MX2012001594A - Estructura de pavimento flexible para calles y carreteras, compuesta por una base inferior estabilizada y una carpeta superior de rodacion de espesor reducido. - Google Patents

Abstract

Una estructura de pavimento de uso preferente en caminos expuestos a altas solicitaciones de tránsito, donde dicha estructura comprende al menos dos capas; una primera capa inferior o base que aporta la totalidad o casi toda la estructura del pavimento mediante un CBR> 100% y Resistencia a Compresión > 20 Kg/cm2, la cual corresponde a una capa conformada a partir del suelo originalmente existente, tratado mediante un proceso de estabilización físico-química; y una segunda capa superior, correspondiente a una carpeta de rodado asfáltica u otra de comportamiento flexible de espesor reducido que puede aportar nada o poca estructura.

Description

ESTRUCTURA DE PAVIMENTO FLEXIBLE PARA CALLES Y CARRETERAS, COMPUESTA POR UNA BASE INFERIOR ESTABILIZADA Y UNA CARPETA SUPERIOR DE RODADO DE ESPESOR REDUCIDO MEMORIA DESCRIPTIVA CAMPO DE LA INVENCIÓN La presente invención se refiere a una estructura de pavimento con características de estabilidad, resistencia e impermeabilidad mejorada, donde dicha estructura está compuesta por dos capas: una inferior o base, la cual, dada su estructura físico-química, soporta las solicitaciones más importantes de tránsito; y por una superior o carpeta, de poco espesor, destinada a soportar la acción abrasiva del tránsito.

El principal uso de la estructura de pavimento de la invención es en caminos de alta solicitación, tanto públicos como privados, así como en patios y bodegas industriales. Por sus ventajas en costo y sustentabilidad ambiental, es eficaz en caminos mineros, forestales, y en proyectos eléctricos, cuya pavimentación no estaba disponible hoy a precios razonables.

ANTECEDENTES Los caminos asfálticos tradicionales están diseñados para resistir solicitaciones de tránsito en cada una de las capas que lo componen y, particularmente, en las capas superiores, situación que implica tener carpetas de rodado asfálticas de mayor espesor, con las correspondientes consecuencias en costos de pavimentación.

La presente invención tiene su fundamento en el incremento de la capacidad de soporte de la rasante del camino, utilizando el propio material existente en el suelo, al cual se agregan elementos sólidos y líquidos de manera que por efecto de reacciones de tipo químicas, un suelo relativamente débil, mejora sus características de estabilidad, resistencia e impermeabilidad.

La base del camino o rasante estabilizada de esta manera, puede tomar una parte de importante de las solicitaciones de tránsito, con lo que los requerimientos de carpeta de rodado asfáltica se reducen exclusivamente a capas de poco espesor para soportar principalmente la acción abrasiva del tránsito.

La carga relevante resistida por los suelos es principalmente de cizalle o corte (t). La ecuación que gobierna este tipo de solicitaciones es: t = C+s Tg f donde C, es la componente de la resistencia al corte dada por la capacidad de cohesión de las partículas del suelo.; y donde olg<>, es la componente de la resistencia al corte dada por las características físicas del suelo, vale decir, coeficiente de roce entre partículas, granulometría y densidad.

Por tanto, para producir una estabilización adecuada de un determinado suelo, éste debe ser tratado a través de reacciones físico-químicas, mediante la incorporación de aditivos sólidos y líquidos que modifiquen características físicas del mismo, como granulometría, cargas eléctricas y otros, de manera de incrementar con ello su capacidad de resistir esfuerzos de cizalle.

Los suelos disponibles por si solos no cumplen por lo general con los requisitos de calidad para ser empleados como bases o rasantes. El proceso mediante el cual se mejora el suelo para alcanzar los requisitos establecidos se llama "Estabilización". En términos generales, la estabilización se ha restringido a un solo aspecto del mejoramiento del suelo: el reemplazo del material de calidad deficiente por otro material especialmente preparado.

La estabilización mecánica consiste en mejorar las propiedades de un suelo mediante un cambio de su graduación, el que se puede obtener mediante mezclas de dos o más suelos, adición de alguna fracción determinada o la eliminación parcial o total de algún tamaño mediante el tamizado. Esta forma de estabilización es la usada tradicionalmente en un diseño de pavimento flexible. Las desventajas de este tipo de estabilización están relacionadas con la calidad de los áridos y su disponibilidad. Muchas veces los áridos de buena calidad se encuentran muy alejados del lugar de la obra y esto encarece enormemente esta partida.

Múltiples publicaciones de patentes del arte previo han planteado la posibilidad de estabilizar los suelos mediante aditivos químicos, así por ejemplo, la patente japonesa JP2001 187885 aborda el problema de proveer una base de cemento para la estabilización de suelo que emplea pequeñas separaciones de sólido y liquido, la cual es fuertemente dispersada y los cura en un corto tiempo, aún cuando es inyectada dentro del agua, produciendo un producto curado con gran resistencia y generando un cuerpo de tierra consolidado y de gran volumen; realizando una estabilización del suelo usando el químico. La solución provee una base de cemento líquido químico para estabilización de suelos con una viscosidad mayor a 900 cP, la cual es obtenida agregando un polímero soluble en agua y una espuma estabilizadora a cada contenido de cemento hidráulico mayormente líquido, con un contenido endurecido de liquido endurecedor ajustando su viscosidad mayor o igual a 900 cP y mezclando esos.

Asimismo, la solicitud de patente US 2002152933, describe una composición para el tratamiento y estabilización de suelos, su método de preparación y un uso de dicha preparación, donde la composición comprende un sólido en forma de polvo de tamaño de partícula menor a 2mm en base a calcio. La composición incluye además un agente fluido que incrementa la aglomeración de partículas.

Por otra parte, la solicitud de patente CL 2590-2005, describe un proceso de estabilización química de suelos existentes en la rasante o superficie de un camino o terreno determinado el cual en una de sus etapas comprende adicionar a un volumen de suelo un aditivo sólido, y realizar un premezclado en forma simultánea o posterior con un aditivo líquido, él cual está compuesto por hidrocarburos y sulfatos que son previamente diluidos en agua con pH ácido para ser luego aplicado. Cuando se lleva a cabo la mezcla de aditivos y suelos, este último aumenta su capacidad de soporte e impermeabilidad y así se mejora su capacidad estructural.

La diferencia fundamental de los documentos citados del arte previo, así como otros que se puedan encontrar en la literatura, está dada por el hecho de que la invención revela una estructura de pavimento compuesto de dos capas, en el cual, la capa inferior ha sido diseñado para tener condiciones óptimas de estabilidad, resistencia e impermeabilidad, de modo de resistir las solicitaciones más importantes del camino, con lo cual, la capa superior, se transforma en una carpeta de rodado de bajo espesor, fácilmente reparable a un bajo costo, principalmente para resistir las solicitaciones relativas a abrasión.

DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS Figura 1 . Muestra un corte de una estructura de pavimento del arte previo.

Figura 2. Muestra un corte de la estructura de pavimento de la invención DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN Con referencia a la figura 1 , en la cual se observa una estructura de pavimento de tipo tradicional del arte previo, se observa que está compuesto de una base granular (2) generalmente preparada mediante un cambio de graduación del suelo existente, el que se puede obtener mediante de mezclas de suelos y/o el cambio de su tamaño de granulación mediante tamizado. Este tipo de bases granulares, en general, tienen una capacidad de soporte (CBR) mayor o igual a 80%. En este tipo de pavimentos, para mejorar la capacidad de soporte de la estructura en su conjunto, resulta necesario usar una capa asfáltica superficial de espesor considerable(l ), lo cual a su vez, incrementa considerablemente los costos de fabricación.

Por otra parte, la figura 2, muestra la estructura de pavimento de la invención, de uso preferente en caminos y calles de todo uso expuestos a altas solicitaciones de tránsito y uso industrial. Se observa que dicha estructura comprende al menos dos capas. La primera de ellas, es la capa inferior o base (4), la cual tiene una capacidad de soporte mayor o igual al 100% (CBR=100%) y/o una Resistencia a la Comprensión > 20 Kg/cm2 , correspondiendo a una capa conformada a partir del suelo originalmente existente, tratado mediante un proceso de estabilización físico-química. Esta primera capa o base, soporta prácticamente la totalidad de las solicitaciones a las cuales es sometido el camino y al estar estabilizada químicamente, tiene un espesor inferior a la capa equivalente en un camino de tipo tradicional. La segunda, es una capa superior (3), correspondiente a una carpeta de rodado asfáltica, notoriamente inferior a la capa asfáltica superior de un camino tradicional del arte previo, la cual aporta una capacidad de soporte a la estructura de pavimento prácticamente nula.

En la figura 1 , se observa claramente que las cargas o solicitaciones del camino, son absorbidas de manera comparable tanto por la capa superior como por la capa inferior, situación diametraimente opuesta a lo observado en la Figura 2, en la cual la capa superior no absorbe carga y las solicitaciones son asumidas completamente por la capa inferior.

En la presente invención, la primera capa inferior o base está compuesta por el suelo originalmente existente en el terreno en el cual se construirá el camino, una porción de aditivos sólidos; y una porción de aditivos líquidos. Dicha porción de aditivos sólidos corresponde a hidróxidos, silicatos, carbonatos, arcillas y/o cloruros, los cuales se adicionan conjunta o separadamente al suelo originalmente existente. Asimismo, la porción de aditivos líquidos está compuesta por hidrocarburos y sulfatos diluidos en agua, los cuales se adicionan al suelo originalmente existente y a dicha porción de aditivos sólidos.

Para determinar los volúmenes y porciones adecuadas de aditivos sólidos y líquidos, que deben ser incorporados al suelo existente en el terreno donde se construirá el camino, es necesario un análisis físico de éste el cual permite establecer las características de tamaño, forma, límites de consistencia, densidad, peso específico y volumen de la porción fina del suelo. Asimismo, se analiza la estructura mineralógica de la parte fina (bajo malla 40) del suelo a través de ensayos de difracción de rayos X, los cuales determinan la constitución eléctrica del suelo existente y, particularmente, la polaridad de la porción fina del mismo, a través del análisis de los minerales que la componen. Luego, teniendo presente el objetivo de alcanzar altos niveles de soporte CBR y resistencia a la compresión en la capa base, se determinan las cantidades y composiciones de dichos aditivos a adicionar al suelo. En particular, el aditivo sólido está presente en un volumen y composición tal, que permite la neutralización de las cargas eléctricas del suelo existente y el aditivo líquido, se adiciona en una cantidad determinada por la granulometría y la densidad seca máxima de la mezcla, que favorece el proceso de ionización de los componentes finos.

Considerando la estructura de la capa inferior o base y la capacidad de soporte alcanzada con la incorporación de los aditivos sólidos y líquidos, es posible diseñar el camino de tal manera que la capa superior o asfáltica, sea de un espesor mínimo para resistir las solicitaciones debidas a abrasión.

Adicionalmente, el proceso constructivo incorpora una tercera capa intermedia consistente en una imprimación o riego de liga, preferentemente en una emulsión del tipo aniónica de quiebre lento diluida en agua, la cual permite únicamente la unión entre dicha primera capa inferior o base y dicha segunda capa superior o carpeta de rodado y, usualmente, se trata de una composición asfáltica altamente diluida en un solvente determinado.

El diseño de la estructura de pavimento de la presente invención, considera que la primera capa inferior o base tiene un espesor el cual se encuentra en un rango de 150 a 450 mm. Por otra parte la segunda capa superior o carpeta de rodado asfáltica tiene un espesor en el rango de 3 a 50 mm.

En algunos casos, como por ejemplo cuando hay solicitaciones de carga estática relevantes o cuando el asfalto es escaso o muy costoso o para usos industriales específicos, la capa de asfalto puede reemplazarse por soluciones en adocretos, pinturas especiales de poliuretano u otros elementos de comportamiento flexible.

Diversas experiencias desarrolladas en terreno, han generado modalidades preferentes de la presente invención, las cuales ejemplifican formas de realización, aún cuando ellas no representan limitaciones para el alcance de protección. De esta manera, la presente invención ha sido experimentada donde el suelo que recibe el tratamiento de estabilización fisíco-química para la implementación de la primera capa de la estructura de pavimento de la invención, correspondía al suelo existente en terreno (o mezclas del suelo existente con algún otro material), teniendo un tamaño máximo de 2", plasticidad media (IP superior a 1 % e inferior a 12%; LL < 40%), el pasante por malla N° 200 deberá ser superior a 10% e inferior a 22%, y CBR > 20%. En suelos de estas características se ha obtenido una estructura de pavimento donde la capa base tiene un espesor en el rango de 150 a 300 mm y la capa superior asfáltica, un espesor máximo de 40 mm.

Por otra parte, la tabla 1 siguiente, muestra los resultados de la aplicación de la invención en diferentes suelos con diferente capacidad de soporte.

Claims (1)

1. REIVINDICACIONES Una estructura de pavimento flexible de uso preferente en caminos y calles de todo uso expuestos a altas solicitaciones de tránsito y, más preferentemente, en caminos y calles de tipo industrial, CARACTERIZADO porque dicha estructura comprende al menos dos capas; una primera capa inferior o base que aporta esencialmente la totalidad de la capacidad de soporte, estando dicha capacidad de soporte dada por un parámetro CBR=100% y/o Resistencia a Compresión >20 Kg/cm2, donde dicha base corresponde a una capa conformada a partir del suelo originalmente existente, tratado mediante un proceso de estabilización físico-química; y una segunda capa superior, correspondiente a una carpeta de rodado asfáltica de espesor reducido que aporta una capacidad de soporte esencialmente nula. Una estructura de pavimento según la reivindicación 1 , CARACTERIZADO porque comprende una tercera capa intermedia imprimante o riego de liga, la cual permite solamente la unión entre dicha primera capa inferior o base y dicha segunda capa superior o carpeta de rodado. Una estructura de pavimento según las reivindicaciones anteriores, CARACTERIZADO porque dicha primera capa inferior o base está compuesta por el suelo originalmente existente, más una porción de aditivos sólidos y una porción de aditivos líquidos. Una estructura de pavimento según las reivindicaciones anteriores, CARACTERIZADO opcionalmente, el suelo originalmente existente incluye otros suelos para obtener una mezcla que cumpla con un tamaño máximo de 2", plasticidad media (IP superior a 1 % e inferior a 12%; LL < 40%), y el pasante por malla N° 200, superior a 10% e inferior a 22%, y CBR > 20% Una estructura de pavimento según la reivindicación 3 y 4, CARACTERIZADO porque dicha porción de aditivos sólidos corresponde a hidróxidos, silicatos, carbonatas, arcillas y/o cloruros, los cuales se adicionan conjunta o separadamente al suelo originalmente existente y están presentes en un volumen y composición determinada para neutralizar la carga eléctrica de la porción fina de dicho suelo existente. Una estructura de pavimento según las reivindicaciones 3, 4 y 5, CARACTERIZADO porque dicha porción de aditivos líquidos están compuestos por hidrocarburos y sulfatos diluidos en agua, los cuales se adicionan al suelo originalmente existente y a dicha porción de aditivos sólidos, y están presentes en una cantidad, generalmente, constante. Una estructura de pavimento según las reivindicaciones anteriores, CARACTERIZADO porque dicha primera capa inferior o base tiene un espesor en el rango de 150-450 mm Una estructura de pavimento según las reivindicaciones anteriores, CARACTERIZADO porque dicha segunda capa superior o carpeta de rodado asfáltica tiene un espesor en el rango de 3-50 mm.