Resumen

En este artículo se muestra una alternativa de rehabilitación llamada Whitetopping, la cual es una técnica que consiste en colocar un pavimento rígido sobre la estructura existente de pavimento flexible, que permite aumentar la vida útil de la vía, disminuyendo el costo del mantenimiento y brinda la posibilidad de mejorar las condiciones geométricas, igualmente proporciona una mayor seguridad y comodidad para los usuarios de la vía minimizando los costos de operación y de tiempos de viaje. El diseño de esta tipo de rehabilitación se realiza como si fuera un pavimento rígido nuevo, la diferencia radica en que la estructura de soporte será la estructura de pavimento flexible existente. Palabras claves: Flexible, pavimento, rígido, rehabilitación, whitetopping.

Abstract

This paper shows an alternative of rehabilitation called Whitetopping, which is a technique that involves placing a rigid pavement on the existing flexible pavement structure, which increases the life of the road, reducing the cost of maintenance and offers the possibility to improve the geometric conditions, also provides greater security and comfort for road users while minimizing operating costs and travel times. The design of this type of rehabilitation is performed as if it were a new rigid pavement, the difference is that the support structure will be the existing flexible pavement structure. Keywords: Flexible, rigid, rehabilitation, pavement, whitetopping. 1. Introducción Larehabilitación mediante la colocación de losas de concreto sobre los pavimentos flexibles que han sufrido daños por causa del tráfico, la humedad y el clima, es una técnica que se ha desarrollado en Estados Unidos desde el año 1918, en un principio se utilizóen aeropuertos, autopistas, carreteras principales ysecundarias, calles y parqueaderos; entre los años 1940 y 1950 en aeropuertos civiles y militares, y desde el año 1960, el concreto ha sido muy usado como alternativa para la reparación de autopistas en estados como California, Iowa y Utah[1].

WHITETOPPING – UNA ALTERNATIVA DE REHABILITACIÓN

Elkin Humberto Gutiérrez Colmenares

Universidad Pontificia Bolivariana Bucaramanga, Colombia

elkingu@gmail.com

Especialización en Vías Terrestres, X Cohorte2011

Este tipo de rehabilitación permite una rápida reparación de vías con daños superficiales en su carpeta asfáltica, ampliando su vida útil, reduciendo los costos de mantenimiento, corrigiendo las deformaciones tanto en los perfiles longitudinales como transversales, aumentando con esto el nivel de servicio, que se traduceen una mayor comodidad de los usuarios y la disminución de los costos de operación. Este artículo pretende presentar los procedimientos de diagnóstico y diseño de la técnica de rehabilitación de pavimentos flexibles tipo Whitetopping. 2. Definición Whitetopping es una técnica de rehabilitación de pavimento flexible con daños superficiales, que consiste en instalar encima un pavimento rígido, aumentando con ello la vida útil, ver Figura 1.

Figura 1. Estructura típica de rehabilitación por la técnica de Whitetopping.

Fuente: Copiado y adaptado de [2]. Consultado Junio 8 de 2011.

Existen varios tipos de Whitetopping, los cuales se clasifican según su espesor: Convencional: el espesor de la losa es superior a 20 cms. Delgado: el espesor de la losa oscila entre 10 a 20 cms. Ultradelgado: el espesor de la losa oscila entre 5 a 10 cms.

3. Esfuerzos El pavimento flexible al ser diseñado tiene una curva de esfuerzos característica, los cuales se disipan dependiendo de los espesores de las capas y la calidad de los materiales, al colocarse un pavimento rígido encima de esta estructura, este absorbe la mayor cantidad de los esfuerzos y los distribuye en una superficie mucho mayor, Las curvas de esfuerzos de un pavimento flexible y un Whitetopping se pueden observar en las Figuras No.2 y 3. [3] 4. Diagnostico Para que sea viable la rehabilitación de una vía mediante la técnica de Whitetopping, esta debe cumplir con ciertas condiciones: Que el deterioro de la carpeta asfáltica sea superficial, esto quiere decir, que no tenga

una afectación evidente en su estructura. Que el espesor del asfalto existente después de fresado no sea menor de 7.5 cms,

según la Asociación Americana de Pavimento en Concreto (American Concrete Pavement Association). [4]

Teniendo esto claro, se continua con la siguiente etapa que consiste en realizar los estudios necesarios que sirvan de soporte para la elaboración del diseño, esta evaluación consiste en evidenciar la condición y estado actual de la vía. [3]

Figura 2

Curva de esfuerzos pavimento flexible.

Fuente: Copiado y adaptado de [3].

Figura 3

Curva de esfuerzos Whitetopping.

Fuente: Copiado y adaptado de [3].

Esta etapa comprende las siguientes actividades [3]: Topografía de la vía Apiques Ensayos de laboratorio Diagnóstico del estado actual de la vía Deflectometría Estudio de transito Evaluación de la capacidad estructural del pavimento existente Ensayos de placa

A continuación se hará una breve descripción de cada una de estas actividades anteriores: Topografía de la vía: Se debe realizar una localización detallada teniendo en cuenta los aspectos generales como: [3] - Anchos promedios de calzada. - Pendientes. - Perfil longitudinal. - Secciones típicas, etc. Apiques: Con el propósito de saber cómo está compuesta la estructura existente en cuanto a espesores y propiedades de los materiales de las capas granulares y asfálticas, se realizan apiques entre 1 a 1.3 metros de profundidad.[3]

Ensayos de laboratorio: A las muestras resultantes de los apiques se le deben comprobar sus propiedades mediante los siguientes ensayos: [3] Granulometría

Límites de Atterberg o consistencia Humedad natural CBR Contenido de materia orgánica Proctor modificado.

Diagnóstico del estado actual de la vía: Esta actividad se realiza mediante un inventario de daños y fallas.[3] Los parámetros que se utilizan en el diagnóstico, los cuales hacen parte de la factibilidad técnica para rehabilitar mediante Whitetopping son: [3] Daños estructurales. Daños asociados a la fatiga de las capas asfálticas. Daños asociados a la alteración del perfil por deformaciones plásticas acumuladas. Daños asociados a la inestabilidad de la banca. Daños superficiales. Daños asociados a las deficiencias en el diseño o fabricación de la mezcla asfáltica. Daños asociados a la calidad de los materiales. Según las especificaciones de construcción de pavimentos de concreto hidráulico del Instituto de Desarrollo Urbano de Bogotá D.C. para la realización del inventario de daños y fallas que se consideran en una superficie de pavimento flexible (Ver Figura No.4), son las siguientes: [3] “Huecos o baches abiertos: Cavidades o depresiones producidas por desprendimiento

de la carpeta asfáltica y de capas granulares. Se consideran 3 tipos de huecos: [3] - Superficiales: solo comprometen la capa de rodadura y su profundidad es menor a 3

cm. - Medios: Comprometen parte o la totalidad de la carpeta asfáltica y su profundidad

oscila entre 3 y 10 cm. - Profundos: Profundidad superior a 10 cm, con expulsión de material y compromiso de

la base granular.

Figura 4. Daños y fallas de una superficie de pavimento flexible.

Fuente: Copiado de [4]. Consultado Mayo 12 de 2011.

Fisuras longitudinales y transversales: Son agrietamientos longitudinales y/o

transversales que no constituyen una malla, sino que se presentan en forma aislada o continua y son producidas por deficiencia en las juntas de construcción, contracción de la mezcla o desplazamiento de los bordes. Se consideran 3 tipos de fisuras: [3] - Longitudinales.

- Transversales. - En bloque

Desgaste superficial: Son las irregularidades que se observan en la superficie, en

áreas aisladas o en forma generalizada y son el producto del desgaste de las partículas superficiales o el desprendimiento de alguna de ellas por acción del tránsito o inclemencias del tiempo. El desgaste se clasifica en:[3] - Incipiente: Perdida de textura uniforme, mostrando rugosidad e irregularidades hasta

de 5 mm de profundidad - Medio: Cuando las irregularidades están entre 5 mm y 15 mm de profundidad. Las

partículas de agregado están expuestas y se siente vibración al circular. - Severo: Desintegración superficial de la carpeta, con desprendimientos evidentes y

partículas sueltas sobre la vía.

Piel de Cocodrilo: Son agrietamientos en forma de malla que inicialmente se presenta en cuadros más o menos regulares con lados entre 25 y 30 cm, que presentan fracturamientos progresivos en forma de piel de cocodrilo. Posteriormente estas fisuras se ensanchan y profundizan ocasionando desprendimientos. Se consideran tres (3) tipos de fallas: [3] - Incipiente: Cuando los agrietamientos son muy delgados y el tamaño de los cuadros

tienen dimensiones próximas a 25 cm por lado. No existe deformación superficial. - Medio: Cuando los bloques se han reducido de tamaño y presentan aristas

redondeadas por perdida de partículas, las grietas que los separan son mayores de 1 cm, se advierten deformaciones y movimientos relativos, y puede existir desprendimiento de algunos bloques.

- Severo: Cuando las deformaciones son grandes y se presenta perdida del material asfáltico y se presenta aparición del material de base.

Ondulaciones: Son deformaciones grandes y notorias de la calzada de la vía, que

alteran su perfil longitudinal, por efecto de asentamientos del terraplén o por levantamientos causados por las raíces de árboles”. [3]

A continuación se indican los trabajos a realizar para reparar las fallas existentes en el pavimentoflexible antes de aplicar el rígido.

Condición general del pavimento Trabajo de reparación

Ahuellamiento menor de 5 mm Ninguna

Ahuellamiento mayor de 5mm Fresado o nivelación

Deformación plástica excesiva Fresado

Baches Rellenar

Falla de subrasante Remoción y preparación

Fisuras en general, fatiga en bloque, transversales y longitudinales.

Ninguna

Exudación Ninguna

Degradación superficial Ninguna

Tabla 1: Reparación de fallas.

Fuente: Copiado de[5].

Deflectometría: Para evaluar el soporte proporcionado por las capas existentes, se requiere de dispositivos como la viga Benkelman o de más precisión como el Falling Weight Deflectometer (FWD). [3] Estudio de transito: Es de vital importancia en el diseño del pavimento. Para este tipo de rehabilitación se deben realizar unos conteos, acudir a las series históricas, todo con el propósito de determinar la proyección del tránsito futuro que tendrá la vía en su periodo de diseño. [3] Ensayos de placa: Cuando las deflexiones se toman mediante la viga Benkelman, una forma de “…corroborar y tener mayor seguridad sobre la capacidad de soporte de la estructura actual…”, es mediante la realización de mediciones para definir el valor de k, utilizando este ensayo. [3] 5. Diseño El diseño del espesor de la losa de concreto para este tipo de rehabilitación se hace como el diseño de un pavimento rígido nuevo, la diferencia es que la estructura de soporte será la estructura existente. Existen varios métodos para diseñar la losa de pavimento rígido, ente los que se encuentran: [4] PCA:Asociación de Cemento Portland(The Portland Cement Association). AASHTO:La Asociación Americana de Funcionarios de Carreteras Estatales y Transporte

(The American Association of State Highway and Transportation Officials). ACPA:Asociación Americana de Pavimento en Concreto (American Concrete Pavement

Association). CDTO: Departamento de Transito del Estado de Colorado. TDOT: Departamento de Transito del Estado de Texas. IDOT: Departamento de Transito del Estado de Illinois. En este artículo, por ser uno de los más utilizados en el país, se evalúan los criterios y parámetros necesarios para el diseño de pavimentos rígidos según elmétododesarrollado por la PCA. 5.1. Método Desarrollado Por La Pca. Es un método mecanicista empírico desarrollado por la PCA, en donde parte de él,“…fue desarrollado interpretando los resultados del modelo de elementos finitos basados en el comportamiento de una losa de espesor variable y dimensiones finitas (180 x 144 pulgadas) a la cual se le aplicaron cargas al centro, de borde y de esquina, considerando diferentes condiciones de apoyo y soporte.”[3] Este método,considera para el desarrollo del procedimiento de diseño dos criterios de análisis:

Análisis por erosión: “…reconoce que el pavimento puede fallar por un excesivo bombeo, erosión del terreno de soporte y diferencias de elevaciones en las juntas…”[3]

Análisis por fatiga: “…reconoce que el pavimento pueda fallar, presentando agrietamiento derivado de excesivas repeticiones de carga.”[3]

Parámetros de diseño: Estructura existente: Se debe establecer el módulo de reacción (K) para el conjunto de la

estructura (Subrasante, capas granulares y capa asfáltica), el cual se puede hallar mediante la utilización in situ de dispositivos automatizados como el Falling Weight Deflectometer (FWD).

Transito: Se halla por espectro de cargas que consiste en estimar el trafico real que circulara por el pavimento

Periodo de diseño: El periodo de diseño para un pavimento rígido se estima entre 20 a 40 años.

Tipo de juntas y berma: En un pavimento rígido existen juntas longitudinales y transversales de contracción y a diferencia del pavimento rígido tradicional, el Whitetopping permite reducir la distancia entre juntas transversales en función directa con el espesor de la losa.

6. Mantenimiento Esta es otra actividad muy importante para evaluar la alternativa de rehabilitación autilizar: El pavimento flexible aunque tiene un menor costo inicial, sus mantenimientos son más frecuentes, como se observa en la Figura No.5, cada 5 años se debería colocar una sobrecarpeta a la vía, garantizar la condición inicial y a su vez iniciar nuevamente el proceso de deterioro. Como se observa en la Figura No.6, el deterioro de este tipo de pavimento es lento, ya que cada 15 años se reparan las losas que hayan sufrido daños, obteniendo con esto una condición casi igual a la inicial. A pesar que el costo inicial para el pavimento rígido es más alto, esto se podría ver compensado en el ahorro por mantenimiento y el aumento de la seguridadpara los usuarios, y por consiguiente disminución en la accidentalidad, costos de operación y deterioro de los vehículos.

Figura 5. Comportamiento del mantenimiento en un pavimento flexible.

Fuente: copiado y adaptado de [3]

Figura 6. Comportamiento del mantenimiento en un pavimento rígido. Fuente: Copiado y adaptado de [3]

Igualmente con este tipo de rehabilitación se puede mejorar el diseño geométrico de las vías tanto en lo longitudinal ajustando las pendientes, como en lo transversal corrigiendo los peraltes. 7. Ventajas del WHITETOPPING - La rapidez para realizar la rehabilitación y la posibilidad de habilitar el tráfico vehicular en

poco tiempo. - Disminución en los costos de mantenimiento. - Posibilidad de mejorar el diseño geométrico. - No se requiere de personal altamente calificado. - Los equipos necesarios para la ejecución de esta actividad no son difíciles de conseguir. 8. Conclusiones - La técnica del Whitetopping requiere para que sea viable su utilización, que los daños de

la estructura existente sean superficiales, por cuanto ésta servirá de soporte al pavimento rígido.

- La rehabilitación por medio del whitetopping implica un costo inicial alto, pero el

mantenimiento es bajo, lo que resulta favorable en sitios donde lasdeformaciones en el pavimento flexible por efecto de los vehículos que frenan y arrancan frecuentemente, afectan su vida útil.

- El diseño dela rehabilitación con Whitetopping cumple con los mismos criterios y

parámetrosutilizados para el diseño de un pavimento rígido nuevo; la diferencia radica en la estructura de soporte.

- La aplicación de esta técnica de rehabilitación permite aumentar la vida útil de la

estructura existente, por cuanto las losas de concreto que se colocan, se diseñan para un periodode 20 a 40 años.

- Su proceso constructivo es más rápido, pero si se utilizan concretos de resistencia

acelerada (fast track) se puede dar apertura al tráfico en 24 horas o menos. - El uso de esta técnica, aumenta el nivel de servicio y mejora la geometría de la vía,

brindando una mayor seguridad a los usuarios, a la vez que minimiza los costos de operación y mantenimiento de los vehículos.

9. Referencias [1] Ruz Ortiz, Javier Eduardo. Aplicación en Chile de pavimentos delgados de hormigón.

Santiago de Chile. 2006. 76 p. Trabajo de grado (Ingeniero Civil). Universidad de Chile. Facultad de Ciencias Físicas y Matemáticas. Departamento de Ingeniería Civil.Pp.

[2] HEIDELBERGCEMENT http://www.heidelbergcement.com/de/de/country/service/glossar/whitetopping.htm

[3] Reunión Del Concreto.(2009: Cartagena de Indias). Memorias del RC-2009 Construcción de Pavimentos en Concreto. Nuevas Tecnologías de concreto para pavimentos - Whitetopping - Generalidades Whitetopping. Cartagena de Indias, Asociación Colombiana de Productores de Concreto - Asocreto, 2009.

[4] Instituto Del Cemento Y Hormigón De Chile. http://www.ich.cl/index.php?view=category&id=221%3Awhitetopping&option=com_content&Itemid=84

[5] CEMEX MÉXICO. Diseño de Pavimentos. http://www.cemexmexico.com/co/co_pa_dp.html.

Sobre los Autores

Elkin Humberto Gutiérrez Colmenares, es ingeniero civil de la Universidad Nacional de Colombia, graduado en Abril de 2001, con más de 7 años de experiencia específica en construcción, rehabilitación y mantenimiento de vías.