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Aplicación de adoquines de hormigón para pavimentación
(Este articulo proviene de Comodoro Rivadavia, agosto de 1997)
Tabla 3.2. Uso de adoquines de pavimento en Alemania en 1972 (Asociación del Cemento y Hormigón 1976)
Tabla 3.3 Superficies pavimentadas en Rotterdam, Holanda ( según Vievermans 1988)
Los pigmentos colorantes que se agregan a los adoquines durante su fabricación son ingredientes inertes que no participan en el proceso químico de hidratación del cemento. La intensidad del color puede ser incrementada agregando mas pigmento, pero hay un contenido óptimo de éste, que oscila alrededor de 5%. Por encima de este porcentaje, el incremento en la cantidad de pigmento no produce aumento de la intensidad del color. El pigmento no afecta la resistencia de la mezcla a menos que la relación agua - cemento sea alterada. Sin embargo, el pigmento sí puede afectar la trabajabilidad del hormigón fresco y alterar el proceso de fabricación de adoquines. Pero como el manejo de pigmentos ya es bien conocido, los fabricantes saben bien los cuidados que deben tener al usar mezclas pigmentadas.
Los costos de mantenimiento para los pavimentos de adoquines generalmente son más bajos que otros tipos de pavimentos. El concreto asfáltico se envejece y oxida, aunque no tenga esfuerzo de trabajo, además permite la formación de canales, marcas y agrietamiento superficial. Dependiendo de las condiciones de carga, el ambiente y la calidad del concreto asfáltico y la polítíca de mantenimiento del dueño, se requiere un proceso de mantenimiento importante en los primeros 10 a 20 años de vida del pavimento de asfalto. Los pavimentos de hormigón no sufren tan severamente por la exposición a los agentes ambientales como sí ocurre con los de asfalto; y cuando son construídos y diseñados apropiadamente, pueden brindar hasta 40 años de servicio eficiente con un mantenimiento mínimo. La necesidad de mantenimiento más importante de estos pavimentos es la revisión del sellado de las juntas. Dependiendo del tipo de sellado usado y la calidad de la construcción, este mantenimiento puede ser requerido periódicamente entre 2 y 10 años. Los pavimentos de adoquines tienen la misma resistencia ambiental de los pavimentos de hormigón colado, pero no requieren del mantenimiento del sellado en juntas. Sin embargo, sí requieren de colocación de nueva arena entre los adoquines para asegurar su estabilidad, dependiendo de las condiciones climáticas. El hormigón de los adoquines generalmente tiene más calidad que el que se puede construir en sitio debido a los controles especiales que se tienen en su fabricación en planta comparado con las operaciones de construcción en sitio. Consecuentemente, los datos e informes existentes sugieren que los pavimentos de adoquines tienen un mantenimiento inferior al requerido por otros tipos de pavimentos. Pavimentos Industriales Estacionamiento, Mantenimiento y Zonas de Almacenamiento Se requieren grandes zonas de pavimento en estacionamientos, patios de contenedores y otros usos similares en industrias. Muchos de estos sitios son patios de intercambio de cargas, sitios de estacionamiento de camiones o zonas de maniobras y descarga de pasajeros de autobuses. Generalmente estos sitios resisten altas cargas y los problemas asociados con éstas, que muchas veces se deben a montacargas que tienen ruedas metálicas, pero también a apoyos metálicos y derrames de aceite, diesel y fluídos hidráulicos. Los adoquines de alta resistencia son capaces de soportar este tipo de cargas y ofrecen una resistencia superior, a cargas puntuales, que los pavimentos de asfalto. Además el pavimento de adoquines no es afectado por los líquidos derramados, como sí ocurre con los pavimentos de asfalto. El asfalto está sujeto a deformaciones superficiales de tipo plástico cuando se expone a cargas pesadas y estacionarias, especialmente en clima o ambientes cálidos. Esto no es ningún problema con los adoquines de hormigón. El Cuerpo de Ingenieros de los Estados Unidos ha conocido bastante de los pavimentos de adoquines debido a sus fuerzas estacionadas en Alemania. Por ejemplo, un ingeniero en Boumholder, Alemania, usó un patio con pavimento de adoquines para guardar equipo militar de gran peso, incluyendo un rodillo "pata de cabra" para compactación de arcillas. Los adoquines de pavimentación ofrecen una superficie eficiente y de bajo mantenimiento para este tipo de pavimentos industriales y las aplicaciones en el futuro serán más amplias con toda seguridad. Bodegas y Pisos Industriales Las bodegas y pisos industriales pueden resistir una gran variedad de cargas incluyendo cargas concentradas de gran magnitud de las estructuras de almacenamiento, vehículos especiales de transporte, ruedas de montacargas, productos masivos y abrasión por cargas que se arrastran o por el tránsito de peatones. La mayor parte de estas instalaciones se hacen con hormigón convencional colado en sitio, sin embargo, su comportamiento a menudo no es el esperado. Muchas veces estas zonas son pequeñas y no permiten usar equipos sofisticados de control de pavimentación, ni usar la experiencia de un contratista especializado en pavimentos. En consecuencia, el contratista general normalmente debe construir estos pavimentos en franjas y mediante una armadura o codal vibratorio. La consolidación del hormigón se realiza mediante vibradores internos de espiga que se usan manualmente y el acabado final puede variar en calidad dependiendo de las habilidades del personal. Por ello, el hormigón obtenido no necesariamente tiene la calidad del que se puede obtener en un trabajo más grande de pavimentación. En términos generales, hay insatisfacción por los resultados finales de estos trabajos que se evidencian en problemas como: superficies polvorientas o en fragmentación, poca resistencia a abrasión, pobre curado, pobre consolidación, juntas mal construidas o ausentes, etc. Los adoquines de pavimentación ofrecen una alternativa viable para evitar estos problemas del hormigón colado en sitio. En general, los adoquines tienen alta resistencia, son resistentes a la abrasión, están bien consolidados y no se fragmentan. La literatura ofrece varios ejemplos de aplicación satisfactoria de adoquines en bodegas y pisos industriales. Rollings (1983) describe dos plantas de fabricación con adoquines en los Estados Unidos. En una planta de alambre soldado del estado de Carolina del Norte, se usaron adoquines al final de la línea de fabricación donde las ruedas de los montacargas llegan para levantar los pesados rollos de alambre y hacen giros de 90 grados y acarrean estas cargas. Los adoquines en este caso son de 80 mm, de tipo entrelazable sobre una base de 12.5 cm de piedra partida y no muestran signos de agrietamiento, fragmentación o daño importante en 3 años de servicio intenso donde se han producido aproximadamente 1.000.000 de toneladas de alambres. El piso sí evidencia un desgaste superficial como podría existir en un pavimento similar de hormigón. Una planta de tuberías de acero en el estado de Florida planeó expansiones futuras que implican la readecuación de las rutas de producción y control de fabricación. Aquí se usó pavimentos de adoquines en todas las instalaciones para facilitar los cambios futuros. Miller y Cook (1980) describe varios pavimentos hechos con adoquines de 80 mm por donde pasa un montacargas que lleva rollos de acero de un peso superior a 23 toneladas y para el paso de trailetas cargadas que imponen cargas puntuales de hasta 9.5 toneladas en áreas de contacto de 19 cm2. La ventaja de los pavimentos de adoquines de poder ser construidos en partes segmentadas, permite acomodar la construcción a las necesidades del dueño. Miller-Cook (1980) describió que una fábrica de Londres que requería una reparación del pavimento no podía detener sus operaciones de producción. Durante un descanso de la Navidad, el pavimento existente de asfalto y hormigón y ciertas secciones de piso de granito fueron sustituidas por adoquines de pavimentación. Estaciones de Servicio Las estaciones de servicio están expuestas a derrames de combustibles u otros líquidos, por lo cual son buenas candidatas para utilizar los pavimentos de adoquines. Sin embargo, la ventaja principal que ofrecen los adoquines es la facilidad de llegar a los tanques o accesorios subterráneos que pueden requerir reparaciones en este tipo de edificaciones. El hecho de que las regulaciones ambientales se están volviendo más restrictivas en cuanto a tanques con combustibles y derrames subterráneos, obligan a construír facílidades para el acceso a los tanques para efectuar revisiones y reparaciones oportunas . Los pavimentos de adoquines son buenos candidatos para las estaciones de servicio y se encuentran ejemplos de ellos en todo el mundo. Estos pavimentos ofrecen una apariencia estética agradable, son resistentes al combustible, permiten el acceso a los tanques subterráneos y son capaces de soportar cargas estructurales. La preocupación de que el combustible penetre en las juntas y cree un riesgo de explosión no ha sido comprobada efectivamente. El único problema que se ha encontrado es con los derrames abundantes de diesel (que de por sí son problema en cualquier tipo de superficie), pero queda aún así, la posibilidad de sellar las juntas, usar una base especial o un receptáculo para recoger los derrames. Minerales, Carbón, Madera y otros Materiales Apilados En muchas industrias es necesario contar con productos primarios apilados, tales como minerales, carbón, madera o fertilizantes, mientras se utilizan en los procesos de transformación o se embarcan con otro destino. Estos materiales se manejan por medio de distintos equipos, que pueden ser: cintas transportadoras, cargadores, etc. Esos patios de almacenamiento deben permitir el acceso fácil de los equipos de transporte, deben proteger los materiales de la contaminación del suelo y no propiciar el desperdicio o pérdida del material. Las cargas que manejan los equipos son generalmente grandes debido a su tamaño y diseño especial para abaratar los costos de transporte. Adicionalmente, cuando se usan equipos para mover horizontalmente los materiales dentro del patio, también se imponen esfuerzos importantes de tipo horizontal y abrasivos sobre el pavimento. De las secciones anteriores, debe quedar claro que los pavimentos de adoquines tienen las propiedades para resistir este tipo de esfuerzos con gran capacidad y solvencia. Dowson describe un patio para almacenar fertilizantes hecho con adoquines que utiliza cargadores frontales para mover y cargar el producto. Otro ejemplo del uso de adoquines para los patios de almacenamiento es la terminal portuaria IX en Newport News, estado de Virginia, E.U.A. Este proyecto se describe en detalle en Brunstrom (1984). El patio de almacenamiento tiene aproximadamente 12 hectáreas y puede almacenar 1.4 millones de toneladas de carbón en doce pilas separadas. Aproximadamente 56.000 m2 de las instalaciones fueron construidas con adoquines de pavimentos de Uni-Stone. El carbón se entrega desde un vagón de ferrocarril que puede descargar en las tolvas de distribución. El carbón se transporta por cintas transportadoras hasta un cargador de barcos en el muelle. El tránsito en este patio incluye cargadores frontales y tractores de orugas tipo D -10. En 1990, Rollings & Rollings investigaron las fallas reportadas en la superficie de la terminal del muelle IX, esto es cuando el pavimento tenía 7.5 años de servicio. La superficie de los adoquines presentaba desgaste menor y algunos pocos adoquines quebrados por impactos y cargas abravisas, pero en general el daño mecánico era bajo. Sin embargo, el deterioro principal y mas importante sucedía debido al ataque de los sulfatos. Cuando el pavimento se construyó, se había identificado este problema de ataque de sulfatos debido a que son subproductos del carbón y se habían fabricado adoquines con cemento resistente a sulfatos (Tipo V). Pero este procedimiento no se mantuvo igual durante toda la construcción y después de cierto momento se cambió la mezcla y se utilizó cemento Tipo II (moderadamente resistente a sulfatos) combinado con escoria (que también brinda resistencia a sulfatos). En la etapa final del proyecto se hizo un nuevo cambio, esta vez el cemento Tipo II se utilizó sin ningún otro ingrediente especial. Lo peor de todo es que no se conoce exactamente cuales secciones se hicieron con cada tipo de mezcla. Un análisis de los lixiviados producidos por el carbón dieron cuenta de que contienen 3.700 ppm de sulfatos. El hormigón expuesto a esta cantidad de sulfatos debe contener cemento Tipo V para resistir el ataque químico (ACI 1991). Los lixiviados de los patios de almacenamiento de materiales especiales pueden contener subproductos químicos que atacan al hormigón. Esta situación debe ser prevista durante el diseño para concebir una mezcla durable para el tipo de ataque previsto. Esto es válido para pavimentos colados o de adoquines, sin distinción ninguna. Otras Cargas Especiales En los climas muy fríos, el uso de ruedas especiales para tracción y cadenas para la nieve son un elemento que produce severa abrasión en los pavimentos. Sato et al. (1988) describe el uso satisfactorio de pavimentos de adoquines para resistir este tipo de esfuerzos en una ciudad de Hokkaido, Japón. Los pavimentos de asfalto se estaban desgastando a razón de 6 mm por cada invierno, pero el pavimento de adoquines promedió 2.5 mm después de un invierno y 6 mm después de tres inviernos. Bajo estas severas condiciones, los pavimentos de adoquines proporcionan tres veces mejor comportamiento que los pavimentos equivalentes de asfalto. Los vehículos que tienen orugas de tracción son un problema particular de cargas. No solamente son pesados, sino que también sus sistemas de dirección producen cargas horizontales y las orugas de tracción generan mucha abrasión superficial. Los adoquines se han comportado bien en superficies de pavimentos de instalaciones militares donde abundan este tipo de vehículos. Rollings (1983) realizó ensayos repetitivos de giro de vehículos con orugas (de un tanque de 50 toneladas) sobre un pavimento de adoquines rectangulares de 80 mm para establecer su estabilidad a cargas horizontales. Anderton (1990) ofrece una descripción adicional del comportamiento satisfactorio de una intersección con adoquines que está sujeta a unos 12 giros de tanques de 56 toneladas (tipo M88) y de otros vehículos por día. Los adoquines de pavimentación constituyen una opción efectiva para el tránsito de pesados vehículos de tipo militar, tal como se comentó en una sección anterior de este informe. La alta calidad de los pavimentos de adoquines de hormigón les permite ofrecer muy buena resistencia a cargas pesadas, abrasión y exposición térmica. Sin embargo, cuando la obra requiere más resistencia se puede aplicar la tecnología moderna de producción de hormigones con agregados especiales, cementos específicos, aditivos, puzolanas y microsílice para fabricar adoquines de mejores propiedades. Esto obviamente implica que los adoquines costarán más dinero. Otra forma de aplicar los adoquines es como material de sacrificio, donde se acepta que se deterioren hasta cierto punto y enseguida se reemplazan con material nuevo como parte de un mantenimiento rutinario. Pavimentos sujetos a Cargas Pesadas Se denomina así a ciertos pavimentos que son sujetos a cargas más grandes que las que se encuentran en una carretera, autopista o calle común de una zona urbana. La Tabla 3.5 muestra algunos ejemplos de cargas representativas que pueden presentarse en pavimentos para tránsito pesado. Las cargas pesadas pueden variar mucho dependiendo de los vehículos que usan el pavimento. Su orden de magnitud es bastante mayor que la de cargas de autopistas y por tanto son un reto para los diseñadores de pavimentos. Las presiones de las ruedas generalmente son mucho mayores que las de automóviles y camiones. Estas cargas son comunes en aeropuertos, ciertos patios de industrias, terminales de puertos, donde se maneja mucha carga. Los adoquines de hormigón bien diseñados son perfectamente capaces de soportar estas cargas. La diferencia principal del diseño es que el pronóstico de cargas pesadas generalmente específica cientos de miles de repeticiones, en vez de millones de repeticiones como ocurre con el tránsito en autopistas. Pavimentos de puertos Los pavimentos portuarios son un reto especial. Las mayores cargas existentes a menudo se encuentran en las terminales portuarias y estos pavimentos deben soportarlas sobre terrenos blandos y muchas veces sobre rellenos artificiales. Un ejemplo muy bueno de esta situación es la terminal de contenedores de Rotterdam, en Holanda; donde se han instalado desde 1967 unos 4.4 millones de metros cuadrados (440 Ha.) de pavimento de adoquines (Van Leeuwen, 1980 y 1983). Este pavimento tiene adoquines de 120 mm, 5 cm de piedra triturada, 40 cm de base estabilizada con cemento-arena y arena sobre un relleno que se espera se asentará de 95 a 150 cm durante los primeros 10 años de carga. El pavimento está sujeto a la carga de grupos de contenedores apilados en tres y cuatro niveles y una gran variedad de aparatos de acarreo, montacargas, cargadores frontales y grúas para contenedores. Bajo estas severas condiciones de carga y asentamiento, los adoquines han mostrado muy buen comportamiento y requieren mantenimiento cada 10 años, lo que es mejor que las opciones de asfalto u hormigón colado en sitio (cada 5 años). La capacidad de los adoquines para soportar grandes cargas, su resistencia a los fluídos y combustibles, la facilidad con la que son removidos para reparar los asentamientos en suelos compresibles, son las claves de su exitoso y económico uso en este puerto. Tabla 3.5 Cargas Representativas de Pavimentos sujetos a Cargas Pesadas
Las ventajas que ofrecen los pavimentos de adoquines han sido ampliamente reconocidas y por ello su utilización en puertos está aumentando. El primer uso que se les dió en el Reino Unido fue en los muelles Cardiff en 1975 (Gerrard, 1980). Desde entonces, los adoquines han sido utilizados en más de 20 puertos ingleses sumando más de 345.000 m2 de pavimento de esta clase (Knapton, 1988). Hay otros ejemplos en todo el mundo: Nigeria, Emiratos Arabes Unidos, Indonesia y Australia. Actualmente, el puerto de Nueva Orleans está instalando aproximadamente 48.000 m2 de adoquines rectangulares de 80 mm y se espera que las expansiones futuras también los utilicen. La mayor aplicación en puertos en los Estados Unidos hasta la fecha es la terminal IX de carbón que se describió anteriormente. Pavimentos de aeropuertos El primer uso de adoquines de pavimentos en aeropuertos se dio en el Luton del Reino Unido (Emery l984). Algunos intentos hechos en 1981 fueron destinados a zonas de giros de aeronaves y entradas a pista en los años 1982-1984 (Emery 1986). Antes de hacer estos trabajos, los pavimentos existentes habían sufrido una gran variedad de problemas incluyendo fragmentación, grietas reflejadas en las sobrecapas asfálticas y daños importantes debido a la acción de combustibles derramados. Estos intentos de pruebas se ensayaron con adoquines de 65, 80 y 100 mm, pero finalmente se escogió el de 80 mm como el tamaño ideal para reparaciones. La falta de niveles de estas secciones de aeropuerto requirió la colocación de capas de arena de 6.5 cm aproximadamente. Esta capa se compactó muy bien antes de colocar los adoquines y luego el pavimento final fue compactado con un rodillo neumático de 9 toneladas para evitar asentamientos posteriores. Las juntas fueron selladas con polímero porque se ha comprobado que es la única manera de evitar su erosión por las corrientes de aire de los motores jet (Emery 1992). El éxito del pavimento en el aeropuerto Luton ha propiciado más aplicaciones en en Reino Unido, tal como se muestra en la Tabla 3.6. Tabla 3.6 Adoquines en aeropuertos del Reino Unido ( Emery 1984, 1986, 1988)
Los pavimentos de adoquines han sido utilizados en aeropuertos por un poco más de 10 años, pero su aceptación y uso está aumentando. Son muy apropiados para las secciones de baja velocidad como estacionamientos, rampas, pistas auxiliares, zonas de giro, etc. Su resistencia comprobada, la estabilidad ante los derrames de combustible y la facilidad para trabajarse en forma modular o por secciones son características importantes para evitar cierres prolongados de las zonas de trabajo de los aeropuertos. Las aeronaves más pesadas, tal como el Boeing 747, los han utilizado en aeropuertos como el de Dallas o el Cairns. El problema potencial de erosión de juntas debido a los motores jet se puede evitar utilizando polímeros como sellos de juntas. Análisis Económico El costo de los adoquines está muy relacionado con el sitio donde se producen, el tamaño de la obra y su localización. La Tabla 3.7 muestra algunos costos de adoquines que han sido informados por la literatura técnica. Se requiere algún cuidado al comparar estos datos porque son de varios años diferentes. Además hay factores específicos de cada proyecto que afectan los costos, por ejemplo, las pistas auxiliares del aeropuerto Dallas Fort-Worth tuvieron que ser construidas por la noche con múltiples restricciones sobre la construcción, todo lo cual hizo subir los costos. Sin embargo, la información de la Tabla 3.7 sugiere que el costo de los pavimentos con adoquines tiende a ser menor en mercados maduros, como el de Europa, que en mercados en desarrollo como el de Estados Unidos. La Tabla 3.8 muestra los costos estimados para un pavimento militar en Alemania preparado usando los métodos de diseño de los alemanes y del Cuerpo de Ingenieros de los Estados Unidos para asfalto, hormigón y adoquines. Tabla 3.7 Costos reportados de pavimentos de adoquines
La selección de la superficie del pavimento sobre la base de costos iniciales es un enfoque que está siendo sustituido por uno de análisis de costo total durante la vida de servicio del pavimento, donde sí se incluyen costos de mantenimiento. Cuando el análisis incluye los costos económicos del mantenimiento de un pavimento de adoquines, se obtiene una ventaja económica importante para esta alternativa. Algunas veces esto puede ser decisivo; por ejemplo, si se incluyen los costos inicial y de mantenimiento en los diseños en asfalto de la Tabla 3.8, se encontrará que no son factibles porque son usados por vehículos con orugas que harán los costos de mantenimiento muy altos. Tabla 3.8 Costos Estimados para un pavimento sujeto a cargas pesadas Rollings 1986
Conforme el tránsito se incrementa, los adoquines resultan ser más económicos. Similarmente, los adoquines resultan ser más económicos conforme la subrasante tiene menor capacidad de soporte (CBR). Algunos otros factores a tomar en cuenta en la evaluación pueden ser los costos del usuario (demoras del tránsito que son menores para los adoquines) y plusvalía incrementada de las propiedades (debido a que la mejor apariencia estética de los adoquines mejora el valor del núcleo urbano). Tabla 3.9 Comparación cualitativa de las características de los pavimentos
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