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MÉTODOS PARA LA EVALUACIÓN DEL

POTENCIAL DE EROSIÓN DE BASES

PARA PAVIMENTOS DE HORMIGÓN

III SEMINARIO DE PAVIMENTOS DE HORMIGÓN

26 y 27 de Octubre. Salón Contemporáneo

¿QUÉ ES EL FENÓMENO DE BOMBEO

EN PAVIMENTOS DE HORMIGÓN?

Descripción: Movimiento del agua (con

material en suspensión) ubicada debajo de la

losa o su eyección hacia la superficie como

resultado de la presión generada por la acción

de las cargas.

Causas (deben coexistir):

• Material fino capaz de entrar en suspensión

(arenas finas y limos).

• Disponibilidad de agua en las capas inferiores

del pavimento.

• Deflexiones excesivas en bordes y esquinas.

¿QUÉ ES EL FENÓMENO DE BOMBEO

EN PAVIMENTOS DE HORMIGÓN?

Tránsito

Escalonamiento Inicial Banq. Externa

Juntas Transversales

Junta

Longitud.

Banq.

Externa

Incremento del

escalonamiento

Banq.

Externa

3ER ETAPA

2DA ETAPA

1ER ETAPA

Eyección de Finos

Eyección de Finos

Fisuración

Transversal

¿COMO COMBATIR EL BOMBEO EN

PAVIMENTOS DE HORMIGÓN?

Material Fino

o Erosionable

Tránsito

Pesado

Agua

Disponible

E

RECOMENDACIONES DE TIPO DE BASE PARA

PREVENIR DAÑOS SIGNIFICATIVOS POR EROSIÓN

TPMDA (Carril de diseño)

Pavimento de Hormigón Simple con Juntas Continuamente

Reforzado Sin pasadores Con Pasadores

> 2500 N.A – Emplear

Pasadores Clase 1 Clase 1

1500 – 2500 N.A – Emplear

Pasadores Clase 1 Clase 1

800 – 1500 N.A – Emplear

Pasadores Clase 2, 3, o 4 Clase 1

200 – 800 Clase 2 o 3 Clase 3 o 4 Clase 2

< 200 Clase 4 o 5 Clase 4 o 5 Clase 3

Fuente: NCHRP 1-37 A: Development of the 2002 Guide for the Design of New and Rehabilitated Pavement Structures

¿COMO CALIFICAR LA

EROSIONABILIDAD DE LA BASE?

Clase Tipo de Material

1

(a) Hormigón pobre con 8 % de cemento o con resistencia a compresión de 14

Mpa a 28 días.

(b) Mezcla de Concreto Asfáltico en caliente con 6% de cemento asfaltico.

2

(a) Base granular tratada con 5% de cemento y elaborada en planta central, o con

resistencia a compresión a 28 días entre 10 y 14 MPa.

(b) Base granular con 4% de asfalto.

3

(a) Base granular tratada con 3,5% de cemento y elaborada en planta central, o

con resistencia a compresión a 28 días entre 5 y 10 MPa.

(b) Base granular con 3% de asfalto y que pasa el ensayo de stripping.

4 Base granular de material triturado con graduación densa y agregados de alta

calidad.

5 Suelos no tratados (Losa colocada sobre subrasante preparada /compactada)

Fuente: NCHRP 1-37 A: Development of the 2002 Guide for the Design of New and Rehabilitated Pavement Structures

ESTADO DE SITUACIÓN ACTUAL PARA LA

SELECCIÓN DEL MATERIAL DE BASE

• Actualmente no se dispone de una metodología confiable para diseñar y

especificar materiales de base acordes a las exigencias en uso.

• Existen distintas metodologías en la bibliografía internacional que se

encuentran propuestos para el análisis del potencial de erosión de

materiales de base aunque ninguno de ellos se encuentra normalizado.

• Las evaluaciones realizadas mediante los estudios de durabilidad por

humedecimiento- secado y congelamiento – deshielo no son aplicables

para la valoración de esta propiedad.

• Resulta necesario la implementación de ensayos que permitan valorizar

de manera confiable el potencial de resistencia a la erosión de

diferentes materiales.

¿COMO EVALUAR EL POTENCIAL DE

EROSION DE LA BASE?

Método de Cepillo Rotativo (Phu, 1979)

• El ensayo consiste en aplicar un cepillo de

alambre especial sobre la cara superior de una

probeta de material de base, con una carga y

velocidad determinada.

• El principio básico del ensayo es provocar la

perdida de material de un espécimen mediante

la aplicación de un cepillo en la superficie con

movimientos rotacionales.

• La pérdida de masa de los especímenes es

empleada para calcular el Índice de Erosión

(IE) del material. El IE está definido como el

cociente entre la pérdida de masa del material

en estudio y la correspondiente a uno de

referencia.


EROSION DE LA BASE?

Rotacional de corte [Van Wijk. 1985]

• El principio básico de este ensayo es que

la erosión ocurre cuando el esfuerzo

cortante inducido por el agua supera la

resistencia al corte del material de base.

• El primer montaje desarrollado por Van

Wijk corresponde a una máquina rotacional

de corte y está diseñada para medir la

erodabilidad de materiales cementados.

• El ensayo consiste en generar abrasión en

el material mediante la inducción de

esfuerzos cortantes producidos por el paso

del agua alrededor del espécimen


EROSION DE LA BASE?

Inyección de agua [Van Wijk. 1985]

• El segundo diseño experimental, propuesto

por Van Wijk para medir la erodabilidad de

materiales no cementados.

• Consistió en promover la abrasión de la

parte superior de especímenes no

cohesivos mediante la aplicación de un

chorro de agua presurizada a un ángulo de

20º.

• La medición de la susceptibilidad a la

erosión se deriva de la pérdida final de

masa del espécimen.


EROSION DE LA BASE?

Mesa Vibratoria [Phu 1979]

• Este ensayo fue desarrollado por Phu (1979)

como parte de una tesis doctoral con el

objetivo de determinar la susceptibilidad a la

erosión de materiales cementados empleados

en pavimentos rígidos.

• El ensayo consiste en producir vibraciones

entre un cilindro del material a caracterizar y

una superficie de concreto de alta resistencia,

bajo la presencia de agua.

• Mediante el control de la aceleración y de la

frecuencia de vibración tanto de la base de

concreto como de la muestra sometida al

ensayo, es posible variar el espesor de la

cavidad y la velocidad de expulsión del agua.


EROSION DE LA BASE?

Ensayo de Rueda Cargada de Hamburgo Jung

[2010]

• El ensayo consiste la aplicación de una carga en

forma repetitiva simulando la acción de bombeo

que sufre una muestra de material de base.

• El equipo de ensayo es el mismo que se utiliza

para la determinación del ahuellamiento en

concreto asfáltico con excepción de la probeta

multi-capa.

• La configuración a ensayar consiste en una

muestra de 1 pulgada de material de base,

apoyada sobre un pad de neoprene y debajo de 2

placas de 1 pulgada de hormigón que se

encuentran vinculados por una junta parcialmente

sellada.

• El dispositivo permite ensayar un material

fabricado en laboratorio como en obra.

ANALISIS COMPARATIVO

Ensayo Fortalezas Debilidades

Cepillo Rotativo (bases tratadas)

Facil de implementar. Considera condiciones de durabilidad (C-D)

Tiempos de ensayo excesivos. Posible sobreestimación cuando agregados gruesos son liberados.

Rotacional de Corte (bases tratadas)

Permite controlar mas precisamente las tensiones de corte a aplicar sobre la muestra

Dispositivo mas dificil de implementar. Posible sobreestimación cuando agregados gruesos son liberados.

Inyección de agua (bases no tratadas)

Facil de implementar y ensayar. Las tensiones de corte no son uniformes y precisas. Posible sobreestimación cuando agregados gruesos son liberados

Mesa Vibratoria (bases tratadas)

Mejor ajuste a la exigencia que sufre el material en servicio.

Dispositivo de mayor costo de implementación.

Rueda cargada de Hamburgo (Todo tipo de materiales)

Mejor ajuste a la exigencia que sufre el material en servicio. Sencilla adaptación del equipo original.

Reducida cantidad de equipos en el país.

IMPLEMENTACIÓN

TRABAJOS DE IMPLEMENTACIÓN

Equipamiento utilizado:

Se utilizó un taladro de banco, con

un cepillo de alambre de acero

incorporado.

El dispositivo cuenta con recipiente

contenedor ajustado a la probeta

que permite ensayar la probeta con

una columna de 1 cm de agua y

recolectar el material erosionado.


Requisitos:

1. Velocidad rotacional: 950 RPM.

2. Carga axial: 1kg / 10 kg.

3. Cepillo

• Diámetro: 10 cm (en zona de contacto)

• Cantidad de alambres: 10.000 (se

empleó de 8000)

• Diámetro de alambre: 0,25 mm (se

empleó de 0,30 mm)

• Largo de alambres: 35 mm.

4. Tiempo de ensayo bajo carga: 60

segundos (puede dividirse en 2 etapas

para recolectar parte del material


Condiciones de estacionamiento:

A. 28 días de curado húmedo

B. 7 días de curado húmedo + 12

ciclos de CD

Resultado:

• El resultado del ensayo corresponde

al peso seco del material erosionado.

• El resultado del ensayo del material

corresponde al promedio de las

condiciones ensayadas.


0,0

10,0

20,0

30,0

40,0

50,0

60,0

70,0

A1 A2 A3 A4 A5 C1 C2 C3 H1 H2 H3 H4

28 días curado humedo - 1kg

0

100

200

300

400

500

600

700

A1 A2 A3 A4 A5 C1 C2 C3 H1 H2 H3 H4

28 días curado humedo - 10kg

Particularidades observadas

• Resulta sumamente dificultoso disponer de un cepillo con idénticas

características al seleccionado en los trabajos analizados.

• Se ha seleccionado un cepillo de características similares manteniendo el área

de alambre de cepillo en contacto similar al original.

• No se han presentado mayores dificultades en recolectar el material erosionado.

• Diferentes publicaciones sugieren cargas axiales de 1 kg ó 10 kg, por lo que

resultó necesario evaluar los materiales en la etapa de implementación en ambas

condiciones.

• Se ha observado una evidencia significativa en como los agregados gruesos

detienen el avance de la erosión incluso en matrices de baja resistencia, lo cual

incrementa la dispersión de resultados de ensayo.


Cepillo Rotativo


Configuración del equipo:

1. Carga de rueda: 158 lbs

2. Repeticiones de carga: 5000 /10000.

3. Velocidad: 60 ciclos/minuto (se empleó

50 c/min)

4. Temperatura del baño: 25 ± 1°C

5. Inmersión previa al ensayo: 30 minutos.

6. Medición de 11 puntos sobre la probeta

0

0,5

1

1,5

2

2,5

0 2000 4000 6000 8000 10000

Ahuellamiento máximo - C2

Particularidades observadas

• Adhesivo de contacto para la union

goma –hormigón sugerido Epoxi.

• Los primeros ensayos evidenciaron

una leve rotación de la probeta, lo

cual se ha solucionado

incorporando topes de goma

espumada para un mejor ajuste.

• En ocasiones la erosión del material

de base es incrustada por la carga

de rueda dentro de la goma,

produciendo un paulatino deterioro.

• Es necesario establecer un límite

de corte de ensayo (5mm?).


Hamburgo

PLAN EXPERIMENTAL

PLAN EXPERIMENTAL

Denom Tipo Clase Tipo de

Agregado

Dosis

Estabilizante

1er ETAPA

A1/A2/A3/A4 Hormigón Pobre H4 / H8 Natural /

reciclado 110 – 180 kg/m3

B1 Base Granular asfáltica --- Natural 5,0%

C1/C2/C3 Suelo (A4) con cemento. Natural 5% - 8% - 11%

E1/E2/E3/E4 Relleno de Densidad

Controlada 0,8 / 1,2

Natural /

reciclado 125 -200 kg/m3

2da ETAPA

D Suelo fino de baja

plasticidad (A4) Natural ---

F1/F2/F3 Estabilizado granular Natural ---

G1/G2/G3 Base Granular con

cemento

Natural /

Reciclado 3% - 5% - 7%

H1/H2 Suelo cal Natural

PLAN EXPERIMENTAL

HORMIGÓN POBRE (Ag. Natural)

Designación A1 (H8) A2 (H4)

Composición [kg/m3]

Cemento CPF40 (Olavarría) G 180 110

Arena natural fina silícea 704 769

Arena de trituración granítica 0/6 299 326

Piedra Partida 6/20 (granítica) 1014 982

Agua estimada 153 147

Ad. Plastificante 1,26 0,77

PLAN EXPERIMENTAL

HORMIGÓN POBRE (Ag. reciclado)

Designación A3 (H8) A4 (H4)




Agregado reciclado fino 285 313

Agregado reciclado grueso 930 907


Ad. Plastificante 1,26 0,77

PLAN EXPERIMENTAL

HORMIGÓN POBRE (100 % Ag. reciclado)

Designación A5

(100% Rec)


Cemento CPF40 (Olavarría) G 75

Arena natural fina silícea ---

Agregado reciclado fino 968

Agregado reciclado grueso 948

Agua estimada 167

Ad. Plastificante 0,53

PLAN EXPERIMENTAL

Base Granular Asfáltica (B)

Dosis: 5% asfalto

Densidad: 2,374 g/cm3

RICE:2,486g/cm3

Aire:4,5%

Estabilidad: 10,5 kN

Fluencia: 3,3 mm

PLAN EXPERIMENTAL

Suelo Cemento

SUELO - CLASIFICACIÓN

LL 31,2

LP 26,0

IP 5,2

PT200 94,5

Clasificaón A-4(8)

VSR 24,8

Identificación Suelo -

Cemento

PUVs max

[g/cm3] Hop [%]

C1 11% 1,576 23,4

C2 8% 1,544 24,2

C3 5% 1,548 24,2

PLAN EXPERIMENTAL

RDC (Ag. natural)

Designación E1

(RDC 200)

E2

(RDC 125)






Ad. Espumigeno 0,25 0,25

PLAN EXPERIMENTAL

RDC (Ag. reciclado)

Designación E3

(RDC 200)

E4

(RDC 125)

Dosificación [kg/m3]





Ad. Espumigeno 0,25 0,25

RESULTADOS

RESULTADOS – HORMIGÓN POBRE

0,0

1,0

2,0

3,0

4,0

5,0

6,0

7,0

8,0

9,0

10,0

A1 A2 A3 A4 A5

Res

ist

Co

mp

res

ión

, M

Pa

Resistencia a Compresión - HPº

Resist. 7 dias

Resist. 28 dias

0,0%

5,0%

10,0%

15,0%

20,0%

25,0%

30,0%

35,0%

40,0%

A1 A2 A3 A4 A5

Durabilidad - HPº

Hum y Sec.

Cong y Desh.

RESULTADOS – SUELO CEMENTO

0,0

1,0

2,0

3,0

4,0

C1 C2 C3

Re

sist

. Co

mp

resi

ón

, MP

a

Resistencia a Compresión - SC

Resist. 7 dias

Resist. 28 dias

0,0%

2,0%

4,0%

6,0%

8,0%

10,0%

12,0%

14,0%

C1 C2 C3

Durabilidad - SC

Hum y Sec.

Cong y Desh.

RESULTADOS – RDC

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

H1 H2 H3 H4

Rsi

st. C

om

pre

sió

n ,

MP

a Resistencia a Compresión - RDC

Resist. 7 dias

Resist. 28 dias

0,0%

20,0%

40,0%

60,0%

80,0%

100,0%

120,0%

H1 H2 H3 H4

Durabilidad - RDC

Hum y Sec.

Cong y Desh.

E1 E2 E3 E4

E1 E2 E3 E4


0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

A1 A2 A3 A4 A5

Pé

rdid

a e

n g

/min

Cepillo rotativo – Hormigón Pobre

28HUM

7HUM+CD

····· No cumple Durabilidad

(HS-CD)


0

20

40

60

80

100

120

C1 C2 C3

Pé

rdid

a e

n g

/min

Cepillo rotativo - SC

28HUM

7HUM+CD


(HS-CD)

0

100

200

300

400

500

600

700

H1 H2 H3 H4

Pé

rdid

a e

n g

/min

Cepillo rotativo - RDC

28HUM

7HUM+CD

E1 E2 E3 E4

RESULTADOS – RDC


(HS-CD)

RESULTADOS – RDC


0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

0 2000 4000 6000 8000 10000

Ahuellamiento máximo - HP

A1E A2F A3E A4F A5


A2F


0

1

2

3

4

5

6

7

0 2000 4000 6000 8000 10000

Ahuellamiento máximo - Suelo Cemento

C1E C2E C3E


C1E C2E

C3E

RESULTADOS – RDC

0123456789

10

0 2000 4000 6000 8000 10000

Ahuellamiento máximo - RDC

E1F E2 E3E E4E (a)

RESULTADOS – RDC

E1F

E4E E4E

RESULTADOS – CEPILLO ROTATIVO

0

100

200

300

400

500

600

700

A1 A2 A3 A4 A5 B1 C1 C2 C3 E1 E2 E3 E4

Cepillo rotativo

28HUM

7HUM+CD

RESULTADOS – HAMBURGO

0,43 0,74 0,64 0,66

2,62

0,74

2,04

2,9

7,33

6,35 5,99

1,11

8,63

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

A1 A2 A3 A4 A5 B1 C1 C2 C3 E1 E2 E3 E4

De

sce

nso

po

r Er

osi

ón

, mm

Hamburgo

RDC SC HP BG

CONCLUSIONES

• La implementación del ensayo de cepillo rotativo y de Rueda Cargada de

Hamburgo han demostrado ser procedimientos aptos para la evaluación del

potencial de erosión de materiales para base de pavimentos.

• Se sugiere establecer 10 Kg como carga axial para el procedimiento de cepillo

rotativo y el análisis de al menos 3 probetas gemelas por condición.

• Se ha observado que la presencia de agregado en superficie influye

considerablemente en la determinación de la pérdida de material por erosión,

conteniendo la acción abrasiva del cepillo, lo cual constituye una desventaja

significativa frente a la otra metodología analizada.

• Para el ensayo de Rueda cargada de Hamburgo se sugiere establecer un

límite al descenso por erosión en función de las condiciones de aceptabilidad

requeridas y la evaluación de al menos 2 muestras gemelas para cada

material.

CONCLUSIONES

OBSERVACIONES PRELIMINARES

• Según ambas metodologías implementadas, las bases de hormigón pobre

y granular asfáltica evidencian el mejor comportamiento frente a la

erosión, alcanzándose valores apropiados para condición de alto tránsito

pesado.

• Las bases de suelo cemento, aún en condición de sobredosificación de

cemento, no permiten incrementar la resistencia a la erosión a los niveles

requeridos para alto tránsito pesado, aunque si evidenciarían un nivel

apto para una vía de tránsito moderado y bajo.

• Las bases de RDC, han mostrado un muy pobre desempeño frente al

fenómeno erosión, incluso con elevados contenidos de cemento.

CONCLUSIONES (2)

OBSERVACIONES PRELIMINARES

• El caso de RDC con alto contenido de cemento, con una granulometría de

arena particularmente gruesa (MF:3,5), ha evidenciado un buen

comportamiento según ambas metodologías.

• La estructura granulométrica del material tratado y la resistencia de la

matriz representa un elemento clave en el desempeño frente a este

fenómeno.

• Se recomienda continuar con el estudio de materiales de diferente

granulometría y estabilización, para definir los límites requeridos de

erosionabilidad en función de las condiciones de servicio previstas.

CONCLUSIONES (3)

AGRADECIMIENTOS

Diego Larsen Sebastián Pacheco Martin Uguet

Mariano Pappalardi Nicolas Merluzzi

Matías Camueira Maria Paz Iribarren

EVALUACIÓN DEL POTENCIAL DE EROSIÓN DE BASES

PARA PAVIMENTOS DE HORMIGÓN

Ing. Diego Calo

Coordinador Departamento de Pavimentos

Instituto del Cemento Portland Argentino

[email protected]

www.icpa.org.ar

GRACIAS!

mailto:[email protected]

http://www.icpa.org.ar/

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