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UNIVERSIDAD DE LOS ANDES
DEPARTAMENTO DE INGENIERIA CIVIL Y AMBIENTAL
PROYECTO DE GRADO
AVANCES Y ESPECIFICACIONES PARA PAVIMENTOS EN PIEDRA
SERGIO MARIO ESQUIVEL PINZON
200714883
ASESOR: SILVIA CARO SPINEL Ph. D.
BOGOTA
2013
1
Contenido
Índice de Figuras ........................................................................................................................ 3
Índice de Tablas ......................................................................................................................... 4
1. INTRODUCCIÓN .................................................................................................................. 5
1. OBJETIVOS .......................................................................................................................... 6
1.1 Objetivo Principal ........................................................................................................ 6
1.2 Objetivos específicos.................................................................................................... 6
2. JUSTIFICACIÓN Y ANTECEDENTES ........................................................................................ 7
3. METODOLOGÍA ................................................................................................................... 9
4. CARACTERIZACIÓN DE LA PIEDRA NATURAL ...................................................................... 10
5. NORMATIVA A NIVEL NACIONAL E INTERNACIONAL .......................................................... 14
5.1 Normativa nacional .................................................................................................... 14
Especificaciones 500-1P y 500-2P ............................................................................................................................ 14
Proceso Constructivo ............................................................................................................................................... 16
5.2 Normatividad Internacional ....................................................................................... 16
5.2.1 UNE-EN 1334: Baldosas de piedra natural para uso como pavimento exterior. Requisitos y métodos de
ensayo 17
5.2.2 Estructura de pavimento ............................................................................................................................ 20
5.2.3 Elementos adicionales ................................................................................................................................ 22
5.2.4 Método constructivo. ................................................................................................................................. 22
6. PROYECTOS DE PAVIMENTACIÓN EN PIEDRA PEGADA ....................................................... 24
6.1 Seguimiento a un proyecto en ejecución .................................................................... 24
6.1.1 Materiales empleados ................................................................................................................................ 24
6.1.2 Diseño de pavimento .................................................................................................................................. 25
6.1.3 Proceso constructivo .................................................................................................................................. 26
6.2 Seguimiento a pavimentos ya construidos .................................................................. 33
6.2.1 Información pavimentos ............................................................................................................................ 34
6.2.2 Pavimento 1 ................................................................................................................................................ 34
6.2.3 Pavimento 2 ................................................................................................................................................ 36
7. FORTALEZAS Y DEBILIDADES DE LOS PAVIMENTOS EN PIEDRA ........................................... 37
7.1 Fortalezas .................................................................................................................. 37
7.2 Debilidades ................................................................................................................ 37
8. RECOMENDACIONES Y ASPECTOS A MEJORAR ................................................................... 39
2
9. CONCLUSIONES ................................................................................................................. 41
10. BIBLIOGRAFIA ............................................................................................................... 43
Bibliografía ............................................................................................................................. 43
11. ANEXOS......................................................................................................................... 45
Anexo 1. Pavimento romano en piedra (Dreamstime, 2013) ................................................. 45
Anexo 2. Calzada romana (Galicia, 2012) .............................................................................. 45
Anexo 3. Sección de la calzada romana (Galicia, 2012) .......................................................... 46
Anexo 4. Fotografía placa huella en construcción. (Elaboración propia) ................................ 46
Anexo 5. Requisitos de los agregados para afirmados, subbases granulares y bases granulares
(INVIAS, Articulo 307) ........................................................................................................... 47
Anexo 6. Clases de Concreto Estructural (INVIAS, 2008) ........................................................ 48
Anexo 7. Esquema montaje ensayo a flexión (AENOR, 2006) ................................................. 48
Anexo 8. Prensa de flexión (Galicia, 2012) ............................................................................ 49
Anexo 9. Prensa de compresión (Galicia, 2012) ..................................................................... 49
Anexo 10. Montaje máquina de abrasión (AENOR, 2004) ..................................................... 50
Anexo 11. Péndulo de fricción (AENOR, 2004) ....................................................................... 51
Anexo 13. Franja granulométrica para base granular (INVIAS, 2007) ..................................... 51
Anexo 14. Diseño de mezcla de concreto (HERMANOS, 2013) ............................................... 52
Anexo 15. Limites granulométricos para agregado grueso (INVIAS, 2007) ............................. 52
Anexo 16. Falla por movimiento del suelo en pavimento 1 evaluado .................................... 53
Anexo 17. Pavimento 2 en evaluación parte inicial ............................................................... 54
Anexo 18. Pavimento 2 en evaluación parte intermedia ....................................................... 55
3
Índice de Figuras Figura 1. Tipos de acabados en piedra (Galicia, 2012) ..................................................................................................... 10
Figura 2. Vista en planta dimensiones placa huella, dimensiones en centímetros (INVIAS, 2008) .................................. 14
Figura 3. Corte longitudinal placa huella (INVIAS, 2008) ................................................................................................. 15
Figura 4. Corte transversal placa huella (INVIAS, 2008) ................................................................................................... 15
Figura 5. Dimensiones más comunes de baldosas de piedra (Galicia, 2012) .................................................................. 17
Figura 6. Estructura de pavimento (Galicia, 2012) ........................................................................................................... 20
Figura 7. Calculo de espesor de base granular (Galicia, 2012). ........................................................................................ 21
Figura 8. Distribución granulométrica del agregado grueso ensayado para mezcla de concreto (HERMANOS, 2013) ... 25
Figura 9. Dimensiones en planta del pavimento en proceso de construcción .................................................................. 25
Figura 10. Corte transversal pavimento en construcción ................................................................................................. 26
Figura 11. Descargue de material de base (Elaboración propia) ..................................................................................... 27
Figura 12. Adecuación de la capa de base granular (Elaboración propia) ....................................................................... 28
Figura 13. Compactación de la capa de base granular (Elaboración propia) ................................................................... 29
Figura 14. Armado de estructura para placa de piedra pegada (Elaboración propia) ..................................................... 30
Figura 15. Ubicación de las piedras del pavimento en piedra pegada (Elaboración propia) ........................................... 31
Figura 16. Acabado final del pavimento (Elaboración propia) ......................................................................................... 32
Figura 17. Ubicación geográfica del municipio de Miraflores en Boyacá......................................................................... 33
Figura 18. Pavimento 1 evaluado (Elaboración propia) ................................................................................................... 35
Figura 19. Evaluación de daños pavimento 1 (Elaboración propia) ................................................................................. 35
Figura 20. Pavimento 2 evaluado (Elaboración propia) ................................................................................................... 36
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Índice de Tablas Tabla 1. Clasificación general de rocas (Badiola, 2007) ................................................................................................... 11
Tabla 2. Importancia de las características de la piedra según su uso (Oviedo) .............................................................. 12
Tabla 3. Propiedades de algunas de las rocas más empleadas en construcción (Badiola, 2007) .................................... 13
Tabla 4. Franjas granulométricas para material de afirmado ......................................................................................... 15
Tabla 5. Valores de carga de rotura para baldosas comerciales (Badiola, 2007) ............................................................ 19
5
1. INTRODUCCIÓN
La piedra natural es un material de construcción que ha sido empleado como revestimiento para
calles, escaleras, pisos de edificaciones y paredes, tanto para uso interior como exterior. Su uso
como superficie de rodadura en pavimentos data de la época del Imperio Romano. La piedra natural
tiene un importante aporte estético el cual le ha servido para darle diferentes usos, pero también
tiene un alto valor dentro de sus características de resistencia y durabilidad, haciéndolo un material
idóneo para ser empleado en obras que se encuentran directamente expuestas a los agentes
corrosivos atmosféricos y zonas de alta exigencia de carga. La piedra natural tiene una duración
técnica promedio de 80 años (dependiendo del tipo de piedra que se emplee, las condiciones del
terreno y el sistema de colocación), un bajo costo de limpieza y conservación, factores que para
condiciones dadas lo hacen más rentable que otro tipo de pavimentos al cabo de unos años (Oviedo,
2005).
La utilización de la piedra como capa de rodadura para pavimentos tiene como inconveniente su
baja regularidad superficial que castiga de manera importante la comodidad del usuario y seguridad
del vehículo al desarrollar altas velocidades. Su utilización puede ser una gran alternativa a evaluar
en aquellas zonas donde se presentan las condiciones más críticas para los materiales asfálticos
como lo son: altas cargas concentradas, bajas velocidades, difíciles condiciones climáticas, etc. Para
entender mejor esto se debe evaluar sus características físicas, mecánicas y comportamiento ante
diversas solicitaciones.
Dentro de la evaluación técnica que se presenta en este proyecto de grado, ha sido de vital
importancia considerar aspectos relevantes como la normatividad que existe respecto al tema tanto a
nivel nacional como internacional, las propiedades y características físicas y mecánicas que lo
componen, los ensayos que se realizan sobre los materiales a emplear, seguimiento a pavimentos
ya elaborados y aquellos que se encuentren en proceso y que empleen esta técnica y las
metodologías constructivas empleadas. Con la evaluación de este sistema de pavimentación se
busca tener un concepto más claro de los avances que se tienen en el tema, sus metodologías de
aplicación, las condiciones para las cuales su uso es más adecuado, las modalidades más comunes
de pavimentación así como sus ventajas y desventajas.
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1. OBJETIVOS
1.1 Objetivo Principal
El objetivo principal de este proyecto de grado es la identificación y estudio de especificaciones
y avances técnicos relacionados con el uso de piedra como superficie de rodadura en
pavimentos.
1.2 Objetivos específicos
De manera específica se busca lo siguiente:
Realizar un análisis adecuado de las características y comportamiento mecánico de la
piedra con el fin de entender mejor su funcionalidad como capa de rodadura.
Conocer las especificaciones y avances que se tienen actualmente en pavimentos que
emplean piedra natural como capa de rodadura, realizando un análisis de la normatividad
técnica tanto a nivel nacional como internacional.
Concluir acerca del comportamiento de la estructura empírica empleada en pavimentos
con capa de rodadura en piedra, a partir del análisis de pavimentos realizados bajo
diferentes condiciones de servicio.
Realizar un análisis de las técnicas de construcción y colocación de los pavimentos que
emplean piedra como capa de rodadura.
Emitir recomendaciones generales sobre los pavimentos que emplean piedra como capa
de rodadura.
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2. JUSTIFICACIÓN Y ANTECEDENTES
La piedra natural empleada como superficie de rodadura dentro de la estructura de un pavimento es
una alternativa útil en zonas donde se manejan altos volúmenes de tráfico, debido a la alta
resistencia mecánica y durabilidad que caracteriza a este material; sin embargo su uso se ha sido
disminuido motivado por la aparición de nuevos materiales como el cemento portland, por esta
razón no se tiene una gran variedad de especificaciones técnicas de sus requerimientos, diseño y
modo constructivo (Oviedo, 2005).
Dentro de la geografía de algunos países europeos como el caso de España es posible apreciar una
gran cantidad de pavimentos construidos empleando como superficie de rodadura la piedra, lo cual
deja ver la importancia histórica que ha tenido este material para el hombre a la hora de convertir
las vías de comunicación en caminos transitables (Galicia, 2012).
Es posible ver algunos ejemplos donde se ha empleado la piedra para realizar pavimentos en épocas
pasadas, y que actualmente se conservan por su gran valor histórico y arquitectónico. Algunos
ejemplos son:
Villa de Leyva en Boyacá, Colombia, en donde se emplean piedras de río de tamaño medio
con morfología esférica,
Barichara en Santander, Colombia, en donde se emplean baldosas de piedra de morfología y
tamaño regular,
Europa, en donde es posible ver gran variedad de vías pavimentadas empleando la piedra
como superficie de rodadura durante la época del Imperio Romano, las cuales aún se
conservan.
Es importante resaltar en estos ejemplos, que aunque se tienen ciertas precauciones sobre el uso de
estos pavimentos, con el fin de dar una mayor conservación y debido a su alto valor histórico y
cultural, estos demuestran una alta durabilidad que ha sobrevivido a diferentes factores de servicio y
de condiciones meteorológicas que han permitido que puedan ser utilizados en la actualidad.
Actualmente es posible encontrar municipios de Colombia que emplean la piedra como estructura
complementaria a los pavimentos rígidos con el objetivo de reducir costos en la elaboración de estas
estructuras y de dar un aporte estético a la obra final. Recientemente en el municipio de Miraflores
en Boyacá, se ha trabajado en el desarrollo de pavimentos que utilizan como superficie de rodadura
la piedra, de los cuales se tienen gran variedad de ejemplos que superan los 10 años de construcción
y que son sometidos a diferentes solicitaciones de carga y exigencias geológicas y
medioambientales, a lo cual han respondido de manera adecuada. Estos trabajos fueron realizados
de manera empírica y para su elaboración se empleó una adaptación de la normatividad disponible
para pavimentos en placa huella, teniendo en cuenta únicamente la sección de piedra pegada.
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Dentro de los pavimentos antiguos es posible hacer diferenciación entre dos sistemas o tipologías
distintos, los cuales se implementaban según su uso. El primer sistema se caracterizaba por emplear
calzadas que tienen capa de rodadura construida a partir de baldosas de piedra natural, las cuales
eran preferiblemente empleadas dentro de las ciudades o las cercanías a ellas con el fin de facilitar
el desplazamiento de los carruajes y reducir las emisiones de polvo. Para el segundo sistema de
pavimentación se empleaban materiales granulares formando la capa de suelo a los cuales se
agregaban astillas o encachados de piedra buscando reducir la erosión, construyéndolos para vías de
largo recorrido con el fin de reducir los tiempos y tener un impacto positivo en la economía
(Galicia, 2012). Dos ejemplos de pavimentos romanos que aún se conservan se pueden ver en el
Anexo 1 y Anexo 2.
Desde los inicios de la implementación de este tipo de pavimentos se consideraba dentro la
estructura de la calzada la elaboración de cuatro capas partiendo de la subrasante, estos se dividían
en pavimentum (superficie de rodadura, baldosas o adoquines), nucleus (cama de asiento), rudus
(base granular) y statumen (sub-base granular) (Galicia, 2012). La representación de la estructura
empleada por los romanos para la construcción de sus pavimentos se puede ver en el Anexo 3. Es
posible ver una gran similitud entre la distribución de la capas de la estructura antigua y la que se
tiene actualmente: Sin embargo, lo más difícil de analizar desde el punto de vista técnico
contemporáneo de estas calzadas es el efecto de la fatiga generada por la circulación del tráfico la
cual es tenida en cuenta actualmente.
Uno de los factores más importantes que caracterizan a la piedra como material de construcción y
que la hizo muy popular es su excelente durabilidad, lo cual ha contribuido a que aún se conserven
gran cantidad de estos. Una característica especial que se puede resaltar de los pavimentos antiguos
es la metodología empleada para su construcción, la cual se utiliza actualmente y puede ser
considerada como vigente (Galicia, 2012).
9
3. METODOLOGÍA
Para realizar un adecuado estudio de los pavimentos en piedra se realizaron una serie de actividades
importantes, las cuales permiten conocer todos los aspectos relevantes y de esta forma poder
abarcar de manera ordenada todo lo relacionado con el tema.
En primer lugar fue importante realizar una extensiva búsqueda de información relacionada con el
comportamiento físico, químico y mecánico de los materiales que se emplean, los tipos de rocas que
existen y sus modalidades de uso según las condiciones del sitio donde se va a implementar. En
segundo lugar se realizó una investigación en bases de datos científicas y en sitios web de agencias
de Colombia y de varias partes del mundo con el fin de conocer las especificaciones actuales que se
tienen del tema, los ensayos se deben realizar y la manera en la que se realiza el proceso de diseño,
construcción y mantenimiento de este tipo de pavimentos. Dentro de la búsqueda bibliográfica fue
posible encontrar guías detalladas de los procesos que se deben llevar a cabo para la
implementación de este tipo de pavimentos, así como los procesos de estandarización y calidad de
los productos que se elaboran para este fin.
Se realizó seguimiento a pavimentos construidos anteriormente y que se encontraban en servicio
para evaluar los materiales empleados, su método constructivo y su estado actual. Adicional a esto
se evaluó un pavimento en proceso de construcción con el fin de seguir los procesos de selección de
materiales, ensayos realizados, estructura empleada y método constructivo.
Finalmente, se realizó emisión de recomendaciones y aspectos a mejorar, ventajas y desventajas de
la técnica constructiva.
10
4. CARACTERIZACIÓN DE LA PIEDRA NATURAL
La piedra es clasificada dentro de los proyectos de infraestructura desde un punto de vista científico
o petrográfico y comercial. Dentro de la clasificación científica es posible identificar
particularidades tanto físicas como químicas que sirven de criterio para determinar el
comportamiento de la roca en cada una de las condiciones en las que puede ser aplicada. Dentro del
ámbito comercial se manejan los tipos de roca según sus características con el fin de determinar de
manera general las configuraciones que más se adaptan a los distintos usos y de esta forma
clasificarla. La gran variedad de rocas que existen permiten ajustar los materiales que se emplean
según las solicitaciones de servicio y de terreno. Dentro de la clasificación que se da a las rocas se
encuentra: el granito, la caliza, el mármol, la arenisca, cuarcita, pizarra entre otros (Galicia, 2012).
Otro aspecto importante dentro de la caracterización del material es el acabado superficial que se
realiza en la piedra, con el fin de adaptarla mejor a las condiciones de trabajo. Los acabados más
comunes son: pulido, apomazado, abujardado, flameado, lajado, arenado, cepillado, aserrado y
ranurado (Galicia, 2012). En la Figura 1 se puede ver de manera gráfica las características de estos
acabados.
Figura 1. Tipos de acabados en piedra (Galicia, 2012)
Al igual que la mayoría de los materiales naturales, las propiedades presentes en las rocas no son
siempre iguales ya que muestran gran cantidad de imperfecciones y mucha heterogeneidad. Las
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propiedades están determinadas principalmente por el origen y la estructura del material. La
estructura de estos materiales se divide en:
Micro-estructura: mono o poli-cristalina
Macro estructura: Porosas o compactas.
El proceso de obtención de los materiales es un aspecto que determina su comportamiento final.
Existen diversos sistemas de explotación, los cuales incluyen técnicas mecánicas, por explosivos,
por arrastre, martillos o manual. Adicional a esto también se deben considerar lo que realiza la
piedra antes de formarse, lo cual incluye procesos de meteorización, erosión, altas temperaturas,
gradientes de presión, entre otros. La gran cantidad de discontinuidades estratigráficas, cambios de
dirección, la baja o alta fracturación en las capas de material y demás factores geológicos que se
encuentran presentes en los yacimientos implican variaciones en las propiedades de los materiales
pétreos en cortas distancias. Estos procesos determinan características importantes de la roca como
densidad aparente, porosidad y resistencia; las cuales determinan el uso que se le puede dar a cada
una de éstas. En la Tabla 1 se puede ver el sistema más general de clasificación de las rocas.
Tabla 1. Clasificación general de rocas (Badiola, 2007)
Tipo Ígneas Sedimentarias Metamórficas
Origen Magma
solidificado
Erosión,
transporte y
sedimentación
Transformación
por calor y
presión
Temperatura de
Formación
550 - 1300
°C
Hasta 200 ° C 200 - 900 ° C
Densidad Aparente > 2,5 g /
cm3
< 2,5 g/cm3 ≈2,5 g / cm3
Usadas en Construcción Granito
Basalto
Pórfidos
Areniscas,
Margas, Caliza,
Travertinos,
Aljez, Alabastro
Mármol,
Pizarra y
esquistos Gneis
En la Tabla 2 se resume el nivel de importancia que tiene cada una de las propiedades de la piedra
según el uso que se le va a dar donde MI es muy importante, I es Importante y PI es poco
importante. Clasificación general de rocas (Badiola, 2007).
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Tabla 2. Importancia de las características de la piedra según su uso (Oviedo, 2005)
CARACTERISTICA
DE SERVICIO
REVESTIMIENTO PAVIMENTO
INTERIORES EXTERIORES INTERIORES EXTERIORES
Descripción
Petrográfica
I I I I
Análisis Químico PI PI PI PI
Densidad
Aparente
I I I I
Absorción de
Agua
PI I PI I
Resistencia a
Compresión
PI I PI I
Resistencia a
Flexión
PI I I I
Resistencia al
Choque
-- -- I MI
Resistencia a
Heladas
-- MI -- MI
Resistencia al
Desgaste
PI PI I MI
Resistencia a
Cambios
Térmicos
PI MI PI MI
Resistencia
Anclaje
I MI -- --
Módulo de
Elasticidad
-- I -- I
Coeficiente de
Dilatación
-- MI -- I
Micro dureza
Knoop
-- PI I MI
Resistencia SO2 -- I -- I
Contenido de
Carbonatos
-- -- -- --
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Es importante tener un claro conocimiento acerca de las propiedades físicas y mecánicas de las
piedras ya que esto es un factor muy importante a tener en cuenta a la hora de definir la forma en
que se deben extraer y procesar, así como los usos que se le pueden dar. Las principales
propiedades y métodos de ensayos que se realizan a la roca natural se desarrollan en la sección de
Normatividad Técnica; sin embargo, la Tabla 3 enumera algunos de los valores típicos para dos de
los tipos de rocas más empleados en construcción (Badiola, 2007)
Tabla 3. Propiedades de algunas de las rocas más empleadas en construcción (Badiola, 2007)
ARENISCA (SEDIMENTARIA CEMENTADA) CALIZA ( SEDIMENTACIÓN QUIMICA)
Arenas silíceas cementadas Precipitación química de carbonatos
Fáciles de tallar ( no se pueden pulir) Fácil labra y pulimiento parcial
Propiedades Tipos Propiedades Tipos
Porosidad 5 - 30 % Novelda Porosidad 0,1 - 15 % Blanco
Paloma
Densidad aparente 1,9 - 2,5 g/cm3 Villamayor Densidad aparente 1,9 - 2,8 g/cm3 Rosa
Sepúlveda
Dureza 1 - 5 (Mohs) Duero Dureza 3 - 4 (Mohs) Crema
Castilla
Resistencia
Compresión
30 - 200 Mpa Quintanar Resistencia
Compresión
20 - 180 Mpa Piedra de
Boñar
Resistencia Flexión 3 - 20 Mpa Amarilla Resistencia Flexión 5 - 15 Mpa Piedra de
Silos
Desgaste 5 - 8,5 mm (DIN
52108)
Roja Desgaste 15 - 40 mm (DIN
52108)
Páramo
Entumecimiento 0,7 mm/m Entumecimiento 0,8 mm/m
(porosas)
Durabilidad Descomposición Durabilidad Degradables
(erosión)
Las piedras empleadas en el proceso de construcción de pavimentos se conocen como lajas, las
cuales en su mayoría se componen por areniscas formadas mediante proceso de erosión, transporte
y sedimentación; se produce a bajas temperaturas y tienen una densidad aparente inferior a 2,5
gr/cm3 (Badiola, 2007).
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5. NORMATIVA A NIVEL NACIONAL E INTERNACIONAL
Para realizar un adecuado estudio de los pavimentos que utilizan piedra como superficie de
rodadura, es importante tener un claro concepto sobre la normatividad existente a nivel nacional e
internacional, con el fin de conocer los estudios que se emplean para su implementación, así como
recomendaciones y restricciones en el tema.
5.1 Normativa nacional
A nivel nacional se encuentran las siguientes especificaciones emitidas por el INVIAS: INVIAS
500-1P y 500- 2P, denominadas “Placa huella en concreto” y “Piedra pegada”, las cuales hacen
referencia a las obras de pavimentación desarrolladas utilizando el sistema de placa huella separada
con franja de piedra pegada.
Especificaciones 500-1P y 500-2P
La especificación 500-1p determina los requerimientos para pavimentos realizados en placa huella,
y la especificación 500-2p describe los elementos construidos en piedra pegada. Estas
especificaciones describen la elaboración, transporte, colocación y vibrado de una mezcla de
concreto hidráulico reforzado, dispuesto en dos placas separadas por piedra pegada.
La ejecución de este tipo de pavimento se realiza construyendo placa huella de concreto con las
siguientes dimensiones: noventa centímetros de ancho, quince centímetros de espesor y una
longitud máxima de cinco metros entre vigas de amarre, las cuales deben ser separadas entre sí por
una estructura elaborada a partir de piedra pegada de noventa centímetros de ancho. Las placas de
concreto deben estar arriostradas por viguetas de trece centímetros de ancho por veinticinco
centímetros de alto, ubicadas en los extremos y en la parte media de las placas. La Figura 2 muestra
las dimensiones en planta que deben tener este tipo de placas (INVIAS, 2008).
Figura 2. Vista en planta dimensiones placa huella, dimensiones en centímetros (INVIAS, 2008)
La Figura 3 muestra el corte A-A longitudinal del pavimento en placa huella donde se puede ver las
dimensiones correspondientes al espesor de la placa y la longitud entre vigas de arriostramiento. La
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Figura 4 muestra el corte transversal B-B donde se puede apreciar la distribución de las placas de
concreto separadas por la placa de piedra pegada (INVIAS). En el Anexo 4 se muestra una
fotografía de un pavimento realizado en placa huella en el municipio de Miraflores Boyacá en el
año 2013.
Figura 3. Corte longitudinal placa huella (INVIAS, 2008)
Figura 4. Corte transversal placa huella (INVIAS, 2008)
La especificación 500 – 1P determina las características de los materiales y el proceso constructivo
que se emplea para la elaboración de la placa huella. Sin embargo, debido al alcance de este
estudio, en este documento sólo se tendrá en cuenta lo correspondiente a la sección central
construida en piedra. De acuerdo con la normativa, para la adecuación del terreno se debe realizar
una excavación de mínimo 25 centímetros con el fin de remover todo el material orgánico, además
se debe disponer del espacio necesario para realizar el relleno de acuerdo con la especificación 311
“Afirmado” buscando tener un adecuado soporte de la estructura en piedra. Para la selección del
material de afirmado es necesario que los agregados que lo componen cumplan con los requisitos de
calidad establecidos en el aparte 300.2 del Artículo 300 “Disposiciones generales para la ejecución
de afirmados, subbases granulares y bases granulares y estabilizadas”, que se encuentra en el
Anexo 5. Adicional al requerimiento de calidad, también es necesario que los materiales granulares
del afirmado se ajusten a alguna de las siguientes franjas granulométricas mostradas en la Tabla 4
(INVIAS, 2007).
Tabla 4. Franjas granulométricas para material de afirmado
16
Para el control de los piedras de la zona de piedra pegada se toma el artículo 630.07 de las
especificaciones del INVIAS (INVIAS, 2007). En dicho artículo se determina que las piedras
pueden venir de roca triturada o de cantos rodados, buscando que preferiblemente sea angular con
tendencia a tener forma cúbica. Las dimensiones entre la sección mayor y menor del agregado no
deben ser mayo de dos a uno (2:1). El tamaño máximo del agregado no debe superar los 12 cm. Las
rocas no podrán presentar un desgaste mayor al cincuenta por ciento al ser sometido a la prueba de
los Ángeles gradación E, según la norma de ensayo INV E-219 (INVIAS, 2007). Para la
construcción de la placa se debe emplear concreto clase E. En el Anexo 6 se puede ver la
clasificación y las características de los concretos establecidos por el INVIAS.
Proceso Constructivo
Después de realizar todo el proceso de descapote se debe ubicar la armadura de hierro y se procede
a colocar el concreto iniciando desde la zona inferior y desplazándose de manera ascendente
cumpliendo con el espesor máximo. Se debe tener especial cuidado en la colocación de las piedras
ya que estas deben estar completamente limpias y libres de cualquier materia orgánica que afecte la
pega con el concreto. Además, se debe revisar que las piedras estén húmedas al momento de su
colocación ya que deben quedar embebidas dentro del concreto tanto en su zona inferior como a su
alrededor. Durante el proceso se deben construir las juntas de concreto a los intervalos establecidos
sin superar los cinco metros de distancia entre viga y viga, con bordes verticales y normales a la
placa huella, las deficiencias que queden presentes de deben corregir con el uso de mortero. La
cantidad de piedra que se emplea en la estructura no debe superar el 40% del total de la placa
central (Conformada por piedra y concreto). Como actividad final se debe verificar que la piedra
sobresalga de la placa, esto con el fin de mejorar su rugosidad, pero a su vez se debe garantizar que
esté lo suficientemente embebida en el concreto para evitar que se produzca desprendimiento de las
piedras (INVIAS, 2011). Se debe verificar que exista una separación entre las piedras cercana a
cinco centímetros con el fin de dejar espacio suficiente para aplicar el mortero que va a mantener a
las piedras en su sitio, haciendo la estructura lo más compacta y homogénea posible.
5.2 Normatividad Internacional
A nivel internacional se encontró normatividad sobre pavimentos en piedra en España, en su
adaptación para los códigos de la Unión Europea. Las principales normas que rigen estos
pavimentos son: UNE-EN 1341, UNE-EN 1342 y UNE-EN 1343, que corresponden a las normas:
“Baldosas de piedra natural para uso como pavimento exterior”, “Adoquines de piedra natural para
uso como pavimento exterior” y “Bordillos de piedra natural para uso como pavimento exterior”
respectivamente. Se analizará el código UNE EN 1341 ya que es el que habla sobre las
especificaciones y métodos de ensayo para baldosas de piedra. Para este tipo de pavimentos se
manejan principalmente las siguientes modalidades de pavimentación con piedra natural: baldosas y
adoquines. Para ambos tipos de pavimentos se requiere hacer control sobre variables como:
dimensiones, descripción petrográfica, textura superficial, resistencia a compresión, resistencia a
flexión, desgaste máximo, efectos de hielo-deshielo, entre otras (Galicia, 2012).
17
5.2.1 UNE-EN 1334: Baldosas de piedra natural para uso como pavimento exterior.
Requisitos y métodos de ensayo
Esta norma incluye todos los posibles usos que se le puede dar a la piedra como superficie de
rodadura, tanto para la circulación de peatones como de vehículos de todo tipo. Esta norma permite
la estandarización de la producción de elementos en piedra y se realiza su control mediante marcado
CE (Conformación Europea). La normatividad europea tiene en cuenta dos sistemas para la
realización de pavimentos en piedra: baldosas y adoquines. Para ambos sistemas se tiene un sistema
de estandarización y marcado CE de los productos con el fin de hacer que estos sean lo más
regulares posibles.
Las baldosas de piedra natural se definen como unidades de pavimentación que se obtienen
mediante proceso de corte o lajado, de dimensiones regulares, tienen un espesor nominal mayor a
12 mm y en las cuales se requiere que su ancho exceda en más de dos veces su espesor. Deben ser
apoyadas sobre una estructura formada por morteros, adhesivos o materiales granulares. Es
recomendable que su mayor dimensión en planta no sea superior a 500 mm, y a su vez que el
número de ejes equivalentes de 13 toneladas no supere las 15000 unidades durante todo su periodo
de vida útil (Galicia, 2012). Para las baldosas de piedra natural se manejan gran variedad de
tamaños, los cuales varían tanto en sus dimensiones en planta, como su espesor y relación de
tamaños, tal como se muestra en la Figura 5.
Figura 5. Dimensiones más comunes de baldosas de piedra (Galicia, 2012)
Los adoquines son unidades de pavimentación de menor tamaño que las baldosas. Para estos se
deben tener espesores de por lo menos 40 mm, con una anchura que no exceda en dos veces al
espesor. Para este tipo de unidad de pavimentación no existen limitaciones de carga respecto a su
uso, ya que por sus características resistentes asociadas a su condición dimensional se puede
emplear para tráficos de cualquier intensidad y todo tipo de tonelaje comercial. Por lo tanto,
18
pueden emplearse para pavimentar calles de ciudades, estaciones de carga y demás zonas que
puedan requerir bajas velocidades de desplazamiento de los vehículos (Galicia, 2012).
Para baldosas y adoquines se tienen grandes cargas a compresión a las que puede ser sometido el
material, por eso se requiere que tenga un excelente material de base para lo cual se prefiere el
granito. Las unidades de pavimentación realizadas en piedra requieren que se realicen tratamientos
superficiales como pulimiento o aserrado para mejorar su acabado con el fin de darle una mayor
rugosidad y reducir el riesgo de deslizamiento de los vehículos (Galicia, 2012).
Para la selección de los materiales se deben realizar procesos de control relacionados a las normas
de ensayo y valores requeridos para su utilización. Por ejemplo, en el espesor de la unidad se
permiten tolerancias entre dos y diez milímetros. Adicionalmente, se exige que las caras del
elemento sean planas y no tengan pendientes (Galicia, 2012).
A continuación se describen los principales ensayos que se realizan sobre la piedra para poder ser
empleada como material de construcción.
A. Resistencia a flexión (UNE-EN 12372)
El control de resistencia a flexión es llevado a cabo en las baldosas y es determinante a la hora de
establecer los espesores que se pueden emplear. Este ensayo está regido por la norma UNE-EN
12372. Para la realización de los ensayos se debe contar con al menos 10 muestras de un lote
homogéneo. Las dimensiones de las muestras deben ser de 50 mm en sus secciones transversales y
300 mm de longitud. Luego de tener las probetas, estas se deben ubicar para el ensayo apoyándola
en rodillos en sus extremos inferiores y ubicando un tercer rodillo en la parte central superior de la
probeta como se puede ver en el Anexo 7. En el Anexo 8 se observa la prensa utilizada para realizar
el ensayo a flexión bajo carga concentrada. El ensayo se realiza hasta que se produzca la falla de la
probeta anotando la carga y aproximándola a 10 N. la resistencia a flexión de cada probeta se
determina a partir de la siguiente expresión:
Donde F es la carga de rotura en newton de la muestra, l es la distancia entre los rodillos de apoyo,
b representa la dimensión de la base de la probeta y h el espesor. El resultado debe aproximarse a
0.1 MPa. La carga de rotura mínima exigida para carreteras es de 25kN. A continuación la Tabla 5
muestra algunos valores de carga de rotura para baldosas comerciales con dimensiones de 300 x
600 mm y espesores que varían entre 20 y 40 mm (Badiola, 2007).
19
Tabla 5. Valores de carga de rotura para baldosas comerciales (Badiola, 2007)
B. Resistencia a compresión (UNE-EN 1926)
El control de resistencia a compresión se realiza únicamente para los adoquines. En éstos se
determina el valor inferior esperado de resistencia a la compresión para lo cual los valores
esperados son 50 MPa para tráfico ligero y 60 MPa para vehículos pesados. El ensayo de los
materiales se realiza en prensa de compresión axial como se ve en Anexo 9 (AENOR, 2007).
C. Coeficiente de absorción de agua a presión atmosférica (UNE-EN 13755)
El coeficiente de absorción de agua a presión atmosférica es un parámetro de calidad que se mide
para determinar el comportamiento in situ que va a tener el material.
Para realizar el ensayo se deben seleccionar un mínimo de seis probetas de forma cúbica o
cilíndrica obtenidos de un lote homogéneo con dimensiones entre 50 y 70 mm. Se debe verificar
que la muestra tenga un volumen superior a los 60 ml. Las probetas se deben secar y pesar (md) y se
sumergen en agua de forma gradual hasta quedar cubiertas completamente luego de dos horas. Se
dejan sumergidas durante dos días y después se retiran, se limpian y se pesan con una exactitud de
0,01 g (m1). Luego de esto se vuelven a sumergir durante un día y se vuelve a medir la masa. Este
procedimiento se debe realizar hasta que se obtenga una masa constante de las probetas con una
diferencia menor a 0,1%. El resultado de la última pesada se toma como masa de saturación (ms).
La absorción de agua a presión atmosférica de cada probeta se calcula por medio de la siguiente
expresión:
El resultado obtenido debe ser expresado como un porcentaje redondeado al 0,1% más próximo
(AENOR, 2008) .
D. Resistencia al desgaste (UNE-EN1415)
El control de resistencia al desgaste se lleva a cabo para baldosas y adoquines. Por medio de este
ensayo se determina el valor medio de resistencia al desgaste por abrasión de los materiales. El
ensayo consiste en desgastar la cara de uso de la probeta con un material abrasivo de condiciones
estándar. El material abrasivo empleado es el corindón (alúmina blanca fundida) con un grano F80,
20
el abrasivo no se debe emplear más de tres veces. La máquina de abrasión Anexo 10 consta
esencialmente de un disco giratorio de abrasión ancho, una tolva con una o dos válvulas de control,
una tolva guía de flujo un carro porta-probetas y un contrapeso. Los valores máximos admisibles
para resistencia a desgaste se encuentran entre 20 y 30 mm, si se encuentran desgastes superiores al
permitido se pueden compensar empleando espesores de baldosas mayores con el fin de mantener la
sección resistente del elemento (AENOR, 2004).
E. Resistencia al deslizamiento (UNE-EN 14231)
Este control se lleva a cabo sobre cada una de las unidades de pavimentación. La resistencia se
mide empleando el péndulo de fricción y se realiza en condiciones húmedas ya que es un material
de uso exterior. El objetivo es medir el coeficiente de fricción generado entre la superficie de la
roca y una zapata de goma ubicada en el extremo de un péndulo, el cual se libera desde una cierta
altura y hace que la zapata se deslice sobre la superficie de la roca. Para la realización del ensayo se
deben tomar mediciones a diferentes temperaturas y condiciones de humedad con el fin de conocer
el comportamiento del sistema ante diferentes solicitaciones (AENOR, 2004). El equipo empleado
para este ensayo se presenta en el Anexo 11.
5.2.2 Estructura de pavimento
De acuerdo con la “Guía Para el Diseño, Construcción y Mantenimiento de Pavimentos Exteriores
de Piedra Natural” emitida por la fundación centro tecnológico “Clúster del Granito” para la
estructura de un pavimento en piedra se emplean los siguientes elementos: pavimento de piedra
natural, base de apoyo y adherencia, capa de nivelación, lámina impermeable, base estructural,
lamina geo textil, sub base granular (Galicia, 2012). La distribución de estos elementos se presenta
en la Figura 5.
Figura 6. Estructura de pavimento (Galicia, 2012)
21
Explanada o subrasante
Este corresponde al sistema de apoyo de la estructura que se encuentra al mismo nivel del suelo
natural y cuya calidad se define a partir del índice CBR (California Bearing Ratio), parámetro
empleado para caracterizar su capacidad portante. Este ensayo se realiza bajo los parámetros de la
norma UNE 103502.
Subbase granular
Corresponde a la porción de material granular situada entre la base y la subrasante. Dependiendo
del nivel de CBR presente en el suelo natural se debe modificar el espesor de la subbase. Cuando el
índice CBR es inferior a 5 se debe adicionar 45 cm de subbase granular.
Base estructural
La base estructural realiza una función de resistencia del pavimento. Debe estar conformada por
materiales con al contenido granular y de fácil compactación por medios mecánicos. La figura 7
muestra la gráfica a partir de la cual se calcula el espesor de base en centímetros, teniendo en cuenta
el % de CBR de la sub rasante y el número de ejes equivalentes para la vía.
Figura 7. Calculo de espesor de base granular (Galicia, 2012).
22
Capa de apoyo
Esta capa es la que se encarga de realizar el proceso de apoyo o adherencia de la piedra con las
demás partes de la estructura del pavimento. Esta se puede elaborar a partir de mortero de cemento,
un adhesivo o arena. Preferiblemente se debe emplear mortero de cemento ya que este cumple
función de apoyo y a la vez adherencia de las piedras. Se recomienda emplearlo en relaciones de
cemento y arena entre 1:3 A 1:4. Se debe utilizar un espesor mínimo de 6 cm empleando
enmallados de acero.
Superficie de piedra
Esta capa corresponde a la superficie de la estructura del pavimento, debe tener un acabado rugoso,
suficiente para que exista una adecuada adherencia entre las llantas y las baldosas o adoquines de
piedra. Para el cálculo del espesor de piedra se utiliza la siguiente ecuación:
√
Donde P es la carga del trafico medida en kN, L es la longitud de la baldosa en mm, W en el ancho
de la baldosa en mm, ViE es el valor inferior esperado de la resistencia a flexión en MPa y F es un
factor combinado de seguridad y de puesta.
5.2.3 Elementos adicionales
Adicional a los elementos que componen la estructura principal del pavimento se tienen otros
elementos que también se deben incluir, tal como se describe a continuación.
Las juntas de pavimento, son elementos divisorios entre las placas de piedra pegada que se emplean
para fraccionar el pavimento, esto con el fin de absorber los movimientos originados por las
solicitaciones presentes. Entre estas se encuentran las juntas de fraccionamiento, juntas de
encuentro o contorno y juntas de unión.
El tamaño y la disposición de estas juntas dependen del coeficiente de dilatación que tenga la piedra
y de su sensibilidad ante la presencia de agua. Debe tener un espesor tal que afecte del espesor de la
baldosa y al material de adherencia, y debe tener un ancho de al menos 10 cm. Se deben ubicar
separando unidades de pavimentación equivalentes a 50 metros cuadrados u ocho metros lineales
como máximo. Las principales características que deben tener los materiales para juntas son:
deformabilidad y adaptabilidad adecuada a los movimientos previsibles, resistencia adecuada según
el uso previsto, impermeabilidad, durabilidad entre otros (Galicia, 2012).
5.2.4 Método constructivo.
Para la ejecución de este sistema de pavimento se requiere de un procedimiento detallado y de gran
calidad técnica, ya que la mayoría de los errores que se encuentran en los pavimentos en piedra
provienen de la mala calidad de su puesta en obra (Galicia, 2012). Se debe tener cuidado desde el
23
momento del almacenamiento de los materiales con el fin de mantener controladas las
características de cada uno de estos.
Se realiza el proceso de replanteo del proyecto, ubicando los ejes de la carretera por medio de
estacas y los elementos que afectan directamente el desarrollo de la obra. Se debe retirar por
completo toda la superficie natural del terreno libre, buscando eliminar la materia orgánica y
encontrando terreno de suficiente calidad para que funcione como material de subrasante. Se debe
realizar el ensayo de CBR con el fin de determinar la estructura de subbase que se debe emplear en
caso de que sea necesario. Se debe realizar compactación del terreno hasta que se garantice el 100%
de la densidad máxima del ensayo Próctor modificado (Galicia, 2012).
Luego de adecuar la subrasante se realiza el proceso de colocación de la subbase granular, se
extiende por franjas buscando el espesor necesario para que luego de la compactación y agregando
algo de agua se logre el espesor de diseño. Esta capa debe tener una densidad de compactación del
95% de la densidad del Próctor modificado. Para la base granular se realizan franjas al igual que la
subbase granular, el material debe estar completamente seco, y en este caso se debe obtener una
compactación de 100% de la densidad del Próctor modificado para la circulación de tráficos muy
elevados (Galicia, 2012). Luego de la adecuación de la capa se realiza el fundido del hormigón o
mortero, el cual servirá de estructura de apoyo y adherencia de la piedra natural. Este debe tener un
espesor mínimo de seis centímetros, debe contener una malla de acero y debe ser extendido
ocupando el ancho total de la placa entre las juntas longitudinales. Las piezas de piedra se ubican
sobre la capa de apoyo, buscando absorber las pequeñas irregularidades que la piedra presente para
dejar su superficie lo más regular posible. Se deben controlar las cejas ocasionadas por diferencias
en baldosas continuas, lo cual puede dar pie a patologías como rotura de bordes. Se procede a
ubicar las juntas de dilatación conformadas por materiales deformables
24
6. PROYECTOS DE PAVIMENTACIÓN EN PIEDRA PEGADA
6.1 Seguimiento a un proyecto en ejecución
Se realizó seguimiento a un pavimento en proceso de ejecución, el cual inició el 10 de noviembre
de 2013 y se lleva a cabo en el municipio de Miraflores en Boyacá. De este proyecto fue posible
analizar desde la producción de material, los criterios de selección, los controles de calidad sobre la
piedra, los ensayos realizados sobre los agregados empleados en el diseño de mezcla del concreto y
el proceso constructivo. Como no existe una normatividad definida a nivel nacional para realizar
pavimentos que en su totalidad se emplea el proceso de piedra pegada, este se realiza de manera
empírica. La vía se clasifica como T0, de acuerdo a la normativa del INVIAS (i.e., vía de bajos
volúmenes de tráfico), ya que tiene un valor de ejes equivalentes de 8.2 Ton inferior a 1’000.000.
6.1.1 Materiales empleados
La producción del material se realiza en la cantera El Perico ubicada a seis kilómetros del
municipio de Miraflores. La explotación de los materiales para los agregados se realiza de forma
mecánica, empleando maquinaria para extraer el material de la beta. A continuación, el material es
transportado hacia la planta de trituración donde se producen los agregados tanto para la mezcla de
concreto como para la producción de la base del pavimento. Para la selección de la piedra que se
emplea como superficie de rodadura, se realiza explotación con maquinaria, y luego de extraer el
material de la beta, este es seleccionado de forma manual buscando las piedras que tengan un
espesor promedio de 12 cm, teniendo por lo menos una de sus caras con superficie regular., Se
busca que la menor dimensión sea mayor a quince centímetros, y la máxima permitida es de un
metro por facilidades constructivas para la dimensión máxima permitida se establece en un metro
por facilidades constructivas. Las dimensiones de las piedras se escogen de varios tamaños con el
fin de abarcar la mayor cantidad de área posible y reduciendo el volumen de concreto empleado.
Como control de calidad se debe verificar que las piedras no tengan fisuras que puedan producir
fallas en el material luego de ser instalado en el pavimento.
La base que se emplea para la estructura del pavimento cumple con la granulometría exigida por el
artículo 330 de la normativa INVIAS se clasifica como BG-1 Anexo 13. Para el diseño de la mezcla
de concreto este se hace para una resistencia de 3000 psi, y la dosificación de los materiales es la
que se describe en el Anexo 14. Todos los materiales granulares son sometidos a prueba de desgaste
mediante máquina de los Ángeles, con el fin de determinar que cumplan con los valores mínimos
requeridos por la normativa mencionada. Para la grava de tamaño grueso se encontró un desgaste de
30% el cual es inferior al máximo permitido por la norma de ensayo INV E-218 el cual es de 40%.
La Figura 8 muestra el resultado de la distribución granulométrica junto con los límites permitidos.
En se puede ver que hay una pequeña deficiencia de porción grueso en el primer control, pero para
los demás puntos se ajusta correctamente a lo exigido. Los límites granulométricos para la base
granular se ven en el Anexo 15. Para la porción de agregado fino de la mezcla no se obtuvo
información respecto a los ensayos realizados.
25
Figura 8. Distribución granulométrica del agregado grueso ensayado para mezcla de concreto (HERMANOS, 2013)
6.1.2 Diseño de pavimento
Para la realización de la estructura del pavimento no se realizó un diseño basado en normatividad
técnica, se empleó la estructura empírica que se ha desarrollado para proyectos anteriores y que ha
demostrado un buen funcionamiento para las exigencias de servicio presentes. Las dimensiones en
planta de la sección típica de pavimento se pueden ver en la Figura 9.
Figura 9. Dimensiones en planta del pavimento en proceso de construcción. Dimensiones en centímetros
La longitud de placa de piedra es de 600 centímetros, acotada por vigas de amarre en concreto de
veinte centímetros de espesor. En sentido transversal la sección de piedra pegada es de 250
centímetros, separadas igualmente por una viga de amarre de 20 centímetros de espesor.
26
Figura 10. Corte transversal pavimento en construcción. Dimensiones en centímetros
Para la sección transversal (Figura 10) el espesor de la capa de base es de 15 centímetros, sobre esta
se construyen las vigas de amarre laterales y la central, todas de 20 centímetros de espesor y 22
centímetros de altura. Sobre la capa de base se funde una pequeña capa de concreto con malla
electro soldada de 10 centímetros de espesor. Sobre la capa de concreto se construye la estructura
en piedra pegada la cual tiene una altura de 12 centímetros y se emboquilla con mortero.
6.1.3 Proceso constructivo
Para la subrasante no se realizó ningún estudio para determinar si se debía realizar mejoramiento o
no. Sin embargo, se conoce que el CBR de la zona según estudios realizados para la pavimentación
de la vía nacional es de 5%, por esta razón ajusta el valor a este. Se realiza mejoramiento con suelo
cemento de manera preventiva como sistema de estabilización.
En primer lugar se realizó el proceso de descapote para retirar todo tipo de materiales orgánicos
presentes en la superficie del terreno. El espesor del material retirado es de 25 centímetros. Se
agrega material de afirmado con un espesor de 25 centímetros y se organiza con maquina
motoniveladora y después se compacta con vibro compactador
Luego de este proceso se colocó la capa de base, la cual se estableció con un espesor luego de
compactación de 15 cm.
Luego de realizar la compactación del afirmado con el empleo de vibro compactador, se empezó el
proceso de descargue y acomodación del material de base, el cual se aplica para cada mitad de la
vía como se ve en la Figura 11 y en la Figura 12. Cuando el material de base se ha descargado y se
ha acomodado buscando que este nivelado se procede a realizar el proceso de compactación
mediante vibro compactador Figura 13, haciendo varias pasadas hasta lograr la mayor
compactación posible, verificando a su vez que este se encuentre nivelado y en perfectas
condiciones para realizar el proceso de fundición de la capa inicial de concreto.
27
Figura 11. Descargue de material de base (Elaboración propia)
28
Figura 12. Adecuación de la capa de base granular (Elaboración propia)
29
Figura 13. Compactación de la capa de base granular (Elaboración propia)
30
A continuación se realizó el armado de la estructura metálica para la fundición de las vigas de
amarre, estas definen la forma final y la geometría del pavimento cuando esté terminado. Este
proceso se puede ver en la Figura 14.
Figura 14. Armado de estructura para placa de piedra pegada (Elaboración propia)
31
Luego se procedió a ubicar el refuerzo en las vigas y después se fundió el concreto. Luego de fundir
el concreto en las viguetas de amarre se empezó a vaciar el concreto que va en la parte inferior de la
estructura del pavimento, el cual lleva refuerzo con malla electro soldada y tiene un espesor de 10
centímetros. Sin dejar que la capa de concreto fragüé, se ubicaron las piedras de tal forma que estas
quedaran embebidas dentro del concreto aproximadamente dos centímetros, haciendo que el
concreto y la piedra trabajen como una sola estructura. Para esto, se verificó que las piedras
estuvieran completamente limpias y humedecidas antes de ubicarlas ya que esto hace que el
concreto funcione adecuadamente. Las piedras se ubicaron buscando ocupar la mayor cantidad de
espacio posible y dejando una separación de aproximadamente cinco centímetros entre las piedras
con el fin de dejar espacio suficiente para aplicar el concreto en los espacios sobrantes para que la
estructura quede compacta y lo más homogénea posible. Para la colocación de las piedras se aplicó
concreto hasta una altura de ocho centímetros. Antes de fundir el concreto que ocupa los espacios
intermedios entre las piedras se retiró la formaleta de las vigas de amarre y luego se empleó una
mezcla de concreto fluida con el fin de lograr que ocupen todos los espacios entre las piedras. El
concreto con el que se emboquillan las piedras debe llegar hasta la altura de la superficie de piedra.
El proceso de ubicación de las piedras se puede ver en la Figura 15.
Figura 15. Ubicación de las piedras del pavimento en piedra pegada (Elaboración propia)
32
Luego de terminar el armado de la estructura se realizó el acabado, el cual consistió en hacer un
lavado a toda la superficie, haciendo que las piedras sobresalgan un centímetro por arriba del
concreto para darle mayor rugosidad al terreno y una mejor presentación del pavimento al permitir
que se vean los agregados que componen el concreto (Figura 16).
Figura 16. Acabado final del pavimento (Elaboración propia)
33
6.2 Seguimiento a pavimentos ya construidos
Por otra parte, se realizó un seguimiento a dos pavimentos de piedra construidos en diferentes
fechas, con el fin de analizar su comportamiento y su rendimiento después de varios años de
servicio. Para esto se tuvo en cuenta la estructura de pavimento empleada, los materiales que se
utilizaron y el estado actual del pavimento. Para la información del contrato se obtuvo la
información directamente del ingeniero contratista que realizó la obra ya que no fue posible
encontrar el documento escrito.
Los dos pavimentos analizados se encuentran en el municipio de Miraflores en Boyacá Figura 17,
ubicados en la calle dos entre carreras ocho y diez, y el otro en la calle séptima entre carreras siete y
nueve.
Figura 17. Ubicación geográfica del municipio de Miraflores en Boyacá
34
6.2.1 Información pavimentos
Los pavimentos fueron construidos en noviembre del año 1998 y en junio del año 2002. El
contratista fue Raúl Cubidez y empleó la técnica de piedra pegada (la cual consiste en utilizar la
piedra laja como superficie de rodadura, dejándola embebida en concreto con el fin de darle
adherencia y darle un comportamiento homogéneo) para llevar a cabo el proyecto. Los materiales
empleados en la construcción son piedra laja de color gris y ladrillo de arcilla para realizar los
confinamientos. Las piedras empleadas tienen un espesor que varía entre ocho y diez centímetros
con diámetros entre veinte y cuarenta centímetros. La instalación de las piedras se llevó a cabo
sobre concreto hidráulico de 3000 psi con un espesor de la carpeta inicial menor a diez centímetros
y fueron emboquillados con mortero.
Se realizaron fotografías de ambos pavimentos en el mes de agosto y en el mes de noviembre con el
fin de determinar el cambio que han tenido luego de este periodo de tiempo pero no se encontraron
diferencias. Sin embargo es posible analizar el estado de daños de los pavimentos luego de los años
de servicio de cada uno.
6.2.2 Pavimento 1
El pavimento uno se encuentra ubicado en la calle dos entre carreras ocho y diez en el municipio de
Miraflores en Boyacá, actualmente tiene quince años de servicio, y por la zona circulan vehículos
de hasta tres ejes. Se ubica en una de las principales zonas del municipio sirviendo de conexión
entre una de las principales zonas residenciales, el hospital y el anillo de circulación periférico.
Hasta el momento no se le ha realizado ningún tipo de mantenimiento.
Los daños que se han podido observar en la zona se encuentran relacionados con desprendimiento
de las piedras que conforman la estructura Figura 18, esto se puede generar por un escaso control
en el proceso constructivo al momento de instalar las piedras, ya que estas posiblemente no se
encontraban completamente limpias y la materia orgánica presente en su superficie afecto el
proceso de pega de la piedra con el concreto haciendo que estas se soltaran. Esto se puede ver en la
Figura 19. Otra posible causa del desprendimiento de las piedras está asociada a baja calidad del
concreto empleado en la obra, permitiendo que este se erosione y produzca desprendimiento de
partículas, lo cual combinado con la falta de mantenimiento resulta en el estado actual de la vía.
35
Figura 18. Pavimento 1 evaluado (Elaboración propia)
Figura 19. Evaluación de daños pavimento 1 (Elaboración propia)
También se encontraron daños asociados a la actividad del sub suelo, que ya como se mencionó
anteriormente, se presentan gran cantidad movimientos en la zona lo cual ha generado la falla de
algunas placas del pavimento. Estas fallas se pueden ver en el Anexo 16. Respecto a la calidad del
pavimento según el servicio se puede inferir que este ha tenido un buen comportamiento, ya que a
pesar del alto movimiento del suelo este ha mantenido la horizontalidad dada inicialmente, y
presenta deformaciones permanentes en solo una porción del pavimento. Tiene un nivel de daños
bajo teniendo en cuenta que ha prestado servicio para el flujo de gran cantidad de vehículos
36
incluyendo volquetas cargadas con material para la construcción de proyectos de Ecopetrol y que
empleaban la vía constantemente.
6.2.3 Pavimento 2
El segundo pavimento analizado se encuentra ubicado en la calle séptima entre carreras siete y
nueve de la misma ciudad. Este pavimento cuenta con un periodo de servicio de once años, y
permite la circulación de todo tipo de vehículos incluyendo volquetas de hasta tres ejes. Se
encuentra en el anillo de circulación perimetral del municipio y hasta el momento no se le ha
realizado ningún tipo de mantenimiento.
No se han presentado daños de ningún tipo en el pavimento. Se especula que esto se debe a una
mejor ejecución de la técnica constructiva, mayor control en los materiales empleados en la obra y a
un mejor comportamiento del suelo en la zona. El pavimento se puede ver en la Figura 20. Otras
imágenes que muestran el estado del pavimento 2 se ven en el Anexo 17 y en el Anexo 18.
Figura 20. Pavimento 2 evaluado (Elaboración propia)
De manera general y teniendo en cuenta los dos pavimentos analizados, se puede observar que las
principales causas de los daños están relacionadas con la falta de mantenimiento en la vía,
deficiencias en el control del proceso constructivo y el movimiento del subsuelo. Estos pavimentos
a pesar de estar sometidos constantemente al tráfico de vehículos pesados de hasta 35 toneladas,
han demostrado un buen comportamiento a través de los años.
37
7. FORTALEZAS Y DEBILIDADES DE LOS PAVIMENTOS EN PIEDRA
Luego del proceso investigativo y del análisis del comportamiento de los pavimentos construidos
empleando la técnica de piedra pegada se pueden determinar las siguientes fortalezas y debilidades
del proceso.
7.1 Fortalezas
Las características más importantes que se pueden resaltar de los pavimentos construidos en piedra
natural están asociadas a belleza, durabilidad y posibilidades de diseño.
En cuanto al material se puede resaltar sus excelentes propiedades físicas, ya que es un material que
cuenta con una alta consistencia. Tiene un buen comportamiento a flexión el cual se encuentra
asociado al espesor de las rocas que se emplean y también es muy resistente a los procesos de
abrasión ocasionados por el servicio.
Debido a que es un material natural, no se debe realizar ningún proceso sobre éste para poder
utilizarlo en obra; sólo se debe hacer un cuidadoso proceso de selección de los materiales
cumpliendo los criterios de calidad establecidos para su utilización, además las rocas tienen
superficie regular pero rugosa lo cual presenta un beneficio importante a la hora de darle mayor
coeficiente de fricción entre la llanta de los vehículos y la superficie del pavimento.
Tiene un bajo costo de mantenimiento el cual compensa el costo elevado que esta técnica puede
tener en el momento de su construcción debido a que el proceso constructivo es más lento y tedioso
que un pavimento realizado completamente con concreto hidráulico, además del elevado costo de la
piedra al ser seleccionada manualmente.
La piedra es un material que se encuentra con gran facilidad en muchas zonas del país, lo cual la
deja al alcance para la realización de obras donde el acceso vehicular sea limitado.
Finalmente, este tipo de pavimentos tiene un alto valor en cuanto a sostenibilidad ya que requiere de
bajos consumos energéticos para su producción en comparación con otro tipo de materiales como el
asfalto y el concreto. Tiene una alta durabilidad y presenta la posibilidad de ser reutilizado
fácilmente para proyectos posteriores.
7.2 Debilidades
En cuanto a las debilidades que se encuentran en el método constructivo se puede resaltar la falta de
experiencia que se tiene respecto al tema, la carencia de estudios y normatividad definida al
respecto (tanto para la selección de materiales, como para el diseño, construcción y mantenimiento
del pavimento) lo cual dificulta un adecuado proceso de estandarización y control sobre el proceso.
Debido a que la piedra natural es un material que se extrae de la tierra y se instala directamente en
obra sin realizar ningún tipo de proceso, ésta puede estar sujeta a problemas ocasionados por la baja
38
homogeneidad del material dentro de la beta, lo cual genera diferentes patrones de comportamiento
de la piedra al ser instalada como superficie de rodadura.
Su estructura superficial, y su debilidad ante alteraciones ocasionadas por la humedad y factores
químicos pueden generar pérdidas en su coeficiente de rugosidad haciendo que se reduzca la
fricción entre llanta y superficie de la roca.
Su utilización para vías donde se pretenda desarrollar altas velocidades está limitada por la
irregularidad del material, ya que castiga la comodidad y el comportamiento del vehículo al realizar
el proceso de circulación.
El proceso de constructivo es muy importante y se deben realizar controles minuciosos en la
instalación de cada uno de los elementos de piedra para evitar que contengan materia orgánica que
afecte la interacción con el concreto. También se debe inspeccionar muy bien el proceso de
selección de las unidades de piedra para evitar que se encuentren fisuradas y afecten el
comportamiento del pavimento.
El proceso constructivo presenta varios pasos que son consecutivos y la instalación de las piedras se
debe hacer cuidadosamente, lo cual hace de este un mecanismo más lento en comparación con otros
procesos tradicionales.
39
8. RECOMENDACIONES Y ASPECTOS A MEJORAR
Las recomendaciones que se pueden emitir respecto a la técnica de piedra pegada incluyen aspectos
relacionados con el proceso de selección de los materiales, los ensayos que se realizan a cada uno
de estos, el diseño de la estructura de pavimento, el proceso constructivo y las actividades de
mantenimiento que se deben realizar. A continuación se describe cada uno de ellos con mayor
detalle:
Se debe hacer una rigurosa selección de los materiales, cuidando que estos presenten la
mayor homogeneidad posible con el fin de reducir las diferencias del comportamiento en el
material. Se deben verificar cuidadosamente que los elementos de piedra tengan una
regularidad adecuada en por lo menos una de sus caras, siendo lo más planas posibles, así
como evitar que estas tengan fisuras que afecten su desempeño en el pavimento.
Se deben realizar ensayos en las materiales en cortas distancias de la beta con el objetivo de
generar una mejor caracterización de éstos llevando a cabo un control sobre los posibles
cambios en las características que estos puedan tener en el suelo.
Para la estructura del pavimento, es muy importante tener en cuenta los espesores de cada
una de las capas que se van a emplear, teniendo en cuenta el nivel de tráfico que se quiere
manejar en la vía. Se sabe que para mayores exigencias de carga y mayores tiempos de vida
útil se deben emplear estructuras de mayor espesor, lo cual en el caso de la piedra aumenta
su resistencia a flexión al darle una mayor inercia mejorando su comportamiento.
La mezcla de concreto que se emplea para realizar la pega de las piezas de concreto es
importante a la hora de controlar el comportamiento de la estructura ya que permite que ésta
actúe de manera más homogénea y compacta y a su vez mantiene las piezas en su sitio
evitando que se produzca desprendimiento de los materiales. Se debe emplear por lo menos
un concreto clase E según la especificación del INVIAS.
Fue posible ver un gran avance en cuanto a especificaciones y normas de ensayos para la
piedra natural a nivel Europeo. Sin embargo, su estudio no está generalizado a nivel
mundial. A nivel nacional hay una deficiencia en cuanto a estudios y especificaciones de la
técnica lo cual dificulta su aplicación. Es importante que se realice un mayor avance en la
técnica ya que es una gran alternativa para construcción de pavimentos donde se tengan
bajas velocidades de circulación y que además se quiera dar un gran valor estético.
El proceso constructivo que se emplea es muy similar al empleado para los pavimentos de
concreto hidráulico, sin embargo tiene el inconveniente que la piedra presenta
irregularidades, lo cual obliga a que se haga un gran control sobre su proceso constructivo.
Se debe tener un especial cuidado en la limpieza y humedad de las piezas de roca antes de
ser empleadas en la estructura del pavimento.
Es importante tener en cuenta el material con el cual se desarrolla el confinamiento de la
estructura ya que como se pudo ver en el pavimento realizado, la utilización de materiales
de baja resistencia genera fallas en el pavimento.
40
Se deben realizar estudios a nivel nacional tanto de caracterización y comportamiento de las
piedras como estructura individual, al igual que de la estructura de pavimento ya elaborada
con el fin de establecer especificaciones y normatividad respecto a la técnica facilitando su
implementación como alternativa de pavimento.
Se deben realizar revisiones periódicas del estado de la estructura con el fin de evaluar la
calidad de la compactación del pavimento para evitar posibles desprendimientos del material
y, en caso tal que se produzcan, realizar los respectivos procesos de reparación para evitar
futuros daños.
Es aconsejable que se generen estudios respecto al comportamiento y reacción del material
relacionados con factores químicos y ambientales con el fin de determinar posibles técnicas
o procesos que se deban realizar en el momento de la instalación con el fin de mejorar su
comportamiento y hacerlo lo más inmune posible ante los agentes corrosivos y erosivos.
41
9. CONCLUSIONES
La duración de la piedra como material de superficie de rodadura para pavimentos es evidente, ya
que se encuentran pavimentos construidos hace miles de años construidos con esta técnica los
cuales aún se conservan.
Las especificaciones que se tienen en el tema son muy limitadas. Se tienen avances a nivel Europeo
ya que su uso se ha hecho más común debido a su gran aporte estético con lo cual recurrieron a
realizar avances en el tema.
Se tienen también importantes avances respecto a los estudios que se deben realizar para su
implementación, así como los procesos de selección y marcado de producto para su estandarización
y comercio. Aspectos como la resistencia a flexión y compresión, desgaste, rugosidad,
características dimensionales, análisis petrográfico entre otras son tenidas en cuenta en la
estandarización europea.
A nivel nacional no se tiene normativa específica definida al respecto; sin embargo se puede
asociar con la metodología de diseño y construcción de los pavimentos construidos en placa huella.
Es importante que se realicen avances en el tema ya que le técnica de piedra pegada es una gran
alternativa para los casos que se quiere combinar buen comportamiento mecánico con estética y
durabilidad.
Comparando la técnica empleada en los pavimentos construidos anteriormente y el que se encuentra
en actual ejecución se puede ver que el proceso constructivo y las dimensiones de las capas
empleadas son similares a las establecidas por la normatividad europea.
El proceso de selección y armado de las piezas de piedra se realiza de forma cuidadosa lo cual
aumenta el costo que esta tiene dentro del proceso constructivo; sin embargo esto se ve compensado
por el bajo mantenimiento que éstas requieren y su vida útil. Adicionalmente las rocas que han sido
empleadas en proyectos y que se deban remover por diferentes causas pueden ser empleadas para la
construcción de nuevas estructuras.
La extracción y utilización de la piedra la establecen como un material sostenible ya que presenta
bajo impacto ambiental al no generar mayores emisiones ya que se obtiene de forma mecánica, y su
proceso de selección se hace de forma manual. No presenta adecuaciones superficiales para su uso
salvo el proceso de limpieza que se debe realizar con agua para remover cualquier materia orgánica
presente.
Para garantizar un óptimo desempeño y duración de la estructura de pavimento se debe tener
especial cuidado en la mezcla de concreto que se utiliza para unir la estructura ya que esta afecta la
duración que el pavimento pueda llegar a tener.
42
Como en todo pavimento es muy importante la condición en la cual se encuentra el terreno por
debajo de la estructura, ya que éste define también el comportamiento y la estructura que debe
tener.
Se deben realizar adecuados procesos de compactación tanto en la subrasante como en capas
granulares asociadas a la estructura del pavimento para optimizar su desempeño.
Las deficiencias en el proceso constructivo y de selección de los materiales son unas de las
principales causas de falla de los pavimentos construidos con el sistema de piedra pegada.
43
10. BIBLIOGRAFIA
Bibliografía
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resistencia a la flexión bajo carga concentrada. Madrid , España : s.n., Diciembre de 2006.
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44
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www6.uniovi.es/usr/fblanco/Lección3.RocasOrnamentales.TecnicasColocacion.PAVIMENTOS.6.7
.pdf.
45
11. ANEXOS
Anexo 1. Pavimento romano en piedra (Dreamstime, 2013)
Anexo 2. Calzada romana (Galicia, 2012)
46
Anexo 3. Sección de la calzada romana (Galicia, 2012)
Anexo 4. Fotografía placa huella en construcción. (Elaboración propia)
47
Anexo 5. Requisitos de los agregados para afirmados, subbases granulares y bases granulares (INVIAS, Articulo 307)
Anexo 6. Clases de Concreto Estructural (INVIAS, 2008)
CLASE
RESISTENCIA MINIMA A
LA COMPRESIÓN A 28
DIAS
USO Y OBSERVACIONES
(MPa) (kg/cm2)
A 35 350 Concreto pretensado y postensado
B 32 320 Concreto pretensado y postensado
C 28 280 Concreto reforzado
D 21 210 Concreto reforzado
E 17,5 175 Concreto reforzado
F 14 140 Concreto simple
G 14 140 Concreto ciclópeo
Anexo 7. Esquema montaje ensayo a flexión (AENOR, 2006)
49
Anexo 8. Prensa de flexión (Galicia, 2012)
Anexo 9. Prensa de compresión (Galicia, 2012)
50
Anexo 10. Montaje máquina de abrasión (AENOR, 2004)
51
Anexo 11. Péndulo de fricción (AENOR, 2004)
Anexo 13. Franja granulométrica para base granular (INVIAS, 2007)
52
Anexo 14. Diseño de mezcla de concreto (HERMANOS, 2013)
Materiales
Peso por
m3 de
mezcla kgf
Volumen
suelto por
m3 de
mezcla m3
Volumen
suelto por
bulto de
cemento litros
Asentamiento
Dosificación Teórica
Agua 223 0,223 26,26
3" Cemento 426 8,5*bultos 1,0 * bultos
Arena 1005 0,689 80,91
Grava 670 0,504 59,22
Dosificación Corregida
Agua 229 0,229 28,85
Cemento 444 8,9*bultos 1,0*bultos
Arena 987 0,676 76,19
Grava 658 0,495 55,76
Anexo 15. Limites granulométricos para agregado grueso (INVIAS, 2007)
Agregado Grueso
Resultado Norma
NTC174 A6
Porcentaje que pasa Porcentaje
que pasa
100 100 100
86,37 100 90
38,18 55 20
11,12 15
0,96 5
0,8 5
0,78 5
0,78 5
0,76 5
0,65 5
0,49 2
0
Anexo 16. Falla por movimiento del suelo en pavimento 1 evaluado
54
Anexo 17. Pavimento 2 en evaluación parte inicial
55
Anexo 18. Pavimento 2 en evaluación parte intermedia