Aplicación del concreto asfáltico en canales y presas

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APLICACIÓN DEL CONCRETO ASFÁLTICO
EN CANALES Y PRESAS
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rl ESPECIALIDAD: INGENIERÍA CIVIL
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Raúl Vicente Orozco Santoyo
L Doctor en Ingeniería
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rl Fecha de ingreso (25 Sep, 2008)
rl México, D.F.
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Aplicación del Concreto Asfltico en Canales y Presas
CONTENIDO
P g i na
Resumen ejecutivo 3
1 Introducción 4
2 Cuantificación de la infiltración 5
2.1 Estanques de prueba 5
2.2 Relación entre el coeficiente de permeabilidad (k), 9
la pérdida unitaria por infiltración (R) y el espesor
del revestimiento (e)
3 Revestimiento asfltico del Canal Independencia 9
3.1 Principal finalidad 9
3.2 Requisitos básicos por satisfacer 9
3.3 Propiedades fundamentales del revestimiento 11
asfáltico impermeable
3.4 Principales factores que gobiernan las propiedades 12
del revestimiento asMltico impermeable
3.5 El proyecto de las mezclas de concreto asfáltico 13
para la capa impermeable
3.6 Procedimiento constructivo 21
3.7 Características del revestimiento asfáltico 23
3.8 Supervisión y control de calidad 24
3.9 Comentarios 26
4 Cortinas de corazón impermeable de concreto asfáltico 27
para presas
5 Reconocimientos 31
6 Conclusiones 32
7 Recomendaciones 32
Referencias 32
Especialidad: Ingeniería Civil 2
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Aplicación del Concreto Asfáltico en Canales y Presas
RESUMEN EJECUTIVO
- Se presenta un panorama general sobre la tecnología del concreto asfáltico en obras
rn hidráulicas, con enfoque especial hacia los revestimientos impermeables de canales y
las cortinas para presas de almacenamiento de agua o residuos mineros (jales).
E Se dan a conocer los resultados de las investigaciones sobre las pérdidas de agua por
infiltración obtenidas en estanques de prueba, construidos en tramos reales de canales
representativos en el Distrito de Riego-Río Colorado, B.C.
También se establecen los criterios básicos para lograr un revestimiento asfáltico de
canales, que sea impermeable y durable, entre otras propiedades fundamentales; se
incluyen los principales factores que gobiernan las propiedades del revestimiento y el
proyecto de las mezclas de concreto asfáltico; asimismo, se describen someramente
las actividades realizadas de supervisión y control de calidad, aplicables al caso del
revestimiento asfáltico para el Canal Independencia en las cercanías de Mexicali, B.C.
construido entre 1971 y 1973. Es el primer y único caso operando en México (35
años).
Finalmente, se resumen las propiedades del concreto asfáltico para cortinas de presas,
con el fin de promover su utilización en México.
Palabras clave: revestimiento impermeable de concreto asfáltico para canales, corazón
impermeable de concreto asfáltico para presas, durabilidad, resistencia al esfuerzo cortante, a la
erosión pluvial, a la tensión por flexión y a los sismos, máxima relación beneficio-costo porahorro de agua.
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£ Aplicacion del Concreto Asfaltico en Canales y Presas
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1. INTRODUCCIÓN
A principios del año 1960, el Ing. José Vicente Orozco y Orozco (t) promovió el uso del
C
concreto asfáltico en las obras hidráulicas mexicanas y fue hasta 1967 cuando la
entonces Secretaría de Recursos Hidráulicos (SRH) concursó el revestimiento asfáltico
para el Canal Alimentador del Norte (ahora Canal Independencia) en el Distrito de
Riego-Río Colorado, B.C. (SRH, 1967). Esto se realizó después de efectuar la
comparación económica completa entre varias opciones de revestimiento. Entre éstas,
se analizaron: suelo arcilloso compactado (50 cm) revestido con grava en la zona del
oleaje; concreto hidráulico simple (10 cm); concreto asfáltico caliente (8 cm, en 2
capas); membrana plástica impermeable (polietileno resistente); suelo-cemento (8
cm); concreto asfáltico frío con productos asfálticos: asfalto rebajado o emulsión
asfáltica (8 cm); y concreto hidráulico con refuerzo continuo (8 cm). Se descartaron
las menos prometedoras según la literatura sobre la experiencia disponible (Arias
c 1971a y b, 1972a; EDF, 1971; SRH, 1970; USRB, 1965 y 1966) y sólo se escogieron
tres como las más viables, a saber:
Suelo arcilloso compactado
Concreto hidráulico simple
Concreto asfáltico caliente
- De acuerdo con el criterio del U.S. Bureau of Reclamation (USBR, 1965), el autor
asignó para proyecto una pérdida unitaria por infiltración (R) mínima de 5 mm/m de
tirante/día (0.005 m/m/d) para las tres opciones y resultó ganadora la correspondiente
al concreto asfáltico, por tener la mayor relación B/C (beneficio/costo, total
actualizada) para 30 años de vida económica. De acuerdo con los resultados obtenidos
de estanques de prueba realizados a escala natural en tramos representativos de la
zona de riego (Orozco, 1968), cuyo resumen se presenta en el Cap. 2, el concreto
asfáltico resultó sumamente impermeable con el consiguiente ahorro substancial de
agua. Este es el único caso que existe en México.
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Especialidad: Ingeniería Civil
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2. CUANTIFICACIÓN DE LA INFILTRACIÓN
2.1 Estanques de prueba
Para conocer la pérdida unitaria por infiltración de agua (R), sin evaporación, en el
Distrito de Riego Río Colorado se construyeron estanques de prueba en canales sin
revestir y con revestimiento (arcilla compactada y concreto: hidráulico y asfáltico), a
fin de estimar los valores de "R", de acuerdo con lo ilustrado en la Fig. 1:
B
B
Figura 1. Pérdida unitaria por infiltración (R) en un canal
Las variables de la Fig. 1 representan lo siguiente:
Qf caudal de infiltración
B = ancho en la superficie del agua
L = longitud del tramo considerado
d = tirante de operación
b = proyección horizontal del talud
Los resultados obtenidos de los estanques de prueba se sintetizan en la Tabla 1. En las
Figs. 2 a 6 se ilustran algunos ejemplos (Orozco, 1968, 1971, 1972a, 1987a y b):
5
IL
la Qf
R = BL
d
,3
= /a'ía
m m
(1)
3ECCIÓN
RECTANGULAR
[ R—
_BdL
(2)
SECCIÓN
R-
TRAPECIAL
Qf

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TIPO DE MATERIAL PREDOMINANTE
PÉRDIDA UNITARIA (R)
(m/m/dta)
Suelos muy impermeables
• Arcillas de alta plasticidad, de consistencia firme a dura (CH) 0.002 a 0.05
• Arcillas compactadas de baja plasticidad, de consistencia firme a dura (CL)
Suelos impermeables
• Arcillas limosas de baja plasticidad, de consistencia blanda a firme (CL) 0.05 a 0.10
• Limos arcillosos de baja compresibilidad, semi-compactos a muy compactos (ML)
Suelos semi-permeables
• Limos arcillosos con intercalaciones de arenas limpias, de sueltos a compactos (ML) 0.10 a 0.20
Suelos permeables
• Arenas arcillosas, de sueltas a semi-compactas (SC) 0.20 a 0.50
• Arenas limosas con intercalaciones de limos arcillosos, de sueltas a compactas (SM)
Suelos muy permeables
• Arenas limosas, de muy sueltas a semi-compactas (SM)
0.50 a 0.80
• Arenas limpias mal graduadas (SP)
Concretos (revestimiento)
• Hidráulico 0.05 a 0.10
• Asfáltico 0.00001 a 0.000001
Tabla 1. Valores de la pérdida unitaria (R) obtenidos para diferentes
materiales en el Distrito de Riego Río Colorado
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— -
15
a:
Lli
a -aaa. a
Figura 3. Canal principal en el Río Colorado. Los bordes limítrofes estan pí otegidos
con membrana impermeable (po//etileno)
En los estanques del Canal Delta, revestidos de concreto
las pérdidas unitarias (R) fluctuaron entre 0.05 y 0.10
cambio, para el Canal Independencia (concreto asfltico)
comprendidos entre 1x10 5 y 1x10 6 (Fig. 6).
hidráulico, se encontró que
m/m/día (Figs. 4 y 5). En
se obtuvieron valores de "R"
Figura 4. Canal Delta revestido de concreto hidráulico en losas independientes.
Nótese lo permeable del revestimiento al bajar el nivel del agua

c
c
c
r
Figura 5. Tramo de prueba típico en el Canal Delta. También por las juntas hay pérdidas de agua
por infiltración, además de las propias por el concreto hidráulico
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Figura 6. Estan que de prueba en el Canal Independencia. El concreto asfáltico
se colocó longitudinalmente, sin juntas
Por lo tanto, con relación al revestimiento asfáltico impermeable para canales, se
puede establecer que las pérdidas unitarias por infiltración (R) han resultado
muchísimo menores (0.00001 a 0.000001 m/m/día) que el valor de proyecto
(0.005 m/m/día), mínimo.

2.2 Relación entre el coeficiente de permeabilidad (k), la pérdida unitaria
por infiltración (R) y el espesor del revestimiento (e)
Una vez conocidos los valores de "R" por asignar a los diferentes canales del Distrito de
Riego, fue posible obtener las pérdidas o caudales de infiltración (Qe) antes y después
de revestirlos, para estimar el volumen de agua ahorrada y su valor económico.
La relación entre el coeficiente de permeabilidad (k), la pérdida unitaria por infiltración
(R) y el espesor del revestimiento (e), se ilustra a continuación:
Qf =R(B+b)dL (USBR) (3)
Qf =Aki=(B+b)Lk (Darcy) (4)
= gradiente hidráulico = tirante (d) / espesor (e) (5)
Al igualar las ecuaciones (3) y (4), resulta:
1 k=Re I (RVOS) (6)
Con la expresión (6) es posible dimensionar el revestimiento en espesor y coeficiente
de permeabilidad para asegurar una infiltración dada (Orozco, 1971).
3. REVESTIMIENTO ASFÁLTICO DEL CANAL INDEPENDENCIA
Los principales criterios básicos llevados al cabo están tomados de varios escritos
(Orozco 1987a y b, 1971, 1999 y 2007 b y c).
3.1 Principal finalidad
"LOGRAR UN REVESTIMIENTO DE CONCRETO ASFÁLTICO CON EL MÁXIMO DE
IMPERMEABILIDAD, DURABILIDAD, ESTABILIDAD EN EL TALUD, FLEXIBILIDAD,
RESISTENCIA A LA EROSIÓN Y ECONOMÍA".
Las propiedades directrices en el proyecto de las mezclas de concreto asfáltico son la
impermeabilidad y la durabilidad, a las cuales se subordinan la flexibilidad, la
estabilidad en el talud y la resistencia a la erosión. En el inciso c se describen con más
amplitud estas propiedades, así como la interrelación que hay entre éllas y otras
conexas.
3.2 Requisitos básícos por satisfacer
Primero. "ASEGURAR QUE LAS FILTRACIONES DEL CANAL SEAN MENORES QUE LAS
ECONÓMICAMENTE ADMISIBLES, CON EL ESPESOR Y EL COEFICIENTE DE
PERMEABILIDAD REALES ESPERADOS DE LA CAPA IMPERMEABLE".
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Para relacionar estos conceptos, se aplica la expresión indicada en la Fig 7. Para fines
de proyecto se puede asignar a "R" un valor mínimo de 0.005 m/m/día, como se indicó
en el Cap. 1.
Segundo: "EVITAR LA FORMACIÓN DE GRIETAS Y FISURAS EN LA CAPA
IMPERMEABLE, A FIN DE GARANTIZAR LA IMPERMEABILIDAD EXIGIDA POR EL
REQUISITO PRIMERO". Esto se logra mediante:
Una base firme y homogénea, que absorba los movimientos diferenciales del
terreno de sustentación.
• Un aumento en la fricción interna del concreto asfáltico, que reduzca al mínimo el
flujo plástico en el talud, es decir: aumentar al máximo la estabilidad en el talud.
. Una mezcla suficientemente Diástica ymanelable durante su rodillada, para lograr
la flexibilidad y la compacidad previstas, compatibles con la rigidez del concreto
asfáltico exigida por la "estabilidad en el talud". Se entiende por compacidad a la
relación entre el volumen de sólidos y el volumen total de concreto asfáltico, o sea:
la concentración de sólidos por unidad de volumen.
La experiencia ha demostrado que la correcta ejecución de un revestimiento asfáltico
impermeable es función directa del nivel de calidad de la base, con un sistema
eficiente de subdrenaje. El máximo nivel de calidad de esta base corresponde al de la
asfáltíca (con grava semitriturada) y le sigue la de grava gruesa dura y sana.
Tercero: "ASEGURAR LA ADHERENCIA DE LOS AGREGADOS CON EL CEMENTO
ASFÁLTICO, PARA QUE LA IMPERMEABILIDAD DEL CONCRETO ASFÁLTICO SE
Pi MANTENGA DURANTE LA VIDA ECONÓMICA ASIGNADA AL REVESTIMIENTO".
Este requisito se refiere a la durabilidad del concreto asfáltico. Mientras mayor sea la
basicidad de los agregados (Sa) y los contenidos de cal (Ca) y de triturado (Ce) en las
mezclas, la adherencia con el cemento asfáltico se incrementa notablemente. Desde el
punto de vista "durabilidad del concreto asfáltico", son preferibles los cementos
C
asfálticos blandos (mayor penetración, v.gr. 85/100 grados) que los duros (menor
penetración, v.gr. 40/50 grados), porque necesitan más tiempo para endurecerse
(oxidarse).
La dureza del cemento asfáltico (D a) debe seleccionarse según la temperatura del
medio ambiente (Ta) esperada, el contenido de triturado (C e) máximo y por último, la
relación beneficio/costo total actualizada (B/C) que convenga a la economía de la obra.
L En general, es más recomendable el cemento asfáltico de 60/70 grados en los taludes
que el de 85/100 grados, principalmente por razones de estabilidad; en la plantilla
L conviene utilizar cementos asfálticos más blandos.
En los en los puntos 3.3 y 3.4 se hace una descripción más amplia sobre las
propiedades del revestimiento impermeable de concreto asfáltico y los factores que
gobiernan su proyecto, respectivamente.
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3.3 Propiedades fundamentales del revestimiento asfáltico impermeable
De acuerdo con lo descrito en los puntos 3.1 y 3.2, el autor ha preparado la Fig. 7 para
representar e ilustrar esquemáticamente la relación que hay entre las propiedades que
deben lograrse en un revestimiento impermeable de concreto asfáltico.
Todo elconjunto de propiedades debe estar "cimentado" en una BASE FIRME Y
HOMOGÉNEA; de no ser así, los párrafos que siguen "carecen de significado".
ti ___
_
I- 1 [TE]
IURAB
ICIA A LAIOMÍAFN
EROSIÓNJ
ti
[IMPERMEABILIDAD]
FLEXIBI- COMPA- ESTABILI-
LIDAD CIDAD DAD EN
EL TALUL
ti PLASTI- MANEJA-
RIGIDEZCIDAD BILIDAD
¡ BASE DE APOYO FIRME Y HOMOGÉNEA
ti
Figura 7. Propiedades fundamentales del revestimiento
impermeable de concreto asfáltico
La propiedad fundamental es la IMPERMEABILIDAD, que se logra con una alta
COMPACIDAD del concreto asfáltico, obtenida con la MANEJABILIDAD adecuada de la
ti
mezcla proyectada ex profeso. No basta que el revestimiento sea impermeable, sino
que debe estar ausente de grietas y fisuras, causadas principalmente por la falta de
FLEXIBILIDAD y/o ESTABILIDAD EN EL TALUD.
La FLEXIBILIDAD del concreto asfáltico está íntimamente ligada a la PLASTICIDAD de
ti la mezcla durante su rodillado; en cambio, la ESTABILIDAD EN EL TALUD depende
fundamentalmente de la RIGIDEZ del concreto asfáltico "endurecido". Por lo tanto, la
ti FLEXIBILIDAD y la ESTABILIDAD EN EL TALUD implican dos propiedades
respectivamente contrarias: la PLASTICIDAD y la RIGIDEZ, cuyo balance debe
ti definirse en función de la COMPACIDAD exigida y la ECONOMIA limitante.
Íntimamente ligada a la IMPERMEABILIDAD se tiene la RESISTENCIA A LA EROSIÓN,
propiedad intrínseca generada por la RIGIDEZ del concreto asfáltico ya "endurecido".
La IMPERMEABILIDAD debe asegurarse (sin grietas ni fisuras) durante la vida
ti considerada al revestimiento asfáltico en los estudios económicos, que traen consigo
otra propiedad fundamental importante: la DURABILIDAD. Por consiguiente, , la
ti DURABILIDAD que se exija dependerá de las limitaciones impuestas por la ECONOMIA.
ti Estas propiedades se tratarán en el punto 3.4, a la luz de los principales factores que
intervienen en su determinación.
ti
ti
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3.4 Principales factores que gobiernan las propiedades del revestimiento
asfáltico impermeable
Estos factores están enlistados en la Tabla 2; en la Tabla 3 se indica la manera como
se afectan las propiedades con los factores dominantes. Por ejemplo: la mayor
IMPERMEABILIDAD se obtiene básicamente aumentando "Cf", "CA" "Tr", "Pr" y " e", y
disminuyendo "k" y "n". Cuando "T a" es elevada, se propicia indirectamente el
aumento en la IMPERMEABILIDAD. Mientras menor sea "R", mayor IMPERMEABILIDAD
se obtendrá también. La mayor COMPACIDAD se obtiene en forma similar a lo indicado
para la IMPERMEABILIDAD. En otras palabras, a un grado de IMPERMEABILIDAD
exigido corresponde una COMPACIDAD equivalente exigida. La mayor MANEJABILIDAD
se logra esencialmente con menor "DA", "Ca" y "Cv", y mayor "Cr", "Cf", "CA", "Te", "Ta" y
"Tr". Análogamente, se puede continuar el análisis para las demás propiedades.
No. SÍMBOLO FACTOR
(1) (2) (3)
1 Ba Basicidad de los a regad os minera les
2 Da Dureza del cemento asfálti enet radónj
3 C, Contenido de cal
4 .. Ct Contenido de triturado grava más arenaL
5 Cg
Contenido de grava (redondeada más
triturad
6 Ca
Contenido de arena (redondeada más
d
7 Cr Contenido de arena fina redondeada
8 Cf Contenido de finos
9 CA Contenido de cemento asfáltico
10 L_ Temperatura de el a boración
11 T, Temperatura de çppçaóela mezda
12 _L _Ie.mpe..atuL ipmP!ente
13 Tr Temperatura de rodillado de la mezcla
14 Pr Presión de rodillado de la mezcla
15
16 e Epesor de la capa in!permeable
17 k
Coeficiente de permeabilidad de la capa
impermeable
18 n Porosid .addela capa impermeable
19 B/C Relación beneficio/costo total actualizada
20 0 Angulo de inclinación del talud (grados)
Tabla 2. Principales factores que gobiernan las propiedades
del revestimiento asfáltico impermeable

le
FACTOR
Be D Cc Ct C9 Ce Cr Cf CA T T0 T, Tr Pr R e k n B/C e
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
> Impermeabilidad
> Compacidad
> Manejabilidad
>Flexrbilidad
>Plasticidad
> Est. en el talud
O
>Rigidez
o.,
> Resist. a la erosión
> Durabilidad
> Economía
> > > > > < > < <
> > > > > < > < <
<
-
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> > > > >
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> > > > < < < «
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> < > > > > <
r. OBSERVACIÓN: Los símbolos > y < representan: a mayor... y a menor... El significado de los
símbolos de los factores están en la Tabla 2
le Tabla 3. Interrelación entre las propiedades del revestimiento asfáltico impermeable
y los principales factores que las gobiernan
le
3.5 El proyecto de las mezclas de concreto asfáltico para la capa
impermeable
— De acuerdo con el punto 3.1, la impermeabilidad y la durabilidad son las propiedades
fundamentales o directrices de proyecto, subordinándose la flexibilidad, la estabilidad
en el talud y la resistencia a la erosión. Sin embargo, desde el punto de vista "proyecto
de las mezclas", conviene insistir en ciertos conceptos importantes que se irán
introduciendo en los párrafos subsecuentes.
Una vez que se ha fijado el valor de "R", se dimensiona "e" y "k" teórico (Ec. 6), para
proceder a la obtención de "k" real, en función de las propiedades de la mezcla
asfáltica y de los factores "Tr" Y "Pr". Por consiguiente, el grado de impermeabilidad
exigido es función directa de "k" y "e", pero de nada sirve satisfacer esto si no se
evitan las grietas y fisuras provocadas esencialmente por la heteroQeneidad en la
calidad de las terracerías. Para eso es la : dar firmeza y homogeneidad de
sustentación a la capa impermeable, a fin de reducir al mínimo su agrietamiento y
fisuramiento. Otra causa importante de agrietamiento es la falta de fricción interna del
concreto asfáltico en el talud, que trae como consecuencia el escurrimiento (fluencia o
flujo plástico) del revestimiento, con grietas de magnitud creciente con el tiempo. La
estabilidad en el talud es una propiedad subordinada, pero no desligada de la
impermeabilidad.
La impermeabilidad, evaluada con un permeámetro de carga variable (PCV-EDF) que
r aplique contrapresión para establecer el flujo a través de la probeta, así como presión
confinante, es la principal propiedad que debe lograrse en el revestimiento asfáltico
(EDF, 1971). En las Figs. 8 a 10 se ilustran algunas etapas de la prueba.
le
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1

3-t-'
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L]
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Figura 9. Probeta con membrana protectora después de la prueba PCV-EDF.
Nótese la brillantez del cemento asféltico

Figura 10. Corte diametral de la probeta (Fig. 9). Nótese el contenido de cemento asfáltico y
finos para lograr la impermeabilidad deseada
La impermeabilidad se debe juzgar mediante Correlaciones entre valores de "R"
(obtenidos de estanques de prueba), "k" (medidos con un permeámetro en
"corazones") y "e" (medidos en "corazones"), así como entre "k" y " n" (porosidad =
volumen de vacíos/volumen total), según se indica a continuación:
k = f1 (C) = f2 (n) (7)
donde:
C = compacidad = volumen de sólidos/volumen total; n = 1 - C
Ahora bien, a un grado de impermeabilidad exigido, corresponde una compacidad
equivalente exigida, según se ha establecido en el punto 3.4. Por eso conviene tener
las correlaciones entre "k" y "n" (o bien: "C").
Una compacidad baja (o porosidad alta) propicia la formación de grietas y fisuras en el
talud. También el agrietamiento en el talud es causado por la falta de plasticidad en la
mezcla al rodillar, ya sea por la escasez de finos o de cemento asfáltico, o por
temperatura demasiado baja. El exceso de peso de los rodillos también propicia el
agrietamiento o fisuramiento del concreto asfltico. Por lo tanto, en el proyecto de las
mezclas se deben ligar íntimamente los factores incluidos en la siguiente ecuación:
n = f(CA, Cf, T, Pr) (8)
u
u

Aplicación del Concreto AsfItico en Canales y Presas
donde:
CA = contenido de cemento asfáltico
Cf = contenido de finos
Tr = temperatura de rodillada de la mezcla asfáltica
Pr = presión de rodillada
Para "CA" y "Cf" dadas, la interrelación de las Ecs. (7) y (8) tienen una representación
gráfica similar a la mostrada en la Fig. 11. El éxito del buen proyecto de la mezcla con
una granulometría dada depende del mejor balance entre los factores CA, Cf, Tr, Pr,
además del contenido de triturado (C c) en la mezcla, que aumenta la resistencia al
flujo plástico (estabilidad) en el talud. Deben respetarse los límites granulométricos
recomendados (Orozco, 1972 a), para los agregados con tamaño máximo de 19.05
mm (3/4").
1
AUMENTA LA
1)IMPERMEABILIDAJI 92
94 6
Tr = 140°C
96 4
98 2
RECOMENDACIÓN GENERAL:
C = 97 % (Compacidad)
n = 3 % (Porosidad)
T, =140 °C (Temperatura de rodillado)
Pr = 15 kg/cm2 (Presión de rodillado)
Cm
90+10
l Tr =110°C
1- 10 1-8 1 6 i - 1-2
k (mis)
100 0 Tr=140°C
8 1 + 1
10 20 30 40 50 60 70 80
P (kg/cm2)
Figura 11. Efecto de la compacidad, la temperatura y la presión de rodiliado
en la impermeabilidad dei concreto asfáltico
La adherencia entre los agregados y el cemento asfáltico debe asegurarse en todos los
casos. Se recomienda la prueba de inmersión-compresión, también llamada de
adherencia Duriez o pérdida de resistencia por saturación (Orozco, 1971). Se
acostumbra aceptar mezclas para capa impermeable cuando la pérdida de resistencia
por saturación durante 7 días es menor de 10 % (EDF, 1971), como se ilustra en las
Figs. 12 y 13. La Fig. 14 corresponde a una probeta Duriez antes de la saturación.
Especialidad: Ingeniería civil 16
u
u

Figura 12. Probeta Duriez después del ensaye de "inmersión-compresión"

Figura 14. Probeta Duríez antes de la saturación en el ensaye de
"inmersión-compresión"
También deben realizarse otras pruebas de laboratorio (Orozco, 1971), como la
flexibilidad (Figs. 15 y 16) y la estabilidad en el talud. Esta, por su importancia,
conviene describirla a continuación:
c
u
E
E
r
u
E
r.

1
1
1
r
r
Se reproducen en el laboratorio las condiciones aproximadas que tendrá el
revestimiento, principalmente la composición del concreto asfáltico, el espesor de la
capa impermeable (e), la inclinación del talud (B) y la temperatura del medio ambiente
(Ta). La evolución del flujo plástico (escurrimiento o fluencia, "f") con el tiempo ayuda
a calificar la estabilidad en el talud (Figs. 17 a 19). Cuando la gráfica tiende a ser
asintótica entre el segundo y el séptimo día (f,), se acepta la mezcla propuesta. El
criterio aceptado por el suscrito fue que f2 :5 lo/loo mm (EDF, 1971).
Probeta cuadrada: Temperatura:
0.40m lado 60a70°C
Micrómetro
Ta
/
CONDICIÓN: f :i~ lO/lOOmm
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Tiempo (día)
Figura 17. Estabilidad en el talud. La probeta tiene el espesor (e) y la inclinación (&) reales, con
un corte vertical para asociar la composición de la mezcla asfáltica con su comportamiento
L
L
u
u

Figura 18. Prueba de estabilidad en el talud. La probeta en primer plano fue aceptada;
las otras dos no: fluyeron por exceso de cemento asfáltico
Figura 19. Prueba de estabilidad en el talud. La probeta fluyó por exceso
de arena redondeada
r
r
1
1
c
L
L
r
L

1
Figura 20. Retroexcavadora efectuando el prirr
recorte del terreno natural (arcilloso y limoso)
Figura 22. Afine de terracerias con
recortadora de cajilones
t
r
r
u
u
3.6 Procedimiento constructivo
Haciendo referencia al Canal Independencia, construido entre 1971 y mediados de
1973 por la empresa Compañía Contratista Nacional, S.A. de C.V. (COCONAL), la
secuencia de actividades para el revestimiento asfáltico (8 cm de espesor) se puede
resumir a continuación:
• "Rodillado" de las terracerías. Su finalidad fue garantizar el apoyo homogéneo para
el revestimiento asfáltico (Fig. 23)
ww
Figura 23. Rodillado de taludes (peso: 1 t). Nótense las capas de suelo heterogéneo

Aplicación del Concreto Asféltico en Canales y Presas
r
• Riego esterilizante. Consistió en la aplicación de clorato de poliboro, esparcido en
seco, mediante un rodillo hueco perforado, a razón de 0.5 kg/m 2 ; posteriormente
se aplicó un riego con agua (Figs. 24 y 25).
Figura 24. El esterilizante estaba Figura 25, Riego humedecedor de terracerías
envasado en sacos con esterilizante y para facilitar la compactación
complementaria
• Tendido y compactación de la base asfltica arenosa (porosa) en la plantilla.
• Tendido y compactación de la base asfáltica impermeable (4 cm). Se utilizó el
procedimiento de tendido longitudinal con una máquina especial para taludes, sin
juntas, salvo las "frías" de construcción (Fig. 26). La compactación (140 °C) de la
base se logró por medio de dos rodillos lisos, accionados eléctrica e
hidrulicamente. El rodillo que pasaba primero tenía un peso de 1.2 t;
posteriormente, se utilizaba un segundo rodillo (1 t), con el fin de borrar las huellas
que dejaba el primero (Fig. 27).
c
L
le
c
u
u
• Tendido y compactación de la capa impermeable en el talud (4 cm). El
procedimiento seguido fue similar al descrito anteriormente (Fig. 28 y 29).
22

Figura 30. Máquina terminadora ("finisher")
con vencional extendiendo concreto asfáltico
para la capa impermeable (hasta 0.05 m)
1
r
Figura 28. Tren de trabajo longitudinal en la capa Figura 29. Nótese la plasticidad del
impermeable. En el centro se observa la grúa para la concreto asfáltico y el segundo rodillo
caja receptora de mezcla asfáltica y mover el equipo (1.2 t) borrando la huella del primero
entre taludes (1 t), en uno de los taludes
• Tendido y compactación de la capa impermeable en la plantilla (4 cm). En este
caso, se utilizaron equipos convencionales ligeros (Fig. 30 y 31).
3.7 Características del revestimiento asfáltico
Las características generales del Canal Independencia son las siguientes (Fig. 32):
Caudal máximo: 40 m3/s
Superficie de riego: 35,000 ha
Longitud: 27,000 km
Anchura de plantilla: 3.5 a 8.0 m
Tirante máximo: 2.6 m
Taludes internos: 2:1
Anchura de la corona en los bordos: 6 m
L
u
u

1
Espesor del revestimiento:
-Plantilla
Base asfáltica arenosa: 0.04 m
Capa impermeable: 0.04 m
-Taludes
Base asfáltica impermeable: 0.04 m
Capa asfáltica impermeable: 0.04 m
Las mezclas asfálticas ¡mpermeables tenían tamaño máximo (TM) de 19.05 ( 3/4"),
contenido de cemento asfáltico (Ca) de 8.5 a 9 %, contenido de finos (C f) de 8 a 10 %
y contenido de cal (Ca) de 2%, fundamentalmente.
- Cabe resaltar que este canal se encuentra situado en una zona altamente sísmica y en
donde las temperaturas máximas durante el verano, suelen exceder a 52°C medidos
en la sombra.
c
c
Figura 32. Canal Independencia (antes Alimentador del Norte) en proceso de terminación.
Los taludes ya tienen revestimiento asfáltico
3.8 Supervision y control de calidad
Se llevó al cabo como se indica a continuación:
a) Fabricación. El control se efectuó esencialmente para certificar:
. La calidad de los materiales
. La adherencia del cemento asfáltico con los agregados
El tiempo de mezclado y la temperatura de la mezcla

im,
c
t
• La composición de las mezclas:
Entrega de los ingredientes antes del mezclado
Ensayes de compacidad
Ensayes de extracción (rotarex)
• La estabilidad en el talud (y la flexibilidad)
Las probetas destinadas a los ensayes de fluencia (y flexibilidad) se elaboraron con las
muestras obtenidas en la planta y en condiciones similares a las de la obra (presión de
rodillado y compacidad).
Supervisión de la colocación. Durante la ejecución de la obra se dió mucha
importancia a la supervisión permanente de los siguientes puntos:
• Condiciones del terreno de apoyo
• Temperatura de la mezcla asfáltica: en los camiones, después del tendido e
inmediatamente antes del rodillado (tanto en la parte continua como en las
juntas de construcción)
• Control del espesor de la mezcla asfltica suelta
• Posición de las juntas de construcción (traslape entre capas)
• Velocidades del tendido y rodillado
• Tratamiento de las juntas de construcción
Control de la elecución. Sobre los "corazones" extraídos de las capas
impermeables endurecidas, se procedió a las siguientes determinaciones:
• Espesor medio
• Coeficiente de permeabilidad (PCV-EDF)
• Compacidad (C) o Porosidad (n); C = 1-n
Acertación final. Se efectuó a partir de estanques de prueba en tramos
seleccionados, para obtener la pérdida unitaria por infiltración (R) y compararla con la
de proyecto.
En las Figs. 33 a 39 se ilustran algunas actividades realizadas de control de calidad y
aceptación.
Figura 33. Medición de temperaturas de la
mezcla asfáltica
Figura 34. Obtención del grado de penetración
del cemento asfáltico
L
u
u

c
Li
Figura 39. Estanquede prueba instrumentado
para aceptación en el lugar de la pérdida unitaria
máxima admisible
3.9 Comentarios
Esta obra se realizó con los más altos niveles de calidad (sinónimo de especificaciones)
desde que se gestó la idea de hacer la obra hasta su culminación. Esta no ha ocurrido,
ya que el canal Independencia sigue en operación, con una gran eficiencia en la
conducción y sin conservación alguna desde su construcción, a pesar de que ya se
rebasó la vida de proyecto (30 años). Los niveles de calidad (especificaciones)
incluyeron principalmente los aspectos simultáneos de geometría, acabados,
materiales y procedimientos constructivos, para que la obra resultase estética, segura
y económica (Arias, 1971a y b, 1972a y b; Orozco, 1971, 1972a, b, y c, 1977, 1987a y
b, 1991, 1996a, b, y c, 1998a y b, 1999 y 2007; SRH, 1973). En la Fig. 40 se ilustra el
esquema que se ha seguido en las actividades ingenieriles de los responsables de la
obra (Orozco, 2008).
5
5

NIVELIDECALIDAD EN GEOMETRÍA, ACABADOS
JRI PROCEDIMIENTOS CONSTRUC
ID
, .o z
1-EJ
UI
1.)
u-jC
Oo O
z
(lU 12
UJLLJ O
PLANIFICACIÓN
(DEFINE)
///2
Figura 40. Responsables del nivel de calidad en el Canal Independencia
CORTINAS DE CORAZÓN IMPERMEABLE DE CONCRETO ASFÁLTICO PARA
PRESAS
Con el fin de tomar en cuenta el concreto asfáltico impermeable como opción para
cortinas en presas de almacenamiento de agua o jales, en las Figs. 41 y 42 (Orozco,
2006) se ilustran esquemáticamente dos secciones transversales recomendables, a
saber: Cortina compactada y arqueada de "sección graduada" (corazón de concreto
asfáltico), ya sea variable o constante.
En dichas figuras (40 y 41), se presenta la ley de permeabilidades que refleja lo que
una gota de agua realiza durante su movimiento en la trayectoria de la mínima
energía: fluir de las regiones de mayor a las de menor presión de poro que, en
general, corresponde a viajar de los materiales más impermeables (con menor
coeficiente de permeabilidad, k) a los más permeables (mayor k). Este tipo de
cortinas se ilustra en las Figs. 43 y 45, en su etapa constructiva.
PAVIMENTO
TORMENTA DE PROYECTO
NAME
no
AGUA
001
GALERÍA DE INSPECCIÓN Y DRENAJE
PANTALLA IMPERMEABLE DE INYECCIÓN
< k, < kEC<
NAME = NIVEL DE AGUAS MÁXIMAS EXTRAORDINARIAS CORAZÓN IMPERMEABLE
NAMO = NIVEL DE AGUAS MÁXIMAS ORDINARIAS (OPERACIÓN) MATERIAL DE TRANSICIÓN
BL BORDO LIBRE
ENROCINNTO CHICO
k = COEFICIENTE DE PERMEABILIDAD ENROCAMIENTO GRANDEejg
Figura 41. Cortina de "sección graduada' con corazón variable de concreto asfáltico
L
L
L

Los equipos y las recomendaciones generales de construcción y de proyecto se
describen detalladamente en una publicación del Comité Internacional de Grandes
Presas (ICOLD, 1995).
De acuerdo con ese Comité, el autor ha preparado la Fig. 46 para sintetizar las ideas
en forma unificada con el título: "Estabilidad de las Propiedades del Corazón de
Concreto Asfltico en Cortinas para Presas de Almacenamiento de Agua". Todas estas
propiedades indicadas están integradas para lograr con éxito la propiedad
fundamental: la SEGURIDAD...
PAVIMENTO
TOR OYECTO
rj
PANTALLA IEABLE
LEY: kCi
< kT fI < kT12 <
kECh
< kEg
c CORAZÓN IMPERMEABLE
NAME = NIVEL DE AGUAS MAXIMAS EXTRAORDINARIAS (E de 06 a 1.4 m)
— NAMO = NIVEL DE AGUAS MÁXIMAS ORDINARIAS (OPERACIÓN) TRANSICIÓN FILTRANTE
'J)BL=BORDOLIBRE (Ede2a6mTM<6cm)
ENROCAMIENTO CHICO
k = COEFICIENTE DE PERMEABILIDAD ah
(TM <SO cm)
1 = ZONA DE RETARDO E = ESPESOR
E ENROCAMIENTO GRANDE
TM = TAMANO MAXIMO (TM < 1 m)
Figura 42. Cortina compactada y arqueada de "sección graduada"
con corazón constante de concreto asfáltico
r
u
r SIM
Figura 43. Cortina arqueada con corazón impermeable de concreto asfáltico en la presa
Storglomvatn (1996). Obsérvese las transiciones y el enrocamiento en el proceso constructivo
(Alt. Máx: 125m)
u
u

• -- V
•
•••;•'••
:
1 -
- •
t
Figura 44. Cortina arqueada con corazón impermeable de concreto asfáltico en la presa noruega
(Storglomvatn Dam, 1997). Obsérvense e/proceso constructivo en el corazón asfá/tico, las
transiciones y en el enrocamiento
1
L
L
wk
Figura 45. Presa Storglomvatn en proceso de llenado antes de su terminación en 1997
(http://www.unitedbinary.com)

1 SEGURIDAD* RESISTENCIA
DURABILIDAD (Corte, Erosión,
(Afinidad asfalto- FUNCIONALIDAD**_________________________ Envejecimiento
agregados) 1 Sismo y fracturamiento 1
ECONOMA*e* 1 hidráulico colgado por
1
IMPERMEABiLIDAD(Control eficaz y continuo de filtraciones)
FLEXIBILIDAD(Antifisuramiento sostenido)
[
DEFORMABILIDAD](Adaptabilidad a asentamientos diferenciales sin riesgos de agrietamient
COMPOSICIÓN
COMPACI DAD CONSISTENCIA
(Agregados duros y sanos,
con cemento asfáltico (Alta concentración
(Adhesividad y
fluidez de ingredientes
y fitler calificados) de sólidos)
calientes)
ELASTO-
PLASTICIDAD MANEJABILIDAD HOMOGENEIDAD
(Bajo presión confinante
(Colocabilidad y (Equilibrio armónico
gradual)
Compactabilidad) en rigideces relativas)
COMPATIBILIDAD CON TRANSCtONES(Buena liga y trabazón; adaptabilidad a deformac(ones y filtraciones)
CIMENTACION IMPERMEABLE Y RESISTENTE
(Pantalla de concreto asfáltico o de inyección convencional)
(Conflabtlidad en la construcción (Buen comportamiento de la (Máxima relación beneficio/costo; llenado parcial
sin juntas y el antivandalismo) estructura completa) untes de terminación de obra)
Figura 46. Estabilidad de propiedades del corazón de concreto asfáltico
en cortinas para presas de almacenamiento de agua
En las Figuras 47 a 50 se ilustran los equipos para colocación y compactación del
concreto asfltico confinado con filtros.
04
UiFigura 47. Máquina coloca dora del corazón en Figura 48. Limpieza de la capa asfáltica an
operación
e
e
e
e
e
e
e
e
e
e
L
e
e
e
e
e
e
e
e
e
e
e
e
e
e
u
u

'
Figura 49. Vista de la máquina colocadora del concreto
asfáltico y los filtros confinantes. Véase la plancha de liso
calentamiento delantera
Figura 50. Compactación con rodil/o
vibratorio ligero de la mezcla
caliente
Es importante comentar que se están realizando investigaciones en el Instituto de
Ingeniería-UNAM (Romo, 2005), para conocer el comportamiento de los corazones
impermeables de concreto asfáltico de cortinas en presas de almacenamiento de agua,
resultando muy prometedoras bajo condiciones sísmicas severas, como es el caso de la
Presa La Parota, Gro.
Cabe mencionar que el autor también realizó un proyecto de revestimiento asfáltico
impermeable en la cara "aguas arriba" de la cortina de la Presa San Lorenzo, Tamps.
(Orozco, 1979).
S. RECONOCIMIENTOS
El proyecto del revestimiento asfáltico del Canal Independecia fue realizado por el
autor para la Dirección de Proyectos de la SRH, a cargo del Ing. Eugenio Laris Alanís y
la ejecución de la obra por la Dirección de Construcción (SRH), bajo la responsabilídad
del Ing. Jorge Cabezut Boo (t). El Ing Benjamín Granados Domínguez fungió como
Gerente de Obras del citado Distrito de Riego, quien sustituyó al Ing. Reynaldo Schega
Czackes (t). Los planos y las especificaciones correspondientes fueron elaborados por
el autor, con el apoyo de los Ings. Carlos Jesús Orozco (t) y José Vicente Orozco (t).
La Supervisión y el Control de Calidad fueron realizados por la propia SRH, al través de
los Ings. Jesús Muñoz Martínez (t) (topografía y laboratorio de control de calidad, en
obra) y Sergio Licona Elizondo (controles físicos, financieros, constructivos y de
estimaciones), con el apoyo del Departamento de Ingeniería Experimental SRH
(Tecamachalco), dependiente de la Dirección de Proyectos SRH, al través del Ing.
Antonio Mosqueda Tinoco (Jefe de la Oficina de Laboratorios de Mecánica de Suelos).
Simultáneamente, el autor fungió como Asesor Técnico de la Dirección General de
Grande Irrigación (SRH), a cargo de los Ings. Francisco Mendoza von Borstel (t) y
Antonio Peter Veres, para apoyar en la obra con los ajustes o mejoras al proyecto
durante la construcción, supervisión y control de calidad.
Por parte de la empresa constructora, Compañía Contratista Nacional, S.A. de C.V.
(COCONAL), participaron activamente los Ings.: Director Financiero José Arias
Dufourcq (además de Responsable de las mejoras al proyecto y su construcción),
quien sustituyó a Mario López de la Oliva (t); Director de Planeación Jorge Cabezut
Boo (t); Director de Construcción José Antonio Guzmán; Asesor del Director General
Francisco Posada Varela; y Director General Enrique Lona Valenzuela (t); los

responsables de la construcción en la obra fueron los Ings. Víctor Figueroa Castillo
(Residente General) y Julián González Rubio (Residente Asistente).
Conviene destacar la labor del equipo humano que participó íntimamente en esta
primer gran obra pionera en su especialidad, con equipos fabricados ex profeso en los
talleres de "Lucky" Turner (Tijuana, B.C.)
Por su impermeabilidad, flexibilidad y resistencia, la obra tiene de vida más de 35 años
y prácticamente sin conservación, con pérdidas de agua por infiltración despreciables
(R < 1x10 5 m/m/día) y con alta adaptabilidad a los sismos de la región (SMMS, 1980;
Jaime, 1980). Su comportamiento es excepcional y debería divulgarse en el ámbito
ingenieril de las obras hidráulicas.
6. CONCLUSIONES
Primera. El concreto asfáltico constituye una opción muy atractiva para el ahorro de
agua en obras hidráulicas (canales y presas), por sus cualidades de impermeabilidad,
flexibilidad, seguridad, durabilidad, resistencia (erosión, sismo, corte, ...), economía,
estabilidad (taludes, transiciones, ...), Etc.
Segunda. Existe en México un canal revestido de concreto asfáltico impermeable,
cerca de Mexicali, BC, con más de 35 años de operación sin conservación, que ahorra
una cantidad importante de agua para riego.
t
L
7. RECOMENDACIONES
Primera. Realizar una investigación completa sobre las aplicaciones recientes del
concreto asfáltico en el ámbito mundial de las obras hidráulicas, incluyendo México,
para actualizar la tecnología en su proyecto, construcción, conservación y operación.
Segunda. Fomentar en México la utilización del concreto asfáltico para canales y
presas, con el apoyo en el desempeño de las obras y el valor económico del agua
ahorrada.
REFERENCIAS
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u,
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