INTRODUCCIÓN

En los últimos años en Cuba se ha experimentado un aumento significativo en el número promedio anual de automóviles, lo cual ha creado la necesidad no sólo de la construcción de nuevas carreteras, sino también de su conservación: mantenimientos, reparaciones, reconstrucciones y rehabilitaciones. Los pavimentos son propensos al daño causado por las repetidas cargas del tráfico vehicular, así como por los efectos del intemperismo, en particular de los efectos de la temperatura, la lluvia y de otros factores ambientales

Las superficies pavimentadas de las carreteras, ejecutadas mediante pavimentos flexibles como rígidos, deben soportar las cargas por eje de los vehículos en movimiento sin provocar tensiones y deformaciones en la superficie de la carretera pavimentada y las capas subyacentes. Estas cargas son de naturaleza repetitiva y durante un período prolongado de tiempo provocan daños por fatiga de la estructura del pavimento. Los cambios climáticos causan variaciones de temperatura a través de la profundidad del pavimento, así como la inducción de tensiones internas.

La tecnología White topping (WT) es de relativamente nueva creación, consistiendo en la aplicación de una losa de hormigón hidráulico hecho con Cemento Portland P – 35 generalmente , que varía desde 50 mm (thin WT y ultra thin WT) a 200 - 250 mm de espesor de concreto, superpuesta en la parte superior del pavimento asfáltico existente.

Las experiencias de su empleo demuestran que, el ciclo de vida o vida útil es mucho más corto para las capas de superficie hechas con hormigón asfáltico caliente, ya que el nivel de servicio (deterioro estructural y rugosidad) decrecen rápidamente, sin embargo mediante el uso de la alternativa White topping se logra mantener un buen nivel de servicio durante un tiempo muy superior, lo cual conlleva a que se reduzcan los costos totales (construcción + conservación) al alargarse hasta el doble y el triple los ciclos inter reparatorios

DESARROLLO.

En Cuba usualmente la rehabilitación de los pavimentos flexibles se hace mediante el recapado de la capa de superficie de los pavimentos flexibles existentes mayoritariamente en la red nacional de carreteras, existiendo problemas de calidad que generan que la vida útil de estos trabajos se acorte y los costos se eleven injustificadamente.

Dentro de las diversas tecnologías de rehabilitación de pavimentos asfálticos, existe la denominada: “White topping”, y cuya clasificación depende del espesor de la capa de hormigón hidráulico de la losa, además de asumir o no, adherencia entre ambas capas (Ver Tabla 1). Inicialmente tuvo una clasificación original: convencional y ultra-delgado, según superara o no, los 10 cm de espesor. Posteriormente esta clasificación fue ampliada con una mención intermedia, incorporando el término de White topping delgado.

La White topping consiste en colocar encima del pavimento existente una sobre-carpeta o losa de concreto hidráulico, aumentando con ello la vida útil de esta estructura. Es una tecnología que se ha desarrollado y empleado en varios países desarrollados, la cual permite la recuperación del índice de servicio de las carreteras a bajo costo y de forma rápida.

Esta técnica asume el pavimento existente como una base, aprovechando de esta forma su capacidad resistente utilizando hormigones normales, lo que se denomina White Topping Convencional (W.C). Cuando se utilizan hormigones de alta resistencia reforzados con mallas de acero se le denomina Ultra Thin White topping (U.T.W) y su espesor es mucho más delgado que la anterior.

Para su empleo no se necesita la realización de excavaciones ni de otros trabajos de movimientos de tierra, generalmente se realiza el bacheo y limpieza de la capa de superficie del pavimento asfáltico, el fresado de la capa de superficie si lo requiere y finalmente construir la losa de concreto diseñada sobre el mismo

Para que sea viable la rehabilitación de una vía mediante la técnica de White topping, esta debe cumplir con ciertas condiciones:

• El deterioro de la carpeta asfáltica existente sea superficial, esto quiere decir, que no tenga una afectación evidente en el resto de su estructura

• El espesor del asfalto existente después del fresado sea superior a 7,5 cm.

Ventajas de la tecnología White topping

1. 1. Se puede aplicar sobre pavimentos asfálticos que exhiban cualquier condición de deterioro superficial, tanto en los que requieran una mínima reparación como un bacheo, así como los que necesiten eliminación total de la capa de rodadura, previo a la construcción de la losa de concreto.
2. 2. El concreto hidráulico ofrece una superficie más fuerte y duradera, donde las cargas pesadas no forman roderas ni ondulaciones, se mantienen elevados niveles de rozamiento entre el vehículo y el pavimento, evitando así peligrosos deslizamientos que pudieran originar accidentes.
3. 3. Mejora el drenaje al eliminar los defectos de los pavimentos flexibles que tienden a acumular agua y originar el peligroso “back spray”, lo cual produce una superficie más segura para la circulación vial.
4. 4. Su costo total es menor que la rehabilitación con concreto asfáltico, considerando el ciclo de vida completo (construcción más conservación), aunque la inversión inicial sea mayor.
5. 5. La vida útil del pavimento se incrementa en 15 o 20 años, prácticamente sin costos de mantenimiento.
6. 6. Se incrementa la visibilidad del pavimento en condiciones adversas, originándose incluso reducción de los gastos de iluminación nocturna.
7. 7. La losa de concreto es capaz de soportar mejor y con amplios márgenes de seguridad las cargas típicas del tráfico de diseño, en caso de aumentar el mismo
8. 8. La rigidez de estos pavimentos y su inalterabilidad ante combustibles y lubricantes, los hace especialmente confiables para mantener una superficie de rodadura en correctas condiciones, durante todo el tiempo de explotación de la carretera.
9. 9. Es una solución ideal para las zonas de peaje, ramales de enlaces, en intersecciones semaforizadas, paradas de ómnibus, áreas de aparcamiento y los extremos de las aeropistas en los aeropuertos, en zonas de carga en los puertos, en general en aquellas donde el tráfico está arrancando y parando con gran frecuencia, donde los vehículos pesados están estacionados largas horas, evitándose ondulaciones y otras deformaciones indeseables.
10. 10. Después de una abundante lluvia es posible realizar la construcción del pavimento de hormigón mediante esta tecnología, lo cual no es factible usando los procedimientos tradicionales de pavimentación empleando el hormigón asfáltico caliente (HAC).
11. 11. Es una técnica que puede tener una ejecución más rápida que la tradicional.

Principales campos de aplicación

Las principales áreas de utilización o campo de aplicación de la tecnología White topping son:

1. Las carreteras. Tanto las rurales como las urbanas

2. Intersecciones. En intersecciones de todo tipo, donde se originan molestias al usuario por deterioros del pavimento existente.

3. Zonas de estacionamientos. Principalmente en parqueos de áreas comerciales, industriales, portuarias y estacionamientos de ómnibus.

4. En los Aeropuertos. Se utiliza para construir o reparar áreas de parqueo de los aeropuertos de aviones de poco porte, como los de fumigación, de paseo; en las cabezas o extremos de las pistas de aterrizaje y despegue, en las taxis ways, etc.

Los equipos y utensilios de construcción para su ejecución de forma manual y/o mecanizada, son los siguientes:

1. 1. Fresadora de pavimentos
2. 2. Planta mezcladora–dosificadora de hormigón hidráulico
3. 3. Camiones hormigoneras (trompos).
4. 4. Camiones de volteo
5. 5. Encofrados metálicos y de madera
6. 6. Rodillos vibradores o cilindros de llantas lisas vibratorios
7. 7. Pavimentadora de encofrado deslizante (slipform paver)
8. 8. Reglas vibratorias.
9. 9. Vibradores de inmersión
10. 10. Frotadoras
11. 11. Texturificador
12. 12. Peines o rastrillos metálicos
13. 13. Aspersores de agua
14. 14. Cortadora de pavimentos
15. 15. Colocador de juntas

La utilización de estas maquinarias y herramientas dependerá fundamentalmente del tipo de White topping que se vaya a realizar y de los recursos que se disponga, estas se pueden apreciar más adelante en una secuencia de fotos que ilustra la reparación de un tramo de carretera mediante la técnica Ultra Thin White topping, en la que se utilizó la técnica semi mecanizada denominada “de paños alternos” al no disponer de pavimentadoras de encofrado deslizante.

Técnica idónea para la ejecución del WC y del UTW

Antes del empleo de la tecnología WT, el primer aspecto a definir son los espesores de la losa de concreto hidráulico a hormigonar (en el W.C. oscila entre los 10 – 20 cm y en el U.T.W. entre los 8 – 10 cm). Otro es el tipo de hormigón a lograr (en el U.T.W. el hormigón es reforzado y en el W.C. es masivo). Otro aspecto a precisar es el grado de mecanización a emplear en ambas variantes tecnológicas, si son: mecanizadas, semi mecanizadas o de manera manual, todo dependerá del equipamiento que se posea para su ejecución, preferiblemente deben ejecutarse con técnicas de alta mecanización.

En el tramo a rehabilitar en la carretera a Topes de Collantes se propone una variante semi mecanizada denominada. “Paños alternos”, que es la de uso más común en Cuba, dado los equipos y demás recursos disponibles en el país y en la provincia de Sancti Spíritus.

Técnica constructiva semi mecanizada del White topping convencional (WC)

1. 1. Actividades preliminares (replanteo del área o tramo a reparar, limpieza del mismo, etc.)
2. 2. Tratamiento o bacheo de la superficie del pavimento a reparar
3. 3. Replanteo y colocación de los moldes
4. 4. Fabricación del hormigón en planta, con la resistencia especificada en el diseño de la mezcla
5. 5. Transportación y colocación del hormigón en los paños “A” del tramo mediante Camiones Hormigoneras
6. 6. Compactación del hormigón en los paños “A” con vibradores de inmersión
7. 7. Terminación de la superficie del pavimento de los paños “A”
8. 8. Curado del hormigón durante 7 días
9. 9. Colocación, compactación, terminación de la superficie y curado de los paños “B”
10. 10. Desencofrado
11. 11. Ejecución de las juntas longitudinales y transversales
12. 12. Sellado de las juntas
13. 13. Reconstrucción de cunetas, contracunetas, de los paseos laterales y taludes, en caso necesario
14. 14. Limpieza del área o tramo ejecutado
15. 15. Reposición de la señalización horizontal y vertical
16. 16. Apertura al tránsito

En la siguiente tabla se muestran diferentes tipos de deterioros, que se pueden encontrar en los pavimentos y las operaciones que se deben realizar antes de ejecutar, en los pavimentos de hormigón asfálticos, los refuerzos con hormigón hidráulico.

Técnica constructiva para el empleo del Ultra Thin White topping (UTW)

En el U.T.W la unión entre la capa de rodadura del pavimento flexible o asfáltico y la losa de hormigón hidráulico de refuerzo se considera como un sistema compuesto por una capa delgada de concreto hidráulico reforzada con una malla de acero, la que se coloca sobre la superficie del pavimento deteriorado. Es importante destacar que ambas capas forman una estructura integral; no se comportan como capas independientes. De esta forma se reducen las tensiones críticas, bajando el eje neutro al centro de la nueva estructura del pavimento, ocurriendo la tensión crítica máxima en el asfalto y no en el fondo de la losa de hormigón. El espaciamiento corto de las juntas hace que el U.T.W. actúe como un pavimento en bloque, reduciendo de esta forma la tensión de pandeo en la losa de hormigón, según estudios realizados.

Las losas que se logran con U.T.W deben tener un espesor adecuado que oscile entre 7-10 cm. Los fallos por fatiga pueden ser comunes en las losas de los pavimentos hechos con U.T.W, por lo que deben tomarse las medidas correspondientes para su tratamiento.

Ventajas:

• Es una nueva opción mucho más duradera y rápida para reparar las superficies de los pavimentos

• El costo es competitivo en relación al WT convencional y al pavimento flexible tradicional, aunque evidentemente su costo inicial es más elevado que el del WC

• Se reducen las acciones de mantenimiento

• Los tableros al ser más pequeños son ideales para el mantenimiento

• No disminuye la capacidad de desagüe o drenaje

• La reflexión de la luz es buena de día y de noche, como en todo pavimento rígido, al ser comparado con los flexibles

• La superficie del pavimento es resistente al envejecimiento y a la acción de los combustibles

• Es una superficie más duradera en comparación con los pavimentos flexibles

• Su ejecución puede resultar rápida, lo que la hace adecuada para su empleo en zonas o puntos críticos de las carreteras.

Técnica constructiva de reparación de un pavimento mediante UTW:

Seguidamente se precisa la técnica constructiva a emplear:

1. 1. Marcar los límites de la reparación y hacer todas aquellas actividades preliminares necesarias que garanticen la requerida calidad de los trabajos.
2. 2. ceder a demoler el área a reparar para apreciar la profundidad de la capa del pavimento asfáltico a reparar:

   • Para áreas pequeñas usar Martillos Rompedores manuales y vagones para retirar material de desecho.

   • Para las áreas grandes además de utilizar Martillo Rompedor Autopropulsado, los Mini Cargadores Frontales para eliminar las piezas del pavimento viejo colocándolas en los laterales o sobre Camiones de Volteo para su vertido en vertederos lejanos.

3. 3. Examinar bien el área a reparar para adoptar alguna medida adicional antes de continuar los trabajos
4. 4. Limpiar la superficie con un esparcidor de aire o arena
5. 5. Colocar los moldes metálicos en el área a reparar, fijándose correctamente.
6. 6. Ubicar la malla de acero de refuerzo en los moldes, colocándola debidamente.
7. 7. Producción o elaboración del hormigón hidráulico en Planta Fija o Móvil según diseño de la mezcla.
8. 8. Transporte hacía la obra en Camiones Hormigoneras y vertido en los moldes
9. 9. Compactación del hormigón en el molde con Reglas Vibratorias.
10. 10. Terminación de la superficie del pavimento del área o tramo reparado.
11. 11. Curado del hormigón
12. 12. Desencofrado acorde con el hormigón empleado.
13. 13. Marcar las juntas
14. 14. Hacer juntas
15. 15. Limpieza del área de la obra o zona reparada
16. 16. poner señalización del tránsito.
17. 17. Apertura al tráfico

Aplicación del White Topping Convencional (WC) en la carretera de referencia.

La aplicación de esta técnica de rehabilitación se realiza en la carretera a Topes de Collantes en el municipio de Trinidad, esta cuenta con una longitud de 28,0 km y un ancho de calzada de 6,00 m, el mismo presenta un trazado en perfil con pendientes de hasta 18 %, y curvas con radios de giro muy pequeños. Debido a estas condiciones el vial presento diferentes deterioros tales como: roderas y ondulaciones en el pavimento flexible, que hacían difícil y peligroso el tránsito vehicular. Para la ejecución se procedió siguiendo los pasos de ejecución planteados en Técnica constructiva semi mecanizada del White topping convencional. La demolición del tramo de la vía (Km 9,0 al 10,5) se realizó con martillos neumáticos rompedores eliminándose las irregularidades existentes. Se hicieron perforaciones en diferentes partes o zonas del tramo de la vía, para permitir la mejor adherencia de la losa de hormigón masivo convencional (WC) con el pavimento existente. El espesor de capa de la losa de hormigón fue de 20 cm según el proyecto realizado y se utilizaron moldes metálicos que permiten la ejecución del hormigonado mediante la técnica de paños alternos de área: 4 x 3 metros. En las juntas transversales se utilizaron pasadores con barras de acero corrugado y el machihembrado en las juntas longitudinales

El hormigón de 30 MPa fue producido en una planta centralizada dosificadora-mezcladora en Trinidad y transportado al lugar mediante camiones hormigoneras de 6 m3 y colocado de forma manual mediante canales. El proceso de compactación se realizó con vibradores de inmersión. El curado se desarrolló durante una semana, consistiendo en el riego manual de agua con mangueras. La superficie de rodadura de la losa se le realizó un marcado con peines o rastrillos metálicos para evitar el deslizamiento o patinaje de los vehículos, asegurando así una adecuada seguridad de circulación vial, procediendo seguidamente a reconstruir los paseos laterales y a reponer la señalización horizontal y vertical del tramo de 1500 metros reparado.

Imágenes de la ejecución de la rehabilitación del tramo:

CONCLUSIONES

1. 1. Se logró una adecuada calidad de ejecución de los diferentes trabajos durante el empleo de la tecnología WC convencional en el tramo de 1,5 km de vía rehabilitado.
2. 2. Se logran reducir los costos totales al aumentarse significativamente la vida útil del pavimento en el tramo de carretera entre 15 y 20 años y aumentarse el ciclo inter reparatorio, en comparación con la utilización de la técnica usualmente empleada de recapado del pavimento flexible
3. 3. Se logra un aumento de la seguridad vial en el tramo intervenido al mejorase la regularidad superficial del pavimento, la construcción de los paseos laterales y el empleo de barreras de contención
4. 4. Se obtuvo una mayor capacidad portante en la estructura de pavimento, obteniéndose una superficie más fuerte y duradera.

RECOMENDACIONES

• Aplicar en mayor medida la tecnología White topping en tramos de carreteras con características similares a la descrita.

• Realizar un estudio de las carreteras cubanas existentes en zonas montañosas deterioradas que aconsejen la aplicación de esta tecnología.

Referencias

Harrington, D. et al. (2012). Guidance for de Design of Concrete Overlays Using Existing Methodologies, National Concrete Pavement Technology Center, Iowa State University, IA.

Orta Amaro, Pedro A. (2010) Valoración del empleo de tecnologías de pavimentación en las carreteras cubanas. Sitio web: www.monografías.com

Orta Amaro, Pedro A. (2014). Tecnologías de pavimentación de carreteras. Editorial Samuel Feijoo, UCLV. Santa Clara, Villa Clara, Cuba.

Rasmusses, R., Rogers, R., Ferragut, T (2009), Continuously Reinforced Concrete Pavements Design and Construction Guidelines, FHWA-CRSI.

Smith, K.D., H. Hu, D. Peshkin, (2002), Portland Cement Concrete Overlays: State of the Technology Synthesis, Federal Highway Administration. EUA