Valoración de nuevas tecnologías de construcción y conservación de pavimentos. Cuba

RESUMEN:

Se dan a conocer distintas tecnologías consideradas como modernas empleadas en países desarrollados tales como: la RCC, White Topping, Fast Track, HPAP y otras, comenzando por una valoración y comparación técnico-económica entre los pavimentos flexibles y los rígidos y continuando por la realización de un análisis preliminar de las posibilidades de utilización de dichas tecnologías en Cuba en las actuales condiciones, para tratar de incidir en que los profesionales y empresas que se dedican a la construcción y la conservación de pavimentos de carreteras y otras vías de comunicación terrestres, puedan elegir y emplear las técnicas idóneas y más adecuadas para acometer los trabajos de pavimentación con mayor eficacia y con el menor impacto medio ambiental posible, tal como se requiere en el mundo y en Cuba, en vez de seguir empleando las tecnologías tradicionalmente empleadas.

Palabras Claves: Carreteras, Pavimentos, Tecnologías de Pavimentación.

ABSTRACT

Essential aspects of modern technologies used in pavement construction and repairing roadways with Portland Cement Concrete such as R.C.C., H.P.A.P., Fast Track and White Topping, also Paving Blocks are stated. These techniques stand out field of application main characteristics, advantages and disadvantages; A preliminary analysis of each is made to value the possibility of their application in the country to repair urban and rural roadway pavements. The technologies are presented as alternative-building techniques with regard to the techniques traditionally used.

Key words: Roadways, pavements, pavement technologies.

Introducción:

En el mundo contemporáneo el estado del arte del diseño y construcción de los pavimentos de las carreteras está en constante evolución y desarrollo, surgiendo así nuevas tecnologías que permiten su ejecución con menores costos y plazos de duración, con la necesaria calidad que aseguran la durabilidad a lo largo del período de diseño. En Cuba ciertamente hay que reconocer que no obstante la experiencia y tradición constructiva acumulada y los recursos aportados e invertidos por el estado, existe poco conocimiento de las actuales tecnologías que se emplean para construir, reparar y mantener los pavimentos de las carreteras en los países desarrollados de Norteamérica y Europa, apreciándose un predominio del empleo de pavimentos flexibles de Hormigón Asfáltico Caliente (H.A.C) respecto a los rígidos hechos con hormigón hidráulico con Cemento Pórtland, no obstante reconocerse a priori que estos últimos son definitivamente más económicos y duraderos.

Considerando la situación antes descrita y como resultado preliminar de las investigaciones que se desarrollan en el Departamento de Ingeniería Civil de la Facultad de Construcciones de la UCLV por un equipo de profesores, se pretende divulgar y dar a conocer los aspectos básicos o esenciales de las principales tecnologías que han surgido y se emplean actualmente en varios países desarrollados, brindando criterios para su utilización para la solución de la pavimentación de nuevas carreteras y la reparación de las existentes, con la aspiración de evaluar cuál o cuáles serían más convenientes de introducir y emplear a gran escala para mejorar el estado técnico que presenta la red de carreteras del país.

DESARROLLO:

La red de carreteras existentes en Cuba es una de las de mas densidad en Latinoamérica (0,55 km/km2 de superficie), requiriendo una parte importante de éstas (mas del 60 %) de trabajos de conservación (mantenimiento y reparación), tanto en zonas urbanas como en rurales.

Existe en la actualidad en los países de mayor desarrollo, una tendencia cada vez mayor de construir y efectuar trabajos de reparación de carreteras en especial de sus pavimentos, empleando hormigones hechos con Cemento Portland, es decir, utilizando pavimentos rígidos, tecnología que tiene ya mas de un siglo de existencia (Escocia 1865, Alemania 1888 y Estados Unidos 1892) en algunos de éstos.

En Cuba existe una capacidad instalada de producción de Cemento Portland de las mayores de Centroamérica y el Caribe, las materias primas básicas (arcilla y roca caliza) se encuentran en abundancia; cada vez es mayor el uso de crudos nacionales para abaratar los costos de su producción. Lo anterior indica que existen condiciones favorables para la producción y empleo de este importante material de construcción con mayor frecuencia en los trabajos de construcción y conservación de pavimentos.

Por el contrario, como es conocido para la fabricación de los Hormigones Asfálticos en Caliente (H.A.C.) y Fríos (H.A.F.) usados en la construcción y la conservación de pavimentos flexibles, se necesitan cantidades apreciables de cemento asfáltico extraído del proceso de refinación del petróleo, sin embargo no se explotan las reservas de asfáltita natural y que el consumo energético para producir una tonelada de betún asfáltico es mas de siete veces por superior al del cemento Portland, por lo que se puede plantear que el país y los ministerios encargados de estos trabajos deben analizar con mayor profundidad la conveniencia de un mayor empleo de los pavimentos rígidos respecto a los flexibles, para las nuevas construcciones y los trabajos de conservación de carreteras, tanto por su conveniencia económica como ambiental

Como no puede ignorarse que la mayoría de las carreteras poseen pavimentos flexibles con capas de rodadura de H.A.C., deben estudiarse y evaluarse la posibilidad de empleo de distintas tecnologías de construcción y reparación de pavimentos usadas en otros países como son: Hormigón Compactado con Rodillos (RCC); Hormigón Poroso (HPAP); Losas de hormigón Armado sobre pavimentos flexibles (White Topping y Ultra Thin White Topping); Técnicas de Construcción y Reparación Rápida (Fast Track) y los pavimentos de Adocreto.

Son precisamente los objetivos de este trabajo, hacer una divulgación y evaluación preliminar de las ventajas y desventajas para el país, de estas tecnologías modernas que emplean hormigones hidráulicos hechos con cemento Pórtland, así como dar a conocer las características esenciales de dichas tecnologías de pavimentación que permitan ejecutar estos trabajos con rapidez, calidad y economía y con la menor afectación ambiental.

COMPARACIÓN PAVIMENTOS RÍGIDOS VS. FLEXIBLES.

Ambos tipos de pavimentos poseen ventajas y desventajas que hacen posible realizar una comparación, llegándose a definir cual es el mejor, no obstante factores externos han incidido en que exista un predominio en Latinoamérica y en Cuba en particular de los flexibles, a pesar de reconocerse a priori que son mas caros finalmente. Ahora bien ¿ debemos conformarnos ante esta situación?.¿ por qué en los países desarrollados se manifiesta una tendencia cada vez mas fuerte de utilizar los rígidos ante los flexibles?. ¿ en qué consisten las modernas tecnologías de construcción y reparación de pavimentos flexibles empleando hormigones hechos con cemento Pórtland. En este artículo se tratará de brindar adecuada respuesta a las anteriores interrogantes.

En la Tabla 1 (ver Anexos), se aprecia una comparación entre ambos tipos de pavimentos, como se puede observar la mayoría de los aspectos son favorables para los rígidos.

Se ha comprobado que los rígidos son más económicos a lo largo del período de diseño (4), lo cual se ratifica también en la Tabla 2 (ver Anexos) para las vías de baja intensidad de tránsito según el Manual del IECA (5).

Con respecto al ataque de sustancias es cierto que los rígidos no se comportan satisfactoriamente ante los sulfatos, sin embargo en las condiciones de nuestro país este ataque no es significativo y sí son resistentes a los combustibles y lubricantes, algo muy frecuente en Cuba dado el estado técnico de una buena parte del parque automotor. El color gris claro del hormigón brinda mayor visibilidad al conductor en condiciones desfavorables del tiempo (lluvia, neblina, oscuridad, etc.).

La producción de cemento y del hormigón hidráulico se realiza con materiales de producción nacional, todo lo contrario a los materiales asfálticos que generalmente son de importación. Los rígidos presentan mejor rugosidad superficial en condiciones húmedas (usual en nuestro país).

Como se aprecia en el análisis cualitativo y cuantitativo anteriormente realizado los pavimentos rígidos superan a los flexibles, razón por la cual la tendencia mundial actual es a un mayor empleo de los mismos.

Evidentemente dada la situación económica predominante el concepto Costo Inicial o de Construcción posee un peso fundamental por lo que en varios años se continuarán usando prioritariamente los flexibles. No obstante ¿Qué impide el empleo de Tecnologías de Construcción y Conservación de pavimentos que emplean el hormigón hidráulico para realizar el mantenimiento y reparación de los flexibles existentes en la mayoría de las carreteras? ¿Cuáles son estas tecnologías y sus ventajas?

Tecnologías modernas de Pavimentación:

– Hormigón Compactado con Rodillos (RCC)

– Hormigón Poroso de Altas Prestaciones (HPAP)

– Losa de Hormigón Hidráulico sobre Pavimentos Asfálticos (White Topping y Ultra Thin White Topping).

– Pavimentos de Hormigón Hidráulico de Rápida Apertura al Tráfico (Fast Track).

– Pavimentos de Piezas Prefabricadas de Hormigón (Adocretos).

HORMIGON COMPACTADO CON RODILLOS (RCC)

Esta tecnología surge al inicio de la década de los años 70, en California, E.U.A., para ganar en rapidez y economía en la construcción de las cortinas de las presas de hormigón, comenzándose a emplear en los años 80 para construir losas de hormigón de los pavimentos rígidos de carreteras y los aeropuertos, demostrando que pueden obtenerse resultados similares a los del hormigón masivo convencional, aunque el consumo de cemento es algo superior.

Consiste en colocar en obra un hormigón hidráulico con cemento Portland de asentamiento cero (Cono de Abraham), es decir, de consistencia seca, el cual se compacta debidamente mediante Compactadores Vibratorios de Llantas lisas similares a los usados en las labores de movimiento de tierra lo que hace que la productividad se incremente sustancialmente, no obstante el diseño de la mezcla debe asegurar la humedad necesaria que haga posible una adecuada distribución de la pasta aglomerante a través del proceso de mezclado y de vibración. El RCC posee un 40 % menos de agua y un 30 % menos de pasta que en un hormigón convencional.

El proceso constructivo de una losa de hormigón de un pavimento rígido construido por esta tecnología consta de 5 pasos que esencialmente son los siguientes:

• 1. Producción de la mezcla.

• 2. Transportación.

• 3. Colocación y vertido.

• 4. Compactación.

• 5. Curado y protección.

La producción de este tipo de hormigón debe efectuarse en Plantas Dosificadoras – Mezcladoras que aseguren las proporciones correctas del diseño de la mezcla y su consistencia seca (asentamiento cero).

El Transporte generalmente debe realizarse en Camiones hormigoneras o en Camiones de Volteo de cama circular para menores distancias.

La colocación del mismo puede hacerse con pavimentadoras de moldes deslizantes (SLIPFORM PAVER) o directamente mediante Camiones Hormigoneras en capas entre 20 – 30 cm.

La compactación se efectúa con Cilindros Vibratorios de llantas lisas, pudiendo compactarse eficientemente flujos de hormigón superiores a los 700 m3/h, utilizando varios compactadores, tal como se hace al compactar tierra y roca. Debe efectuarse el curado de la losa de hormigón del tramo de pavimento construido durante siete días, con la única exigencia de usar materiales que se retiren con facilidad al concluir este proceso. El control se realiza de forma similar al hormigón masivo de consistencia normal.

Para producir en obra hormigones de consistencia cero se hace necesario emplear hormigoneras de eje vertical y horizontal de acción forzada, lo cual no siempre se puede garantizar para obtener un flujo ininterrumpido que garantice la debida productividad, sobre todo en tramos de carreteras rurales alejados de las plantas fijas de producción de hormigón, por lo que su posible empleo en Cuba debe ser analizada detenidamente, para definir la factibilidad técnica y económica de su utilización.

HORMIGÓN POROSO DE ALTAS PRESTACIONES (HPAP)

Esta tiene su origen en Australia para ejecutar pavimentos de campos deportivos en zonas lluviosas para posibilitar la rápida infiltración pluvial. Se ha expandido hacia Europa reportándose resultados positivos en tramos experimentales de carreteras en España para aumentar la seguridad de circulación vial incluso bajo nevadas de pequeña magnitud.

La losa de hormigón hidráulico se fabrica con áridos de rocas duras, agregados finos (silíceos), Cemento Portland de alta calidad, agua y aditivos especiales superplastificantes y retardadores, con una granulometría y dosificación que permite obtener un hormigón drenante, es decir, que el agua drene a través de la losa y que ésta posea la suficiente resistencia para evitar desprendimiento de los áridos y demás materiales ante los efectos del tráfico y el intemperísmo.

En experiencia adquiridas en un tramo experimental de 300 m en Villamayor, Salamanca, España (3), este tipo de pavimento ha demostrado ser duradero ante un tráfico pesado, ser antideslizante (en las nevadas al existir un gradiente térmico entre la superficie de la losa y la cara inferior que apoya sobre la base de grava cemento, esto origina el derretimiento de la nieve y el drenaje del agua), ser capaz de absorver el ruido producido por los neumáticos, facilidad de construcción al poder colocarse en obra con pavimentadoras asfálticas, entre otras ventajas.

Como desventajas fundamentales que hacen difícil su aplicación masiva en Cuba está él tener que usar aditivos que son de importación, lo cual encarece los trabajos; el aseguramiento de la resistencia de la capa de base al tener que usar suelos granulares buenos a excelentes como relleno o en su defecto geotextiles para garantizar la debida resistencia y drenaje y lo más difícil, lograr que el tramo de carreteras que posean este pavimento no tenga accesos laterales desde caminos de tierra y que circulen sobre él vehículos con sus neumáticos limpios y con mínimos salideros de lubricantes que puedan colmar los orificios que existen para poder ejercer la función drenante y antideslizante de este material, una de sus principales propiedades.

REFUERZO DE LOSAS DE HORMIGÓN HIDRÁULICO SOBRE PAVIMENTOS FLEXIBLES (White Topping y Ultra Thin White Topping):

Esta tecnología de rehabilitación de pavimentos es de reciente surgimiento, siendo concebida por la P.C.A. de los E.U.A. en 1985 y consiste en construir una losa de hormigón hidráulico relativamente delgada.: White Topping simple (WT) o relativamente delgada y reforzada con malla de acero (Ultra Thin White Topping), sobre pavimentos flexibles hechos con H.A.C. que presentan deterioros recurrentes y significativos que justifiquen su uso.

A diferencia con otras soluciones, ésta no debe considerarse un "parche o solución a corto plazo", todo lo contrario sin acometer apenas reparaciones previas y con una mínima preparación de la superficie, se logra una nueva superficie de rodadura fuerte y duradera para la circulación vial, lo cual alarga significativamente los años de servicio o vida útil con un bajo costo total, además se mejora el drenaje superficial y se eliminan condiciones inseguras como las roderas que surgen en los pavimentos asfálticos. Su vida útil superior a los 20 años, así como las ventajas antes enumeradas y los menores valores del costo total, debido a mínimas labores de conservación muy reducidos (7), aconsejan la evaluación mas profunda de las ventajas y conveniencias de su utilización en los trabajos de conservación que acomete el MITRANS y el MICONS en la red vial del país en lugares donde sea la solución idónea (parqueo de vehículos pesados en áreas de aparcamiento en los puertos, intersecciones de gran volumen de tráfico, en accesos a túneles, etc.).

HORMIGON HIDRAULICO DE RAPIDA APERTURA AL TRAFICO (FAST TRACK)

Esta técnica surgió recientemente, para dar respuesta a las necesidades crecientes de construir o reparar pavimentos de hormigón hidráulico, que permitan el tránsito lo más rápidamente posible (entre 8 y 24 horas) tiempo muy pequeño con relación a los periodos de 5 a 15 días especificados en la mayoría de las normas vigentes si se emplean tecnologías tradicionales de pavimentación. Esta técnica es conveniente usarla en intersecciones de vías urbanas, reparaciones en carreteras o autopistas donde existe el cobro de peaje; en reparaciones de los parqueos en los puertos, en áreas industriales, etc. en fin, donde debe ser mínima la afectación de la circulación vial en el tiempo. No existe una norma única para la resistencia que debe exigírsele al hormigón antes de su apertura al tráfico. La American Concrete Pavement Association (ACPA) propone una resistencia mínima a flexotracción de 1,4 Mpa para vehículos ligeros y para pesados de 2,4 Mpa (con carga a 1/3 luz) y con espesores mayores o igual a 0,20 m. Se emplean aditivos superplastificantes o aceleradores del fraguado para mejorar la plasticidad de la mezcla y aumentar así las resistencias al disminuir la relación agua cemento, el resto de los materiales: el cemento se recomienda sea Portland tipo II (de alta resistencia inicial); se puede adicionar cenizas volantes tipo silico cálcicas o sulfo cálcicas en proporciones no mayores del 10 % del contenido de cemento; respecto a los áridos no se requieren condiciones especiales teniendo que cumplir con las mismas especificaciones de las mezclas convencionales.

En la técnica de construcción no existe diferencia con respecto a las convencionales aunque deben usarse maquinarias de alto rendimiento y se requiere de una excelente organización de los trabajos para asegurar que los plazos de ejecución sean mínimos. Se aconseja su empleo en Cuba en intersecciones de alto volumen de tráfico, accesos a túneles y en tramos críticos de las ciudades.

PAVIMENTOS DE ADOCRETO

Es la técnica que emplea piezas prefabricadas de hormigón hidráulico (Adocretos) con diversas formas que pueden fabricarse localmente con maquinarias accionadas manualmente o por pequeñas fábricas o talleres donde se elaboran mecanizadamente. La misma se emplea en la actualidad en países europeos y latinoamericanos. Desde el punto de vista estructural es un caso intermedio entre los pavimentos rígidos y flexibles, no existiendo hasta la fecha un procedimiento teórico que refleje fielmente su comportamiento estructural; posee ciertas ventajas que aconsejan un empleo en la pavimentación de nuevas urbanizaciones, áreas exteriores de instalaciones turísticas, etc., pues no requieren el empleo de equipos especiales (pavimentadoras), es de fácil construcción, facilita la reposición, revisión, y reparación de las redes técnicas sin afectar el acabado del área de trabajo, es una tecnología sustentable o al menos amigable con el medio ambiente al poder producirse sin consumir combustible y ser por lo general económicamente factible con relación a otras existentes, todo lo cual hace aconsejable su introducción en mayor escala en Cuba para diversos fines (calles de nuevas urbanizaciones, carreteras y calles secundarias, zonas de aprcamiento, plazas, etc., .

CONCLUSIONES:

Los pavimentos rígidos hechos con Cemento Portland aunque poseen un costo inicial mas alto que el de los flexibles, finalmente son más convenientes económicamente, al tener que invertirse muy pocos recursos en su mantenimiento, siendo los costos totales menores que los de los pavimentos flexibles que emplean materiales asfálticos.

Hay que evaluar con mayor frecuencia la factibilidad de utilizar modernas tecnologías como las antes explicadas, que se basen en el uso del Cemento Portland de producción nacional, para mantener y reparar la red nacional de carreteras, así como zonas y tramos críticos que aconsejen su empleo , cuando sean las más convenientes técnica, económica como ambientalmente

De las modernas tecnologías evaluadas, no se considera conveniente emplear en Cuba el Hormigón Poroso de Altas Prestaciones (HPAP) dada sus características, costo y las condiciones prevalecientes y sí emplear en mayor medida las restantes, para fundamentalmente acometer las reparaciones de pavimentos flexibles de carreteras rurales y urbanas, en vías de gran intensidad de tráfico e intersecciones principales y tramos críticos, así como también emplear en mayor medida la tecnología de los Adocretos para las calles y plazas de las nuevas urbanizaciones, para accesos viales a diversas zonas, áreas exteriores de instalaciones turísticas y otras, por las ventajas técnico económicas y ambientales que presenta la misma.

BIBLIOGRAFIA

1. La Rehabilitación y el Mantenimiento de las Carreteras del Perú. Libro 11. Colección del Ingeniero Civil, 1992-1993. Editora Colegio de Ingenieros del Perú, Lima, 1992.

2. Imbracaminte Rutiere Moderne. L. Nicoara y A. Biltiu. Editora Tecnica. Bucaresc, Rumania, 1983.

3. Bollate, M..;Talero, Rafael., et al. Porus High Performance Concrete for Road Traffic. Instituto de Ciencias de la Construcción "Eduardo Torroja". Madrid, España, 1996.

4. Tecnocreto. Asociación Colombiana del Concreto. Comité de Pavimentos, Julio – Septiembre de 1996. Santa Fé de Bogotá, Colombia, 1996.

5. Manual de Pavimentos de Hormigón. Vías de Baja Intensidad. Instituto Español del Cemento y sus aplicaciones (IECA), Madrid, España, 1997.

6. Knutson, M. J. IV Jornada sobre Pavimentos de Hormigón. Ponencia: Refuerzos con hormigón y construcción con apertura rápida al tránsito (Fast Track) en los Estados Unidos. 1997.

7. Orta Amaro, Pedro A., González López, R. Pavimentos de Piezas de Hormigón (Adocreto), una técnica Alternativa de Construcción. Ponencia al IV Simposio Estructuras Geotecnia y Materiales de Construcción, Facultad de Construcciones, UCLV, Santa Clara, Cuba, 1998.

9 Orta Amaro, Pedro Andrés. Pavimentación con adocretos una tecnología amigable con el medio ambiente, Revista Tecnología y Construcción, Volumen 25 No. 3, del IDE de la UCV de Venezuela, Abril de 2010

ANEXOS:

TABLA No 1: Ventajas y Desventajas relativas entre los Pavimentos Rígidos y Flexibles de las Carreteras.

TABLA No.2: Costos Generalizados de distintas soluciones de pavimentos en un período de 30 años

Autor:

Profesor Titular Dr. Ing. Civil, Pedro A. Orta Amaro

Profesor del Departamento de Ingeniería Civil, Facultad de Construcciones de la Universidad Central de Las Villas (UCLV).

Ingeniero Civil graduado en la UCLV en Enero de 1976, Doctor en Ciencias Técnicas desde 1996 y Profesor Titular del Departamento de Ingeniería Civil de la Facultad de Construcciones de la Universidad Central de Las Villas (UCLV) desde 2001. Vicepresidente de la Comisión Nacional de la carrera de Ingeniería Civil desde Mayo de 2013, Miembro del Tribunal Nacional de Grados Científicos de las carreras de Ingeniería civil e Hidráulica desee 2004, Miembro de la Comisión Técnica Normalizativa CTN 21: Carreteras del MICONS desde el 2007, Experto de la Junta de Acreditación Nacional (JAN) de la República de Cuba desde 2007, Coordinador de la Maestría en Vías de Comunicación Terrestres de la UCLV desde 2012 y Profesor Invitado de varias universidades latinoamericanas (Colombia, Nicaragua) y de Angola en África.