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FACULTAD DE INGENIERIA ARQUITECTURA Y URBANISMO ALUMNOS:  PEÑA BECERRA ENJHOR THAYLOR 

DOCENTE: RUIZ SAAVEDRA NEPTON DAVID

CURSO: DISEÑO Y REHABILITACION DE PAVIMENTOS

TEMA: PAVIMENTOS DE PIEDRA TALLADA

CICLO: VI

FECHA: NOVIEMBRE 2017

PIMENTEL – CHICLAYO

INTRODUCCION

La piedra natural se ha venido utilizando en el revestimiento de suelos y escaleras, en interiores y exteriores desde tiempo de los romanos. La diversidad de aspectos que presenta constituye una inagotable fuente de posibilidades expresivas, desde siempre aprovechadas para la realización de pavimentos y revestimientos de las obras más importantes de la arquitectura. Pero el favor del que goza la piedra natural no se debe sólo a sus cualidades estéticas sino también a sus características de resistencia y durabilidad, propiedades que la hacen idónea para obras muy expuestas a los agentes atmosféricos y/o de mucho tránsito como son las zonas de entradas de edificios públicos, pasillos, escaleras, etc. En comparación con otros tipos de pavimentos, la piedra natural debido a su larga duración técnica (más de ochenta años), y a su bajo coste de limpieza y conservación, se muestra como ventajosamente rentable al cabo de pocos años.

PAVIMENTOS DE PIEDRA TALLADA

ANALISIS HISTORICO: Desde tiempos ancestrales, los habitantes de la región andina buscaron técnicas constructivas que permitan a los usuarios tener una transitabilidad permanente por los caminos que con gran esfuerzo se construían en muchos casos sobre suelos que al humedecerse imposibilita la transitabilidad. Los registros de la Conquista Española, específicamente El Archivo General de Indias, en el Tomo 5to. “Descripción de Varios Caminos desde la ciudad de Quito al Río Marañón”, hace referencia a caminos nivelados con bloques de piedra pulida que proporcionaba gran durabilidad, especialmente en la época invernal, permitiendo de esta manera el ingreso a las principales ciudades del imperio Incaico, tanto por parte de los Incas como por los conquistadores españoles. Se podría decir irónicamente que los indígenas “prepararon el camino para la conquista”. Los fines principales de ejecutar estos caminos eran: • • • • •

Para recreo de los soberanos; Demarcación de Límites; Tráfico Comercial; Circulación de tropas; y, Integración de territorios

Cuando se iba a construir un camino, los chasquis lo daban a conocer por todo el imperio; los nobles se esmeraban por cumplir la voluntad del Soberano. Los veedores marcaban la ruta, y los habitantes del sector se encargaban de la ejecución de su tramo. Durante la conquista española, las principales calles de las ciudades que se fundaban, se las recubría con bloques tallados de piedra, facilitando la circulación de las personas y de carretas, caballos y bestias de carga.

¿Qué es un pavimento de piedra? Se entiende por pavimento de piedra al: “Recubrimiento de la superficie de la vía con una capa de cantos rodados o de piedra partida para formar una superficie de rodadura resistente, estable y económica. El recubrimiento se efectuará sobre la capa de apoyo debidamente terminada y de acuerdo a los requerimientos técnicos”. Los pavimentos de piedra son comúnmente utilizados en la parte andina de nuestro país, especialmente en aquellos caminos que se encuentran en la cordillera alta de Los Andes y que sirven fundamentalmente a comunidades rurales. La durabilidad de estos caminos es mucho mayor que otras superficies de rodadura, en especial los caminos lastrados. Existen empedrados que sin mantenimiento alguno, y con niveles de tráfico bajos, han resistido más de 30 años. Para la ejecución de los empedrados, se deben tener en cuenta básicamente dos condicionamientos que viabilizan su ejecución.

A. Condiciones Sociales: Uno de los principales beneficios que se logra con la ejecución de caminos de piedra es la ocupación de un alto componente de mano de obra calificada y no calificada. Se debe considerar la necesidad de contar con una buena cantidad de obreros dado que el requerimiento de personal en este tipo de proyectos es muy alta, por lo que al no existir la suficiente cantidad de mano de obra, obliga a que se trasladen al sitio empedradores y peones, incrementando el costo directo correspondiente a mano de obra, principalmente por costos de transporte y hospedaje. B. Condiciones Técnicas: Los pavimentos de piedra presentan como principales las siguientes generalidades:   

Tipo y calidad de la subrasante o suelo de soporte de piedra. Ubicación cercana de las fuentes de materiales. Calidad y tamaño de la piedra.

Todos estos requisitos están subordinados al Tráfico Promedio Diario que no será mayor a 200 vehículos, de los cuales se aceptará como máximo 50% de vehículos pesados. Ningún camino que exceda estos valores de tráfico será apto para ejecutar un empedrado. Con el fin de garantizar un empedrado de buenas condiciones, la subrasante donde se realizará este trabajo debe cumplir los siguientes requisitos:

Tabla 1 MANUAL ANDINO PARA CONSTRUCCIÓN Y MANTENIMIENTO DE EMPEDRADOS

 Requerimientos técnicos:

Se llama empedrado a toda aquella superficie de rodadura construida con cantos rodados o piedra partida, la misma que se ejecuta sobre una rasante o una capa de apoyo debidamente terminada y de acuerdo las especificaciones técnicas. Esta superficie, al estar constituida de cantos rodados o piedra partida, debe cumplir condiciones mínimas que garanticen la eficiencia del empedrado. Las principales características físicas – mecánicas del canto rodado o piedra son:

 Especificaciones técnicas de construcción: La secuencia constructiva de un empedrado, implica considerar algunas actividades claves que deben aplicarse. Así, para la construcción de un empedrado, se consideran los siguientes: • • • • •

EE-01 : Explotación de material; EE-02 : Transporte de material; EE-03 : Acabado de obra básica (preparación de sub-rasante); EE-04 : Empedrado; EE-05: Cunetas empedradas.

Realizará este trabajo debe cumplir los siguientes requisitos: Máximo longitud de tramo con pendiente > 500 m 15% Gradiente longitudinal máxima 15% Gradiente longitudinal mínima 0.5% Bombeo de calzada 3 - 4% % de compactación de la subrasante luego de ³95% la reconformación (relación a Proctor Modificado) CBR recomendado 8% CBR mínimo 6% Tipo de suelo clasificación AASHTO A4 o A6 (limos arcillosos) Tipo de suelo clasificación SUCS ML o CL (limos arcillosos). CARACTERÍSTICAS:      

Es un pavimento flexible. No es monolítico. La fricción entre las piedras, ayuda a soportar la carga que transmiten las llantas a la rodadura (necesidad de rellenar las juntas). No existe un método de diseño científico. La experiencia de las comunidades es importante en la construcción; Se utiliza en caminos de trafico promedio diario (TPD) no mayor a 200 vehículos, con un componente de hasta 30% de camiones y autobuses;

puede emplearse en caminos con tráficos de hasta 250 vehículos diarios, cuando se tenga la certeza que no solo circularán vehículos de más de 10 tn2. Los pavimentos presentan niveles de servicio prácticamente permanentes para toda su vida útil, por lo que el mantenimiento que se le provee garantizará que los alineamientos longitudinales y transversales se mantengan. La destrucción de caminos empedrados se debe a inadecuadas o inexistentes políticas de mantenimiento vial, ya que confiando en las bondades de los empedrados. Se exponen a estos caminos a vehículos sobrecargados o a volúmenes vehiculares excesivos que provocan un deterioro de forma acelerada. Pese a que se considera al empedrado como un pavimento flexible, pues se acomoda de acuerdo a las deformaciones que presenta la subrasante, ninguno de los métodos de diseño de pavimentos flexibles se adapta o puede ser aplicado rigurosamente, ya que su comportamiento es distinto.

C. Diseño del espesor del pavimento de piedra:  Fórmula del Ingeniero Williams Mills, para el cálculo de espesores del pavimento de empedrado (pavimento flexible):

Esta fórmula es empleada en el método del Ing. William Mills para el cálculo de espesores en pavimentos flexibles. Dicho método incluye en su fórmula el espesor dado por el valor soporte C.B.R., el espesor dado por el índice de grupo así como un espesor extra por mal drenaje. De la fórmula anterior tenemos:

Tabla 2 especificaciones AASTHO M- 147

Tabla 3 Clasificación del transito

Tabla 4 Espesores mínimos recomendados para capa base

Tabla 5 Espesores mínimos recomendados para Sub Base y factor de incremento por mal drenaje

Tabla 6 Espesor total del pavimento indicado por el C.B.R



La capa de asiento en los pavimentos de piedra: Esta capa tiene la función de absorber las irregularidades y diferencias de tamaño, de las piedras, ayudando a mantenerlas juntas. Para pavimentos de poco tránsito, puede utilizarse arena limpia o arena limosa. Para pavimentos con mucho tránsito o con mucha pendiente longitudinal, como muchos fraccionamientos campestres, es muy conveniente usar un suelo-cemento, concreto pobre, o un mortero de cemento para ahogar ahí las piedras. Estos pavimentos tienen mucha resistencia al desprendimiento de piedras y a la erosión del agua. Las piedras para la capa empedrada, deben tener adecuada resistencia a la compresión y al desgaste. Como el tamaño de las mismas son variables, se presentan unas relaciones de tamaño de piedra y espesor de capa de asiento y de pavimento, encontradas empíricamente.

D. Explotación del material: Una vez que se ha ubicado la fuente de material, sea está a la orilla de un río o una cantera, se deberá realizar las pruebas y ensayos de laboratorio que determinen la calidad de la piedra. Otro análisis que se debe efectuar es la determinación de la cantidad de material existente, de tal manera que la piedra a explotarse alcance para la totalidad del proyecto Si la mina es a cielo abierto se procede de la siguiente manera:

Imagen 1

Si la mina debe explotarse, se procede de la siguiente manera:

Imagen 2

I.

Ensayos y tolerancias: La comprobación del tamaño de la piedra seleccionada se la hará por cribado o en forma visual, a criterio del Fiscalizador. Las piedras partidas o cantos rodados deben ser duras, limpias, no presentarán fisuras, serán lo más equidimensionales posible y deberán cumplir los requerimientos establecidos en el cuadro Nº 1 del presente trabajo.

II.

Procedimiento de Trabajo: Para el procedimiento de trabajo se tomará en cuenta la posibilidad de explotar la mina de forma manual y de forma mecánica.

III.

Explotación Manual: Una vez identificada la mina y realizado el análisis de su potencia, se dispondrán de cuadrillas de 4 personas que cargarán el material seleccionado al cucharón de la retroexcavadora o de la cargadora frontal. Una vez que se ha llenado el cucharón, se dispondrá el material en una volqueta para su posterior transporte. Este procedimiento usualmente se lo realizará cuando la mina es una terraza aluvial. La ventaja de este tipo de explotación, es que un alto índice de ocupación de mano de obra directa y se utiliza el 100% del material clasificado, como se señala más adelante.

Imagen 3

IV.

Explotación Mecánica: Una vez identificada la mina y realizado el análisis de su potencia, la retroexcavadora procederá con el descapote de la mina (apertura), extrayendo el material y depositándolo en una volqueta. La volqueta procederá a descargar el material en la zaranda o criba, para de esta manera clasificarlo. La cargadora frontal recogerá el material necesario para despacharlo en la volqueta que lo conducirá al frente de trabajo. Considerando que en la explotación mecánica, no es posible utilizar todo el material explotado, se determinará el índice de eficiencia de la explotación, para lo cual se tomará en cuenta la siguiente fórmula:

Imagen 4 explotación mecánica del material

Imagen 5 cibrado del material

V.

Transporte de material:

1) Procedimiento y Acopio de Material._ Cuando la distancia de la mina al centro de gravedad del camino en construcción sea inferior a 200 metros, se procurará realizar un transporte manual mediante el empleo de carreterillas y con la participación de la comunidad; si el transporte fuese menor al señalado, el material clasificado será transportado en volquetes hasta el proyecto, y se distribuirá de tal manera que la distancia entre cada montón de piedra permita una correcta utilización del material. De la experiencia lograda en la ejecución de empedrados, se puede indicar referencialmente que un metro cúbico de piedra seleccionada permite empedrar hasta 8 m2. En todo caso el fiscalizador realizará un muestreo en el campo para verificar el índice de eficiencia de la explotación para el proyecto y la relación entre el volumen de material transportado y el área de empedrado realmente ejecutado.

VI.

Construcción de pavimento con piedra: i)

Estabilización del suelo: Lo que se pretende con todas las estabilizaciones, es la de aumentar la densidad de un suelo, compactándolo mecánicamente y la otra forma de estabilización es la de mezclar a un material de granulometría gruesa, otro que carece de esa característica, finalmente existe el recurso de estabilizar el suelo, mezclándole cemento de tipo Portland, cal hidratada, asfalto o cloruro de sodio. El uso de la cal está limitado a suelos que contengan minerales arcillosos, con los cuales hacer la “acción puzolánica” que lentamente va cementando las partículas del suelo. Este aglomerante es muy útil para bajar la plasticidad de los suelos arcillosos o para bajar el alto contenido de humedad en terracerías o en bases y sub-bases, siempre que estas no sean arenosas. La estabilización de los suelos se pone en práctica bajo el criterio de bajar costos en la construcción de un pavimento, en lugar de recurrir al transporte a grandes distancias de materiales con mejores características. Se justifica una estabilización en caso de encontrar en el camino lo siguiente:  Un suelo de subrasante desfavorable, o muy arenoso, o muy arcilloso.  Materiales para base o sub-base en el límite de especificaciones.  Condiciones de humedad desfavorables.  Cuando se necesite una base de calidad superior, como en una autopista.  En repavimentación, aprovechando los materiales existentes. a) Estabilización de suelo con cemento: La estabilización de suelo con cemento Portland es la más ampliamente usada en el mundo. Al mezclar un suelo con cemento, se produce un nuevo material duro, con mejores características que el usado como agregado. Esta estabilización no es tan sensible a la humedad como la hecha con asfalto.

Pueden usarse todos los suelos para efectuarla, exceptuando los altamente orgánicos, aunque los más convenientes son los granulares, los de fácil disgregado, limos, arenas limosas y arcillas, así como los tepetates (Tepetate: tierra de mina que no tiene metal). Todas las gravas y las arenas, son agregados adecuados para producir este material suelo-cemento, que tiene tan excelentes cualidades. Los suelos arenosos requieren del 7 al 10 por ciento, en volumen de cemento, y los suelos arcillosos requieren del 12 al 16 por ciento en volumen, y aún más si es necesario. Como puede observarse, los suelos arcillosos requieren más cemento que los arenosos; además como hay que pulverizar los terrones de la arcilla para que se mezclen con el cemento, la estabilización de los suelos arcillosos resultan ser más costosos que los suelos arenosos. Entre las características mínimas que debe reunir un suelo, para que su estabilización sea económica razonablemente son:  Límite líquido menor de 50%  Índice plástico menor de 25%  El material que pase la malla #200 debe ser menor del 50%.  El porcentaje de vacíos, compactada la muestra en el cilindro Proctor, debe ser menor del 35%.

b) Estabilización de suelos con cal: El uso de la cal para mejorar suelos con alto grado de plasticidad, aparte de conseguir ese fin, aumenta también su resistencia a la compresión no confinada, produciendo una textura granular más abierta. La cantidad de cal hidratada es de 2 a 8% en peso seco del material, para que la cal reaccione convenientemente (este no es el caso del cemento) se necesita que el suelo tenga minerales arcillosos o sea sílice y alumina, y se pueda lograr la acción puzolánica, que aglomerará adecuadamente las partículas del suelo. El suelo cemento adquiere su resistencia rápidamente, ya que solo se necesita que el cemento se hidrate adecuadamente. En cambio el suelo-cal, necesita la reacción química de los iones de calcio y los minerales arcillosos, que lentamente adquieren resistencia. Una ventaja del suelo-cal es que su período de curado pude iniciarse más tarde, en cambio el suelo-cemento requiere curado inmediato. Por lo general, las arenas no reaccionan favorablemente con la cal y no pueden estabilizarse con ella. El éxito de la estabilización con cal para disminuir su plasticidad o para adquirir resistencia, es el tipo de suelo o el tipo de mineral arcilloso que contenga. El criterio para diseñar en el laboratorio las mezclas, suelo-cal, depende del papel que vaya a desempeñar la cal:  Modificador de plasticidad o humedad,  Proporcionador de resistencia.

c) Suelo de asfalto: Es conveniente en algunos casos estabilizar un suelo, utilizando un producto asfáltico para elaborar capas de base o sub - bases. A estas bases asfálticas también se les conoce como “bases negras”. El uso de productos asfálticos (asfaltos rebajados, emulsiones asfálticas y cementos asfálticos) está limitado a suelos granulares o de partículas gruesas. La estabilización me material arcilloso es muy difícil, debido a los grumos de estos suelos. La estabilización con asfalto puede tener dos fines:  Reducir la absorción de agua del material, usando poca cantidad de asfalto.  Incrementar la resistencia de un material usando mayor cantidad de asfalto, como en las bases asfálticas.

Imagen 6 secuencia de conformación con maquinaria, manual andino para la construcción y mantenimiento

Imagen 7 secuencia de hidratación y compactación de la subrasante

ii) Colocación del empedrado: Consistirá en construir una superficie de rodadura con una capa de cantos rodados o de piedra partida. Esta superficie se la elaborará de acuerdo a los requerimientos de los documentos y las instrucciones del fiscalizador.

 Materiales: El empedrado se realizará con cantos rodados o con piedra partida (triturada), en concordancia con lo establecido en los documentos contractuales y con la disponibilidad de los mismos.  Equipo: La piedra partida o canto rodado será colocada a mano, para lo cual requiere de un martillo o combo de 2 kg, que servirá para hincar las piedras. Adicionalmente, una vez terminada la capa de empedrado, se deberá compactar la piedra mediante el paso sin vibración de un rodillo liso de 4 a 8 toneladas.  Procedimiento de Trabajo: La subrasante sobre la que se colocará el empedrado deberá hallarse debidamente conformada y compactada; A la subrasante terminada y compactada, se la disgregará en un espesor de 2 cm aproximadamente, que servirá como cama de apoyo para la colocación de la piedra; este trabajo se efectuará con herramientas manuales, esto es picos y rastrillos.

Imagen 8, Disgregación de la subrasante, manual andino para la construcción y mantenimiento de empedrados

Una vez disgregada la subrasante se colocarán las piedras maestras o cordones maestros con la piedra de mayor tamaño en los ejes, bordes o límites de carriles. Adicionalmente deben colocarse maestras longitudinales intermedias entre el eje y el borde del camino. La distancia entre maestras no debe ser mayor a 1.50 metros. Si la gradiente longitudinal del camino es mayor de 10%, deberán colocarse maestras transversales cada 3.5 metros, de tal manera que se conforme un encajonamiento que evite desprendimientos de la piedra. En curvas de retorno se colocarán maestras transversales cada 2 metros, cuya referencia será el radio interno de la curva, de forma tal que estas funcionen como bermas. Conformadas las maestras, se completará la calzada con la colocación de piedra de menor tamaño (8 – 12 cm), de tal manera que se logre un confinamiento adecuado entre las piedras, procurando disminuir al máximo los intersticios que se formen, para lo cual se hincarán las piedras con un combo o martillo de 2 kg.

Imagen 9 Colocación de maestras o cordones maestros, manual andino para la construcción y mantenimiento de empedrados

Imagen 10 Colocación e hincado de piedra, manual andino para la construcción y mantenimiento de empedrado

Inmediatamente se esparcirá material de relleno en los espacios entre las piedras para aumentar la adherencia entre éstas y disminuir la filtración de aguas lluvias. Este material será arcilla o material ligante de las mismas características del material de la subrasante. Se conseguirá una penetración completa y uniforme de este material, por medios de escobas y riego de agua. A este proceso se lo conoce como emporado.

Imagen 1101 Emporado, manual andino para la construcción y mantenimiento de empedrados.

El emporado deberá cubrir completamente las piedras para facilitar el rodillado. La compactación y fijación se llevará a cabo de inmediato, utilizando un rodillo liso sin vibración, iniciando el trabajo en los costados y desplazándose hacia el centro.

Imagen 12 rodillado del emporado. Manual andino para la construcción y mantenimiento de empedrados

Proceso de pavimentación con piedra.

Imagen 13 resumen de pasos para la pavimentación de empedrado

iii) Cunetas empedradas: Con el fin de lograr un adecuado drenaje superficial, se requiere la construcción de cunetas a lo largo de las bordes del camino. La cuneta tipo que se utiliza es de 70 cm de ancho por 30 de altura, de forma triangular. La cuneta es de piedra, y para optimizar su utilidad, se la recubre de mortero de cemento 1:3 o de hormigón simple de cemento Portland, dependiendo de la pendiente longitudinal del camino, considerando los siguientes parámetros

VII.

Mantenimiento del pavimento de piedra: El camino empedrado y las cunetas empedradas son obras de gran durabilidad, pero deben ser mantenidos rutinariamente para evitar daños irreversibles que impliquen inversiones adicionales por concepto de reconstrucción; De esta manera es importante mantener permanentemente sus principales elementos, actividad que se denomina mantenimiento rutinario. Los principales elementos que debemos mantener son calzadas, espaldones, taludes, cunetas y alcantarillas.

Se recomienda hacer las siguientes actividades de mantenimiento:     

Bacheo de empedrado Limpieza de cunetas Limpieza de alcantarillas menores Roza a mano (limpieza de taludes y espaldones) Limpieza de derrumbes a mano

 

Reparación de cunetas Supervisión de mantenimiento

 Periodos de mantenimiento del pavimento: Para realizar el mantenimiento, debemos considerar las etapas de lluvias y así programar las actividades.

A. Reparación de una bacheo: Son los trabajos de reparación a mano de áreas pequeñas de superficies empedradas para corregir baches, depresiones y otros peligros potenciales.

B. Limpieza de cunetas: Son los trabajos de limpieza y reconformación manual de las cunetas para Asegurar que el agua fluya libremente.

C. Limpieza de alcantarillas menores: Son los trabajos de inspección, limpieza manual y reparaciones menores de alcantarillas incluidos los cauces de entrada y salida hasta una distancia de 10 metros a cada lado de la entrada y salida, para asegurar el flujo libre del agua.

D. Rosa a mano: Son los trabajos necesarios para el control de la vegetación en las zonas Laterales de la carretera mediante la roza manual para mejorar la visibilidad y eliminar la maleza creciente incrementando de esta manera el nivel de seguridad de los usuarios.

E. Limpieza de derrumbes: Son los trabajos requeridos para realizar la limpieza a mano de material proveniente de los taludes y quebradas que se deposita en la carretera para facilitar el normal tránsito de los vehículos.

F. Reparación de cunetas: La reparación de las cunetas revestidas de hormigón para asegurar que el agua fluya libremente y evitar el ingreso de la misma a las capas inferiores del pavimento o la erosión.