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Guías Prácticas para la Inspección de la Colocación y Compactación de Mezclas
Asfálticas Calientes Benjamín Colucci, PhD, PE, PTOE
CIAPR-Casa Capitular de Arecibo
23 de octubre de 2013
¡Buenos Días!
2
Agenda u Introducción
u Definición de términos
u El rol del inspector en los procesos de pavimentación de mezclas asfálticas calientes
u Conceptos fundamentales asociados a:
u Temperaturas de producción, despacho, colocación y compactación
u Preparación de la superficie
u Colocación/Depósito de Mezclas
u Diseño de Juntas de construcción
u Manejo de Problemas (“Trouble Shooting”)
u Control de Calidad
u Relación a las Especificaciones de la ACT 401 - Hot Plant-Mix Bituminous Pavement, y Special Provision 959 - HMA Pavement (SuperPave)
u Relación a las Directrices de Diseño
u Discusión abierta de ideas para mejorar los procesos de colocación y compactación de mezclas asfálticas en PR
u La relación de estos procesos a la seguridad pública: Concepto de Daños y Perjuicios
u Prueba de conocimiento adquirido
3
Abreviaturas/Acrónimos
ACT Autoridad de Carreteras y Transportación
AI Asphalt Institute
ARAN Automatic Road Analyzer
ASTM American Society for Testing and Materials
AASHTO American Association of State Highway and Transportation Officials
AC Asphalt Cement
DTOP Departamento de Transportación y Obras Públicas
DTPW Department of Transportation and Public Works
HMA Hot Mix Asphalt
IRI International Roughness Index
MOT Maintenance of Traffic
MPT Maintenance and Protection of Traffic
MTD Material Transfer Device 4
Abreviaturas/Acrónimos
MUTCD Manual on Uniform Traffic Control Devices
NAPA National Asphalt Pavement Association
NCAT National Center for Asphalt Technology
OSHA Occupational Safety and Health Administration
PG Performance Grade
RAP Reclaimed Asphalt Pavement
SHRP Strategic Highway Research Program
TTC Temporary Traffic Control
5
Introducción
“A pesar de los grandes avances realizados en la tecnología de asfalto, la compactación adecuada del material asfáltico en el campo a menudo es un problema para la mayoría de los contratistas en carreteras”
Idris Mirza – Ankara, Turkey
Asphalt Paving Technology 1993
6
Introducción (cont.)
Aspectos críticos asociados a la construcción de pavimentos asfálticos 1. Preparación de superficie
2. Colocación
3. Compactación
4. Temperatura
5. Equipos utilizados
6. Especificaciones
7. Seguridad
7
Definición de términos/Definition of terms
1. Compaction – is the process by which the volume of air in an HMA mixture is reduced through the application of external forces
8
Responsabilidad legal
u Responsabilidad civil extracontractual
u Artículo 1802 del Código Civil de Puerto Rico de 1930, según enmendado: “El que por acción u omisión, causara daño a una persona, interviniendo culpa o negligencia, se verá obligado a reparar el daño causado”
9
Proceso de diseño, preparación, colocación y compactación de mezclas asfálticas (8 pasos)
1 Análisis y
diseño estructural
2 Selección y ensayo de prueba de
constituyentes
3 Preparación de la mezcla
4 Despacho
de la mezcla
5 Preparación
de la superficie
6 Colocación de
la mezcla
7 Compactación de la mezcla
8 Ensayo QC/
QA
ROL DEL INSPECTOR
10
Secuencia del Taller
1. Actividades Principales
• Preparación de superficie
• Proceso de Colocación
• Proceso de Compactación de Mezclas Asfálticas Calientes
2. Relación a las Especificaciones Principales de la ACT
• ESP. - 401, Hot Mix-Plant Bituminous Pavements
• Special Provision 959- SuperPave
3. Aspectos de Seguridad
• ESP. 638-Maintenance and Protection of Traffic (MPT)
11
1. Actividades Principales
A. Preparación de Superficie
B. Proceso de Colocación
C. Proceso de Compactación
12
Entrega de la Mezcla al Proyecto: Camión 4E
13
Propiedades de la Mezcla Asfáltica Caliente
• Temperatura de mezclado y compactación (Especificación 401)
• Tipo de Agregados (ESP. 703) u Graduación (densa, abierta)
• Tipo de Asfalto (ESP. 702 vs. AASHTO MP-1) u AC 20, AC 30, AC 40 (Spec. 702)
u PG 64–22, PG 70-16, PG 70-22 (AASHTO MP-1)
u Viscosidad vs. penetración vs. perfomance grade
• Razón de polvillo a asfalto: p200/AC èmax 1.2 14
Conversión de Temperatura par Asfalto Designados PG (De °C a °F)
PG 70-22 à PG Alta Temp. – Baja Temp. Fórmula: °F = 1.8°C + 32 Bajas temperatura
= 1.8 (16) + 32 = 60.8 °F = 1.8 (22) + 32 = 71.6 °F
Altas temperatura = 1.8 (64) + 32 = 147.2 °F = 1.8 (70) + 32 = 158 °F
15
Performance Grade (PG): Experiencia de Texas
u PG 64-22
u Tráfico livianoà menor de 3 millones de ESAL18
u PG 70-22 y PG 76-22
u Tráfico pesadoà mayor de 3 millones de ESAL18
u PG 76-22:
u Tráfico bien pesado y lento à mayor de 10 millones de ESAL18
16
Características del Cemento Asfáltico
u Termoplástico (viscoelástico)
u Semi-sólido: 70-80 ºF
u Fluído: 250-300 ºF u Actúa como un lubricante durante el
proceso de compactación (255° – 275° F) u Actúa como agente cementante
(“binder”) a 185 ºF
17
Consideraciones del Asfalto
u Grado de viscosidad – AC20, AC30
u Especificaciones de penetración
u SHRP –Performance Grade (PG 64 - 22)
18
Temperaturas u Almacenamiento
u Producción
u Colocación
u Compactación
u Recibo de mezcla en el proyecto
u Abrir la carretera al tráfico vehicular
19
Camiones Para Acarreo De Mezcla Asfáltica
20
Camión de Tumba 3E
21
Belly Dump Truck
22
Preparación de la Superficie con Antelación a la Colocación de la Mezcla Asfáltica
23
Tipos de Superficie sobre la cual se puede Colocar una Mezcla Asfáltica
1. Subrasante (ESP. 203)
2. Base granular (ESP. 304)
3. Base asfáltica, B-1 (ESP. 401)
4. Pavimento asfáltico existente (ESP.401)
5. Pavimento de hormigón (ESP. 501)
24
Preparación de la Subrasante Consideraciones
1. Resistencia u California Bearing Ratio, CBR
u Módulo de Resiliencia, Mr (ASTM E 274)
u Clasificación de suelo (AASHTO, ASTM))
2. Drenaje (arena vs. arcillas residuales)
3. Compactación (Proctor vs. Nuclear)
u 95% densidad seca máxima
u Contenido de humedad óptima
25
Preparación de la Subrasante Consideraciones (cont.)
4. Uniformidad
5. Reparar puntos débiles aislados, catas (“weak spots”)
5. Fluctuaciones en el nivel freático
- secciones en corte vs. relleno
26
Publicaciones
27
Capa de Base Consideraciones
u Granular vs. Asfáltica (B-1)
u Resistencia uniforme
u Tolerancias
u longitudinal y transversal
u Libre de escombros/acumulación de polvo que afecta la adherencia con capas subsiguientes
28
Imprimación – Prime Coat (ESP.408)
u Propósitos u Adherir la capa base con la
superficie asfáltica
u Evitar que la humedad penetre en el pavimento
u Fijar cualquier partícula desprendida de la base
u Aplicación u Base granular
u Base tratada
u “Black Base”
29
Capa Asfáltica Consideraciones
u Espesor del recubrimiento (“overlay”)
u Reparación de hoyos e irregularidades de la supeficie u Bacheo
u Reparar o remover áreas inestables u distorsión
u ahuellamiento (“rutting”)
u catas
30
Capa Asfáltica Consideraciones (cont.)
u Aplicar capa niveladora, L-2
(wedge & leveling)
u Grietas de baja severidad
u Depresiones llanas
u Depresiones profundas
u Énfasis de la inspección en el área por donde pasan las llantas de los vehículos pesados (wheel path)
31
Capa Asfáltica Consideraciones (cont.)
u Correción del perfil longitudinal
u “Cold-Milling” (Spec 402)
u Ajuste de altura de registros (“manholes”, “catch-basins”)
u Reparar depresiones o irregularidades en cortes de utilidades
32
Colocación de la Mezcla Asfáltica
33
Colocación de la Mezcla Asfáltica: Consideraciones
1. Temperatura de la mezcla 2. Condiciones climatológicas 3. Distancia de acarreo 4. Número de capas 5. Espesor de la capa 6. Defectos existentes en el pavimento 7. Geometría de la carretera 8. Número de carriles 9. Yield à El Rendimiento de un
camión 34
1. La Temperatura de la Mezcla Asfáltica
35
1.La Temperatura de la Mezcla Asfáltica u Pérdida de temperatura en la colocación de la mezcla
asfáltica con el tiempo
36
1. Temperaturas Típicas de Cemento Asfáltico y Mezcla Asfáltica
Proceso Temperatura (F) ComentariosFlash Point T >450
Despues de esta temp. hay alta probabilidad de ignicion
Manufactura de mezcla 300 < T < 320en la planta
Colocacion y compactacion 255 < T < 280 Corresponde a una viscosidad de 250 Cs a 750 Csen el campo Limite superior es bueno para compactar, pero tiene
el riesgo de ser una mezcla tierna
Temp. de preparar mezcla 280 < T < 310 Spec. 401 -2.05 (7): 170 ±- 20Csen el laboratorio
Temp. de compactacion 265 < T < 280 Spec. 401-2.05 (8): 280 ± 30Csen el laboratorio
Mezcla fria T < 225 Spec. 401T < 175 HMA Handbook 2000 - Cuerpo de Ingenieros
Mezcla quemada T >= 325
37
2. Condiciones Climatológicas
1. Verificar la velocidad del viento u puede afectar la uniformidad del
roceado del “tack coat” u Puede arrastrar y depositar polvillo en
la superficie 2. Nunca colocar una mezcla en superficie
mojada Observación: En los Estados Unidos se prohibe colocar mezclas asfálticas durante la temporada de invierno (T < 35°)
38
3. La Distancia de Acarreo
1. Afecta la temperatura de la mezcla
2. Puede afectar la razón de llegada de los camiones al proyecto (congestión)
3. La mezcla debe estar protegida por un toldo + seguridad
39
4. El Número de Capas
1. Carreteras con alto porciento de camiones requieren Black Base, B-1
2. Nunca se debe colocar una capa > 4” de espesor
40
5. Espesor de la Capa Asfáltica
u Capas gruesas (> 3”) en general son más fácil de obtener la densidad de campo (“target density”)
u Capa gruesa retiene por más tiempo la temperatura interna de la mezcla y requiere más tiempo para compactarla
41
6. Defectos en la Superficie
1. Deben corregirse siempre o de lo contrario…
2. Ejemplos de defectos • Hoyos • Rutting – ahuellamiento • Grietas longitudinales y transversales • Cuarteo de moderada o alta severidad
con pedazos sueltos • Altura de los registros (manholes) • Bacheos deficientes en cortes de
utilidades
42
7. Geometría de la Carretera
u Los controles de la pavimentadora son críticos para una mezcla uniforme y duradera: u Pendiente lateral (normal crown slope: 2%) u Peralte máximo (6% - urbano; 8% rural)
Observaciones: Ambos son críticos para asegurar el drenaje superficial y la seguridad al maniobrar una curva
u Pendiente longitudinal – controles del ski largo de 30 pies.
43
8. Número de Carriles
u Controla el patrón de roleo u Se comienza a compactar del center
line de la carretera hacia el borde u En las curvas, se comienza la
compactación del punto más bajo hacia el más alto
u Se pueden pavimentar múltiples carriles simultáneamente de manera sesgada (echelon)
44
9. El Rendimiento de un Camión (Yield)
à La longitud de la capa asfáltica por carril que produce un camión por viaje
45
9. El Rendimiento de un Camión (Yield)
Fórmula: γ = W / V à lbs/pie3
donde: γ = densidad, lbs/pie3 W = peso, lbs V = volúmen, pie3
46
9. Cómputo de Rendimiento de Un Camión (Yield)
γ = W(2000 lbs/ton)
A*E(1 pie/12 pulg)(L)
Donde: W = carga de mezcla asfáltica, toneladas
A = ancho de carril, pies
E = espesor/grosor de la capa, pulgadas
L = longitud del carril, pies (Yield)
47
Cómputo de Rendimiento de Un Camión (Yield)
Dado: Ancho de carril (A): 12 pies Espesor/grosor de capa (E): 4 pulgadas Carga (W): 25 toneladas Densidad de la mezcla compactada: 140 lbs/pie3
Requerido: Rendimiento del camión (yield) Solución:
γ = W (2,000 lbs/ton) = 140 lbs/ pie3 (A)(E)(1pie/12pulgs)(L)
L = (25)(2000) ~ 90 pies
(12)(4)(1/12)(140)
48
Colocación de Mezcla Asfáltica Caliente Pavimentadora y Componentes Principales
49
1. El Tractor – La Unidad de Potencia
1. Rodillos de empuje del camión 2. Sistema de alimentación de material
u Tolva à “hopper”
u Transportadores àconveyor belts
u Compuertas de flujo àflow gates
u Gusano à auger
50
Tractor y Plancha
51
Equipo de Colocación de Mezcla (cont.)
u Plancha (screed unit)
u Puntos de remolque (tow point)
u Fuerzas actuando en la plancha
u Velocidad de pavimentadora
u Cantidad de material
u Línea de arrastre
52
Plancha (“Screed Unit”)
53
Fuerzas en la Plancha
54
Equipo de Colocación de Mezcla (cont.)
u Efectos de detener y arrancar la pavimentadora u Paradas cortas
u Paradas largas
u Objetivo – distribución uniforme y continua – Art 401 – 3.04 b.
55
Equipo de Colocación de Mezcla (cont.)
u Calentadores
u Strike-offs
u Control de la corona normal
u Vibradores vs. apisonadores
u Extensiones de la plancha
u Zapato de caballo (shoe horse)
56
Control Automático de Plancha
u Control Automático vs. manual
u Control de la inclinación u Localización de referencia de nivel
u Control de la pendiente longitudinal u Ski: 30 pies de longitud (mínimo) Art. 401 – 3.04 d (1)
u Grosor mínimo y controles de plancha
57
Construcción de Juntas
58
Construcción de Juntas Transversales – Art 401-3.12 a
u Al suspender proceso de pavimentación
u Cortar una cara vertical a profundidad completa de la capa asfáltica
u Juntas “butt”
u Aplicar con una brocha cemento asfáltico en las caras de contactos justo antes de colocar la nueva mezcla.
59
Construcción de Juntas Longitudinales
u Se compacta inicialmente la junta longitudinal (del centro del carril al borde del pavimento)
u Solape por pasada de la aplanadora entre 15 a 30 cms (6” a 12”)
60
Compactación de Mezclas Asfálticas
61
Compactación de Mezclas Asfálticas Calientes: Definición
u Proceso de compresión de un volumen de mezcla en un volumen menor
u Proceso de eliminación de vanos de aire (% típicos de una mezcla: 3-5%)
u Aumento en la densidad (γ=W/V )
62
Importancia de la Compactación
u Estabilidad
u Resistencia
u Durabilidad
63
Compactación de Mezclas Asfálticas Consideraciones
u Temperatura
u Espesor de la carpeta
u Estabilidad
u Densidad
u Vanos de aire
u Equipo
u Número de pasadas
64
Temperatura en la colocación de Mezcla Asfáltica
u Pérdida de temperatura en la colocación de la mezcla asfáltica con el tiempo
65
Temperatura en la compactación de Mezclas Asfálticas
u Pérdida de temperatura durante la compactación de la mezcla asfáltica con el periodo de compactación
66
Relación Densidad-Temperatura
u Gráfica Densidad vs. Temperatura de compactación
67
Durabilidad vs. Vanos de Aire
% Vanos de Aire
Estabilidad Cohesión
Zona de Mayor
Durabilidad
0
Flushing Raveling
68
Compactación: Factores Críticos
u Propiedades de la mezcla u Condiciones ambientales u Espesor de la capa u Equipo de compactación
u Frecuencia u Amplitud u Velocidad
u Tipos de fundación de la subrasante
69
Compactación
u Principios fundamentales
u Equipos de compactación
u Operaciones / Proceso de roleo dependen de: u Propiedades de la mezcla
u Condiciones ambientales
u Temperatura del ambiente
u Temperatura de superficie de contacto
70
Aspectos Ambientales que Afectan la Compactación
u Temperatura ambiental baja
u Humedad alta
u Vientos fuertes
u Temperatura baja en la superficie debajo de la mezcla
71
Equipos de Compactación
u Aplanadora de ruedas lisas de acero (steel wheel roller)
u Aplanadora en el modo vibratorio
u Aplanadora de neumáticos
72
Rangos de Velocidad de Aplanadoras (mph)
Tipo de Roleo
Aplanadora Inicial Intermedio Final
Estática 2 - 3½ 2½ - 4 3 - 5
Neumática 2 - 3½ 2½ - 4 4 - 7
Vibratoria 2 – 3 2½ - 3½ ----
73
Terminación de la Superficie: Consideraciones
u Textura
u Pendiente
u Densidad
u Suavidad
u Calidad final de la superficie (e.g. la imagen que percibe el usuario)
74
Equipo y Secuencia de Compactación
u En el pasado…
u Aplanadora de tres ruedas – roleo inicial
u Aplanadora de neumáticos – roleo intermedio
u Aplanadora tándem – dos rodillos suavizamiento y terminación final
75
Equipo y Secuencia de Compactación (cont.)
u En el presente
u Aplanadora en modo vibratorio – roleo inicial u Modo vibratorio –
consolidar
u Modo estático - terminación
76
Pruebas de compactación en el campo
77
Eficiencia del Equipo de Pavimentación (8 hrs de trabajo)
Año Toneladas 1924 250 1960’s 600
1980’s 2400 1990’s 2600
78
Control de Campo
u Especificaciones típicas u Número de pasadas
u Peso de los rodillos
u Dispositivos nucleares u Densidad
u Contenido de asfalto
79
Control de Campo (cont.)
u Núcleos u Contenido de asfalto
u Gradación
u Espesor
u Ajuste al equipo u Peso
u Presión de los neumáticos
u Factores de ajuste de pago
80
Especificaciones
u Espesor de la capa compactada u 2 – 4 pulgadas (5 cm – 10
cm)
u Número de aplanadoras u Tipo de aplanadora
u Tonelaje de la mezcla colocada por hora de roleo
81
Especificaciones
u Peso de aplanadoras
u Aplanadora tándem: 8-12 tons u Aplanadora de tres ruedas: 10-12
tons u Aplanadora vibratoria: 6-17 tons
u Aplanadora de neumáticos: u 200-350 lbs/pulgada de ancho de la rueda
82
Especificaciones
u Procedimiento de roleo u Los bordes se rolean primero: el roleo progresa
hacia el centro
u Roleo cruzado/ roleo diagonal
u Las ruedas de la aplanadora se deben mantener húmedas para evitar que se pegue la mezcla asfáltica al tambor de la aplanadora
83
Temperatura es Crítica
84
Guías para la compactación de mezclas asfálticas calientes
1. Selección apropiada de las temperaturas de mezclado y de compactación de cemento asfáltico.
2. Determinar el tiempo disponible para la compactación.
3. Establecer el patrón de roleo adecuado.
4. Evaluar características ingenieriles de las mezclas asfálticas.
85
u Tabla de viscosidad y temperatura de cemento asfáltico
1. Selección apropiada de las temperaturas de mezclado y de compactación de cemento asfáltico
86
1. Selección apropiada de las temperaturas de mezclado y de compactación de cemento asfáltico
u Gráfica de viscosidad y temperatura de cemento asfáltico
87
2. Determinar el tiempo disponible para la compactación
u Depende del número y tipo de aplanadora disponible.
u Razón de colocación de la mezcla asfáltica.
u Temperatura de colocación.
u Razón de enfriamiento.
88
3. Establecer el patrón de roleo adecuado
u Cumplir con la densidad minima requerida en las especificaciones
u Número de pasadas asociadas a cada tipo de aplanadora.
u La secuencia de compactación (Modo estático, modo vibratorio; roleo inicial, roleo intermedio, roleo final)
u Uso adecuado del rolo neumático en la secuencia de compactación (¿Utilizar al principio o al final?)
89
4. Evaluar características ingenieriles de las mezclas asfálticas
u Maximizar la densidad sin sacrificar la suavidad (Fuller´s Maximum Density Curve).
u La gradación de los agregados.
u Tipo de cemento asfáltico.
u El contenido del cemento asfáltico.
u JMF: Job Mix Formula
90
Tipos de Aplanadoras (“Rollers”)
u Tandem con rueda de acero (“steel-wheeled”)
u Aplanadora con ruedas neumáticas (“pneumatic-tired”)
u Aplanadora vibratoria (“vibrating”)
91
Aplanadora de Rueda de Acero Estática
92
Aplanadora de Neumáticos
93
Aplanadora Vibratoria
94
Aplanadoras Consideraciones
u Peso total
u Peso/pulgada de ancho (aplanadora tandem con rueda de acero)
u Presión de contacto promedio (aplanadora con ruedas neumáticas)
95
Tandem con Rueda de Acero: Consideraciones
u Peso u Rango: 3-14 toneladas
u Mínimo: 10 toneladas (incluyendo balasto)
u Roleos intermedio y final: 250 lbs/pulgada de ancho en el rolo de compactación (“drive wheel”)
96
Tandem con Rueda de Acero: Consideraciones (cont.)
u Almohadillas humectantes en buenas condiciones (“wetting pads”) para evitar levantamiento de la mezcla asfáltica
u El rodillo con la unidad motriz va primero sobre la mezcla sin compactar
97
Tandem con Rueda de Acero: Aplicaciones
u Rodadura inicial (“breakdown”)
u Rodadura intermedia
u Rodadura final
98
Problemas de la Carpeta Asfáltica
99
Problemas de la Carpeta
u Olas (shoving)
u Desgarramiento
u Textura no-uniforme
u Marcas de plancha
u Compactación inadecuada
u Problemas en las juntas
100
Problemas de la Carpeta (cont.)
u Ahuellamiento àRutting
u SangradoàBleeding
u Marcas de rolo
u Segregación
101
Deficiencia de la Mezcla
u Exceso de asfalto en la mezcla u “Bleeding” (diferente de “tracking”)
u Reducción de vanos debido a la presencia de tránsito
u Debe mantener un porciento de vanos de aire para evitarlo
102
Deficiencia de la Mezcla: Sangrado (“bleeding”) vs. Tracking”
u “Bleeding” no es igual a “Tracking” u Ocurre dentro de las
primeras 2 semanas
u Puede detectarlo el “Locked Wheel Trailer”
u ASTM E 274
103
Deficiencia de la Colocación
u Humo azul (blue smoke) – indica que la mezcla está demasiado caliente
u Apariencia rígida (stiff appearance)
u “Mix slumped in truck”
u “Lean, dull appearance” – indica que la mezcla no tiene suficiente asfalto
u Aumento de Vapor – demasiada humedad
u Contaminación
104
Deficiencia en la Compactación
u Oxidación del asfalto
u Desmoronamiento (“ravelling”)
u Juntas frías
u Intemperismo (“weathering”)
u Ahuellamiento (“rutting”)
105
Responsabilidades de Ustedes… ‡ ‡ ‡ Los INSPECTORES
106
Responsabilidades del Inspector
1. Conocer las especificaciones de ACT/DTOP y Planos Modelos que apliquen
2. Cotejar boletos del camionero
u toneladas
u tipo de mezclas, S-1, B-1, L-2
u temperatura
3. Componentes de la pavimentadora están operando conforme a lo estipulado en las especificaciones
4. Componentes de las aplanadoras están funcionando conforme a las especificaciones
107
Responsabilidades del Inspector (cont.)
4. Correcciones de deficiencias en las mezclas antes de que se enfríen
5. Espesor de la capa
6. Geometría adecuada
- Corona Normal (2% = ¼”/pie) u Peralte máximo (6-8%)
108
Responsabilidades del Inspector (cont.)
7. Construcción del empalme en juntas
8. Textura superficial (micro vs. macro)
9. Uniformidad/suavidad de la superficie terminada
10. Equipo nuclear operando conforme a las especificaciones.
Quality Control/ Quality Assurance (QC/QA)
109
Responsabilidades del Inspector: (cont.)
11. Ensayos de Prueba u ASTM E 303 – Péndulo Británico
u ASTM D 3319 – Accelerated Polishing Device (PSV mínimo = 48 para el agregado grueso)
u ASTM D 965 – Sand Patch
110
Responsabilidades del Inspector (cont.)
12. Verificar temperaturas de mezclados, colocación y compactación
13. Mantener diario de actividades realizadas, irregularidades
14. Trato “cordial” con el contratista
111
Parte 2. Relación a las Especificaciones 401, 702, y 703 de la ACT y MP-1 de AASHTO
112
Composición de las Mezclas: especificación 401-2.05
A. General
• Tipos de mezclas - Superficie: S-1 - Base: B-1, B-2 - Niveladora: L-1, L-2
• Gradación - Especificación 703 – Agregados
(Tabla 703-3)
113
Composición de las Mezclas (cont.)
u Diseño de mezcla
u Método de Marshall: AASHTO T245, TAI (MS-2)
u Primaria y secundaria (75)
u Municipal y terciaria (50)
114
Composición de las Mezclas (cont.)
B. Formulación de la mezcla para la obra de pavimentación (Job Mix Formula)
• Tres semanas de anticipación • Certificado por un
laboratorio de pruebas de materiales - Fuentes de cemento asfáltico, aditivo, agregados, etc.
115
Composición de las Mezclas (cont.)
• Se puede obviar el requisito si el diseño/material han sido aprobados previamente por la Autoridad para otros proyectos.
• El diseño dura por tres (3) años
116
Composición de las Mezclas (cont.)
C. Requisitos de mezclas
• Estabilidad (AASHTO T 245)
- 1,200 lbs. Mínimo (50)
- 1,500 lbs. Mínimo (75)
- 3,500 lbs. Máximo (S-1)
- 4,500 lbs. Máximo (B-1, L-1)
117
Composición de las Mezclas (cont.)
• Flujo @ 0.01” (AASHTO T 245) - 8 - mínimo
- 16 - máximo
• Estabilidad residual (ESP. 719) - 75% mínimo
• Porciento de vanos de aire (AASHTO T 166, T 209, T 269)
- 4% mínimo, 9% máximo (B-1, L-1)
- 3% mínimo, 5% máximo (S-1)
118
Composición de las Mezclas (cont.)
u Vanos en el agregado mineral, VMA (MS-2) u Depende del tamaño máximo del agregado (D)
D VMA ½” 15% (mínimo) ¾” 14% 1” 13% 1 ½” 12%
119
Composición de las Mezclas (cont.)
u Razón de polvillo-asfalto (P200 / PAC) u Ensayo de extracción
u 1.2 máximo
u Temperatura de mezclado en el laboratorio
u Viscosidad del asfalto 170 ± 20 Cs u Temperatura de colocación en el laboratorio
u Viscosidad del asfalto 280 ± 30 Cs
120
Muestreo y Ensayo: Especificación 401-2.06
u En la Planta (antes y durante la producción de la mezcla)
u Cemento asfáltico
u Agregados
u Temperatura
121
Muestreo y Ensayo (cont.)
u Requisitos de equipo de muestreo en el proyecto u Máquina de extracción de
testigos (4” diámetro) u Cucharas, kraft paper, cinta
adhesiva, bandeja de madera, etc.
u Equipo nuclear para medir la densidad
122
Muestreo y Ensayo (cont.)
u Requisitos de prueba en la planta
u Laboratorio de control de calidad; certificado y calibrado anualmente
123
Extracción de Núcleo
124
Medición de la Densidad con Dispositivo Nuclear
125
Muestreo y Ensayo (cont.)
u Unidad de muestreo de la mezcla suelta
u Lote (300 toneladas) u 4 especímenes de 2,000 gramos
al azar u Antes del proceso de
compactación; obtenido en la tolva (“hopper”)
126
Muestreo y Ensayo (cont.)
u Pruebas de extracción a una muestra al azar
u Tamaño de agregado
u % asfalto
u Razón de polvillo/asfalto
u Viscosidad del asfalto recuperado
u Gravedad específica máxima
u Valor de pulimiento del agregado grueso: PSV > 48
127
Muestreo y Ensayo (cont.)
u Unidad de muestreo de la mezcla compactada u Lote (600 toneladas y se entrega en 24 horas)
u 6 testigos (núcleos de 4” a profundidad completa y al azar)
u Transcurridas 72 horas y no más tarde de 144 horas
u Vanos de aire, estabilidad, flujo de Marshall y estabilidad residual
u Valores promedios
128
Requisitos de Aceptación de los Núcleos
u Vanos de aire
u S-1: 5% - 7% u B-1 y L-1: 6% - 11%
u Endurecimiento del cemento asfáltico
u Viscosidad @ 140 º F u AC-20 < 10,000 poises u AC-30 < 15,000 poises
129
Requisitos de Construcción
u Planta para la manufactura de mezclas asfálticas (AASHTO M156)
u Equipo de acarreo
u Camiones de despacho
u Pavimentadoras
u Aplanadoras
u Limitaciones de tiempo
130
Requisitos de Construcción (cont.)
u Preparación de la superficie a pavimentarse
u Mezclado
u Transporte, depositado y terminación
u Compactación
u Juntas, recorte de bordes y limpieza
u Requisitos de la superficie
131
Requisitos de Construcción (cont.)
u Pruebas de espesor del pavimento
u Protección del pavimento
132
Componentes de la Pavimentadora: Especificación 401-3.04
u Tolva
u Sistema de distribución
u Gusano (“screed auger”)
u Plancha vibratoria (“Screed”)
u Sistema de calentamiento de la plancha
u Velocidad de operación
133
Componentes de la Pavimentadora: Tolva (Hopper and Wings)
134
Componentes de la Pavimentadora: Sistema de alimentación (conveyor feeder system)
135
Componentes de la Pavimentadora: Gusano (Auger)
136
Componentes de la Pavimentadora: Plancha Vibratoria (Screed)
137
Componentes de la Pavimentadora: Velocidad de Operación
138
Pavimentadoras: Especificación 401-3.04 (cont.)
u Sistema de control automático de pendiente y peralte
u Elevación de la plancha
u Línea de referencia / sensores mecánicos
u Eskí o viga flotante de 30 pies de longitud (9 metros)
u Eskí corto (shoe horse)
139
Aplanadoras: Especificación 401-3.05
u Tipos
u Vibratorio u Estático – ruedas de acero
doble u Gomas (neumáticos)
Velocidad: máximo de 3mph a 4 mph è equivalente a la velocidad de caminar
140
Aplanadoras Vibratorias
Factores que afectan la compactación
u Peso
u Fuerzas de impacto/vibración
u Frecuencia
u Amplitud
u Respuesta de la vibración en la mezcla
141
Preparación de la Superficie a Pavimentar
Pavimento viejo
u Cotejar elevaciones de línea de centro y otros puntos de control
u Limpieza de superficie
u Polvo (i.e. cepillón)
u Material contaminante
u Capa niveladora
u Secciones irregulares
142
Preparación de la Superficie a Pavimentar (cont.)
u Corrección de hoyos, bacheo inadecuado, depresión
u Eliminar exceso de sellante en grietas o juntas
u Aplicar sellante (“tack coat”) a superficies de pavimentos que han estado en servicio al público por periodo mayor de 3 meses
143
Capa granular u Imprimación asfáltica (especificación
408)
Superficies de contacto u Imprimación de superficies de
encintados y registros que estarán en contacto con la mezcla bituminosa (“Tack Coat” – especificación 407)
Preparación de la Superficie a Pavimentar (cont.)
144
Temperatura
u Cemento asfáltico u No se debe calentar en exceso de 350 º F
u Temperatura de despacho de la mezcla a la obra u 20 º F sobre la temperatura de colocación
u Nunca deberá ser menor de 225 º F
145
Requisitos de Terminación de Superficie
u Superficie de rodaje – tolerancia de 3/16” en 10 pies
u Base – depresiones no deben exceder de ½”
u Porciento de largo defectuoso de la superficie de rodaje no deberá exceder 4%
u Textura de la superficie – método del círculo de arena (“Sand Patch”)
146
Construcción de Juntas: Especificación 401-3.12
Junta caliente
u Junta longitudinal entre dos carriles que han sido constuidos aproximadamente al mismo tiempo (pavimentadoras en echelon)
u Diferencia en densidad es despreciable
147
Construcción de Juntas (cont.)
u Secuencia de roleo (Pavimentadoras en echelon) 1. Primera pavimentadora
distribuye la mezcla y la aplanadora inicial deja una franja de 3” a 6” del borde común sin compactar.
2. Segunda aplanadora compacta la franja de 3”a 6” en su primera pasada una vez depositada la mezcla asfáltica por la segunda pavimentadora.
148
Deficiencias en la Construcción de Juntas
Junta fría u Junta longitudinal entre dos carriles que han
sido construidos en periodos de tiempo diferente.
u Diferencia en densidad es evidente u Zona de baja densidad en el lado de la junta
del carril que se construyó inicialmente y una zona de alta densidad en el lado de la junta del nuevo carril.
149
Construcción de Juntas Transvesales
u Al terminar las obras del día u Corte a profundidad completa seguido por
imprimación de la cara vertical que va a estar contigua a la mezcla a depositarse el día siguiente
u Primera pasada transversal con una aplanadora estática con ruedas de acero compactando una franja de 6” de la mezcla recién depositada
150
Juntas Transversales (cont.)
u Repetir procedimiento cubriendo una franja adicional de 6” a 8” hasta que el ancho del rodillo de la aplanadora esté ubicado en la mezcla recién depositada
u Proveer tablones del espesor apropiado para que el rodillo de la aplanadora pueda compactar adecuadamente el borde del pavimento
151
Secuencia de Roleo
u Roleo inicial (“Breakdown Rolling”)
u Primera pasada en la carpeta recién depositada
u Puede utilizarse el mecanismo vibratorio
152
Secuencia de Roleo (cont.)
u Roleo intermedio
u Pasadas subsiguientes por la aplanadora(s) para obtener la densidad requerida antes de que la mezcla se enfríe a 225 º F (p.e. cotejar densidad con equipo nuclear)
153
Secuencia de Roleo (cont.)
u Roleo final u Mejorar la superficie en términos de remoción
de marcas del rodillo
u *** no contribuye a la densidad***
u No debe utilizarse el mecanismo vibratorio de la aplanadora
u La velocidad puede ser mayor pero nunca debe exceder las 7 mph
154
Requerimientos de la Superficie: Esp. 401-3.13 (p 15)
u Cotejo de variaciones en la superficie: reglote de 3 metros
u Criterio a satisfacer: u No exceda 3/16” en 10 pies
u No exceda 0.5 cm en 3 metros
u % de longitud defectuosa no debe exceder 4% en ningún segmento de 300 metros de longitud
u Exceso de ½” (1.25 cm) debe corregirse con material de capa niveladora o de superficie
155
Parte 3. ASPECTOS DE SEGURIDAD
156
Aspectos de Seguridad u Seguridad en el proyecto
u Plan de Control de Tránsito
u Especificación 638: Maintenance and Protection of Traffic
157
Lista de Cotejo del Inspector: Proceso HMA
1. Temperaturas
2. %compactación àDensidad de mezcla compactada
3. Espesor de la capa compactada
4. Defecto existente en superficie con antelación a la colocación de la mezcla
5. Suavidad (smoothness) del producto compactado
6. Tipo de equipo (peso, velocidad)
158
Lista de Cotejo: Equipos
1. Camiones u Conduce de despacho (toneladas, tipo de
mezcla, Temp, etc)
u Cumpla con el Reglamento de Dimensiones y Pesos
2. Pavimentadora y plancha (paver + screed)
3. Ski y controles asociados
159
Lista de Cotejo: Equipos
4. Equipo nuclear u 97% de compactación
5. Equipo extracción de testigos (núcleos/cores) – cotejo de espesores y propiedades ingenieriles de la mezcla
6. Reglote de 3m (straightedge)
u 3/16” en 10 pies
7. Profilograph – smoothness
u PI – Profile Index (mm/m, pulg/milla)
160
Defectos existentes
u Tipo de defecto
u Magnitud (% área con defecto)
u Severidad (baja, moderada, alta)
u Relacionado a carga (alligator, pothole, rutting, etc.)
u No relacionado a carga (bleeding)
u Defectos asociados a vicios de construcción (QC/QA deiciente) u (raveling, rutting, pothole, etc.)
u Falla funcional vs. estructural
161
Cemento asfáltico
u Susceptibilidad a cambios de temperatura
u Criterios de selección en Texas incluyen el nivel de tráfico pesado esperado durante la vida útil del pavimento en ΣESAL18
162
Referencias Técnicas
u Commonwealth of Puerto Rico, Department of Transportation and Public Works, Highway Authority, Standard Specifications for Road and Bridge Construction, 1989
u US Army Corps of Engineers, Hot-Mix Asphalt Paving Handbook 2000
163
Referencias Técnicas (cont.)
u The Asphalt Institute: www.asphaltinstitute.org
u Better Roads magazine: www.betterroads.com
u Bomag: www.bomag-americas.com - light equipment, heavy equipment
u video courses on HMA: www.eng.auburn.edu/center/ncat/ed/edvideo.html
164
Referencias Técnicas (cont.)
u FHWA: www.fhwa.dot.gov - FHWA Websites
u www.flexiblepavements.org
u NAPA: www.hotmix.org
u NACE: www.naco.org/affils/nace/index.htm -
u HMAT technology, HMA construction and production
165
Referencias Técnicas (cont.)
u ATSSA: www.atssa.com
u ARRA: www.arra.org
u Kandhal, P. “Moisture Susceptibility of HMA Mixes: Identification of Problem and Recommended Solutions”, www.eng.auburn.edu/center/ncat/reports/rep92-1.pdf
166
Referencias Técnicas (cont.)
u HMA Pavement Mix Type Selection Guide: www.fhwa.dot.gov/pavement/library.htm
u Establishing Hot Mix Asphalt Mixing and Compaction Temperatures at the Project Level: www.asphaltinstitute.org/superpav/temperature.html
Also: density specifications, full depth for parking lots, asphalt pavement construction, maintenance and repair, design mix, etc.
167
Información Adicional Benjamín Colucci, PhD, PE
Departamento de Ingeniería Civil y Agrimensura
Recinto Universitario de Mayagüez
Mayagüez, Puerto Rico 00681
Tel. (787) 834-6385 u 832-4040
Exts. 3393 ó 3403
Fax (787) 265-5695
email: [email protected]
168
Muchas gracias… 169