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Adiestramiento en Ingeniería Civil y Arquitectura

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Incidencia del Diferencial Térmico en la Densidad de Campo de la Capa Asfáltica Colocada según COVENIN 2000-87

Escrito por veneconsult2410 28-06-2016 en articulos. Comentarios (0)

Artículo presentado en el XVIII Congreso Ibero Latinoamericano del Asfalto. Argentina 2015.

Autores: María Rodríguez, Gerardo Chiavelli, Arístides Trillo, Augusto Jugo

En los últimos años se ha podido observar el alto deterioro en las vías de Venezuela, y con mayor preocupación en las de reciente construcción.

En Venezuela, COVENIN 2000-87 es la norma que regula la fabricación y colocación de mezclas de concreto asfáltico. Esta norma específica la temperatura máxima de mezclado en planta de la mezcla asfáltica en caliente: 163°C. Sin embargo, no ofrece mayor información sobre los controles de la temperatura durante el proceso constructivo. Lo anterior, deja a criterio de los profesionales de la obra las decisiones sobre los controles térmicos.

El proceso constructivo convencional de una carpeta asfáltica se puede resumir en 4 etapas básicas: producción, transporte, extendido y compactación. De estas etapas, durante el transporte, ocurren dos fenómenos que pueden repercutir de manera negativa en la vida útil de carpeta asfáltica, como lo son la segregación térmica y la segregacióngranulométrica haciendo más importantes los controles que puedan realizarse durante el proceso de extendido y compactación. Por lo antes descrito, este artículo se centra en la evaluación de la incidencia del diferencial térmico en la densidad de campo de la carpeta asfáltica colocada, según especificaciones de la norma COVENIN 2000-87.

Proceso constructivo

Descripción del proceso constructivo de la carpeta asfáltica utilizado tradicionalmente:

• Una vez producida en planta, la mezcla es cargada en camiones tipos volteo (capacidad promedio de 20 a 30 toneladas). Típicamente los camiones llevan un guía que indica la temperatura a la salida de la planta y la cantidad de mezcla que transporta.

• Una vez que la Mezcla de Concreto Asfaltico en Caliente MCAC es cargada en el camión, se protege con una lona para evitar la pérdida brusca de la temperatura durante el transporte.

• En la obra se organiza el tren de colocación para iniciar el proceso de pavimentación, el cual (en los casos estudiados) tienen dos opciones: la primera con un dispositivo capaz de homogeneizar térmica ygranulométricamente la mezcla, y la segunda sin el mismo.

Colocación de MCAC con dispositivo homogenizador de temperatura (Vehículo de Transferencia de Mezcla –VTM):

• El camión descarga en la unidad receptora del VTM, donde pasa por una banda transportadora que trasfiere la mezcla a la tolva de almacenamiento, es remezclada mediantedos tornillos sinfines, luego es transferida –en forma continua- a una tolva especial en la máquina extendedora, mediante otra banda transportadora.

• Una vez depositado el material en la extendedora, desde el VTM, se procede al extendido de la capa.

• A la mayor temperatura posible, sin que la mezcla se desplace, se debe comenzar el proceso de compactación, que dependerá del patrón específico para dicha MCAC.  

                      (Tren de colocación y compactación de la MCAC con VTM)


Colocación de MCAC sin dispositivo homogenizador de temperatura:

• Una vez depositado el material en la extendedora desde el camión, se procede al extendido.

• A la mayor temperatura posible, sin que la mezcla se desplace, comienza el proceso de compactación, que dependerá del patrón de compactación definido para la MCAC.

                         (Tren de colocación y compactación de la MCAC sin VTM)


Para esta investigación se tomaron en consideración tres sectores de autopistas principales en Venezuela. 

Mezclas asfálticas estudiadas

En los tramos estudiados se utilizó mezcla asfáltica de cinco plantas distintas, las cuales suministraron el material asfáltico.


Resultados 

Se observa un diferencial de temperatura muy elevado en la etapa I, correspondiente a la descarga del camión a la extendedora; esto se produce como consecuencia de aspectos como: pérdida natural de temperatura como consecuencia del transporte y transferencia de calor existente entre la MCACy las caras de la tolva del camión. Lo anterior, ocasiona que las temperaturas máximas y mínimas en el camión se alejen en más de 70 °C. 

En el proceso constructivo llevado a cabo en el Sector 1, se incorporó un Vehículo de Trasferencia de Mezcla–VTM-, cuyo objetivo era homogenizartérmica y granulométricamente la mezcla asfáltica, esto se evidencia en el “acercamiento” de las curvas de temperatura.


Muestra el comportamiento promedio de la temperatura a lo largo del proceso constructivo, en los casos donde no se utilizó VTM. En todos los casos, al igual que en el Sector 1, existe un diferencial térmico que alcanzó los 75 °C.Durante este proceso constructivo,también fue característico que las temperaturas máximas y mínimas, se mantuvieran con diferenciales térmicos importantes de hasta 40 °C.



De los resultados obtenidos se desprende que, aquellas muestras que se corresponden con capas cuya compactación inició a temperaturas por encima de 120°C y con diferenciales de temperatura bajos, las densidades resultan ser homogéneas y dentro del parámetro normativo, en caso contrario los valores de densidad se comportan de una manera desordenada y poco predecible.


Los resultados evidencian que a medida que la dispersión de temperatura es elevada, también lo será la dispersión del porcentaje de densidad RICE, lo que se traduce en una compactación heterogénea, la cual en algunos casos, se convierte en densidades por debajo de los requerimientos normativos.

En cuanto al aspecto normativo, se debe destacar que se tomó como referencia lo expresado en la norma del Instituto Venezolano del Asfalto, la cual, en su propuesta establece que el promedio de las densidades de las muestras debe estar comprendido entre 93% y 97% de la densidad máxima teórica determinada según el ensayo de RICE.

Conclusiones

Cuando se comienza la compactación inicial a una temperatura entre 110 y 140°C y una segregación térmica menor a 4°C, existen altas posibilidades de obtener un porcentaje de la densidad RICE por encima de 93%. Especialmente en los casos donde el proceso constructivo incluya compactación inicial (dinámica), intermedia (neumática) y final (estática).

Cuando la compactación se inicia a una temperatura de mezcla inferior a 110 °C, es menos probable que la carpeta, una vez compactada, llegue a tener la densidad mínima requerida por el ensayo RICE (independientemente de la segregación térmica). El análisis detallado de la temperatura de la mezcla asfáltica al inicio, durante y al final de la compactación, conjuntamente con las densidades obtenidas, permite concluir que la segregación térmica es un factor determinante en la calidad final de la carpeta construida, y por ende en su durabilidad en el tiempo.

Otro aspecto que se pudo estudiar, fue el tiempo “disponible” para la compactación de la MCAC una vez es extendida por la pavimentadora. Este factor es variable y depende de aspectos como: espesor de la capa, equipos disponibles, temperatura de la mezcla al inicio de la compactación y disgregación térmica.

En cuanto a criterios de aceptación y rechazo, basado en el alcance actual de la norma COVENIN 2000-87, se puede decir que la norma presenta vacíos importantes para el control de calidad en la colocación y compactación de mezclas asfálticas, ya que no especifica aspectos como: temperatura máxima o mínima a la cual la compactación debe iniciar y culminar, ni la segregación térmica permitida en las mezclas asfálticas, tampoco establece referencia de control de calidad a partir del ensayo RICE. 






CURSO: Estimación de Costos para Contratación de Obras y Servicios

Escrito por veneconsult2410 28-06-2016 en cursos. Comentarios (0)

  • DURACIÓN:

10 horas académicas

  • INSTRUCTOR:

Ing. Carlos Parra

  • LUGAR:

Valencia, C.C. Garibaldi. Urbanización Valles de Camoruco, Piso 3 (oficina 9)

  • FECHAS:

Viernes 01 y Sábado 02 de julio en horario de 8:30 am a 12:00 y de 1:30 a 5:30 pm

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Diseño de Pavimentos Rígidos en Zonas Urbanas: Formulación de criterios para un análisis simplificado

Escrito por veneconsult2410 20-06-2016 en articulos. Comentarios (0)

Autor: Ing. Arístides Trillo

La metodología para el análisis y diseño de pavimentos rígidos descrita en la norma venezolana FONDONORMA 1753:2006, Anexo F; se basa en los criterios establecidos por la Portland Cement Association (PCA) en su guía de diseño “Thickness Desing for Concrete Highway and Street Pavement”. El método, establece dos verificaciones que deben cumplirse de manera conjunta en función de los tipos de falla que ocurren en los pavimentos rígidos: el análisis de falla por fatiga y el análisis de falla por erosión. El primero, representa el comportamiento de la losa de concreto ante la aplicación repetida de las cargas del tránsito; con el segundo se verifica el efecto en el pavimento de las deflexiones excesivas como consecuencia de la erosión de la base de apoyo.

“La experiencia acumulada en este campo, ha permitido deducir que la incidencia de los análisis por fatiga y erosión en el diseño de pavimentos rígidos, depende del nivel de tráfico y tipo de vialidad que se esté diseñando. Se ha determinado que para casos de vialidad de tráfico liviano el diseño generalmente es “controlado” por el análisis por fatiga y en el caso de vialidades de tráfico pesado, quien controla el diseño es el análisis por erosión”.

Con base en esta premisa, existe un conjunto de proyectos de pavimentación en los que al hacer el análisis de falla por fatiga, automáticamente se estaría garantizando la capacidad estructural del pavimento, motivo por el cual, el análisis de falla por erosión podría ser excluido del diseño, permitiendo hacer un cálculo simplificado.

Ahora bien, ¿qué aspectos de las vialidades urbanas, pueden conducir al diseño simplificado de un pavimento rígido, con el nivel de confianza requerido en proyectos de este tipo? A continuación se describen los más relevantes:

La primera variable a considerar es el tráfico, y los aspectos más relevantes son: cantidad y configuración los vehículos pesados. Según los criterios establecidos por INVEAS (2004), para que una vialidad pueda ser calificada de tráfico liviano, debe presentar un PDT inferior a 500 vehículos por sentido o menos de 100 camiones por día y por sentido de circulación. En estas vialidades, la configuración vehicular del tráfico pesado está representada en su gran mayoría por los siguientes vehículos: autobús y camión de 2 y 3 ejes, y en menor medida semirremolques tipo 3S2 y 3S3. La estadística de tránsito de Gustavo Corredor (2010), indica que estos camiones representan aproximadamente 92% de los vehículos pesados de la red vial de Venezuela.

En el caso particular de la zona urbana de la ciudad de Valencia, un estudio realizado por Cardona y Martínez (Universidad de Carabobo, 2004) indica que la distribución de vehículos pesados está representada en más de 95% por vehículos con menos de 5 ejes.

Desde el punto de vista de la geometría vial; la presencia de aceras y brocales en las calles y avenidas permite calificarlas como vías con borde protegido o con soporte lateral. 

En lo que se refiere a la vida del proyecto, estas vías se caracterizan por diseñarse para períodos no mayores de 15 años y tasas de crecimiento inferiores a 3%. Lo cual es fundamental, porque delimitará la cantidad de repeticiones de carga que circularán por la sección de diseño.

Con relación al apoyo de la losa de concreto, a pesar de ser posible el diseño de losas de concreto de apoyo directo, se debe preferir la utilización de “apoyo compuesto” con una capa de material granular por debajo de la losa, con CBR mínimo de 30% y 15 cm de espesor. Esto no limita la remoción de material desechable de la base de la vialidad. La calidad del concreto se debe garantizar a partir del módulo de rotura a flexión a los 28 días, que debe ubicarse en un rango de 40 a 45 Kg/cm2.

Otro aspecto característico de las vialidades urbanas, es el tipo de transferencia de carga; el cual, generalmente será por trabazón de agregados, incorporada por vaciados continuos con corte posterior de las juntas transversales.  

Tipo de bordeProtegido (aceras y brocales)
Tipo de tráficoBajo Volumen
Periodo de diseño y Tasa de Crecimiento  15 años, 8% (máximos)
Tipo de apoyo de la losa

Compuesto: material granular

CBRmin: 30%, espesor 15cm

Módulo de ruptura mín. a los 28 días40kg/cm2
Transferencia de cargaTrabazón de agregados

El análisis conjunto de los aspectos antes mencionados, permite establecer el límite máximo del tráfico con el cual se puede excluir la verificación de falla por erosión:

• PDT con menos de 50 camiones y autobuses por día en el canal de diseño.

• Menos de 600.000 camiones y autobuses en el período de diseño.

• Máximo de 10% de vehículos pesados de más de 3 ejes.

A manera de conclusión, se puede afirmar que los proyectos que se enmarquen en el escenario planteado, cumplirán satisfactoriamente la premisa según la cual el análisis por fatiga “controla” el diseño, haciendo factible realizar, según el criterio del ingeniero proyectista, el análisis simplificado del pavimento.  


La Ingeniería y las Smart Cities

Escrito por veneconsult2410 14-06-2016 en articulos. Comentarios (0)

Arístides Trillo 

Las Smart Cities, son por definición las ciudades construidas en torno al ciudadano, y por lo tanto, el próximo paso del desarrollo social. Los experimentos llevados a cabo internacionalmente en el terreno de las ciudades inteligentes se han apoyado en la tecnología y el ingenio; y en todos los casos, el objetivo fundamental es mejorar la calidad de vida de las personas.

Un planteamiento universalmente aceptado es que la ciudad es el ámbito de concentración humana, es el producto cultural más sofisticado que el hombre ha creado en sociedad. De modo que, la ciudad debe poder albergar a una comunidad y permitir absorber su crecimiento.


En este orden de ideas, desde el punto de vista del impacto al planeta, lo ideal es detener la expansión descontrolada, dejando una mayor oportunidad a las áreas verdes y a la vida silvestre.En 1898 Ebenezer Howard planteó una versión incipiente –inocente- de lo que hoy conocemos como ciudades inteligentes:

“La ola de urbanización debe detenerse, llevando a la gente de las metrópolis cancerosas hacia nuevas ‘ciudades jardín’ autosuficientes. Los residentes de estas pequeñas islas felices sentirían la ‘jubilosa unión’ entre la ciudad y el campo. Vivirían en casas lindas con jardines al centro, caminarían a sus trabajos en las fábricas periféricas y serían alimentados por las granjas de los cinturones verdes a su alrededor, lo cual también impediría que la urbe se extendiera hacia el campo”.

Hoy en día, el concepto de la ciudad verde o sustentable ha evolucionado de manera significativa, apoyando su existencia en la tecnología. Al igual que el teléfono de tono de los años 90  ha evolucionado a los Smart Phone, las ciudades han evolucionado a las Smart Cities, con el único fin de mejorar la calidad de vida y optimizar los recursos disponibles. En este sentido, aspectos como: accesibilidad de las personas, comprensión de la diversidad del ser humano, recursos ambientales, espacios públicos, huella ecológica, movilidad y seguridad son los principales en estas “nuevas ciudades”.

El camino para reinventar nuestras ciudades y convertirlas en “inteligentes”, es sin duda un campo minado, pero hay ejemplos más que significativos de excelentes esfuerzos de ciudades que buscan ser mejores para sus habitantes. Boyd Cohen (2013), propone un ranking de las ciudades más inteligentes de América Latina, entre las que están: Santiago de Chile, Bogotá, Medellín, Ciudad de México, Buenos Aires, Río de Janeiro y Curitiba; su presencia en este exclusivo ranking no significa que no estén afectadas por los problemas cotidianos de las grandes ciudades; pero resaltan los esfuerzos de sus gobiernos por la modernización y la búsqueda de la cercanía con sus habitantes. Proyectos en materia de movilidad, conectividad, accesibilidad, seguridad, planificación urbana, utilización de los recursos naturales, adaptabilidad climática, manejo de residuos, educación y gobernabilidad; han hecho que estas ciudades puedan estar en el camino de las Smart Cities.

En este contexto, la Ingeniería se convierte en una herramienta fundamental para el logro de los objetivos de las Ciudades Inteligentes. Las Academias Nacionales de Venezuela en el documento “Propuestas a la Nación” (2011), plantean lo siguiente con relación al rol que debe cumplir la ingeniería:

“Si se concibe que el fin prioritario de la ingeniería a través de sus diferentes ramas, es el de contribuir al desarrollo sostenible de la sociedad, se puede plantear que la ingeniería ha de estar, en esencia, al servicio del mejoramiento de la calidad de vida de la población, en su sentido más amplio. Para ello la ingeniería requiere usar recursos naturales y energía en forma tal que permita satisfacer las necesidades humanas del presente, sin comprometer la posibilidad de atender las demandas de las futuras generaciones”.

…“Esto significa que, a la ingeniería le corresponde ser un instrumento para contribuir a la igualdad social, al aumento de la capacidad productiva, obtener un hábitat sano y agradable, servicios públicos al alcance de todos, condiciones apropiadas de aprovechamiento de los recursos naturales y de conservación del medio ambiente, entre otros aspectos relevantes. Esto último es imprescindible para asegurar la sostenibilidad ecológica del desarrollo, en el mediano y largo plazo”.

En Venezuela, como en la mayoría de los países del mundo, las ciudades concentran la mayor cantidad de población. Caracas, Maracaibo y Valencia son los ejemplos más significativos de concentración poblacional en nuestro país, por lo que quizás la reinvención o reingeniería de nuestras ciudades podría comenzar por alguna de ellas.

El ejemplo más cercano que tiene Venezuela de una ciudad en el camino de Smart City, lo representa Caracas con el plan estratégico Caracas Metropolitana 2020. Según este plan “Caracas, debe plantearse como una metrópoli y no como un simple agregado de municipios para ofrecer a sus habitantes niveles de calidad de vida compatibles con sus potencialidades, el progreso tecnológico y los modernos derechos de  ciudadanía”.

Infografía cortesía: www.plancaracas2020.com

En resumen, hay que entender que no existen dos ciudades iguales, por lo que para llegar a ser una ciudad inteligente, lo primordial es definir qué quiere ser la ciudad, cuáles son sus principales necesidades y cómo convertir al ciudadano en protagonista; para posteriormente apoyarse en la ingeniería como la llave que da acceso a todas las soluciones necesarias. Las telecomunicaciones, la arquitectura, el planeamiento urbano, la computación y hasta la inteligencia artificial, son parte de la gama de opciones que el ingenio humano ha puesto al servicio de las ciudades modernas.

El aprovechamiento del “Big Data” y la construcción de edificios “verdes”en ciudad de México, el sistema de transporte masivo en Bogotá, la renovación urbana de Buenos Aires, y la infraestructura de Medellín basada en la inclusión social, son una pequeña muestra de lo que puede hacer el hombre con su ingenio por una mejor calidad de vida.