DISEO DE PAVIMENTO FLEXIBLE Y RIGIDOVa Aeropuerto EL EDEN1

2012

DISEO DE PAVIMENTO FLEXIBLE Y RGIDO

LINA MERCEDES MONSALVE ESCOBAR LAURA CRISTINA GIRALDO VASQUEZ JESSYCA MAYA GAVIRIA

DISEO DE PAVIMENTO FLLEXIBLE Y RIGIDO

LINA MERCEDES MONSALVE ESCOBAR LAURA CRISTINA GIRALDO VASQUEZ JESSYCA MAYA GAVIRIA

PROGRAMA DE INGENIERA CIVIL

Armenia

DISEO DE PAVIMENTO FLEXIBLE Y RIGIDOVa Aeropuerto EL EDEN2012

100

DISEO DE PAVIMENTO FLEXIBLE Y RIGIDO

LINA MERCEDES MONSALVE ESCOBAR 1094914262LAURA CRISTINA GIRALDO VASQUEZ 1094922194JESSYCA MAYA GAVIRIA 41954362

REVISADO POR:ING. MARIA ROSA GUZMAN MELENDEZTITULAR DE LA ASIGNATURA DE PAVIMENTOS

PROGRAMA DE INGENIERA CIVIL

Armenia2012

TABLA DE CONTENIDO

PAG.1. INTRODUCCIN 102. OBJETIVOS 112.1. Objetivo General 112.2. Objetivos Especficos 113. JUSTIFICACIN 124. ALCANCE 135. METODOLOGA 145.1. Mtodo AASHTO para el diseo de pavimentos flexibles 145.2. Mtodo racional para el diseo de pavimentos flexibles 145.3. Mtodo de la Portland Cement Association (PCA) 156. MARCO TERICO 166.1. Estudios geotcnicos 166.1.1.Caracterizacin geotcnica 166.1.1.1. Tamao de las partculas de suelo 166.1.1.2. Curva de distribucin granulomtrica 176.1.1.3. Consistencia del suelo 186.1.1.4. Clasificacin del suelo 186.2. Pavimentos 216.2.1.Clasificacin de los pavimentos 226.3. Diseo Marshall 266.4. Diseo de pavimentos rgidos de la Portland Cement Asociation (PCA) 276.5. Trnsito 286.5.1.Clculo del trnsito de acuerdo al manual de diseo de pavimentos 28 asflticos para vas con bajos volmenes de trnsito (INVIAS)6.5.1.1. Niveles de trnsito 296.5.1.2. Componentes de trnsito 306.5.1.3. Determinacin del nivel de confianza en la proyeccin del trnsito 306.5.1.4. Conversin de vehculos a ejes equivalentes de 8.2 ton. Factores 30 de dao por tipo de vehculo6.5.1.5. Trnsito en el carril de diseo en funcin de ancho de la calzada. 31Factor direccional (Fd)6.5.1.6. Trnsito acumulado en ejes equivalentes de 8.2 ton, en el carril 31 de diseo durante el periodo de diseo6.5.1.6.1. Pronstico de la componente de trnsito normal 316.5.1.7. Pronstico de la componente de trnsito atrado 346.5.1.8. Pronstico de la componente de trnsito generado 346.5.2.Clculo del trnsito de acuerdo al manual de diseo de pavimentos de 35 concreto para vas con bajos, medios y altos volmenes de trnsito (INVIAS)6.5.2.1. Factor camin (Fc) 386.5.2.2. Cuantificacin del trnsito en una va 386.5.2.2.1. Trnsito promedio diario (TPD) 38

6.5.2.2.2. Periodo de diseo y vida til 386.5.2.3. Clasificacin de las vas 396.5.2.4. Asignacin del trnsito segn las caractersticas y el ancho de la 39 va6.5.2.5. Porcentaje de vehculos para el carril de diseo 396.6. Ensayo California Bearing Ratio (CBR) 406.7. Modulo resiliente 416.8. Modulo de reaccin de la subrasante 426.9. Modulo dinmico Witczak 436.10. Leyes de Fatiga 447. DESARROLLO PRCTICO 477.1. Descripcin de la va 477.2. Estudio de trnsito 487.2.1.Trnsito pavimento flexible 487.2.2.Trnsito pavimento rgido 607.3. Evaluacin de suelos 687.3.1.Magnitud del estudio 687.3.1.1. Trabajo de campo 687.3.1.2. Caractersticas de los sondeos 687.3.1.3. Perfil estratigrfico 737.4. Caracterizacin estructura del pavimento 757.4.1.Subrasante 757.4.2.Subbase 767.4.3.Base 777.4.4.Carpeta asfltica 787.5. Diseo del pavimento flexible 827.5.1.Mtodo AASHTO 827.5.2.Mtodo racional 897.6. Diseo de pavimento rgido 947.6.1.Diseo de pavimento rgido mediante el mtodo PCA 948. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES 1009. ANEXOS

LISTA DE TABLAS

PAG.Tabla 1. Lmites de tamao de suelos separados 17Tabla 2. Sistema unificado de clasificacin; smbolos de grupo para suelos 19 arenososTabla 3. Sistema unificado de clasificacin, smbolos de grupo para suelos 20 limosos y arcillososTabla 4. Niveles de trnsito 28Tabla 5. Factor dao por tipo de vehculo 30Tabla 6. Trnsito por adoptar para el diseo segn el ancho de la calzada. Factor 30 direccional (Fd)Tabla 7. Valores del parmetro Zr (suponiendo una distribucin normal) 31Tabla 8. Porcentaje de trnsito generado como funcin del trnsito normal 34Tabla 9. Mximo peso por eje para los vehculos de transporte de carga 34Tabla 10. Carga mxima admisible por vehculo 37Tabla 11. Cargas patrn y exponenciales para el clculo del Factor de 38 equivalenciaTabla 12. Clasificacin de las vas 39Tabla 13. Porcentaje de vehculos para el carril de diseo 40Tabla 14. Valores de esfuerzo en la muestra patrn 41Tabla 15. Clasificacin del suelo de acuerdo a los valores de CBR 41Tabla 16. Periodo de diseo (en aos) recomendado 49Tabla 17. Serie histrica y composicin del trnsito promedio diario semanal 51 (TPDS) de la va Santander de Quilichao Te de Villa Rica, estacin 284Tabla 18. Camiones de conteo total semanal y distribucin porcentual, ao 2008 51Tabla 19. Factor direccional 53Tabla 20. Factor carril para vas con diferentes nmeros de carriles 53Tabla 21. Factor dao por tipo de vehculo 54Tabla 22. Valores de trnsito equivalente diario 54Tabla 23. Valores de trnsito equivalente diario calculado 56Tabla 24. Clculo de la sumatoria de las diferencias al cuadrado de cada ao de 57 la serie histrica y el ao medio de dicha serie histricaTabla 25. Error pronstico para cada uno de los aos del periodo de diseo 57Tabla 26. Valores del parmetro Zr que asegura el nivel de confianza deseado 58Tabla 27. Valores de correccin para cada ao del periodo de diseo 58Tabla 28. Ejes equivalentes para todos los aos del periodo de diseo con 59 confiabilidad del 90%Tabla 29. Datos histricos de trnsito (estacin 284) 59Tabla 30. Correccin de datos histricos 61Tabla 31. Trnsito promedio diario semanal (TPDS) calculado 62Tabla 32. Clculo de la sumatoria de las diferencias al cuadrado de cada ao de 63la serie histrica y el ao medio de dicha serie histricaTabla 33. Error de pronstico para cada uno de los aos del periodo de diseo 64Tabla 34. Valores del parmetro Zr que asegura el nivel de confianza deseado 65

Tabla 35. Valores de correccin para cada ao del periodo de diseo 65Tabla 36. Ejes equivalentes para todos los aos del periodo de diseo, con 66 confiabilidad del 90%Tabla 37. Nmero de repeticiones de carga 67Tabla 38. Categoras de subrasante 75Tabla 39. Datos de entrada para el mtodo de la AASHTO 83Tabla 40. Niveles de confiabilidad recomendada por AASHTO 83Tabla 41. Capacidad del drenaje para remover la humedad 84Tabla 42. Valores mi recomendados para modificar los coeficientes estructurales 84 de capa bases y subbases sin tratamientoTabla 43. Datos para calcular espesores por mtodo AASHTO 87Tabla 44. Espesores mnimos admisibles para las capas asflticas y la base 87 granularTabla 45. Espesores pavimento flexible AASHTO 89Tabla 46. Caractersticas de las capas de la estructura del pavimento asfltico 89Tabla 47. Coeficientes de Calage 91Tabla 48. Caractersticas de las capas de la estructura del pavimento asfltico 92Tabla 49. Comparacin de las deformaciones calculadas con las admisibles 94Tabla 50. Influencia del espesor de la base en el valor de k 96Tabla 51. Resistencia que debe alcanzar el concreto 96

LISTA DE FIGURAS

Figura 1. Curvas de distribucin del tamao de partculas (curvas granulomtricas)

PAG.17Figura 2. Carta de plasticidad 21Figura 3. Estructura tpica de un pavimento asfltico (flexible) 22Figura 4. Estructura tpica de un pavimento rgido 23Figura 5. Estructura tpica de un pavimento articulado 23Figura 6. Esquema de clasificacin de vehculos 29Figura 7. Representacin esquemtica de los vehculos de transporte de carga 35 ms comunes en el pasFigura 8. Esquematizacin de los diferentes tipos de ejes y su carga mxima 36Figura 9. Porcentaje de camiones en el carril de diseo 40Figura 10. Esquema de clasificacin de vehculos 49Figura 11. Localizacin estaciones de conteo. Estacin 284 50Figura 12. Perfil estratigrfico 73Figura 13. Nomograma para calcular el coeficiente estructural de la subbase 76 granularFigura 14. Nomograma para calcular coeficiente estructural de la base granular 77Figura 15. Indice de penetracin nomogramas Van Der Poel 78Figura 16. Temperatura de mezcla 79Figura 17. Nomograma para el clculo del modulo de rigidez de la carpeta 80 asflticaFigura 18. Nomograma para el calculo del modulo de rigidez de la carpeta 81 asflticaFigura 19. Coeficiente estructural de la carpeta asfltica 82Figura 20. Relacin entre la clasificacin del suelo y los valores de CBR y K 95Figura 21. Diseo de pavimento rgido espesor 263 (mm) 97Figura 22. Repeticiones esperadas de ejes simples 97Figura 23. Repeticiones esperadas de ejes tndem 98Figura 24. Repeticiones esperadas de ejes tridem 98

LISTA DE IMGENES

PAG.Imagen 1. Ubicacin va de estudio 47Imagen 2. Va Santander de Quilichao Te de Villa Rica 48Imagen 3. Nmero estructural 85Imagen 4. Nmero estructural carpeta asfltica (SN1) 85Imagen 5. Nmero estructural carpeta asfltica y base (SN2) 86Imagen 6. Nmero estructural carpeta asfltica, base y subbase (SN3) 86Imagen 7. Determinacin de esfuerzos y deformaciones en el programa DEPAV 89 para la estructura diseadaImagen 8. Esfuerzos y deformaciones en el programa DEPAV para la estructura 90 diseadaImagen 9. Esfuerzos y deformaciones en el programa DEPAV para la estructura 90 diseadaImagen 10. Determinacin de esfuerzos y deformaciones en el programa 92DEPAV para la estructura diseadaImagen 11. Esfuerzos y deformaciones en el programa DEPAV para la 93 estructura diseadaImagen 12. Esfuerzos y deformaciones en el programa DEPAV para la 93 estructura diseada

LISTA DE GRFICOS

PAG.Grafico 1. Variacin histrica de autos 51Grafico 2. Variacin histrica de buses 52Grafico 3. Variacin histrica de camiones 52Grafico 4. Modelos de regresin 55Grafico 5. Trnsito equivalente diario del periodo de diseo con confiabilidad de 5990%Grafico 6. Regresin lineal de la serie histrica del trnsito 61Grafico 7. Regresin lineal de la serie histrica cde trnsito corregida 62Grafico 8. Transito equivalente diario del periodo de diseo con confiabilidad de 6790%

1. INTRODUCCION

El Municipio de Santander de Quilichao, est ubicado en Colombia, en el sector Norte del Departamento del Cauca, a 97 Km al norte de Popayn y a 45 Km al Sur de Santiago de Cali, Valle del Cauca Este sector de gran importancia para la comunicacin ya que corresponde a una va indepartamental y municipal, lo que la convierte en una red vial de gran importante para la economa y el desarrollo del pas.

Para garantizar que la va ofrezca un nivel de serviciabilidad adecuado que genere bienestar, confort y seguridad tanto al comercio, al turismo y al transporte urbano, es necesaria una va que se encuentre en buen estado y que se ajuste a las condiciones tanto del trnsito, nivel de importancia y tipo de terreno.

Con el objetivo de conseguir una va que se acomode a las condiciones a la cuales es sometida, se realiza un estudio para el diseo de una pavimento flexible con el mtodo de la AASHTO y el mtodo racional, junto con un estudio de pavimento rgido por el mtodo de la PCA.

El presente informe tiene como objetivo mostrar los diseos de los pavimentos rgidos para un periodo de diseo de y flexibles con un periodo de diseo de 20 aos, para el municipio Santander de Quilichao con un periodo de diseo, que permitan sustituir el actual pavimento que no presenta condiciones adecuadas. Para esto l se hace necesario un anlisis del trnsito proyectado a un periodo de diseo de 20 aos con conversin del trnsito a ejes equivalentes , un estudio de geotcnico el cual se hace por medio de una caracterizacin de los apiques que permiten determinar las condiciones de las subrasante, incluyendo ensayos de consistencia, granulometra, CBR.

2. OBJETIVOS

2.1. OBJETIVO GENERAL

Disear una estructura de pavimento rgido y flexible para 17 Km de la va que conduce de Santander de Quilichao Te de Villa Rica.

2.2. OBJETIVOS ESPECIFICOS

Determinar las condiciones geotcnicas del terreno por medio de ensayos y anlisis del suelo.

Por medio de apiques caracterizar la subrasante y las capas del terreno.

Determinar el tipo transito, volumen y las cargas a las que el pavimento ser sometido durante el periodo de diseo.

Determinar los espesores de las capas del pavimento, por medio de los diferentes mtodos de la AASHTO, mtodo racional, Marshall Shell y PCA

Determinar los materiales del diseo de pavimentos.

3. JUSTIFICACIN

El proyecto de diseo de la va Santander de Quilichao Te de Villa Rica, se realizara con el fin de mejorar las condiciones de comunicacin intermunicipal en el departamento del Cauca, e interdepartamental con el departamento del Valle del Cauca, debido a que es una ruta de gran importancia para el desarrollo econmico del departamento.

Una evaluacin funcional realizada al pavimento existente en el tramo de va, hace notoria la necesidad de realizar una evaluacin estructural del mismo. De la evaluacin estructural se determin, que la estructura existente presenta elevados ndices de deterioro y no posee vida residual; por lo que se recomienda la reconstruccin total, y la realizacin de un nuevo diseo de pavimento, que proporcione seguridad y comodidad a los habitantes de la zona.

4. ALCANCE

El proyecto comprende el diseo de la estructura de pavimento para El proyecto comprende el diseo de la estructura de pavimento para 17 Km de la va que conduce de Santander de Quilichao Te de Villa Rica.

El diseo consiste en un pavimento flexible por los mtodos de la AASHTO y racional, y un pavimento rgido por el mtodo PCA (Portland Cement Association). Los lineamientos que se consideran para el diseo corresponden a los consignados en los manuales de diseo de pavimentos del Instituto Nacional de Vas (INVIAS), para la realizacin de los estudios de suelos, trnsito y la caracterizacin de la subrasante.

Para el diseo de la nueva estructura de pavimento no se modifica el diseo geomtrico de la va, ni las caractersticas del trnsito de la misma.

5. METODOLOGA

5.1. MTODO AASHTO PARA EL DISEO DE PAVIMENTOS FLEXIBLES

El mtodo AASHTO-1993 para el diseo de pavimentos flexibles, se basa primordialmente en identificar un nmero estructural (SN) para el pavimento, que pueda soportar el nivel de carga solicitado. Para determinar el nmero estructural, el mtodo se apoya en una ecuacin que relaciona los coeficientes , con sus respectivos nmeros estructurales, los cuales se calculan con ayuda de un software, (AASHTO 93) el cual requiere unos datos de entrada como son el nmero de ejes equivalentes, el rango de serviciabilidad, la confiabilidad y el modulo Resiliente de la capa a analizar; esta ecuacin se relaciona a continuacin:

Donde:

5.2. MTODO RACIONAL PARA EL DISEO DE PAVIMENTO FLEXIBLE

El mtodo racional consiste en asumir unos espesores para cada una de las capas de la estructura del pavimento. A partir del mdulo resiliente y los espesores asumidos, se caracterizan dichas capas. El mdulo resiliente se obtiene mediante la siguiente relacin:

Donde:

El mtodo racional, al igual que el mtodo de la AASHTO, se apoyan en modelos computacionales, para determinar las deformaciones de la estructura del pavimento ante las cargas de diseo. Para el mtodo racional se usar el DEPAV y se compararn los resultados obtenidos, con las leyes de fatiga.

5.3. MTODO DE LA PORTLAND CEMENT ASSOCIATION (PCA)

El propsito de este mtodo al igual que el de los anteriores es determinar los espesores mnimos de pavimento que permiten optimizar costos en una obra.

Este mtodo consiste en una hoja de clculo que rene una serie de datos para el anlisis de la estructura por fatiga y por erosin. El anlisis de fatiga se basa en el clculo de esfuerzos por caga en el borde de las losas y el anlisis de erosin se basa en que la deflexin mas critica ocurre en la esquina de la losa.

6. MARCO TERICO

6.1. ESTUDIOS GEOTECNICOS

Al evaluar un pavimento existente la exploracin del suelo y los ensayos de laboratorio realizados a los distintos materiales utilizados en las capas del pavimento juegan un papel muy importante, debido a que stos proporcionan informacin de gran valor a la hora de tomar decisiones con respecto al estado en que se encuentran los materiales de la estructura de pavimento.

Para la obtencin de la informacin geotcnica bsica de las propiedades del suelo, deben efectuarse ensayos de campo y laboratorio que determinen su distribucin y propiedades fsicas. Una investigacin de suelos debe comprender:

Determinacin del perfil del suelo: La cual consiste en ejecutar perforaciones en el terreno, con el objeto de determinar la cantidad y extensin de los diferentes tipos del suelo, la forma como estos estn dispuestos en capas y la determinacin de aguas freticas. Lgicamente, la ubicacin, profundidad y nmero de perforaciones deben ser tales que permitan determinar toda variacin importante de la calidad de los suelos. Toma de muestras de las diferentes capas de suelos: En cada perforacin deber tomarse muestras representativas de las diferentes capas encontradas. Las muestras pueden ser de dos tipos: Alteradas e inalteradas.

En vas se recomienda hacer sondeos con espaciamientos entre 350 y 600 m, teniendo en cuenta las semejanzas del material a partir de uno de los cortes presentes.En general, las muestras obtenidas sirven para determinar las propiedades y clasificacin del material extrado valindose de los siguientes ensayos:

Humedad natural Granulometra Limites de consistencia. Humedad Natural

6.1.1. CARACTERIZACIN GEOTCNICA

6.1.1.1. Tamao de las partculas de suelos

Los tamaos de las partculas que conforman un suelo, varan en un amplio rango. Los suelos, en general, son llamados grava, arena, limo o arcillas, dependiendo del tamao predominante de las partculas. La tabla 1 muestra los lmites de tamao de suelo

separado desarrollados por el Instituto tecnolgico de Massachusetts y la Asociacin deFuncionarios del Transporte y Carreteras Estatales (AASHTO).

Nombre de la organizacinTamao del grano (mm)GravaArenaLimoArcillaInstituto Tecnolgico deMassachusetts (MIT)>22 a 0.060.06 a 0.00222 a 0.050.05 a 0.0023, con espesor de 0.40m

Apique 2:

El sondeo se realiz a una profundidad comprendida entre los 0.0m y los 1.5m. La estratificacin obtenida corresponde a: Relleno limo arenoso contaminado, de espesor 0.10m Grava limo arenosa de espesor 0.30m Material de relleno limo de espesor 0.25m Limo de espesor 0.85m

Apique 3:

Sondeo realizado a una profundidad comprendida entre 0.0m y 1.0m, la estratificacin obtenida de este sondeo corresponde a: Capa de relleno con descapote, espesor 0.10m Base triturada, grava limo arenosa de espesor 0.20m Grava areno limosa de espesor 0.70m

Apique 4:

Sondeo realizado a una profundidad entre 0.0m y 1.40m, la estratificacin obtenida se describe a continuacin: Capa de descapote, espesor 0.10m Grava triturada limo arenosa, espesor 0.15m Grava limosa (material de ro), espesor 0.35m Grava limo arenosa, espesor 0.8m

Apique 5:

Este sondeo se realiz a una profundidad comprendida entre 0.0m y 1.0m, la estratificacin obtenida se muestra a continuacin: Base granular triturada areno limosa, espesor 0.30m Grava limo arenosa, espesor 0.70m

Apique 6:

Profundidad de sondeo comprendida entre 0.0m y 1.60m, a continuacin se describe la estratificacin obtenida: Base granular triturada limo arenosa, espesor 0.30m Grava areno limosa, espesor 0.30m Limo, espesor 0.50m

Apique 7:

Profundidad de sondeo comprendida entre 0.0m y 1.20m, a continuacin se describe la estratificacin obtenida: Carpeta asfltica, espesor 0.10m Grava triturada areno limosa, espesor 0.20m Grava limo arenosa, espesor 0.90m

Apique 8:

Profundidad de sondeo comprendida entre 0.0m y 1.40m, a continuacin se describe la estratificacin obtenida: Material orgnico con escombros, espesor 0.20m Base granular triturada areno limosa, espesor 0.20m Limo arenosa, espesor 1.0m

Apique 9:

Profundidad de sondeo comprendida entre 0.0m y 1.50m, a continuacin se describe la estratificacin obtenida: Capa de relleno, espesor 0.10m Grava areno limosa con sobre tamao, espesor 0.70m Grava limo arenosa, espesor 0.50m

Apique 10:

Profundidad de sondeo comprendida entre 0.0m y 1.50m, a continuacin se describe la estratificacin obtenida: Capa de relleno, espesor 0.15m Grava triturada areno limosa, espesor 0.25m Grava areno limosa, espesor 0.80m Limo, espesor 0.30m

Apique 11:

Profundidad de sondeo comprendida entre 0.0m y 1.40m, a continuacin se describe la estratificacin obtenida: Descapote, espesor 0.15m Grava triturada areno limosa, espesor 0.25m Grava areno limosa, espesor 0.60m Grava limo arenosa, espesor 0.20m

Grava areno limosa, espesor 0.20m

Apique 12:

Profundidad de sondeo comprendida entre 0.0m y 1.50m, a continuacin se describe la estratificacin obtenida: Limo orgnico contaminado, espesor 0.20m Grava triturada areno limosa, espesor 0.40m Grava areno limosa (de ro), espesor 0.40m Material meteorizado grava areno limosa, espesor 0.40m Grava limo arenosa, espesor 0.10m

Apique 13:

Profundidad de sondeo comprendida entre 0.0m y 0.80m, a continuacin se describe la estratificacin obtenida: Grava limo arenosa (triturada), espesor 0.30m Grava limo arenosa, espesor 0.50m

Apique 14:

Profundidad de sondeo comprendida entre 0.0m y 1.20m, a continuacin se describe la estratificacin obtenida: Grava areno limosa triturada, espesor 0.25m Grava limo arenosa de ro, espesor 0.35m Material meteorizado grava limo arenosa, espesor 0.20m Limo, espesor 0.40m

Apique 15:

Profundidad de sondeo comprendida entre 0.0m y 1.50m, a continuacin se describe la estratificacin obtenida: Descapote orgnico, espesor 0.15m Grava triturada areno limosa, espesor 0.25m Grava areno limosa con sobre tamao, espesor 0.20m Grava areno limosa, espesor 0.30m Arcilla, espesor 0.6m

Apique 16:

Profundidad de sondeo comprendida entre 0.0m y 1.50m, a continuacin se describe la estratificacin obtenida:

Descapote orgnico, espesor 0.15m Grava areno limosa con sobre tamao, espesor 0.20m Grava areno limosa, espesor 0.25m Grava areno limosa meteorizada, espesor 0.60m Arcilla, espesor 0.30m

Apique 17:

Profundidad de sondeo comprendida entre 0.0m y 1.50m, a continuacin se describe la estratificacin obtenida: Material orgnico, espesor 0.10m Grava triturada areno limosa, espesor 0.15m Grava areno limosa con sobre tamao, espesor 0.55m Arcilla, espesor 0.70m

Apique 18:

Profundidad de sondeo comprendida entre 0.0m y 1.25m, a continuacin se describe la estratificacin obtenida: Material orgnico, espesor 0.15m Grava triturada areno limosa, espesor 0.25m Grava limo arenosa, espesor 0.85m

Apique 19:

Profundidad de sondeo comprendida entre 0.0m y 1.40m, a continuacin se describe la estratificacin obtenida: Material orgnico, espesor 0.20m Grava triturada areno limosa, espesor 0.30m Grava de ro areno limosa, espesor 0.90m

Apique 20:

Profundidad de sondeo comprendida entre 0.0m y 1.60m, a continuacin se describe la estratificacin obtenida: Orgnico con gravilla, espesor 0.10m Grava arcilla arenosa meteorizada, espesor 0.60m Grava arcilla arenosa, espesor 0.30m Grava areno limosa, espesor 0.40m Arcilla, espesor 0.20m

Apique 21:

Profundidad de sondeo comprendida entre 0.0m y 1.20m, a continuacin se describe la estratificacin obtenida: Orgnico, espesor 0.05m Grava triturada areno limosa, espesor 0.45m Grava areno limosa, espesor 0.70m

7.3.1.3. PERFIL ESTRATIGRFICO

El perfil estratigrfico se hace con el fin de observar los cambios de estratos y suelos presentes a lo largo de toda la va.

El perfil se presenta a continuacin:

Figura 12. Perfil estratigrfico

CONVENCIONES

Carpeta asfltica

Base granular triturada grava limo arenosa, sin plasticidad, humedad baja, compacidad compacta Grava areno limosa de color caf con sobre tamao >3"humedad baja, compacidad compacta Capa de relleno limo arenoso contaminado de baja plasticidad

Material de gravas limo arenoso, color caf sin plasticidad.Humedad media a alta, compacidad media a compacta Material de relleno limo de alta plasticidad, con arenas y gravas color rojizo amarillo, humedad menor al lmite plstico, Limo de mediana plasticidad con gravas y arenas de color rojizo con vetas negras, humedad natural menor al lmite plstico, Capa de relleno con descapote

Capa de base triturada grava limo arenosa, sin plasticidad, color gris, humedad baja, compacidad compacta Capa de descapote

Grava limo arenosa de color meteorizado, color caf con vetas amarillas, sin plasticidad, compacidad compactaArcilla de alta plasticidad, color negro, humedad cercana al lmite plstico, consistencia media Arena limosa con gravas trituradas, sin plasticidad color gris,compacidad compacta Material orgnico con escombros

Limo de baja plasticidad con arenas y gravas color caf amarilloso, con trazas negras y rojas, humedad mayor al lmite Limo de alta plasticidad color caf amarilloso con trazas negras,grises y rojas, humedad natural cercana al lmite plstico, Material meteorizado arena limosa con gravas sin plasticidad, color con trazas rojas, negras, grises y amarillas, humedad baja, compacidad compacta Grava areno limoso sin plasticidad color negro, humedad baja, compacidad media a compacta Limo de alta plasticidad de color caf con vetas negras, humedad natural menor al lmite plstico, consistencia media Arcilla de mediana plasticidad, color negro, humedad cercana al lmite plstico consistencia firme Grava areno limosa sin olasticidad meteorizado color rojo con vetas rojas, negras, amarillas y blancas, humedad mayor al lmite plstico, compacidad compacta Arcilla de mediana plasticidad color caf oscuro con vetas amarillas, negras yoxidacin, humedad menor al lmite plstico, consistencia media Orgnico con gravilla

Grava arcilla arenosa de mediana plasticidad, meteorizada color rojizo con vetas rojas, blancas, negras y amarillas, humedad baja, compacidad compacta Arcilla de alta plasticidad color negro con vetas rojas, amarillas y grises, humedadmenor al lmite plstico, consistencia media

7.4. CARACTERIZACIN ESTRUCTURA DEL PAVIMENTO

El buen diseo de la estructura debe garantiza el funcionamiento de la va, para su diseo se consideran cargas dinmicas estimadas para un periodo de diseo, el cual est relacionado con el nivel de transito, para esto es necesario determinar las caractersticas mecnicas de los materiales que cumplan con los parmetros especificados en la parte estructural como funcional ya que debe garantizar al usuario parmetros fsicos relacionados con el diseo geomtrico y el ndice de servicio necesario para su confort y seguridad.

7.4.1. SUBRASANTE

De acuerdo al valor obtenido del CBR se tiene una estructura de soporte apta para la estructura de pavimento, para el clculo del modulo resiliente de esta capa se calcula segn el manual de bajos volmenes de transito INVIAS, tabla 4.4 bajos se debe hacer una correccin del CBR, ya que se presenta un valor muy pequeo.Se toma un valor de acuerdo a la tabla 38

Tabla 38. Categorias de subrasante

Se toma un comportamiento de bueno para la subrasante, obteniendo una categora deS3 y un valor de 7%

Donde

7.4.2. SUB-BASE

Para trabajar el material de la subbase es necesario tomar un CRB de acuerdo a las especificaciones del INVIAS el cual establece, un mnimo de 30%.

En nomograma de la AASHTO se entra con el valor escogido del CBR para este caso unCBR: 50% y con este se determina el modulo resiliente del material

Figura 13. Nomograma para calcular coeficiente estructurar de la sub-base granular

Para un valor de CBR de 50% en el nomograma se obtiene el valor de y un modulo resiliente

7.4.3. BASE

Para la caracterizacin el material debe cumplir con las especificaciones de la norma INVIAS; que exige un CBR minimo de 80% el cual debe ser analizado en el nomograma de la ASSHTO y de esta manera obtener el coeficiente a2y modulo resiliente del material.

Para este caso se toma un CBR: 80%

Figura 14. Nomograma para calcular coeficiente estructurar de la base granular

Del nomograma se obtiene un a2: 0.134 y un modulo resiliente (MR):28400Psi

7.4.4. CARPETA ASFLTICA

De la caracterizacin dinmica se tomaron los siguientes datos: T800=53 grados

Penetracin a 25 grados= 64 0.1mm

Figura 15. ndice de penetracin nomogramas Van Der Poel

Temperatura de mezclado

Es necesario hallar la temperatura de la mezcla, la cual se obtiene del grafico entrando con los siguientes datos.

Figura 16. Temperatura de mezcla

De la grafica se obtuvo la temperatura de la mezcla que es T: 38C

Mdulo de rigidez del asfalto

Figura 17. Nomograma para el clculo del modulo de rigidez del asfalto

En el nomograma de Van Der Poel se determina un mdulo de rigidez del asfalto

Mdulo de rigidez de la mezcla asfltica

% Vol. asfalto 13.8. % Volumen de agregados (Vg): 95.10

Figura 18. Nomograma para el clculo del modulo de rigidez de la carpeta asfltica

Coeficiente estructural a1 para capas de concreto asfaltico:

Se halla el coeficiente estructural a1 en funcin del Mdulo Resiliente del concreto asfaltico

Figura 19. Coeficiente estructural de la carpeta asfltica

Con base en la grafica se obtiene un valor de variacin del coeficiente a1= 0.45

7.5. DISEO DEL PAVIMENTO FLEXIBLE

La estructura del pavimento flexible se conforma por las capas de carpeta asfltica, base, subbase y subrasante o superficie de apoyo. Los esfuerzos que llegan a la subrasante no pueden ser mayores a los admisibles, de lo contrario se generaran grandes deformaciones que se reflejaran en la capa de rodadura.

Los esfuerzos generados por las cargas del trnsito, las solicitaciones a la estructura del pavimento, son distribuidas por la estructura a la subrasante, por ello es importante hacer un diseo que cumpla las especificaciones. Para el diseo del pavimento asfltico se adoptan las siguientes metodologas:

Mtodo racional Mtodo de la AASHTO 93 Leyes de fatiga

7.5.1. MTODO AASHTO

El diseo del pavimento flexible se hace usando en primera instancia el mtodo de la AASHTO, como indicador del clculo final de espesores, por ser este mtodo conservador, lo que significa que los espesores arrojados por el programa son demasiado grandes.La tabla 39 muestra un resumen de los datos de entrada

Tabla 39. Datos de entrada para el mtodo de la AASHTO

PERIODO DE DISEO20 aos

EJES EQUIVALENTES59316869.79

Mr BASE28368.728 (Psi)

Mr SUBBASE17480.784 (Psi)

Mr SUBRASANTE8876.74 (Psi)

E MEZCLA ASFLTICA5066158.291

PSI4.5-2.0

Clculo del nmero estructural (SN):

Para el clculo de los nmeros estructurales de las capas del pavimento se utiliz el programa de la AASHTO 93. Se debe tener en cuenta como datos de entrada, el nivel de confiabilidad y la desviacin estndar.

Tabla 40. Niveles de confiabilidad recomendada por AASHTO

De a cuerdo a la clasificacin funcional de la va, se escoge un porcentaje de confiabilidad del 90%, y una desviacin de So = 0.49.

Para obtener los valores de los coeficientes m2 y m3, correspondientes a las capas de base y subbase respectivamente, el mtodo de la AASHTO se basa en la capacidad que tiene el drenaje de remover la humedad interna del pavimento. Para la va Santander de Quilichao Te de Villa Rica, asumiremos la calidad del drenaje de base y subbase como bueno, es decir, que el agua es removida en un daTabla 41. Capacidad del drenaje para remover la humedad

En la tabla 41 se observan los valores recomendados para m2 y m3 (bases y subbases sin estabilixar), en funcin de la calidad del drenaje presentan valores recomendados de m2 y m3 (bases y sub-bases granulares sin estabilizar) en funcin de la calidad del drenaje y el porcentaje del tiempo a lo largo de un ao, en el cual la estructura del pavimento pueda estar expuesta a niveles de humedad prximos a la saturacin.

Tabla 42. Valores mi recomendados para modificar los coeficientes estructurales de capa bases y sub-bases sin tratamiento.

De acuerdo a la tabla anterior, tenemos que os valore de los coeficientes m2 y m3 equivalen a 1.0, una calidad de drenaje buena y el tiempo al cual est expuesta la estructura del pavimento a niveles de humedad prxima a la saturacin es moderada.

Para determinar los espesores de las capas individuales se requiere encontrar el nmero estructural para proteger la capa inferior

Imagen 3. Numero estructural.

Clculo del nmero estructural de la carpeta asfaltica (SN1)

Imagen 4. Numero estructural carpeta asfaltica (SN1)

Calculo del numero estructural de la base y la carpeta asfaltica (SN2)

Imagen 5. Numero estructural carpeta asfaltica y base (SN2)

Calculo del numero estructural de la sub-base, base y carpeta asfaltica(SN3)

Imagen 6. Numero estructural carpeta asfaltica, base y sub-base (SN3)

Para calcular los espesores por el mtodo de la AASHTO, se tienen los siguientes datos:

Tabla 43. Datos para calcular espesores por mtodo AASHTO

a10.45/pulgada

a20.134/pulgada

a30.125/pulgada

SN13.82

SN24.45

SN35.46

m21.0

m31.0

N59.31x106

A continuacin en la tabla 44 se muestran los espesores mnimos admisibles para las capas asflticas y la base granular

Tabla 44. Espesores mnimos admisibles para las capas asflticas y la base granular

Espesor de la carpeta asfltica:

Para calcular el espesor de la carpeta asfltica se utiliza la siguiente expresin:

De lo anterior, podemos concluir que se cumple con los espesores mnimos establecidos, consignados en la tabla 45

Se corrige el nmero estructural de la carpeta asfltica debido a la aproximacin del espesor.

Clculo del espesor de la base

El espesor de la base calculado por el mtodo de la ASSHTO no cumple con el espesor mnimo permitido, por lo que se incrementa hasta 6 (in)

Se corrige el nmero estructural:

Espesor de la Sub-base

Segn el clculo del espesor de la capa de sub-base se requiere dicha capa, ya que el nmero estructural SN3 es mayor que SN2 es decir que la resistencia requerida para soportar las cargas y esfuerzos transmitidos por los ejes equivalentes, no la soportan la carpeta asfltica y la base granular solas necesitan de la sub-base.

Segn el mtodo de la AASHTO los espesores de las capas de la estructura del pavimento flexible son:

Tabla 45. Espesores pavimento flexible AASTHO

CAPAH (CM)

Carpeta asfltica22

Base16

Sub-base17

7.5.2. MTODO RACIONAL

Partiendo de los datos de la caracterizacin de las capas de la estructura del pavimento, tales como CBR, mdulos resilientes (Mr) y modulo dinmico de la mezcla, se calculan los esfuerzos y deformaciones de la carpeta asfltica (esfuerzos por traccin) y en la subrasante (esfuerzos por compresin), mediante el uso del software DEPAV. Los resultados obtenidos se muestran a continuacin:

Tabla 46. Caractersticas de las capas de la estructura del pavimento asfaltico

CAPAE (Kg/cm2)H (cm)

Carpeta asfltica356898.90,3515

Base1998.510.3520

Subbase1231.480,3530

Subrasante624.660.45

Imagen 7. Determinacin de esfuerzos y deformaciones en el programa DEPAV para la estructura diseada.

Imagen 8. Esfuerzos y deformaciones en el programa DEPAV para la estructura diseada

Imagen 9. Esfuerzos y deformaciones en el programa DEPAV para la estructura diseada

Clculo de los esfuerzos admisibles

Para calcular las deformaciones admisibles para la estructura del pavimento obtenida se utilizan las leyes de fatiga: Deformacin admisible en la carpeta asfltica

Donde:

Numero acumulado de ejes de 8.2 toneladas en el carril de diseo, Durante el periodo de diseo.

Tabla 47. Coeficientes de Calage

Los valores obtenidos para los coeficientes de calage son:

Por lo tanto, reemplazando en la ecuacin:

rCA =(0.856x13.8+1.08)x(3.5x1010)-0.36x(50154532.88/8.25)-0.2

rCA= 1.438x 10-4

Deformacin admisible para la subrasante

En la tabla 48 se muestran los espesores finales de cada una de las capas del pavimento flexible, que cumplen con las deformaciones unitarias admisibles

Tabla 48. Caractersticas de las capas de la estructura del pavimento asfaltico

CAPAE (Kg/cm2)H (cm)

Carpeta asfltica356898.90.355

Base1998.510.3515

Sub-Base1231.480.3520

Sub-Rasante624.660.45

Imagen 10. Determinacin de esfuerzos y deformaciones en el programa DEPAV para la estructura diseada

Imagen 11. Esfuerzos y deformaciones en el programa DEPAV para la estructura diseada

Imagen 12. Esfuerzos y deformaciones en el programa DEPAV para la estructura diseada

En la tabla 49 se comparan los resultados de esfuerzos y deformaciones obtenidos por elDEPAV y se comparan con las deformaciones admisibles arrojadas por las leyes de fatiga

Tabla 49. Comparacin de las deformaciones calculadas con las admisibles.

DEFORMACIONESCALCULADASDEFORMACIONESADMISIBLESCalculadas 300.

Tabla 51. Resistencia que debe alcanzar el concreto

Se realiza el diseo de pavimentos rgidos por el mtodo de la PCA, esto se hace con los valores obtenidos anteriormente.

BS-PCA DISEO DE PAVIMENTOS RIGIDOS PCA

El primer paso es ingresar los datos con los que se cuenta

Figura 21. Diseo pavimento rgido espesor 263 (mm)

Se proceden a ingresar las cargas por eje y sus respetivas repeticiones, tanto para eje simple como para tndem y tridem

Figura 22. Repeticiones esperadas de ejes simples

Figura 23. Repeticiones esperadas de ejes tandem

Figura 24. Repeticiones esperadas de ejes tridem

Se obtiene un consumo total de esfuerzo de 0%, y un consumo total de erosin de98.14%

De lo anterior se determina un diseo de pavimento rgido con una resistencia K del apoyo de 61 Mpa, un espesor de la losa de 263mm (26.3cm) y un modulo de rotura de la losa de 4.5 Mpa

8. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

La estructura diseada con el programa DEPAV dio como resultado

EstructuraModulo resiliente (E)Relacion dePoissonEspesores(cm)

Capeta356898.90.355

Base1998.10.3515

Sub-base1231.480.320

Sub-rasante624.660.45---

EstructuraEspesores (cm)Carpeta Asfltica22Base16Sub-base17Comparando sus resultados con el AASHTO-93 el cual arrojo los siguientes resultados

Para el anlisis del trnsito se tuvo en cuenta un periodo de diseo de 20 aos para pavimento flexible y 30 aos para pavimento rgido. En cuanto al diseo de pavimento flexible se determino que el numero de ejes equivalentes de 8.2 toneladas (Eje simple de rueda doble) que demandara la va para su diseo es de 59316869.74, y para el pavimento rgido se analiza la repeticin de cargas de los vehculos comerciales teniendo que la repeticin de carga de un eje simple es de 144408578.7 y para un eje tndem las repeticiones es de 62054835.68 y repeticiones esperadas de ejes tridem es de 11216377.35.

De los 21 apiques y anlisis de suelos se tiene que el suelo caracterstico es grava areno limosa con presencia de arcillas cuyo valor de CBR sumergido fue de 1.5% y un CBR sin sumergir de 2.15%, por lo tanto se recomienda el retiro de este material por un material con un valor de CBR mayor que pueda soportar la estructura del pavimento y las cargas dinmicas del trnsito vehicular.

El diseo del pavimento rgido se realizo mediante la metodologa del PCA, en el cual se conjugan las caractersticas fsico-mecnicas de la capa de soporte y la relacin de los vehculos comerciales para obtener el factor carga, como resultado se tiene un diseo de pavimento rgido conformado por una placa de concreto de 26.3 (cm) de espesor.

9. BIBLIOGRAFA

BRAJA M. Das. Fundamentos de Ingeniera Geotcnica. Editorial Thomson Learning. California State University of Sacrament. Copyright international S.A 2001.

Manual de diseo para transito de bajos volmenes INVIAS.

Manual para la inspeccin de pavimentos flexibles. Bogot D.C. Octubre de

2006 .

Pavement condition index (PCI), para pavimentos asfalticos y de concreto en carreteras, Manizales Abril de 2006.

Memorias de clase: Ing Hugo Leon Arenas Lozano.

Memorias de clase: Julia Eugenia Ruiz.

Memoria de clase: Ing. Fernando Snchez Sabogal.

10. ANEXOS

10.3. ANEXO 1: CBR

De los apiques se obtiene los CBR tanto sumergidos como no sumergidos.

CBR SIN SUMERGIRCBR SUMERGIDO

APIQUE 151.91.3

APIQUE 162.41.7

APIQUE 172.51.8

APIQUE 202.62.1

APIQUE 62.72

APIQUE 142.92

APIQUE 103.12.2

APIQUE 83.22.1

APIQUE 93.62.8

CBR SIN SUMERGIR

valor de CBR# MUESTRAS CBR >=% MUESTRAS CON VALORES

11.99100%

22.4889%

32.5778%

42.6667%

52.7556%

62.9444%

73.1333%

83.2222%

93.6111%

De acuerdo al nmero de 8.2 Ton de carril de diseo normal en este caso

N 8.2 ton carril de diseo normal

59,316,869.74

Con este valor se va a la tabla y donde se calcula el valor de diseo con el cual se entra a la grafica y se obtiene el CBR.

CLASENIVEL DE TRAFICOVALOR DISEO

LIVIANON=10^6 Rep. 8.2 T87.5%

120%

100%

80%

Ttulo del eje60%

CBR

40%

20%

0%0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4Ttulo del eje

De la grafica anterior se obtiene un CBR para condiciones sin sumergir de 2.15%.

CBR SIN SUMERGIDO

valor deCBR# MUESTRAS CBR >=% MUESTRAS CON VALORES

11.39100%

21.7889%

31.8778%

42667%

52.1444%

62.2222%

72.8111%

120%

100%

80%

Ttulo del eje60%

BCR SUMERGIDO

40%

20%

0%0 0.5 1 1.5 2 2.5 3Ttulo del eje

ANEXO 2: Marshall

Introduccin

El diseo de las mezclas bituminosas se realiza mediante procedimientos empricos de laboratorio y requiere las experiencias en campo para determinar si el anlisis es correcto. El mtodo emprico ms utilizado en el diseo de mezclas asflticas es el diseo Marshall, esta tcnica fue desarrollada por Bruce Marshall quien depuro y adiciono ciertos aspectos a las propuestas de Marshall a punto de que el mtodo fue normalizado como ASTM 1559. En esta tcnica se determina el porcentaje ptimo de betn y los ensayos se dirigen solo a determinar las propiedades mecnicas de los materiales y en un futuro las del pavimento, garantizando las proporciones volumtricas de los componentes para tener unos rangos adecuados para una mezcla durable. El pavimento asfaltico puede tener una vida til de hasta 20 aos siempre que se tenga un adecuado control tanto en la dosificacin, construccin y mantenimiento de todos los elementos que componen la estructura del pavimento.

OBJETIVOS

OBJETIVO GENERAL

Determinar el contenido ptimo de asfalto para una mezcla especfica de agregados ptreos mediante el mtodo Marshall de diseo de mezclas asflticas (ASTM D 1559).

OBJETIVOS ESPECFICOS

Determinacin de la granulometra de los agregados ptreos finos, gruesos y llenante mineral (INV 213 215).Determinacin del ndice de aplanamiento y alargamiento de los agregados para carreteras (INV 230). Determinacin del equivalente de arena de suelos y agregados finos (INV

133).

Determinar la gravedad especfica y absorcin de agregados gruesos (INV

223).

Determinacin de la resistencia de la mezcla asfltica en caliente empleando el aparato Marshall (Ensayos a las briquetas INV 748).

GENERALIDADES

Los pavimentos son estructuras construidas por capas de diversos materiales seleccionados, superpuestas colocadas y compactadas sobre la superficie del terreno. La estructura de un pavimento est construida especialmente para la circulacin del trfico automotor por lo que es una solucin econmica y eficaz. En Colombia la construccin de carreteras se inicio prcticamente hacia 1930 y la pavimentacin de vas hacia 1945.Existen tres clases de pavimentos, dependiendo del material de construccin y la forma como recibe y controlan las cargas:Flexible: La superficie se apoya sobre una o mas capas que ayudan a soportar las cargas. Proporcionan una superficie de rodadura muy confortable para el usuario de la va.Articulado: construido con adoquines, que se colocan sobre una capa de arena. Esta se apoya sobre una capa granular o directamente sobre la subrasante.Regido: se compone de una losa de concreto hidrulico colocadas sobre una o varias capas de material seleccionado. La capacidad estructural depende casi totalmente de la losa.

Los asfaltos estn compuestos fundamentalmente por asfaltenos que proporcionan las caractersticas estructurales y de dureza el asfalto, por resinas que asumen las propiedades cementante y/o aglutinantes, y por aceites que aportan una adecuada consistencia y trabajabilidad. Los asfaltos estn compuestos en gran parte por hidrocarburos de consistencia semislida a temperatura ambiente, pero pueden ser ms fluidos a medida que incrementa su temperatura.

MARCO TEORICO

El marco conceptual referente para la realizacin de los respectivos ensayos y caractersticas de los diversos materiales empleados son las correspondiente normas del Instituto Nacional de Vias INV o sus equivalentes ASTM (Ver Anexos), por lo cual para efectos del presente documento se presentar a grandes rasgos los conceptos fundamentales a considerar para un diseo por el mtodo Marshall.

El contenido ptimo de asfalto para un material de carpeta es la cantidad de asfalto que forma una membrana alrededor de las partculas, de espesor suficiente para resistir los elementos del intemperismo evitando que el asfalto se oxide con rapidez. Por otro lado, no debe ser tan gruesa como para que la mezcla pierda estabilidad, es decir, deformacin excesiva por flujo plstico o resistencia y no soporte las cargas de los vehculos.El mtodo consiste en ensayar una serie de probetas, cada una preparada con la misma granulometra y con diferentes contenidos de asfalto. El tamao de las probetas es de 2.5 pulgadas de espesor y 4 pulgadas de dimetro. Dichas probetas se preparan siguiendo un procedimiento especfico para calentar el asfalto y los agregados, mezclar y compactar.Las probetas preparadas con el mtodo se rompen en la prensa Marshall, determinado su estabilidad (resistencia) y deformacin. Si se desean conocer los porcentajes de vacos de las mezclas as fabricadas, se determinarn previamente los pesos especficos de los materiales empleados y de las probetas compactadas, antes del ensayo de rotura.

Definiciones

Vacos en el Agregado Mineral (VMA): Es el volumen ocupado por el asfalto efectivo y los vacos atrapados entre los agregados recubiertos, se expresa como un porcentaje del volumen total de la muestra.Asfalto efectivo (Pbe): Es el contenido de asfalto total de la mezcla menos la porcin de asfalto que se pierde por absorcin dentro de la partcula de agregado. Vacos de aire (Va): Es el volumen de aire atrapado, entre las partculas de agregado recubierto por asfalto, luego de la compactacin.Vacos llenos con asfalto (VFA): Es el volumen ocupado por el asfalto efectivo el porcentaje de vacos en el agregado mineral, VMA, ocupado por asfalto.

Donde:

Vma = Volumen de vacios en el agregado mineral Vmb = Volumen bulk de la mezcla compactada Vmm = Volumen de la mezcla suelta

Vfa = Volumen de vacos llenos con asfalto

Va = Volumen de vacos de aire

Vb = Volumen de asfalto

Vba = Volumen de asfalto absorbido

Vsb = Volumen de agregado mineral (para gravedad especfica bulk)

Vse = Volumen de agregado mineral (para gravedad especfica efectiva).

PROCEDIMIENTO DE ANLISIS DE MEZCLAS ASFLTICAS

Se listan todas las mediciones y clculos necesarios para el anlisis de vacos:

a) Medir la gravedad especfica bulk del agregado grueso y del agregado fino. b) Medir la gravedad especfica del cemento asfltico.c) Calcular la gravedad especfica bulk de la combinacin de agregados en la mezcla.d) Medir la Gravedad Especfica Terica Mxima de la mezcla suelta. e) Medir la Gravedad Especfica Bulk de la mezcla compactada.f) Calcular la Gravedad Especfica Efectiva del Agregado.

g) Calcular la Gravedad Especfica Terica Mxima de la mezcla para otros contenidos de asfaltoh) Calcular el porcentaje de asfalto absorbido por el agregado, Pba. i) Calcular el contenido de asfalto efectivo de la mezcla, Pbe.j) Calcular el porcentaje de vacos de la mezcla compactada, VMA.

k) Calcular el porcentaje de vacos de aire en la mezcla compactada, Va

l) Calcular el porcentaje de vacos llenos con asfalto.

Ecuaciones A Emplear

Densidad

Determinacin De Masa

Determinacin De Volmenes

ENSAYOS DE LABORATORIO REALIZADO A LOS MATERIALES

Acorde con las normativas nacionales, a los materiales precursores de la mezcla asfltica se les realizaran los siguientes ensayos:

ENSAYOS A LOS AGREGADOS

Anlisis Granulomtrico (INV 213-07, INV 215-07)

ndice de Alargamiento Y Aplanamiento (INV 227-07, INV 230-07)

DISEO DE PAVIMENTO FLEXIBLE Y RIGIDOVa Aeropuerto EL EDEN

122

Gravedad especfica y absorcin de agregado grueso (INV 223-07)

123

Equivalente de arena de agregados finos (INV 133-07)

Ensayo de equivalencia de arenas 33-07 del INVIAS

Ensayo de desgaste de en la mquina de los ngeles INV. E 218-07

DISEO MEZCLA ASFALTICA

DETERMINACION DE LAS TEMPERATURAS DE MEZCLA Y COMPACTACION

La temperatura de los agregados deber superar en 20C a la del cemento asfaltico durante la mezcla, la Planta de Ingeniera de Vas proporciona los valores de mezcla de los agregados con el cemento asfaltico siendo la temperatura para el cemento asfaltico de 148C y la temperatura de los agregados de 168C.

DETERMINACION DE LAS PROPORCIONES DE MEZCLA

Segn la Norma Invias se tiene unas gradaciones ideales de los materiales ptreos integrantes de una mezcla asfltica MDC-2, los materiales que se tiene para el diseo de la mezcla no cumplen por si solos, estos deben ser mezclados en las proporciones ideales para que la curva granulomtrica se encuentre entre el rango permitido.Realizando un ensayo por tanteo a continuacin se muestran los porcentajes de cada agregado que cumplen dentro de los lmites de las especificaciones:

En la grafica se puede observar que la lnea azul y roja son los lmites de la especificacin para una mezcla MDC-2, mientras que la lnea verde es la gradacin de los materiales combinado en el porcentaje indicado en tabla anterior que son de 28% para grava triturada, 55% de agregado intermedio, 14% de arena natural y 3% de llenante.

Estos porcentajes de material se deben convertir a peso para ser mezclados en laboratorio en las cantidades exactas para ello se debe descontar del 100% de la mezcla el porcentaje de asfalto que se desea incorporar y con el porcentaje restante se obtiene las nuevas proporciones de acuerdo al porcentaje de cada material, considerando que por investigaciones y experiencia de laboratoristas e ingenieros que el peso por cada briqueta es de 1200 g, los pesos de cada material por briqueta se presentan a continuacin:

ENSAYOS SOBRE LAS PROBETAS COMPACTADAS

En el mtodo de ensayo Marshall cada muestra compactada se somete a los siguientes ensayos en el orden indicado:a) Determinacin del peso especifico bulk

b) Ensayo de estabilidad y flujo c) Anlisis de densidad y vacios

DETERMINACION DEL PESO ESPECFICO BULK DE LAS PROBETAS COMPACTADAS

El peso especifico bulk de una probeta compactada es la relacin entre su peso en el aire y su volumen incluyendo los vacios permeables.Si la probeta tiene una textura superficial densa e impermeable, su peso especifico

bulk se determina sencillamente mediante la expresin:

Donde,

Wa= Peso de la probeta seca en el aire

Ww= Peso de la probeta e el agua

Wss= Peso en el aire de la probeta saturada y superficialmente seca

Luego de realizar los ensayos a las briquetas elaborados se obtuvo la siguiente informacin:Con los datos obtenidos calculamos el peso especfico BULK

ENSAYO DE ESTABILIDAD Y FLUJO

Los resultados de las briquetas ensayadas son:

Calculo de volumtricos

DISEO MEZCLA ASFALTICA METODO MARSHALL

SELECCIN DEL PORCENTAJE PTIMO DE ASFALTO

Para la seleccin del porcentaje ptimo de asfalto ingresamos a la grafica volmenes de vacios Vs Porcentaje de asfalto, con un % de vacios del 4% y seleccionamos el contenido optimo de asfalto. Una vez determinado el porcentaje optimo de asfalto ingresamos al resto de las dems graficas que se relacionan acontinuacin y se obtiene la formula de trabajo.

Grafica Volumen de vacios Vs % Asfalto

De esta grafica tenemos un % de asfalto Pb=5.6%

Grafica Densidad bulk Vs % Asfalto

Grafica Vacios en los agregados Vs % Asfalto

Grafica Estabilidad Vs % Asfalto

Grafica Flujo Vs % Asfalto

Grafica % Vacios Llenos de Asfalto Vs % Asfalto

ANLISIS DE RESULTADOS FORMULA DE TRABAJO

De las graficas anteriores determinamos la formula de trabajo, cuyos resultados son:

CaractersticasCumplimiento para >5*106

Compactacin, golpes/carassi

Estabilidad minima KGsi

Flujo mmsi

Vacios con aire: Capa de rodadura%

base asfltica %si

Vacios minimos en agregado

minerales: Gradacion MDC1%, Gradacion MDC2, Gradacion MDC3

no

Vacios llenos de asfaltono

Digrama de faces

Gse2.7830318

Mm2.49

Mb0.13944

Ms2.35056

Vse0.84460408

Vsb0.95105016

Vb0.13803207

Vba0.10644609

Vbe0.03158599

Va0.01736385

Mbe0.03190816

Mba0.10753184

Cont. Aire1.73638516

VAM4.89498387

Vbe+va0.04894984

VFA64.5272546

Cont. Asf. Efect.1.28145237

Cont. Asf.

Absor.

4.57473265

Den. Esp. Tor.

Mx.

2.534

8.0 CONCLUSIONES

La combinacin de agregados propuesta no cumple con la dosificacin, ya que el rango de material llenante o filler es del 9% se considera que es un porcentaje muy alto para este material.Uno de los posibles procedimientos que llevaron a que esta propuesta de dosificacin no fuera adecuado es el instrumentos de laboratorio para realizar el bao mara de las briquetas ya que este se realiza de una manera muy artesanal sin garantizar la temperatura constante de las briqueta.Otra justificacin al comportamiento de este ensayo es que las variables son difcil de controlar ya que la manipulacin del material por un gran numero de personas puede ocasionar diferencia en el protocolo y alterar resultados.

Se presenta la totalidad de los datos obtenidos en laboratorio ya que sin ellos no se puede hacer una correcta verificacin de los valores obtenidos en la formulacin de trabajo de la mezcla.

El laboratorio de solides no se anexa en este documento por factores de demora.

El volumen de asfalto a usar es de 13.8 cm3

El volumen de agregado es de 95.10cm3

El porcentaje de vacios optimo que dio por el mtodo Marshall fue de %5.6