Pavimentos Unidad_I

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PAVIMENTO

UNIDAD ICONCEPTOS BASICOS

Ing Adolfo Ludewig

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UNIDAD CURRICULAR PAVIMENTO I UNIDAD TEMA: Materiales de pavimentacin y normas generales 1.1.- Diferenciar los materiales de pavimentacin mediante la identificacin de la naturaleza de los mismos. - Definiciones 1.1.1.- Pavimento - Caractersticas - Clasificacin

- Asfalto 1.1.2.- Materiales de pavimentacin - Agregado - Cemento -Mezclas asflticas 1.2.- Aplicar los conocimientos bsicos de las normas y disposiciones generales de carreteras en casos particulares presentados. 1.2.1.- Caractersticas de los vehculos. 1.2.2.- Clasificacin. 1.2.3.- Recomendaciones Generales.

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INTRODUCCION GENERAL Es menester sealar que la explosin demogrfica actual ha venido a generar un vertiginoso crecimiento del transporte por carretera, lo que hace que en los prximos 10 aos pueda duplicarse la cifra manejada hasta el momento. Muchos de los conceptos contemporneos referente a automviles sufrirn inexorables cambios como resultado del progreso de la ciencia y de la tcnica ingenieril, as mismo, es evidente la necesidad de desarrollar, desde ahora, tcnicas y mtodos innovadores para prevenir o atacar los problemas que puedan presentarse en el futuro en materia vial. Para tener una idea del campo y del tipo de trabajo por hacer, a continuacin se presenta una seleccin de ejemplos de la gama existente: Planeacin: Desarrollo estadstico y tcnica de computacin para estimar rpida y exactamente el trnsito actual y el futuro. Mediante una va ancha se pueden resolver los problemas de reas urbanas y se pueden resolver los problemas que las carreteras tienen en ellos. Economa y financiamiento: Anlisis de las inversiones hechas en carreteras, para ver si dichas inversiones fueron bien aplicadas y si sus costos estn bien distribuidos. Reconocimiento y localizacin: Hacer uso de la Fotogrametra, de las computadoras y de diversas tcnicas para hacer mejor y ms econmico el trabajo de la localizacin de camino, haciendo los clculos requeridos y explorando las condiciones superficiales y los depsitos de materiales. Diseo de la carretera: Conociendo las caractersticas de los conductores, el tipo de vehculo y la carretera, se puede aumentar la capacidad de la misma, adems de aumentar la seguridad, la comodidad y la satisfaccin de su uso. Drenaje: Desarrollo y aplicacin de tcnicas modernas de Hidrologa e Ingeniera Hidrulica al suelo y al subsuelo. Estructuras: Origen y aplicacin de nuevos conceptos en puentes, materiales estructurales y proceso de anlisis.

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Trnsito: Procesos electrnicos para controlar la velocidad, la localizacin y la distancia a la que se encuentra un vehculo. Usando computadora para resolver problemas complejos de direccin y control de trnsito. Suelos: Investigacin de nuevos mtodos para solucionar los problemas de los suelos y obtener as una carretera mejor y ms econmica. Pavimentos: Buscando nuevos materiales o mejorar las propiedades de los existentes, procurando con ellos una economa, durabilidad y mayor uniformidad de los pavimentos. Con lo expuesto anteriormente se puede observar que la ctedra PAVIMENTO es slo un aspecto dentro de las obras viales. Se definir lo comprendido entre la cota sub-rasante y rasante. Para lograr esto, se iniciar al estudiante en el conocimiento de los materiales necesarios para pavimentacin, la utilizacin de mtodos, segn el recurso existente para el diseo de estructuras de pavimentos flexibles o rgidos, as como establecer las actividades necesarias para el mantenimiento de dicha estructura. En el desarrollo socioeconmico de cualquier Pas, Estado o Ciudad, la comunicacin terrestre juega un papel muy importante, ya que es el medio ms econmico (hasta el momento) de transportar grandes volmenes de cualquier tipo de carga. Por lo tanto, al concluir el estudio de esta asignatura, y con el apoyo de este manual, el alumno disear integralmente una estructura de pavimento (flexible o Rgido), mediante la aplicacin de mtodos y procedimientos dados y a la vez determinar tcnicas de reparacin y mantenimiento de una carretera bajo las normas y disposiciones generales vigentes de obras viales.

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PAVIMENTO: Es toda la estructura de la carretera formada por una o ms capas de material granular seleccionado y colocado directamente sobre la sub-rasante del suelo natural, lo cual posteriormente es protegido por una capa asfltica de rodamiento o una de concreto de cemento Prtland, con o sin armadura metlica. Es toda estructura artificialmente alisada en su superficie y destinada a transmitir a la sub-rasante sobre la que descansa, los efectos de las cargas estticas o en movimiento, resistiendo los efectos destructivos del transito y de los agentes atmosfricos. Es toda la estructura que descansa sobre el terreno de fundacin o terrapln y que est formado por las capas de sub-base, base, rodamiento y sello. Es aquella estructura construida sobre el terreno de fundacin, que en las condiciones ms desfavorable est formado por cuatros capas, las cuales son: Capa de sub-base, capa base, capa de rodamiento y capa sello. La funcin principal de estas capas es la de resistir y distribuir adecuadamente las cargas vehiculares. 1.1.- CONCEPTOS BSICOS La idea bsica en la construccin de un camino, pista de aterrizaje, calle o estacionamiento para uso, bajo cualquier condicin climtica, es la preparacin de una subrasante o fundacin adecuada. Se debe proveer el drenaje necesario y construir un pavimento (estructura compuesta por una o ms capas de material debidamente seleccionado, colocado y compactado sobre la rasante o suelo natural y protegida por una capa de material asfltico o de concreto) que: a) Tenga un espesor total y una resistencia interna suficiente para soportar las cargas de trnsito esperado.5

b) Impida la penetracin interna de humedad, y c) Disponga de una superficie de rodamiento lisa, resistente al deslizamiento y resistente al uso, distorsin y deterioro provocado por agentes climticos. La subrasante es la que soporta finalmente las cargas, de esta manera, la funcin estructural de un pavimento es soportar las cargas de las ruedas en la superficie del pavimento y transferir dichas cargas a la subrasante, sin sobrepasar la resistencia de la misma ni la resistencia interna del pavimento. Ver figura 1. FUNCIONES DE UN PAVIMENTO a) Proveer una superficie que permita la operacin de vehculos en una forma confortable, segura y econmica bajo cualquier condicin climtica. b) Proteger el suelo de fundacin mediante la distribucin de cargas y la impermeabilizacin. CLASIFICACIN DE LOS PAVIMENTOS 1.- Segn su clasificacin o nmero de capas: - Simples ------- Una capa - Compuestas ---- Varias capas 2.- Segn su uso: - Habitacional (estacionamiento) - Urbano (calles- parques- paseo- plazas) - Extraurbano - Aeroportuario - portuario (muelles) 3.- Segn sus materiales: - Suelos estabilizados - Bituminosos - De concreto - Varios 4.- Segn la transmisin de esfuerzos:6

- Flexibles - Rgidos - Mixtos Histricamente, los pavimentos se han dividido en dos tipos: Flexibles y rgidos, aunque ello represente una simplificacin de la clasificacin. distribucin de los esfuerzos). PAVIMENTOS FLEXIBLES Tiende a deformarse y recuperarse despus de sufrir deformacin. Transmite la carga en forma lateral al suelo a travs de sus capas. base y sub-base, generalmente granulares. capa sub-rasante: Es la parte superior del terreno de fundacin o explanacin (o la superficie limtrofe en el terreno de fundacin y la estructura del pavimento). Sub-base: Debe estar compuesta por un material granular con un 6 %, y C.B.R 20 %. Funcin: De sub-drenaje, evita porcentaje de finos no muy alto (suelos A1 y suelos A2), lmite lquido 35 %, ndice de plasticidad la capilaridad y aumenta la resistencia estructural. - Base: Debe ser de material granular no saturable (ptreo), lmite lquido 25 %, ndice de plasticidad 6 %, y C.B.R 60 %. Funcin: Eliminar la elasticidad y plasticidad producto de la humedad y secado del suelo, evitar la concentracin de cargas, es decir, transmitir los esfuerzos a la sub-base. - Capa de rodamiento: Est compuesta por materiales asflticos en combinacin con agregados (arena y arrocillo). El agregado representa del 90 al 95 % del peso de la mezcla y del 80 al 85 % del volumen. El asfalto es un aglomerante que Representa la humedad, bituminoso de origen natural, de color marrn oscuro a negro. Funcin: proveer la proteccin y textura definitiva. - Rasante: La que soporta el trnsito de vehculos.7

La

diferencia esencial radica en la distribucin de las cargas a la subrasante (en la

Est

compuesto por una delgada capa de mezcla asfltica, colocada sobre capas de

No siempre un pavimento se compone de todas las capas anteriormente indicadas. La ausencia de una o varias de estas capas, depende de la capacidad de soporte del terreno de fundacin, de la clase de material a usarse, del tipo de pavimento, intensidad del trnsito, carga de diseo, entre otros. FUNCION Y CARACTERISTICAS DE LAS DIFERENTES CAPAS DE UN PAVIMENTO FLEXIBLE. TERRENO DE FUNDACION: De su capacidad soporte depende en gran parte, el espesor que debe tener un pavimento, sea ste flexible o rgido. Si el terreno de fundacin es psimo; por ejemplo, si el material que lo compone, tiene un alto contenido de materia orgnica, debe desecharse este material y sustituirse por otro de mejor calidad. Si el terreno de fundacin es malo y se halla formado por un suelo fino, limoso o arcilloso, susceptible de saturacin, deber colocarse una sub-base granular de material seleccionado antes de poner la capa base y capa de rodamiento. Si el terreno de fundacin es regular o bueno y est formado por un suelo bien gradado que no ofrece peligro de saturacin, o por un material de granulometra gruesa, posiblemente no se requerir la capa de sub-base. Finalmente, si el terreno de fundacin es excelente, es decir, que tiene un valor soporte elevado y no existe adems, la posibilidad de que se sature de agua, bastara colocar encima la capa de rodamiento. Podemos decir por lo tanto, que si el terreno de fundacin es predominantemente granular, el diseo de pavimento no requerir una capa de sub-base y en algunos casos, puede servir directamente como la capa base del pavimento asfltico. En otros casos, particularmente en los suelos de gradacin fina, tanto la capa base como las capas de sub-base sern ventajosas. SUB-BASE: Es la capa de material seleccionado que se coloca encima de la sub-rasante o explanacin. Las sub-bases, deben consistir de materiales granulares, obtenibles en la localidad que tenga su valor soporte mayor que el terreno de fundacin compactado sobre la cual son colocadas. Pueden ser de arena, granzn, Piedra picada, arcilla, polvillo de carreteras, etc. En algunos8

casos pueden consistir de materiales de sub-rasante modificados, por ejemplo, una mezcla de suficiente arena, granzn, residuos, etc, aproximadas de un con el terreno de fundacin existente para reducir su ndice de plasticidad a las caractersticas tipo de suelo A-1 A-2. Con frecuencia se colocan sub-bases sobre suelos de gradacin fina para cualquiera de los siguientes propsitos especificados, en adicin a las funciones ms comunes de aumentar la resistencia estructural.

Para proveer el drenaje del pavimento. Para reducir al mnimo el efecto del cambio de volumen del terreno de fundacin. Reducir al mnimo la elasticidad y plasticidad debido a exceso de humedad del material de la sub-rasante. Controlar la ascensin capilar del agua proveniente de las capas freticas cercanas, o de otras fuentes, protegiendo as el pavimento contra los hinchamientos que se producen en pocas de heladas. Este hinchamiento es debido al congelamiento del agua capilar, fenmeno que se observa especialmente en suelos limosos donde la ascensin capilar del agua es grande. El material de la sub-base debe tener las caractersticas de un material A-1 A-2 aproximadamente, el lmite lquido no debe ser inferior a 35% y su ndice plstico no mayor de 6. El C.B.R. no debe bajar de 15%. Si la funcin principal de la sub-base es servir de capa de drenaje, el material a emplearse debe ser granular, y la cantidad de material fino (limo y arcilla) que pasa el tamiz n 200 no debe ser mayor del 8%. En algunos casos pueden existir varias capas de sub-base.

BASE: Esta capa tiene por finalidad absorber los esfuerzos transmitidos por las cargas de los vehculos y adems repartir uniformemente estos esfuerzos a la sub-base y al terreno de fundacin. Las bases pueden ser granulares, o bien estar formados por mezclas asflticas o mezclas estabilizadas con cemento u otro material ligante. Las capas bases deben tener:

Suficiente estabilidad estructural, rigidez, y espesor para poder resistir las complejas fuerzas producidas por cargas estticas o dinmicas,9

rodantes y ser adecuadas para distribuir a la sub-base o terreno de fundacin, las presiones originadas por esas capas.

Suficiente

resistencia

a

las

cargas

verticales

para

impedir

su

consolidacin excesiva, lo cual resultara en la deformacin de la superficie asfltica.

Suficiente resistencia a los cambios de volumen y ablandamientos por motivos de fluctuaciones de humedad.

Se han hallado muchos materiales apropiados para capas bases. Ellos incluyen piedra picada, granzn, arena, arcilla, granzn con arena arcilla, caliche, piedra caliza, tierra estabilizada y otros. Los suelos naturales pueden estabilizarse mezclndolos con otros suelos para mejorar sus caractersticas generales o aadindoles asfalto; u otros materiales estabilizadores. El requerimiento ms importante de las especificaciones para una base granular es prevenir el ablandamiento motivado por condiciones extremadamente hmedas. Esto se consigue especificando un lmite mximo permisible para el ndice de plasticidad del material, usualmente no ms de 6%. El limite lquido no deber exceder de 25% y la fraccin que pasa el tamiz n 200 es preferible que no exceda de , y en ningn caso de 2/3, de la fraccin que pasa por el tamiz n 40. Los materiales ptreos para base deben tener un % de desgaste, segn el ensayo los ngeles, inferior a 50%, deben ser resistentes a los cambios de volmenes que pueden ser perjudiciales. El C.B.R., debe ser superior a 60%. CAPA DE RODAMIENTO: Su funcin principal es:

Impermeabilizar la base contra la penetracin del agua superficial, la cual podra reducir apreciablemente la capacidad soporte de la base. Proteger la base contra los efectos de raimiento y desintegracin ocasionados por el trfico. Aumentar la capacidad soporte de toda la estructura. Proporcionar una superficie suave de rodamiento.

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Los tipos de capas de rodamiento son: TRATAMIENTO SUPERFICIAL: Los tratamientos asflticos superficiales son eficaces para la impermeabilizacin, paro requiere un mantenimiento cuidadoso si las caractersticas y sustentacin de carga de la base quieren preservarse. Los tratamientos superficiales no son altamente resistentes al trfico severo, particularmente si las cargas son grandes, no obstante, son usados bajo condiciones favorables, cuando el trfico es principalmente liviano, o como una medida provisional de emergencia para cargar grandes. El espesor de los tratamientos superficiales asflticos muy raras veces sobrepasa de 1 (2,54 cms). Los asfaltos que se emplean son los llamados lquidos o diluidos (cut-backs) del tipo de curado rpido. MACADAN DE PENETRACION: Los asfaltos que se emplean son aquellos cuya penetracin est comprendida entre 85 y 150 1/10 mm. El espesor de estas capas vara entre 6 y 15 cms. MEZCLAS EN SITIO DE TIPO ABIERTO O DENSO: Generalmente se emplean asfaltos lquidos de rpido y medio curado (RC y MC). El espesor vara, aproximadamente, entre 4 y 7.5 cms. MEZCLAS DE PLANTAS COLOCADAS EN FRIO: Al igual que las indicadas en los macadan de penetracin y mezclas en sitio, suministran una proteccin adecuada para bases flexibles cuando son diseadas y construidas debidamente. Las mezclas de gradacin abierta son efectivas cuando se les da una capa de sello impermeabilizante. Sin una capa de sello, estn expuestas a permitir el acceso del agua superficial a la base, o a perder su durabilidad y hasta su propia capacidad de carga por medio de la absorcin del agua superficial. El espesor de estos tipos de asfaltos, vara de 5 espesor. a 9 cms, sin embargo, en algunos casos mezclas de arena asfalto son hasta de 15 cms de

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PAVIMENTOS DE MEZCLAS EN CALIENTE DE GRADACION DENSA: El tipo ms alto de proteccin para bases flexibles lo proporcionan las mezclas asflticas de gradacin densa, colocadas en caliente. Debidamente diseadas y compactadas, son prcticamente impenetrables por el agua y poseen una gran resistencia estructural. Por eso, son apropiadas para todos los tipos de trficos. Preferentemente para este tipo de mezcla, se emplean cementos asflticos cuya penetracin est comprendida entre 60-150 1/10 mm. El espesor de este tipo de superficies raras veces es mayor de 5 cms; sin embargo, en el caso de cargas grandes en las curvas agudas, se recomienda que se coloque un espesor mayor. Los lmites de espesores para este tipo de capa varan de 2.5 cms mnimo y de 12.5 cms como mximo. CARPETA DE DESGASTE O SELLO: Esta formada por una aplicacin bituminosa de asfalto o alquitrn y tiene por objeto sellar la superficie, impermeabilizndola a fin de evitar la infiltracin de las Aguas de lluvia. Adems protege la capa de rodamiento contra la accin abrasiva de las ruedas de los vehculos. Los materiales bituminosos que se emplean pueden ser asfalto lquido, emulsionados, o de penetracin y alquitranes. Estos materiales son de aplicados por medio de un distribuidor a presin, en cantidades que varan

0.5 a 1.5 lts/mts2 segn las caractersticas de la capa de sello. Estos sellos pueden o no llevar una cubierta secante de arena o agregado fino, el cual, cuando se emplea, su cantidad vara entre 5 y 10 Kgs/mts2. Naturalmente las capas de base y sub-bases son construidas ms all del borde de la capa superior, la razn que priva en este criterio es que las cargas aplicadas en el borde del pavimento, pueden ser soportadas por las capas siguientes, es decir, si las capas fueron construidas con un corte vertical en la misma lnea, las cargas que se apliquen en el borde causaran fallas por falta de soporte en los bordes del pavimento. Las bases son extendidas, generalmente 30 cms ms all del borde del pavimento, aunque en ocasiones especiales pueden ser extendidas a distancias mayores.

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PAVIMENTO RGIDO Formado por una losa de concreto de Cemento Prtland sobre una base, o directamente sobre la sub-rasante. Transmite directamente los esfuerzos al suelo en forma minimizada, es autoresistente. Hay que controlar el concreto. CONCEPTOS DE COMPORTAMIENTO Y TEORA EN PAVIMENTACIN Histricamente, el diseo de pavimentos ha sido enfocado desde dos puntos de vista, el primero, el prctico, que generalmente se basa en aspectos de comportamientos y criterios empricos; el segundo, el de investigadores y educadores, basados en conceptos tericos. Ninguno de estos dos procedimientos por si slo, es totalmente satisfactorio. La prediccin exacta del comportamiento es dependiente de un gran nmero de factores muy difciles de modelar en laboratorios y/o mediante simples ecuaciones. Idealmente, el ingeniero debe basarse en ambos procedimientos, entender el comportamiento bsico de los materiales y suelos, as como hacer uso racional, inteligente y prctico de los adelantos que se han logrado mediante estudios tericos. definitiva, insustituible. ASFALTOS Es un material termoplstico, cementante y que se adhiere fcilmente, impermeable y muy durable. Son sustancias que imparten flexibilidad a la mezcla que forma con los agregados minerales con los que son usualmente combinados. Son altamente resistentes a la accin de la mayora de los cidos, lcalis y sales. Son slidos o semislidos a temperatura ambiente, pero alcanzan altos grados de fluidez ante los incrementos de la temperatura de aplicacin o al mezclarlos con algunos solventes derivados del petrleo, o por procesos de emulsificacin. Los asfaltos de pavimentacin producidos y empleados en Venezuela se obtienen del petrleo. Los petrleos crudos se refinan para separar las diversas fracciones (cortes) y recuperar los asfaltos.13

El criterio del ingeniero proyectista es, en

CLASIFICACIN GENERAL DE LOS ASFALTOS DE PAVIMENTACIN

MATERIALES DE PAVIMENTACIN

ASFALTOS DERIVADOS DEL PETRLEO

ALQUITRANES

NATURALES

BASE ASFLTICA

BASE P ARAFNICA

BASE MIXTA

RESIDUO ASFLTICO

CEMENTO ASFLTICO

CUT-BACKS

EMULSIONES

REFINACIN DEL PETRLEO - DESTILACIN: Este mtodo se utiliza especialmente en los crudos de base asfltica. Consiste en someter el crudo a ciertas condiciones de temperatura, tanto a la presin baromtrica normal, como en el vaco; el cambio que se opera en el petrleo procesado es fsico, razn por la que puede producirse una recombinacin de las diferentes fracciones (cortes) en los cuales el crudo fue inicialmente separado. Este asfalto se produce en una variedad de tipos y grados que van desde slidos duros y quebradizos a lquidos. La forma semislida, conocida14

como cemento asfltico, es el material bsico. En la siguiente figura se indican los tipos de productos que se obtienen en la destilacin. (FIGURA N 3)N AFT A

KE RO S EN E

AC E IT E LI VI AN O

V AP O R

AC E IT E M EDI AN O

V AP O R

AS F AL T O

Otros procesos de obtencin son: - Extraccin por solventes (desasfaltado por propano): Este mtodo es empleado principalmente en crudos de base parafnica o base mixta. La separacin se logra por modificaciones del peso molecular del crudo, unido a un grado relativamente bajo de reacciones qumicas pero sin aplicar temperaturas excesivas, debido al efecto de la solubilidad del crudo en proceso con solventes del tipo propano. - Refinacin por cracking: Los cambios del crudo se operan debido a altas temperaturas y presiones siendo ellos del tipo qumico. El asfalto obtenido por estos procesos no son utilizables para pavimentacin, ya que se obtienen asfaltos excesivamente duros.15

CEMENTOS ASFLTICOS Productos directos de la refinacin. Se clasifican en varios grados en funcin de su penetracin o viscosidad de acuerdo a la siguiente tabla: Penetracin 40 50 (ms duro) 60 70 85 100 120 150 200 300 (ms blando) Viscosidad AC 40 AC 20 AC 10 AC 5 AC 2,5

A nivel nacional solo se producen y mercadean los grados de penetracin 60/70 y 85/100. pavimentacin. El ligante asfltico para una mezcla en caliente ser siempre un cemento asfltico, que puede ser de cinco (5) tipos, de acuerdo a su clasificacin. El Instituto de Asfalto presenta una tabla general que, en funcin del tipo de facilidad a construir, permite una seleccin del tipo adecuado, tabla sta desarrollada en base a la experiencia en el uso de los cementos asflticos. Esta tabla indica lo siguiente: Estos grados suplen el 99 % para la aplicacin en su

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CRITERIOS PARA LA SELECCIN DEL TIPO DE CEMENTO ASFLTICO EN FUNCIN DEL TIPO DE APLICACIN

TIPOS DE CEMENTOS ASFLTICOSTIPOS DE APLICACIN Mezclas de agregado asfalto para concreto asfltico y otras preparadas en planta en caliente. CARRETERAS AEROPUERTOS ESTACIONAMIENTOS CALLES BROCALES PISOS INDUSTRIALES LADRILLOS DIQUES REVESTIMIENTO PRESASREVESTIMIENTO CANALES Y TANQUES DE ALMACENAMIENTO DE AGUA

Clasificacin segnViscosidad original Viscosidad residuo residuo Penetracin

X X

X X X X PARA X

X X X X X X X X X

X X X X

X X

X

X X X X X X X X X X X X X X X X

X X X

X

X

X X X X X X X X X X X X X X X X

X X X X

X X

X

ASFALTOS LQUIDOS (CUT-BACK) Los asfaltos lquidos diluidos (cut-back) se preparan mezclando cemento asfltico con destilados de petrleo.

G AS O LI N A O N AFT A

KE RO S EN E

AC E IT E

CEM E NT O AS F L T I CO

CEM E N T O AS F L T I CO

CEM E NT O AS F L T I CO

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ASFALTOS LQUIDOS DILUIDOS En Venezuela solo se produce y mercadea el asfalto lquido diluido de curado rpido. Los asfaltos lquidos al ser trabajados en obra, sufren un incremento en su viscosidad, debido a la prdida de solvente. Este proceso es llamado curado y su rata depende de: Tipo (volatilidad) del solvente. Contenido del solvente. Tipo de cemento asfltico base. Temperatura ambiente. Velocidad del aire. Grado de mezclado con los agregados. Cantidad de asfalto lquido aplicado.

EMULSIONES ASFLTICAS Son dispersiones de cemento asfltico en agua que contienen pequeas cantidades de agentes emulsificantes, constituyen un sistema heterogneo de dos fases inmiscibles (asfalto en agua), donde el agua forma la fase continua de la emulsin y la fase dispersa est constituida por los pequeos glbulos de asfalto. La elaboracin de estos productos se denomina proceso de emulsificacin, este proceso consiste bsicamente en fraccionar mecnicamente (mediante un molino coloidal) el cemento asfltico caliente en diminutas partculas que luego se dispersan en agua previamente tratada con agente emulsificante.

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PROCESO PARA PREPARACIN DE EMULSIONES ASFLTICAS

Las variaciones en el tipo de agente emulsificante utilizado dan lugar a diferentes tipos y grados de emulsiones. Los tipos de emulsiones son: GRADOS DE EMULSIONES

Tipos Rotura rpida Rotura media ARS AMS

Aninicas ARS 1 ARS 2 AMS 1 AMS 2 AMS 2h ASS 1 ASS 1h CRS CMS

Catinicas CRS 1 CRS 2 CMS 1 CMS 2h CSS 1 CSS 1h

Rotura lenta

ASS

CSS

Se entiende por rotura el proceso irreversible de las fases que lo constituyen.

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EMULSIONES ASFLTICAS DE ROTURA RPIDA (RS) Se rompen por contacto con el agregado grueso. Se preparan con jabones emulsifiacntes que pueden ser resinas, jabones alcalinos (Sodio y Potasio), gomas o cualquier otra sustancia que sea capaz de adoptar el estado coloidal. EMULSIONES ASFLTICAS DE ROTURA MEDIA (MS) Se rompen por contacto con polvo mineral o por friccin durante el mezclado son el agregado fino. Se usa mayor porcentaje de jabn emulsificante que las (RS) o con otro emulsificante que permite la mezcla con diversos agregados gruesos (resinas y cidos gruesos). EMULSIONES ASFLTICAS DE ROTURA LENTA (SS) Permite preparar mezclas con agregados finos, medios o densamente gradados, incluyendo arena y suelos. Se preparan con emulsificantes. Su ruptura depende principalmente de la evaporacin del agua, la cual se completa por el proceso de mezclado con el agregado. Otra caracterstica de los asfaltos emulsificantes (o simplemente emulsiones) es la carga dialctrica sobre el asfalto, lo cual facilita su adherencia con los agregados cargados contrariamente. As se tienen las Emulsiones Aninicas, es las cuales el asfalto est cargado negativamente; ellas producen los mejores resultados cuando se mezclan con agregados de carga positiva, tales como la caliza y la dolomita. Las Emulsiones Catinicas tienen el asfalto con carga positiva; ellas producen los mejores resultados cuando se mezclan con agregados de carga positiva, tales como el cuarzo y slice (gravas).

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COMPOSICIN QUIMICA DE LOS ASFALTOS: Los asfaltos estn formados por: ASFALTENOS, RESINAS, ACEITES, CARBOIDES Y CARBENES. ASFALTENOS son de color marrn oscuro o negro, de peso molecular alto, con contenido de azufre, su adherencia y ductilidad son nulas y su consistencia es dura. RESINAS son de color marrn claro o ambar, de peso molecular medio, su adherencia y ductilidad son alta ( pueden alargarse y y adelgazarse) y su consistencia es semislida. ACEITES son de color claro, con peso molecular bajo, poco contenido de azufre, su adherencia y ductilidad son nulas y su consistencia es lquida. CARBOIDES Y CARBENES su contenido es muy bajo, casi nulo en los asfaltos. PROPIEDADES REQUERIDAS EN UN MATERIAL ASFALTICO: CONSISTENCIA: Es el grado de fluidez o plasticidad del asfalto a una temperatura dada. DURABILIDAD: Es la habilidad de un material asfltico para mantener sus propiedades originales cuando es sometido a los procesos normales de manejo, mezcla, clima y trfico. PUREZA: Es el grado de carencia en el material asfltico de materias no solubles en bisulfuro de carbono.

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ADHERENCIA: Es la habilidad de un asfalto para unirse y mantenerse unido al agregado. COHESION: Es la habilidad de un asfalto de mantener las particulas del agregado firmemente unidas entre si en el pavimento. SUCEPTIBILIDAD A LA TEMPERATURA: Es la sensibilidad al cambio de consistencia, con variaciones en la temperatura. Es de hacer notar que asfalto de igual penetracin, pero que provienen de diferentes crudos, pueden tener diferente suceptibilidad a la temperatura. Esta propiedad es sumamente importante, ya que es la que determina la temperatura de mezclado y la de compactacin de una mezcla. SEGURIDAD: Son las propiedades que garanticen la seguridad, durante el manejo del asfalto; que no haga burbujas a temperaturas menores de 175 grados centgrados; que no se encienda en presencia de llamas externas, hasta temperaturas muy por encima a las de manejo. FACTORES DE ENVEJECIMIENTO O ENDURECIMIENTO DEL ASFALTO: OXIDACION: Es la reaccin que se produce entre el oxigeno y el asfalto; esta reaccin depende del tipo de asfalto y de la temperatura. A temperatura ambiente, la reaccin es lenta produciendose una pelcula dura en la superficie del material que est expuesto a la accin del oxigeno. Si esta superficie no se agrieta, no habra ms asfalto expuesto al oxigeno, y as se parar la reaccin. La oxidacin es controlada en la medida que se coloque la mezcla lo ms impermeable posible. VOLATILIZACION: Consiste en la evaporacin de los constituyentes ms liviano del asfalto; la volatilizacin es directamente proporcional a la temperatura; por eso la temperatura debe ser debidamente controlada en el proceso de mezclado, ya que durante el mezclado se producen altas22

temperaturas, combinada con una gran agitacin; de modo que controlando la temperatura se reduce a un minimo la volatilizacin por efecto de mezclado. La volatilizacin vara, dependiendo de la fuente y procedimiento de refinacin del crudo. La volatilizacin y la oxidacin son los factores que ms aportan al endurecimiento o envejecimiento del asfalto, ya que segn estudios realizados se estima que aportan entre un 85% a un 90%. POLIMERIZACIN: Es la combinacin de molculas que forman molculas mayores. La combinacin de hidrocarburos de peso molecular mayor, hacen el asfalto frgil y por lo tanto ms suceptible al agrietamiento. TIXOTROPA: Es el incremento de la viscosidad (envejecimiento) con el tiempo, cuando al asfalto no se le aplican cargas. SEPARACIN: Es la remocin de los constituyentes aceitosos o resinas del asfalto, causada por la absorcin selectiva de algunos agregados. SINERISIS: Es la reaccin de exudacin que ocurre en los asfaltos de algunos aceites livianos, lo cual hace que el asfalto se endurezca con el pasar del tiempo. El endurecimiento de un asfalto reduce su vida til de servicio, ya que el ligante se vuelve frgil al reducir su adhesividad, con posible prdida de asfalto, pues los productos de oxidacin son solubles en agua.

AGREGADOS O ARIDOS:Tambien conocido como roca, material granular, o agregado mineral, es cualquier material mineral duro e inerte usado, en forma de particulas graduadas o fragmentos, como parte de un pavimento de mezclas asflticas. Losd agregados tpicos incluyen arena, grava, piedra triturada, escorias y polvo de roca.

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Los agregados en una mezcla asfltica constituyen aproximadamente el 95% del peso total de la mezcla, o el 85% del volumen total de la mezcla; de aqu la necesidad de elegir buenos agregados pues de ellos depende un buen diseo de mezcla asfltica, por ser los que soportan y transmiten las cargas en un alto porcentaje. Los agregados en lo que sea posible deben ser del rea de la obra, para as pagar menos en la partida de acarreo, lo cual traer por consecuencia un ahorro considerable en la obra. Los agregados a utilizar en mezclas asflticas pueden ser: NATURALES, PROCESADOS Y SINTTICOS O ARTIFICIALES. LOS AGREGADOS NATURALES son aquellos agregados que provienen de minas: estos materiales pueden ser cernidos y/o lavados. Los agregados naturales son aquellos que son usados en su forma natural, con muy poco o ningn procesamiento. Ellos estn constituidos por partculas producidas mediante procesos naturales de erosin y degradacin, tales como la accin del viento, el agua, el movimiento del hielo y los qumicos. La forma de las partculas individuales es un producto, a la larga, de los agentes que actan sobre ellas. Los glaciares, por ejemplo, usualmente producen rocas y guijarros redondeados. As mismo, las corrientes de agua producen partculas lisas y redondeadas. Los principales tipos de agregado natural usados en la construccin de pavimento son la grava y la arena. La grava se define, usualmente, como partculas de un tamao igual o mayor que 6.35 mm (1/4 pulg). La arena se define como partculas de un tamao menor que 6.35 mm (1/4 pulg) pero mayor que 0.075 mm (N 200). Las partculas de un tamao menor que 0.075 mm (N 200) son conocidas como relleno mineral (filler), el cual consiste principalmente de limos y arcillas.

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Las gravas y las arenas son clasificadas, adems, de acuerdo a su origen. Los materiales producidos en canteras abiertas y usados sin ningn procesamiento adicional son conocidos como materiales en bruto, y los materiales tomados de la ribera de los ros son conocidos como materiales de canteras de ros. Los depsitos de gravas varan ampliamente en composicin, pero usualmente contienen alguna cantidad de arena y limo. Los depsitos de arena tambin contienen, comnmente, alguna cantidad de arcilla y limo. Las arenas de playa (algunas de las cuales se encuentran tierra adentro hoy da) estn compuestas de partculas de tamao regularmente uniforme, mientras que las arenas de ro contienen proporciones grandes de grava, limo y arcilla. LOS AGREGADOS PROCESADOS Los agregados procesados son aquellos que han sido triturados y tamizados antes de ser usados. Existen dos fuentes principales de agregados procesados: gravas naturales que son trituradas para volverlas mas apropiadas para pavimento de mezcla asfltica, y fragmentos de lecho de rocas y de piedras grandes que deben ser reducidos en tamao antes de ser usados en la pavimentacin. La roca es triturada por cuatro razones:

Cambiar la textura superficial de lisa a rugosa. Cambiar las formas de las partculas de redondas a angulares. Reducir el tamao de las partculas. Variar la granulometra. El propsito principal de la trituracin, en el caso de los fragmentos

de lecho de roca y de piedras grandes, es reducir las piedras a un tamao que sea manejable. Sin embargo, los cambios en la textura superficial, y en la forma de las partculas, son tambin muy importante.

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El tamizado de los materiales, despus de triturarlos, resulta en una granulometra con cierto rango de tamao de partcula. Un factor importante en la construccin de pavimentos de buena calidad consiste en mantener graduaciones especficas de agregados. Sin embargo, por razones econmicas, el material triturado es usado tal y como sale del triturador, con muy poco o ningn tamizado. Un control adecuado de las operaciones de triturado determina si la graduacin resultante del agregado cumple, o no, con los requisitos de la obra. El agregado triturado, sin tamizar, es conocido como agregado triturado sin cribar, y es usado satisfactoriamente en muchos proyectos de construccin de pavimento. Sin embargo, es esencial garantizar que la operacin de triturado sea continuamente supervisada para agregado que cumpla con las especificaciones. El triturado de algunos tipos de roca, como las calizas, produce cantidades substanciales de pequeos fragmentos y partculas. Esta fraccin de material es separada de las partculas que tienen dimetros iguales o mayores de 6.35 mm ( pulg), casi siempre, y usada como agregado de arena triturada, o procesada hasta tamaos mximos de 0.60 mm (N 30). AGREGADOS SINTTICOS O ARTIFICIALES Los agregados sintticos o artificiales, no existen en la naturaleza. Ellos son el producto del procesamiento fsico o qumico de materiales. Algunos son subproductos de procesos industriales de produccin como el refinamiento de metales. Otros son producidos mediante el procesamiento de materias primas, para ser usados especficamente como agregado. El producto secundario ms comnmente usado es la escoria de alto horno. Es una sustancia no metlica que brota de la superficie del hierro fundido durante el proceso de reduccin. Una vez que es removida de la superficie del hierro, la escoria es transformada en pequeas partculas al26

poder producir un

templarla inmediatamente en agua, o al triturarla una vez que se ha enfriado. Los agregados sintticos manufacturados son relativamente nuevos en la industria de la pavimentacin. Ellos son producidos al quemar arcilla, arcillas esquistosas, tierra diatomcea procesada, vidrio volcnico, escoria y otros materiales. Los productos finales son tpicamente livianos y tienen una resistencia muy alta al desgaste. Los agregados sintticos han sido usados en la pavimentacin donde se requiere la mxima resistencia al deslizamiento. ESPECIFICACIONES QUE DEBEN CUMPLIR LOS AGREGADOS: Los agregados deben cumplir con especificaciones preestablecidas, y para ello es necesario conocer los resultados de los siguientes ensayos: GRADACION TAMAO MAXIMO DE PARTICULA

(GRANULOMETRA).

LIMPIEZA Y PUREZA DUREZA FORMA DE LA PARTICULA TEXTURA DE LA SUPERFICIE CAPACIDAD DE ABSORCIN AFINIDAD CON EL ASFALTO PESO ESPECFICO. GRADUACION Y TAMAO MAXIMO DE PARTICULA

(GRANULOMETRA). GRADUACION; Todas las especificaciones de pavimento asfltico de mezcla requieren que las partculas de agregado estn dentro de un cierto margen de tamaos y que cada tamao de partculas este27

presente en ciertas proporciones. Esta distribucin de varios tamaos de partculas dentro del agregado es comnmente llamada graduacin del agregado o graduacin de la mezcla. Es necesario entender como se mide el tamao de partculas y la graduacin para determinar si la graduacin del agregado cumple o no con las especificaciones. TAMAO MXIMO NOMINAL DE PARTCULA; El tamao de las partculas ms grandes en la muestra debe ser determinado, debido a que las especificaciones hablan de un tamao mximo mximos de partculas. Tamao mximo nominal de partcula, designado como un tamiz ms grande que el primer tamiz que retiene ms del 10% de las partculas del agregado, en una serie normal de tamices.

de partculas

para cada agregado usado: Existen dos formas de designar tamaos

Tamao mximo de partculas, designado como un tamiz ms grande que el tamao mximo nominal de partcula. Tpicamente, este es el tamiz ms pequeo por el cual pasa el 100% de las partculas de agregados.

GRANULOMETRIA DEL AGREGADO; La granulometra de partculas es determinada por un anlisis de tamices (granulometra) efectuado sobre las muestras de agregados. El anlisis de tamices consiste en pasar la muestra por una serie de tamices, cada uno de los cuales tiene aberturas de un tamao especifico. Los tamices estn denominados de acuerdo al tamao de sus aberturas. Las partculas gruesas quedan atrapadas en los tamices superiores; las partculas de tamao medio pasan a travs de los tamices medianos; y las partculas finas pasan a travs de los tamices inferiores. La granulometra del agregado, o graduacin de la mezcla, tiene en cuenta el % en peso total de muestra que pasa por cada uno de los28

tamices: La granulometra es determinada al calcular el peso del contenido de cada tamiz, despus de haber efectuado el anlisis de tamices. Luego se resta el peso del contenido de cada tamiz del peso total de la muestra. Agregado grueso: Material retenido por el tamiz de 2.36 mm (N 8).

Agregado fino: Material que pasa el tamiz de 2.36 mm (N 8). Relleno mineral: Fracciones de agregados fino que pasa por el tamiz de 0.60 mm (N 30). Polvo mineral: Fracciones de agregados fino que pasa por el tamiz de 0.075 mm (N 200).

LIMPIEZA Y PUREZA: Las especificaciones de la obra generalmente ponen un lmite a los y cantidades de materiales de estos indeseables materiales (vegetacin, pueden arcillas afectar

tipos

esquistosas, partculas blandas, terrones de arcilla, etc) en el agregado. Las cantidades excesivas desfavorablemente el comportamiento del pavimento. La limpieza del agregado puede determinarse, usualmente, mediante inspeccin visual, pero un tamizado por lavado proporciona una medida exacta del porcentaje de material indeseable ms fina que 0.075 mm (N 200). El ensayo de arena equivalente es un mtodo para determinar las proporciones indeseables de polvo fino y arcilla en la fraccin del agregado que pasa por el tamiz de 4.75 mm (N 4). DUREZA: Los agregados deben ser capaces de resistir la abrasin y degradacin durante la produccin, colocacin y compactacin de la mezcla de pavimentacin, y durante la vida de servicio del pavimento. Los agregados que estn en, o cerca de, la superficie, deben ser ms duros que los agregados usados en las capas inferiores de la estructura del29

pavimento. Esto se debe a que las capas superficiales reciben los mayores esfuerzos y el mayor desgaste por parte de las cargas del trnsito. FORMA DE LA PARTICULA: La forma de la partcula afecta la trabajabilidad de la mezcla de pavimentacin durante su colocacin, as como la cantidad de fuerza necesaria para compactar la mezcla a la densidad requerida. La forma de la partcula tambin afecta la resistencia de la estructura del pavimento durante su vida. Las partculas irregulares y angulares generalmente resisten el desplazamiento (movimiento) entrelazarse cuando son en el pavimento, debido a que tienden a compactadas. El mejor entrelazamiento

generalmente con partculas de borde puntiagudos y de forma cbica, producidas casi siempre, por trituracin. Muchas de las mezclas asflticas de pavimentacin contienen partculas angulares y redondas. Las partculas gruesas de agregados proporcionan la resistencia en el pavimento y provienen generalmente de piedra o grava triturada. Las partculas finas de agregado suministran la trabajabilidad necesaria en la mezcla y provienen generalmente de arenas naturales.

R ED O N D E AD A

SU B - RE DO ND E AD A

S UB - AN G UL AR

AN G UL AR

TEXTURA DE LA SUPERFICIE: La textura superficial de las partculas de agregado es otro factor que

determina no solo la trabajabilidad y resistencia final de la mezcla de30

pavimentacin,

sino

tambin las

caractersticas de

resistencia aL

deslizamiento en la superficie del pavimento. Algunos consideran que la textura superficial es ms importante que la forma de la partcula. Una textura spera, como la del papel de lija, aumenta la resistencia en el pavimento debido a que evita que las particular se muevan unas con respecto a otras y a la vez provee un coeficiente alto de friccin superficial que hace que el movimiento del trnsito sea ms seguro. Adicionalmente, las pelculas de asfalto se adhieren ms fcilmente a las superficies rugosas que a las superficies lisas. Las gravas naturales son frecuentemente trituradas durante su procesamiento, debido a que generalmente contienen superficies lisas El trituramiento produce texturas superficiales rugosas en las caras fracturadas, as como cambios en la forma de la partcula. No existe un mtodo directo parta evaluar la textura superficial. Es tan solo, una caracterstica, como la forma de la partcula, que est reflejada en los ensayos de resistencia y en la trabajabilidad de las mezclas durante la construccin.

MUY RUGOSA

RUGOSA

LISA

PULIDA

31

CAPACIDAD DE ABSORCION:

Todos los agregados son porosos, y algunos ms que otros. La cantidad de lquido que un agregado absorbe cuando es sumergido en un bao determina su porosidad. La capacidad de un agregado de absorber agua o asfalto es un elemento importante de informacin. Si un agregado es altamente absorbente, entonces continuar absorbiendo asfalto despus del mezclado inicial en la planta, dejando as menos asfalto en su superficie para ligar las dems partculas de agregado. Debido a esto, un agregado poroso requiere cantidades mucho mayores de asfalto que las que requiere un agregado menos poroso. Los agregados altamente porosos y absorbentes no son normalmente usados, a menos de que posean otras caractersticas que los hagan deseables, a pesar de su alta capacidad de absorcin. Algunos ejemplos de dichos materiales son la escoria de alto horno y ciertos agregados sintticos. Estos materiales son altamente porosos, pero tambin son livianos en peso y poseen alta resistencia al desgaste.

MUY POROSA

POROSA

NO POROSA

AFINIDAD CON EL ASFALTO: La afinidad de un agregado con el asfalto es la tendencia del

agregado a aceptar y retener una capa de asfalto. Las calizas, las dolomitas, y las rocas trapeanas tienen alta afinidad con el asfalto y son32

conocidas como hidrofbicas (repelen el agua) por que resisten los esfuerzos del agua por separar el asfalto de sus superficies. Los agregados hidroflicos (atraen el agua) tienen poca afinidad con el asfalto. Por consiguiente, tienden a separarse de las pelculas de asfalto cuando son expuestos al agua. Los agregados silceos (cuarcita y algunos granitos) son ejemplos de agregados susceptibles al desprendimiento y deben ser usados con precaucin. No es muy claro el por que los agregados hidrofobicos e hidrofilicos se comporta de tal manera. A pesar de esto, existen varios ensayos para determinar su afinidad con el asfalto y su tendencia al desprendimiento. En uno de estos ensayos, la mezcla de agregado-asfalto, sin compactar, es sumergida en agua, y las partculas cubiertas son observadas visualmente. En otro ensayo, comnmente conocido como ensayo de inmersin compresin, dos muestras de mezcla son preparadas y una es sumergida en agua. Posteriormente, ambas son ensayadas para determinar sus resistencias. La diferencia en resistencia es considerada un indicativo de susceptibilidad del agregado al desprendimiento. PESO ESPECIFICO: El peso especfico de un agregado es la proporcin entre el peso de un volumen dado de agregado y el peso de un volumen igual de agua. El peso especfico es una forma de expresar las caractersticas de peso y volumen de los materiales. Estas caractersticas son especialmente importantes en la produccin de mezclas de pavimentacin debido a que el agregado y el asfalto son proporcionados, en la mezcla, de acuerdo al peso. Una tonelada de agregado de bajo peso especifico tiene un volumen mayor (ocupa ms espacio) que una tonelada de agregado con un peso especifico ms alto. Por consiguiente para poder cubrir todas las partculas de agregado, ms asfalto debe ser adicionado a una tonelada de agregado33

con bajo peso especifico (mayor volumen) que a una tonelada de agregado con un peso especifico ms alto (menos volumen). Otra razn importante por la cual es necesario conocer el peso especfico de los agregados usados es que este ayuda en el clculo del porcentaje de vacos de aire de las mezclas compactadas. Todas las mezclas de pavimentacin deben incluir un cierto porcentaje de vacos o espacios de aire. Estos espacios desempean una labor importante en el pavimento terminado. Todos los agregados son, hasta cierto punto, porosos. Se han desarrollado tres tipos de peso especfico para tener en cuenta la porosidad del agregado, debido a que este afecta la cantidad de asfalto que se requiere para cubrir las partculas de agregado y tambin el porcentaje de vacos de aire en la mezcla final. Estos tres tipos son: PESO ESPECFICO TOTAL PESO ESPECFICO APARENTE PESO ESPECFICO EFECTIVO.

El peso especfico total de una muestra incluye todos los poros de la muestra. El peso especfico aparente no incluye, como parte del volumen de la muestra, los poros y espacios capilares que se llenaran de agua al mojar la muestra. El peso especfico efectivo excluye, del volumen de la muestra, todos los poros y espacios capilares que absorben asfalto. El peso especfico total asume que los poros que absorben agua no absorben asfalto. El peso especfico aparente asume que todos los poros que34

son permeables al agua absorben asfalto. Ninguna de las suposiciones, excepto en casos muy raros, es verdadera. Por lo tanto, el peso especfico efectivo, el cual discrimina entre poros permeables al agua poros permeables al asfalto, es el que ms se acerca al valor correcto que debe ser usado en los clculos de mezclas asflticas.

MEZCLAS DE GRANULOMETRIA DENSA % EN PESO DE MATERIAL QUE PASA LOS CEDAZOS.

Cedazo designacin

Abertura Nominal mm

Tipo I Rodamiento

Tipo II Rodamiento

Tipo III Rodamiento

Tipo IV Rodamiento o intermedia

Tipo V intermedia o base

1 1/2 1 3/4 1/2 3/8 N 4 N 8 N 30 N 50 N 100 N 200

38.1 25.4 18.0 12.0 9.51 4.70 2.38 0.595 0.297 0.194 0.074

----100 85-100 --65-80 50-65 25-40 18-30 10-20 3-10

------100 80-100 50-75 35-50 18-29 13-23 8-16 4-10

----100 80-100 70-90 50-70 35-50 18-29 13-23 8-16 4-10

--100 80-100 --60-80 48-65 35-50 19-30 13-23 7-15 2-8

100 80-100 70-90 --55-75 45-62 35-50 19-30 13-23 7-15 2-8

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MEZCLAS DE GRANULOMETRIA ABIERTA % EN PESO DE MATERIAL QUE PASA LOS CEDAZOS.Cedazo Designacin Abertura Nominal mm Tipo VI Rodamiento Tipo VII Rodamiento intermedia Tipo VIII Base Tipo IX Base Tipo X Base

1 1/2 1 3/4 1/2 3/8 N 4 N 8 N 30 N 50 N 100 N 200

38.1 25.4 18.0 12.0 9.51 4.70 2.38 0.595 0.297 0.194 0.074

------100 75-100 35-55 20-35 10-22 6-16 4-12 2-8

----100 75-100 60-85 35-55 20-35 10-22 6-16 4-12 2-8

----100 75-100 60-85 30-50 20-35 5-20 3-12 2-8 0-6

--100 75-100 --45-70 30-50 20-35 5-20 3-12 2-8 0-6

100 75-100 60-85 --40-65 30-50 20-35 5-20 3-12 2-8 0-6

COMBINACION DE AGREGADOS: Muy raras veces se obtiene un material que, sin ser procesado o mezclado con otros, satisfaga directamente los requisitos granulomtricos impuestos en las especificaciones de construcciones de carreteras. Esta afirmacin es siempre valedera en las especificaciones de agregados para mezcla de grava triturada, piedra picada y mezclas de concreto asfltico en caliente. La insuficiencia granulomtrica que presenta un agregado puede ser resuelta mediante la adicin, o combinacin, de uno o ms agregados adicionales, en forma que la mezcla que de ellos resulte cumple con los lmites que tales especificaciones establezca. En otras oportunidades varios materiales deben mezclarse para reducir su plasticidad, o para incrementar

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el porcentaje de las caras producidas por fractura, o para modificar su tamao mximo, o para mejorar la textura superficial del agregado original. Generalmente los agregados disponibles no cumplen por si solos para la construccin de mezclas asflticas con las especificaciones, en lo que a la granulometra se refiere, por lo cual se hace necesario hacer una combinacin de agregados naturales y procesados. Para la combinacin de los agregados se pueden utilizar cualquiera de los siguientes mtodos: ANALITICO O DE TANTEO SUCESIVOS DEL INSTITUTO DEL ASFALTO

GRAFICO DEL INSTITUTO DEL ASFALTO GRAFICO DE LA AASHTO. ANALITICO O DE TANTEO SUCESIVOS DEL INSTITUTO DEL ASFALTO: La frmula bsica que expresa el procedimiento de combinacin

independiente del nmero de agregados a mezclar y del mtodo de proporcionarlos, es la siguiente:

P= Aa + Bb + Cc + + Nn

a + b + c ++ n = 100%

Donde: P= % pasante o retenido, correspondiente a un tamiz cualquiera. Este % es la media aritmtica de las especificaciones. A, B, C. N= % de material que pasa por un tamiz dado para cada uno de los de los agregados empleados en la combinacin.

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a, b, c..n= proporciones expresadas e n forma decimal resultantes de la combinacin para cada uno de los materiales empleados y cuyo valor es igual a 1,00. Los porcentajes combinados P, deben coincidir lo ms posible con los porcentajes deseados para la combinacin de los distintos tamices. Ninguno debe caer fuera de los lmites granulomtricos establecidos por las especificaciones. Obviamente, puede haber muchas combinaciones aceptables. Una ptima combinacin va a ser aquella en la cual sus porcentajes coincidan lo ms posible con los porcentajes medios de la especificacin correspondiente. La formula para la combinacin de dos agregados es: (1) P = Aa + Bb

(2)

a + b = 1

luego a = 1 - b

Sustituyendo (2) en (1) tenemos : P A (3) b = B A a = A - B P B

Para lograr los requerimiento s granulomtricos de una mezcla asfltica para pavimentacin, se supone que deben combinarse un agregado grueso con arena. OBSERVACIN: Este mtodo es muy prctico hasta la combinacin de tres agregados.

38

(COMBINACIN DE DOS AGREGADOS) : EJERCICIOS: 1.- Hacer la debida combinacin granulomtrica con los agregados A y B; conocida sus granulometras as como el rango granulomtrico de las especificaciones. % PASANTE RODAM. TAMIZ 3/4" 1/2 3/8 N 4 N 8 N 30 N 50 N 100 N 200

TIPO III ESPECIFICACIONES 100 80 100 70 90 50 70 35 50 18 29 13 23 8 16 4 - 10

A 100 90 59 16 3.2 1.1 0 0 0

B 100 100 100 96 82 51 36 21 9.2

Examinar las dos granu lometras para saber que agregado estar presente en mayor parte con diversos tamaos. La mayor parte del material menor de 2.36 mm (tamiz N 8) es del Agregado B. Tomando los porcentajes del tamiz N 8 y sustituyndolo en (3) se determinan las proporciones. Observamos si se encuentran en el punto medio de las especificaciones.

Se determina el valor de ( P ) 35% + 50% P = = 42.5%

2 P = 42.5% (% pasante que se desea obtener para en tamiz N 8) A = 3.2% (% que pasa el tamiz n 8 del agregado A) B = 82.0% ((% que pasa el tamiz n 8 del agregado B). Sustituyendo estos valores en (3): b = 42.5% - 3.2% 82.0% - 3.2%39

= 0.50

b = 0.50 a = 1 b a = 0.50 PRIMER TANTEO: TAMIZ 3/4" 1/2 3/8 N 4 N 8 N 30 N 50 N 100 N 200 A 100 90 59 16 3.2 1.1 0 0 0 A * 0.5 50.0 45.0 29.5 8.0 1.6 0.6 0 0 0 B 100 100 100 96 82 51 36 21 9.2 B * 0.5 50.0 50.0 50.0 48.0 41.0 25.5 18.0 10.5 4.6 COND. 100 95.0 79.5 56.0 42.6 26.5 18.0 10.5 4.6 ESP. 100 80 100 70 90 50 70 35 50 18 29 13 23 8 16 4 - 10 a = 1 0.50

Si se observa la combinacin resultante del tamiz N 200 se debe mejorar las proporciones de la combinacin para lograr una resultante un poco ms fina. Esto se logra au mentando la proporcin del agregado B, por lo que los porcentajes serian: a = 45% y b = 55%. SEGUNDO TANTEO: TAMIZ 3/4" 1/2 3/8 N 4 N 8 N 30 N 50 N 100 N 200 A 100 90 59 16 3.2 1.1 0 0 0 A * 0.45 45.0 40.5 26.6 7.2 1.4 0.5 0 0 0 B 100 100 100 96 82 51 36 21 9.2 B * 0.55 55.0 55.0 55.0 52.8 45.1 28.0 19.8 11.5 5.1 COND. 100 95.5 81.6 60.0 46.5 28.5 19.8 11.5 5.1 ESP. 100 80 100 70 90 50 70 35 50 18 29 13 23 8 16 4 - 10

La granulometra resultante muestra un porcentaje p asante el tamiz N 30 (28.5%) por lo cual se hace necesario un tercer tanteo que podra ser con una menor cantidad de agregado fino a = 48% y b = 52%.40

TERCER TANTEO: TAMIZ 3/4" 1/2 3/8 N 4 N 8 N 30 N 50 N 100 N 200 A 100 90 59 16 3.2 1.1 0 0 0 A * 0.48 48.0 43.2 28.3 7.7 1.5 0.5 0 0 0 B 100 100 100 96 82 51 36 21 9.2 B * 0.52 52.0 52.0 52.0 49.9 42.6 26.5 18.7 10.9 5.1 COND. 100 95.2 80.3 57.6 44.2 27.1 18.7 10.9 4.8 ESP. 100 80 100 70 90 50 70 35 50 18 29 13 23 8 16 4 - 10

La combinacin proveniente de este ltimo proporcionamiento de ambos agregados, permite concluir que se ha logrado una mezcla de agregados que cumple muy satisfactoriamente los lmites granulomtricos establecidos . (COMBINACIN DE TRES AGREGADOS ): Este caso se resuelve mediante el mismo procedimiento empleado para el caso de la combinacin de dos agregados, solo que deben seleccionarse tamices que resulten en una ecuacin con una sola incgnita, es decir, aquellos en los cuales los porcen tajes pasantes en dos de los tres materiales tienen valores iguales a cero, con el fin de poder resolver la ecuacin EJERCICIOS: 1.- Hacer la debida combinacin de los agregados A, B, y C de tal forma que cumpla con las especificaciones dadas. % PASANTES B 100 100 100 100 85 48 7 TIPO IV ESPEC. 100 80 100 60 80 48 65 35 50 19 30 2 - 8

TAMIZ 1" 3/4 3/8 N 4 N 8 N 30 N 200

A 100 95 45 12 0.3 0 0

C 100 100 100 100 100 100 80

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Examinar las dos granulometras para saber que agregado estar presente en mayor parte con diversos tamaos. La mayor parte del material menor de 4,70 mm (tamiz N 4) es del Agregado A. Tomando los porcentajes del tamiz N 4 y sustituyndolo en (3) se determinan las proporciones. Observamos si se encuentran en el punto medio de las especificaciones. Se determina el valor de ( P) 48% + 65% P = 2 = 56.5%

N 4)

P = 56.5 % (% pasante que se desea obtener para en tamiz A = 12% (% que pasa el tamiz N 4 del agregado A) B = 100% ((% que pasa el tamiz N 4 del agregado B). Sustituyendo estos valores en (3): 56.5% - 100% a = 12% - 100% a = 0.49 a + b + c = 1 b = 0.51 c Como casi todo el agregado pasante por el tamiz N 200 provienen del agregado C.

= 0.49

b = 1 0.49 - c

Se determina el valor de (P) 2% + 8% P = 2 = 5%

200)

P = 5% (% pasante que se desea obtener para en tamiz N B = 7% (% que pasa el tamiz N 200 del agregado B) C = 80% ((% que pasa el tamiz N 200 del agregado C).

42

P = Aa + Bb + Cc P = Bb + Cc 5% = 7% * (0.51 c) + 80% * c 5% = 3.57% 7%*c + 80% * c 5% = 3.57% + 73% * c c = c = 0.02 a + b + c = 1 0.49 + b + 0.02 = 1 b = 0.49 TAMIZ 1" 3/4 3/8 N 4 N 8 N 30 N 200 A 100 95 45 12 3 0 0 A*49 % 49.0 46.6 22.1 5.9 0.2 0 0 B 100 100 100 100 85 48 7 B*49 % 49.0 49.0 49.0 49.0 41.7 23.5 3.4 C 100 100 100 100 100 100 80 C*2 % 2.0 2.0 2.0 2.0 2.0 2.0 1.6 COMB. 100.0 97.6 73.1 56.9 43.9 25.5 5.0 ESPEC. 100 80 100 60 80 48 65 35 50 19 30 2 - 8 CUM. SI SI SI SI SI SI SI 5% - 3.57% 73% = 0.02

EJERCICIO PROPUESTO N 1 Con la informacin dada, efectuar la combinacin de los agregados A, B y C. TAMIZ 3/4" 1/2 3/8 N 4 N 8 N 30 N 100 N 200 A 100 85 58 29 2.4 0.5 0.3 0.1 % PASANTES B 100 100 100 100 95 47 23 2.8 C 100 100 100 100 100 100 95 74 TIPO VII ESPEC. 100 75 100 60 85 35 55 20 35 10 22 4 12 2 - 8

43

EJERCICIO PROPUESTO N 2 Con la informacin dada, efectuar la combinacin de los agregados A, B y C. TAMIZ 3/4" 1/2 3/8 N 4 N 8 N 30 N 100 N 200 A 100 88 60 32 3 1 0.6 0.2 % PASANTES B 100 100 100 100 96 49 25 9.5 C 100 100 100 100 100 100 94 80 TIPO VIII ESPEC. 100 75 100 60 85 30 50 20 35 10 22 2 8 0 - 6

AJUSTE DE LA COMBINACIN POR AGREGADOS CON PESOS ESPECIFICOS DIFERENTES . Las granulometras de los agregados , y por consiguiente sus curvas representativas se determinan en laboratorio y expresan en funcin del peso total que pasa una serie de tamices. Las especificaciones granulomtricas, sin embargo, se establecen para cumplir con los requerimientos volumtricos que una mezcla debe lograr en obra para alcanzar mxima densidad, mnimos vacos, etc. los porcentajes e n peso se pueden interpretar como porcentajes en volumen siempre y cuando los pesos especficos de los agregados que se combinan sean razonablemente similares, que es el caso ms comn en la practica. Si esta diferencia entre los pesos especficos es menor de 0.20 no es necesario realizar ningn ajuste en la combinacin resultante. Este ajuste se fundamenta en la ecuacin: PESO = VOLUMEN * PESO ESPECIFICO

EJERCICIO: Se disponen de tres agregad os (A, B y C), combin ados en las proporciones (ejercicio n 1) A= 49%, B =49% y C= 2%, de pesos especficos para el agregado A= 2,30 gr/cm2, B= 2.55 gr/cm2 y C=2.80 gr/cm2. Cul ser la proporcin de cada uno de esos materiales para lograr una dosificacin en peso. Esta mezcla

44

corresponde a un bache de 2.500 Kg, se requeriran 860 kg de material A, 1.490 kg de material B y 150 kg de material C. AGREGADO A B C TOTAL (1) (2) TAMIZ 1" 3/4 3/8 N 4 N 8 N 30 N 200 A 100 95 45 12 3 0 0 % VOLUMEN 49.0 49.0 2.0 100.0 PESO ESP. 2.30 2.55 2.80 -PESO (1) 112.70 124.95 5.60 243.25 % PESO (2) 46.3 51.4 2.3 100.0

PESO = VOLUMEN * PESO ESPECIFICO % PESO= PESO INDIVIDUAL / PESO TOTAL. A* 46.3 % 46.3 44.0 20.8 5.6 1.4 0 0 B 100 100 100 100 85 48 7 B* 51.4 % 51.4 51.4 51.4 51.4 43.7 24.7 3.6 C 100 100 100 100 100 100 80 C* 2.3 % 2.3 2.3 2.3 2.3 2.3 2.3 1.8 COMB. 100.0 97.7 74.5 59.3 47.4 27.0 5.4 ESPEC. 100 80 100 60 80 48 65 35 50 19 30 2 - 8 CUM. SI SI SI SI SI SI SI

METODO GRAFICO DEL INSTITUTO DEL ASFALTO:

Este mtodo consiste en utilizar dos cartas, representadas en el sistema de coordenadas cartesianas, sobre un papel milimetrado, donde se tiene un apropiado arreglo en la escala de porcentajes. El mtodo es apropiado para la combin acin de tres agregados. El mtodo consiste en lo siguiente: Se dibuja el % del agregado C (el ms fino) sobre una escala vertical D, en la carta II. Se dibuja el % del agregado B (intermedio) sobre una escala vertical C, en la carta II. Conectar mediante una lnea recta los porcentajes que pasan de ambos agregados para un mismo tamiz, en la carta II.

45

Marcar en cada lnea los lmites de las especificaciones, en la carta II. Trazar una lnea vertical que se adapte lo mejor posible a las especifi caciones, en la carta II. Aqu se obtiene un porcentaje para el agregado fino y un porcentaje para el agregado intermedio, el cual no es definitivo. Proyectar horizontalmente la interseccin de la vertical con la lnea de cada tamiz, a la escala vertical B de la carta I. Repetir en la carta I, lo efectuado en la carta II en los puntos 3, 4 y 5; pero ahora con los valores del agregado grueso y el de la combinacin fino ms intermedio.

A CARTA I % DE GRUESO 100 100 80 40 60 % PASANTE GRUESO 80 60 40 20

B C

D CARTA II % DE INTERMEDIO 80 60 40 20 0 100 % PASANTE FINO 20 40 60 % FINO 80 100 20 40 60 80

0 100 % PASANTE FINO + INTERMEDIO46

0

20 40 60 80 100 % FINO + INTERMEDIO

EJERCICIO N 1: Hacer la debida combinacin de los agregados A, B y C de tal forma que cumplan con las especificaciones dadas; utilizar para la referida combinacin el mtodo grafico del Instituto del Asfalto.

% PASANTE INTERMEDIO 100 80 60 40 20

20

TAMIZ 3/4" 1/2 3/8 N 4 N 8 N 30 N 100 N 200 SOLUCION: TAMIZ 3/4 1/2 3/8 N 4 N 8 N 30 N 100 N 200 A 100 74 12 3 2.5 2 1.8 1.5

A 100 74 12 3 2.5 2 1.8 1.5 A= 12% A* 12% 12.0 8.9 1.4 0.4 0.3 0.2 0.2 0.2 B 100 100 90 52 18 4 3.2 2

% PASANTES B 100 100 90 52 18 4 3.2 2 B= 53% B* 53% 53 53 47.7 27.6 9.5 2.1 1.7 1.1 C 100 100 100 100 98 55 30 15 y

C 100 100 100 100 98 55 30 15

ESPEC. 100 80 100 70 - 90 55 - 73 40 - 55 20 - 30 10 - 18 04 - 10 C= 35% COM B. 100 96.9 84.1 63.0 44.1 21.6 12.4 6.6 ESPEC. 100 80 100 70 - 90 55 - 73 40 - 55 20 - 30 10 - 18 04 - 10 CUM. SI SI SI SI SI SI SI SI

C* 35% 35 35 35 35 34.3 19.3 10.5 5.3

OBSERVACION: En aquellos casos que los % obtenidos para cada uno de los agregados no cumplan con las especificaciones, se variaran los % y se har la combinacin por tanteos. EJERCICIO PROPUESTO N 1 Con la informacin dada, hacer la granulomtrica de los agregados A, B grfico del Instituto del Asfalto. % PASANTES TAMIZ A B 1 100 100 3/4" 95 100 3/8 45 100 N 4 12 70 N 8 3 35 N 30 0 8 N 200 0 4 debida combinacin y C por el mtodo C 100 100 100 100 100 65 30 ESPEC. 100 95 100 70 89 55 - 70 37 - 55 17 37 3 17

47

EJERCICIO PROPUESTO N 2: Hacer la debi da combinacin de los agregados A, B y C de tal forma que cumplan con las especificaciones dadas; utilizar para la referida combinacin el mtodo grafico del Instituto del Asfalto. TAMIZ 3/4" 1/2 3/8 N 4 N 8 N 30 N 100 N 200 A 100 85 61 41 % PASANTES B 100 100 100 100 75 58 41 10 C 100 100 100 100 100 100 78 55 ESPEC. 100 80 100 70 - 90 55 - 73 40 - 55 20 - 30 10 - 18 04 10

METODO GRAFICO DE LA AASHTO:

Para la combinacin de tres o ms agregados se emplea el mtodo de la AASHTO, el cual es aceptado hoy en da por el INSTITUTO DEL ASFALTO. Si no det ermina los porcentajes requeridos es un mtodo que por lo menos es una ayuda para la solucin analtica. El procedimiento a seguir para la solucin grfica del mtodo AASHTO es el siguiente:

Obtener el porcentaje de material retenido en el tamiz Obtener el porcentaje de material pasante por el tamiz

N 8.

N 200 Obtener el porcentaje retenido en el tamiz N 8 y el porcentaje pasante por el tamiz N 200 de las especificaciones.

En un sistema de coordenadas cartesianas, se obtienen los puntos para cada ag regado; en las abscisas colocar el porcentaje retenido en el tamiz N 8 y en las ordenadas el porcentaje pasante por el tamiz N 200.

Las especificaciones en la grafica forman un rectngulo, trazar diagonales, donde se interceptan ser el punto S. S = 100%. Unir con una lnea representan agregados.

recta

dos

de

los

puntos

que

48

Trazar una lnea recta desde el tercer punto que representa el otro agregado, pasando lo ms cerca posible al punto S hasta cortar la recta anterior, si la recta no pasa al menos por el rea de las especificaciones, significa que no es posible la combinacin de los tres agregados cumpliendo con las especificaciones.

Medir la longitud de cada uno de los segmentos. Se tiene que: A) S= Combinacin de A + B B) B= Combinacin de B + C.

Si los porcentajes obtenidos para cada uno de los agregados no cumple con las especificaciones se proceder con el mtodo de tanteos.

MTODO GRAFICO DE LA AASHTO COMBINACION DE 3 AGREGADOS 100 0 0 100 40 20 80 60 % PASA POR EL TAMIZ N 200

20

40

60

80

% RETENIDO EN EL TAMIZ N 8

49

EJERCICIO N 1: (COMBINACION TRES AGREGADOS): Hacer la debi da combinacin de los agregados A, B y C de tal forma que cumplan con las especificaciones dadas; utilizar para la referida combinacin el mtodo ANALITICO AASHTO. TAMIZ 3/4" 1/2 3/8 N 4 N 8 N 30 N 50 N 100 N 200 A 100 90 59 16 3.2 1.1 % PASANTES B 100 100 100 96 82 51 36 21 9.2 C 100 100 100 100 96 94 92 90 69 ESPEC. 100 80 100 70 - 90 50 - 70 35 - 50 18 - 29 13 - 23 08 16 4 - 10

SOLUCION: TAMIZ % RET N 8 % PASA N 200 A 96.8 0 B 18 9.2 C 4.0 69 ESPEC. 65- 50 4 - 10

ubicar los puntos A, B, C y S en el sistema de coordenadas cartesianas. Unir B con C. Ubicar rea Diagonales). de las especificaciones (S Inte r.

Trazar recta desde A hasta cortar BC pasando por S preferiblemente. Realizar mediciones: SB= 41.0 100% AS =40.5 BB= 5.0 CB=56.550

Conocido: S= S= A + B B= B + C

%A= ((SB/ (SB+ AS))*(%S). %A= ((41/(41 + 40.5))(100%) = %A= 50.31%. S= A + B B= S A B= 100% - 50.31%.

%B= 49.69% %C= ((BB/ (BB+CB)) (%B). %C= ((5/(5 + 56.5)) (49.69%). %C= 4.04%. B + C= %B %B= %B - %C %B= 49.69% - 4.04% %B= 45.65%. La combinacin elegida: A= 50% B= 46% C= 4%

Verificacin: TAMIZ 1/2 3/8 N 4 N 8 N 30 N 50 N 100 N 200 A 100 90 59 16 3.2 1.1 A* 50% 50 45 29.5 8.0 1.6 0.6 B 100 100 100 96 82 51 36 21 9.2 B* 46% 46 46 46 44.2 37.7 23.5 16.6 9.7 4.2 C 100 100 100 100 96 94 92 90 69 C* 4% 4.0 4.0 4.0 4.0 3.8 3.8 3.7 3.6 2.8 COM B. 100 95.0 79.5 56.2 43.1 27.9 20.3 13.3 7.0 ESPEC. 100 80 100 70 - 90 50 - 70 35 - 50 18 - 29 13 - 23 08 16 4 - 10 CUM. SI SI SI SI SI SI SI SI SI

51

EJERCICIO N 2: (COMBINACIN DE CUATRO AGREGADO S)

Hacer la debi da combinacin de los agregados A, B, C y D de tal forma que cumplan con las especificaciones dadas; utilizar para la referida combinacin el mtodo ANALITICO AASHTO.

TAMIZ 3/4 1/2 3/8 N 4 N 8 N 30 N 50 N 100 N 200

A 100 90 59 16 3.2 1.1 0 0 0

B 100 100 100 96 82 51 36 21 9.2

C 100 100 100 100 86 79 70 64 59

D 100 100 100 100 100 100 98 93 82

ESPECIFIC. 100 80 100 70 - 90 50 - 70 35 - 50 18 - 29 13 - 23 08 16 4 - 10

SOLUCION:

TAMIZ % RET. N 8 % PASA N 200

A 96.8 0

B 18.0 9.2

C 14.0 59.0

D 0 82

ESPECIFIC. 50 65 4 - 10

52

MTODO GRAFICO DE LA AASHTO COMBINACION DE 4 AGREGADOS

0 0 100

80 60 40 20 % PASA POR EL TAMIZ N 200

100

20

40

60

80

% RETENIDO EN EL TAMIZ N 8 ubicar los puntos A, B, C, D y S en el sistema de coordenadas cartesianas. Unir dos puntos de agregados pasando por el rea de las especificaciones (AB). Unir los dos puntos restantes de agregados (CD). Unir con una recta, las rectas AB y CD pasando por S. Realizar mediciones: SS= 3.5 Conocido: SC= 84.5 SB= 42.5 SA =38.053

S= 100% S= S+ C C= D + C S= A + B

CD=10.5 CC=16.5

%C= ((SS/ (SS+ SC))*(%S). %C= ((3.5/ (3.5 + 84.5))(100%) = %C= 3.97%. DESPEJANDO: S= S C S= 96.03% %A= ((SB/ (SB+ SA))*(%S). %A= ((42.5/ (42.5+ 38.0))*(96.03%) %A= 52.8% DESPEJANDO: B= S - A %B= 43.23% %C= ((CD/ (CD+CC)) (%C). %C= ((10.5/(10.5 + 16.5)) (3.97%) = 1.54% %C= 1.54%. COMO: A + B + C + D= 100%. %D= 100 A B C %D= 100% - 52.8% - 43.23% - 1.54% %D= 2.43%. La combinacin elegida: A= B= C= D= 53% 43% 1.5% 2.5% B= 96.03% - 52.8% = 52.8% S= 100% - 3.97%

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VERIFICACION: TAMIZ 1/2 3/8 N 4 N 8 N 30 N 50 N 100 N 200 A* B B* C C* D D* COMB. 53% 43% 1.5% 2.5% 100 53.0 100 43.0 100 1.5 100 2.5 100 90 47.7 100 43.0 100 1.5 100 2.5 94.7 59 31.3 100 43.0 100 1.5 100 2.5 78.3 16 8.5 96 41.3 100 1.5 100 2.5 53.8 3.2 1.7 82 35.3 86 1.3 100 2.5 40.8 1.1 0.6 51 21.3 79 1.2 100 2.5 25.6 0 0 36 15.5 70 1.1 98 2.5 19.1 0 0 21 9.0 64 1.0 93 2.3 12.3 0 0 9.2 4.0 59 0.9 82 2.1 7.0 A ESPEC. 100 80 100 70 - 90 50 - 70 35 - 50 18 - 29 13 - 23 08 16 4 - 10

55

ESTABILIZACIN DE SUELO: Generalmente, los suelos que se encuentran en el lugar de la obra vial a construir o en sus alrede dores, no poseen las caractersticas estar sometidos. Segn estudios, numerosos tipos de suelos pueden ser modificados mediante la adicin de a lguna sustancia o material, o bien mediante la aplicacin de algn procedimiento mecnico para transformar los de un suelo no apto para uso en estructuras viales en otro perfectamente adaptado a esos fines. El mtodo de lograr este tipo de modificacin es uno de los problemas que confronta diariamente el ingeniero vial, ya que existen numerosos lugares, tanto en Venezuela como en el resto del mundo, en los que la nica alternativa econmicamente viable es este tipo de transformacin ya que no existen ot ros tipos de materiales. Es por ello por lo que se recurre a las estabilizaciones, que no son ms que El conjunto de procesos para aumentar la calidad de los materiales para evitar las deformaciones plsticas o disminuirlas a un valor mnimo de acuerd o a las solidificaciones de cargas y de climas que soportarn. Es el procedimiento por medio del cual se le da a los suelos naturales suficiente resistencia adhesiva o de friccin y resistencia al esfuerzo cortante para soportar el trfico bajo condicio nes del clima dominante, sin que se produzcan deformacin perjudicial de la estructura. fsicas mecnicas necesarias para que ellos

puedan soportar las cargas procedentes del trfico que han de

56

Por consiguiente, se pude definir la estabilizacin de los suelos, en su sentido ms amplio, Como el proceso de mejoramiento del suelo a fin de hacerlo apto para su uso en bases y sub-bases de pavimento . Como en todo problema de ingeniera, sern las consideraciones de tipo econmico las que finalmente determinen la efectividad de un proceso de estabilizacin, ya que ste tendr que ser efectivo dentro de ciertos lmites econmicamente aceptables. En el caso de pavimentos flexibles stos derivan su capacidad de soporte de las cargas, no del trabajo a flexin de la placa, como en el caso de los pavimentos rgidos, sino mediante la distribucin de los esfuerzos transmi tidos a travs de espesores finitos del pavimento, para as disminuir las presiones que actan sobre la rasante. El proceso de estabilizacin en este tipo de pavimento lgicamente deber incrementar la resistencia del suelo de la subrasante para su uso en una sub-base, o bien mejorar la resistencia del suelo de la sub -base para que ste pueda ser utilizado en la base del pavimento. En el caso particular de pavimentos rgidos, stos derivan su capacidad de soporte de la placa del pavimento propiamen te dicho, con lo cual se podra poner en duda la utilidad de una estabilizacin del material de la base. tales como: Control de bombeo y drenaje. Control de la accin de las heladas en climas templados. Control de encogimiento e hinchamiento de suelos expansivos en la sub-rasante, etc. Sin embargo, las bases en

los pavimentos rgidos tienen, primordialmente otras funciones

57

Entonces el uso se justifica si sirve alguna de las funciones antes mencionadas en el pavimento. Algunos aditivos mejoran notablemente las propiedades del suelo, pero no siempre son utilizables por entrar en juego consideraciones de tipo econmico. El rea cubierta por el pavimento es una extensin muy grande y, por ende, la cantidad de aditivo o material puede llegar a ser muy elevada an usndose un material muy pequeo. Esto puede traer consigo costos prohibitivos para el m todo. La seleccin de la mezcla apropiada de suelo y material estabilizante depender, en general, del uso a que vaya ser destinado el nuevo material y de ciertas pruebas de laboratorio arbitrariamente establecidas a fin de simular condiciones de servicio. FACTORES QUE INCIDEN EN LA SELECCIN DE UN

PROCESO DE ESTABILIZACIN: Al seleccionar un proceso de estabilizacin para ser usado en una estructura vial, el ingeniero tiene en cuenta tres (3) factores fundamentales a saber: a) BAJO COSTO: Un suelo estabilizado debe resultar en un gasto menor que un material de alta calidad, el cual necesariamente tiene que ser transportado a la obra. Este bajo cos to resulta porque generalmente se utilizan materiales del sitio de construccin, los cuales son mejorados mediante el proceso de estabilizacin y, por ende, el material en si es ms econmico. obtenible hace que los costos de Por otra sean por parte, las caractersticas del material de ser localmente transporte bastara evitados, lo cual en muchos casos podra representar un desembolso econmico considerable, ejemplo considerar los costos de transporte en que

58

incurriramos si se especificase una base de piedra en una construccin en lo profundo del Llano venezolano. b) RESISTENCIA: El suelo estabilizado deber tener

mayor resistencia comparada con la resistencia original del suelo sin estabilizar. unas caractersticas es ahora estabilidad, El material estabilizado, con de ser resistenci a usado en y la para mejoradas apto

estructura del pavimento. c) DURABILIDAD : El proceso de estabilizacin debe ser un medio de mantener el material con un estado de resistencia determinado para evitar que se deteriore por la influencia de l os factores ambientales. apropiadas en ciertas condiciones. Numerosos tipos de suelos tienen caractersticas de resistencia Sin embargo, estas caractersticas deseables pueden perderse fcilmente ya que estos suelos no resisten los embates del deterioro causado por los factores del medio ambiente. convierte en factor fundamental, ya que Es en permite este caso entonces, que el proceso de estabilizacin se aumentar la resistencia del suelo e impedir el deterioro causado por esos factores climticos. TIPOS DE ESTABILIZACIN DE SUELOS: La aplicacin efectiva y econmica de las diversas tcnicas de estabilizacin solo es posible, si se entienden y se establecen claramente las limitaciones y posibilidades de la accin de los diversos agentes estabilizadore s.

59

Para corregir las caractersticas originales del suelo, cuando stas no son aceptables y proporcionales se utilizan diferentes tcnicas de estabilizacin, cuya clasificacin corresponde a veces a los mtodos de trabajo y, otras a los productos de adici n empleados como correctivos. Es as como se obtienen tres grandes grupos de estabilizaciones que son a saber: 1.- ESTABILIZACIN FISICO- MECNICA: Se refiere especficamente a una distribucin ordenada de las partculas de una mezcla su suelo -agregado densificacin o que permite la con estabilizacin mediante compactacin

humedad adecuada. Se logra mediante un cambio real o aparente en la

granulometra que consiste simplemente en el mejoramiento de un suelo mediante la adicin de otro suel o proveniente de sitio seleccionado. son: Los conceptos seleccionados con esta estabilizacin plasticidad, trabazn de las partculas o La manera cmo estos factores Granulometra,

friccin interna y la cohesin. persiguen.

entran en juego depende en cada caso de l os fines que se Al producirse el cambio en la granulometra del material se produce un incremento del ngulo de friccin interna lo cual a su vez, se traduce en un incremento de la resistencia en una grava limpia, sta deber mezclarse con un s uelo fino y plstico que proporciones cohesin (pega), es decir, se debe aumentar la plasticidad. Un suelo de granos redondos y de poca trabazn puede hacerse estable y resistente sin se mezcla con otro suelo de granos angulares y gradados que proporcione n buena traba. La plasticidad de un material puede reducirse con la adicin de un suelo de baja plasticidad.60

El

mtodo

usado

para

hacer

la

estabilizacin

mecnica,

consiste en llevar sobre la carretera los materiales en proporciones especificadas y luego por motoniveladoras mezclarlo ntimamente; luego se le agrega el agua, se contina el mezclado hasta tener un producto uniforme y por ultimo se extiende y se compacta. En el caso en que se vaya va a mezclar. 2.- ESTABILIZACIN FISICO- QUMICA: Se refiere al cambio de las propiedades del suelo por efectos qumicos motivado a la combinacin de ciertos aditivos tales como los cementos, asfaltos, cales y otros. Se usan materiales de naturaleza puramente qumica para lograr el efecto deseado. La estabilidad deseada se produce mediante la reaccin qumica entre la sustancia estabilizante y el suelo o la modificacin del suelo por la sustanc ia estabilizante. La misma reaccin sirve para mantener el contenido de humedad en el suelo. La estabilizacin qumica puede ser: A.- Estabilizacin suelo asfalto. B.- Estabilizacin suelo cemento. C.- Estabilizacin suelo cal. A.- ESTABILIZACIN SUELO ASFALTO: La estabilizacin asfltica consiste en el mejoramiento de un suelo para hacerlo apto a fines especficos por medio de la adicin de un producto bituminoso. El bitumen puede ser asfalto lquido o un cemento asfltico. estos fines son los Los asf altos ms corrientes usados para lquidos (cutbacks) y emulsiones. Los a estabilizar una superficie existente, se acostumbra a esca rificar sta y luego agregar el otro suelo que se

materiales bituminosos se usan en estabilizacin de suelos, ms61

como agua.

impermeabilizantes,

que

como

ligantes

o

cementantes,

impartiendo un alto grado de inmunidad al efecto destructivo del Aunque los asfaltos utilizados en estabilizaciones de suelos tienen algn valor cementante, hay que hacer una distincin entre el suelo asfalto y las mezclas de pavimenta cin arena asfalto. El sueloasfalto se usa generalmente como base y sub base o como mejoramiento de subrasante y en ningn caso como capa de rodamiento ya que la mezcla estabilizada es generalmente muy friable, es decir, se desmenuza fcilmente por el efecto abrasivo del trfico. El problema principal en e l suelo asfalto es el de Existe gran Por una parte los lograr cubrir la mayor parte de los granos de suelos. dificultad al tratar de mezclar cutback y tierra.

terrones de tierra impiden que el asfalto lquido cubra gran parte de los granos y dentro de la mezcla quedan terrones de arcilla que son susceptibles a romperse y desintegrarse bajo los efectos del agua. Por otra parte, la tensin superficial y la viscosidad del La manera que hasta asfalto impiden que los granos se cubran.

ahora se ha encontrado ms efectiva y econmica para lograr cubrir la mayor parte de los granos del suelo es con la adicin de agua. Aunque parezca disparatado usar agua con asfalto, sta tiene efectos beneficiosos en la estabilizacin. La idea que existe sobre esta mezcla e s que el asfalto lquido y el agua se rompen en partculas diminutas, dentro de la estructura de la mezcla con el esfuerzo de compactacin. Con el

tiempo el agua y los voltiles se van evaporando y las partculas de bitumen se van acercando unas a otras y van envolviendo los granos del suelo. Muchas veces cuando el suelo es repelente al asfalto

hidroflico, la adicin de un segundo elemento aditivo puede ser beneficioso. Por ejemplo, la cal en pequeas proporciones ayuda a62

rebajar la plasticidad del suel o y a romper los terrones y, al mismo tiempo, contribuye a neutralizar la acidez con la cual se logra una mejor afinidad del suelo por el asfalto. Antes de comenzar a tratar el suelo con asfalto debe analizarse, es decir, se debe hacer un ensayo granulom trico, lmites de Atterberg y contenido de humedad. El diseo de laboratorio debe decidir el porcentaje, tipo y grado de asfalto a utilizar de modo que puedan obtenerse los mejores resultados. En caso de que el suelo sea extremadamente arenoso, se usar con preferencia un cutback del tipo Rc -2, una emulsin o cemento asfltico, si el suelo tiene poca capacidad de arena y tiene limo y arcilla en fuerte proporcin se usar asfalto cutback del tipo MC o an SC y tambin podr usarse las emulsiones del tipo SS-1. Para determinar el contenido de asfalto en las pruebas tentativas de laboratorio, se han establecido grficos y frmulas para la determinacin del asfalto. P = 0.015 A + 0.02 B + 0.03 C + 0.09 D Donde P = % de asfalto. A = % de material retenido en el tamiz N 10 B = % de material que pasa el tamiz N 10 y se retiene en el N 40 C = % de material que pasa el tamiz N 40 y es retenido en el N 200 D = % de material que pasa el tamiz N 200 CRITERIOS DE ACEPTABILIDAD: La norma COVENIN (2000 -86), establece los siguientes

requisitos para las mezclas de suelo asfalto:63

Estabilidad al aire= 1.000 libras mnimo. Estabilidad al agua= 400 libras mnimo. Hinchamiento= 5%. Absorcin= 8%

DISEO DE ESPESORES : Los espesores del suelo asfalto varan usualm ente de un mnimo de 10 cms. a un mximo de 25 cms. ste viene determinado por el tipo de vehculos e intensidad de trfico, as como de las caractersticas de la subrasante y es utilizando los mtodos corrientes de Diseo de calculado Pavimento,

aunque algunas veces los espesores son fijados en base a la experiencia local. Para carreteras de trfico liviano (menor de 400 vehculos por da), de 10 a 15 cms. son usualmente satisfactorios. Mientras que para carreteras de trfico muy intenso se utilizan espesores de 20 a 25 cms., soportados en bases granulares y recubiertos con concreto asfltico. 15 cms. cada una. CONSTRUCCIN: a) conformacin de subrasante: La subra sante debe ser conformada y compactada de acuerdo a los procedimientos usuales de construccin de carreteras. calzada, ste En carreteras existentes, en las cuales se va a estabilizar en suelo de la debe ser aflojado hasta la profundidad requerida. Las m asas de material apelmazado debern ser rotas por tractores, aplanadoras, motoniveladoras u otro equipo apropiado. b) Pulverizacin: Se efecta simultneamente con la Los espesores totales de las bases son generalmente construidos en varias capas de unos 5 a

escarificacin. Cuando se trata de suelos no cohesivos, la64

pulverizacin es fcil, pero cu ando se trata de suelos arcillosos esto requiere mayor atencin, por lo que habr que agregarle cierto contenido de agua para facilitar la operacin. c) La Asociacin Americana de Constructores que el suelo de sea

Carreteras

(A.R.B.A),

especifica

pulverizado hasta que el suelo sea pulverizado hasta que el 85 % pase el tamiz de 3/8 y no menos del 75 % pase el tamiz N: 04 antes de la aplicacin del asfalto. d) Mezclado: Depende del tipo de equipo que se va a utilizar en la obra. stos son de tres clases gene rales: en sitio, plantas viajeras y planta central. 1.- El mezclado de sitio se puede efectuar con el equipo que normalmente La posee una compaa de constructora. Asociacin Americ ana

Constructores de Carreteras (ARBA) recomienda el siguiente equipo mn imo en este tipo de mezclado. Existen muchos mtodos de operacin dependiendo de las diversas combinaciones de equipos utilizados. usual es el siguiente: Luego de pulverizado el material se le aade la cantidad de agua necesaria, si alguna hiciera falta y se mezcla uniformemente con el suelo, otras veces por el contrario es necesario rebajar el contenido de agua del material, lo cual se logra aireando el material con patroles, con rastras, etc. El procedimiento

65

Cuando el material est humedecido un iformemente a la cantidad especificada, el suelo es vuelto a extender sobre la va y conformado continuacin aproximadamente se aplica el a la seccin especificada. a la A asfalto calentado temperatura

adecuada por medio del camin distribuidor de asfalto . La ARBA recomienda las siguientes temperaturas de

calentamiento segn los diversos tipos de asfalto. MATERIALES RC 1, RC 2, MC 1 MC 2 RC 3 MC 3 MC 4 SC 1 SC 2 SC 3 TEMPERATURA DE APLICACIN 27 86 Grados Centgrados 38 93 Grados Centgrados 52 80 Grados Centgrados 64 98 Grados Centgrados 80 105 Grados Centgrados 27 93 Grados Centgrados 55 93 Grados Centgrados 80 121 Grados Centgrados El asfalto es aadido en pequeos incrementos para evitar que se infiltre hacia la part e inferior de la capa y se empelote all. Generalmente se recomienda utilizar cantidades no mayores de 2,25 lts/m2. Inmediatamente despus de la aplicacin del asfalto Se se le da un mezclado parcial con rastras, arados o patroles.

contina repitiendo e sta operacin hasta que el contenido total del asfalto al suelo, se le da un mezclado final con los patroles, rastras y arados hasta una mezcla uniforme, que no tenga sitios pobres o con exceso de asfalto. Una vez efectuada la mezcla el material es encamellonado a un lado de la va. Cuando se tienen espesores grandes de base, (mayores de 15 cms.) el mezclado en una sola capa es bastante difcil por lo cual66

en estos casos iguales.

se opta por mezclar el material en dos capas La

Existen dos formas de uso ge neral actualmente.

primera denominada de arriba hacia abajo2 en la cual se procede de la siguiente forma: Se escarifica la parte superior de la base, se pulveriza y se le da un premezclado con una parte de la cantidad total de asfalto a aadir, luego de lo cual este material (A) es encamellonado a un lado de la va y de inmediato se procede a escarificar, pulverizar, mezclar con asfalto la parte inferior de la capa; una vez que esta capa ha sido compactada se pasa el material (A) que haba sido premez clado, sobre la va y se le aade el asfalto restante, se termina de hacer el mezclado y se compacta. El otro procedimiento denominado de abajo hacia arriba se diferencia del anterior en que la capa superior (A) no es premezclada con asfalto sino encam ellonada en su estado natural a un lado de la va y una vez que la capa inferior ha sido procesada y compactada, se pasa a la va el material (A) que haba sido almacenado a un lado, se mezcla y se compacta. Esencialmente hay dos tipos diferentes de plan tas viajeras. Una toma el material encamellonado sobre la va, la mezcla con la cantidad medida de asfalto y lo redeposita en forma de camelln sobre la calzada. Cuando se utiliza esta mquina el procesamiento del suelo antes del mezclado es similar al que se efecta cuando se utiliza el mezclado en sitio, o sea el material es escarificado y pulverizado previamente pero en lugar de ser extendido de nuevo sobre la va, el material es encamellonado sobre la calzada para que pueda ser recogido por la mqui na.

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Con el objeto de asegurar un mezclado uniforme en la mquina, los camellones son previamente nivelados a seccin uniforme fabricada por en medio la de un o enrasador pueden ser de camellones. Este hechos enrasador puede ser una simple plancheta de metal o madera obra igualadores especialmente en la fbrica con este objeto. El material que sobre y que no pueda ser arrastrado por el enrasador deber ser cargado y botado o depositado en donde se necesita. El otro tipo de planta viajera es el llamad o de un solo paso. sta mquina escarifica, pulveriza el suelo, aade el asfalto, el agua, mezcla el suelo con el asfalto y extiende la mezcla sobre la calzada en una sola operacin. Las plantas viajeras tienen un corto tiempo de mezclado y una alta produccin. Entre las ventajas de las plantas viajeras se preconiza las siguientes: 1.- Se obtiene un excelente control de la calidad de la mezcla ya que los agregados y el asfalto son proporcionadas exactamente. B.-ESTABILIZACION SUELO - CEMENTO: El suelo-cemento es una simple mezcla ntima de suelo pulverizado con cantidades medidas de cemento Prtland y agua, compactadas a alta densidad. Al hidratarse el cemento, la mezcla se convierte en un material de pavimento, res istente y durable. En cambio el suelo modificado con cemento es aquel tratamiento que se hace generalmente a los suelos A -1 A-2 (granulares) con el fin de mejorar su capacidad de soporte y bajar su ndice de plasticidad, pues aunque en su form a original, cumplen con algunas de las especificaciones exigidas, requieren la adicin de bajos porcentajes de cemento que lo transforman en68

suelos

estables Partiendo

y del

resistentes principio

que

llenaran

las tres

condiciones sern los

contempladas en el proyecto. suelo-cemento, req