¿Qué es la capa de base en las estructuras de pavimento?

Definición

Una capa de base es la capa del pavimento bajo la capa de rodadura que reparte las cargas de las ruedas sobre la subbase o la subrasante. La AC 150/5320-6G nombra cuatro partes de la estructura de un pavimento: la capa de rodadura, la base, la subbase y la subrasante (1.6).

La función depende del tipo de pavimento:

• Pavimento flexible. La base es la capa estructural principal. Reparte la carga de la rueda sobre la subbase o la subrasante (AC 150/5380-6C, 2.2.1).
• Pavimento rígido. La base da un soporte uniforme y estable a las losas de hormigón (AC 150/5320-6G, 3.16.3.1). También controla la acción de las heladas, ayuda al drenaje, controla el hinchamiento de la subrasante y evita el bombeo de suelos de grano fino (AC 150/5380-6C, 2.2.2).

Pavement Interactive describe la misma capa para carreteras. Dice que la capa de base está inmediatamente bajo la capa de rodadura. Añade el reparto de cargas y ayuda al drenaje y a la resistencia a las heladas.

La base no es la subbase. La subbase queda entre la base y la subrasante. La AC 150/5380-6C dice que funciona como la base, pero sus requisitos de material son menos estrictos porque soporta tensiones menores. Sirve donde la acción de las heladas es severa o la subrasante es débil. En un pavimento flexible, la AC 150/5320-6G exige una subbase sobre una subrasante con un CBR inferior a 20 (3.15.5.1). La entrada del glosario sobre la subbase da los detalles.

Tipos de base

La FAA clasifica las capas base en dos clases (AC 150/5320-6G, 1.6 y Tabla 1-1).

• Base sin estabilizar. Agregado triturado y no triturado, por ejemplo los ítems P-208 y P-209.
• Base estabilizada. Agregado estabilizado con cemento o asfalto. Los elementos son P-401 y P-403 (asfalto), P-304 (agregado tratado con cemento), P-306 (hormigón pobre), P-307 (base permeable tratada con cemento) y P-407 (base permeable tratada con asfalto).

La AC indica usar P-304, P-306 y P-307 con cuidado, porque las tres son susceptibles a la fisuración por reflexión. Exige una base estabilizada cuando la mezcla de tránsito de diseño incluye aeronaves de 100 000 lb (45 360 kg) o más (3.5).

En un pavimento flexible, la P-209 es la base de agregado estándar. Como base, la P-208 solo sirve a pavimentos diseñados para 60 000 lb (27 200 kg) o menos (Tabla 1-1, nota 5). Los ítems P-210, P-212 y P-213 tienen el mismo límite (3.15.4.4). Los ítems P-207 y P-219 necesitan ensayos de laboratorio. Si el CBR es superior a 80, la P-207 o la P-219 pueden sustituir a la P-209. Si es superior a 60, cualquiera de las dos puede sustituir a la P-208 (Tabla 3-3, nota 6, y 3.15.4.6).

Materiales de base de agregado

Una base de agregado son partículas limpias, sanas y duraderas de piedra triturada o de grava triturada, con árido fino. La P-208 también puede incluir otro material mezclado, como arena y finos de trituración. Debe estar libre de terrones de arcilla, materia orgánica y otros recubrimientos perjudiciales (AC 150/5370-10H, 208-2.1 y 209-2.1).

La granulometría de P-209 tiene estos límites. El 100 % pasa el tamiz de 2 in (50 mm). De 55 a 85 % pasa el tamiz de 3/4 in (19 mm). De 30 a 60 % pasa el tamiz n.º 4 (4,75 mm). Ambos elementos limitan los finos. La fracción n.º 200 (75 µm) no debe superar dos tercios de la fracción n.º 40 (425 µm). Para material no sensible a las heladas, el máximo que pasa el tamiz n.º 200 baja a 0 a 5 %. Cuando la helada penetra a gran profundidad, la especificación recomienda una capa filtrante separadora o una capa separadora geosintética.

La misma palabra no designa el mismo material en una carretera de grava. El Gravel Roads Maintenance and Design Manual dice que la grava de base tiene piedra de mayor tamaño máximo y muy pocos finos plásticos. Esto da resistencia y drenaje. La grava superficial necesita más finos para ligar la superficie. En la especificación estatal de muestra del manual, la grava de base tiene de 3 a 12 % de finos y un índice de plasticidad de 0 a 6. El manual dice que una grava suele servir bien para un uso o para el otro, pero no para ambos.

Bases estabilizadas y de asfalto

Una base tratada con cemento (ítem P-304) es agregado mezclado con cemento y agua. El diseño de la mezcla usa un contenido de cemento que da una resistencia a compresión a 7 días de 300 a 600 psi (2 068 a 3 447 kPa) según ASTM D1633. La FAA dice que hay que evitar resistencias mayores, porque causan retracción y fisuras por reflexión (304-3.2). El árido grueso tiene una pérdida máxima en la prueba de abrasión Los Ángeles de 40 %. El árido fino tiene un límite líquido de 25 o menos y un índice de plasticidad no superior a 6 (304-2.1). El ítem P-306, hormigón pobre, tiene una resistencia a compresión a 7 días de 500 a 800 psi (3 445 a 5 516 kPa). La FAA no recomienda la P-306 en estructuras de pavimento flexible.

Una capa de base asfáltica usa mezcla asfáltica en caliente P-401 o P-403. La Tabla 3-3 de la FAA fija un espesor mínimo de 5 in (125 mm) para una base estabilizada bajo pavimentos para aeronaves de 100 000 lb o más. La base estabilizada estándar de la FAA es la P-401 o la P-403, y FAARFIELD le asigna un módulo fijo de 400 000 psi (2 760 MPa) (3.15.4.7). La Tabla 5 de P-401 fija un límite de densidad de carpeta más bajo para una capa de base que para una capa superficial. Es de 92,0 % frente a 92,8 %. Cuando la P-403 sirve de base estabilizada bajo un pavimento de hormigón (P-501), la especificación pide una capa de desolidarización (bond breaker). Pavement Interactive dice que una mezcla de base HMA suele tener un tamaño máximo de árido mayor que una mezcla superficial. Es de granulometría más abierta y tiene especificaciones menos estrictas.

En algunos casos, la FAA permite sustituir una base estabilizada por un material superior. El material debe mostrar un CBR remoldeado saturado de 100 o más y un historial probado bajo cargas y clima similares. El espesor mínimo del sustituto es de 6 in (150 mm). Una base bajo una base estabilizada debe tener un CBR remoldeado saturado de al menos 35 (3.5).

Espesor, compactación y resistencia

La AC 150/5320-6G fija espesores mínimos por capa según la aeronave más pesada (Tablas 3-3 y 3-4). Para aeronaves de 60 000 lb o más, un pavimento flexible necesita una base de agregado triturado de al menos 6 in (150 mm). Una base estabilizada tiene al menos 5 in (125 mm) para aeronaves de 100 000 lb o más. FAARFIELD también calcula el espesor de base que protege una capa con un índice de soporte California (CBR) de 20. El valor de diseño es el mayor de los dos (3.15.4.9). La base puede construirse hasta 12 in (300 mm) más ancha que la capa superficial de asfalto (3.15.4.10).

El ítem P-208 construye la base en capas de 4 a 12 in (100 a 300 mm) de espesor compactado. Una franja de control fija el espesor de cada capa (208-3.1, 208-3.4). El texto de la especificación modelo da una densidad de campo de al menos 100 % de la densidad máxima. La humedad se mantiene dentro de 2 puntos porcentuales del óptimo (208-3.5).

La AC indica seguir ASTM D698 para las áreas designadas para aeronaves de 60 000 lb o menos. Para aeronaves más pesadas, seguir ASTM D1557 (3.15.4.8.5). El ítem P-304 tiene una densidad de al menos 98 % en el texto modelo. Las cuadrillas terminan toda la compactación dentro de 2 horas desde el inicio del mezclado (304-5.7).

La superficie de la base P-209 terminada no debe variar más de 3/8 in (9 mm) bajo una regla de 12 ft (3,7 m) (209-3.8). La cuadrilla coloca el material solo cuando la temperatura del aire es de al menos 40 °F (4 °C) y está subiendo. La subrasante o la subbase no deben estar mojadas ni heladas (209-3.6).

Agua y contaminación

Los finos de la subrasante pueden contaminar una base o una subbase y reducir su capacidad estructural. Una capa separadora geosintética lo limita (AC 150/5320-6G, 3.6).

La AC recomienda capas drenantes para pavimentos que dan servicio a aeronaves de más de 60 000 lb. Son adecuadas en áreas con exceso de humedad subterránea y con una permeabilidad del suelo menor que 20 ft/día (6 m/día). Una capa eficaz drena 85 % en 24 horas en pistas y calles de rodaje, y en 10 días en plataformas. Puede usarse sin cálculos una permeabilidad de 500 a 1 500 ft/día (3.7).

Base e inspección

La base está bajo la superficie, así que el inspector ve sus efectos. En pavimentos flexibles, el debilitamiento de la base, la subbase o la subrasante por agua es una de las causas principales de falla (AC 150/5380-6C, 2.3). En hormigón, el bombeo expulsa agua y material subyacente a través de juntas y grietas. Esto causa una pérdida progresiva del soporte del pavimento (AC 150/5380-6C, 3.2.2 y manual PAVER, bombeo 69). La AC 150/5380-6C relaciona las roturas de esquina con la pérdida de soporte, que el bombeo puede causar (3.2.2).

Para evaluar una base, los ingenieros usan estos ensayos:

• FWD o HWD. Los datos de deflexión dan la rigidez de cada capa por retrocálculo (AC 150/5320-6G, C.5.3).
• Núcleos o GPR. Dan el espesor de la capa. El GPR también detecta exceso de agua y puede localizar vacíos (C.4.1, E.1).
• DCP. Estima la rigidez de la base, la subbase y la subrasante (D.1).

La condición visual suele calificarse según ASTM D5340, el estudio PCI de aeropuertos (C.4.1). La AC 150/5320-6G dice que el ensayo de deflexión evalúa la condición estructural, y que para la condición visual se necesitan otros métodos. Un estudio con dron puede registrar los síntomas superficiales de una base débil, pero no mide la base en sí.

Cuándo se reemplaza la base

La AC 150/5320-6G llama reconstrucción a la remoción y el reemplazo de cualquier capa estructural bajo la capa superficial. En un pavimento flexible, esto incluye la subbase, la base y una base estabilizada (4.4). El fresado y recapado de la capa superficial, en cambio, es rehabilitación.