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Pavimentos de hormigón pretensado en carreteras y aeropuertos

Figura 1. Pavimento postesado. VSL Sistemas Especiales de Construcción Argentina S.A.

Con el fin de evitar fisuras en el pavimento, las losas de hormigón se tesan para contrarrestar la tracción provocada por el tráfico, la retracción y los gradientes térmicos. El principio de diseño de un pavimento de hormigón pretensado consiste en comprimirlo mediante el tesado de cables de acero insertados en la losa de hormigón. El tesado puede ser unidireccional o bidireccional, siendo este último aconsejable para pavimentos industriales, en cuyo caso, se recomienda que el nivel de tensión sea similar en ambas direcciones.

De esta manera, el hormigón comprimido permite espesores de losa menores que los de los pavimentos de hormigón en masa o armado. Además, es posible diseñar grandes áreas sin juntas o con juntas que pasan desapercibidas debido a la compresión que el hormigón recibe. De esta forma, se pueden distanciar las juntas hasta 150 m y se reduce el espesor de la losa en un 50 % debido a la disminución de las tensiones. Para ello, se han ensayado diversos sistemas de pretensado, tanto internos —con cables o alambres (postesado)— como externos —con gatos planos hidráulicos y juntas neumáticas—. Las juntas utilizadas están especialmente diseñadas para soportar cambios máximos de apertura, pero en algunos sistemas los estribos están dispuestos para resistir el empuje horizontal.

Los pavimentos pretensados evitan las grietas de retracción y flexión, eliminan las juntas de contracción y reducen el mantenimiento. Además, minimizan el alabeo de las losas, ofrecen un comportamiento elástico al sobrecargarse y reducen los espesores, a la vez que mejoran la planeidad con el tiempo. Sin embargo, su construcción requiere más cuidado y personal más especializado, además de una mayor supervisión para garantizar la adecuada colocación y el tesado de los cables. En caso de que falle una zona, hay que sustituir toda el área construida de forma unitaria, por lo que resulta poco rentable en superficies pequeñas. La rentabilidad de los pavimentos pretensados requiere una longitud de pavimento superior a 100 m o cuando los suelos presentan características mediocres. Se pueden conseguir pavimentos de 10 000 m² sin juntas.

Los requisitos de la plataforma de apoyo o de la superficie de subrasante son similares a los de los pavimentos de hormigón convencionales. Sin embargo, dado que los pavimentos postesados son más finos, el sistema resulta más flexible y se generan mayores esfuerzos verticales en la base. Por lo tanto, la calidad y la resistencia de la base son aún más importantes en este tipo de pavimentos que en los convencionales. Por esta razón, normalmente se especifica que el módulo de reacción de la base o la constante de balasto no sea inferior a 54 MPa/m.

Generalmente, los cables se postesan y anclan después de que el hormigón haya alcanzado una resistencia suficiente para soportar la fuerza del anclaje. El postesado puede ser adherido o no. A pesar de lo anterior, el diseño de este tipo de pavimentos plantea algunas dificultades para la reparación en caso de daños. Además, el diseño de las juntas entre las áreas donde se realiza el postesado no es un asunto trivial. Normalmente, se recomienda que el espaciamiento entre los cables longitudinales sea de entre 2 y 4 veces el espesor de la losa y de entre 3 y 6 veces el espesor de la losa para los cables transversales.

Figura 2. Sección de un pavimento de hormigón pretensado

Durante los años 60, varios países europeos desarrollaron técnicas de construcción mediante el pretensado en carreteras. Sin embargo, la geometría de las carreteras provoca más dificultades que ventajas, sobre todo debido a la dificultad de introducir el pretensado. En España se experimentó en 1963 en el tramo de pruebas de la N-II, pero no se continuó con el uso de esta técnica. Después de unos años de intenso tráfico, se dejó descomprimir y se reforzó con mezclas bituminosas.

Figura 3. Hormigonado de un pavimento postesado. VSL Sistemas Especiales de Construcción Argentina S.A.

La tecnología del hormigón pretensado se emplea sobre todo en pistas de aeropuertos y zonas industriales, donde se pueden encontrar grandes superficies continuas y casi horizontales, sin curvas en planta ni en alzado, como en las carreteras. Esto permite un menor espesor de la losa y una organización distinta de la de conservación. La primera aplicación en un pavimento aeroportuario tuvo lugar en Francia, en la pista de Orly. Sin embargo, esta pista falló después de seis años en servicio debido a la rotura de los aceros pretensados por oxidación. Por otro lado, en el aeropuerto de Schiphol, en Ámsterdam, se construyeron más de 700 000 m² de pavimento pretensado durante 15 años, con excelentes resultados.

Una alternativa viable es la construcción de pavimentos con losas pretensadas prefabricadas. En algunos países, especialmente en regiones con condiciones ambientales adversas, como el norte de la antigua Unión Soviética, se ha adoptado el método de las losas prefabricadas para evitar la complejidad de la colada «in situ» y los posibles errores asociados. De este modo, se logra industrializar el proceso, asegurar la calidad y reducir los plazos de obra. Además, esta técnica permite trabajar en cualquier época del año, incluso en condiciones de bajas temperaturas, donde no es posible utilizar hormigón o mezcla bituminosa debido a su enfriamiento instantáneo.

Figura 4. Losas prefabricadas pretensadas para pavimentos. https://www.concrete.org/portals/0/wp-content/uploads/pdf/webinars/ws_2021_Snyder_Precast.pdf

Existen dos tipos de losas prefabricadas: las que tienen un pretensado longitudinal y transversal y las que solo tienen un pretensado longitudinal. Las dimensiones de las primeras pueden alcanzar los 3,50 m x 6,00 o 7,00 m. Para el pretensado se emplea acero de 3 a 5 mm en dos capas cercanas a cada cara. Los cantos resultantes varían de 14 a 22 cm y se requieren entre 2 y 3 MPa de tensión inicial. El tamaño está limitado por el peso para el traslado y la colocación posteriores. Por otro lado, las losas pretensadas axialmente son más sencillas y tienen menores dimensiones: 1,75 o 2,00 m x 6,00 o 7,00 m. En este caso, se opta por un acero de mayor diámetro (14 a 16 mm) y un refuerzo transversal con armadura de barras de 5 a 7 mm. Además, los bordes llevan un armado suplementario.

En las losas se dejan abrazaderas para unirlas mediante soldadura in situ. Las juntas se rellenan dos tercios con un mortero pobre de arena y se sellan con un mástico anticarburante. Cada dos o tres, se dejan libres para permitir la dilatación, lo cual depende de la gama de temperaturas ambiente. Las bases en este tipo de pavimento son las tradicionales de los pavimentos rígidos, aunque se recomienda tratarlas con cemento. A veces, se extiende una capa de 3 a 6 cm de arena y cemento para asegurar una mejor superficie de apoyo, según el tipo de base empleado.

Os dejo un artículo sobre pavimentos prefabricados de hormigón.

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Referencias:

CALO, D.; SOUZA, E.; MARCOLINI, E. (2015). Manual de diseño y construcción de pavimentos de hormigón. Instituto del Cemento Portland Argentino (ICPA).

IECA (2012). Firmes de hormigón en carreteras. Guías técnicas. Firmes y explanadas.

KRAEMER, C. (1965) Pavimentos de hormigón normal y pretensado. Experiencia española en el tramo de ensayo. Publicación n.º 18 del Laboratorio de Transporte y Mecánica del Suelo. Centro de Estudios y Experimentación de Obras Públicas (CEDEX). Madrid

KRAEMER, C.; PARDILLO, J.M.; ROCCI, S.; ROMANA, M.G.; SÁNCHEZ, V.; DEL VAL, M.A. (2010). Ingeniería de carreteras II. McGraw-Hill, Madrid.

RECUENCO, E. (2014). Firmes y pavimentos de carreteras y otras infraestructuras. Garceta grupo editorial, Colección Escuelas, Madrid.

Curso:

Curso de fabricación y puesta en obra del hormigón.

Esta obra está bajo una licencia de Creative Commons Reconocimiento-NoComercial-SinObraDerivada 4.0 Internacional.

Pavimentos de hormigón compactado con rodillo para carreteras

Figura 1. Pavimento de hormigón compactado con rodillo (HCR). https://www.youtube.com/watch?v=tMCJGh0FLr0

Los pavimentos de hormigón en masa incluyen los pavimentos de hormigón compactado con rodillo (HCR), que se caracterizan por una consistencia muy seca (una relación agua/cemento de 0,35 – 0,40) y requieren una compactación intensa mediante rodillos vibratorios y neumáticos, similar a la técnica utilizada para la gravacemento. A pesar de ello, el contenido de cemento es comparable al de un hormigón para pavimentos (no inferior a 300 kg/m³) y se emplean cementos especiales con un alto contenido de cenizas volantes (superior al 35 %). En el caso de caminos y vías rurales, esta solución resulta económica, duradera y de fácil ejecución.

El HCR puede producirse en una planta mezcladora de suelo-cemento o de mezcla granular, así como en una planta hormigonera con paletas móviles. Las dos primeras se dosifican por volumen, mientras que las segundas lo hacen por peso. Se ha demostrado que la dosificación por peso es más eficiente, pues garantiza una mezcla uniforme de áridos, cemento y agua. Por otro lado, se ha comprobado que la dosificación por volumen puede provocar variaciones significativas en la mezcla.

La extensión la ejecuta una extendedora de mezcla bituminosa o una motoniveladora, que son las máquinas más empleadas en la construcción de carreteras. Después de compactar la superficie y aplicar un riego para protegerla (que puede ser el mismo que se utiliza para el curado), el hormigón compactado puede abrirse al tráfico en un tiempo relativamente corto. Por lo tanto, este método resulta útil para refuerzos de carreteras con tráfico constante.

Figura 2. Pavimento de hormigón compactado con rodillo (HCR). https://docplayer.es/81543537-Concreto-compactado-con-rodillos-aplicacion-en-pavimentos-1.html

El HCR puede compactarse en una sola capa con equipos similares a los empleados en el aglomerado asfáltico. Estos equipos incluyen un rodillo vibrante liso y un rodillo neumático. El primero es el encargado de compactar, lo que permite una rápida capacidad portante para el tráfico y una excelente resistencia mecánica a la tracción durante la fase de endurecimiento. Este rodillo debe tener una carga estática igual o superior a 30 kg/cm de generatriz y de tracción en el rodillo vibrante. Por otro lado, el rodillo neumático se emplea para el «amasado y la terminación superficial» que el rodillo liso vibrante no puede lograr. Se utiliza con una carga de 3000 kg por rueda y una presión de inflado mayor o igual a 8 kg/cm².

El proceso de compactación comienza con el rodillo estático y, a continuación, se vibra el material hasta alcanzar el número de pasadas necesario para lograr un peso específico igual o superior al 97 % del máximo obtenido para la mezcla. No hay un número fijo de pasadas con el rodillo liso ni con el rodillo neumático, pues todo depende de las características de la base, del material y del equipo disponible, del espesor y del clima. Finalmente, se emplea el rodillo neumático (10-12 pasadas) para mejorar la terminación superficial, borrando las pequeñas deficiencias que puedan quedar tras el paso del rodillo liso y corrigiendo las fisuras superficiales. En esta etapa es esencial contar con un equipo de riego por aspersión, en caso de ser necesario, para mantener la humedad óptima y asegurar que la superficie permanezca húmeda sin formar charcos, especialmente en días calurosos y ventosos.

La compactación de los bordes es un aspecto crítico. En los laterales, se recomienda utilizar bordillos (en el caso de pavimentos urbanos) para lograr una mejor compactación. Si no hay bordillos disponibles, se puede extender el material del arcén y realizar una primera pasada con el rodillo a lo largo del borde antes de la compactación. Posteriormente, se debe realizar una segunda pasada sobre el borde antes de continuar con la compactación normal. Es importante contar con una contención lateral para evitar la descompactación del borde. Si se trabaja por carriles, se debe dejar una tira longitudinal central sin compactar, de alrededor de 40 cm de ancho, que actúe como contención. Luego, se compactará esta tira junto con el segundo carril. El mismo procedimiento se seguirá para la contención lateral, compactando la tira junto con el material de los arcenes.

Para el curado, se recomienda aplicar emulsión asfáltica aniónica tras la compactación para prevenir la pérdida de humedad y permitir que el conglomerante reaccione y fragüe adecuadamente (hidratación del cemento). Se sugiere emplear un camión regador para distribuir la emulsión asfáltica sin transitar por la capa recién compactada. Si se requiere la circulación de vehículos, se debe aplicar una capa de arena de aproximadamente 2 a 6 mm de espesor con una proporción de 4 a 7 litros por metro cuadrado, después de que la emulsión se haya secado, para evitar que las ruedas levanten el asfalto. Si no hay tráfico, se pueden utilizar productos de curado basados en polímeros que evitan la evaporación del agua y crean una superficie más resistente al reaccionar con la capa superficial de unos pocos milímetros del material puesto en obra.

Si se cubre el pavimento de HCR con una capa asfáltica, no se marcarán juntas, a menos que sea necesario realizar una junta transversal de construcción al final de la jornada o debido a interrupciones prolongadas. La junta transversal de construcción se cortará verticalmente, a una profundidad de 1/5 del espesor. En primer lugar, se extiende una cuña de hormigón seco para facilitar la salida de los equipos de compactación al final del día. Luego, se corta un poco de este hormigón seco con una motoniveladora y se rellena el espacio adyacente con grava. Las motoniveladoras dejan los bordes verticales, compactan y, al día siguiente, antes de iniciar los trabajos, retiran la grava sin tratar y la cuña de hormigón seco.

En caso de no cubrir el pavimento de HCR, se pueden cortar juntas transversales de contracción con separaciones de entre 12 y 15 m utilizando sistemas tradicionales, o bien permitir que se produzcan libremente, sin corte previo. Si se trabaja por carriles, para evitar la formación de juntas longitudinales en la unión de dos carriles contiguos, se dejará sin compactar un cordón longitudinal central de unos 40 cm de ancho en el primer carril. Este cordón se compactará al ejecutar el segundo carril.

El comportamiento del HCR es similar al de los pavimentos tradicionales de hormigón vibrado. Sin embargo, cuando se compacta con rodillo, la regularidad superficial que se logra a menudo no es suficiente para soportar altas velocidades de circulación. Por esta razón, en las autopistas suele colocarse una o varias capas de mezcla bituminosa. No obstante, actualmente se están construyendo algunos pavimentos HCR con extendedoras, lo que permite prescindir de la capa de rodadura bituminosa en algunos casos.

En las carreteras secundarias, se permite que el hormigón se fisure libremente por retracción, aunque a menudo se crean juntas mediante serrado. En cambio, en las carreteras principales es aconsejable colocar juntas transversales cercanas en el momento del vertido, a una distancia de unos 3 m, para que no se abran demasiado ni se reflejen en la posible capa de pavimento bituminoso.

El proceso constructivo del pavimento HCR sigue, en esencia, los mismos pasos que el de un pavimento ordinario. Estos son:

Preparación de la mezcla de hormigón in situ o cerca de ella. En algunos casos, se pueden agregar aditivos para retrasar el endurecimiento.
Transporte de la mezcla en camiones basculantes.
Colocación de hormigón con la máquina de pavimentación habitual de asfalto.
Compactación del hormigón con rodillos, que debe realizarse dentro de los 60 minutos posteriores a la mezcla, cuando el hormigón aún está fresco y maleable.
Aplicación de técnicas de curado para aumentar la resistencia y la durabilidad del pavimento y eliminar posibles grietas.
Corte con sierra y sellado de juntas.
Rectificaciones, si es necesario, con discos de diamante devastadores.

Os dejo algunos vídeos que espero os aclaren los aspectos constructivos de este pavimento.

Referencias:

IECA (2012). Firmes de hormigón en carreteras. Guías técnicas. Firmes y explanadas.

KRAEMER, C.; MORILLA, I.; DEL VAL, M.A. (1999). Carreteras II. Explanaciones, firmes, drenaje, pavimentos. Universidad Politécnica de Madrid, Madrid.

YEPES, V. (2023). Maquinaria y procedimientos de construcción. Problemas resueltos. Colección Académica. Editorial Universitat Politècnica de València, 562 pp. Ref. 376. ISBN 978-84-1396-174-3

Cursos:

Curso de compactación superficial y profunda de suelos en obras de ingeniería civil y edificación.

Curso de gestión de costes y producción de la maquinaria empleada en la construcción.

Esta obra está bajo una licencia de Creative Commons Reconocimiento-NoComercial-SinObraDerivada 4.0 Internacional.

Pavimentos de hormigón armado con juntas para carreteras

Figura 1. Pasadores en una junta de construcción de un pavimento rígido

En su momento, los pavimentos de hormigón armado con juntas se popularizaron debido a su capacidad para reducir la cantidad de uniones, lo que permitió separarlos varias decenas de metros, llegando incluso a los 30 m. El diseño buscó resolver el problema de conservación que representaban estas juntas, consideradas la zona más débil, mediante la reducción de su número y el aumento de la longitud de las losas. Si bien estos pavimentos solían utilizarse para el tráfico pesado, actualmente son poco comunes en las carreteras, aunque se emplean en pavimentos industriales y otras aplicaciones. No obstante, han quedado en desuso debido a su elevado coste, pues no se considera que su calidad sea proporcional al precio.

Los pavimentos de hormigón armado con juntas (Figura 2) se dividen en losas, que tienen una longitud mayor, y la armadura no se dispone de forma continua. En cambio, la armadura se interrumpe en la zona de las juntas, donde se instalan pasadores para mejorar las condiciones de transferencia de carga.

Figura 2. Esquema de un pavimento de hormigón armado con juntas

Es importante destacar que un mayor espacio entre juntas puede provocar un mayor movimiento de la losa debido a los cambios de temperatura y humedad, lo que puede afectar la transferencia de carga y aumentar la demanda de los sellos de las juntas. Por lo tanto, en este tipo de pavimentos, se exige la incorporación de pasadores en todas las juntas transversales, como medida obligatoria para garantizar la estabilidad a largo plazo.

Figura 3. Sección de un pavimento de hormigón armado con juntas

Las armaduras se ubican en el tercio superior de la losa, no con una función estructural, sino para evitar que se formen fisuras transversales entre las juntas. Esto garantiza la transmisión de cargas a través de las fisuras, impide la infiltración de agua y otros materiales finos y evita la formación de grietas en forma de “V” bajo la acción del tráfico. La distancia entre juntas longitudinales se mantiene en torno a 4-6 m, como en el caso del hormigón en masa, aunque actualmente se recomienda no superar los 9 m de separación entre juntas.

Figura 4. Pavimento de hormigón armado con juntas

La cuantía geométrica de armadura suele estar entre el 0,07 % y el 0,10 % del área de la sección transversal, y es frecuente el uso de mallas electrosoldadas, como la de tipo ME 15 x 15 A ø 6-6 B 500 T. En el sentido transversal, se utilizan tanto barras de unión como armadura distribuida, aunque con una cuantía inferior a la empleada en el sentido longitudinal.

Veamos en esta animación cómo funcionan los pasadores ante el paso del tráfico:

Referencias:

IECA (2012). Firmes de hormigón en carreteras. Guías técnicas. Firmes y explanadas.

KRAEMER, C.; MORILLA, I.; DEL VAL, M.A. (1999). Carreteras II. Explanaciones, firmes, drenaje, pavimentos. Universidad Politécnica de Madrid, Madrid.

Curso:

Curso de fabricación y puesta en obra del hormigón.

Esta obra está bajo una licencia de Creative Commons Reconocimiento-NoComercial-SinObraDerivada 4.0 Internacional.

El hormigón para pavimentos en carreteras

Figura 1. Pavimento de hormigón. https://www.fcc.es/-/el-pavimento-de-hormigon-regresa-a-las-carreteras-espanolas

Para que el hormigón de pavimento sea efectivo, debe resistir tanto el impacto del tráfico como las condiciones climáticas. A diferencia del hormigón estructural, que se somete principalmente a la compresión, el hormigón de pavimentos debe resistir la flexotracción. Las fisuras siempre aparecen donde la resistencia a la tracción es menor que en el resto del material, o en una zona con una mayor concentración de tensiones.

Los pavimentos presentan una geometría que los hace propensos a las fisuras, pues su gran superficie inferior, en contacto con la base, restringe la contracción, mientras que su cara superior está expuesta a la evaporación. Para prevenir esta situación, es importante tener en cuenta las siguientes recomendaciones:

Evitar el uso de relaciones agua/cemento inferiores a 0,40.
Impedir el intercambio de humedad entre la base y el ambiente mediante la saturación temprana de la base y el curado.
Evitar condiciones de restricción elevadas en la base.
Usar áridos limpios, libres de polvo y saturados.
Diseñar las mezclas de hormigón para obtener un adecuado nivel de ganancia de resistencia temprana y asegurar una exudación adecuada.

La normativa técnica exige ensayos específicos de flexotracción en probetas prismáticas para controlar la resistencia. La calidad del hormigón para carreteras debe ser superior a la de un hormigón para edificación, debido a las cargas repetidas del tráfico y a los efectos del clima. Este debe ser homogéneo, compacto y presentar las características mecánicas adecuadas a la categoría de la carretera y a las condiciones climáticas. La resistencia característica a flexotracción se sitúa, por lo general, entre 3,5 y 4,5 MPa tras 28 días.

Para pavimentar carreteras, se requiere el uso de hormigones con una resistencia mínima a la flexotracción de 3,5-4,0 o 4,5 MPa a los 28 días. Estos hormigones se conocen como HF-3,5, HF-4,0 y HF-4,5, según el artículo 550 «Pavimentos de hormigón vibrado» del Pliego de Prescripciones Técnicas Generales para Obras de Carreteras y Puentes (PG-3) del Ministerio de Fomento de España. Estas designaciones corresponden aproximadamente a resistencias a la compresión de 25, 30 y 35 MPa a los 28 días. Sin embargo, la relación entre las resistencias a la compresión y a la flexotracción varía según las materias primas y la dosificación empleadas.

En general, para los pavimentos de hormigón no es necesario emplear cementos «especiales». Por lo general, se utilizan cementos con una resistencia a la compresión de entre 30 y 40 MPa a los 28 días y una dosificación de entre 300 y 350 kg/m³, según la categoría de la carretera, las condiciones de ejecución y las propiedades requeridas. Se pueden emplear tanto cementos Portland como cementos con adiciones (como escorias, puzolanas, cenizas volantes, etc.). Estos últimos, en general, tienen una velocidad de fraguado más lenta, un menor contenido energético y un menor calor de hidratación que los Portland, lo que los hace más económicos. No obstante, se debe controlar el empleo de elevados volúmenes de adiciones, sobre todo en épocas de tiempo frío, y limitar el contenido de adiciones incluidas en el cemento al 20 %.

La dosificación mínima de cemento en el hormigón fresco será de 300 kg/m³, y la relación ponderal entre agua y cemento no deberá superar 0,46 para garantizar la resistencia y la durabilidad. En el caso de pavimentos bicapa con eliminación del mortero superficial, el contenido de cemento en la capa superior de hormigón fresco no debe ser inferior a 450 kg/m³. La consistencia más adecuada para estos hormigones es seco-plástica, con una medida de asentamiento en cono de Abrams que oscile entre 2 y 6 cm. Además, el árido grueso debe tener un coeficiente de Los Ángeles inferior a 35.

En función del tipo de textura que se desee obtener en el pavimento, se requerirá un árido fino o grueso con ciertas características específicas de desgaste y naturaleza. Si se busca una textura de árido visto en la que los vehículos estén en contacto directo con el árido grueso, este deberá tener un coeficiente de pulimento acelerado (CPA) no inferior a 0,50. Si se incrusta gravilla en la superficie del hormigón fresco, el coeficiente de Los Ángeles no debe superar 20.

Para texturas obtenidas mediante cepillado o estriado, en las que el mortero del hormigón entra en contacto con el tráfico, se requerirá que el porcentaje de arena silícea sea superior al 35 % (30 % en el caso de categorías de tráfico T2 o inferiores) para garantizar su durabilidad.

Se recomienda utilizar cemento de la clase resistente más baja posible, preferiblemente 32,5, que tenga una resistencia inicial normal (N). Se aconseja el uso de cementos con un alto porcentaje de adiciones activas para pavimentos. Sin embargo, si se requiere una apertura rápida al tráfico, se pueden emplear cementos de mayor categoría resistente (42,5 o 52,5) y de alta resistencia inicial (R).

Se aconseja utilizar aditivos plastificantes para facilitar la puesta en obra del hormigón, aunque hay que tener en cuenta que pueden retrasar el tiempo de fraguado. En las zonas donde se produzcan nevadas o heladas, es obligatorio incluir un inclusor de aire para crear poros que actúan como «cámaras de expansión». De esta manera, el agua puede aumentar de volumen al congelarse sin provocar desconchamientos durante las heladas. Además, los aditivos aireantes tienen un efecto plastificante y mejoran la tixotropía del hormigón fresco, evitando que los bordes del pavimento se desprendan al salir del equipo de encofrados deslizantes. La norma UNE-EN 12350-7 establece que la proporción de aire ocluido en el hormigón fresco vertido en obra no debe superar el 6 % en volumen. En este caso, la proporción de aire ocluido en el hormigón fresco no debe ser inferior al 4,5 % en volumen. Es crucial controlar el nivel de incorporación de este tipo de aditivos, ya que puede provocar una pérdida de resistencia.

La homogeneidad de las características del hormigón, como su consistencia y resistencia, es fundamental para obtener buenos resultados, especialmente cuando se emplea un proceso de puesta en obra mecanizado. La norma UNE-EN 12350-2 establece que la consistencia del hormigón debe estar entre 1 y 6 cm de asentamiento. El valor y los límites admisibles de los resultados deben ser indicados por el Pliego de Prescripciones Técnicas Particulares o, en su defecto, por el Director de las Obras. Además, pueden especificarse otros procedimientos alternativos para determinarlo.

Por otro lado, la masa unitaria de las partículas cernidas por el tamiz 0,125 mm (según la norma UNE-EN 933-2), incluido el cemento, no debe superar los 450 kg/m³. Sin embargo, en las capas superiores de los pavimentos bicapa, este valor puede aumentarse en 50 kg/m³. Es importante destacar que estos pavimentos deben cumplir con las limitaciones establecidas en la Tabla 550.4.

TABLA 550.4 Limitación del contenido máximo de finos en pavimentos bicapa (PG-3)

CAPA DEL PAVIMENTO	PORCENTAJE DE PARTÍCULAS CERNIDAS POR EL TAMIZ 0,063 mm (NORMA UNE-EN 933-2)
CAPA DEL PAVIMENTO	ÁRIDO GRUESO	ÁRIDO FINO
CAPA SUPERIOR	< 0,5 %	< 10 %
CAPA INFERIOR	< 1,5 %	< 10 %

Referencias:

IECA (2012). Firmes de hormigón en carreteras. Guías técnicas. Firmes y explanadas.

KRAEMER, C.; MORILLA, I.; DEL VAL, M.A. (1999). Carreteras II. Explanaciones, firmes, drenaje, pavimentos. Universidad Politécnica de Madrid, Madrid.

Curso:

Curso de fabricación y puesta en obra del hormigón.

Esta obra está bajo una licencia de Creative Commons Reconocimiento-NoComercial-SinObraDerivada 4.0 Internacional.

Gestión del mantenimiento de carreteras con presupuesto limitado

Tengo el placer de anunciar una conferencia invitada que impartiré el próximo día 3 de marzo de 2023, a las 17:00 h, denominada: “Gestión del mantenimiento de carreteras con presupuesto limitado”.

Esta charla está auspiciada por el Instituto Tecnológico de la Construcción. Se trata de una institución de educación superior de habla hispana, radicada en México, especializada en el ramo de la construcción, logrando una formación teórica-práctica de sus alumnos y es reconocida por el liderazgo y calidad de sus egresados.

Este instituto, tal y como se puede ver en su página web, nace en 1983 como respuesta de la Cámara Mexicana de la Industria de la Construcción a las necesidades de sus afiliados por tener profesionales especializados en materia de construcción. Se logra, así, que el proceso de vinculación escuela-industria de la construcción sea total, pues gracias a los estudios universitarios que se imparten, se ha logrado formar a ejecutivos y gestores de empresas constructoras.

Existe un formulario para aquellos de vosotros que queráis participar en este evento. El enlace es el siguiente: https://t.co/oHzVxz6iQ6

Entrevista en El Confidencial sobre la importancia de invertir en el mantenimiento de infraestructuras

Uno de los dos tramos del viaducto desplomado en el A-6. (EFE/Ana Maria Fernández Barredo))

Con motivo del VIII Congreso de la Asociación Española de Ingeniería Estructural celebrado en Santander, me solicitaron una entrevista para El Confidencial sobre el problema del viaducto de la A-6 en el municipio leonés de Vega de Valcarce. Los que ya me conocéis, sabéis que nunca comento este tipo de problemas concretos, a no ser que tenga todos los datos disponibles. Pero aproveché para insistir en la importancia del mantenimiento de nuestras infraestructuras. Os paso en pdf el contenido de la entrevista que me realizó el periodista José Pichel, por si os resulta de interés.

También la podéis ver completa aquí: https://www.elconfidencial.com/tecnologia/ciencia/2022-06-23/ingeniero-avisa-derrumbe-invertir_3448284/

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Conferencia magistral sobre optimización sostenible del mantenimiento de carreteras

Os dejo a continuación la grabación de la Conferencia Magistral que tuve la ocasión de presentar en el Congreso Nacional de Ingeniería Civil 2021. Dicho evento tuvo lugar en la modalidad virtual del 28 de junio al 02 de julio del 2021. El Congreso Nacional de Ingeniería Civil es el evento que reúne a profesionales, docentes, investigadores y empresarios del sector de la construcción en una jornada de capacitación acerca de las últimas innovaciones producto de las actividades de investigación en el sector de la construcción. Agradezco, una vez más, al Consejo Departamental de ICA del Colegio de Ingenieros del Perú – Capítulo de Ingeniería Civil, la deferencia que tuvo conmigo al invitarme a participar en su Congreso.

Materiales que se pueden emplear en un terraplén

Figura 1. Terraplén de acceso a paso superior

Las dos condiciones esenciales que tiene que cumplir un suelo para que sea utilizable son:

Que sea posible su puesta en obra en las debidas condiciones.
Que la obra sea estable y las deformaciones que se produzcan durante su vida resulten tolerables.

Estas dos condiciones dependen, por un lado, de las características intrínsecas del material y por otro, del estado natural en que se encuentre, influido primordialmente por su contenido de humedad.

Los materiales a utilizar en un terraplén son aquellos fáciles de apisonar y que una vez compactados son resistentes a la deformación y poco sensibles a los cambios de humedad o a las heladas.

En España, el Pliego de Prescripciones Técnicas Generales establece, en su artículo 330 “Terraplenes”, distintos tipos de suelos, en función de su granulometría, plasticidad, capacidad de soporte o resistencia a la deformación, posibilidad de entumecimiento, densidad máxima Proctor y contenidos de materia orgánica. Se dividen en suelos intolerables, tolerables, adecuados y seleccionados.

El Pliego distingue en los terraplenes cuatro zonas: cimiento, núcleo, espaldón y coronación. El cimiento lo define “la parte inferior de un terraplén en contacto con la superficie de apoyo, siendo su espesor mínimo de un metro” y la coronación sería la “la parte superior del relleno tipo terraplén, sobre la que se apoya el firme, con un espesor mínimo de dos tongadas y siempre mayor de cincuenta centímetros”. El espaldón es “la parte exterior de relleno tipo terraplén que, ocasionalmente, formará parte de los taludes del mismo. No se considerarán parte del espaldón los revestimientos tipo vegetal, encachados, protecciones antierosión, etc.” El núcleo es la “parte del terraplén comprendida entre el cimiento y la coronación”. Se nombra explanada al nivel del asiento del firme.

Figura 2. Zonificación bajo la explanada de una carretera

Sin embargo, hay que matizar al respecto que, una vez eliminada la cobertura vegetal, puede existir una zona, en contacto con el firme, —que es la parte superior del terraplén, y, por tanto, debería ser coronación—, pese a “estar por debajo de la superficie original del terreno”, y en segundo lugar, que si hay que hacer excavación adicional por presencia de material inadecuado, se ejecuta un “cajeado de desmonte”, que es una unidad de obra que debe cumplir especificaciones distintas a las exigidas al cimiento, por lo que deberemos diferenciarla. Por tanto, se propone definir el cimiento como “aquella parte del terraplén por debajo de la superficie original del terreno, que no corresponde a coronación ni a cajeado de desmonte”.

Los suelos inadecuados no cumplen las condiciones mínimas exigidas a los tolerables, y no pueden usarse en ninguna zona del terraplén. En núcleos y cimientos pueden emplearse los tolerables, adecuados o seleccionados. Los núcleos sujetos a inundación se formarán solo con suelos granulares (adecuados o seleccionados). En coronación deberán utilizarse suelos adecuados o seleccionados, aunque se pueden admitir los tolerables mejorados o estabilizados con cemento o cal.

Figura 3. Uso de suelos en función de la zonificación del terraplén, según PG-3

A efectos del artículo 330 del PG-3, los rellenos tipo terraplén estarán constituidos por materiales que cumplan alguna de las dos condiciones granulométricas siguientes:

Cernido, o material que pasa por el tamiz de 20 mm mayor del 70%
Cernido por el tamiz 0,080 mm mayor o igual al 35%

Se considerarán como suelos seleccionados aquellos que cumplen las siguientes condiciones:

Contenido en materia orgánica inferior al cero con dos por ciento (MO < 0,2%), según UNE 103204.
Contenido en sales solubles en agua, incluido el yeso, inferior al cero con dos por ciento (SS < 0,2%), según NLT 114.
Tamaño máximo no superior a cien milímetros (Dmax # 100 mm).
Cernido por el tamiz 0,40 UNE menor o igual que el quince por ciento (# 0,40 ≤ 15%) o que en caso contrario cumpla todas y cada una de las condiciones siguientes:
- Cernido por el tamiz 2 UNE, menor del ochenta por ciento (# 2 < 80%).
- Cernido por el tamiz 0,40 UNE, menor del setenta y cinco por ciento (# 0,40 < 75%).
- Cernido por el tamiz 0,080 UNE inferior al veinticinco por ciento (# 0,080 < 25%).
- Límite líquido menor de treinta (LL < 30), según UNE 103103.
- Índice de plasticidad menor de diez (IP < 10), según UNE 103103 y UNE 103104.

Se considerarán como suelos adecuados los que, no pudiendo ser clasificados como suelos seleccionados, cumplan las condiciones siguientes:

Contenido en materia orgánica inferior al uno por ciento (MO < 1%), según UNE 103204.
Contenido en sales solubles, incluido el yeso, inferior al cero con dos por ciento (SS < 0,2%), según NLT 114.
Tamaño máximo no superior a cien milímetros (Dmax ≤ 100 mm).
Cernido por el tamiz 2 UNE, menor del ochenta por ciento (# 2 < 80%).
Cernido por el tamiz 0,080 UNE inferior al treinta y cinco por ciento (# 0,080 < 35%).
Límite líquido inferior a cuarenta (LL < 40), según UNE 103103.
Si el límite líquido es superior a treinta (LL > 30) el índice de plasticidad será superior a cuatro (IP > 4), según UNE 103103 y UNE 103104.

Se considerarán como suelos tolerables los que, no pudiendo ser clasificados como suelos seleccionados ni adecuados, cumplen las condiciones siguientes:

Contenido en materia orgánica inferior al dos por ciento (MO < 2%), según UNE 103204.
Contenido en yeso inferior al cinco por ciento (yeso < 5%), según NLT 115.
Contenido en otras sales solubles distintas del yeso inferior al uno por ciento (SS < 1%), según NLT 114.
Límite líquido inferior a sesenta y cinco (LL < 65), según UNE 103103.
Si el límite líquido es superior a cuarenta (LL > 40) el índice de plasticidad será mayor del setenta y tres por ciento del valor que resulta de restar veinte al límite líquido (IP > 0,73 (LL-20)).
Asiento en ensayo de colapso inferior al uno por ciento (1%), según NLT 254, para muestra remoldeada según el ensayo Proctor normal UNE 103500, y presión de ensayo de dos décimas de megapascal (0,2 MPa).
Hinchamiento libre según UNE 103601 inferior al tres por ciento (3%), para muestra remoldeada según el ensayo Proctor normal UNE 103500.

Se considerarán como suelos marginales los que no pudiendo ser clasificados como suelos seleccionados, ni adecuados, ni tampoco como suelos tolerables, por el incumplimiento de alguna de las condiciones indicadas para estos, cumplan las siguientes condiciones:

Contenido en materia orgánica inferior al cinco por ciento (MO < 5%), según UNE 103204.
Hinchamiento libre según UNE 103601 inferior al cinco por ciento (5%), para muestra remoldeada según el ensayo Proctor normal UNE 103500.
Si el límite líquido es superior a noventa (LL > 90) el índice de plasticidad será inferior al setenta y tres por ciento del valor que resulta de restar veinte al límite líquido (IP < 0,73 (LL-20)).

Se considerarán suelos inadecuados:

Los que no se puedan incluir en las categorías anteriores.
Las turbas y otros suelos que contengan materiales perecederos u orgánicos tales como tocones, ramas, etc.
Los que puedan resultar insalubres para las actividades que sobre los mismos se desarrollen.

Referencias:

ABECASIS, J. y ROCCI, S. (1987). Sistematización de los medios de compactación y su control. Vol. 19 Tecnología carreteras MOPU. Ed. Secretaría General Técnica MOPU. Madrid, diciembre.

ROJO, J. (1988): Teoría y práctica de la compactación. (I) Suelos. Ed. Dynapac. Impresión Sanmartín. Madrid.

YEPES, V. (1997). Equipos de movimiento de tierras y compactación. Problemas resueltos. Colección Libro Docente n.º 97.439. Ed. Universitat Politècnica de València. 253 pág. Depósito Legal: V-4598-1997. ISBN: 84-7721-551-0.

YEPES, V. (2021). Procedimientos de construcción para la compactación y mejora del terreno. Colección Manual de Referencia, 1ª edición. Editorial Universitat Politècnica de València, 426 pp. Ref. 428. ISBN: 978-84-9048-603-0.

Esta obra está bajo una licencia de Creative Commons Reconocimiento-NoComercial-SinObraDerivada 4.0 Internacional.

Capas y bases tratadas: Gravaescoria

Figura 1. Escoria granulada. http://www.cedex.es/NR/rdonlyres/BFF81F23-BDB7-4B5B-85A5-A7ABD2974A42/119856/ESCORIASDEHORNOALTO.pdf

La gravaescoria consiste en una mezcla homogénea de áridos, escoria granulada de alto horno, cal y agua, que convenientemente compactada, se utiliza en la construcción de firmes de carreteras. La regulación de esta unidad de obra se recogía en el ya derogado artículo 515 del PG3. Se trata de un tipo de base desarrollada en Francia en los años 60 del siglo pasado. Su mayor problema es el coste del transporte de la escoria desde el alto horno a la central de fabricación, siendo 100 km una distancia límite. Esta es una de las razones por las que se encuentra desregulado su empleo. De hecho, actualmente en España la producción de escoria se localiza en Asturias, concentrándose su consumo principalmente en la zona norte del país.

La escoria granulada es una arena vitrificada obtenida por el enfriamiento brusco y controlado de la escoria de alto horno, a la salida de éste. Está constituida fundamentalmente por silicatos cálcicos, conteniendo también otras sustancias, principalmente alúmina y magnesia. La gravaescoria parte de una mezcla de árido, un 15-20% de escoria granulada de alto horno, agua y un 1% de cal viva o apagada que actúa como catalizador del fraguado. El catalizador es necesario porque la escoria granulada no es un conglomerante hidráulico, sino puzolánico. Por ello el fraguado (en puridad, una cristalización) es progresivo y lento, que puede durar varios meses, llegando al cabo de unos 2 años a alcanzar las resistencias obtenidas con la gravacemento. En otros países se utiliza escoria aireada, obtenida por enfriamiento con agua y aire.

Los áridos utilizados serán naturales o procedentes del machaqueo y trituración de piedra de cantera o grava natural. Serán limpios, sólidos y resistentes, de uniformidad razonable, exentos de polvo, suciedad, arcilla y otros materiales extraños. Su huso granulométrico es algo más abierto que en el caso del árido para la gravacemento. La humedad de la mezcla es algo superior a la óptima del Proctor Modificado. Se aconseja un riego de curado, aunque no es estrictamente necesario.

El proceso de ejecución será el que se indica a continuación:

Preparación de la superficie
Fabricación de la mezcla
Transporte y vertido
Compactación y acabado

La fabricación en central permite dosificar por separado el árido, la escoria granulada, la cal y el agua. Se debe asegurar una compactación que llegue al 100 % del Proctor Modificado, así como un buen drenaje del firme para evitar futuros problemas. La extensión se realiza por capas que, una vez compactadas, varíen entre 15 y 30 cm. Sin embargo, la compactación se realizará en una sola tongada.

La compactación se inicia por el borde más bajo de las distintas bandas longitudinales y continuará hacia el borde más alto de la capa, con el solape correspondiente. En los bordes se debe disponer de una contención lateral adecuada. Esta unidad de obra se puede ejecutar si la temperatura ambiente a la sombra supera los 5ºC y no se prevean heladas. Sin embargo, si la temperatura tiene tendencia a crecer, podrá bajarse el límite a 2ºC.

Cuando la gravaescoria es económicamente factible, presenta algunas ventajas respecto a la gravacemento. Así, su lento endurecimiento permite más tiempo de puesta en obra y abrir al tráfico ligero inmediatamente. Aunque se deforme la capa, siempre se podrá reperfilar antes de extender el pavimento. Otra ventaja es la homogeneidad conseguida en la mezcla debido a la elevada proporción de conglomerante, siendo la humedad y el contenido de escoria factores menos críticos. El problema del reflejo de las grietas en el firme se reduce debido a su menor retracción, por lo que es posible disminuir el espesor del pavimento bituminoso.

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Referencias:

JOFRE, C.; KRAEMER, C. (dir.) (2008). Manual de estabilización de suelos con cemento o cal. Instituto Español del Cemento y sus Aplicaciones (IECA), 217 pp.

KRAEMER, C.; MORILLA, I.; DEL VAL, M.A. (1999). Carreteras II. Explanaciones, firmes, drenaje, pavimentos. Colegio de Ingenieros de Caminos, Canales y Puertos, Madrid.

YEPES, V. (2014). Maquinaria para la fabricación y puesta en obra de mezclas bituminosas. Apuntes de la Universitat Politècnica de València. Ref. 749.

YEPES, V. (2020). Procedimientos de construcción de cimentaciones y estructuras de contención. Colección Manual de Referencia, 2ª edición. Editorial Universitat Politècnica de València, 480 pp. Ref. 328. ISBN: 978-84-9048-903-1.

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Optimización del mantenimiento del pavimento en carreteras mediante GRASP

La insuficiente inversión en el sector público junto con programas ineficaces de infraestructura de mantenimiento conducen a altos costos económicos a largo plazo. Por lo tanto, los responsables de la infraestructura necesitan herramientas prácticas para maximizar la eficacia a largo plazo de los programas de mantenimiento. En el artículo que os presento se describe una herramienta de optimización basada en un procedimiento híbrido de búsqueda aleatoria y adaptativa (GRASP) considerando la aceptación del umbral (TA) con restricciones relajadas. Esta herramienta facilita el diseño de programas de mantenimiento óptimos sujetos a restricciones presupuestarias y técnicas, explorando el efecto de diferentes escenarios presupuestarios en el estado general de la red. La herramienta de optimización se aplica a un estudio de caso, demostrando su eficiencia para analizar datos reales. Se demuestra que los programas de mantenimiento optimizado rinden un 40% más a largo plazo que los programas tradicionales basados en una estrategia reactiva. Para ampliar los resultados obtenidos en este estudio de caso, también se optimizaron un conjunto de escenarios simulados, basados en el rango de valores encontrados en el ejemplo real. El trabajo concluye que este algoritmo de optimización mejora la asignación de los fondos de mantenimiento con respecto a la obtenida con una estrategia reactiva tradicional. El análisis de sensibilidad de una gama de escenarios presupuestarios indica que el nivel de financiación en los primeros años es un factor impulsor a largo plazo de los programas de mantenimiento óptimo.

Referencia:

YEPES, V.; TORRES-MACHÍ, C.; CHAMORRO, A.; PELLICER, E. (2016). Optimal pavement maintenance programs based on a hybrid greedy randomized adaptive search procedure algorithm. Journal of Civil Engineering and Management, 22(4):540-550. DOI:10.3846/13923730.2015.1120770

Os dejo a continuación la versión autor del artículo.

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