3.2 Bases y Subbases

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Construcción e Inspección de Pavimento Pavimentoss Versión 1.1

3.2 BASES Y SUBBASES En este capitulo se presenta una discusión general sobre los distintos tipos de bases y subbases empleados en obras de pavimentación. Tipos de bases y sub bases La Norma COVENIN 2000-87 considera los siguientes tipos de bases y subbases para pavimentos: 11.1 11.2 11.3 11.4 11.5 11.6 11.7 11.8 11.9

Mezclas de suelo y agregado Granzón natural Granzón mezclado Grava estabilizada estabilizada Piedra picada Macadam hidráulico Suelo asfalto Suelo cemento Suelo cal

Estas especificaciones -desarrolladas en los años 60´s- se encuentran actualmente en revisión con la finalidad de adaptarlas a nuevos conceptos, tanto en el diseño de los pavimentos como en propiedades de los materiales. Dos aspectos relevantes en este sentido son: •

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Las solicitudes solicitude s de cargas y otros factores han inducido el uso de bases de mayor calidad en los pavimentos asfálticos. Es común el empleo de mezclas de concreto asfáltico y otras mezclas en caliente como base. Si entendemos por capa de rodamiento, una capa de poco espesor (máximo 4 cm) de características especiales cualquier capa asfáltica por debajo de ésta es una capa base. La Norma COVENIN establece en las propiedades de bases granulares, que los materiales deben tener un valor CBR mínimo; este requerimiento es obviado por los nuevos métodos de diseño de pavimentos, los cuales permiten el uso de materiales con valor CBR por debajo de lo anteriormente exigido siempre que esta deficiencia se compense con espesor y se verifique que el diseño propuesto esta estructuralmente balanceado para evitar el riesgo de fallas por corte. Por otra parte parte procedimientos procedimientos de diseño estructural estructural de pavimentos, pavimentos, como el AASHTO-93, permite el empleo y la caracterización de distintos materiales en función de sus propiedades fundamentales, fundamentales , como módulo elástico y/o los ensayos empíricos tradicionalmente tradicionalment e usados.

Bajo estos conceptos podemos incorporar en la lista de materiales de base, los siguientes: 12.4 12.6

Pavimento de arena-asfalto arena-asfalto en frío (AAF) Pavimento de mezcla en frío densamente gradadas

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12.10 Concreto asfáltico (CA) 12.11 Base asfáltica en caliente (BAC) 12.18 Arena asfalto en caliente (AAC) Y otros materiales aun no considerados en la Norma como: -

Grava estabilizada con cemento Escoria de acería Mezcla asfáltica reciclada con emulsión (MARE) Pavimento reciclado con cemento (REPACE) Material asfáltico recuperado (MAR)

Normativa de bases y subbases La Especificación General COVENIN establece los requisitos para la construcción de todo tipo de bases y subbases consideradas en la Norma; incluye lo referente a Materiales, Laboratorio, Control de calidad, Equipo, Personal y Procedimiento para la ejecución. Algunos aspectos relevantes son: -

La necesidad de mantener un control de calidad tanto de los materiales como de su compactación, espesores y conformación final. - Se destaca la importancia de la preparación de la Superficie de  Apoyo sobre la que se construirá la base o subbase. En este sentido dice:  Antes de proceder a la ejecución de los trabajos bases y subbases, el Ingeniero Inspector debe verificar sí la Superficie de Apoyo satisface los requisitos establecidos, mediante las mediciones o muestras y ensayos que considere necesarios. Además, para verificar sí la superficie de apoyo está firme y estable en toda su extensión en Contratista debe ejecutar una prueba de rodillaje (ver 3.1 Subrasante). En forma complementaria, en la Norma 11. 50. Acondicionamiento de la Superficie de Apoyo, se destaca lo siguiente: En general estos trabajos consisten en: -

Escarificación Conformación Compactación

Igualmente esta especificación establece los trabajos requeridos sobre la Superficie de Apoyo en los siguientes casos: -

Cuando dicha superficie no satisface las características de nivelación y/o de compactación especificadas. Cuando se deforma al paso del equipo de prueba señalado (prueba de rodillaje).

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En el primer caso la superficie debe ser escarificada hasta la profundidad necesaria, reconformada y recompactada. En el segundo caso debe determinarse la causa de la inestabilidad; sí se trata de falta de compactación aplica lo antes indicado, pero si la deformación es causa de materiales indeseables estos deben ser removidos y reemplazados por suelos adecuados.  Al terminar los trabajos la superficie no debe no debe presentar irregularidades ni zonas con material suelto. El Ingeniero Inspector debe verificar la correcta ejecución de los trabajos, mediante la toma de muestras (y ensayos) y las mediciones de niveles que considere convenientes. -

Respecto a los equipos, la Norma no incluye equipos empleados en nuevas técnicas como por ejemplo de reciclaje, normativa que se encuentra en preparación.

Tipos de Bases y Subbases Se presenta a continuación comentarios sobre aspectos generales de los distintos tipos de bases y subbases empleados en la construcción de pavimentos. 11.1

Mezclas de suelo y agregado

Esta especificación se refiere a la mezcla de un suelo (generalmente subrasante) mezclado con otro material con la finalidad de mejorar su valor soporte. Se define suelos  como: materiales no tratados que se encuentran en la superficie de la vía, bien sea en el corte o en la capa superior del terraplén . Y agregados  como: material de préstamo seleccionado que combinado con el suelo en proporciones determinadas produce una mezcla según los requisitos del proyecto. Se consideran tres tipos: Tipo 1, cuando el agregado es piedra picada. Tipo 2, cuando el agregado es grava picada; y Tipo 3, cuando se emplea cualquier otro agregado. Se establecen entre otros los siguientes requisitos: - Tamaño máximo de partículas 6.5 cm, y en ningún caso mayor de 2/3 el espesor de la capa compactada. - Límite Líquido: max. 25 %; Indice plástico: max. 6 %. - Porcentaje pasante del tamiz No. 200: 25 % max. - Si se usa piedra o grava picada, se requiere min. 40 % de caras producidas por fractura. - La compactación debe realizarse con el % de Humedad Optima con una tolerancia de +/- 2 %. - La compactación debe ser superior al 95 % de la DMS obtenida en el ensayo Proctor. - La tolerancia en espesores es de +/- 6 % del espesor de proyecto.

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11.2

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Granzón natural

En este caso Granzón Natural se define como: Material natural obtenido de la explotación de préstamos de ríos y/o de préstamos de minas, compuestos por mezclas de grava, arena y material llenante, en diferentes combinaciones que satisfacen lo establecido en la especificación. En este caso se indican las propiedades de los materiales y dos tipos de Granulometrías, Tipo 1 y Tipo 2, con tamaño máximo de 1” y 2” respectivamente. Se indica además: -

El agregado debe estar limpio. Límite Líquido: max. 25 %; Indice plástico: max. 6 %. Porcentaje de desgaste: 50 % max. La compactación debe realizarse con el % de Humedad Optima con una tolerancia de +/- 2 %. La compactación debe ser superior al 95 % de la DMS obtenida en el ensayo Proctor. La tolerancia en espesores es de +/- 6 % del espesor de proyecto, con un máximo de 1.5 cm.

Se indica que el valor CBR para un material de base debe ser superior a 80 % para tráfico pesado y 60 % para tráfico liviano. Como se indicó, estos requisitos no son necesariamente validos sí el diseño estructural del pavimento ha considerado debidamente el uso de materiales con valores de CBR inferiores. Este comentario es valido para todas las bases y subbases granulares. 11.3

Granzón mezclado

Se define como Granzón Mezclado: Mezcla de Granzón Natural (11.2) y agregado(s) seleccionado(s), cuya mezcla satisface los requisitos de esta especificación. Se establecen dos tipos de Granulometrías, Tipo 1 y Tipo 2, con tamaño máximo de 1” y 2”, y se consideran dos formas de preparación: Mezcla sobre la vía y Mezcla en patios de mezclado. Se indica además: -

Los materiales deben proceder de rocas duras y resistentes; no debe tener arcilla en terrones y estar libre de todo material orgánico. Límite Líquido: max. 25 %; Indice plástico: max. 6 %. Porcentaje de desgaste: 50 % max. La compactación debe realizarse con el % de Humedad Optima con una tolerancia de +/- 2 %. La compactación debe ser superior al 95 % de la DMS obtenida en el ensayo Proctor. El espesor mínimo de la capa compactada debe ser, por lo menos, dos veces el tamaño máximo del agregado. La tolerancia en espesores es de +/- 6 % del espesor de proyecto, con un máximo de 1.5 cm.

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11.4

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Grava estabilizada

Se define como Grava Estabilizada: Grava picada y/o piedra picada mezclada con uno o varios de los materiales siguientes: grava sin picar, granzón natural, arena o material llenante, cuya mezcla satisface los requisitos de esta especificación. En este caso se consideran Bases constituidas por: Material Integral y Mezcla de Materiales. Los que se definen como: Material integral: Material que sometido a procesos de trituración y de cernido satisface los requisitos de esta especificación sin requerir mezclado adicional. Mezcla de Materiales: Material resultante de la trituración, el cernido y el mezclado en proporciones determinadas que satisface los requisitos de esta especificación. La Mezcla de Materiales puede ser preparada, Sobre la Vía, en Patios de Mezclado o en Planta. Se establecen tres tipos de Gradación: Tipo 1; 2 y 3, con tamaño máximo hasta 2”. Otros requerimientos de los materiales son similares a las bases de Granzón. La diferencia principal esta en que se requiere un 50 % mínimo de caras producidas por fractura. Respecto a la compactación, la Norma indica lo siguiente: La compactación de la base de Grava Estabilizada se debe verificar mediante la ejecución de pruebas de campo, pasando un camión cargado con 11.000 kg por eje trasero sin que se produzcan ondulaciones o desplazamientos excesivos. O mediante cualquier otro método previamente aprobado por la Inspección. Esta disposición obedece a la dificultad de realizar el ensayo Proctor en algunos de estos materiales. 11.5

Piedra picada

En este caso se define como Piedra Picada: Material proveniente de la trituración de rocas, cantos rodados o piedras, cuya mezcla satisface los requisitos de esta especificación.  Al igual que la especificación de Grava Estabilizada se establecen dos formas: Material Integral y Mezcla de Materiales, y tres tipos de gradación. Otros requisitos de limpieza, dureza, compactación etc. con similares, la principal diferencia esta en que el porcentaje de caras producidas por fractura debe ser 100 %.

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11.6

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Macadam hidráulico

Este tipo de Base requiere de materiales cuidadosamente controlados y de un proceso constructivo especial. Actualmente son poco empleadas. Fundamentalmente, consisten en un agregado grueso con tamaño máximo entre 2.5” y 4” extendido y compactado en capas, el cual se estabiliza mediante un material llenante, con tamaño max. 3/8”, que se distribuye sobre la superficie y se introduce mediante compactación en los vacíos del agregado grueso. 11.7

Suelo asfalto

Consiste en una base o subbase compuesta de suelo(s) mezclado (estabilizado) con material asfáltico. Los suelos deben provenir, en todo o en parte, de préstamos seleccionados, y cumplir los siguientes requisitos: -

Estar limpios, con menos de 5 % de materia orgánica. Límite Líquido: max. 40 %; Indice Plástico: max. 18 %. Se establece una banda granulométrica amplia.

Los materiales asfálticos son asfaltos líquidos  Asfálticas (EA).

tipo RC-250 o Emulsiones

La mezcla se diseña y controla mediante el Método Hubbard Field, procedimiento poco empleado en la actualidad. Para las mezclas con EA se usa el Método Marshall Modificado. 11.8

Suelo cemento

Esta especificación se refiere a suelos tratados o estabilizados con cemento Pórtland. Los suelos a ser tratados deben provenir en todo o en parte de préstamos seleccionados; en casos especiales se pueden emplear suelos que se encuentren en la superficie de la vía. Los suelos deben cumplir los siguientes requisitos: -

Estar limpios, con menos de 5 % de materia orgánica. No tener mas de 0.5 % en peso de sulfatos. Límite Líquido: max. 40 %; Indice Plástico: max. 18 %. Se establece una banda granulométrica amplia, con tamaño máximo 3”. No debe contener más de 35 % en peso de arcilla.

El cemento debe cumplir con las normas de calidad COVENIN. Con respecto al agua se establecen requisitos básicos, sin embargo en Venezuela hay experiencias satisfactorias de suelo-cemento construido con agua de mar.

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Se establecen valores de 15 a 28 kg/cm 2 de resistencia a compresión a los 7 días, así como una resistencia condicionada; sin embargo estos valores deben ser establecidos en el diseño estructural del pavimento, en base a los suelos existentes y a los criterios del proyectista. La mezcla puede hacerse, Sobre la Vía o en Planta Mezcladora Fija. Respecto a los aspectos constructivos debe destacarse: -

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-

La pulverización del suelo, hasta lograr que un 80 % mínimo, excluyendo los fragmentos de piedra o grava, pase el tamiz No.4. El cemento debe adicionarse mediante un procedimiento que garantice una distribución uniforme así como la cantidad requerida. El mezclado debe ejecutarse mediante el equipo o procedimiento establecido para obra, y lograr un producto homogéneo. La aplicación de agua debe ejecutarse con un procedimiento que asegure un riego uniforme y en la cantidad requerida para obtener el % de humedad óptima de compactación. El mezclado debe continuarse hasta obtener una mezcla homogénea. La mezcla es extendida y compactada hasta lograr como mínimo una densidad de 95 % de la Densidad Máxima Seca obtenida en el ensayo de control de laboratorio. La compactación de la mezcla de debe iniciar antes que transcurran 2 horas contadas a partir del momento cuando se agregó el cemento. Curado: La superficie compactada se debe mantener húmeda durante un lapso de 72 hrs desde que se terminó la compactación. Este curado puede lograrse mediante la aplicación de un riego asfáltico, preferiblemente con emulsión asfáltica en una cantidad entre 1 y 2 lts por m 2.

Existen otro tipo de bases estabilizadas con cemento, empleando agregados triturados, piedra o grava, agregados finos (polvillo) o material integral, con una especificación granulométrica más exigente. Con este tipo bases se logran resistencias más elevadas, en casos superiores a 80 kg/cm 2  a los 7 días. Como referencia para este tipo de base puede emplearse la especificación FAA para aeropuertos, que considera este tipo de mezclas. 11.9

Suelo cal

Las mezclas de suelo-cal, poco empleadas en el país, se rigen por una especificación similar a la de suelo-cemento, aunque se caracteriza mediante ensayo CBR. Mediante la estabilización o modificación de un suelo con cal, generalmente, se busca modificar algunas propiedades del suelo, especialmente reducir la plasticidad y poder expansivo, y no necesariamente el lograr una alta resistencia. El uso de cal es recomendable en suelos arcillosos.

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Otros m ateriales empleados como base Como se indicó, bajo el concepto que base en un pavimento es una capa de material que se encuentra debajo de la capa de rodamiento, es posible incorporar dentro de estas materiales como: 12.4 12.6 12.10 12.11 12.18

Pavimento de arena-asfalto en frío (AAF) Pavimento de mezcla en frío densamente gradadas Concreto asfáltico (CA) Base asfáltica en caliente (BAC) Arena asfalto en caliente (AAC)

Las especificaciones para estos materiales se incluyen en la Norma COVENIN 2000.87, a continuación se presenta una breve discusión sobre las mismas. 12.4

Pavimento de arena-asfalto en frío (AAF)

Estas mezclas fueron muy usadas en el país, tanto en capas base como de rodamiento en zonas con escasez de agregado grueso y/o en vías de bajo tráfico. Generalmente, debido a su alto % de vacíos, requieren una capa de sello cuando se usan como capa superficial o de rodamiento. Algunos aspectos de esta especificación son: -

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12.6

El agregado debe sea arena o grava sin picar, libre de arcilla y material orgánico, y cumplir los siguientes requisitos: máximo 15 % pasante del tamiz No. 200 o Límite Líquido: max. 25 %; Indice de Plasticidad: max. 6 % o Equivalente de arena: min. 25 %. o Tamaño máximo: 1” o Los materiales asfálticos considerados son: RC-250 o Emulsiones  Asfálticas (EA). El diseño de la mezcla se realiza y controla mediante el método Hubbard -Field. La mezcla puede hacerse en la vía, en patios de mezclado y el planta mezcladora fija, en este último caso debe emplearse emulsión asfáltica. En el caso de emplear RC-250 la mezcla debe “curarse” hasta lograr la evaporación del solvente. En la compactación de la mezcla debe lograrse al menos el 95 % de la densidad de laboratorio. Las mezclas con EA se diseñan y controlan mediante el Método Marshall Modificado.

Pavimento de mezcla en frío densamente gradadas

Estas mezclas se enmarcan dentro de un esquema similar a las mezclas de  AAF, con la diferencia fundamental de requerir un agregado mas exigente y por lo tanto producir una mezcla con mayor calidad y aporte estructural.

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El agregado debe ser: piedra picada, grava picada, arena, grava sin picar y polvillo, en diferentes combinaciones, debe proceder de rocas duras y resistentes, y no poseer arcilla y estar libre de material orgánico. Se indican 3 tipos de mezcla, A, B y C en función de la gradación del agregado. Respecto a otras propiedades de este se indica: -

Porcentaje de desgaste del agregado grueso, máx. 50 %. Porcentaje de caras producidas por fractura: min. 40 %. Equivalente de arena: min. 30 %.

Los materiales asfálticos considerados son: RC-250 y emulsiones asfálticas (EA). -

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El diseño y las propiedades de la mezcla se establecen mediante el método Hubbard Field. En el caso de emplear EA debe usarse el método Marshall modificado para diseño y control de la mezcla. El mezclado debe hacerse en planta, bien fija o móvil. Se establece una combinación granulométrica, según la mezcla seleccionada, y un % óptimo de ligante, a los que se le aplican las respetivas tolerancias en el control de producción de la mezcla. En la compactación de la mezcla debe lograrse al menos el 95 % de la densidad de laboratorio.

12.10 Concreto asfáltico (CA) Las mezclas de Concreto Asfáltico (CA) o de Concreto Asfáltico en Caliente (MCAC) como también se les conoce, son consideradas las mezclas de mayor calidad debido a los requerimientos de calidad de los agregados, ligante y de la propia mezcla. Como se indicó, hoy es frecuente el uso de mezclas de CA como capas base en pavimentos. La Norma COVENIN 2000.87, considera 10 tipos de mezclas, 5 densas y 5 abiertas, además indica distintas propiedades para la mezcla dependiendo de su posición en el pavimento, capa de rodamiento, intermedia o base. Estos conceptos, que se corresponden con el estado de conocimientos de los años 60´s han sido sustancialmente modificados. Inicialmente, se sugirió la eliminación de mezclas abiertas y el empleo de mezclas densas en todas las capas de la estructura de un pavimento. Posteriormente, con la aparición de SUPERPAVE, se incorporaron nuevos conceptos para mejorar la calidad de las mezclas y su respuesta ente las solicitudes –tanto de cargas como ambientales- durante el tiempo de servicio en el pavimento. Estos avances obligaron la revisión de las especificaciones venezolanas. Con esta finalidad el INVEAS impulso dos proyectos, primero se desarrollaron –en 1996- las mezclas conocidas como Mezclas TN. Posteriormente, entre 2002 y 2006 las Mezclas M, que fueron sometidas a FONDONORMA para su discusión y aprobación como Norma venezolana, en sustitución de la especificación 12.10 COVENIN.

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Lo referente a las mezclas de Concreto Asfáltico en Caliente (MCAC) será tratado mas adelante en esta Guía. Como se indicó existen otros tipos de mezclas en caliente que pueden ser empleadas como bases en pavimentos. Estas son: 12.11 Base asfáltica en caliente (BAC) 12.18 Arena asfalto en caliente (AAC) En ambos casos se trata de mezclas preparadas en planta, empleando cemento asfáltico (ca) como ligante. El proceso constructivo es similar a las mezclas de concreto asfáltico (MCAC), la diferencia fundamental consiste en los requerimientos de los agregados y de la propia mezcla. Estas dos mezclas permiten el uso se agregados de menor calidad, no triturados por lo que el producto final es de inferior calidad si se le compara con una MCAC. 12.11 Base asfáltica en caliente (BAC) La mezcla BAC, considera 2 tipos de gradación; BAC-1 y BAC-2, con límites de gradación holgados. Otras características son: -

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El agregado debe ser grava sin picar o combinaciones de grava sin picar y arena, limpio y libre de materia orgánica. Las especificaciones Marshall de la mezcla son amplias y poco exigentes. El Equivalente de arena mínimo es de 35 %, y se permiten agregados con adherencia regular. Se requiere la definición de una combinación de diseño, elaboración de un diseño de mezcla Marshall, determinación de un % óptimo de ligante y la aplicación de tolerancia para el proceso de control de producción. Se establecen las temperaturas máximas y mínimas de calentamiento, producción y extendido de la mezcla. Así como un mínimo de compactación de 97 % referida a la densidad de control de laboratorio obtenida mediante el ensayo Marshall.

12.18 Arena asfalto en caliente (AAC) Esta mezcla es similar a la mezcla BAC, su requerimiento granulométrico es muy amplio, y permite el empleo de casi cualquier tipo de arena. -

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El agregado debe ser arena o combinaciones de arena y grava sin picar, limpio y libre de materia orgánica. Se establecen especificaciones Marshall de la mezcla para ser empleada como capa de rodamiento o base, estas son amplias y poco exigentes. El Equivalente de Arena mínimo es de 30 %, requiere agregados con buena adherencia.

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Igual que para las mezclas BAC, se requiere la definición de una combinación de diseño, elaboración de un diseño de mezcla Marshall, determinación de un % óptimo de ligante y la aplicación de tolerancia para el proceso de control de producción. Así mismo se establecen las temperaturas de control y los requerimientos de compactación.

Como se indicó los procesos de diseño, producción y control de estas mezclas, BAC y AAC, es similar a las MCAC, sólo que menos exigente. Las MCAC serán discutidas en detalle mas adelante, por lo que se sugiere el estudio de las mismas ya que su claro entendimiento facilitará la comprensión de los otros tipos de mezcla así como la definición y selección de mezclas óptimas para cada proyecto.

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