Aplicación en España del HormigónCompactado con Rodillo en vías debaja intensidad de tráfico

Por SERGIO CARRASCON, Ingeniero de Caminos, Canales y Puertos,Instituto Español del Cemento y sus Aplicaciones, y ALEJANDRO JOSA,Dr. Ingeniero de Caminos Canales y Puertos, Instituto Español del Cementoy sus Aplicaciones

INTRODUCCION

Resulta difícil dar una definición exacta de lo que se entiende por unavía de baja intensidad de tráfico o vía secundaria. Según un criterio bastanteextendido, se pueden considerar bajo esta denominación aquellas vías cuyotráfico pesado pueda considerarse como categoría T4 de la vigente Instruc-ción de Carreteras (MOPU, 1989). Es decir, aquellas vías por las que circuleun volumen diario de tráfico pesado (vehículos con un peso total autorizadosuperior a 3.5 t) inferior a 50 en cada sentido. Si este tráfico de vehículos pe-sados es inferior a 10 puede considerarse que la vía es de muy bajo tráfico.

En general, bajo esta denominación se pueden agrupar las siguientes ti-pologías de vías:

carreteras provinciales y locales;caminos vecinales;vías urbanas y de urbanizaciones (Fig. 1);caminos agrícolas (Fig. 2);pistas forestales;pistas para bicicletas.

7 9 0 CEMENTO - HORMIGON

Figura 1

Figura 2

AGOSTO 1990 - N.” 663 7 9 1

Como dato significativo que pone en evidencia la importancia de estetipo de vías, hay que mencionar que la totalidad de la red viaria españolatiene una longitud de 315.000 km, de los cuales un 85%, aproximadamente,puede considerarse como vías de baja intensidad de tráfico.

CONSIDERACIONES GENERALES SOBRE EL HCR

El Hormigón Compactado con Rodillo (HCR) es una mezcla de áridos, con-glomerante y agua, puesto en obra como una grava-cemento, pero con uncontenido en conglomerante similar al de un hormigón vibrado convencional.

Algunas de las propiedades de este material lo convierten en una solu-ción competitiva para su uso en España por parte de los pequeños y media-nos contratistas locales. Por una parte, no se requiere equipo especial parasu puesta en obra, puesto que se utilizan los niismos que para firmes asfálti-cos o para la compactación de terraplenes; y por otra, es posible, con estatecnología, la apertura inmediata al tráfico de los pavimentos ejecutados,tanto en el caso de que se trate de pavimentos nuevos como en el de refuer-zos de pavimentos ya existentes.

La capacidad portante inmediata que se consigue con este material sedebe a la gran estabilidad del esqueleto mineral formado por los áridos unavez que el material ha sido compactado. Esto permite una apertura rápida altráfico, que es un factor importante en el caso de obras urbanas en las cua-les el tiempo de cierre de una calzada puede ser crítico o, en el caso de re-fuerzo del firme de una carretera, dada la poca disponibilidad que existe engeneral en España para poder desviar el tráfico por trayectos alternativos.

Lógicamente, hoy en día la técnica del HCR presenta también algunaslimitaciones. Quizás la más importante es la insuficiente regularidad superfi-cial conseguida con los actuales medios de compactación que obliga, encasos con tráfico importante o con velocidad de circulación alta, a cubrir lasuperficie del hormigón con una capa de rodadura de mezcla bituminosa devarios centímetros de espesor.

Sólo en vías de baja intensidad de tráfico, que tienen en general asociadauna velocidad de circulación reducida, la regularidad superficial resultante y elacabado superficial antideslizante, producido mediante fratasado mecánico,es suficiente para garantizar la comodidad y la seguridad del usuario.

Otra dificultad que presenta la utilización de este material es la notablesensibilidad de su resistencia a pequeñas variaciones de densidad en el pro-ceso de puesta en obra. Por este motivo, es muy importante asegurar la ade-cuada compactación del material con un número suficiente de pasadas delos rodillos vibrantes y controlar que la densidad mínima exigida se haya al-canzado.

7 9 2 CEMENTO - HORMIGON

DESARROLLO HISTORICO DE LOS FIRMES DE HCR EN ESPAÑA

En España, las primeras aplicaciones de las que se tienen noticia se Ile-varon a cabo alrededor de 1970 en la provincia de Barcelona (Josa, 1986). Setrata de pavimentos sometidos fundamentalmente a tráficos ligeros, situa-dos en urbanizaciones, zonas urbanas y caminos rurales. Esta técnica fuedesarrollada por algunos contratistas locales de una forma prácticamenteautodidacta, y si bien las obras se realizaron sin estudios previos de labora-torio y sin suficientes controles durante la ejecución, el comportamiento ob-tenido permite afirmar que a través de la práctica se puso a punto una tecno-logía totalmente adecuada a los tipos de vías en las que se ha utilizado. En laactualidad, la superficie pavimentada con HCR supera la cifra de cuatro mi-llones de metros cuadrados. Desde 1985 esta tecnología se ha utilizado enEspaña para toda clase de tráficos y en todo tipo de obras, tanto en calzadasnuevas (Serratosa, 1985) como en refuerzos (Josa et al., 1986), ensanches,adición de carriles lentos (Jofré, 1987) o en sustitución o saneamiento departe de firmes existentes. En este momento se está construyendo con estematerial la autovía Sevilla-Granada-Baza de más de 100 km de longitud.

SECCIONES ESTRUCTURALES UTILIZADAS

Para vías secundarias se ha utilizado generalmente un espesor de 15 cmde HCR, llegándose en algún caso a los 20 cm, cuando se trataba de una ca-rretera próxima a una zona industrial y se preveía el paso de vehículos pesa-dos. En cuanto a la capa de àpoyo del HCR, en la mayoría de los casos sehan utilizado subbases granulares de 15 cm de espesor o, si la explanadaera de buena calidad, apoyado directamente sobre ella.

Las especificaciones españolas exigen una resistencia característica a latracción indirecta del HCR de 3,3 MPa a los 28 ó 90 días, en función del por-centaje de adición que se incluya en el conglomerante. Esto equivale, apro-ximadamente, a lograr una resistencia media a la flexotracción de 5,5 MPa ocaracterística de 4,5 MPa. Esta última es la resistencia normalmente requeri-da al hormigón vibrado utilizado en pavimentos sometidos a tráfico pesado.

En el caso de las vías de baja intensidad de tráfico, la resistencia carac-terística a la tracción indirecta exigida se puede reducir a 2,8 MPa.

MATERIALES

At-idos

Los áridos utilizados en el HCR deben cumplir las mismas especificacio-nes requeridas para su utilización en una grava-cemento. La experiencia es-

AGOSTO 1990-NS"683 793

pañola, cercana a los 20 años, ha servido para obtener una serie de conclu-siones en el tema de los áridos.

Para evitar la segregación y para obtener un acabado superficial es re-comendable limitar el tamaño máximo del árido a 20 mm, facilitando almismo tiempo una más fácil mezcla durante la fabricación del hormigón.

Las experiencias en Cataluña han demostrado también que se puedenutilizar tamaños mayores (se ha llegado hasta 38 mm), ya que, durante elproceso de fratasado mecánico con que se obtiene el acabado superficialfinal, las coqueras superficiales que hubieran podido quedar al utilizar unárido demasiado grueso, se llegan a cerrar con material fino.

En todos los casos se han utilizado curvas granulométricas contínuas.

Tabla 1. Curva granulométrica para el HCR _

Porcentaje que pasa

Tamaño tamiz Tamaño máximo Tamaño máximo16 mm 20 mm

25 mm20 mm16 mm-10 mm-5mm

2mm1 *400km ‘“j

80 um “” ’

- 100100 85-100

88-l 00 75-l 0070- 87 60- 83.50- 70 42- 6335- 50 30- 4718- 30 16- 27IO- 20 9- 19

En la Tabla 1 se muestran los husos granulométricos incluidos en elPliego de Prescripciones Técnicas Particulares para autovías con tráfico pe-sado del MOPU, que son extrapolables para el caso de vías de baja intensi-dad de tráfico. En dicha tabla está incluido el cemento con el fin de limitar laproporción total de finos que podrían crear problemas de colchoneo duranteel proceso de compactación. La curva granulométrica idónea se determinamediante ensayos de laboratorio, utilizándose dos o tres tamaños de árido,aunque existen ejemplos de obras realizadas con un “todo uno” cuya granu-lometría encajaba dentro del huso.

Se han utilizado indistintamente áridos silíceos y calizos, pero siemprecon la mayor parte de ellos procedentes de machaqueo y con un mínimo dedos caras de fractura (normalmente 2/3 de machaqueo y 113 de canto roda-do), con el fin de que el esqueleto mineral, una vez compactado, tenga capa-cidad portante suficiente para permitir el paso del tráfico una vez terminadas

7 9 4 CEMENTO - HORMIGON

las operaciones de curado y protección. Para lograr esta capacidad portanteinmediata, el índice CBR debe ser superior a 65.

C e m e n t o

Una de las ventajas que presenta el HCR es que se pueden utilizar ce-mentos con un alto contenido de adiciones activas (cementos tipo V con adi-ciones de cenizas volantes o de escorias granuladas de horno alto entre el36% y el 80%, AENOR, 1988) que tienen un desarrollo de resistencias lento aedades tempranas, pero que, a medio o largo plazo, pueden llegara alcanzarresistencias análogas a otros tipos de cementos.

Estos cementos presentan propiedades muy beneficiosas para estasaplicaciones, tanto por sus características técnicas, ya que desarrollan unbajo calor de hidratación durante el fraguado, tienen menor retracción, alar-gan el tiempo de trabajabilidad del material y mejoran la puesta en obra porsu mayor trabajabilidad, como por su mayor economía.

Aunque históricamente se empezaron a utilizar mezclas en planta dehormigón de cementos tipo l-45 con cenizas volantes y/o escorias granula-das al no estar contemplados en las normas oficiales los cementos tipo V, enla actualidad no suele utilizarse este procedimiento. Las ventajas de evitar lamezcla en la planta de hormigón son lógicas, al no tener que almacenar (du-plicidad de silos) y manipular dos materiales pulverulentos, garantizándoseuna mejor homogeneidad y mezcla del producto si este proceso se desarro-lla durante la molienda del clínker.

Dosificación

La dosificación de conglomerante en estos hormigones era inicialmentede 260 kg/m3 aproximadamente (170 kg de cemento l-45 y 90 kg de cenizas),siendo en la actualidad del orden de 300 o 330 kg/m3, adiciones incluidas(50-60% del total). En algunas zonas de España en particular, como Asturias,se dosifican porcentajes mayores de cemento (alrededor de 400 kg/m3), perocon unos contenidos en adiciones altos (hasta del 75%).

Para la dosificación de los áridos se han utilizado normalmente 3 tamaños(0/5 mm, 5/12 mm, 12/20 mm) distribuyéndose según se muestra en la Tabla 2.

Tabla 2. Dosificación media de los áridos en HCR

Tamaño Dosificación en peso

01 5 35%5112 28%

12125 24%

AGOSTO 1990 - N.” 683 7 9 5

Los contenidos de humedad han variado entre el 4,5% y el 6,3%, siendo el másutilizado el 5,5%. En alguna ocasión se ha utilizado un retardador de fraguado enuna proporción del 0,5% del peso de conglomerante, para asegurar la no formaciónde una junta fría longitudinal en caso de puesta en obra por semianchos.

FABRICACION, TRANSPORTE Y PUESTA EN OBRA

Para la fabricación de este tipo de hormigón se pueden emplear indis-tintamente plantas continuas (las mismas utilizadas para la mezcla de lasbases tratadas con cemento, aunque adaptándolas a este caso, figura 3) oplantas discontinuas como las utilizadas para la fabricación del hormigóntradicional. En algunas obras se ha utilizado una planta dosificadora, reali-zándose el amasado en camiones hormigonera, aunque el rendimiento defabricación es, en este caso, muy inferior.

El transporte del HCR de la planta a la obra se efectúa mediante camio-nes volquete (“bañeras”), como se puede ver en la figura 4.

Para el extendido del hormigón en vías secundarias se utilizan habitual-mente motoniveladoras. El empleo de este tipo de maquinaria viene prácti-camente impuesto por el contratista, ya que suele ser el equipo de que dis-pone. Las motoniveladoras se adaptan muy bien a obras urbanas en las que

Figura 3

7 9 6 CEMENTO - HORMIGON

Figura 4

existen ciertas dificultades de carácter geométrico y a caminos rurales quesuelen ser muy estrechos y en los que, cada cierta distancia, se realiza unensanche para facilitar el cruce de los vehículos (Fig. 5). Por otra parte, ladesventaja de no obtenerse con ellas una regularidad superficial muy eleva-da no suele ser un factor decisivo en vías secundarias, dada la velocidad a lacual circulan los vehículos. En algunas obras se han utilizado extendedorasviejas de aglomerado, pero la escasa compactación lograda con ellas haceque no sean muy adecuadas, ya que no se mejora la regularidad superficial.Sin duda, la mejor solución para la ejecución de caminos o calles son las ex-tendedoras para capas tratadas con cemento, dotadas de regla vibrante ytamper, aunque no suelen disponer de ellas los contratistas que ejecutaneste tipo de vías.

AGOSTO 1 SSO - N.” 683 7 9 7

Figura 5

Para obtener un correcto comportamiento del material es fundamentalla fase de compactación. Las especificaciones españolas requieren una den-sidad media no menor del 97% de la densidad máxima del ensayo Proctormodificado y una densidad mínima en superficie no menor del 95%. El equi-po usual de compactación está compuesto por un rodillo vibrante pesado(Fig. 6) que suele dar 10 pasadas, efectuando las 2 o 3 primeras sin vibra-ción. Para la compactación de los bordes exteriores de la calzada se utilizanequipos ligeros como las placas vibrantes o pequeños rodillos manuales(Fìg. 7). En ocasiones se ha utilizado también un compactador de neumáti-cos para obtener una superficie de hormigón más cerrada.

Figura 6

7 9 8 CEMENTO - HORMIGON

Figura 7

JUNTAS, CURADO Y ACABADO SUPERFICIAL

En vías de baja intensidad de tráfico donde no se coloca ningún tipo decapa de rodadura, las juntas se ejecutan por serrado (Fig. 8) a una distanciaque varía entre los 10 y los 15 m y con una profundidad de corte entre 5 y 7cm en función del espesor. En el caso particular de vías urbanas, la distanciay situación de las juntas debe conjuntarse con la disposición de los elemen-tos rígidos de servicio (alcantarillas, etc.) para evitar que se produzcan jun-tas espontáneas (Fig. 9). El tiempo máximo entre la puesta en obra del hor-migón y el serrado de las juntas varía en función de la época del año en quese ejecute la obra (en invierno puede llegar a 2 días, mientras en verano esnecesario cortar antes antes de las 12 horas).

En este tipo de vías el curado se lleva a cabo mediante una pulveriza-ción fina manual de agua a fin de evitar la desecación de la superficie (Fig.10) y la extensión de un producto de curado al acabar las operaciones de ex-tendido, compactación y acabado superficial.

Con objeto de obtener una textura antideslizante, hay que efectuaralgún tratamiento al acabado que produce el paso de los rodillos vibrantes.Después de realizada la compactación pueden darse unas pasadas adiciona-les, previa la extensión de una lechada de cemento que cierre totalmente elpavimento; como terminación superficial y para eliminar el posible exceso

AGOSTO 1990 - N.” 6837 9 9

Figura 8

Figura 9

CEMENTO - HORMIGON

Figura 10

de lechada, se efectúa un fratasado mecánico con helicóptero (Fig. 11). Esteacabado es sólo recomendable para velocidades inferiores a 40 km/h, comosuele ser el caso de urbanizaciones residenciales, aparcamientos y vías ur-banas. En la figura 12 se puede ver un detålle de la textura superficial obteni-da por fratasado mecánico. Para velocidades superiores es recomendableun tratamiento superficial con ligantes modificados si la regularidad superfi-cial es suficiente. Si ésta deja que desear, habrá que acabar con una capa deaglomerado asfáltíco en caliente de composición bien,estudiada, dado quesuele ser de pequeño espesor.

Figura ll

AGOSTO 1990 - N.” 683 8 0 1

Figura 12

LIMITACIONES DURANTE LA CONSTRUCCION: LLUVIA Y HELADA

El proceso de compactación del HCR mediante rodillos es muy sensiblea las variaciones en la humedad de la mezcla. El exceso de agua que produ-ce la lluvia durante estas operaciones puede causar el colchoneo del mate-rial y, por tanto, su deficiente compactación, aparte de un lavado superficial dela lechada de cemento. Se ha podido comprobar en algunos casos que unpavimento recién abierto al tráfico, pero sometido a una intensa lluvia, ha re-sultado dañado. Por tanto, es conveniente no extender HCR mientras llueva.

Otra limitación en los períodos de extensión del HCR surge del tipo deconglomerante utilizado, que contiene normalmente un alto porcentaje deadiciones. Este tipo de cementos presenta una curva de endurecimientomás tendida que la de un cemento con pocas adiciones. Este hecho provocaque durante el tiempo de endurecimiento el material sea sensible a posiblesdescensos de las temperaturas por debajo de los 0°C. Por tanto, si se prevéque esta circunstancia puede ocurrir, es conveniente interrumpir la exten-sión del material.

8 0 2

CONSIDERACIONES ECONOMICAS

CEMENTO - HORMIGON

En. el caso de pavimientos para vías de baja intensidad de tráfico, las so-luciones con HCR son económicamente competitivas respecto a solucionesmás tradicionales. Otra de las ventajas antes reseñadas es la utilización deequipos que normalmente ya poseen los contratistas locales y que les per-mite ejecutar obras de pavimentación en HCR a precios competitivos, pues-to que no tienen que realizar grandes inversiones económicas en maquina-ria. Por otra parte, frente a métodos manuales de construcción depavimentos de hormigón vibrado presenta las ventajas de su mayor rendi-miento y, por tanto, mayor economía.

CONCLUSIONES

Las conclusiones que se pueden obtener de los resultados observadosdespués de casi 20 años de aplicación en España del HCR en vías de baja in-tensidad de tráfico son:

- este material y esta tecnología de puesta en obra se han demostradoperfectamente adecuados al uso al que han sido destinados en cuan-to a economía y durabilidad;

- el aumento en el empleo de este material ha permitido la mejora desu tecnología de puesta en obra y un mayor conocimiento del com-portamiento del material en simismo a través de estudios de labora-torio y experimentación;

- dados los buenos resultados obtenidos en este tipo de aplicacionesse ha ampliado el espectro de aplicaciones hacia carreteras de tráficoimportante, refuerzos de firmes existentes, etc.

REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS

MOPU, (1989). “Instrucción de Carreteras 6.1 y 2-K. Secciones de Firme”. Madrid.JOSA, A., (1986). “Experiencias con Pavimentos Rurales de Hormigón”. Seminariosobre Pavimentos de Hormigón en Vías Urbanas y Rurales, León, págs. 213-220.SERRATOSA, A., (1985). “El Firme del Túnel del Cadí”. Seminario sobre Pavimentos deHormigón en Nuevas Carreteras y Refuerzos, Valencia, 27 y 28 de febrero, págs. 89-94.JOFRE, C., (1987). “Balance de la Experiencia Española en Firmes de HormigónCompactado con Rodillo”. III Jornadas sobre Pavimentos de Hormigón, Madrid, 27al 29 de octubre, págs. 171-197.JOSA, A., JOFRE, C. y MOLINA, F., (1986). “An Experimental Overlay with RolledConcrete”. International Conference on Concrete Transportation, Vancouver, Cana-dá, septiembre, Publicación Especial ACI SP-93, American Concrete Institute, De-troit, págs. 213-242.AENOR, (1988). Norma UNE 80.301-88: “Cementos. Definición, Clasificación y Espe-cificaciones”. Madrid, noviembre.