guías prácticas para la inspección de la colocación y...

Guías Prácticas para la Inspección de la Colocación y Compactación de Mezclas

Asfálticas Calientes Benjamín Colucci, PhD, PE, PTOE

[email protected]

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

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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

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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

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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

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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

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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

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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°)

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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

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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

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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)

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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

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Plancha (“Screed Unit”)

53

Fuerzas en la Plancha

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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


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)

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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

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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 )

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Importancia de la Compactación

u Estabilidad

u Resistencia

u Durabilidad

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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

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Temperatura en la colocación de Mezcla Asfáltica

u  Pérdida de temperatura en la colocación de la mezcla asfáltica con el tiempo

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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

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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

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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

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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

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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

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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

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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


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


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


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


•  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


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


•  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


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


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


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


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


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


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


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


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


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

guías prácticas para la inspección de la colocación y...

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