura o la capa de ruedo. Siendo que la mezcla asfáltica es extendida en la superficie antes de su compactación y en esta etapa se presentara lluvia, el agua ingresaría dentro de la mezcla asfáltica, y además que la enfriaría rápidamente, afectaría la adherencia entre partículas y promovería de manera acelerada desprendimientos de cada una de ellas en la vida de servicio del pavimento debido a lo que se conoce como daño por humedad, generando un proceso continuo de deterioro en la superficie, culminando en posibles huecos y posteriormente deformaciones de capas subyacentes saturadas provocadas por entrada de agua hacia la estructura, llegando algunas veces a condiciones críticas donde es necesario la reconstrucción del pavimento.

Aun cuando se logrará compactar suficientemente la capa asfáltica en condiciones lluviosas, la presencia de agua dentro de la mezcla podría generar deterioros de daño por humedad. Cabe destacar que un proceso de deterioro de una capa de ruedo conformada por mezcla asfáltica colocada en condiciones irregulares, no necesariamente se evidenciaría de forma inmediata. Normalmente, estos procesos de deterioro toman cierto tiempo para su desarrollo, dependiendo de las cargas existentes y de la condición climática de la zona. Sin embargo, lo importante de considerar es que un proceso constructivo deficiente acortaría la vida útil de una obra, obligando a invertir mayor cantidad de dinero en mantenimiento de la vía o en su reconstrucción, además de generar mayor costo de operación a los usuarios (desgaste de vehículos, demoras, etc.)

Colocar mezcla asfáltica bajo lluvia es una de estas condiciones irregulares, en donde las consecuencias pueden no ser perceptibles a la vista de forma inmediata pero definitivamente se corre el riesgo de que lo que podría permanecer en perfecto estado durante un periodo esperado de acuerdo a su diseño, reduzca considerablemente su durabilidad, por lo que deberá repararse inmediatamente con el fin de evitar deterioros mayores, posiblemente luego de que sea tarde para poder determinar responsabilidades por deficiencias en los procesos constructivos. El costo de producir un material de alta calidad como lo podría ser una mezcla asfáltica fabricada con altos estándares, se puede ver afectado significativamente si no se cumplen las condiciones óptimas para colocarla. La interrogante que se plantea luego de conocer lo expuesto es, ¿a quién se le traslada este costo y el riesgo de que el desempeño sea deficiente?

¿Cuál tipología de puente es la más antigua y utilizada?

Escrito por: Ing. Hellen Garita

Se cree que los primeros puentes de la historia se construían con árboles, los cuales se colocaban horizontalmente y se apoyaban en los laterales de un río o depresión para poder cruzarlo, como se ejemplifica en la figura 1. No se tiene mucha evidencia de ello, en parte debido a que la madera es un material que posee problemas de durabilidad si no es tratada adecuadamente, lo que indica que se tratarían de puentes temporales. Las estructuras como estas se pueden clasificar por su taxonomía como puentes tipo viga, por lo que se puede decir que los puentes tipo viga corresponden ser la tipología más antigua.

Figura 1. Puente de troncos Inca en camino alternativo a Machu-Pichu
Tomado de https://static5.depositphotos.com/1042498/513/i/950/depositphotos_5139768-stock-photo-inca-bridge-of-machu-picchu.jpg el 10 de mayo del 2018

Puentes tipo viga

Los puentes tipo viga se llaman así ya que la superestructura, es decir, el conjunto de elementos encargados de soportar las cargas y transmitirlas a los apoyos, está conformada por vigas. Las vigas son piezas rígidas que se apoyan en dos o más puntos en dirección del tránsito, salvan un tramo recto o curvo por lo que pueden tener alguna de estas formas, y pueden ser de sección constante o variable. Sobre estas se coloca una superficie llamada tablero, generalmente de concreto, que les transfiere las cargas de tránsito. La gran mayoría de puentes de viga son de concreto (armado o presforzado) o acero.

Además de las vigas principales que se mencionaron anteriormente, un puente tipo viga puede tener vigas diafragma que tienen la función primordialmente de ayudar a transmitir las cargas del tablero entre las vigas principales y de generar estabilidad lateral. Las vigas diafragma se diferencian a simple vista de las principales, ya que las primeras se colocan transversales a la dirección del tránsito.     

Dentro de la clasificación de puentes de vigas se desprenden varios tipos dependiendo de la geometría del elemento o elementos principales; por ejemplo se tienen puentes tipo viga cajón (múltiple o sencillo), viga te o doble te, viga canal y viga múltiple, tal y como se aprecia en el cuadro 1. Los puentes tipo cajón se estudiaron anteriormente en otra entrada de este blog (para mayor detalle puede ingresar aquí).

Un puente que se clasifica como viga múltiple se puede decir que es el tipo más simple de puente; por lo general cubren luces libres que alcanzan hasta los 75 m, esto quiere decir sin que se requiera de un apoyo intermedio.

El nombre “puente de vigas” puede sonar confuso, ya que la gran mayoría de puentes poseen vigas. Por ejemplo, un puente tipo arco que como el ubicado sobre el río Colorado en las cercanías de la represa Hoover, en el estado de Nevada (ver figura 2), posee vigas; sin embargo, las vigas se colocan para transferir las cargas a los elementos verticales que transfieren las cargas al arco, por lo que el arco es el elemento principal de la superestructura y el que transfiere las cargas a los elementos de la subestructura. En el caso de los puentes de vigas, no hay otro elemento encargado de transferir las cargas directamente a la subestructura más que las vigas longitudinales.

Figura 2. Puente tipo arco sobre la represa Hoover
Fuente: Tomado de https://seba29888.files.wordpress.com/2015/05/wpid-dsc_0153.jpg el 5 de mayo del 2018

Puentes de viga múltiple en Costa Rica

La Unidad de Puentes del LanammeUCR clasifica las estructuras utilizando la terminología del NBI (código 43 (FDOT, 2015)) de donde se extrajeron 13 categorías, y además se agregó la categoría otros para que así cubrir todas las tipologías que se observan actualmente en la Red Vial Nacional (RVN) (Muñoz-Barrantes et al., 2017). Como anteriormente se observó en el cuadro 1, esta clasificación no encasilla a todas las estructuras tipo viga en una sola, sino que se desprenden varios tipos dependiendo de la geometría del elemento o elementos principales.

Para entender mejor los componentes de los puentes tipo viga se presenta un segmento de la sección transversal de dos puentes. Cabe aclarar que estas secciones se presentan para ejemplificar la conformación general de elementos de un puente de vigas múltiples sin que signifique que todos los puentes de este tipo deben de tener las mismas secciones o dimensiones.

En la figura 3 se muestra la sección transversal del puente sobre el río Corobicí ubicado en la Ruta Nacional No. 1 (ver figura 3). Este es un puente de vigas I de concreto presforzado con acero postensado, que tienen una separación centro a centro de 2,45 m y un peralte o altura de 1,37 m; además se observa en la imagen la viga diafragma, el tablero de concreto, las barreras y barandas.   

Figura 3. Sección de la vista transversal entre apoyos del puente de vigas de concreto ubicado sobre el río Corobicí en la Ruta Nacional No. 1 Fuente: MOPT & Conavi, 2016

F En la figura 4 se observa una parte de la sección transversal del puente sobre el río Villa Vieja ubicado en la Ruta Nacional No. 1. En este caso se tienen 4 vigas de acero de peraltes ligeramente diferentes entre sí; además de vigas diafragma de acero con peralte de 400 mm. Se aprecia el tablero de concreto, la acera y baranda.  

Figura 5. Vigas principales (a) simples y (b) continuas Fuente: Ramírez, 2016


Longitudes de puentes tipo viga Las longitudes del tramo máximo de los puentes tipo viga de la RVN varían entre los 6 m a 80 m. Según el inventario de la Unidad de Puentes, el puente sobre el río Chirripó en Matina, Limón, es el puente más largo de vigas múltiples y el que posee el claro libre de mayor longitud. Tiene un largo total de 416 m y el claro máximo alcanza los 73 m. Su superestructura está conformada por 4 vigas metálicas tal y como se aprecia en la Figura 5 y Figura 6. Este sistema posee arriostramiento entre las vigas longitudinales con el fin de brindar estabilidad lateral. 

  Figura 5. Vista del puente sobre el río Chirripó en la Ruta Nacional No. 32
Figura 6. Vista inferior del puente sobre el río Chirripó en la Ruta Nacional No. 32

Famosos puentes de viga múltiple en el mundo

Figura 7. Gran Puente Tiajin, China
Fuente: BridgesDB, 2018

El Gran Puente Tianjin ubicado en la República de China, cuenta con el título de ser el tercer puente más largo del mundo (Pariona, 2018). En total cubre una longitud de 113700 m y es un puente de vigas múltiples construido para el tren de alta velocidad que une dos grandes zonas económicas (ver figura 7). La construcción de este viaducto se completó en el 2010 sin embargo, entró en funcionamiento en el 2011 (BridgesDB, 2018).

El puente Lake Pontchartrain Causeway (ver figura 8) que cruza el lago Pontchartrain en Lousiana contó en 1956 con el record Guinness de ser el puente más largo sobre una masa de agua en el mundo, al tener una longitud total de 38400 m; posteriormente, en 1969 el título fue cedido a su puente hermano con longitud total de 38415 m (Witcher, 2017). El primer puente Lake Pontchartrain Causeway, es de vigas múltiples de acero y el tramo de mayor es de 54,9 m (National Bridge Inventory Data, 2016). Estos puentes hermanos continúan siendo los más largos de Estados Unidos y ocupan el octavo lugar a nivel mundial; el record Guinness perteneció luego al puente chino de la ciudad de Qingdao, sin embargo fue foco de controversia ya que no superaba la longitud del puente Lake Pontchartrain Causeway en el agua (Solomon, 2017).  

Figura 8. Puentes sobre el lago Pontchartrain, Lousiana Fuente: Witcher, 2017

 Como los puentes mostrados, existen muchos puentes importantes de vigas múltiples. Con estas estructuras se busca solucionar el cruce de una depresión, carretera o ciudad, con un enfoque en aspectos funcionales y económicos más que estéticos.

En futuros entradas a este blog continuaremos el estudio de otras tipologías estructurales de puentes.

Bibliografía

MOPT, & Conavi. (2013). Planos as bulit puente río Villa Vieja Existente Ruta Nacional No. 1 Carretera Interamericana Norte sección: Cañas-Liberia.

MOPT, & Conavi. (febrero de 2016). Planos del puente sobre el río Corobicí en la Ruta Nacional No. 1 Carretera Interamericana Norte sección: Cañas- Liberia.

Muñoz-Barantes, J., Vargas-Alas, L., Ruiz-Cubillo, P., Vega-Salas, P., Barrantes-Jiménez, R., Villalobos-Vega, E., y otros. (2017). Protocolo de inspección de puentes después de sismo. LanammeUCR, San Pedro de Montes de Oca.

National Bridge Inventory Data. (2016). Local Road over Lake Pontchartrain. Recuperado el 27 de febrero de 2018, de https://bridgereports.com/1233411

Pariona, A. (2018). The Longest Bridges In The World. Obtenido de worldatlas: https://www.worldatlas.com/articles/20-longest-bridges-in-the-world.html

Ramírez, M. (2010). Material del curso de Puentes. Módulo 1. San José, Costa Rica: Impartido en el Colegio Federado de Ingenieros y Arquitectos (CFIA).

Solomon, B. (2017). 10 of the world’s longest bridges of various types. Obtenido de CNNtravel: https://edition.cnn.com/travel/article/worlds-longest-bridges/index.html

Witcher, T. R. (2017). History Lesson: Lake Pontchartrain Causeway. Civil Engineering, 87 (5), 42-45.