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CAPTULO I.- INTRODUCCIN............................................................................................................... 1 1.1 ObjetivoGeneral.............................................................................................................2 1.2 ObjetivosEspecficos......................................................................................................2 CAPTULO II.MARCOTERICO...........................................................................................3 2.1 Definicin de hormign compactado con rodillo (HCR)................................................ 3 2.2 Resea histrica del hormign compactado con rodillo .............................................. 3 2.3 Descripcin del hormign compactado con rodillo (HCR) .......................................... 4 2.4 Caractersticas y mtodos constructivos ..................................................................... 4 2.4.1 Transporte ................................................................................................................. 4 2.4.2 Colocacin ................................................................................................................ 5 2.4.3 Compactacin ........................................................................................................... 5 2.4.3.1 Proceso compactacin HCR. ................................................................................. 7 2.5 Esquema proceso constructivo hormign compactado con rodillo HCR ................... 11 2.6 Campo de aplicacin .................................................................................................. 12 2.7 Experiencias extranjeras ............................................................................................ 12 2.7.1 Canad ................................................................................................................... 12 2.7.2 Estados Unidos ........................................................................................................ 12 2.7.3 Argentina.................................................................................................................. 13 2.8 Experiencias en Chile ................................................................................................. 13 2.8.1 Codelco Divisin Salvador.................................................................................... 13 2.8.2 Calle La Ligua, Temuco ........................................................................................... IntroduccinLa implementacin de nuevas tecnologas para la construccin de carreteras, son cada vez ms necesarias para dar respuesta a las exigencias de diversa ndole en el sector vial, lo cual requiere de la investigacin de las mismas para identificar aquellas que proporcionen la mejor solucin. En vista que actualmente la tecnologa del Concreto Compactado es una alternativa que se est empleando, para la construccin de la estructura del pavimento, con el objeto de proporcionar informacin orientada a conocer los atributos del CC y su uso en la construccin de pavimentos. En lo sucesivo, para el desarrollo de este informe, se har referencia a informacin relacionada con el concreto compactado especficamente del diseo de la mezcla, los procesos constructivos implementados y algunos efectos de la reflexin de fisuras del CC en capas de rodadura de mezcla asfltica. As mismo, se llev a cabo un anlisis de costos (de construccin y mantenimiento) para comparar la alternativa del CC, respecto a otras estructuras de pavimentos comnmente utilizadas en la construccin de carreteras; as como tambin para comparar la alternativa de la colocacin de una capa de rodadura de mezcla asfltica en caliente sobre una capa de CC, respecto a la alternativa de cepillado de dicha capa.La tecnologa ingresa a Chile con la presa Pangue, en los aos 90, lo que signific un hito en la historia del HCR, constituyndose en su tiempo en la ms alta del mundo -121 metros de altura- construida en base a esta tecnologa. La segunda obra relevante en el pas construida con esta tcnica de hormign correspondi a la presa Ralco terminada en el ao 2002- con un volumen total de HCR de 1,5 millones de metros cbicos y una altura de 155 metros.

Objetivos Objetivos Generales En el siguiente informe se abordara informacin tcnica sobre el hormign compactado y sus especificaciones tcnicas, Estudiar la aplicacin del hormign compactado como una alternativa para la construccin de pavimentos Objetivos especficosEl presente estudio tiene por finalidad mostrar los resultados obtenidos tras realizar un anlisis comparativo entre el hormign tradicional y el hormign compactado con rodillo (HCR) en pavimentos, da a conocer primeramente la definicin del hormign compactado con rodillo, sus caractersticas, aplicaciones en Chile y adems su proceso constructivo. Determinar las caractersticas fsicas de los agregados y un modelo de dosificacin en laboratorio para la aplicacin en el hormign compactado con rodillo.Evaluar las propiedades del hormign fresco y endurecido, proponer consideraciones practicas en transporte, extensin, compactado y curado del hormign compactado con rodillo.Determinar los costos del hormign compactado y realizar una comparacin con el

Desarrollo El hormign compactado (HC) es un material constituido por agregados, cemento, agua (en menor cantidad que para un concreto convencional) y aditivos (opcional). Su mayor uso ha sido en la construccin de presas donde es necesario el empleo de concreto masivo. As mismo, se ha utilizado en la construccin de pavimentos, pistas de aeropuertos, proteccin de las mrgenes de canales y en la construccin de fundaciones masivas. En pavimentos existen antecedentes que datan del ao 1930, cuando en Suecia se llev a cabo una forma de concreto compactado con rodillo. En E.E.U.U., en 1942 se llev a cabo el proyecto carretero en Yakima, Washington. Sin embargo, el mayor uso del CC para la construccin de pavimentos en pases como Canad y E.E.U.U., data desde 1980. Debido a ello, la tcnica de CC se considera relativamente reciente y su tecnologa an contina evolucionando.

Generalidades del HC. El HC es conocido comnmente en la literatura como una mezcla de concreto de cemento Portland de cero revenimiento. Su espesor para uso en pavimentos comprende capas menores a 25 cm de espesor compactado. As mismo, es importante mencionar que la tcnica del HC no utiliza dovelas, acero de refuerzo ni formaletas. El HC puede utilizarse como capa de rodadura; sin embargo, con el objeto de mejorar la regularidad superficial del pavimento, puede utilizarse una sobrecapa de mezcla asfltica en caliente. Respecto a los componentes del HC, los agregados pueden ser materiales procedentes o no de trituracin y comprenden agregados gruesos (grava) y finos (arena), los cuales constituyen aproximadamente del 75% al 85% del volumen de la mezcla. El cemento a utilizar puede ser cemento Portland tipo I o tipo II, cuyo contenido en la mezcla oscila entre un 10% y un 17% por peso seco de los agregados. La relacin agua-cemento, comparada con el concreto convencional, presenta valores bajos, en el orden de 0.40. El empleo de aditivos en el HC, se da generalmente cuando se requiere ms tiempo en el proceso de tendido y compactacin, por lo que se utilizan aditivos retardadores de fraguado. Respecto a las propiedades ingenieriles del HC, algunas fuentes de informacin tcnica establecen que, de acuerdo al contenido de cemento utilizado en la mezcla, ste puede lograr una resistencia a la compresin y a la flexin (a 28 das de edad) en el orden de 250 kg/cm2 hasta 350 kg/cm2 y de 35 kg/cm2 hasta 50 kg/cm2, respectivamente.

Equipo y ensayos de laboratorio. Para el diseo de la mezcla del HC y para el Control de Calidad durante la construccin del pavimento, se utiliza equipo de laboratorio y procedimientos de ensayo estandarizados por organizaciones reconocidas, como ASTM. Entre el equipo de laboratorio que se utiliza destacan el Consistmetro Vebe descrito en ACI 211.3 (Guide for Selecting Proportions for No Slump Concrete), martillo y moldes para ensayos de compactacin de suelos descritos en ASTM D 1557 (Standard Test Methods for Laboratory Compaction Characteristics of Soil Using Modified Effort), mesa vibratoria para la elaboracin de especmenes de vigas y cilindros (para determinar la resistencia a la flexin y compresin de la mezcla, respectivamente), densmetro nuclear, etc.

Mtodos de diseo de la mezcla para HC. Los mtodos utilizados en el diseo de la mezcla para HC pueden ser los siguientes: Dosificacin por ensayos de consistencia. Este mtodo est basado en el anlisis de la trabajabilidad de la mezcla para CC, de tal manera que esta pueda ser lo suficientemente seca para soportar el peso del equipo de compactacin, y lo suficientemente hmeda para permitir una adecuada distribucin de la pasta en toda la mezcla durante las operaciones de mezclado y compactacin. El equipo de laboratorio utilizado para dicho anlisis es el Consistmetro Vebe (ver fotografa 1), , el cual est compuesto por una mesa vibratoria de frecuencia y amplitud fija y contenedores metlicos de volumen conocido.El objetivo de los ensayos de laboratorio es medir el tiempo de vibracin en segundos, requerido para consolidar la mezcla completamente. La norma de ensayo utilizada es ASTM C 1170 (Standard Test Methods for Determining Consistency and Density of Roller-Compacted Concrete Using a Vibrating Table). Algunas investigaciones han determinado que el tiempo requerido para la consolidacin de una mezcla para CC debe oscilar entre 30 y 40 segundos. Dosificacin por ensayos de compactacin por impacto. Este mtodo est basado en la prdida de resistencia en una mezcla para HC, que puede ocurrir por un contenido de humedad arriba o abajo del valor ptimo, debido a la variacin en la relacin agua-cemento. El objetivo del mtodo es establecer el valor del contenido ptimo de agua y de la densidad mxima para la mezcla de HC, utilizando el mtodo de ensayo ASTM D 1557 (Ver fotografa 2). Los valores obtenidos pueden utilizarse durante la construccin de la capa de HCR, con el objeto de verificar el grado de compactacin de la misma. Una vez determinado el contenido de humedad ptimo de la mezcla, se realizan variaciones en las proporciones de cemento, hasta seleccionar el contenido de cemento con el cual se alcance la resistencia requerida. Los procedimientos utilizados para la elaboracin de los especmenes de ensayo, frecuentemente involucran el empleo de la mesa vibratoria o el procedimiento descrito en ASTM D 1557.

El diseo de la mezcla se basa en la dosificacin por ensayos de compactacin por impacto, tomando en cuenta las siguientes etapas: Determinacin de la mejor relacin de arena / agregados de la mezcla. Obtencin del contenido ptimo de agua en la mezcla para alcanzar la compactacin de diseo. Determinacin del contenido ptimo de cemento en la mezcla para alcanzar la resistencia mnima especificada. Verificacin de los resultados.

Proceso constructivo Produccin y transporte de la mezcla para CC. La produccin de la mezcla para CCR se lleva a cabo en plantas dosificadoras (ver fotografa 3), las cuales deben ubicarse tan cerca como sea posible del lugar donde se construye el pavimento, con el objeto de disminuir el tiempo de acarreo y con ello mantener las caractersticas de trabajabilidad de la mezcla. La capacidad de produccin de algunas de estas plantas puede encontrarse entre 100 ton/hr y 250 ton/hr; sin embargo, en algunos casos, existen limitaciones en el rendimiento de las mismas, debido al tiempo que debe emplearse para la limpieza continua de las aspas de mezclado, para efectos de retirar el concreto adherido.La planta dosificadora utilizada en el ejemplo mantiene una produccin promedio de aproximadamente 102 ton/hr, realizndose la limpieza de las aspas de mezclado por cada 21 m3 de concreto producido.La mezcla puede transportarse al lugar de su colocacin utilizando camiones de volteo y/o camiones mezcladores. Los camiones de volteo deben equiparse con cubiertas, para proteger la mezcla de los efectos adversos del medio ambiente, como pueden ser lluvia, viento, fro o calor. El equipo de transporte utilizado en el proyecto, consiste en camiones de volteo de aproximadamente 7 m3 de capacidad. Colocacin y compactacin de la mezcla para HC. Para la colocacin y compactacin de la mezcla para HCR, se emplea el mismo equipo que se utiliza para mezclas asflticas; sin embargo, la mquina pavimentadora utilizada para la colocacin de la mezcla, debe estar provista de dispositivos especiales que proporcionen un alto grado de compactacin a la misma (ver fotografa 4). En el se utiliza una mquina pavimentadora Ingersoll Rand, tipo TITAN 325, la cual es capaz de densificar la mezcla al 94% de la densidad mxima obtenida por el mtodo de ensayo, colocando 600 m3 diarios (jornada continua de 12 horas).

De acuerdo a los datos tcnicos de los fabricantes de la TITAN 325 EPM (Ingersoll - Rand ABG, Hameln, Alemania), dicha pavimentadora tiene capacidad de colocar ms de 1,000 m3 por hora. En la Figura 1 se presenta un detalle del tren de colocacin y compactacin del CC. Adems de la densificacin que proporciona la mquina pavimentadora a la mezcla para CC, se utilizan rodos lisos tipo tandem de 10 ton de capacidad o mayores para su densificacin final, y compactadoras neumticas para lograr superficies con un mejor acabado., debido al alto grado de compactacin obtenido por la pavimentadora utilizada en la construccin de la capa de CC, se emplea un rodo liso tipo tandem de 12 toneladas para la densificacin final. (Ver fotografa 5). Para obtener el grado de compactacin, preferiblemente deben utilizarse ensayos no destructivos, como por ejemplo el mtodo nuclear (ver fotografa 5). Las Especificaciones Tcnicas, establecen que el grado de compactacin de la capa de CC debe ser mayor al 97% de la densidad mxima obtenida por el mtodo de ensayo ASTM D 1557. Adicional al control del grado de compactacin, tambin se realizan extracciones de ncleos de la capa compactada para determinar su densidad y la resistencia a la compresin simple de dichos ncleos. As mismo, se realizan muestreos de la mezcla en el lugar de construccin de la capa de HC, para elaborar especmenes que permitan verificar la densidad mxima de acuerdo al ensayo ASTM D 1557 Curado y construccin de juntas. Por el bajo contenido de agua de la mezcla de HC, es necesario aplicar el curado de la superficie inmediatamente finalizada su compactacin, con el objeto de alcanzar la resistencia requerida. Para ello, es conveniente curar el concreto utilizando agua, la cual debe aplicarse en forma de roco sobre su superficie, normalmente durante un perodo de 7 das. La utilizacin de membranas de curado no es recomendable, en vista que en muchas ocasiones no se logra cubrir la superficie rugosa del concreto; adicionalmente esta puede ser daada por las mismas actividades de construccin.

Cuando las condiciones del proyecto establecen la construccin de una capa de rodadura de mezcla asfltica, sobre la capa de HC, puede aplicarse un riego de material asfltico (emulsin o rebajado) como procedimiento de curado, obteniendo resultados satisfactorios. El procedimiento de curado implementado, consiste en el curado por aproximadamente 24 horas, mediante la aplicacin de agua y posteriormente un riego de asfalto rebajado (RC 250) a una tasa de aplicacin de 0.3 gal/m2Las juntas transversales y longitudinales por contraccin del HC, usualmente no son construidas; sin embargo, cuando se dispone de ellas, stas son tratadas utilizando los procedimientos empleados para concreto convencional (aserrado y sellado). Para el sello de los cortes en las juntas, se est utilizando un sellador derivado de petrleo, conocido comercialmente como Crafco Polyflex Tipo 3.

Efecto de la reflexin de fisuras. Cuando se construye una capa de rodadura de mezcla asfltica sobre una capa de CCR, inevitablemente la carpeta asfltica presentar fisuras, producto de la reflexin de las juntas, fisuras y grietas existentes en el HC. En algunos casos, se considera innecesario emplear el sello de fisuras mientras exista poco deterioro, ya que su aplicacin incrementa el valor de IRI; sin embargo, ante la evolucin de las fisuras es conveniente sellarlas, especficamente cuando se presenta degradacin de las paredes de las mismas. Aunque se han utilizado distintas tcnicas para impedir la reflexin de las fisuras, ninguna ha tenido xito y en algunos casos nicamente se ha logrado demorar la aparicin de las mismas. Entre algunas de estas tcnicas se encuentran las siguientes: a) Impedir la adherencia entre las losas y la carpeta asfltica en la zona de la junta, colocndose sobre el HC un riego de arena de ro (2 cm de espesor). b) Colocar una lmina de fieltro asfltico extendido de 25 cm a 30 cm a cada lado de la junta. c) Armar el HC con una malla de acero de 4.2 mm en un ancho de 50 cm a cada lado de la junta. d) Utilizar geotextiles como antireflexivo. Algunas de las tcnicas indicadas anteriormente fueron sugeridas por el Instituto del Asfalto de E.E.U.U. para pavimentos de concreto hidrulico; sin embargo, ninguna ha sido efectiva, nicamente se demor la aparicin de las fisuras cuando se utiliz la lmina de fieltro asfltico.

Comparacin de costos de construccin y mantenimiento entre un pavimento de HCR y otras alternativas.

Para efectos de comparar los costos de construccin y mantenimiento de una estructura de pavimento que incluya una capa de CC, respecto a otras alternativas, es necesario considerar las mismas condiciones de trfico; es decir que las estructuras de pavimento a comparar, hallan sido obtenidas considerando las mismas condiciones de carga. Para ello, se tom de base las diferentes alternativas de estructuras de pavimento (cuatro alternativas), que fueron proporcionadas como parte del diseo preliminar en el Informe de Rediseo de Pavimentos y Estudio de Materiales de Construccin con mantenimiento y perodo de diseo de 20 aos. Los parmetros de diseo del tramo, para las diferentes alternativas, se presentan en la Tabla 1.

Las alternativas de estructuras de pavimento consideradas en el anlisis de costos son las siguientes: Alternativa 1. Compuesta de las siguientes capas (ver Figura 2): Capa de rodadura de mezcla asfltica en caliente (MAC) Capa de base de suelo-cemento (BSC). Capa de sub-base de suelo-cemento (SBSC). Capa de sub-base granular (SBG).

Alternativa 2. Compuesta de las siguientes capas (ver Figura 3): Capa de rodadura de mezcla asfltica en caliente (MAC). Capa de base de concreto compactado con rodillo (CCR). Capa de sub-base de suelo-cemento (SBSC). Capa de sub-base granular (SBG).

Alternativa 3. Compuesta de las siguientes capas (ver Figura 4): Capa de rodadura de concreto hidrulico simple con juntas (JPCP). Capa de sub-base granular (SBG).

Alternativa 4. Compuesta de las siguientes capas (ver Figura 5): Capa de rodadura de mezcla asfltica en caliente (MAC). Capa de base granular (BG). Capa de sub-base granular (SBG).

Los costos de construccin y mantenimiento (perodo de diseo de 20 aos) para cada una de las alternativas se presentan en la Tabla 2. Dichos costos consideran actividades para el sello de fisuras y bacheo de la capa de rodadura (para las alternativas 1, 2 y 4); sin embargo, en el caso de la alternativa 4 (mezcla asfltica, base y sub-base granular), adicionalmente se consider como costo de mantenimiento, la colocacin en los primeros 10 aos de dos capas de mezcla asfltica en caliente de 5 cm de espesor cada una. Evidentemente, es de esperar una mayor inversin en mantenimiento para la Alternativa 4, puesto que la estructura de pavimento es ms susceptible al deterioro por los efectos del clima y las cargas de trfico.Al comparar la informacin de la Tabla 2, se puede observar que la alternativa 2 (CCR), presenta un costo total similar a los obtenidos para las alternativas 1 (mezcla asfltica y base de suelo cemento) y 3 (concreto hidrulico). Sin embargo, existe una diferencia considerable entre el costo total de la alternativa 2 (HCR) con respecto a la alternativa 4 (mezcla asfltica y base granular), debido principalmente al costo de mantenimiento, el cual es aproximadamente 4 veces mayor que el de la alternativa 2.Comparacin del costo de cepillado de una capa de HCR vrs. Colocacin de mezcla asfltica en caliente sobre una capa de HCR. Para hacer la comparacin de costos del cepillado de una capa de HCR vrs. Colocacin de mezcla asfltica en caliente, se realiz una investigacin de los precios de dichas actividades a nivel del mercado nacional, considerando el costo de una pasada de la mquina cepilladora por metro cuadrado de pavimento (costo promedio igual a US$ 4.5/m2) vrs. el costo de colocar una capa de rodadura de mezcla asfltica en caliente de 5 cm de espesor por metro cuadrado de pavimento (costo promedio igual a US$ 6.25/m2). Con base en lo anterior, se puede determinar que an cuando se tenga que cepillar el ancho y longitud total de un tramo de carretera (en una pasada de la mquina cepilladora), el costo de colocacin de una capa de mezcla asfltica en caliente sera 1.4 veces mayor al costo del cepillado, lo cual coincide con algunas fuentes de informacin tcnica, como el Instituto del Cemento y del Hormign de Chile (ICH), quienes han estimado que el cepillado de un pavimento de concreto hidrulico tiene un costo menor a la colocacin de una mezcla asfltica en caliente sobre el mismo.

Conclusiones. Con base en la informacin recopilada del empleo del HCR y su uso en la construccin de pavimentos, as como de la comparacin de esta tecnologa con otras alternativas de pavimentos comnmente utilizadas, se concluye lo siguiente: a) El diseo de la mezcla para HCR es una de las etapas vitales para el xito de la capa a construir, ya que las caractersticas de trabajabilidad de la mezcla inciden en la efectividad del equipo de construccin que se utilice. b) La construccin de una capa de HCR es relativamente rpida; sin embargo, depender en gran medida del rendimiento de la Planta de produccin de la mezcla y de la experiencia del personal involucrado en las diferentes etapas de la construccin de la capa de HCR. c) Desde el punto de vista econmico, el empleo del HCR en la construccin de una estructura de pavimento, representa una alternativa competitiva respecto a otras que han sido comnmente utilizadas. d) No obstante que el HCR puede competir en economa y rapidez de construccin, debe considerarse que el mayor empleo de esta tecnologa en pavimentos es reciente, y an en los pases donde ha sido ms frecuente su uso, existen algunas interrogantes sobre el desempeo del mismo, en lo que respecta a la presencia de fisuras y la separacin entre juntas.e) El empleo del HCR como capa de rodadura, presenta limitantes en la construccin de vas de alta velocidad, ya que difcilmente se obtienen valores de IRI adecuados. Para utilizarlo en este tipo de vas y lograr una mejor comodidad, usualmente se construye una capa de rodadura de mezcla asfltica sobre la capa de HCR, o puede llevarse a cabo actividades de cepillado de la misma. f) El efecto de reflexin de fisuras en la capa de rodadura de mezcla asfltica, construida sobre una capa de HCR, es prcticamente inevitable.

g) En algunos casos puede que el cepillado de una capa de HCR requiera una sola pasada de la mquina cepilladora para mejorar la regularidad superficial de la misma, as como el empleo de dicha actividad exclusivamente en zonas puntuales, donde el valor de IRI sea deficiente. De ser as, es evidente que el cepillado sera ms efectivo en funcin del costo, respecto a la colocacin de una capa de rodadura de mezcla asfltica en caliente.

Recomendaciones.

Considerando que el uso del HCR en pavimentos es una tecnologa reciente y que la misma est iniciando su implementacin en nuestro pas, se recomienda lo siguiente: a) No generalizar el uso del HCR para la construccin de pavimentos, ya que la experiencia y literatura tcnica internacional an no rene suficiente informacin, que permita comparar el desempeo de la estructura de este tipo de pavimento, con la calidad de la mezcla y los procesos constructivos empleados para el mismo, y con respecto a otras alternativas de pavimentos conocidas tradicionalmente. b) Con el objeto que las Empresas Constructoras, dedicadas a la construccin de carreteras en nuestro pas, acumulen experiencia en el empleo de la tecnologa del CCR, se puede considerar la construccin de proyectos de baja envergadura, lo cual permitir crear antecedentes para implementar los procesos constructivos adecuados. c) Un elemento importante a considerar cuando se utiliza una capa de rodadura de mezcla asfltica en caliente sobre una capa de HCR, debe ser el impacto que generan los retrasos en el usuario de la va, cuando se lleven a cabo las actividades de mantenimiento de la misma. En su lugar, la tcnica del cepillado de la capa de HCR durante la etapa constructiva, podra ser una alternativa de solucin; sin embargo, se considera necesario un anlisis de costos del empleo de esta tcnica, en funcin de la condicin de dicha capa.

Bibliografia

1. ACI Committee 325. Report on Roller-Compacted Concrete Pavements. ACI 325.10R-95, American Concrete Institute, Reapproved 2001, 32 pginas. 2. ACI Committee 207. Roller-Compacted Mass Concrete. ACI 207.5R-99, American Concrete Institute, Ed. 1999, 47 pginas. 3. H.A. Todres, C.L. Wu and S.M. Tarr. Improving Roller Compacted Concrete Pavement Technology: Construction, PCA R & D Serial N 2014. Research & Development Information Portland Cement Association, Ed. 1995, pginas 3 - 25. 4. City of Columbus Public Service Department Transportation Division. Supplemental Specification 1523 Roller Compacted Concrete Pavements (RCC), May 2002, 10 pginas. 5. Instituto del Cemento y del Hormign de Chile. Cepillado y Restauracin de Pavimentos de Hormign. Boletn Tcnico del ICH, 2000, 15 pginas.

Anexos

Fotografa 1. Consistmetro Vebe.

Fotografa 2. Equipo para ensayo (Standard Test Methodsfor Laboratory Compaction Characteristics of Soil Using Modified Effort).

Fotografa 5. Compactacin final con rodo liso y determinacin de la densidad de campo de la capa de hCR, utilizando un densmetro nuclear.

Tecnologa del Hormign Informe tcnico

Hormign Compactado

Grupo N 5