PAVIMENTOS Texto Gua LaIngenieradePavimentostieneporobjetivoelproyecto,la construccin, el mantenimiento y la gerencia de pavimentos, de talmodoquelasfuncionesseandesempaadasconelmenor costoparalasociedad.Tratndose,esencialmente,deuna actividad multidisciplinaria, donde estn involucrados conceptos ytcnicasdelasIngenieras:Geotecnia,deEstructuras,de Materiales,deTransportesydeSistemas,envistadela importanciasedebeestimaryefectuarelmantenimientode pavimentos existentes. 2004 UNIVERSIDAD MAYOR DE SAN SIMN FACULTAD DE CIENCIAS Y TECNOLOGA I UMSS Facultad de Ciencias y TecnologaCARRETERAS II Contenido General CAPITULO I1 I. INTRODUCCIN2 I.1. FUNCIONES DE UN PAVIMENTO2 I.2. COMPONENTES DE UN PAVIMENTO3 I.3. PROYECTO DEUN PAVIMENTO5 I.4. TIPOS DE PAVIMENTOS10 I.4.1. PAVIMENTOS CON TRATAMIENTO SUPERFICIAL10 I.4.2. PAVIMENTOS FLEXIBLES11 1.4.3. PAVIMENTOS RGIDOS11 I.4.4. PAVIMENTOS SEMIRGIDOS11 I.5. CONSIDERACIONES SOBRE LOS SUELOS DE FUNDACIN12 I.6. DRENAJE Y SUBDRENAJE17 I.7. MDULO DE RESILIENCIA 17 I.8. CONFIGURACIN DE EJES 20 I.8.1. DEFINICIONES20 I.8.2. PESO ADMISIBLE POR NEUMTICO21 CAPITULO II26 II. AGREGADOS PTREOS Y MATERIALES ASFLTICOS27 II.1. AGREGADOS PTREOS27 II.1.1. ESPECIFICACINES DE LOS AGREGADOS PARA BASE Y SUB-BASE27 II.1.2. PROPIEDADES DE LOS AGREGADOS28 II.1.2.1. TAMAO DE PARTCULAS Y GRADUACIN DE LOS AGREGADOS28 II.1.2.2. RESISTENCIA AL DESGASTE29 II.1.2.3. DURABILIDAD O RESISTENCIA AL INTEMPERISMO30 II.1.2.4. DENSIDAD RELATIVA Y ABSORCIN30 II.1.2.5. ESTABILIDAD QUMICA DE LOS AGREGADOS32 II.1.2.6. FORMA, TEXTURA Y LIMPIEZA DEL AGREGADO33 II.2. MATERIALES ASFLTICOS34 II.2.1. TERMINOLOGA DEL ASFALTO34 II UMSS Facultad de Ciencias y TecnologaCARRETERAS II II.2.2. PROPIEDADES DEL MATERIAL ASFLTICO37 II.3. EMULSIONES ASFLTICAS37 II.3.1. DEFINICIN37 II.3.2. COMPOSICIN38 II.3.3. CLASIFICACIN DE LAS EMULSIONES42 II.3.4. VENTAJAS QUE OFRECEN LAS EMULSIONES45 II.3.5. CUIDADOS QUE DEBEN TOMARSE EN EL USO DE EMULSIONES ASFLTICAS46 II.4. ENSAYOS EN MATERIALES ASFLTICOS 47 II.4.1. BETN ASFLTICO47 II.4.1.1. PENETRACIN 47 II.4.1.2. VISCOSIDAD48 II.4.1.3. PUNTO DE INFLAMACIN49 II.4.1.4. ENSAYO EN ESTUFA EN PELICULA DELGADA50 II.4.1.5. DUCTILIDAD50 II.4.1.6. SOLUBILIDAD51 II.4.1.7. PESO ESPECFICO51 II.4.1.8. PUNTO DE REBLANDECIMIENTO52 II.4.2. ASFALTO LQUIDO DE CURADO RPIDO (RC) Y CURADO MEDIO (MC)52 II.4.2.1. PUNTO DE INFLAMACIN52 II.4.2.2. VISCOSIDAD53 II.4.2.3. DESTILACIN54 II.4.2.4. PESO ESPECFICO55 II.4.3. ASFALTO LQUIDO DE CURADO LENTO (SC)55 II.4.3.1. PUNTO DE INFLAMACIN55 II.4.3.2. VISCOSIDAD55 II.4.3.3. DESTILACIN56 II.4.3.4. FLOTADOR57 II.4.3.5. ASFALTO RESIDUAL DE PENETRACIN 10057 II.4.3.6. DUCTILIDAD57 II.4.3.7. SOLUBILIDAD58 II.4.3.8. PESO ESPECFICO58 II.4.4. EMULSIN ASFLTICA58 II.4.4.1. VISCOSIDAD58 II.4.4.2. RESIDUO DE DESTILACIN58 II.4.4.3. SEDIMENTACIN59 III UMSS Facultad de Ciencias y TecnologaCARRETERAS II II.4.4.4. DEMULSIBILIDAD59 II.4.4.5. ENSAYO DE TAMIZADO60 II.4.4.6. MEZCLADO CON CEMENTO60 II.4.4.7. ENSAYOS SOBRE EL RESIDUO 61 II.4.4.8. PESO ESPECFICO61 II.5. TEMPERATURAS DE APLICACIN DEL ASFALTO67 CAPITULO III69 III. TRATAMIENTOS SUPERFICIALES70 III.1. DEFINICIN70 III.2. FACTORES QUE INTERVIENEN EN EL DISEO DE TRATAMIENTOS SUPERFICIALES72 III.2.1. PROPIEDADES DE LOS AGREGADOS72 III.2.1.1. CARACTERSTICAS FUNDAMENTALES72 III.2.1.2. CARACTERSTICAS FSICAS73 III.2.1.2.1. GRANULOMETRA73 III.2.1.2.2. TAMAO MXIMO74 III.2.1.2.3. FORMA75 III.2.1.2.4. ANGULARIDAD75 III.2.1.2.5. DUREZA76 III.2.1.2.6. POROSIDAD76 III.2.1.2.7. LIMPIEZA76 III.2.1.3. PROPIEDADES FSICO QUMICAS76 III.2.1.3.1. ADHERENCIA76 III.2.1.3.2. ALTERABILIDAD77 III.2.2. PROPIEDADES DE LOS LIGANTES77 III.2.2.1. FACTORES QUE SE CONSIDERAN PARA LA ELECCIN DE LOS LIGANTES77 III.2.2.2. CONDICIONES BSICAS QUE DEBE CUMPLIR EL LIGANTE BITUMINOSO78 III.2.2.3. TEMPERATURA DE APLICACIN DE LOS LIGANTES BITUMINOSOS80 III.2.2.4. DETALLES DEL PROYECTO81 III.3. DOSIFICACIN DE TRATAMIENTOS SUPERFICIALES83 III.3.1. MTODO DIRECTO DE VANISCOTTE Y DUFF83 III.3.2. MTODOS INDIRECTOS 84 IV UMSS Facultad de Ciencias y TecnologaCARRETERAS II III.3.2.1. MTODO DE HANSON 84 III.3.2.1.1. DESCRIPCIN DEL MTODO84 III.3.2.1.2. PROBLEMAS RESUELTOS89 III.3.2.1.3 PROBLEMAS PROPUESTOS93 III.3.2.2. MTODO DE PODESTA Y TAGLE95 III.3.2.2.1. DESCRIPCIN DEL MTODO95 III.3.2.2.2. PROBLEMAS RESUELTOS98 III.3.2.2.3. PROBLEMAS PROPUESTOS105 III.3.2.3. MTODO DE N. W. McLEOD106 III.3.2.3.1 DESCRIPCIN DEL MTODO 106 III.3.2.3.2. PROBLEMAS RESUELTOS114 III.3.2.3.3. PROBLEMAS PROPUESTOS117 III.4. DETALLES CONSTRUCTIVOS118 III.5. EQUIPO UTILIZADO EN LOS TRATAMIENTOS SUPERFICIALES120 CAPITULO IV122 IV. PAVIMENTOS DE CONCRETO ASFLTICO MTODO AASHTO-93123 IV.1. MDULO DE RESILIENCIA123 IV.2. PERIODO DE DISEO126 IV.3. NDICE DE SERVICIABILIDAD126 IV.4. PRDIDA O DISMINUCIN DEL NDICE DE SERVICIABILIDAD128 IV.5. ANLISIS DE TRNSITO128 IV.6. NMERO TOTAL DE EJES SENCILLOS EQUIVALENTES (ESALs) 136 IV.7. NIVEL DE CONFIANZA Y DESVIACIN ESTNDAR137 IV.8. COEFICIENTE DE DRENAJE Cd140 IV.9. DETERMINACIN DEL NMERO ESTRUCTURAL (SN)141 IV.10. DETERMINACIN DE ESPESORES POR CAPAS142 IV.11. ESPESORES MNIMOS EN FUNCIN DEL SN 151 IV.12. PROBLEMAS RESUELTOS162 IV.13. PROBLEMAS PROPUESTOS169 CAPITULO V172 V. PAVIMENTOS DE CONCRETO ASFLTICO MTODO DEL DNER-81 173 V.1. INTRODUCCIN173 V.2.CARACTERIZACIN DEL SUELO173 V UMSS Facultad de Ciencias y TecnologaCARRETERAS II V.2.1. CLASIFICACIN DE SUELOS POR EL MTODO AASHTO173 V.2.2. CAPACIDAD DE SOPORTE175 V.2.3. CLASIFICACIN DE LOS MATERIALES GRANULARES177 V.3. TRFICO178 V.4. FACTOR CLIMTICO REGIONAL185 V.5. COEFICIENTE DE EQUIVALENCIA ESTRUCTURAL186 V.6. ESPESOR MNIMO DEL REVESTIMIENTO BITUMINOSO187 V.7. DIMENSIONAMIENTO DEL PAVIMENTO188 V.8. BERMAS191 V.9. CONSTRUCCIN DE PAVIMENTOS POR ETAPAS191 V.10. PROBLEMAS RESUELTOS192 V.11. PROBLEMAS PROPUESTOS204 CAPITULO VI207 VI. PAVIMENTOS DE CONCRETO ASFLTICO MTODO DEL INSTITUTO DEL ASFALTO (MS-1)208 VI.1. INTRODUCCIN208 VI.2. VENTAJAS DE BASES DE ASFALTO208 VI.3. VENTAJAS DE PAVIMENTOS DE ASFALTO FULL-DEPTH210 VI.4. CLASIFICACIN DE CARRETERAS Y CALLES212 VI.5. FASES DE COSTRUCCIN212 VI.6. PRINCIPIOS DE DISEO213 VI.6.1. CRITERIO DE DISEO215 VI.7. CARACTERSTICAS DE LOS MATERIALES215 VI.8. ANLISIS DE TRFICO217 VI.8.1. ESTIMACIONES DEL VOLUMEN DE TRFICO218 VI.8.2. ESTIMACIN DE EAL220 VI.8.3. DETERMINACIN EAL DE DISEO227 VI.9. CARACTERIZACIN DE LOS MATERIALES229 VI.10. PROCEDIMIENTO DE DISEO ESTRUCTURAL234 VI.10.1. PROCEDIMIENTO DE DISEO234 VI.10.2. VALORES DE ENTRADA DE TRFICO DE DISEO, SUBRASANTE YMATERIALES235 VI.10.3. FACTORES DE AMBIENTE236 VI.10.4. ESPESOR MNIMO DE HORMIGN DEL ASFALTO237 VI.10.5. DETERMINACIN DEL ESPESOR PARA PAVIMENTOS DE CONCRETO VI UMSS Facultad de Ciencias y TecnologaCARRETERAS II ASFLTICO FULL-DEPTH237 VI.10.6. DETERMINACIN DEL ESPESOR PARA PAVIMENTOS DE BASES DE EMULSIONES ASFLTICAS238 VI.10.7. DETERMINACIN DEL ESPESOR PARA PAVIMENTOS CON CONCRETO ASFLTICO ENCIMA DE BASE DE AGREGADOS NO TRATADOS240 VI.10.8. DETERMINACIN DEL ESPESOR PARA PAVIMENTOS CON MEZCLAS DEEMULSIONES ASFLTICAS ENCIMA DE BASE DE AGREGADOS NO TRATADOS242 CAPITULO VII254 VII. DISEO DE MEZCLAS ASFLTICAS MTODO MARSHALL255 VII.1. CONSIDERACIONES GENERALES255 VII.1.1. FACTORES QUE DEBEN CONTROLARSE EN LAS MEZCLAS ASFLTICAS256 VII.1.2. INFLUENCIA RELATIVA DEL ASFALTO Y DEL AGREGADOMINERAL EN LAS CARACTERSTICAS DEL CONCRETO ASFLTICO257 VII.1.3 EFECTO DEL ASFALTO EN LA ESTABILIDAD (CANTIDAD DE ASFALTO)258 VII.1.4. CARACTERSTICAS DEL ASFALTO258 VII.1.5. EFECTO DEL AGREGADO MINERAL EN LA ESTABILIDAD258 VII.1.6. EFECTO DE LA DENSIDAD DE LA MEZCLA EN LA ESTABILIDAD261 VII.1.7. DURABILIDAD 261 VII.1.8. EFECTO DEL ASFALTO EN LA DURABILIDAD 262 VII.1.9. EFECTO DEL AGREGADO MINERAL EN LA DURABILIDAD262 VII.1.10. TEMPERATURA DE MEZCLA263 VII.1.11. CANTIDAD DE ASFALTO EN LA MEZCLA263 VII.1.12. ASFALTO ABSORBIDO POR EL AGREGADO264 VII.2. MTODOS DE DISEO264 VII.2.1 MTODO MARSHALL264 VII.2.1.1. CONSIDERACIONES PRELIMINARES 264 VII.2.1.2.CRITERIOS PARA EL PROYECTO DE UNA MEZCLA ASFLTICA266 VII.3.DESCRIPCIN DEL MTODO MARSHALL267 VII.3.1.EQUIPO268 VII.3.2.PREPARACIN DE LAS MUESTRAS PARA ENSAYO269 VII.3.3. PREPARACIN DE LAS MEZCLAS270 VII UMSS Facultad de Ciencias y TecnologaCARRETERAS II VII.3.4. COMPACTACIN DE LOS NCLEOS DE PRUEBA271 VII.4.ENSAYO MARSHALL271 VII.4.1.PROCEDIMIENTO DE ENSAYO271 VII.4.2.EQUIPO REQUERIDO272 VII.4.3.PRUEBAS DE ESTABILIDAD Y FLUENCIA272 VII.5.ANLISIS DE DENSIDAD Y VACOS274 VII.6.PRESENTACIN DE RESULTADOS275 VII.7.DETERMINACIN DEL CONTENIDO PTIMO DE ASFALTO276 VII.8.TENDENCIAS Y RELACIONES DE LOS RESULTADOS DE ENSAYO276 VII.9. CRITERIO PARA ELEGIR UNA MEZCLA SATISFACTORIA277 VII.10. GUA GENERAL PARA AJUSTAR LA MEZCLA DE PRUEBA278 VII.11. EJEMPLO280 CAPITULO VIII287 VIII. PAVIMENTOS DE CEMENTO PORTLAND MTODO AASHTO-93288 VIII.1. VARIABLES DE ENTRADA288 VIII.1.1. VARIABLES DE TIEMPO288 VIII.1.2. CONFIABILIDAD O NIVEL DE CONFIANZA288 VIII.1.3. DESVIACIN ESTNDAR Y FACTOR DE DESVIACIN NORMAL289 VIII.1.4. NIVEL DE SERVICIABILIDAD290 VIII.1.5. TRNSITO291 VIII.1.6. MDULO DE REACCIN DE LA SUBRASANTE301 VIII.1.7. PERDIDA DE SOPORTE LS304 VIII.1.8. CARACTERIZACIN DEL HORMIGN UTILIZADO EN EL PAVIMENTO305 VIII.1.9. DRENAJE307 VIII.1.10 TRANSFERENCIA DE CARGAS J308 VIII.2. PROCEDIMIENTO PARA CALCULAR EL ESPESOR DE LOSA309 VIII.3. DISEO DE JUNTAS313 VIII.3.1. ESPACIAMIENTO ENTRE JUNTAS315 VIII.4.PAVIMENTOS DE HORMIGN ARMADO316 VIII.4.1. CLCULO DE ARMADURAS317 VIII.4.1.1. VARIABLES PARA EL CLCULO DE ARMADURAS ENPAVIMENTOS CON JUNTAS317 VIII UMSS Facultad de Ciencias y TecnologaCARRETERAS II VIII.4.2. ARMADURA LONGITUDINAL PARA PAVIMENTOS CON JUNTAS319 VIII.5. PAVIMENTOS DE HORMIGN CON ARMADURA CONTINUA320 VIII.5.1. VARIABLES PARA EL CLCULO DE ARMADURAS320 VIII.5.2. ARMADURA LONGITUDINAL322 VIII.5.3. CRITERIOS LIMITANTES325 VIII.5.4. DISEO DE ARMADURA TRANSVERSAL332 VIII.5.5. CALCULO DE BARRAS DE UNIN332 VIII.6. PROBLEMAS RESUELTOS338 VIII.7. PROBLEMAS PROPUESTOS341 CAPITULO IX343 IX. PAVIMENTOS DE CEMENTO PORTLAND MTODO PCA-98344 IX.1.INTRODUCCIN344 IX.1.1. FACTORES DE DISEO348 IX.1.1.1. TRNSITO348 IX.1.1.2. DISTRIBUCIN DEL TRFICO DE ACUERDO A LOS EJES349 IX.1.1.3. FACTOR DE DISTRIBUCIN POR CARRIL349 IX.1.1.4. FACTOR DE CRECIMIENTO350 IX.1.1.5. FACTORES DE SEGURIDAD351 IX.1.1.6.DAO ACUMULADO EN EL PERIODO DE DISEO351 IX.1.1.7.REPETICIONES PERMISIBLES DE LAS CARGAS352 IX.1.2. RESISTENCIA DEL CONCRETO352 IX.1.3. MDULO DE REACCIN DE LA SUBRASANTE353 IX.1.4. MDULO DE REACCIN DE LA SUB-BASE353 IX.1.5. CRITERIO DE FATIGA356 IX.1.6. CRITERIO DE EROSIN357 IX.2. ACOTAMIENTOS (BERMAS)366 IX.3. PROBLEMAS RESUELTOS367 IX.4. PROBLEMAS PROPUESTOS373 CAPITULO X374 X. EVALUACIN DE PAVIMENTOS375 X.1. INTRODUCCIN AL MTODO PCI 375 X.2. DEFINICIONES376 IX UMSS Facultad de Ciencias y TecnologaCARRETERAS II X.2.1. DEFINICIN DE TRAMO 376 X.2.2. DEFINICIN DE SECCIN377 X.2.3. DEFINICIN DEL PCI380 X.3. DIVISIN DEL PAVIMENTO EN UNIDADES DE PRUEBA381 X.4. DETERMINACIN DE UNIDADES DE PRUEBA A SER INSPECCIONADAS383 X.4.1. INSPECCIN A NIVEL DE PROYECTO DE EVALUACIN384 X.4.1.1. DETERMINACIN DEL NMERO DE UNIDADES DE PRUEBA A SER INSPECCIONADOS384 X.4.1.2. SELECCIN DE UNIDADES DE PRUEBA PARA INSPECCIONAR386 X.4.2. INSPECCIN A NIVEL DE RED VIAL387 X.4.2.1. DETERMINACIN DEL NMERO DE UNIDADES DE PRUEBAA SER INSPECCIONADOS387 X.4.2.2. SELECCIN DE UNIDADES DE PRUEBA PARA INSPECCIONAR388 X.4.3. CONSIDERACIONES ESPECIALES389 X.4.3.1. INSPECCIN EN CAMINOS389 X.4.3.2. SELECCIN ADICIONAL DE UNIDADES DE PRUEBA389 X.5. EJECUTANDO LA EVALUACIN DE CONDICIONES390 X.5.1. EQUIPO390 X.5.2. PROCEDIMIENTO391 X.6. CALCULO DEL PCI DE UNA UNIDAD DE PRUEBA 391 X.7. CLCULO DEL PCI PARA UNA SECCIN395 X.8. EJEMPLO DE EVALUACIN DE PAVIMENTOS POR EL MTODO PCI396 CAPITULO XI415 XI. REHABILITACIN DE PAVIMENTOS CON REFUERZOS MTODO AASHTO-93416 XI.1. INTRODUCCIN416 XI.2. CONSIDERACIONES PARA LA FACTIBILIDAD DE CADA TIPO DE REFUERZO417 XI.3. CONDICIONES IMPORTANTES EN EL DISEO DE UN REFUERZO418 XI.4. REFUERZO DE CONCRETO ASFLTICO SOBRE PAVIMENTOS DE CONCRETO ASFLTICO419 XI.4.1. FACTIBILIDAD419 XI.4.2. REPARACIONES PREVIAS420 XI.4.3. CONTROL DE REFLEXIN DE FISURAS 421 XI.4.4. DISEO DE ESPESORES 422 X UMSS Facultad de Ciencias y TecnologaCARRETERAS II XI.4.5. FRESADO SUPERFICIAL DEL PAVIMENTO EXISTENTE 438 XI.5. REFUERZO DE CONCRETO ASFLTICO SOBRE PAVIMENTOS DE HORMIGN438 XI.5.1. FACTIBILIDAD439 XI.5.2. TAREAS DE REPARACIN PREVIAS439 XI.5.3. CONTROL DE REFLEXIN DE FISURAS 440 XI.5.4. DISEO DE ESPESORES 442 BIBLIOGRAFA459 ANEXOS461 XI UMSS Facultad de Ciencias y TecnologaCARRETERAS II ndice de Figuras FIG. I.1. SECCIN TPICA DE UN PAVIMENTO3 FIG. I.2. ACTIVIDADES PERTENECIENTES A UN PROYECTO6 FIG. I.3. COSTO DEL CICLO DE VIDA DE UN PAVIMENTO CCV8 FIG. I.4. RELACIN ENTRE DEFORMACIN VERTICAL Y CARGA DESVIANTE19 FIG. II.1. COMPARACIN DE LAS VISCOSIDADES DE LOS ASFALTOS LQUIDOS A 60C54 FIG. II.2. COMPARACINDE LOS GRADOS ANTIGUOS Y MODERNOS DE ASFALTO LQUIDO56 FIG. III.1. DIMENSIN MEDIA MNIMA85 FIG. III.2. CURVA GRANULOMTRICA DEL AGREGADO88 FIG. III.3. VALOR DEL TAMAO MXIMO EFECTIVO (ALD)88 FIG. IV.1. BACO PARA LA DETERMINACIN DEL DAO RELATIVO 124 FIG. IV.2. BACO DE DISEO AASHTO PARA PAVIMENTOS FLEXIBLES142 FIG. IV.2. BACO DE DISEO AASHTO PARA PAVIMENTOS FLEXIBLES145 FIG. IV.3. BACO PARA ESTIMAR EL NMERO ESTRUCTURAL DE LA CARPETA ASFLTICA a1146 FIG. IV.4. BACO PARA ESTIMAR EL NMERO ESTRUCTURAL DE LA CAPA BASE GRANULAR a2147 FIG. IV.5. BACO PARA ESTIMAR EL NMERO ESTRUCTURAL DE LA SUB-BASE GRANULAR a3148 FIG. IV.6. BACO PARA ESTIMAR EL NMERO ESTRUCTURAL DE LA CAPA ESTABILIZADA CON CEMENTO149 FIG. IV.7. BACO PARA ESTIMAR EL NMERO ESTRUCTURAL DE LA CAPA ESTABILIZADA CON ASFALTO150 FIG. V.1. FACTORES DE EQUIVALENCIA DE OPERACIONES (FCj) PARA EJES SIMPLES Y TANDEM184 FIG. V.2. ESPESOR DE PAVIMENTO, EN FUNCIN DE (N) Y EL I.S. O C.B.R.190 FIG. V.3. SIMBOLOGA UTILIZADA EN EL DIMENSIONAMIENTO DEL PAVIMENTO190 FIG. VI.1. PROPAGACIN DE LA PRESIN DE LA CARGA DE RUEDA A TRAVS DE LA ESTRUCTURA DEL PAVIMENTO209 XII UMSS Facultad de Ciencias y TecnologaCARRETERAS II FIG. VI.2. DEFORMACIN DEL PAVIMENTO PRODUCIDO POR ESFUERZOS DE TENSIN Y COMPRESIN209 FIG. VI.3. LOCALIZACIN DE LOS ESFUERZOS CONSIDERADOS EN EL PROCEDIMIENTO DE DISEO214 FIG. VI.4. FACTORES DE EQUIVALENCIA DE CARGA223 FIG. VI.5. FACTOR DE AJUSTE EAL PARA PRESIN DEL NEUMTICO229 FIG. VII.1. CURVA VISCOSIDAD TEMPERATURA PARA CEMENTOS ASFLTICOS270 FIG. VII.2. CURVA ESTABILIDAD vs. PORCENTAJE DE ASFALTO283 FIG. VII.3. CURVA DE PESO UNITARIO vs. PORCENTAJE DE ASFALTO284 FIG. VII.4. CURVA PORCENTAJE DE VACOS EN LA MEZCLA vs. PORCENTAJE DE ASFALTO284 FIG. VII.5. CURVA FLUJO vs. PORCENTAJE DE ASFALTO285 FIG. VII.6. CURVA PORCENTAJE DE VACOS EN EL AGREGADOS vs. PORCENTAJE DE ASFALTO285 FIG. VIII.1. BACO PARA OBTENER EL MDULO DE REACCIN COMPUESTO POR EFECTO COMBINADO DE SUBRASANTE Y SUB-BASE302 FIG. VIII.2. DAO RELATIVO DEL PAVIMENTO RGIDO303 FIG. VIII.3. BACO PARA CORREGIR EL MDULO DE REACCIN DE LA SUBRASANTE POR PERDIDA DE SOPORTE DE LA SUB-BASE304 FIG. VIII.4.a. BACO DE DISEO PARA PAVIMENTOS RGIDOS311 FIG. VIII.4.b. BACO DE DISEO PARA PAVIMENTOS RGIDOS312 FIG. VIII.5. BACO DE DISEO PARA PAVIMENTOS DE HORMIGN ARMADO CON JUNTAS319 FIG. VIII.6. BACO PARA ESTIMAR LAS TENSIONES DE TRACCIN DEBIDAS A CARGAS DE RUEDAS324 FIG. VIII.7. PORCENTAJE DE ARMADURA LONGITUDINAL PARA SATISFACER CRITERIO DE ESPACIAMIENTO DE FISURAS328 FIG. VIII.8. PORCENTAJE MNIMO DE ARMADURA LONGITUDINAL PARA SATISFACER CRITERIO DE ANCHO DE FISURAS329 FIG. VIII.9. PORCENTAJE MNIMO DE ARMADURA LONGITUDINAL PARA SATISFACER CRITERIO DE TENSIN EN ACERO330 FIG. VIII.10. ESPACIAMIENTO MXIMO RECOMENDADO PARA BARRAS DE UNIN DE 13 mm EN PAVIMENTOS DE HORMIGN SIMPLE334 FIG. VIII.11. ESPACIAMIENTO MXIMO RECOMENDADO PARA BARRAS DE UNIN DE 16 mm EN PAVIMENTOS DE HORMIGN SIMPLE335 FIG. VIII.12. DISTANCIA AL BORDE LIBRE PARA CLCULO DE BARRAS DE UNIN338 XIII UMSS Facultad de Ciencias y TecnologaCARRETERAS II FIG. IX.1. FACTORES DE DISTRIBUCIN POR CARRIL 350 FIG. IX.2. MTODO PCA 1984, ANLISIS POR FATIGA - ACOTAMIENTO CON Y SIN PAVIMENTO358 FIG. IX.3. MTODO PCA 1984, ANLISIS POR EROSIN - ACOTAMIENTOSIN PAVIMENTO359 FIG. IX.4. MTODO PCA 1984, ANLISIS POR EROSIN - ACOTAMIENTOPAVIMENTADO360 FIG. X.1. ILUSTRACIN CONCEPTUAL DEL CICLO DE VIDA DE LA CONDICIN DEL PAVIMENTO375 FIG. X.2. EJEMPLO DEL USO DEL ENSAYO NO-DESTRUCTIVO DE DEFLEXIN (NDT) 378 FIG. X.3. EJEMPLO DE IDENTIFICACIN DE TRAMO Y SECCIN380 FIG. X.4. EJEMPLO DE UNA RED DE CAMINO DIVIDIDA EN UNIDADES DE PRUEBA382 FIG. X.5. EJEMPLO DE UNA SECCIN DE PAVIMENTO DIVIDIDA EN UNIDADES DE PRUEBA383 FIG. X.6. SECCIN DEL NMERO MNIMO DE UNIDADES DE PRUEBA385 FIG. X.7. EJEMPLO DE MUESTREO SISTEMTICO ALEATORIO386 FIG. X.8. CURVA DEDUCIDA DE PAVIMENTO AC PARA ANOMALA DE PIEL DE COCODRILO 392 FIG. X.9. CURVAS DE CORRECCIN PARA PAVIMENTOS DE CAMINOS DE CONCRETO ASFLTICO394 FIG. XI.1. ESQUEMA DE LA ZONA SOMETIDA A TENSIONES EN UN PAVIMENTO SOMETIDO A UN ENSAYO FWD424 FIG. XI.2. DISTANCIA A LA QUE LA DEFLEXIN DEPENDE SOLO DE LAS PROPIEDADES DE LA SUBRASANTE425 FIG. XI.3. DETERMINACIN DE EP/MR429 FIG. XI.4. AJUSTE PARA d0 POR TEMPERATURA PARA PAVIMENTO CON BASE GRANULAR O TRATADA CON ASFALTO430 FIG. XI.5. AJUSTE PARA d0 POR TEMPERATURA PARA PAVIMENTO CON BASE TRATADA CON CEMENTO Y/O PUZOLANAS431 FIG. XI.6. SNef EN FUNCIN DE EP (MTODO NDT)435 FIG. XI.7. FACTOR A PARA CONVERTIR DEFICIENCIAS EN ESPESOR DE HORMIGN EN ESPESOR DE REFUERZO DE CONCRETO ASFLTICO443 FIG. XI.8. VALOR EFECTIVO DINMICO DE k EN FUNCIN DE d0 Y REA448 FIG. XI.9. MDULO ELSTICO DEL HORMIGN EN FUNCIN k Y REA449 FIG. XI.10. FACTOR DE AJUSTE POR JUNTAS Y FISURAS456 XIV UMSS Facultad de Ciencias y TecnologaCARRETERAS II ndice de Tablas TABLA II.1. VALORES ESPECIFICADOS PARA MATERIALES DE BASE Y SUB-BASE27 TABLA II.2. COMPOSICIN DE LAS EMULSIONES ASFLTICAS41 TABLA II.3. NORMAS DESARROLLADAS POR LA AASHTO Y LA ASTM44 TABLA II.4. CUADRO COMPARATIVO DE LOS MATERIALES ASFLTICOS46 TABLA II.5. ESPECIFICACIONES PARA BETUNES ASFLTICOS62 TABLA II.6. ESPECIFICACIONES PARA ASFALTOS FLUIDIFICADOS DE CURADO RPIDO (RC)63 TABLA II.7. ESPECIFICACIONES PARA ASFALTOS FLUIDIFICADOS DE CURADO MEDIO (MC)64 TABLA II.8. ESPECIFICACIONES PARA ASFALTOS FLUIDIFICADOS DE CURADO LENTO (LC)65 TABLA II.9. ESPECIFICACIONES PARA EMULSIONES ASFLTICAS66 TABLA II.10. TEMPERATURAS DE APLICAIN DEL ASFALTO 68 TABLA III.1. TEMPERATURA DE APLICACIN DEL LIGANTE BITUMINOSO80 TABLA III.2. ANLISIS DE FACTORES QUE PUEDEN AFECTAR LA ELECCIN Y COMPORTAMIENTO DE LOS LIGANTES81 TABLA III.3. ANLISIS DE FACTORES QUE PUEDEN AFECTAR LA ELECCIN Y COMPORTAMIENTO DE LOS AGREGADOS82 TABLA III.4. CANTIDAD DE LIGANTE PARA LLENAR EL 20 % DE VACOS87 TABLA III.5. PORCENTAJE DE LIGANTE PARA DIFERENTES RELACIONES96 TABLA III.6. AUMENTO DE LIGANTE POR RUGOSIDAD DE LA SUPERFICIE97 TABLA III.7. VALORES DEL FACTOR DE PERDIDA E108 TABLA III.8. VALORES DEL FACTOR DE TRFICO T 109 TABLA III.9. VALORES DE CORRECCIN POR LA TEXTURA DE LA SUPERFICIE S109 TABLA III.10. VALORES DE LA FRACCIN RESIDUAL R111 TABLA IV.1. PERIODOS DE DISEO EN FUNCIN DEL TIPO DE CARRETERA126 TABLA IV.2. FACTOR DE CRECIMIENTO132 TABLA IV.3. FACTOR DE DISTRIBUCIN POR CARRIL133 TABLA IV.4. VALORES DEL NIVEL DE CONFIANZA R DE ACUERDO AL TIPO DE CAMINO138 TABLA IV.5. FACTORES DE DESVIACIN NORMAL139 XV UMSS Facultad de Ciencias y TecnologaCARRETERAS II TABLA IV.6. CAPACIDAD DEL DRENAJE140 TABLA IV.7. VALORES mi PARA MODIFICAR LOS COEFICIENTES ESTRUCTURALES O DE CAPA DE BASES Y SUB-BASES SIN TRATAMIENTO141 TABLA IV.8. ESPESORES MNIMOS EN PULGADAS EN FUNCIN DE LOS EJES EQUIVALENTES144 TABLA IV.9. FACTORES EQUIVALENTES DE CARGA, EJES SIMPLES, pt = 2,0153 TABLA IV.10. FACTORES EQUIVALENTES DE CARGA, EJES TANDEM, pt = 2,0154 TABLA IV.11. FACTORES EQUIVALENTES DE CARGA, EJES TRIDEM, pt = 2,0155 TABLA IV.12. FACTORES EQUIVALENTES DE CARGA, EJES SIMPLES, pt = 2,5 156 TABLA IV.13. FACTORES EQUIVALENTES DE CARGA, EJES TANDEM, pt = 2,5157 TABLA IV.14. FACTORES EQUIVALENTES DE CARGA, EJES TRIDEM, pt = 2,5158 TABLA IV.15. FACTORES EQUIVALENTES DE CARGA, EJES SIMPLES, pt = 3,0 159 TABLA IV.16. FACTORES EQUIVALENTES DE CARGA, EJES TANDEM, pt = 3,0160 TABLA IV.17. FACTORES EQUIVALENTES DE CARGA, EJES TRIDEM, pt = 3,0161 TABLA V.1. CLASIFICACIN DE LOS SUELOS MTODO AASHTO (MATERIAL GRANULAR)174 TABLA V.2. CLASIFICACIN DE LOS SUELOS MTODO AASHTO (MATERIAL LIMO - ARCILLOSO)175 TABLA V.3. VALOR DEL CBR CORREGIDO EN FUNCIN DEL IG176 TABLA V.4. GRANULOMETRA DEL MATERIAL PARA CAPA BASE178 TABLA V.5. ORGANIZACIN DE LA INFORMACIN PARA CALCULAR EL FACTOR DE CARGA (FC)182 TABLA V.6. PORCENTAJE DE VEHCULOS COMERCIALES EN CARRIL DE DISEO183 TABLA V.7. VALORES DE (FR) PARA DIFERENTES NIVELES DE LLUVIA185 TABLA V.8. COEFICIENTES DE EQUIVALENCIA ESTRUCTURAL186 TABLA V.9. ESPESOR MNIMO DEL REVESTIMIENTO187 TABLA VI.1. PORCENTAJE DE TRFICO TOTAL DE CAMIONES EN EL CARRIL DE DISEO219 TABLA VI.2. FACTOR DE CRECIMIENTO220 TABLA VI.3. FACTOR DE EQUIVALENCIA DE CARGA 224 TABLA VI.4. EJEMPLO DE DISTRIBUCIN DE CARGAS POR EJE225 TABLA VI.5. DISTRIBUCIN DE FACTOR DE CAMIN (FT) PARA DIFERENTES CLASES DE CARRETERAS Y VEHCULOS E.E.U.U.226 TABLA VI.6. EJEMPLO DE HOJA DE CLCULO PARA EL ANLISIS DE TRFICO228 TABLA VI.7. ENSAYOS DE SUELOS DE LA SUBRASANTE Y TAMAOS DE PARTICULAS230 TABLA VI.8. VALOR PERCENTIL DEL MR PARA DISEO DE LA SUBRASANTE, DE ACUERDO AL NIVEL DEL TRNSITO 231 XVI UMSS Facultad de Ciencias y TecnologaCARRETERAS II TABLA VI.9. REQUISITOS DE CALIDAD DE BASE Y SUB-BASE DE AGREGADO NO TRATADO232 TABLA VI.10. SELECCIN DE LA CALIDAD DE ASFALTO236 TABLA VI.11. ESPESOR MNIMO DE CONCRETO ASFLTICO ENCIMA DE BASES DE EMULSIONES ASFLTICAS237 TABLA VI.12. ESPESOR MNIMO DE CONCRETO ASFLTICO ENCIMA DE BASES DE AGREGADO NO TRATADO241 TABLA VII.1. EFECTO DE LA DENSIDAD EN LA PRUEBA MARSHALL 261 TABLA VII.2. ESPECIFICACIONES MARSHALL DE DISEO277 TABLA VII.3. PORCENTAJE MNIMO DE VACOS EN EL AGREGADO MINERAL278 TABLA VII.4. DATOS OBTENIDOS DEL ENSAYO MARSHALL281 TABLA VII.5. FORMULARIO PARA REGISTRO Y CLCULO ENSAYO MARSHALL286 TABLA VIII.1. NIVELES DE CONFIABILIDAD RECOMENDADAS POR AASHTO289 TABLA VIII.2. DESVIACIN NORMAL DE CONFIABILIDAD290 TABLA VIII.3. FACTORES EQUIVALENTES DE CARGA PARA PAVIMENTO RGIDO292 TABLA VIII.4. VALORES DEL FACTOR LS305 TABLA VIII.5. COEFICIENTE DE DRENAJE PARA PAVIMENTOS RGIDOS308 TABLA VIII.6. COEFICIENTE DE TRANSFERENCIA DE CARGAS309 TABLA VIII.7. VALORES DEL FACTOR DE FRICCIN318 TABLA VIII.8. VALORES DE CONTRACCIN DEL HORMIGN 320 TABLA VIII.9. COEFICIENTE DE DILATACIN DEL HORMIGN321 TABLA VIII.10. PLANILLA DE CLCULO DE ARMADURA LONGITUDINAL DE PAVIMENTOS CONTINUOS323 TABLA VIII.11. TENSIONES DE TRABAJO DEL ACERO 325 TABLA VIII.12. PLANILLA PARA EL CLCULO DE ARMADURA LONGITUDINAL331 TABLA VIII.13. ESPACIAMIENTO MXIMO RECOMENDADO PARA BARRAS DE UNIN336 TABLA IX.1. ESFUERZO EQUIVALENTE [kg/cm2] ACOTAMIENTO SIN PAVIMENTAR346 TABLA IX.2. ESFUERZO EQUIVALENTE [kg/cm2] ACOTAMIENTO PAVIMENTADO347 TABLA IX.3. FACTORES DE CRECIMIENTO FC351 TABLA IX.4. EFECTO DE LAS SUB-BASES GRANULARES SOBRE LOS VALORES DE K354 TABLA IX.5. VALORES DE K PARA SUB-BASE DE SUELO CEMENTADO355 TABLA IX.6. EFECTO DE LAS SUB-BASES NO TRATADAS SOBRE LOS VALORES DE K355 TABLA IX.7. VALORES DE DISEO DE K PARA BASES TRATADAS CON CEMENTO356 TABLA IX.8. VALORES DE K PARA SUB-BASES DE CONCRETO ASFLTICO356 TABLA IX.9. FACTOR DE EROSIN, JUNTA CON PASAJUNTAS ACOTAMIENTO SIN PAVIMENTO363 XVII UMSS Facultad de Ciencias y TecnologaCARRETERAS II TABLA IX.10. FACTOR DE EROSIN, JUNTA SIN PASAJUNTAS ACOTAMIENTO SIN PAVIMENTAR364 TABLA IX.11. FACTOR DE EROSIN, JUNTA CON PASAJUNTAS ACOTAMIENTO PAVIMENTADO365 TABLA IX.12. FACTOR DE EROSIN, JUNTA SIN PASAJUNTAS ACOTAMIENTO PAVIMENTADO366 TABLA IX.13. DISTRIBUCIN DE TRNSITO PARA DATOS DE EJES CARGADOS370 TABLA IX.14. PLANILLA DE CLCULO PARA DISEO DE PAVIMENTO RGIDO371 TABLA X.1. EJEMPLO DE NIVEL DE RED VIAL: CRITERIO DE MUESTREO387 TABLA X.2. EJEMPLO DE NIVEL DE RED VIAL, BASADO EN LA ECUACIN X.1388 TABLA XI.1. VALORES SUGERIDOS DEL COEFICIENTE ESTRUCTURAL PARA CAPAS DE PAVIMENTOS DETERIORADOS436 XVIII UMSS Facultad de Ciencias y TecnologaCARRETERAS II ndice de Anexos ANEXOS461 ANEXO I: Ensayos para Obras de Pavimentacin462 ANEXO II: Manual de Anomalas PCI518 ANEXO II-A: HOJAS DE ESTUDIO DE CAMPO (En Blanco)519 ANEXO II-B: DEFINICIONES DE ANOMALAS Y CURVAS DE VALORES DEDUCIDOS EN CAMINOS DE CONCRETO ASFLTICO523 ANEXO II-C: DEFINICIONES DE ANOMALAS Y CURVAS DE VALORESDEDUCIDOS EN CAMINOS DE CONCRETO DE CEMENTO PORTLAND576 1 INTRODUCCIN CAPITULO I CAPITULO I: Introduccin2 UMSS Facultad de Ciencias y TecnologaCARRETERAS II I. INTRODUCCIN I.1. FUNCIONES DE UN PAVIMENTO Unpavimentodeunaestructura,asentadosobreunafundacinapropiada,tienepor finalidadproporcionarunasuperficiederodamientoquepermitaeltrficoseguroy confortabledevehculos,avelocidadesoperacionalesdeseadasybajocualquier condicinclimtica.Hayunagrandiversidaddetiposdepavimento,dependiendodel tipo de vehculos que transitaran y del volumen de trfico. LaIngenieradePavimentostieneporobjetivoelproyecto,laconstruccin,el mantenimientoylagerenciadepavimentos,detalmodoquelasfuncionessean desempaadasconelmenorcostoparalasociedad.Tratndose,esencialmente,deuna actividadmultidisciplinaria,dondeestninvolucradosconceptosytcnicasdelas Ingenieras:Geotecnia,deEstructuras,deMateriales,deTransportesydeSistemas,en vistadelaimportanciasedebeestimaryefectuarelmantenimientodepavimentos existentes. En un camino no pavimentado, las condiciones de funcionamiento son precarias, lo que generalimitacionesenlasvelocidadesylascargasdelosvehculos,tambinseelevan los costos operacionales (mantenimiento y combustible). La utilizacin de un camino de tierra depende de las condiciones climticas y de un drenaje satisfactorio. En un camino conrevestimientoprimario(cascajoounsuelopedregosoarenoso),lascondiciones climticas pueden ser menos importantes pero si un drenaje eficaz. Un pavimento difcilmente sufre una ruptura catastrfica, a menos que exista un error en el proyecto geotcnico en casos como los de pavimentos asentados en terraplenes sobre suelos expansivos. Esa degradacin se da, usualmente, de forma continua a lo largo del tiempoesdesdelaaberturaaltrfico,pormediodemecanismoscomplejosyqueno estn ntegramente relacionados, donde gradualmente se van acumulando deformaciones CAPITULO I: Introduccin3 UMSS Facultad de Ciencias y TecnologaCARRETERAS II plsticas y siendo formadas a trabes de las capas (asflticas o cementadas), provenientes deunacombinacinentrelaaccindelascargasdeltrficoylosefectosdela intemperie(variacionesdetemperaturayhumedadalolargodeltiempo).Adems,la condicinderupturadeunpavimentoes,hastaciertopunto,indefinidaysubjetiva, existiendodivergenciasentrelostcnicosyadministradoresencuantoalmejor momentopararestaurarunpavimentoquepresentaunciertoniveldedeterioro estructural y/o funcional. I.2. COMPONENTES DE UN PAVIMENTO EnlaFiguraI.1semuestraesquemticamente,loscomponentesprincipalesdeun pavimento asfltico. Se puede considerar que la estructura de un pavimento esta formada por una superestructura encima de una fundacin, esta ltima debe ser el resultado de un estudiogeotcnicoadecuado.Enlospavimentoscamineros,lasuperestructuraest constituida por la capa de revestimiento y la capa base; la fundacin est formada por las capas de sub-base y suelo compactado. Figura I.1. Seccin tpica de un pavimento. Fuente: Instituto Tecnolgico de Aeronutica, Ingeniera de Pavimentos, Brasil, 2000. CAPITULO I: Introduccin4 UMSS Facultad de Ciencias y TecnologaCARRETERAS II 1.Capa de Rodadura5.Subrasante 2.Capa Base6.Sub-drenaje longitudinal 3.Capa Sub-base7.Revestimiento de Hombreras 4.Suelo Compactado 8.Sub-base de Hombreras La capa de rodadura o revestimiento asfltico tiene las siguientes funciones: -Impermeabilizar el pavimento, para que las capas subyacentes puedan mantener su capacidad de soporte. -Proveer una superficie resistente al deslizamiento, incluso en una pista hmeda. -Reducirlastensionesverticalesquelacargaporejeejercesobrelacapabase, para poder controlar la acumulacin de deformaciones plsticas en dicha capa. La capa base tiene las siguientes funciones: -Reducirlastensionesverticalesquelascargasporejeejercensobrelascapas sub-base y suelo natural. -Reducir las deformaciones de traccin que las cargas por eje ejercen a la capa de revestimiento asfltico. -Permitir el drenaje del agua que se infiltra en el pavimento, a travs de drenajes laterales longitudinales (Figura I.1). Lacapa sub-base esta constituida por un material de capacidad de soporte superior a la del suelo compactado y se utiliza para permitir la reduccin del espesor de la capa base. CAPITULO I: Introduccin5 UMSS Facultad de Ciencias y TecnologaCARRETERAS II Lacapadesueloreforzado,puedeestarpresenteenunaestructuradepavimento,para poder reducir el espesor de la capa sub-base. Elsuelocompactado,eselmismosuelodelterrapln,queestaescarificadoy compactadounaciertaprofundidaddependiendodesunaturalezaodelas especificaciones del proyecto. I.3. PROYECTO DE UN PAVIMENTO Proyectarunpavimentosignificadeterminarlacombinacindemateriales,espesoresy posicionesdelascapasconstituyentesqueseamseconmica,deentretodaslas alternativas viables que satisfagan los requisitos funcionales requeridos. Se trata de una actividadqueincluyetodoslospasosusualesdeunproyectodecualquiertipode estructura, donde el producto elaborado incluye las especificaciones que sern seguidas durante la construccin, como se indica en la Figura I.2. En esta figura los tres primeros pasosdelprocesofueronagrupadosenunmismobloqueparamostrarquenohayuna sucesintemporaldirectaentreellos.Amedidaquevansiendoconcebidaslas solucionestcnicamenteviablesserequierennuevosdatos,cuyanecesidadhasta entonces era insospechada. Enelanlisiseconmicodelasalternativassetiendeaconcentrarnicamenteenel costoinicial(construccindepavimentonuevo),sinembargoelidealesadoptarun enfoque de sistema de gerencia de pavimentos (SGP) en nivel de proyecto, que consiste enbuscarlaminimizacindelcostototaldelciclodevidadelpavimento,queest compuestoporlasumadeloscostosdeconstruccin(costoinicial),demantenimiento (recurrenteduranteelperiododeproyecto)yderestauracin(alfinaldelperiodode proyecto). Otra recomendacin importante es analizar el mayor nmero posible de alternativas para la seccin del pavimento, considerando todos los tipos de estructura que sean capaces de CAPITULO I: Introduccin6 UMSS Facultad de Ciencias y TecnologaCARRETERAS II satisfacerlosrequisitosfuncionalesespecificados(pavimentosflexibles,semirgidos, rgidos, etc.). Figura I.2. Actividades pertenecientes a un proyecto. Fuente: Instituto Tecnolgico de Aeronutica, Ingeniera de Pavimentos, Brasil, 2000. Los siguientes factores deben ser tomados en cuenta, para que el proyecto sea completo y eficaz: -Materiales disponibles. -Experienciaprcticadelasempresasconstructorasenlaejecucindelos servicios previstos. -Restricciones presupuestarias. PROYECTO 1. Definicin de problema. 2. Obtencin de informacin necesaria. 3. Concepcin y generacin de alternativas tcnicamente viables. 4. Anlisis del desempeo esperado de las alternativas viables y determinacin de las alternativas aceptables. 5. Anlisis de las alternativas aceptables. 6. Definicin de la solucin a ser implementada. Especificaciones De los materiales de construccin. De los procesos constructivos. Del control tecnolgico y de la calidad de ejecucin. CONSTRUCCIN CAPITULO I: Introduccin7 UMSS Facultad de Ciencias y TecnologaCARRETERAS II -Restricciones operacionales y logsticas. -Niveldeconfiabilidad:Nc=PR(Vs>PP)deseableparaelproyecto.El porcentaje de rea que representar la vida de servicio (Vs) mnima debe ser igual al periodo de proyecto (PP) adoptado. El valor Nca ser fijado depende delaimportanciadelacarreterayaquecuantomenorseasuvalor,mayor ser la frecuencia con que ocurrirn los deterioros localizados antes del final delperiododeproyecto,siendonecesarialaejecucindetrabajosde conservacinmasfrecuentes.Otrofactorquetieneinfluenciaenelnivelde confiabilidad(Nc)eslavariacinesperadadelaspropiedadesmecnicasde los materiales de construccin. -Modelodeseadoparalautilizacindelpavimentoalolargodelperiodode proyecto. -Trfico previsto durante el periodo de proyecto. -Condiciones climticas regionales (rgimen pluviomtrico y temperaturas). -Consideraciones o no de estrategias de pavimentacin por etapas, en funcin de la incertidumbre sobre el trfico futuro. Conlaaplicacindelsistemadegerenciadepavimentonosepretendeminimizar nicamente el costo de construccin del pavimento, si no el costo total del ciclo de vida, definido en la Figura I.3. CAPITULO I: Introduccin8 UMSS Facultad de Ciencias y TecnologaCARRETERAS II CI Costo CR CCi PPTiempo Figura I.3. Costo del ciclo de vida de un pavimento CCV Fuente: Instituto Tecnolgico de Aeronutica, Ingeniera de Pavimentos, Brasil, 2000. ( )( )( )1111 1=++++ =PPPPiiirPP CRrCCCI CCV donde: CCV = Costo del ciclo de vida de un pavimento. CI= Costo inicial de la construccin del pavimento nuevo. CCi= Costo de mantenimiento por ao i. CR(PP)= Costo de restauracin al final del periodo de proyecto (PP). r= Tasa de oportunidad del capital (% por ao) = tasa interna de retorno de inversin de riesgo mnimo de economa. (r = 16% - 6% = 10%) donde 6% representa la inflacin. La ventaja de este procedimiento est en poder elegir la solucin ms eficaz en trminos econmicos,ynoaquellaqueesdemenorcostodeimplantacin.Elprocedimiento convencionalpuedellevaraseriosproblemascuandollegaelmomentoderestaurarel CAPITULO I: Introduccin9 UMSS Facultad de Ciencias y TecnologaCARRETERAS II pavimento.Elcasotpicodelospavimentossemirgidoscuyarestauracintiendeaser onerosa debido a la reflexin de las fisuras de la base cementada. Un proyecto efectivamente optimizado est definido por: MinimizarCCV sujeto a: CI s restriccin presupuestaria Vs > PP Por las consideraciones realizadas el proyecto de un pavimento debe tener los siguientes componentes: -Dimensionamiento estructural: donde se determina la seccin del pavimento para que sea capaz de resistir los efectos deteriorantes de las cargas de trfico. -Especificacindelosmaterialesdeconstruccin:incluyendolosprocesos constructivos y procedimientos para el control tecnolgico de calidad. -Proyecto geotcnico: incluyendo la consideracin eventual de problemas como el acolchonamientodesuelosarcillososdebajoelpesodelosterraplenes,la estabilidad y erosionabilidad de los taludes. -Proyectodedrenaje:dondesedeterminan,dimensionanyespecificanlos elementos necesarios para el retiro de las aguas de infiltracin. CAPITULO I: Introduccin10 UMSS Facultad de Ciencias y TecnologaCARRETERAS II I.4. TIPOS DE PAVIMENTOS Pavimentos flexibles. oConvencionales de base granular. oDeep-Strength de base asfltica. oPavimentos full-depth. oPavimentos con tratamiento superficial (pueden ser semirgidos tambin). Pavimentos rgidos. Pavimentos semirgidos. I.4.1. PAVIMENTOS CON TRATAMIENTO SUPERFICIAL Lostratamientossuperficialesdoblesotriplespuedenserutilizadoscomocapasde revestimiento en carreteras de trfico leve a medio. Se construyen mediante la aplicacin decapasdeligantebituminososobrelascualesseconformancapasdemateriales ptreoscompactados,cuyagranulometradebeserrigurosamentecontroladapara satisfacer las exigencias de las especificaciones tcnicas adoptadas en el proyecto. Eldeteriorodelrevestimientoseproduceprincipalmenteporlafisuracindebidaala fatigay/oaldesgaste.Lostratamientossuperficialessimplesquedebenserutilizados apenasparaaccesosdondeeltrficodeproyectoesdelordendel1%deltrficode proyectodelasfajasderodadura,oparalaproteccinprovisoriadebasesgranulares hasta que el revestimiento definitivo sea construido. CAPITULO I: Introduccin11 UMSS Facultad de Ciencias y TecnologaCARRETERAS II I.4.2. PAVIMENTOS FLEXIBLES Sonaquellosquetienenunrevestimientoasflticosobreunacapabasegranular.La distribucindetensionesydeformacionesgeneradasenlaestructuraporlascargasde rueda del trfico, se da de tal forma que las capas de revestimientoy base absorben las tensiones verticales de compresindel suelo de fundacinpor medio de la absorcin de tensiones cizallantes. En este proceso ocurren tensiones de deformacin y traccin en la fibrainferiordelrevestimientoasfltico,queprovocarsufisuracinporfatigaporla repeticindelascargasdetrfico.Almismotiempolarepeticindelastensionesy deformacionesverticalesdecompresinqueactanentodaslascapasdelpavimento producirn la formacin de hundimientos en la trilla de rueda, cuando el trfico tiende a sercanalizado,ylaondulacinlongitudinaldelasuperficiecuandolaheterogeneidad del pavimento fuera significativa. 1.4.3. PAVIMENTOS RGIDOS Son aquellos en los que la losa de concreto de cemento Portland (C.C.P.) es el principal componenteestructural,quealivialastensiones enlascapassubyacentespormediode suelevadaresistenciaalaflexin,cuandosegenerantensionesydeformacionesde traccin de bajo la losaproducen su fisuracin por fatiga, despus de uncierto nmero derepeticionesdecarga.LacapainmediatamenteinferioralaslosasdeC.C.P. denominadasub-base,porestarazn,puedeserconstituidapormaterialescuya capacidad de soporte sea inferior a la requerida por los materiales de la capa base de los pavimentos flexibles. I.4.4. PAVIMENTOS SEMIRGIDOS Entrminosamplios,unpavimentosemirgidocompuestoesaquelenelquese combinan tipos de pavimentos diferentes, es decir, pavimentos flexibles y pavimentos rgidos, normalmente la capa rgida esta por debajoy la capa flexible por encima. Es CAPITULO I: Introduccin12 UMSS Facultad de Ciencias y TecnologaCARRETERAS II usualqueunpavimentocompuestocomprendaunacapadebasedeconcretootratada con cemento Portland junto con una superficie de rodadura de concreto asfltico. Laestabilidaddesuelospormediodeliganteshidrulicos(cementoPortland)permite que se obtengan materiales con capacidad de soporte suficiente para construir capas para base en pavimentos sujetos a cargas pesadas como ser camiones o aeronaves. I.5. CONSIDERACIONES SOBRE LOS SUELOS DE FUNDACIN Al igual que en la casi totalidad de aplicaciones de la Mecnica de Suelos, los materiales queseeligenparalafundacindepavimentos,sondedostiposclaramente diferenciados.Los que se denominan materialesgruesos (arenas,gravas,fragmentos de roca,etc.)constituyenelprimergrupo,elsegundogrupoestformadoporlossuelos finos, cuyo arquetipo son los materiales arcillosos. Esbienconocidalagrandiferenciadecomportamientoquetienenambosgruposde suelos,respectoasuscaractersticasderesistenciaydeformacin,estasdiferenciasocurren por la naturaleza y la estructura ntima que adoptan las partculas individuales o susgrumos,lossuelosfinosformanagrupacionescompactasybienfamiliares,en cambio los suelos gruesos adoptan formas vaporosas con grandes volmenes de vacos y ligas poco familiares en el caso de los finos. En los suelos gruesos tales como las arenas y las gravas, la deformacin del conjunto por efectodecargasexternas,slopuedetenerlugar,poracomodobruscodepartculas menoresen los huecos que dejan entre s las mayores, o por rupturay molienda de sus partculas.Laexpansindesuelosgruesos,esunfenmenoqueparaefectosprcticos noseconsideraeneldiseodecarreteras.Laestabilidaddelossuelosgruesosantela presenciadelaguaesgrande,siseprescindedelaposibilidaddearrastresinternosde partculasmenoresporefectodelacirculacindecorrientesdeaguainteriores,efecto querelativamenteespococomnenlascarreteras.Portanto,sielsuelogruesoest CAPITULO I: Introduccin13 UMSS Facultad de Ciencias y TecnologaCARRETERAS II constituido por partculas mineralgicamente sanas, su resistencia al esfuerzo cortante es grande,yestbasadaenmecanismosdefriccininternadesuspartculas,oenla resistenciaqueoponenesaspartculasadeslizarseunasconrespectoaotras, dependiendo por tanto de la friccin interna y de su dureza. Para cualquier solicitacin se cumple que a mayor presin ejercida sobre el conjunto de partculas por las cargas exteriores, la resistencia del conjunto crece, tal como establecen las leyes de friccin. Evidentemente,cualquieraumento en lacompacidad del conjunto traeconsigounaumentoensuresistenciaintrnsecayalreacomodo.Encasode producirsealgndeslizamientooreacomodoentrepartculas,debidoaelevados esfuerzos,ladeformacinocasionadaesdemagnitudrelativamentepequea.Un materialdeestanaturalezabiencompactado,adquierecaractersticasderesistenciay difcil deformabilidad, permanentes en el tiempo y muy poco dependientes del contenido deaguaqueelmaterialadquieraconeltranscursodeltiempo.Estascaractersticasson favorables para el desempeo estructural de las carreteras. El caso de los suelos finos arcillosos, su tendencia a adoptar estructuras internas abiertas, con alto volumen de vacos, hace que estos suelos tengan una capacidad de deformacin mucho ms alta. Si se ejerce presin sobre suelos finos saturados se puede ocasionar un fenmeno de consolidacin, que induce al agua acumulada entre sus partculas a salir del conjunto,produciendounareduccindelvolumenqueoriginardeformacionesdel conjunto, las que afectarn la estabilidad del pavimento. Enlossuelosfinosparcialmentesaturados,lapresinexternaproducedeformaciones que disminuyen los vacos, comunican presin al agua interior, que se desplazar hacia elexterior,ocasionandodeformacionesvolumtricasgrandes.Lasestructuras precomprimidas,alcesarlapresinexternayabsorberagua,tiendenadisiparlos estadosdetensinsuperficialactuantesentreelaguaqueocupabaparcialmentelos vacosylaspartculascristalinasdelsuelo,liberandoenergaquepermitequela estructuraslidaprecomprimidaseexpanda,demaneraquelossuelosarcillososson CAPITULO I: Introduccin14 UMSS Facultad de Ciencias y TecnologaCARRETERAS II muy proclives a la compresin bajo cargas y a la expansin, cuando al cesar la accin de cualquier carga exterior, se produce la liberacin de sus esfuerzos y comienza a actuar la succin interior del agua externa. Encualquiercasolaestabilidadvolumtricadelossuelosfinosestamenazaday pueden ocurrir en ellos deformaciones volumtricas muy importantes: De compresin, a expensas de su gran volumen de vacos y de la salida del agua interior por efecto de las cargas exteriores, o de expansin, a causa de la succin interna que produce la expansin de la estructura slida, que absorbe agua del exterior. Lamagnituddeestosfenmenos(compresindelaestructurabajocargaexternao expansindeunaestructuraprecomprimidaporliberacindepresinexternay absorcindeagua),dependedelanaturalezadelsueloarcilloso.Hayarcillascomola bentonitaolamontmorillonita,muchomsactivasenestosprocesosqueotras,como porejemplo,lacaolinita.Estecambioenlanaturalezafsico-qumicaymineralgica influyeenelcomportamientodeinterrelacindelaspartculasylosgrumos,quese traduceendiferenciasmuyimportantesenlarelacindevacosovaporosidaddesu estructurainterna.Algunasarcillaspuedentenerunarelacindevacosde2,34 (volumendevacos2,34vecesmsgrandequeelvolumendelosslidos),locual representaunacapacidaddedeformacinvolumtricamuchomayor.Porrazones constructivas,lasarcillasseincorporanenlossuelosqueseutilizanenlascarreteras, tras procesos de compactacin, lo que hace que estn precomprimidas, por lo que sern proclivesaprocesosdesuccindeaguaexternay/oexpansin,enungradomayor cuanto ms intensa haya sido la compactacin con que se colocaron. Obviamente, un cierto grado de compactacin inicial es necesario, pero siempre ocurrir quecuantomayorseaeseprocesoinicial,mayorserelpotencialdesuccin comunicadoy,porende,tambinsermayorelpotencialdeexpansinadquiridocon absorcindeagua;elcualaldesarrollarseproducirunsuelomaleabledefcil deformacin por la compresin de cualquier nueva carga. Esta deformacin producir un CAPITULO I: Introduccin15 UMSS Facultad de Ciencias y TecnologaCARRETERAS II efectodeacorden,cuyasconsecuenciassernaltamenteperjudicialesparala carretera. Estasconsideracioneshacenverlaimportanciadelprocesodecompactacindesuelos finos.Sinosealcanzan enprincipiocondicionesadecuadas,lacarreteraserinestable, pero si la compactacin es mayor a un determinado lmite, la carretera tambin llegar a ser inestable con el transcurso del tiempo, si es que los materiales estn en contacto con el agua libre exterior. Las consideraciones anteriores conducen a la conclusin de que los suelos arcillosos son indeseables en el cuerpo general de las carreteras y, desde luego, en cualquier capa de la seccinestructuraldesupavimento.Sinembargo,razonesconstructivasyeconmicas obligan a una cierta presencia de suelos finos, la cual debe ser mnima y cuidadosamente tratada. Enefecto,elmaterialquesedeseaparaconstruircarreterasestconstituidoporsuelos gruesos,peroresultaraantieconmicoeinnecesarioeliminarporcompletoalosfinos, conelavanceactualdelastcnicasconstructivas,habrquecoexistirconuncierto volumen de stos, teniendo presente, que cuanto ms abajo se ubiquen los suelos finos, el impacto proveniente de las cargas del trfico ser menor, de manera que su presencia ser menos nociva. Por ello, la tecnologa tradicional exige el uso de suelos gruesos casi purosenlascapasbasesysub-basesdelpavimento,yvaaceptandocontenidos crecientes de suelos finos en subrasantes y terreceras. Porrazoneseconmicas,noesposibleeliminarcompletamentelapresenciadesuelos finos de la seccin estructural de una carretera, pero debe tenerse muy en cuenta que las investigacionesdelaMecnicadeSuelosindicanquecontenidosrelativamentemuy pequeos de arcilla, formando parte de una matriz de suelo grueso, bastan para dar a esa matriz un comportamiento indeseable, hacindola compresible y expansiva. El lmite en el contenido de finos depende de la actividad de la arcilla. CAPITULO I: Introduccin16 UMSS Facultad de Ciencias y TecnologaCARRETERAS II Losanlisisexigidosparadeterminarlaactividaddelossuelosarcillososhace prcticamenteimposibleelinvestigarlanaturalezadelosfinosdentrodelproceso industrialdeconstruccindeunacarretera,porlocualelcontenidodefinossuele controlarse limitando el porcentaje de partculas que pasan el tamiz No. 200. La investigacin desarrollada dentro de la tecnologa de la Mecnica de Suelos hace ver lasgrandesdiferenciasqueproducelainclusindefinosarcillososenunamatrizde gravas utilizadas en bases y sub-bases de pavimentos asflticos, segn sea la actividad y la naturaleza de las arcillas incorporadas, pero, a la vez, muestra tambin que contenidos definospordebajodel10%deltotal,notienenunainfluenciadeterminanteenla resistenciay en la deformabilidad del conjunto, que mantendr uncomportamiento que bsicamente puede considerarse como el de un suelo grueso. Contenidos superiores a ese valorledanalsuelouncomportamientonotablementeindeseable,demaneraque contenidosdematerialesarcillososenelordendel12%,yainducenaun comportamiento que corresponde al de un suelo fino. Por lo anterior, el contenido de materiales finos que pasan el tamiz No. 200, en cualquier matrizdesuelogruesoqueseutiliceenlascapassuperioresdeunacarretera(basesy sub-bases),nodebeexcederdeun10%.Estevalordebereducirsealamitadenlas carpetasasflticas.Ademsdebetenerseencuentaquenomenosdeun4%5%de partculas finas van a ser aportadas por la propia fraccin gruesa, como resultado de los procesos usuales de trituracin, por este hecho se debe reducir, en la misma proporcin, el contenido de materiales puramente arcillosos. Enlassubrasantesdecarreteraspuedehaberunamayortolerancia,aceptndose contenidosdefinosquepasaneltamizNo.200hastaunporcentajedel15%,enlas carreteras ms ocupadas, y hasta un 25% en aquellas de menor ocupacin. Elcontenidodematerialesfinosysusefectosenlasseccionesestructuralesdelas carreteras,tambindebencontrolarseconlamedicindelndicedeplasticidaddela CAPITULO I: Introduccin17 UMSS Facultad de Ciencias y TecnologaCARRETERAS II fraccin que pasa la malla No. 40. El valor del lmite lquido no debe ser mayor a 25% y 30% en bases y sub-bases, y no mayor a 50% en subrasantes. Evidentemente, el empleo prudente de los materiales trreos con lmites adecuados en el contenidodematerialesfinosarcillosos,permiteelempleodeestndaresde compactacin adecuados, para dara las capas de la seccin estructural deuna carretera la consistencia necesaria, de manera que se garantice la permanencia de sus propiedades durante su vida de servicio. I.6. DRENAJE Y SUBDRENAJE Delasrazonesexpuestasanteriormentesedesprendelaconvenienciadeprotegerla seccinestructuraldelospavimentosasflticos,delosefectosdelaguaexteriorque pudierapenetrarenella.Porsuelevadocostoesimposibleeliminarcompletamentela presenciaindeseabledelosfinosarcillosos,porestemotivoresultamsconveniente efectuar adicionalmente obras de proteccin contra el agua exterior, para garantizar que la prctica de eliminacin de finos funcione adecuadamente en lo general, y aadir obras especialesdeproteccinenaquelloslugaresenloscualeslascondicionesdelflujo interno de agua hagan que el criterio general establecido resulte insuficiente. Situacionesdeestetiposuelenpresentarseenladerasinclinadasdondeseejecutan cortes,especialmenteencajn;enestoscasosconvendranalizarlaposibilidadde incorporarlaconstruccindesubdrenes,paraprotegeradecuadamentealaseccin estructural. I.7. MDULO DE RESILIENCIA Esteensayodescribemejorelcomportamientodelsuelobajocargasdinmicasde ruedas, que al moverse imparten un pulso dinmico a todas las capas del pavimento y a la subrasante. Como respuesta a este pulso cada capa del pavimento sufre una deflexin.CAPITULO I: Introduccin18 UMSS Facultad de Ciencias y TecnologaCARRETERAS II El pulso de las solicitaciones vara en un periodo muy breve de un valor muy bajo hasta un mximo, en funcin de la velocidad del vehculo. La muestra de forma cilndrica se confina en una cmara triaxial, que permite aplicar a laprobetaunagranvariedaddepresiones,medianteundispositivoespecialquepuede aplicar cargas pulsantes de diferente magnitud y duracin. En el ensayo se registra: a.La carga aplicada mediante una clula de carga electrnica. b.La presin de confinamiento mediante el medidor de presiones. c.La deformacin que sufre la probeta. Para suelos finos interesa conocer la tensin desvianted=1 - 3 Para los suelos granulares la tensin volumtrica 3=1 + 2 + 3 Lascargasdinmicasrepetidasproducenenlaprobetaunadeformacinvertical,que tiene dos componentes: P = Deformacin permanente, que no se recupera cuando cesa la carga. R = Deformacin Resiliente, que es recuperable cuando deja de actuar la carga La relacin entre las deformaciones verticales y la carga desviante se muestra en la figura siguiente: CAPITULO I: Introduccin19 UMSS Facultad de Ciencias y TecnologaCARRETERAS II Figura I.4. Relacin entre deformacin vertical y carga desviante. Fuente: Aylln Acosta Jaime, Gua para el Diseo de Pavimentos de Concreto Asfltico. Para determinar el mdulo resiliente se registra toda la deformacin axial de la probeta a lo largo del ensayo y se calcula con la siguiente expresin: MR= d / R R tiene la misma definicin del mdulo de Young, aplicada a solicitaciones transilientes de corta duracin. RELACIONES C.B.R. - MDULO DE RESILIENCIA EnnuestropasnoexisteexperiencianiequiposparadeterminarelMduloResiliente. Ante esta falencia se pueden utilizar las siguientes relaciones con el C.B.R. (1)CBR < 15 %(Shell) MR (MPa)=K * CBRK = 10 K = Tiene una dispersin de valores de 4 a 25 (2)MR (MPa)=17,6 * CBR0,64 (Powell et al) RP CAPITULO I: Introduccin20 UMSS Facultad de Ciencias y TecnologaCARRETERAS II I.8. CONFIGURACIN DE EJES I.8.1. DEFINICIONES -Eje es el conjunto de dos o ms ruedas que transmiten el peso al camino. -Eje delantero: Eje que se encuentra en la parte delantera del vehculo. -Eje central: Eje que se encuentra en la parte central del vehculo. -Eje posterior: Eje que se encuentra en la parte posterior del vehculo. -Ejeretrctil:Conjuntodedosomsruedasqueestaprovistodeundispositivomecnico,hidrulicooneumticoquesirveparamodificarelpesotransmitidoala superficiedelavapblicayquepuedeelevarsusneumticosparaqueellosno toquen esta superficie. -Camin:Vehculoautopropulsadodecarga,puedesertambinutilizadopara remolcar. Su diseo puede incluir una carrocera o estructura portante. -Tractor: Vehculo autopropulsado, diseado para remolcar y soportar la carga que le transmite un semiremolque a travs de un acople adecuado para tal fin. -Remolque:Vehculonoautopropulsadoconeje(s)delantero(s)yposterior(es)cuyo pesototal,incluyendolacarga,descansasobresuspropiosejesyesremolcadopor un camin o un tractor semiremolque. -Semiremolque:Vehculonoautopropulsadoconeje(s)delantero(s)yposterior(es) cuyo peso y carga se apoyan en el tractor que lo remolca (a quien le transmite carga parcialmente). CAPITULO I: Introduccin21 UMSS Facultad de Ciencias y TecnologaCARRETERAS II I.8.2. PESO ADMISIBLE POR NEUMTICO Alosneumticosconunanchomenora150mmselesasignaunpesomximo admisible de 9 Kg por cada milmetro de ancho, a los neumticos con un ancho superior un peso mximo admisible de 11 Kg por cada milmetro de ancho. EJE SIMPLE Sedenominaejesimplealelementoconstituidoporunsoloejenoarticuladoaotro, puede ser: motriz o no, direccional o no, anterior, central o posterior. Peso mximo admisible para un eje simple de 2 neumticos es de 7000 Kg (15 Kips). Peso mximo admisible para un eje simple de 4 neumticos es de 11000 Kg (24 Kips). EJE TANDEM Se denomina eje Tandem al elemento constituido por dos ejes articulados al vehculo por dispositivos comunes, separados por una distancia menor a 2,4 metros. Estosreparten la CAPITULO I: Introduccin22 UMSS Facultad de Ciencias y TecnologaCARRETERAS II carga,enpartesiguales,sobrelosdosejes.Losejesdeestetipopuedensermotrices, portantes o combinados. Peso mximo admisible para un eje tandem de 4 neumticos es de 10000 Kg (22 Kips). Peso mximo admisible para un eje tandem de 6 neumticos es de 14000 Kg (31 Kips). Peso mximo admisible para un eje tandem de 8 neumticos es de 18000 Kg (40 Kips). CAPITULO I: Introduccin23 UMSS Facultad de Ciencias y TecnologaCARRETERAS II EJE TRIDEM Se denomina eje Tridem al elemento constituido por tres ejes articulados al vehculo por dispositivoscomunes,separadospordistanciasmenoresa2,4metros.Estosrepartenla cargasobrelostresejes.Losejesdeestetipopuedensermotrices,portanteso combinados. Peso mximo admisible para un eje tridem de 6 neumticos es de 17000 Kg (37 Kips). Peso mximo admisible para un eje tridem de 10 neumticos es de 21000 Kg (46 Kips). CAPITULO I: Introduccin24 UMSS Facultad de Ciencias y TecnologaCARRETERAS II Peso mximo admisible para un eje tridem de 12 neumticos es de 25000 Kg (55 Kips). EJE DOBLE Se denomina eje doble a una combinacin de dos ejes separados por una distancia mayor de2,4metros.Paraladeterminacindesupesomximoadmisibleseconsideracomo dos ejes simples (11 Ton. por eje). EJE TRIPLE Se denomina eje triple a una combinacin de tres ejes separados por una distancia mayor de2,4metros.Paraladeterminacindesupesomximoadmisibleseconsideracomo tres ejes simples (11 Ton. por eje). CAPITULO I: Introduccin25 UMSS Facultad de Ciencias y TecnologaCARRETERAS II Tambinpuedenencontrarseejestriplesconformadosporlacombinacindeuneje tandemy un eje simple. En los cuales la distancia entre los ejes tandem es menor a 2,4 metros, y la distancia al eje simple es mayor a 2.4 metros. (11 Ton. para el eje simple y 18 Ton. para el eje tandem). 26 AGREGADOS PTREOS Y MATERIALES ASFLTICOS CAPITULO II CAPITULO II: Agregados Ptreos y Materiales Asflticos27 UMSS Facultad de Ciencias y TecnologaCARRETERAS II II. AGREGADOS PTREOS Y MATERIALES ASFLTICOS II.1. AGREGADOS PTREOS Eltrminoagregadoserefiereapartculasmineralesgranularesqueseusan ampliamenteparabases,sub-basesyrellenodecarreteras.Losagregadostambinse usan en combinacin con un material cementante para formar concretos para bases, sub-bases,superficiesdedesgasteyestructurasdedrenaje.Lasfuentesdeagregados incluyenlosdepsitosnaturalesdearenaygrava,lospavimentospulverizadosde concreto y asfalto, el material ptreo resquebrajado y la escoria de altos hornos. II.1.1. ESPECIFICACIONES DE LOS AGREGADOS PARA BASE Y SUB-BASE Losagregadosdebensatisfacerunarigurosaespecificacin,encuantoasu granulometra,dureza,carasfracturadas,ndicedeplasticidad,porcentajequepasael tamiz No. 200, porcentaje de vacos. Tabla II.1. Valores especificados para materiales de base y sub-base PruebaPara sub-basePara base CBR, mnimo2080 Limite Liquido, mximo2525 ndice Plstico, mximo6No Plstico Equivalente de Arena, mnimo2535 Material que pasa el tamiz No. 200, mximo 105 Fuente: The Asphalt Institutes, Manual del Asfalto. CAPITULO II: Agregados Ptreos y Materiales Asflticos28 UMSS Facultad de Ciencias y TecnologaCARRETERAS II II.1.2. PROPIEDADES DE LOS AGREGADOS Laspropiedadesmsimportantesdelosagregadosqueseusanparalaconstruccinde carreteras son: Tamao y graduacin de las partculas. Dureza o resistencia al desgaste. Durabilidad o resistencia al intemperismo. Densidad relativa. Estabilidad qumica. Forma de partcula y textura de la superficie. Ausencia de partculas o sustancias nocivas. II.1.2.1. TAMAO DE PARTCULAS Y GRADUACIN DE LOS AGREGADOS Unapropiedadclavedelosagregadosqueseusanenlasbasesysuperficiesdelas carreteras es la distribucin de los tamaos de partculas al mezclarlos. La graduacin de losagregados,estoes,lacombinacindetamaosdepartculasenlamezcla,afectala densidad, la resistencia, y la economa de la estructura del pavimento. Seusaunanlisisgranulomtricoparadeterminarlaspropiedadesrelativasdelos diferentestamaosdepartculasenunamezcladeagregadosminerales.Parallevarlo cabo,sepasaunamuestrapesadadeagregadosecoatravsdeunjuegodemallaso tamicescuyotamaodeaberturahasidoseleccionadopreviamente.Lostamicesse agrupancolocandohastaarribalosquetienenlaaberturamayorydebajoaquelloscon aberturas sucesivamente ms pequeas. La muestra de agregado se agita con un vibrador mecnico de mallas y se determina el peso del material retenido en cada tamiz, el cual se expresa como un porcentaje de la muestra original. En el mtodo T27 de la AASHTO se dan los procedimientos detallados para ejecutar un anlisis granulomtrico de agregados gruesos y finos. CAPITULO II: Agregados Ptreos y Materiales Asflticos29 UMSS Facultad de Ciencias y TecnologaCARRETERAS II Lasmallasdepruebaqueseusancomnmenteparalosproyectosdecarreterasson aquellas con aberturas de 2, 2, 1, 1, , , 3/8 de pulgada cuadrada para las fracciones grandesycon4,10,40,80,100,y200mallasporpulgadaparalasfraccionesms pequeas. Estas ltimas mallas se designan como No. 4, No. 10, etc. AlaporcindematerialagregadoquequedaretenidaenlamallaNo.10(estoes,con partculasmayoresde2,00mm)seleconocecomoagregadogrueso.Almaterialque pasaporlamallaNo.10peroquedaretenidoenlamallaNo.200(partculasmayores que 0,075 mm) se le conoce como agregado fino. El material que pasa por la malla No. 200 se llama fino. II.1.2.2. RESISTENCIA AL DESGASTE Los materiales que se usan en los pavimentos de carreteras debern ser duros y resistir el desgaste debido al efecto de pulido del trnsito ya los efectos abrasivos internos de las cargas repetidas. La estimacin ms comnmente aceptada de la dureza de los agregados eslapruebadeabrasindeLosngeles.LamaquinaqueseusaenlapruebadeLos ngeles consta de un cilindro de acero hueco, cerrado en ambos extremos y montado en ejes en posicin horizontal. ParaejecutarlapruebadeabrasindeLosngeles,secolocadentroelcilindrouna muestralimpiadelagregadoquesehadeprobarjuntoconunpesoestndardeesferas de acero como carga abrasiva. El tambor se hace girar 500 veces a una velocidad de 30 a 33 rpm, despus de lo cual se retira la muestra de agregadoy se agita enuna malla del No.12(1,70mm).Elmaterialretenidoeneltamizselava,sesecahastaalcanzaruna masa constantey se pesa. Se reporta como porcentaje de desgaste la diferencia entre la masaoriginalylamasafinadelamuestraexpresadacomounporcentajedelamasa original. El mtodo T96 de AASHTO da un procedimiento detallado para esta prueba. CAPITULO II: Agregados Ptreos y Materiales Asflticos30 UMSS Facultad de Ciencias y TecnologaCARRETERAS II II.1.2.3 DURABILIDAD O RESISTENCIA AL INTEMPERISMO Comnmente,ladurabilidaddelosagregadossemideconunapruebadeintegridad, comosedescribeenelmtodoT104deAASHTO.Estapruebamidelaresistenciade losagregadosaladesintegracinenunasolucinsaturadadesulfatodesodioo magnesio. Simula el intemperismo de los agregados que existen en la naturaleza. Paralapruebasesumergenfraccionesconocidasdelagregadoquesehadeprobaren unasolucinsaturadadesulfatodesodioomagnesio.Luegoseretiraelagregadoyse secaenunhornohastaquealcanceunamasaconstante.Serepiteesteprocesoparaun nmero especificado deciclos, normalmente cinco. Despus de los ciclos alternados de mojadoydesecacin,sedividealagregadoenfraccioneshacindolopasarporlas mallas y se determina para cada fraccin el porcentaje de prdida de peso. El porcentaje deprdidaseexpresacomounpromediopesado.Parauntamaodadodemalla,el porcentaje de prdida promedio por peso es el producto del porcentaje que pasa por esa mallayelporcentajequepasaporesamallaenelmaterialoriginal.Eltotaldeestos valores es el valor de prueba de perdida en porcentaje. II.1.2.4. DENSIDAD RELATIVA Y ABSORCIN La densidad relativa y la absorcin de los agregados son propiedades importantes que se requieren parael diseo de concretoy de mezclas bituminosas. La densidad relativa de unslidoeslarazndesumasaaladeunvolumenigualdeaguadestiladaauna temperatura especfica. Debido a que los agregados pueden contener huecos permeables al agua, se usan dos medidas de la densidad relativa de los agregados: densidad relativa aparente y densidad relativa de la masa. Ladensidadrelativaaparente,GA,secalculaconbaseenelvolumennetodelos agregados, esto es, sin contar los huecos permeables al agua. As, CAPITULO II: Agregados Ptreos y Materiales Asflticos31 UMSS Facultad de Ciencias y TecnologaCARRETERAS II wV MGN DA/donde: MD = masa seca del agregado VN = volumen neto de los agregados sin considerar el volumen del agua absorbida w =densidad del agua La densidad relativa total, GB, se calcula con base en el volumen total de los agregados, incluyendo los vacos permeables al agua: wV MGB DB/donde: VB = volumen total de los agregados, incluyendo el volumen de agua absorbida Ladiferenciaentrelasdensidadesrelativasaparenteylatotalequivalealoshuecos permeablesalaguadelosagregados.Elvolumendeestoshuecossepuedemedir pesandolosagregadossecosyencondicionessuperficialessecasysaturadas,estoes, con todos los vacos permeables llenos de agua. La diferencia entre las dos masas es la masaabsorbida,MW.Normalmenteseexpresaalaabsorcindeaguacomoun porcentaje de la masa del agregado seco, Porcentaje de absorcin =100 DWMM CAPITULO II: Agregados Ptreos y Materiales Asflticos32 UMSS Facultad de Ciencias y TecnologaCARRETERAS II II.1.2.5. ESTABILIDAD QUMICA DE LOS AGREGADOS Ciertos agregados pueden ser inadecuados para una aplicacin particular de construccin decarreterasdebidoalacomposicinqumicadelaspartculasdelagregado.Enlas mezclasdeasfalto,ciertosagregadosquetienenunaafinidadexcesivaporelagua puedencontribuiraqueselevanteoremuevaelasfalto,loqueconduceala desintegracin de las superficies de asfalto. Sepuededecirqueunagregadodenaturalezahidrofbicaesaquelquetieneunalto gradoderesistenciaalaremocindelacapadeasfaltoenpresenciadelagua.Porlo general,sepuedesuponerquelasubstanciabituminosaenunamezclabituminosaest presente en la forma de delgadas pelculas que rodean a las partculas del agregado y que llenan, por lo menos parcialmente, los espacios vacos entre partculas adyacentes. Estas delgadaspelculasdematerialbituminososeadhierenalasuperficiedelosagregados normalesycontribuyenalaresistenciaalcortedelamezcla;esteefectoseconsidera generalmente como parte de la cohesin de la mezcla. Para una exposicin continua al agua,yaseaenellaboratoriooenelcampo,lasmezclasbituminosasquecontengan ciertosagregadosmuestranunatendenciadefinitivaaperderresistenciaalcorte, fortaleza,debidoaunadisminucinenlacohesinquesedebeprincipalmenteal reemplazodelaspelculasbituminosasquerodeanalaspartculasdelagregadocon pelculassimilaresdeagua.Losagregadosqueexhibenestatendenciaenungrado marcado y nocivo se llaman agregados hidroflicos, que quiere decir afines al agua. Porlocontrario,losagregadosquemuestranpocaoningunadisminucinenla resistenciadebidoalaremocindelacapaasflticasellamanhidrofbicoso repelentes al agua. Parajuzgarlaresistenciarelativaalaremocindelasfaltodelosagregados,sehan utilizadovariosprocedimientosdelaboratoriodiferentes,siendolosmsdestacadosla pruebaderemocindelasfaltoylapruebadeinmersin-compresin.Lapruebade remocindeasfaltoconsisteenrecubriralagregadoconelmaterialbituminoso, CAPITULO II: Agregados Ptreos y Materiales Asflticos33 UMSS Facultad de Ciencias y TecnologaCARRETERAS II sumergirlo en agua al agregado recubierto durante 16 a 18 h y luego, observar si el rea total del agregadorecubierto con una pelcula bituminosa est por encima o por debajo del95porciento.Lapruebadeinmersin-compresinconsisteencompararla resistenciaalacompresindeespecimenescilndricosdeunamezclabituminosa (preparados,moldeadosyprobadosdemaneraestndar)conreproduccionesquehan sido sujetas a inmersin en agua por un tiempo definido y estandarizado. Losagregadosqueseusanenlasmezclasdeconcretoconcementoportlandtambin pueden causar problemas relacionados con la estabilidad qumica. En ciertas reas se ha tenidomuchadificultadconagregadosquecontienensubstanciasnocivasque reaccionanadversamenteconloslcalispresentesenelcemento.Generalmentelas reaccionesadversasdealcaliagregadoprovocanlaexpansinanormaldelconcreto.Se hancreadomtodos(MtodosC227yC289delaASTM)paradetectaragregadoscon estascaractersticasdainasyseincluyenindicacionesadecuadasenespecificaciones tpicas (por ejemplo, ASTM C33). II.1.2.6. FORMA, TEXTURA Y LIMPIEZA DEL AGREGADO Porlogeneral,lasespecificacionesparaagregadosqueseusanenlaconstruccinde carreteras tienenrequerimientos relacionadoscon la forma de la partcula, la textura de lasuperficieylalimpiezadelagregado.Normalmente,lasespecificacionespara agregadosqueseusanenlasmezclasbituminosasrequierenquelosagregadossean resistentes,limpios,durablesylibresdecantidadesenexcesodepiezasplanaso alargadas, polvo, bolas de arcilla y otro material indeseable. Deigualmanera,losagregadosqueseusanenlasmezclasdeconcretoconcemento portlanddebenestarlimpiosylibresdesubstanciasnocivascomogrumosdearcilla, slice hidratada, limos y otras impurezas orgnicas. CAPITULO II: Agregados Ptreos y Materiales Asflticos34 UMSS Facultad de Ciencias y TecnologaCARRETERAS II Se garantiza generalmente la limpieza del agregado si se incluye en las especificaciones requerimientos relativos a los porcentajes mximos permisibles de diferentes substancias dainaspresentes.Losrequerimientosespecficosaesterespectovaranligeramente para las diferentes dependencias. II.2. MATERIALES ASFLTICOS Son materialesaglomerantes slidos o semislidos decolor que vara denegroa pardo oscuroyqueselicuangradualmentealcalentarse,cuyosconstituyentespredominantes son betunes que se dan en la Naturaleza en forma slida o semislida o se obtienen de la destilacin del petrleo; o combinaciones de stos entre s o con el petrleo o productos de estas combinaciones. II.2.1. TERMINOLOGA DEL ASFALTO 1.Asfaltodepetrleo:Esunasfaltoobtenidodeladestilacindelcrudode petrleo. 2.Asfaltofillerizado:Asfaltoquecontienemateriasmineralesfinamentemolidas que pasan por el tamiz No.200. 3.Asfaltolquido:Materialasflticocuyaconsistenciablandaofluidahaceque estfueradelcampodeaplicacindelensayodepenetracin,cuyolmitemximoes300.Generalmente,seobtienenfluidificandoelbetnasflticocon disolventes de petrleo, al exponer estos productos a los agentes atmosfricos los disolventes se evaporan, dejando solamente el betn asfltico en condiciones de cumplir su funcin. Entre los asfaltos lquidos se pueden describir los siguientes: CAPITULO II: Agregados Ptreos y Materiales Asflticos35 UMSS Facultad de Ciencias y TecnologaCARRETERAS II a.AsfaltodecuradoRpido(RC):Asfaltolquidocompuestodebetn asfltico y un disolvente tipo nafta o gasolina, muy voltil. (vase la tabla II.6) b.Asfaltodecuradomedio(MC):Asfaltolquidocompuestodebetn asflticoyundisolventetipoquerosenedevolatilidadmedia.(vasela tabla II.7) c.Asfaltodecuradolento(SC):Asfaltolquidocompuestodebetn asfltico y aceites relativamente poco voltiles. (vase la tabla II.8) d.Asfaltoemulsificado:Emulsindebetnasflticoenagua,quecontiene pequeas cantidades de agentes emulsificantes, es un sistema heterogneo formadopordosfasesnormalmenteinmiscibles(asfaltoyagua),enel queelaguaconstituyelafasecontinuadelaemulsinylafase discontinua est formada por pequeos glbulos de asfalto (vase la tabla II.9).Losasfaltosemulsificadospuedenserdedostiposaninicoo catnico, segn el tipo de agente emulsificante empleado. e.Emulsinasflticainversa:Esunaemulsinasflticaenlaquelafase continua es asfalto, usualmente de tipo lquido, y la fase discontinua est constituidapordiminutosglbulosdeaguaenproporcinrelativamente pequea. Este tipo de emulsin puede ser tambin aninica o catnica. 4.Asfalto Natural (nativo): Asfalto que da en la Naturaleza y que se ha producido a partirdelpetrleoporunprocesonaturaldeevaporacindelasfracciones voltilesdejandolasasflticas.Losyacimientosmsimportantesseencuentran enloslagosdeTrinidadyBermdez,porestemotivoelasfaltoprocedentede estos lugares se denomina asfalto de lago. CAPITULO II: Agregados Ptreos y Materiales Asflticos36 UMSS Facultad de Ciencias y TecnologaCARRETERAS II 5.AsfaltoOxidadooSoplado:Asfaltoatravsdecuyamasa,aelevada temperatura, se ha hecho pasaraire para darle las caractersticasnecesarias para ciertosusosespeciales,comofabricacindematerialesparatechado, revestimiento de tubos, membranas envolventes, y otras aplicaciones hidrulicas. 6.AsfaltoSlidooDuro:Asfaltocuyapenetracinatemperaturaambientees menor que 10. 7.Betn: Mezcla de hidrocarburos de origen natural o pirognico o de ambos tipos, frecuentementeacompaadosporsusderivadosnometlicosquepuedenser gaseosos, lquidos, semislidos o slidos, son solubles en sulfuro de carbono. 8.Betnasfltico:TambinllamadoCementoAsfltico(CA),elcualesasfalto refinadoparasatisfacerlasespecificacionesestablecidasparalosmateriales empleados en pavimentacin. (vase la tabla II.5) Las penetraciones normales de estos betunes estn comprendidos entre 40 y 300 (vase II.4.1.1). 9.Gilsonita: Tipo de asfalto natural duro y quebradizo que se presenta en grietas de rocas o filones de los que se extrae. 10. Material asfltico para relleno de juntas: Producto asfltico empleado para llenar grietas y juntas en pavimentos y otras estructuras. 11. Materialasflticoprefabricadopararellenodejuntas:Tirasprefabricadasde asfaltomezcladoconsustanciasmineralesmuyfinas,materialesfibrosos, corcho, etc., en dimensiones adecuadas para la construccin de juntas. 12. Pinturaasfltica:Productoasflticolquidoqueavecescontienepequeas cantidadesdeotrosmateriales,comonegrodehumopolvodealuminioy pigmentos minerales. CAPITULO II: Agregados Ptreos y Materiales Asflticos37 UMSS Facultad de Ciencias y TecnologaCARRETERAS II II.2.2. PROPIEDADES DEL MATERIAL ASFLTICO El asfalto es un material de particular inters para el ingeniero porque es un aglomerante resistente,muyadhesivo,altamenteimpermeableyduradero.Esunasustanciaplstica quedaflexibilidadcontrolablealasmezclasderidosconlasquesecombina usualmente.Adems,esaltamenteresistentealamayorpartedeloscidos,lcalisy sales.Aunqueesunasustanciaslidaosemislidaatemperaturasatmosfricas ordinarias,puedelicuarsefcilmenteporaplicacindecalor,porlaaccinde disolventes de volatilidad variable o por emulsificacin. II. 3. EMULSIONES ASFLTICAS II.3.1 DEFINICIN En general, una emulsin es una dispersin de dos elementos insolubles uno en el otro. Existendiversostiposdeemulsificadosqueseusancotidianamente,porejemplola mayonesa,laspinturas,lostintesparaelcabelloyloshelados.Encadacasoestn involucradosciertosprocesosmecnicosyqumicosquepermitenlacombinacinde dosomsmaterialesquenosemezclaranbajocondicionesnormales.Msalldela complejidadqumicadelasemulsionesasflticas,loimportanteesseleccionarla emulsin correcta para el agregado y sistema constructivo utilizados. Considerandoesto,podemosdefinirunaemulsindesdeelpuntodevistafsico-qumico,comounadispersinfinamsomenosestabilizadadeunliquidoenotro,no miscibles entre s.La emulsin asfltica es un producto conseguido por la dispersin de unafaseasflticaenunabaseacuosa,dondelaspartculasquedanelectrizadas,porlo tanto los lquidos que la forman constituyen dos partes que se denominan: CAPITULO II: Agregados Ptreos y Materiales Asflticos38 UMSS Facultad de Ciencias y TecnologaCARRETERAS II -Fase dispersa o discontinua. -Fase dispersante o continua. Existen dos tipos de emulsiones segn la concentracin de cada una de estas fases: una emulsindirectaesaquellaenquelafasehidrocarbonadaestdispersaenlaparte acuosa;enlainversa,lafaseacuosaestadispersaenlapartehidrocarbonada.Lasdel primer tipo son las que ms se emplean en la industria caminera. Es preferible el empleode las emulsiones directas por su baja viscosidad a temperatura ambiente, esto favorece el mojado, reparticin y cohesin con el material ptreo. II.3.2COMPOSICIN Una emulsin tiene tres ingredientes bsicos: asfalto, agua y un agente emulsificante. En algunasocasioneselagenteemulsificantepuedecontenerunestabilizador.En aplicacionesespecialescomoeselcasodelMicropavimentoseagregauningrediente ms, el polmero. Esbiensabidoqueelaguayelasfaltonosemezclan,exceptobajocondiciones cuidadosamentecontroladas,usandoequipoespecializadoyaditivosqumicos.La mezcladebetnasflticocementoasflticoyaguaesalgoanlogaalcasodeun mecnicodeautomvilesquetratadequitarselagrasadesusmanosconagua. nicamente, hasta cuando use un detergente o agente jabonoso leser posible remover lagrasaconxito.Laspartculasdejabnrodeanlosglbulosdegrasa,rompenla tensin superficial que los une y permite que sean lavados. Se aplican principios fsicos y qumicos similares para la formulacin y produccin de las emulsiones asflticas. CAPITULO II: Agregados Ptreos y Materiales Asflticos39 UMSS Facultad de Ciencias y TecnologaCARRETERAS II Elpropsitoesconseguirunadispersindebetnasflticoenagua,suficientemente estableparaelbombeo,almacenamientoprolongadoymezclado.Adems,laemulsin deberromperrpidamentealentrarencontactoconelagregadoenelmezcladoro despus de ser esparcida sobre la superficie de la va. Una vez curado, el asfalto residual conservatodaslaspropiedadesdeadhesividad,durabilidadyresistenciaalaguadel betn asfltico usado para producirla. Para el caso del micropavimento, la emulsin utilizada es la misma, solo que se le aade un polmero, el cual le proporciona sus caractersticas particulares. Acontinuacinsepresentaunadescripcindeloscomponentesdeunaemulsin asfltica. BETN ASFLTICO El betn asfltico es el ingrediente bsico de una emulsin y en la mayora de los casos, representa del 55 al 70 por ciento de la emulsin. No existe correlacin exacta entre las propiedades delbetn asflticoy la facilidad con lacualelasfaltopuedeemulsificarse.Noobstantequeladurezadelbetnasfltico puedeelegirseavoluntad,lamayorpartedelasemulsionessehacenconasfaltos situadosdentrounintervalodepenetracinde100a250.Aveces,lascondiciones climticas pueden determinar el uso de un asfalto ms blando o ms duro. En cualquier caso,esesenciallacompatibilidaddelagenteemulsificanteconelbetnasflticopara producir una emulsin estable. Elasfaltoesuncoloidecompuestodevariasfracciones,siendolasprincipaleslos asfltenosylosmaltenos.Laconstitucincoloidaldelasfaltodependedelanaturaleza qumica,elporcentajedefraccionesysusrelacionesentreellas.Losasfltenossonla fasedispersadelasfalto,mientrasquelosmaltenossonlafasecontinua.Seha CAPITULO II: Agregados Ptreos y Materiales Asflticos40 UMSS Facultad de Ciencias y TecnologaCARRETERAS II establecido que los asfltenos suministran la dureza, mientras que los maltenos confieren las propiedades de adhesividad y ductilidad. AGUA Elsegundoingredienteencantidadeselagua.Nopuederestarseimportanciaasu contribucin para dotar al producto final de propiedades deseables. El agua humedece y disuelve; se adhiere a otras sustancias; y modera las reacciones qumicas; estos factores permitenlaproduccindeunaemulsinsatisfactoria.Porotrolado,elaguapuede contener minerales u otras sustancias que afecten a las propiedades de laemulsin, son inadecuadas lasaguas sin tratara causa de sus impurezas, especialmente las que tienen iones de calcio y magnesio. Elaguausadaparaprepararemulsionesdeberserrazonablementepuraylibrede materias extraas. AGENTES EMULSIFICANTES Laspropiedadesdeunaemulsindependennotablementedelproductoqumicousado comoemulsificante.Dichoqumicoesunagenteconactividaddesuperficie, comnmentellamadosurfactante,quedeterminasilaemulsinseclasificarcomo aninica,catinicaonoinica.Elemulsificante,tambinmantienelosglbulosde asfaltoensuspensinestableypermitesuroturaoportuna.Elsurfactantecambiala tensinsuperficialenlainterfase,esdecirenelreadecontactoentrelosglbulosde asfaltoyelagua.Haygrandisponibilidaddeemulsificantesqumicos.Deben seleccionarse por su compatibilidad con el betn asfltico usado. CAPITULO II: Agregados Ptreos y Materiales Asflticos41 UMSS Facultad de Ciencias y TecnologaCARRETERAS II Losemulsificantesaninicosmsfrecuentementeusadossonloscidosgrasos derivados de la produccin maderera, tales como aceites de tallos, resinas y ligninas. Los emulsificantesaninicossonsaponificados(vueltosjabn)porreaccinconhidrxidos de sodio o potasio. La mayora de los emulsificantes catinicos son aminas grasas (diaminas, imidazolinas y amidoaminas).Lasaminassonconvertidasenjabnporreaccinconuncido, generalmenteclorhdrico.Otrotipodeagenteemulsificanteeslasalcuaternariade amonio, que se usa para producir emulsiones catinicas. En la mayor parte de los casos, el agente se combina con el agua antes de introducirlo en elmolinocoloidal.Enotroscasospuedecombinarseconelbetnasflticoantesdesu ingreso al molino. Acontinuacinsemuestraunarelacinporcentualdelcontenidoaproximadodelos distintos ingredientes que componen una emulsin asfltica. Tabla II.2. Composicin de las emulsiones asflticas ElementoEmulsin normalEmulsin modificada con polmero Betn asfltico40 7050 70 Emulsificante0,2 1,50,2 1,5 Agua40 6035 45 Polmero01 4 Fuente: The Asphalt Institutes, Manual del Asfalto. CAPITULO II: Agregados Ptreos y Materiales Asflticos42 UMSS Facultad de Ciencias y TecnologaCARRETERAS II POLMERO El polmero es un elemento modificador de la emulsin en forma de Ltex, que tiene la propiedaddedarmayorflexibilidadalasfalto,evitarlapenetracindelosrayos ultravioletas,retardandosuoxidacin,evitandosudeterioroprematuroyalargandosu vidatil.Elpolmeroseagregaalasolucinjabonosaantesdeingresaralmolino coloidal, es un material de fcil dispersin en agua. II.3.3. CLASIFICACIN DE LAS EMULSIONES POR SU POLARIDAD Las emulsiones se clasifican en tres categoras: Aninicas, catinicas y no inicas. En la prctica,lasdosprimerassonusadasenlaconstruccinymantenimientovial.Lasno inicas,actualmentenotienenuso,peroenelfuturopuedenllegaratenerunamayor utilizacinconelavancelatecnologa.Laclasificacindeaninicasycatinicasse refiere a las cargas elctricas que rodean a las partculas de asfalto. De acuerdo a una ley bsicadelaelectricidad:Cargasdelmismosignoserepelenycargascontrariasse atraen. Cuando dos polos (un nodo y un ctodo) se sumergen en un lquido a travs del cualfluyeunacorrienteelctrica,elnodosecargapositivamenteyelctodo negativamente. Si se hace pasar corriente elctrica a travs de una emulsin que contiene partculas de asfalto cargadas negativamente, estas migraran hacia el nodo, entonces la emulsinsedenominaaninica.Inversamente,laspartculasdeasfaltocargadas positivamentesedirigirnalctodo,porlocuallaemulsinsercatinica.Enlas emulsiones no inicas, las partculas de asfalto son neutras, y por consiguiente no sern atradas por ninguno de los polos. CAPITULO II: Agregados Ptreos y Materiales Asflticos43 UMSS Facultad de Ciencias y TecnologaCARRETERAS II POR LA VELOCIDAD DE ROTURA La ruptura de una emulsin asfltica es el fenmeno que se produce cuando los glbulos deasfaltodelaemulsindispersaenelagua,encontactoconelagregadomineral, sufrenunaionizacinporpartedelagregado,dandoorigenalaformacindeun compuesto insoluble en agua, que se precipitar sobre el material ptreo. La coalescencia se refiere al proceso que sigue la emulsin para convertirse nuevamente enbetnasfltico.Latendenciaacoalescerestestrechamenterelacionadaconla capacidad de mezcla de una emulsin. Las emulsiones de acuerdo a la rapidez con que el asfalto puede llegar a la coalescencia se clasifican segn el Instituto del Asfalto en: RS de rotura rpida MS de rotura media SS de rotura lenta Una emulsin RS tiene escasa o ninguna habilidad para mezclarse conel agregado, una emulsin MS se mezcla con mayor facilidad con agregados gruesos pero no con finos, y una emulsin SS se mezclar ms fcilmente con agregados finos. CAPITULO II: Agregados Ptreos y Materiales Asflticos44 UMSS Facultad de Ciencias y TecnologaCARRETERAS II La AASHTO y la ASTM han desarrollado normas para los siguientes tipos de emulsin: Tabla II.3. Normas desarrolladas por la AASHTO y la ASTM Emulsin aninicaEmulsin catinica RS 1CRS - 1 RS 2CRS 2 MS 1----- MS 2CMS 2 MS 2hCMS 2h HFMS 1----- HFMS 2----- HFMS 2h----- SS 1CSS 1 SS 1hCSS 1h LaletraCantesdeltipodeemulsinsignificacatinica.Laausenciadeestaletra, significa aninica o no inica. Por ejemplo RS-1 puede ser aninica o no inica y CRS-1 es catinica. El tipo de aplicacin determina adems la viscosidad requerida parael producto, por lo tanto las cifras 1 y 2 indican grados de viscosidad baja y alta respectivamente. Deacuerdoalascondicionesclimticasenelentornodelaobra,muchasvecesser necesarioelusodeemulsionescuyoresiduoasflticotengamayordureza.Estasse diferenciancolocandounaletrahalfinaldesudenominacincuandolapenetracin del residuo est entre 40 y 90 dcimas de mm. LaHFsignificaaltaflotacin,lacualsemideporlapruebadeflotacin(AASHTO T50 ASTM D139). LaemulsindegradoCSS-lhseutilizaparaprepararmezclasespeciales,comoel Mortero Asfltico (Slurry Seal). Con la adicin de polmeros a esta emulsin, se produce el Micropavimento (Microsurfacing). CAPITULO II: Agregados Ptreos y Materiales Asflticos45 UMSS Facultad de Ciencias y TecnologaCARRETERAS II II.3.4. VENTAJAS QUE OFRECEN LAS EMULSIONES Las emulsiones asflticas pueden ser empleadas en todas las capas de un pavimento, en revestimientos asflticos nuevos, en recapeos, en rejuvenecimiento de pavimento y hasta enoperacionesdeparcheo.Entrelasventajasqueofrecenpodemossealarlas siguientes: -ParalapreparacindelasEmulsionesAsflticasserequierepocaenerga, nicamente para diluir el betn asfltico que alimentar el molino coloidal. -Al sustituir los fluidificantes por agua, se economiza el costo de los derivados de petrleo, con la consiguiente conservacin de la energa, durante el proceso de la produccin de la emulsin, debido a que no se requiere elevar la temperatura de sus componentes. -Evitanlapolucinambiental,debidoaqueelprocesodemezcla,serealizaa temperatura ambiente, lo cual evita la emisin de gases contaminantes. -Lapreparacindelaemulsinatemperaturaambienteevitalaoxidacindel ligante asfltico. -Usadasentratamientossuperficialesoenpremezcladosenfro,evitanprdidas dedineroconrelacinalosasfaltosdiluidos,porquenoocasionanla evaporacin de solventes durante el proceso de curado. -Entratamientossuperficialesllevanventajaconrelacinalautilizacindeotro ligante,porquepresentanptimaadherenciaconcualquiertipodeagregado, sin necesidad de aditivos de adherencia. CAPITULO II: Agregados Ptreos y Materiales Asflticos46 UMSS Facultad de Ciencias y TecnologaCARRETERAS II Estasventajasde:Conservacindeenergaydereduccindelapolucinatmosfrica hanmotivado,enlospasesdemayordesarrollo,elusopreferentedelasemulsiones asflticas en la construccin de carreteras. Tabla II.4. Cuadro comparativo de los materiales asflticos Material asfltico VentajasDesventajasProceso de curado Mezclas en caliente Aplicacin directa Humos y costo de combustible Por enfriamiento Asfaltos rebajados Trabajabilidad Contaminacin atmosfrica Evaporacin del Solvente Emulsiones asflticas Menor polucin, menor costo de combustible Cuidado en el manejo de la emulsin Rotura, coalescencia, evaporacin del agua Fuente: The Asphalt Institutes, Manual del Asfalto. II.3.5.CUIDADOSQUEDEBENTOMARSEENELUSODEEMULSIONES ASFLTICAS Se deber elegir una emulsin compatible qumicamente con la naturaleza del agregado mineral. La velocidad de rupturade la emulsin deber ser la adecuada para permitir una buena cobertura del agregado y un curado ms rpido. No deber emplearse a temperaturas por debajo de 10 C, ni por encima de 70 C. En el acopio no se debern mezclar diferentes tipos de emulsiones, ni con otro material bituminoso. CAPITULO II: Agregados Ptreos y Materiales Asflticos47 UMSS Facultad de Ciencias y TecnologaCARRETERAS II Se recomienda hacer recircular el producto, antes de ser empleado, siempre que hubiera estado acopiado por ms de 30 das. II.4. ENSAYOS EN MATERIALES ASFLTICOS Elasfaltosepresentaenunaampliavariedaddetiposygradosnormalizados.Enlas tablas II.5, 6, 7, 8, 9 se dan las especificaciones normalizadas para los tipos y grados de asfaltos empleados en construccin de pavimentos y otras aplicaciones. En los siguientes prrafos se describen brevemente los ensayos de laboratorio necesarios para determinar silosasfaltoscumplenestasespecificaciones,ysehacereferenciaalosmtodosde ensayonormalizados.Paramayorcomodidad,losensayosaplicablesacadatipode asfaltosehanagrupadoyaparecenenelordenenquesecitanenlastablasde caractersticas a las que acabamos de referirnos. EnelAnexoIseencuentranlosmtodosdeensayonormalizadosqueserealizanen obras de pavimentacin de una forma ms detallada. II.4.1. BETN ASFLTICO II.4.1.1. PENETRACIN Elensayodepenetracindeterminaladurezaoconsistenciarelativadeunbetn asfltico, midiendo la distancia que una aguja normalizada penetra verticalmente en una muestra de asfalto en condiciones especificadas de temperatura, carga y tiempo. Cuando nosemencionanespecficamenteotrascondiciones,seentiendequelamedidadela penetracin se hace a 25 C, que la aguja est cargada con 100 g y que la carga se aplica durante5s.Lapenetracindeterminadaenestascondicionessellamapenetracin normal.La unidad penetracines la dcima demilmetro. Es evidente que cuando ms blando sea el betn asfltico mayor ser la cifra que indique su penetracin. CAPITULO II: Agregados Ptreos y Materiales Asflticos48 UMSS Facultad de Ciencias y TecnologaCARRETERAS II Los betunes asflticos se clasifican en grados segn su dureza o consistencia por medio delapenetracin.ElInstitutodelAsfaltohaadoptadocuatrogradosdebetnasfltico para pavimentacin con penetraciones comprendidas dentro de los mrgenes siguientes: 60-70,85-100,120-150y200-300.Adems,elInstitutotieneespecificacionesparaun betnasflticodepenetracincomprendidaenelmargen40-50,queseusaen aplicacionesespecialeseindustriales.Losaparatosyprocedimientospararealizarel ensayo de penetracin se describen en el Mtodo AASHTO T49 y en el ASTM D5. II.4.1.2. VISCOSIDAD La finalidad del ensayo de viscosidad es determinar el estado de fluidez de los asfaltos a lastemperaturasalasqueseempleandurantesuaplicacin.Laviscosidado consistencia del betn asfltico se mide en el ensayo de viscosidad Saybolt-Furol o en el ensayo de viscosidad cinemtica. En el ensayo Saybolt-Furol se emplea un viscosmetro Saybolt con un orificio Furol. Se colocaenuntubonormalizadocerradoconuntapndecorchounacantidad especificada de betn asfltico. Como las temperaturas a que se determina la viscosidad delosbetunesasflticossonfrecuentementesuperioresalos100C,elbaode temperaturaconstantedelviscosmetrosellenaconalgntipodeaceite.Cuandoel asfalto ha alcanzado una temperaturaestablecida, se quitael tapnyse mide el tiempo necesarioensegundosparaquepasenatravsdelorificioFurol60mldelmaterial. Cuando ms viscosos son los materiales ms tiempo es necesario para que pasen a travs del orificio. Los valores obtenidos se expresan como segundos Saybolt-Furol (SSF). Los aparatos y procedimiento para la realizacin de este ensayo se describen detalladamente en el mtodo ASTM E102. La viscosidad cinemtica del betn asfltico se mide normalmente con viscosmetros de tubo capilar de cristal como el descrito en el mtodo ASTM D445. Como consecuencia de la comodidad del ensayoy de la mayor exactitud de los resultados, hay una reciente CAPITULO II: Agregados Ptreos y Materiales Asflticos49 UMSS Facultad de Ciencias y TecnologaCARRETERAS II tendenciaamedirlaviscosidadcinemticadelosbetunesasflticosydelosasfaltos fluidificados. Para este ensayo son necesarios, como consecuencia de la amplia gama de viscosidadesdelosasfaltos,variosviscosmetroscalibradosquedifierenentresenel tamao del tubo capilar. La base de este ensayo es la medida del tiempo necesario para quefluyanunvolumenconstantedematerialbajocondicionesdeensayo,como temperatura y altura de lquido, rgidamente controladas. Mediante el tiempo medido, en segundos,ylaconstantedecalibracindelviscosmetro,esposiblecalcularla viscosidad cinemtica del material en la unidad fundamental, centistokes. Elprocedimientodeensayo,losaparatosnecesariosyelprocedimientodecalibracin del viscosmetro se describen en el mtodo ASTM D445. II.4.1.3. PUNTO DE INFLAMACIN El punto de inflamacin del betn asfltico indica la temperatura a que puede calentarse elmaterialsinpeligrodeinflamacinenpresenciadellamalibre.Estatemperaturaes usualmente muy inferior a aquella a queel material ardera. Esta ltima temperatura se llamapuntodefuego,peroraravezseincluyeenlasespecificacionesdelosbetunes asflticos. Elpuntodeinflamacindeunbetnasflticosemideporelensayodelvasoabierto ClevelandsegncondicionesnormalizadasprescritasenlosmtodosAASHTOT48y ASTMD92.Unvasoabiertodelatnsellenaparcialmenteconbetnasflticoyse calienta a una velocidad establecida. Se hace pasar peridicamente sobre la superficie de la muestra una pequea llama, y se define como punto de llama la temperatura a la que se han desprendido vapores suficientes para producir una llamarada repentina. CAPITULO II: Agregados Ptreos y Materiales Asflticos50 UMSS Facultad de Ciencias y TecnologaCARRETERAS II II.4.1.4. ENSAYO EN ESTUFA EN PELCULA DELGADA Elensayoenestufaenpelculadelgadaseempleaparapreverelendure