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NIT: 900279474-0
Carrera 78 A No. 9-52 Barrio Castilla – Bogotá
Teléfonos: 412 67 64, 320-3032927, 313-2849658, 301-4310865
Correo electrónico: macroviasltda@gmail.com
DISEÑO BASE GRANULAR ESTABILIZADA CON EMULSION ASFÁLTICA
Y CEMENTO
SHELL COLOMBIA SA
MV-INF-2011-266
PROYECTO: VIA DE ACCESO PACHO
CUNDINAMARCA
MACROVIAS SAS.
BOGOTÁ, AGOSTO DE 2011
VERSION 0
NIT: 900279474-0
Carrera 78 A No. 9-52 Barrio Castilla – Bogotá
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1
Tabla de contenido INTRODUCCIÓN ..................................................................................................... 3
1 EQUIPO GENERAL ..................................................................................... 4
2 MUESTRAS PARA EL DISEÑO DEL PROYECTO ............................... 4
2.1 Características de los materiales ................................................................................ 4
2.1.1 Emulsión Asfáltica SPRAMUL CRL-1 ............................................................................ 4
2.1.2 Agregados ................................................................................................................... 5
3 DESARROLLO DEL DISEÑO DE MATERIAL RECICLADO
ESTABILIZADO ....................................................................................................... 5
3.1 Procedimiento del ensayo .......................................................................................... 5
3.2 Dosificación de los Materiales .................................................................................... 5
3.3 Contenido Teórico de Emulsión .................................................................................. 7
3.3.1 Método Duriez ........................................................................................................... 7
3.3.2 Método Instituto del Asfalto ...................................................................................... 8
3.4 Porcentaje de Emulsión Shell CRL-1 por añadir .......................................................... 8
3.5 Determinación de la cantidad de agua óptima de envuelta ...................................... 9
4 RESULTADOS OBTENIDOS .................................................................... 11
5 ANÁLISIS DE RESULTADOS. ................................................................. 12
5.1 CALCULO DE LA CANTIDAD DE EMULSIÓN POR METRO CUBICO DE MATERIAL
RECICLADO ................................................................................................................................. 14
6 REGISTRO FOTOGRÁFICO Y EQUIPOS UTILIZADOS EN LOS
ENSAYOS. ................................................................................................................ 15
6.1 ENSAYO DE MASA UNITARIA MÁXIMA Y HUMEDAD OPTIMA (PROCTOR MODIFICADO
NORMA INV.- E-142-07. ............................................................................................................. 15
6.2 ENSAYO DE RESISTENCIA A LA COMPRESIÓN SIMPLE DE MEZCLAS BITUMINOSAS
NORMA INV-E-747-07. .............................................................................................................. 15
6.3 GRAVEDAD ESPECÍFICA BULK Y DENSIDAD DE MEZCLAS ASFÁLTICAS COMPACTADAS
NO ABSORBENTES EN ESPECÍMENES SATURADOS Y SUPERFICIE SECA. NORMA INV-E-733-0716
6.4 INMERSIÓN DE ESPECÍMENES INV-E-738 ................................................................ 16
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2
7 CONCLUSIONES ........................................................................................ 17
8 ............................................................................................ RECOMENDACIONES
................................................................................................................................. 17
LISTADO DE TABLAS Y FIGURAS
Tabla: 1 Características de la Emulsión ................................................................................. 4
Tabla : 2 Dosificación Material Reciclado ............................................................................. 5
Tabla : 3 Análisis del material existente ................................................................................. 6
Tabla: 4 Cálculo de Superficie Específica .............................................................................. 8
Tabla : 5 Cuantías por metro cúbico de material compacto ................................................. 14
Tabla: 6 Cuantías por metro cúbico de material suelto ........................................................ 14
Figura: 1 Representación Grafica de la Gradación ................................................................. 6
Figura: 2 Calculo Humedad de Preenvuelta ........................................................................... 9
Figura: 3 Resumen de Resultados ........................................................................................ 12
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3
DISEÑO DE BASE ESTABILIZADA EMULSIÓN ASFÁLTICA Y CEMENTO
PORTLAND A PARTIR DE MATERIALES RECICLADOS
INTRODUCCIÓN
El presente diseño de material granular estabilizado con emulsión asfáltica y cemento
portland se realizó para la compañía SHELL DE COLOMBIA SA .y se utilizará en el
proyecto Zipaquira – Pacho por solicitud de la compañía UT VIAS DE
CUNDINAMARCA.
El material estabilizado con emulsión y cemento está constituida por el 100 % entre
material granular existente y material de fresado existente en la vía de acceso en Pacho
Cundinamarca, el cual es clasificado a 11/2”.
Para el diseño se siguió la metodología propuesta en el Manual de utilización de
emulsiones Asfálticas en carreteras, y las especificaciones que para tal fin tiene el I.N.V.
en el artículo 461-07 de las normas de construcción vigentes.
El efecto del agua sobre la resistencia a la compresión de las mezclas asfálticas
compactadas (ensayo de inmersión-compresión), mide la pérdida de resistencia a la
compresión que se produce por acción del agua sobre las mezclas asfálticas compactadas
preparadas con cementos asfálticos.
Este material proveniente de apiques efectuados en vía, se mezclara con emulsión
asfáltica Tipo CRL -1 y cemento portland. Se le determinará la densidad bulk,
humedad absorbida, vacíos totales, resistencia seca y resistencia conservada. Para la
determinación del porcentaje de emulsión y cemento para la dosificación en obra, se
realizarán briquetas en laboratorio, siguiendo el procedimiento de ensayo INV-E-748
anexo A (Efecto del agua sobre la cohesión de mezclas asfálticas elaboradas en frio con
emulsión asfáltica).
Mediante este procedimiento se obtiene un contenido ideal de emulsión, el cual mejorará
las características del material existente que se utilizará en la obra, (en este caso,
material de reciclado de las capas existentes en vía).
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1 EQUIPO GENERAL
Moldes tipo Inmersión compresión de 101.6mm, (4”) de alto por 101.6mm, (4”) de
diámetro, pistón de compactación, bandejas, horno, baño maría, termómetro, balanza
digital, prensa hidráulica de carga uniaxial, según norma INV. -747.
2 MUESTRAS PARA EL DISEÑO DEL PROYECTO
Para la realización del diseño en laboratorio se recibieron muestras de material proveniente
de los diferentes apiques realizados a lo largo del tramo a intervenir y entregado en las
instalaciones de MACROVIAS SAS, el cual se mezclará en las proporciones determinadas
con emulsión asfáltica de rompimiento lento tipo SPRAMUL CRL-1y cemento portland,
suministrado por el cliente.
2.1 Características de los materiales
2.1.1 Emulsión Asfáltica SPRAMUL CRL-1
Dentro del diseño de la base estabilizada se utilizó Emulsión Asfáltica Shell CRL-1, con un
contenido de asfalto residual del 60% y tiempos de curado medidos en laboratorio de 72
horas, presentando buena adherencia y altos valores de resistencia mecánica.
Las características de esta Emulsión son:
Emulsion Shell CRL-1 INV. Art. 400-07
ANÁLISIS RESULTADO ESPECIFICACIÓN MÉTODO
% DE AGUA EN VOLUMEN 39.85 % 43.0 %Max. ASTM D 244
% DE ASFALTO RESIDUAL 59.15% 57.0 %Min. ASTM D 244
VISCOSIDAD S.S.F(25 °C) 19.20 sg. 200 Max. ASTM D 244-D 88
RETENIDO TAMIZ No. 20 CUMPLE < 0.1 % ASTM D 244
SEDIMENTACIÓN A 5 DÍAS 1.67% 5.0 % Max. ASTM D 244
CARGA DE LA PARTÍCULA (+) POSITIVA ASTM D244
pH 2.41 6 Max. D.G.N C 276
Ensayos sobre el residuo
ANÁLISIS RESULTADO ESPECIFICACIÓN MÉTODO
PENETRACIÓN 103 mm/10 Min 100 Max. 250 ASTM D 5
DUCTILIDAD >105 cm. 40 Min. ASTM D 113
PTO. DE
ABLANDAMIENTO
52 °C Min.42 máx. 54 ASTM D 36
Tabla: 1 Características de la Emulsión
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2.1.2 Agregados
Al Laboratorio de MACROVIAS SAS, fue remitida una muestra, de material reciclado
seleccionado a 1 ½” y tomado en la vía de acceso del municipio de Pacho – Cundinamarca,
al cual se le realizaron los procedimientos normales de caracterización para materiales de
carreteras. Presentando las siguientes características:
3 DESARROLLO DEL DISEÑO DE MATERIAL RECICLADO ESTABILIZADO
3.1 Procedimiento del ensayo
3.2 Dosificación de los Materiales
Del material recibido, se toma una muestra para realizar ensayos de gradación norma
INV-E-123, límites de consistencia norma INV-E-125 y INV-E-126, y porcentaje de
humedad INV-E-122.
Para el diseño del material existente estabilizado con Emulsión-Cemento se usó el 100%
del material reciclado en la vía y seleccionado a 2” presentando las siguientes
características:
Granulometría:
100 % Material Granular existente en la vía Clasificado a 2 “
Tamiz 1 1/2 1 3/4 3/8 4 10 40 200
Tamaño 37.5 25 19 9.5 4.75 2 0.425 0.075
%pasa 87.6 84.4 81.6 64.5 48.6 35.9 23.8 14.5
Norma 100 75-100 65 - 100 45-75 30-60 20-45 10-30 5-20 Tabla: 2 Dosificación Material Reciclado
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Figura: 1 Representación Grafica de la Gradación
Humedad natural (%) 3.3
Limite líquido (%) NL
Limite plástico (%) NP
Índice de plasticidad (%) NP
Índice de grupo 0
Clasificación A.A.S.H.T.O A-1-b
Clasificación U.S.C.S GM
% de gravas. 51.4
% de arenas 34.1
% de finos 14.5
Proctor modificado (gr/cm3) 2,050
Humedad óptima (%) 7.6
% de Asfalto residual 1.8
Peso unitario suelto seco (gr/cm3) 1.507
Peso Unitario Apisona (gr/cm3) 1.632
Tabla: 3 Análisis del material existente
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3.3 Contenido Teórico de Emulsión
Se determina a través de las fórmulas de Dr. Duriez y del Instituto del Asfalto.
3.3.1 Método Duriez
Determina el porcentaje de emulsión con base en la superficie específica del material.
Determinación de la superficie específica del material con base en la granulometría:
√
Donde:
FSE: Factor de superficie especifica.
: Diámetro de tamiz superior en mm.
: Diámetro de tamiz inferior en mm.
Donde:
SE: Superficie específica.
K: Factor Riqueza (entre 3.0 a 3.5).
Determinación del porcentaje de asfalto residual según formula del Dr. Duriez:
E1 = [(K*(SE) 0.2
]/L
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Tabla: 4 Cálculo de Superficie Específica
E1 =([(3*(23.59)0.2
-1.8]/0.6)
E1 = 6.4%
3.3.2 Método Instituto del Asfalto
Para la determinación de la cantidad necesaria de emulsión se emplea la siguiente
expresión:
E2= (0.035*A+0.045*B + k*C+F))
Dónde:
A= retenido No. 10 B= pasa No 10 – Pasa.No200 C= pasa 200
E2 = (0.035*(100-35.9)+0.045*(35.9-14.5)+(0.15*14.5)+1)
E2 = 6.37%
3.4 Porcentaje de Emulsión Shell CRL-1 por añadir
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Expresada como porcentaje en relación con el peso de los agregados.
Et = (((E1+E2)/2)*100)/ 100- ((E1+E2)/2))) - % de Asfalto en el fresado
Et = (((6.4+6.37)/2)*100)/(100-(6.4+6.37)/2)))
Et = 6.82 %
3.5 Determinación de la cantidad de agua óptima de envuelta
Se determina la cantidad óptima de agua y densidad máxima del material granular
existente según norma INV-E-142 Proctor Modificado.
Figura: 2 Calculo Humedad de Preenvuelta
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Con el porcentaje óptimo teórico de la emulsión se procede a realizar el ensayo de
recubrimiento, el cual consiste en el cálculo de la humedad de preenvuelta mediante
la ecuación utilizada para el cálculo teórico de los fluidos de compactación CTF.
% ω Proctor modificado = %ω nat+%ω preenvuelta+% ω emulsión
% ω preenvuelta = %ω proctor modificado - %ω nat - %ω emulsión
Con el valor del porcentaje óptimo de emulsión teórico se realiza una serie de seis
(6) briquetas, variando 1% y 2% por abajo y por encima del % óptimo de emulsión
teórico. (Et)
Se obtiene un peso de aproximadamente 1700 gramos de la mezcla de material
existente, a los cuales se le adiciona un 4.6% de emulsión la cual debe estar a una
temperatura menor a 50 grados Celsius, se le agregó el porcentaje de agua de
acuerdo al óptimo de recubrimiento realizado anteriormente el cual fue de 2.46%
para un total de agua en la mezcla de 7.6%.
Luego se procede a mezclar el material con 3% de cemento y se adiciona la
emulsión, se compactan las briquetas siguiendo el procedimiento y equipo
necesario según la norma INV-E-738 anexo A, numeral A.4.5, estas se dejan curar
a temperatura ambiente en el molde durante 24 horas, esto se realiza hasta preparar
6 briquetas por cada porcentaje de emulsión.
Lo anteriormente mencionado se realizó con los siguientes porcentajes de
emulsión, 2.0%, 3.0%, 4.0%, 5.0%, y 6.0%.
Después se dividen en dos grupos de 3 briquetas por cada % de emulsión
El periodo de curado consiste en dejar el primer grupo por 14 días al aire a 25 C
con una humedad relativa del 50 %, el segundo grupo se dejan curar por 7
días al aire y luego se someten a inmersión por 7 días a una temperatura ambiente.
Se completa el diseño de la mezcla, se realizan los siguientes ensayos y análisis con
los datos obtenidos de la muestras compactadas:
Gravedad especifica Bulk, a los 7 días de curado, según norma INV-E-735.
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Resistencia a la compresión de las muestras secas a 25.0°C después del
periodo de curado, según norma INV-E-738, anexo A numeral A.5.2.
Resistencia a la compresión a 25.0 oC de las muestras después de 7 días
de inmersión, según norma INV-E-738, anexo A numeral A.5.2.
Análisis de densidad y vacíos y humedad de absorción durante el ensayo
de inmersión.
Luego de obtener los datos de laboratorio se procede a realizar las siguientes
graficas:
Densidad bulk vs contenido de asfalto residual.
Índice de resistencia conservada vs porcentaje de asfalto residual.
Resistencia a la compresión seca y húmeda vs contenido de asfalto
residual.
Porcentaje de humedad absorbida vs contenido de asfalto residual.
Porcentaje de vacíos totales vs contenido de asfalto residual.
Después de realizar los cálculos y graficas se determina el porcentaje óptimo de
asfalto residual, teniendo en cuenta la densidad bulk y el índice de resistencia
conservada.
4 RESULTADOS OBTENIDOS
De acuerdo al diseño realizado en laboratorio se obtuvieron los siguientes resultados:
4.1 Superficie Específica
23.59 m2/Kg
Figura No 1.Curvas de diseño Inmersión-Compresión
PORCENTAJE DE EMULSIÓN
% Emulsión = 4.6%
HUMEDAD DE PREENVUELTA
%Preenvuelta= 7.6% - 3.3% - (4.6 * 0.40) %
%Preenvuelta= 2.46%
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5 ANÁLISIS DE RESULTADOS.
Resultados del diseño inmersión compresión.
Figura: 3 Resumen de Resultados
#¡DIV/0!
DENSIDAD GRUPO PROBETAS SECAS
128
129
130
131
132
133
134
135
136
137
138
1,80% 2,80% 3,80% 4,80% 5,80%
Den
sid
ad
B
ulk
seca lb
/pie
3
% DE EMULSION
DENSIDAD GRUPO PROBETAS HUMEDAS Y SECAS
14,00
16,00
18,00
20,00
22,00
24,00
26,00
28,00
30,00
32,00
34,00
1,50% 2,50% 3,50% 4,50% 5,50% 6,50%
RE
SIS
ITE
NC
IA S
EC
A K
g/c
m2
% EMULSION
4,50%
4,70%
4,90%
5,10%
5,30%
5,50%
5,70%
5,90%
2,00% 2,50% 3,00% 3,50% 4,00% 4,50% 5,00% 5,50% 6,00%
Hu
med
ad
A
bso
rb
ida %
% DE EMULSION
003
005
007
009
011
013
015
017
1,00% 2,00% 3,00% 4,00% 5,00% 6,00%
Resis
ten
cia
h
um
ed
a K
g/c
m2
% DE EMULSION
2,00
2,40
2,80
3,20
3,60
4,00
4,40
4,80
5,20
5,60
6,00
6,40
6,80
7,20
7,60
8,00
8,40
8,80
9,20
9,60
10,00
1,50% 2,50% 3,50% 4,50% 5,50% 6,50%
Vacio
s T
otale
s %
% DE EMULSION
32,0
34,0
36,0
38,0
40,0
42,0
44,0
46,0
48,0
50,0
52,0
54,0
56,0
1,50% 2,00% 2,50% 3,00% 3,50% 4,00% 4,50% 5,00% 5,50% 6,00% 6,50%
Ind
ice
de
Re
sis
ite
ncia
co
nse
rv
ad
a
% DE EMULSION
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Tabla No 1: Valores obtenidos con el % óptimo de emulsión
En los resultados de la tabla No 3, se observa que con el 4.6% de emulsión (+/ - 0,50%) se
obtiene un índice de resistencia conservada superior al 75% requerido en el artículo 461-07
del INVIAS.
Parametros medidos en
la mezcla.
Tolerancia MIN
(-0.5%)
Optimo de emulsiòn.
4,5%
Tolerancia Max
(+0.5%)
Densidad Bulk lbs/pie32,251 2,255 2,254
Esfuerzo en estado
seco kg/cm2 20,0 20,0 20,0
Esfuerzo en estado
humedo kg/cm2 15,0 16,5 17,0
Indice de resisitencia
conservada, en % 75,0 82,5 85,0
RESULTADOS DE DISEÑO.
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5.1 CALCULO DE LA CANTIDAD DE EMULSIÓN POR METRO CUBICO DE
MATERIAL RECICLADO
Tabla : 5 Cuantías por metro cúbico de material compacto
Tabla: 6 Cuantías por metro cúbico de material suelto
4,60
3,00
2,46
1,63275,1
49,040,1
Cantidad de cemento en porcentajeHumedad de Preenvuelta en porcentaje
Cantidad de cemento en kg por m3
CUANTIAS POR METRO CUBICO DE MATERIAL COMPACTOCantidad de emulsión en porcentaje
Masa unitaria compacta del material Cantidad de emulsion en Kg por m3
Cantidad de agua en litros por m3
4,60
3,00
2,46
1,50769,3
45,237,1
Cantidad de emulsion en Kg por m3Cantidad de cemento en kg por m3Cantidad de agua en litros por m3
Cantidad de emulsión en porcentajeCantidad de cemento en porcentajeHumedad de Preenvuelta en porcentajeMasa unitaria compacta del material
CUANTIAS POR METRO CUBICO DE MATERIAL SUELTO
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6 REGISTRO FOTOGRÁFICO Y EQUIPOS UTILIZADOS EN LOS ENSAYOS.
6.1 ENSAYO DE MASA UNITARIA MÁXIMA Y HUMEDAD OPTIMA
(PROCTOR MODIFICADO NORMA INV.- E-142-07.
6.2 ENSAYO DE RESISTENCIA A LA COMPRESIÓN SIMPLE DE MEZCLAS
BITUMINOSAS NORMA INV-E-747-07.
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6.3 GRAVEDAD ESPECÍFICA BULK Y DENSIDAD DE MEZCLAS
ASFÁLTICAS COMPACTADAS NO ABSORBENTES EN ESPECÍMENES
SATURADOS Y SUPERFICIE SECA. NORMA INV-E-733-07
6.4 INMERSIÓN DE ESPECÍMENES INV-E-738
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7 CONCLUSIONES
Porcentaje óptimo de emulsión SPRAMUL CRL-1 respecto al peso seco de los
agregados: 4.6 %
Humedad total de prehumectación 2.46% referido al peso seco de los agregados.
La cantidad de cemento por metro cúbico suelto es: 45.2 kg/m3.
La cantidad de emulsión por metro cúbico suelto es: 69.3 l/m3.
Resistencia seca (Rs) 29 kg/cm2 ≥20 kg/cm
2.
Resistencia Húmeda (Rh) 15.5 kg/cm2 ≥15kg/cm
2.
Resistencia Conservada (Rc =15.5/20* 100)= 78.0% ≥ 75%.
La dosificación de los materiales es 100 % material granular existente a 1½”. Esta
dosificación cumple con la norma I.N.V. (Instituto Nacional de Vías) artículo 461-07
determinada para este tipo de trabajos.
El diseño descrito se realizó con Emulsión SPRAMUL CRL-1 y cemento Pórtland tipo
1 que cumple las condiciones exigidas para estos trabajos.
El proceso de estabilización consistirá en la mezcla del material al cual se le adiciona la
emulsión y el cemento, para así construir una capa de base estabilizada.
8 RECOMENDACIONES
Se sugiere mantener control sobre la Granulometría, de la mezcla ya que ésta proviene de
materiales de heterogénea composición.
Se recomienda asegurar el porcentaje óptimo de agua preenvuelta para una adecuada
distribución de la emulsión.
NIT: 900279474-0
Carrera 78 A No. 9-52 Barrio Castilla – Bogotá
Teléfonos: 412 67 64, 320-3032927, 313-2849658, 301-4310865
Correo electrónico: macroviasltda@gmail.com
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Es aconsejable compactar la mezcla hasta el 98% de la densidad máxima de Laboratorio.
Se sugiere imprimar la base estabilizada, con emulsión concentrada al 50% en rendimiento
de 1 l/m2.
Se recomienda un período de curado para la base estabilizada mayor a dos días; luego
imprimar la superficie y proceder a colocar las capas Asfálticas; esto con el fin de lograr
evacuar el agua presente en el material y asegurar la mayor densificación.
Con los anteriores datos se comenzarán los trabajos en el campo y se harán los ajustes que
se requieran.
Al material reciclado en vía, se le realizaron los ensayos de granulometría por lavado y
tamizado, límites de consistencia y proctor modificado, siguiendo los parámetros
establecidos en las normas INV-E-123, INV-E-125/126 e INV-E.142 del Instituto Nacional
de Vías INVIAS.
El diseño deberá ser controlado de acuerdo con lo solicitado en la especificación del
artículo 461 del Instituto Nacional de Vías.
Se hace necesario aclarar que las gráficas de humedad absorbida y los porcentajes de
vacíos totales reportadas en el anexo no son parámetros de evaluación en este diseño, se
relacionan como un dato para observar el comportamiento en la mezcla.
El valor obtenido en los resultados de laboratorio es característico de los materiales que el
contratista suministro al laboratorio.
Se determinó un porcentaje de agua de pre envuelta del 3.20%, con el cual se logra el
recubrimiento óptimo del material granular existente), previo a la adición de la emulsión a
la mezcla con el fin de lograr un mejor recubrimiento de la emulsión con el material.
Es importante realizar una verificación de la humedad natural del material antes de realizar
la adición del agua de preenvuelta y la emulsión.
Los resultados del presente informe fueron obtenidos en LABORATORIOS de
MACROVIAS SAS, la información técnica y las recomendaciones dichas en el presente
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informe son producto de la experiencias, investigaciones y practicas llevadas a cabo en el
laboratorio y en los campos de aplicación técnica, sin embargo y debido a que el manejo y
la aplicación se encuentran absolutamente fuera de nuestro control, MACROVIAS SAS no
garantiza resultados que se obtengan ni asume responsabilidad alguna del uso indebido que
se dé a los mismos.
Quedamos atentos a cualquier aclaración o sugerencia al respecto.
Cordialmente,
JUAN CARLOS ESPINOSA R
Gerente Técnico Anexos: Resultado de los ensayos y medio magnético
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