manual de laboratorio diseño de pavimentos

82
1 PONTIFICIA UNIVERSIDAD JAVERIANA FACULTAD DE INGENIERIAS INGENIERIA CIVIL MANUAL DE LABORATORIO DISEO DE PAVIMENTOS CALI, JUNIO DEL 2001 UNIDADES Y DEFINICIONES

Upload: mafes3

Post on 13-Jul-2016

36 views

Category:

Documents


9 download

DESCRIPTION

Manual de Laboratorio Diseño de Pavimentos

TRANSCRIPT

Page 1: Manual de Laboratorio Diseño de Pavimentos

1

PONTIFICIA UNIVERSIDAD JAVERIANA

FACULTAD DE INGENIERIAS

INGENIERIA CIVIL

MANUAL DE LABORATORIO DISEÑO DE PAVIMENTOS

CALI, JUNIO DEL 2001

UNIDADES Y DEFINICIONES

Page 2: Manual de Laboratorio Diseño de Pavimentos

2

CANTIDAD UNIDAD INTERMEDIA NO-PATRON UNIDAD SI Longitud centímetro (cm) milímetro (mm) o metro³ (m³) Volumen centímetro cúbico (cm³, también, cc milímetro (ml)). Masa gramo (g) kilogramo (kg) Peso gramo (g) o kilogramo (kg) newton (N) o kilonewton (kN) Peso unitario g/cm³, algunas veces tonelada/m³ kilonewton/m³ (kN/m³) Una tonelada = 1000 kg kN = 1000 N Presión kg/cm² N/m² (pascal (pa), en trabajos de suelos se usa el kilopascal (kPa) newton-metro=Juliuo (J) momento = N.m (pero no es Joule). Los siguientes factores de conversión son muy útiles: 1 pulgada = 2.54 cm 1 gramo = 980.7 dinas = 980.7 gm-cm/s² 1 newton = 1000000 dinas 1 psi = 0.07031 kg/cm² = 6.89428 kPa 1 lb/pie³ = 0.157093 kN/m³ 1 pie³ H2O = 64.2 lb/pie³ (pcf) 1 m³ H2O = 9.807 kN/m³ 1 gm/cm³ = 9.807 kN/m³ 1 galón (USA) = 3.785 litros = 0.003785 m³ Los siguientes símbolos se usarán en la guía: e = relación de vacíos G = gravedad especifica de cualquier sustancia Gs = gravedad específica de los sólidos del suelo Gw = gravedad específica del agua n = porosidad w = contenido de humedad S = grado de saturación Ws = peso seco de sólidos Wt = peso total de la masa incluyendo el agua presente Ww = peso del agua presente en la masa de suelo Va = volumen de aire presente en la masa de los suelos Vs = volumen de sólidos del suelo Vt = volumen total de la masa del suelo Vw = volumen de agua en la masa de suelos Vv = volumen de los vacíos en la masa de suelo

peso unitario de un material ( g/cm³ o kN/m³) d = peso unitario seco de una masa de suelos

s = peso unitario saturado de una masa de suelos

w = peso unitario del agua CONTENIDO Reglas generales en el laboratorio y presentación de informes. Página

Page 3: Manual de Laboratorio Diseño de Pavimentos

3

ENSAYO No 1. RESISTENCIA AL DESGASTE DE LOS AGREGADOS DE TAMAÑOS MENORES DE 37.5 mm (1½") POR MEDIO DE LA MAQUINA DE LOS ANGELES 6 ENSAYO No 2. RESISTENCIA AL DESGASTE DE LOS AGREGADOS GRUESOS DE TAMAÑOS MAYORES DE 19 mm (3/4") POR MEDIO DE LA MAQUINA DE LOS ANGELES 11 ENSAYO No 3. SANIDAD DE LOS AGREGADOS FRENTE A LA ACCION DE LAS SOLUCIONES DE SULFATO DE SODIO O DE MAGNESIO 14 ENSAYO No 4. RELACIONES DE PESO UNITARIO-HUMEDAD EN LOS SUELOS EQUIPO MODIFICADO 22 ENSAYO No 5. RELACION DE SOPORTE DEL SUELO EN EL LABORATORIO (CBR DE LABORATORIO) 30 ENSAYO No 6. EQUIVALENTE DE ARENA DE SUELOS Y AGREGADOS FINOS 38 ENSAYO No 7. PESO UNITARIO DEL SUELOS EN EL TERRENO METODO DEL CONO DE ARENA 47 ENSAYO No 8. PENETRACION DE LOS MATERIALES ASFALTICOS 51 ENSAYO No 9. PUNTOS DE IGNICION Y DE LLAMA MEDIANTE LA COPA ABIERTA CLEVELAND 54 ENSAYO No 10. VISCOSIDAD SAYBOLT DE ASFALTOS 59 ENSAYO No 11. METODO MARSHALL PARA DISEÑO DE MEZCLAS DE AGREGADO CON CEMENTO ASFALTICO 64 ENSAYO No 12. EXTRACCION CUANTITATIVA DE ASFALTO EN MEZCLAS PARA PAVIMENTOS 73 ENSAYO No 13. RESISTENCIA A LA FLEXION DEL CONCRETO METODO DE LA VIGA SIMPLE CARGADA EN LOS TERCIOS DE LA LUZ PARA PAVIMENTOS 77 ENSAYO No 14. MEDIDA DE LA DEFLEXION Y DETERMINACION DEL RADIO DE CURVATURA DE UN PAVIMENTO FLEXIBLE EMPLEANDO LA VIGA BENKELMAN 80 PONTIFICIA UNIVERSIDAD JAVERIANA FACULTAD DE INGENIERIA INGENIERIA CIVIL REGLAS GENERALES EN EL LABORATORIO Y PRESENTACIÓN DE INFORMES LOS LABORATORIOS

Page 4: Manual de Laboratorio Diseño de Pavimentos

4

1. La asistencia a las practicas de laboratorio es imprescindible ya que no se puede reponer como se hace con la teoría.

2. El laboratorio no es un lugar peligroso mientras se conserve las normas y se siga con los procedimientos indicados por el profesor.

3. El material que se averíe debe ser repuesto con el valor del elemento bajo factura de compra o con la devolución del mismo

4. Se considera una falta grave el intentar hacer bromas con el material o reactivo que se encuentra en el laboratorio. El estudiante que por su comportamiento infringe las condiciones de disciplina y seguridad del laboratorio queda excento del mismo por las practicas restantes para el curso que sigue.

5. El alumno deberá presentar informe cada ocho días o al finalizar la practica. El valor de los informes será de un 70% El valor de los exámenes será de un 30% PRESENTACION DEL INFORME Portada. Objetivo. Equipo. Materiales. Cálculos y resultados. Análisis de resultados y conclusiones. CONTENIDO DE LAS PARTES PORTADA Se elabora según la norma ICONTEC. Al igual que todo trabajo. Debe ir el titulo y el nombre del experimento, nombre o nombres de los estudiantes, código, curso, grupo, nombre del profesor, nombre de la institución, facultad, carrera y la fecha. OBJETIVO Información del propósito al hacer el experimento. EQUIPO Equipos de laboratorio que usan en las practicas, balanzas, prensas, recipientes, termómetros etc. Solo nombrarlos. MATERIALES Incluye nombrarlas fuentes u origen de las muestras ha ensayar ya sean de suelo, agregados, asfaltos, etc. y los reactivos que se usen en la misma. CALCULOS Y RESULTADOS Deben estar consignados datos y cálculos obtenidos en la practica, además de los formatos para presentar los mismos y si hay gráficos estos también deben estar es esta sección del informe. ANALISIS DE RESULTADOS Y CONCLUSIONES Es la parte donde el alumno debe presentar hipótesis a partir de los resultados obtenidos al ser comparados con datos existentes en la teoría o en especificaciones constructivas existentes. Mencionar mínimo cinco conclusiones.

Page 5: Manual de Laboratorio Diseño de Pavimentos

5

PONTIFICIA UNIVERSIDAD JAVERIANA FACULTAD DE INGENIERIA INGENIERIA CIVIL ENSAYO No 1. RESISTENCIA AL DESGASTE DE LOS AGREGADOS DE TAMAÑOS MENORES DE 37.5 mm (1½") POR MEDIO DE LA MAQUINA DE LOS ANGELES REFERENCIAS ASTM C 131 AASHTO T 96

Page 6: Manual de Laboratorio Diseño de Pavimentos

6

NLT 149 ICONTEC 98 1. OBJETO 1.1 Este método se refiere al procedimiento que se debe seguir para realizar el ensayo de desgaste de los agregados gruesos hasta de 37.5 mm (1½") por medio de la máquina de Los Angeles. 1.2 El método se emplea para determinar la resistencia al desgaste de agregados naturales o triturados, empleando la citada máquina con una carga abrasiva. 2. EQUIPO Y MATERIALES

Balanzas electrónicas

Serie de tamices.

Horno

Page 7: Manual de Laboratorio Diseño de Pavimentos

7

2.1 Balanza, que permita la determinación del peso con aproximación de 1 g. 2.2 Horno, que pueda mantener una temperatura uniforme de 110 ±5°C (230 ± 9°F). 2.3 Tamices. 2.4 Máquina de Los Angeles: La máquina para el ensayo de desgaste de Los Angeles tendrá las características que se indican en la Figura No.1. Consiste en un cilindro hueco, de acero, con una longitud interior de 508 ± 5 mm (20 ± 0.2") y un diámetro, también interior, de 711 ± 5 mm (28 ± 0.2"). Dicho cilindro lleva sus extremos cerrados y en el centro de cada extremo un eje, que no penetra en su interior, quedando el cilindro montado de modo que pueda girar en posición horizontal alrededor de este eje. El cilindro estará provisto de una abertura, para introducir la muestra que se desea ensayar, y un entrepaño, para conseguir la rotación de la mezcla y de la carga abrasiva. La abertura podrá cerrarse por medio de una tapa con empaque que impida la salida del polvo, fijada por medio de pernos.

Page 8: Manual de Laboratorio Diseño de Pavimentos

8

La tapa se diseñará de manera tal que se mantenga el contorno cilíndrico interior. El entrepaño se coloca de modo que la carga no caiga sobre la tapa durante el ensayo, ni se ponga en contacto con ella en ningún momento. El entrepaño será desmontable, de acero, ocupando longitudinalmente toda una generatriz del cilindro y se proyectará radialmente, y hacia el centro de la sección circular del cilindro, en longitud de 89 ± 2 mm (3,5 ± 0.1"). Tendrá un espesor tal que permita montarlo por medio de pernos u otro medio apropiado, de forma que quede instalado de un modo firme y rígido. La distancia del entrepaño a la abertura, medida a lo largo de la circunferencia del cilindro y en el sentido de la rotación, será mayor de 1.27 m (50"). Nota 1: Es preferible el empleo de un entrepaño de acero resistente al desgaste de sección

rectangular y montado independientemente de la tapa. No obstante, puede usarse una sección angular montada adecuadamente en la parte interior de la tapa, teniendo en cuenta la dirección de rotación para la que la carga sea recogida por la cara exterior del ángulo.

La superficie del entrepaño de la máquina de Los Angeles está sometida a un fuerte desgaste y al impacto de las bolas, originándose en ella un relieve a una distancia aproximadamente de 32 mm, (1¼") desde la unión del entrepaño con la superficie interior del cilindro. Si el entrepaño está hecho de una sección angular, no solamente puede formarse este relieve, sino que aquél se puede llegar a doblar longitudinal o transversalmente y con respecto a su correcta disposición, por lo cual debe ser revisado periódicamente. Si se observa alguno de estos defectos, el entrepaño debe ser reparado o reemplazado antes de realizar nuevos ensayos. La influencia de todos estos factores sobre los resultados del ensayo no es conocida; sin embargo, para uniformar las condiciones de ensayo se recomienda eliminar el relieve formado cuando su altura sea superior a 2 mm (0.1"). La máquina será accionada y contrabalanceada en forma tal, que debe mantener la velocidad periférica básicamente uniforme. La pérdida de velocidad y el deslizamiento del mecanismo de transmisión son causa frecuente de que los resultados del ensayo no coincidan con los obtenidos en otra máquina de desgaste de Los Angeles con velocidad periférica constante. 2.5 Carga abrasiva. La carga abrasiva consistirá en esferas de acero o de fundición, de un diámetro entre 46.38 mm (1 13/16") y 47.63 mm (1 7/8") y un peso comprendido entre 390 g y 445 g. La carga abrasiva dependerá de la granulometría de ensayo, A, B, C o D, según se indica en el numeral 3.2, de acuerdo con la Tabla No.1 siguiente: TABLA No.1

Granulometría Número Peso Total de ensayo de esferas g A 12 5000 ± 25 B 11 4584 ± 25 C 8 3330 ± 20 D 6 2500 ± 15

3. PREPARACION DE LA MUESTRA

Page 9: Manual de Laboratorio Diseño de Pavimentos

9

La muestra de ensayo consistirá en agregado limpio por lavado y secado en horno a una temperatura constante comprendida entre 105 y 110°C (221 a 230°F), separada por fracciones de cada tamaño y recombinadas con una de las granulometrías indicadas en la Tabla No.2. La granulometría o granulometrías elegidas serán representativas del agregado tal y como va a ser utilizado en la obra. La muestra antes de ensayada deberá ser pesada con aproximación de 1 g. TABLA No.2 GRANULOMETRIAS DE LA MUESTRA DE AGREGADO PARA ENSAYO Pasa tamiz Retenido en tamiz Pesos y granulometrías de la muestra para ensayo (g) mm (alt.) mm (alt.) A B C D 37.5 (1½") - 25.0 (1") 1250 ± 25 25.0 (1") - 19.0 (3/4") 1250 ± 25 19.0 (3/4") - 12.5 (½") 1250 ± 10 2500 ± 10 12.5 (½") - 9.5 (3/8") 1250 ± 10 2500 ± 10 9.5 (3/8") - 6.3 (¼") 2500 ± 10 6.3 (¼") - 4.75 (No.4) 2500 ± 10 4.75 (No.4) - 2.36 (No.8) 5000 ± 10 TOTALES 5000 ± 10 5000± 10 5000 ± 10 5000 ± 10 3.2 Cuando se triture la muestra en el laboratorio, se hará constar esto en el informe, debido a la influencia que tiene la forma de las partículas en el resultado del ensayo. 4. PROCEDIMIENTO 4.1 Ejecución del ensayo. La muestra y la carga abrasiva correspondiente, se colocan en la máquina de Los Angeles, y se hace girar el cilindro a una velocidad comprendida entre 188 y 208 rad/minuto (30 y 33 r.p.m.); el número total de vueltas deberá ser 500. La máquina deberá girar de manera uniforme para mantener una velocidad periférica prácticamente constante. Una vez cumplido el número de vueltas prescrito, se descarga el material del cilindro y se procede con una separación preliminar de la muestra ensayada, en un tamiz más grueso que el de 1.70 mm (No.12). La fracción fina que pasa, se tamiza a continuación empleando el tamiz de 1.70 mm (No.12). El material más grueso que el tamiz de 1.70 mm (No.12) se lava, se seca en el horno, a una temperatura comprendida entre 105 a 110°C (221 a 230°F), hasta peso constante, y se pesa con precisión de 1 g. 4.2 Cuando el agregado esté libre de costras o de polvo, puede eliminarse la exigencia del lavarlo antes y después del ensayo. La eliminación del lavado posterior, rara vez reducirá la pérdida medida, en más del 0.2% del peso de la muestra original. 4.3 Se puede obtener una valiosa información sobre la uniformidad de la muestra que se está ensayando, determinando la pérdida después de 100 revoluciones. Al efectuar esta determinación no se debe lavar el material retenido en el tamiz de 1.7 mm (No.12). La relación de pérdida después de 100 revoluciones a pérdida después de 500 revoluciones, no debería exceder en más de 0.20 para materiales de dureza uniforme. Cuando se realice esta determinación, se procurará evitar toda pérdida de muestra; la muestra total, incluido el polvo producido por el desgaste, se vuelve a introducir en la máquina hasta completar las 500 revoluciones requeridas para terminar el ensayo. 5. RESULTADOS

Page 10: Manual de Laboratorio Diseño de Pavimentos

10

5.1 El resultado del ensayo es la diferencia entre el peso original y el peso final de la muestra ensayada, expresado como tanto por ciento del peso original. 5.2 El resultado del ensayo (% desgaste) recibe el nombre de coeficiente de desgaste de Los Angeles. Calcúlese tal valor así: % Desgaste = 100 (P1 - P2) / P1

P1 = Peso muestra seca antes del ensayo.

P2 = Peso muestra seca después del ensayo, previo lavado sobre tamiz de 1.70 mm (No.12).

6. PRECISION 6.1 Para agregados con tamaño máximo nominal de 19 mm (3/4"), con porcentajes de pérdida entre 10 y 45%, el coeficiente de variación entre resultados de varios laboratorios, es del 4.5% . Entonces, resultados de dos ensayos bien ejecutados, por dos laboratorios diferentes, sobre muestras del mismo agregado grueso, no deberán diferir el uno del otro en más del 12.7% de su promedio. El coeficiente de variación de operadores individuales, se encontró que es del 2%. Entonces, los resultados de dos ensayos bien ejecutados sobre el mismo agregado grueso, no deberán diferir, el uno del otro en más del 5.7% de su promedio. PONTIFICIA UNIVERSIDAD JAVERIANA FACULTAD DE INGENIERIA INGENIERIA CIVIL ENSAYO No 2. RESISTENCIA AL DESGASTE DE LOS AGREGADOS GRUESOS DE TAMAÑOS MAYORES DE 19 mm (3/4") POR MEDIO

Page 11: Manual de Laboratorio Diseño de Pavimentos

11

DE LA MAQUINA DE LOS ANGELES REFERENCIAS ASTM C 535. ICONTEC 93 NLT 149 1. OBJETO 1.1 Esta norma tiene por objeto establecer el método de ensayo para determinar la resistencia al desgaste de agregados gruesos, de tamaños mayores de 19 mm (3/4"), mediante la máquina de Los Angeles. 2. EQUIPO 2.1 Balanzas, que midan el peso con una aproximación de 1 g. 2.2 Horno, que pueda mantener una temperatura uniforme de 110 ±5°C (230 ± 9°F). 2.3 Tamices. 2.4 Máquina de Los Angeles, la cual debe cumplir con los requisitos establecidos en el ensayo 1. 2.5 Carga abrasiva.- La carga abrasiva estará formada por 12 esferas de fundición o de acero, con un diámetro entre 46.038 mm (1 13/16") y 47.625 mm (1 7/8"), y con un peso entre 390 y 445 g cada una. El peso total deberá ser de 5000 ± 25 g. 3. PREPARACION DE LA MUESTRA 3.1 La muestra destinada al ensayo se obtendrá separando mediante tamizado las distintas fracciones del agregado. 3.2 Se lavarán separadamente las fracciones y luego se introducirán en un horno, a una temperatura entre 105 y 110°C (221 y 230°F), hasta que su peso sea constante. 3.3 Se eligirá en la Tabla No.1 la gradación más parecida al agregado que se va a usar en la obra. Se tomarán los pesos de las fracciones indicadas en dicha tabla, de acuerdo con la granulometría elegida, hasta completar aproximadamente 10000 g de muestra y se mezclarán. 3.4 Cuando se triture la muestra en el laboratorio se hará constar esto en el informe, debido a la influencia que tiene la forma de las partículas en el resultado del ensayo. TABLA No.1

Page 12: Manual de Laboratorio Diseño de Pavimentos

12

Tamaño del tamiz Pesos y granulometrías de la muestra para el ensayo (g) Pasa Retiene E F G 75 mm (3") 63 mm (2½") 2500 ± 50 63 mm (2½") 50 mm (2") 2500 ± 50 50 mm (2") 37.5 mm (1½") 5000 ± 50 5000 ± 50 37.5 mm (1½") 25 mm (1") 5000 ± 25 5000 ± 25 25 mm (1") 19 mm (3/4") 5000 ± 25 TOTALES.. 10000 ± 100 10000 ± 75 10000 ± 50

4. PROCEDIMIENTO 4.1 Se pesan aproximadamente 10000 g de muestra seca, preparada como se indica en la Tabla No.1, con una precisión de 5 g y se colocan junto con la carga abrasiva dentro del cilindro, haciéndolo girar con una velocidad entre 30 y 33 rpm (188 y 208 rad/min), hasta completar 1000 vueltas. La velocidad angular debe ser constante. 4.2 Se descarga el material de la máquina y se hace una separación preliminar de la muestra sobre un tamiz más grueso que el de 1.7 mm (No.12). Se tamiza la porción más fina conforme a lo establecido en la Norma INV E-218. El material más grueso se lava y se seca a temperatura de 105 a 110°C (221 a 230°F) hasta peso constante, con aproximación a 5 g.

Page 13: Manual de Laboratorio Diseño de Pavimentos

13

Si el agregado está libre de costras o de polvo, puede eliminarse la exigencia de lavarlo antes y después del ensayo. La eliminación del lavado posterior rara vez reducirá la pérdida medida en más del 0.2% del peso de la muestra original. 4.3 Se puede obtener una valiosa información sobre la uniformidad de la muestra que se está ensayando, determinando la pérdida después de 200 revoluciones. Al efectuar esta determinación no se debe lavar el material retenido en el tamiz de 1.7 mm (No.12). La relación de pérdida después de 200 revoluciones a pérdida después de 1000 revoluciones, no debería exceder en más de 0.20 para materiales de dureza uniforme. Cuando se realice esta determinación se procurará evitar toda pérdida de muestra; la muestra total, incluido el polvo producido por el desgaste, se vuelve a introducir en la máquina hasta completar las 1000 revoluciones requeridas para terminar el ensayo. 5. RESULTADOS La diferencia entre el peso inicial de la muestra seca y el peso del material seco retenido en el tamiz de 1.70 mm (No. 12), expresada como porcentaje del peso inicial, será el desgaste de la muestra. 6. PRECISION Para agregados con tamaño máximo nominal de 19 mm (3/4"), con porcentajes de pérdida entre 10 y 45%, el coeficiente de variación entre resultados de varios laboratorios, es del 4.5% . Entonces, resultados de dos ensayos bien ejecutados, por dos laboratorios diferentes, sobre muestras del mismo agregado grueso, no deberán diferir el uno del otro en más del 12.7% de su promedio. El coeficiente de variación de operadores individuales, se encontró que es del 2% . Entonces, los resultados de dos ensayos bien ejecutados sobre el mismo agregado grueso, no deberán diferir, el uno del otro en más del 5.7% de su promedio. PONTIFICIA UNIVERSIDAD JAVERIANA FACULTAD DE INGENIERIA

Page 14: Manual de Laboratorio Diseño de Pavimentos

14

INGENIERIA CIVIL ENSAYO No 3. SANIDAD DE LOS AGREGADOS FRENTE A LA ACCION DE LAS SOLUCIONES DE SULFATO DE SODIO O DE MAGNESIO REFERENCIAS ASTM C 88 AASHTO T 104 NLT 158 1. OBJETO 1.1 Esta norma describe el procedimiento que debe seguirse, para determinar la resistencia a la desintegración de los agregados, por la acción de soluciones saturadas de sulfato de sodio o de magnesio. 1.2 Mediante este método se puede obtener una información útil para juzgar la calidad de los agregados que han de estar sometidos a la acción de los agentes atmosféricos, sobre todo cuando no se dispone de datos sobre el comportamiento de los materiales que se van a emplear, en las condiciones climatológicas de la obra. Con él se puede hacer una estimación preliminar de la inalterabilidad de los agregados que se usarán para concreto u otros propósitos. 1.3 Se llama la atención sobre el hecho de que los resultados que se obtienen varían según la sal que se emplee; y que hay que tener cuidado al fijar los límites en las especificaciones en que se incluya este ensayo. Dado que la precisión de este método es limitada, el rechazo de los agregados que no cumplan las especificaciones pertinentes, no puede darse únicamente con él; se deben confirmar con resultados de otros ensayos más ligados a las características del material. 1.4 Los valores de porcentaje de pérdidas admisibles, resultantes de aplicar este método, generalmente difieren para agregados finos y agregados gruesos. 2. EQUIPO 2.1 Los tamices necesarios, de acuerdo con los numerales 4.1 y 4.2 son los siguientes:

Serie de tamices.

Page 15: Manual de Laboratorio Diseño de Pavimentos

15

TAMICES SERIE FINA TAMICES SERIE GRUESA 150 µm (No.100) 8.0 mm (5/16") 300 µm (No. 50) 9.5 mm (3/8" ) 600 µm (No. 30) 12.5 mm (1/2" ) 1.18 mm (No. 16) 16 mm (5/8" ) 2.36 mm (No. 8) 19 mm (3/4" ) 4.00 mm (No. 5) 25 mm (1" ) 4.75 mm (No. 4) 31.5 mm (1 1/4") 37.5 mm (1 1/2") 50 mm (2" ) 63 mm (2 1/2") Tamices mayores, de tamaños obtenidos cada. 5 mm (1/2"). 2.2 Recipientes para sumergir las muestras de los agregados en la solución, de acuerdo con el procedimiento descrito en este método, perforados de tal manera que permitan la libre entrada de la solución para que pueda ponerse en contacto con la muestra y que haya el drenaje de la misma, sin que se produzca pérdida de partículas del agregado. El volumen de la solución en la cual se sumergen las muestras será, por lo menos, cinco veces el volumen de la muestra sumergida. - Se considera que son recipientes adecuados para utilizar en este ensayo, las canastas

hechas de tela metálica, o de lámina perforada, con una abertura apropiada para el tamaño de las partículas de la fracción que van a contener.

2.3 Regulación de la temperatura.- Se dispondrá de un medio apropiado para regular la temperatura de la solución durante el período de inmersión. 2.4 Balanzas, una con capacidad de 500 g y sensibilidad de 0.1g, para pesar el agregado fino, y otra con capacidad de 5 kg y sensibilidad mínima de 1 g, para pesar el agregado grueso. 2.5 Horno, provisto preferiblemente de un dispositivo de circulación forzada de aire, y capaz de mantener la temperatura a 110 ±5°C (230 ± 9°F) y a una rata de evaporación para esta temperatura de 25 g/h, durante 4 horas, período durante el cual deberá mantenerse cerrada la puerta del horno. Esta velocidad se determinará por la pérdida de agua, en vasos de forma baja de

1 dm3 de capacidad, que contengan inicialmente cada uno 500 g de agua a la temperatura de 21 ± 2°C (70 ± 3°F), colocados en cada rincón y en el centro de cada bandeja del horno, durante el citado período de 4 horas. Esta comprobación se efectúa estando ocupado el horno solamente por los vasos con agua. 3. SOLUCIONES NECESARIAS 3.1 Solución de sulfato de sodio.- La solución saturada de sulfato de sodio, se prepara disolviendo el peso necesario de sal del tipo "comercial", en agua a la temperatura de 25 a 30°C (77 a 86°F). Se añade suficiente cantidad de sal, bien de la forma anhidra (Na2SO4) o

cristalizada (Na2SO4. 10H2O), para asegurar no solamente que la solución esté saturada, sino también que quede un exceso de cristales cuando la solución esté preparada. Se agita bien la solución mientras se está preparando. Se enfría la solución a 21 ± 1°C (140 ± 2°F) y se mantiene a esta temperatura por lo menos durante 48 horas antes de emplearla; se agita bien inmediatamente antes de usarla, y en este momento debe tener un peso específico entre 1.151 y 1.174. La solución que presente impurezas debe filtrarse y debe volverse a comprobar su peso específico.

Page 16: Manual de Laboratorio Diseño de Pavimentos

16

Nota 1: La comprobación del peso específico debe hacerse frecuentemente, por lo menos para cada 50 kg de sal.

Para conseguir la saturación a 22°C (71.6°F) de 1 dm3 de agua, son suficientes 215 g de la sal anhidra o 700 g de la hidratada. No obstante, como estas sales no son completamente estables y puesto que es preferible que haya un exceso de cristales en la solución, se recomienda como mínimo, el empleo de 350 g de la sal anhidra y 750 g de la sal hidratada. Lo más económico es el empleo del sulfato comercial en polvo, que puede considerarse prácticamente como anhidro. 3.2 Solución de sulfato de magnesio.- La solución de sulfato de magnesio se prepara disolviendo el peso necesario de sal del tipo "comercial", en agua a la temperatura de 25 a 30 °C (77 a 86°F). Se añade suficiente cantidad de sal, bien de la forma anhidra (MgSO4) o cristalizada

(MgSO4. 7H2O), para asegurar no solamente que la solución esté saturada, sino también que quede un exceso de cristales cuando la solución esté preparada. Se agita bien la solución mientras se está preparando. Se enfría la solución a una temperatura de 21 ± 1°C (70 ± 2°F), y se mantiene a esta temperatura por lo menos durante 48 horas antes de emplearla; inmediatamente antes de usarla se agita bien, y en este momento tendrá un peso específico comprendido entre 1.295. y 1.302. La solución que presente impurezas debe filtrarse y debe volverse a comprobar su peso específico. (Ver Nota 1).

Para conseguir la saturación a 23°C (73.4°F) de 1 dm3 de agua, son suficientes 350 g de la sal anhidra o 1230 g de la hidratada. No obstante, como estas sales no son completamente estables y la forma anhidra es la menos estable, y puesto que es necesario que haya un exceso de cristales en la solución, se recomienda el empleo de 1400 g, como mínimo, de sal hidratada por litro de agua. Lo más económico es el empleo de sulfato comercial en polvo, que puede considerarse prácticamente como anhidro. 4. MUESTRAS 4.1 Agregado fino.- La muestra del agregado fino debe pasar toda por el tamiz de 9.5 mm (3/8"). La muestra tendrá el peso suficiente para poder obtener 100 g de cada una de las fracciones que se indican a continuación, que estén presentes en la muestra en cantidad mayor del 5%.

FRACCIONES Pasa Tamiz Retenido en Tamiz 9.5 mm (3/8") 4.75 mm (No.4) 4.75 mm (No.4) 2.36 mm (No.8) 2.36 mm (No.8) 1.18 mm (No.16) 1.18 mm (No.16) 600 µm (No.30) 600 µm (No.30) 300 µm (No.50)

4.2 Agregado grueso.- La muestra del agregado grueso debe ser un material del que se han eliminado todas las fracciones inferiores al tamiz de 4.75 mm (No.4). Estos tamaños eliminados se ensayan de acuerdo con el procedimiento para el agregado fino. La muestra debe tener, como mínimo, el peso suficiente para obtener de ella, las cantidades de las fracciones indicadas en la Tabla No.1, que estén presentes en cantidad del 5% como mínimo.

Page 17: Manual de Laboratorio Diseño de Pavimentos

17

4.3 Si las muestras contienen menos del 5% de algunas de las fracciones indicadas en los numerales 4.1 y 4.2, no se ensayará esta fracción, pero para el cálculo de los resultados del ensayo se considerará que tienen la misma pérdida a la acción de los sulfatos, de sodio o magnesio, que la media de las fracciones, inferior y superior más próximas, o bien si una de estas fracciones falta, se considerará que tiene la misma pérdida que la fracción inferior o superior que esté presente. Cuando las fracciones de 9.5 a 19.0 mm, 19 a 37.5 mm ó 37.5 mm a 63 mm indicadas en el numeral 4.2 no pueden prepararse debido a la falta de uno de los dos tamaños indicados, el tamaño del que se disponga en exceso se utilizará para preparar la fracción de ensayo de la que no había cantidad suficiente. TABLA No.1 Tamices mm (pulgadas) Peso g. Compuesta de material:

de 4.75 mm a 9.5 mm (No.4 a 3/8") 300 ± 5 de 9.5 mm a 19.0 mm (3/8" a 3/4") 1000 ± 10

Compuesta de material: de 9.5 mm a 12.5 mm (3/8" a 1/2") 33% 330 ± 5 de 12.5 mm a 19.0 mm (1/2" a 3/4") 67% 670 ± 10 de 19.0 mm a 37.5 mm (3/4" a 1 1/2") 1500 ± 50

Compuesta de material: de 19.0 mm a 25.0 mm (3/4" a 1") 33% 500 ± 30 de 25.0 mm a 37.5 mm ( 1" a 1 1/2") 67% 1000 ± 50 de 37.5 mm a 63 mm (1 1/2" a 2 1/2") 5000 ± 300

Compuesta de material: de 37.5 mm a 50 mm (1 1/2" a 2") 40% 2000 ± 200 de 50 mm a 63 mm (2" a 2 1/2") 60% 3000 ± 300

Tamices mayores obtenidos en incrementos de 25 mm (1")

7000 ± 1000

5. PREPARACION DE LAS MUESTRAS 5.1 Agregado fino.- La muestra de agregado fino se lava bien sobre un tamiz de 300 µm (No.50); se seca hasta peso constante, a una temperatura de 110 ± 5°C (230 ± 9°F) y se separa en las diferentes fracciones por medio de un tamizado realizado de la siguiente manera: Se hace primero una separación aproximada, por medio de una serie de los tamices indicados en el numeral 4.1. De cada una de las fracciones obtenidas de esta forma se separa la suficiente cantidad de muestra para poder obtener 100 g, después de tamizar sobre el correspondiente tamiz hasta rechazo (en general, son suficientes unos 110 g). Las partículas de agregado fino que quedan encajadas en la malla del tamiz, no se emplean en la preparación de la muestra. Las muestras de 100 g, de cada una de las fracciones, después del tamizado final, se pesan y colocan por separado en los recipientes para ensayo. 5.2 Agregado grueso.- La muestra de agregado grueso se lava bien, se seca hasta peso constante, a una temperatura de 110 ±5°C (230 ± 9°F) y se separa en las diferentes fracciones indicadas en el numeral 4.2, por tamizado hasta rechazo. La cantidad requerida de cada una de estas fracciones, se pesa y se coloca, por separado, en los recipientes para ensayo. En el caso de

las fracciones con tamaño superior a 19 mm (3/4"), se cuenta también el número de partículas. 6. PROCEDIMIENTO 6.1 Inmersión de las muestras en la solución.- Las muestras se sumergen en la solución de sulfato de sodio o de magnesio, durante un período no menor de 16 horas ni mayor de 18 horas, de manera que el nivel de la solución quede por lo menos 13 mm por encima de la muestra. El

Page 18: Manual de Laboratorio Diseño de Pavimentos

18

recipiente se cubre para evitar la evaporación y la contaminación con sustancias extrañas. Las muestras sumergidas en la solución, se mantienen a una temperatura de 21 ±1°C (70 ± 2°F), durante todo el tiempo de inmersión. - Para agregados livianos es conveniente tapar los recipientes que contienen las muestras

con una rejilla pesada de alambre, con lo cual se evitan pérdidas de la muestra. 6.2 Secado de las muestras, posterior a la inmersión.- Después del período de inmersión, la muestra se saca de la solución dejándola escurrir durante 15 ± 5 minutos y se la introduce en el horno, cuya temperatura se habrá regulado previamente a 110 ± 5°C (230 ± 9°F). Se secan las muestras hasta peso constante a la temperatura indicada. Durante el período de secado se sacan las muestras del horno, enfriándolas a la temperatura ambiente, y se pesan a intervalos de tiempo no menores de 4 horas ni mayores de 18 horas. Se puede considerar que se ha alcanzado un peso constante, cuando dos pesadas sucesivas de una muestra, difieren menos de 0.1 g en el caso del agregado fino, o menos de 1.0 g en el caso del agregado grueso. Una vez alcanzado el peso constante, se sumergen de nuevo las muestras en la solución, como se indica en el numeral 6.1. 6.3 Número de ciclos.- El proceso de inmersión y secado de las muestras se prosigue, hasta completar el número de ciclos que se especifiquen. 7. EXAMEN CUANTITATIVO. 7.1 Después de terminado el último ciclo y de que la muestra se haya enfriado, se lava hasta que quede exenta de sulfato de sodio o de magnesio, lo cual se reconoce en las aguas de lavado por la reacción al contacto con cloruro bárico (BaCl2).

Nota 2: Durante el lavado se debe evitar someter las partículas a impactos y frotamientos que

puedan facilitar su fracturamiento o desgaste. 7.2 Después de eliminar todo el sulfato de sodio o de magnesio, cada fracción de la muestra se seca hasta peso constante, a una temperatura de 110 ± 5°C (230 ±9°F), y se pesa. Se tamiza el agregado fino sobre los mismos tamices en que fue retenido antes del ensayo, y el agregado grueso sobre los tamices indicados a continuación, según el tamaño de las partículas.

Tamaño del Agregado Tamiz Empleado 63 mm - 37.5 mm (2 1/2" - 1 1/2") 31.5 mm(1 1/4") 37.5 mm - 19.0 mm (1 1/2" - 3/4") 16.0 mm (5/8") 19.0 mm - 9.5 mm ( 3/4" - 3/8") 8.0 mm (5/16") 9.5 mm - 4.75 mm ( 3/8" - No.4) 4.00 mm (No.5)

Nota 2: Como complemento al proceso descrito en los numerales 7.1 y 7.2, adicionalmente

puede conseguirse más información examinando visualmente cada fracción, para observar si hay o no un excesivo cuarteamiento de las partículas. También puede ser de interés, después de haber pesado cada fracción como se indica en el numeral 7.1, juntar todas las fracciones, incluidos los desperdicios de cada una de ellas, y determinar la granulometría total, con los tamices necesarios para hallar el módulo de finura de la muestra total. El resultado del análisis gramulométrico se dará en tanto por ciento acumulativo retenido por cada tamiz.

8. EXAMEN CUALITATIVO 8.1 Las fracciones de la muestra con tamaño mayor de 19.0 mm (3/4") se examinan cualitativamente después de cada inmersión.

Page 19: Manual de Laboratorio Diseño de Pavimentos

19

8.2 El examen cualitativo constará de dos partes: 1) la observación del efecto que produce la acción del sulfato de sodio o de magnesio y la naturaleza de esta acción, y 2) el recuento del número de partículas afectadas. La acción del sulfato puede manifestarse de muy diversas maneras; en general, podrá clasificarse como desintegración, resquebrajamiento, desmenuzamiento, agrietamiento, formación de lajas, descascaramiento, etc. Aunque sólo se requiere el examen cualitativo de las partículas con tamaño mayor de 19.0 mm (3/4"), se recomienda que también se examinen los tamaños inferiores, para observar si se produce un resquebrajamiento excesivo. 9. INFORME 9.1 El informe comprenderá los siguientes datos: - Peso de cada fracción de la muestra antes del ensayo. - Material de cada fracción, más fino que el tamiz especificado en el numeral 7.2, en el

cual quedó retenido el material después del ensayo, expresado como tanto por ciento con respecto al peso total de la fracción original.

- Pérdida media, calculada por medio del tanto por ciento de pérdida de cada fracción,

teniendo en cuenta la granulometría del material tal como se recibe en el laboratorio, o mejor, teniendo en cuenta la granulometría media del material del cual se obtuvo la muestra enviada al laboratorio. En estos cálculos, los tamaños inferiores al tamiz de 300 µm (No.50) se supone que no tienen pérdida.

- En el caso de partículas con tamaño superior a 19.0 mm (3/4"), antes del ensayo:

Número de partículas de cada fracción antes del ensayo. Número de partículas afectadas, clasificadas según la acción en la siguiente forma: agrietadas, partidas, escamosas, desintegradas, vueltas lajas, etc.

- Tipo de solución (sulfato de sodio o sulfato de magnesio). 9.2 Los resultados del ensayo se deben presentar entonces, en forma similar a como se indica en el ejemplo de las páginas siguientes, dado en forma de tablas. TABLA 2 Sanidad del agregado grueso: análisis cuantitativo FRACCION PASA � RETIENE

GRADACION ORIGINAL % 1

PESO DE LA FRACCION ENSAYADA 2

No. DE PARTICULAS 3

PESO RETENIDO DESPUES DEL ENSAYO 4

PERDIDA TOTAL 5

PERDIDA CORREGIDA 6

No. DE PARTICULAS 7

2½ 2 16.4 2770 18 2058 25.7 4.21 14 2 1½ 29.3 1825 14 1251 31.4 9.2 8 1½ 1 19.4 1005 22 745 25.9 5.02 17 1 ¾ 9.6 495 36 372 24.8 2.38 26 ¾ ½ 11.7 665 418 37.1 4.34 ½ 3/8 7.7 335 255 23.9 1.84 3/8 No 4 5.9 305 249 18.4 1.08

Page 20: Manual de Laboratorio Diseño de Pavimentos

20

TOTALES 100 7400 5348 28.07

2 Fracciones pesadas de acuerdo a la tabla 1 3 Contadas antes del ensayo 4 Fracciones pesadas después del ensayo 5 = ( (2) - (4) ) / (2) x 100 6 = ((1) x (5) ) / 100 7 Se encuentran todas aquellas no desintegradas después del ensayo TABLA 3 Sanidad del agregado fino: análisis cuantitativo FRACCION PASA � RETIENE

GRADACION ORIGINAL % 1

PESO DE LA FRACCION ENSAYADA 2

PESO RETENIDO DESPUES DEL ENSAYO 3

PERDIDA TOTAL 4

PERDIDA CORREGIDA 5

3/8 No 4 4.6** 21 0.97 No 4 No 8 10.8 100* 79 21 2.27 No 8 No 16 17.0 100* 81 19 3.23 No 16 No 30 25.2 100* 83 17 4.28 No 30 No 50 26.0 100* 80 20 5.2 No 50 No 100 11.4 100* 86 14 1.6 No 100 5 TOTALES 100

* Cantidades mínimas; se pueden emplear muestras de mayor tamaño ** Se utiliza la perdida de la fracción más próxima por ser el porcentaje original < 5 2 fracciones pesadas con limites de la tabla 1 3 Fracciones pesadas después del ensayo 4 = ((2) � (3) ) / (2) 5 = ( 4 x (1) ) / 100 TABLA 4 ANALISIS CUALITATIVO NUMERO DE PARTICULAS DESPUES DEL ENSAYO CICLO FRACCION No DE

PARTICULAS PREENSAYO

EN BUEN ESTADO

AGRIETADAS PARTIDAS ESCAMOSAS DESINTEGRADAS

1 198 17 1 2 14 12 1 1 I 3 22 21 1 4 36 31 1 2 2 1 16 1 1 2 10 2 1 1 II 3 15 2 1 2 2 4 29 1 1 2 3 1 15 1 1 1

Page 21: Manual de Laboratorio Diseño de Pavimentos

21

2 7 3 1 1 2 III 3 12 2 2 3 3 4 25 4 3 4 1 12 1 2 3 2 6 1 1 2 4 IV 3 10 4 2 2 4 4 22 5 1 2 6 1 9 2 3 4 2 5 1 2 6 V 3 8 3 2 4 5 4 20 2 1 3 10

Fracción 1: 2½ - 2 Fracción 2: 2 - 1½ Fracción 3: 1½ - 1 Fracción 4: 1 - 3/4 PONTIFICIA UNIVERSIDAD JAVERIANA FACULTAD DE INGENIERIA INGENIERIA CIVIL ENSAYO No 4. RELACIONES DE PESO UNITARIO-HUMEDAD EN LOS SUELOS EQUIPO MODIFICADO REFERENCIAS AASHTO T 180 ASTM D 1557 1. OBJETO

Page 22: Manual de Laboratorio Diseño de Pavimentos

22

1.1 Estos métodos de ensayo se emplean para determinar la relación entre la humedad y el peso unitario de los suelos compactados en un molde de un tamaño dado con un martillo de 4.54 kg (10 lb) que cae desde una altura de 457 mm (18"). Se han previsto cuatro procedimientos alternativos en la siguiente forma:

Método A.- Un molde de diámetro 102 mm (4"): material de suelo que pasa un tamiz de 4.75 mm (No.4) (Numerales 3 y 4). Método B.- Un molde de diámetro 152 mm (6"): material de suelo que pasa tamiz de 4.75 mm (No.4) (Numerales 5 y 6). Método C.- Un molde de diámetro 102 mm (4"): material de suelo que pasa tamiz de 19.0 mm (3/4") (Numerales 7 y 8). Método D.- Un molde de diámetro 152 mm (6"): material de suelo que pasa el tamiz de 19 mm (3/4") (Numerales 9 y 10).

1.2 Se indicará en las especificaciones el Método que deberá usarse para el material que se va a ensayar. Si no se especifica ninguno, regirá el Método A. 2. EQUIPO

2.1 Moldes.- Los moldes deberán ser cilíndricos de paredes sólidas, fabricados con metal.

- Un molde con una capacidad de 943 ± 8 cm3 (1/30 pie3), con un diámetro interior de 101.6 ± 0.406 mm (4.000 ± 0.016") y una altura de 116.43 ± 0.127 mm (4.584" ± 0.005") (Véase Figura No. 1).

- Un molde que tenga una capacidad de 2124 ± 21 cm3 (equivalente a 1/13.33 pies3), con

un diámetro interior de 152.4 ±0.6604 mm (6" ± 0.026") y una altura de 116.43 ± 0.127 mm (4.584" ± 0.005") (Véase Figura No. 2).

2.2 Martillo - Operado manualmente.- Un martillo metálico que tenga una cara plana circular de 50.8 ± 0.127 mm (2.00" ± 0.005")de diámetro, una tolerancia por el uso de 0.13 mm (0.005") y que pese 4.536 ± 0.009 kg (10.00 ± 0.02 lb). 2.4 Balanzas y Básculas

Page 23: Manual de Laboratorio Diseño de Pavimentos

23

2.5 Horno 2.6 Regla Metálica 2.7 Tamices, de 50, 19.0 y 4.75 mm (2"; 3/4" y No.4). 2.8 Herramientas misceláneas para mezclado, tales como cucharas, espátulas, cazuelas. 2.9 Recipientes METODO A 3. MUESTRA 3.1 Si la muestra de suelo está húmeda cuando se recibe del terreno, deberá secarse hasta que llegue a hacerse friable según se vea al introducir en ella una espátula. El secamiento puede efectuarse al aire o por medio de aparatos de secado de manera que la temperatura de la muestra no sobrepase de 60 °C (140 °F). Rómpanse entonces los terrones del material de una manera tal que se evite reducir el tamaño natural de las partículas individuales de la muestra. 3.2 Tamícese una cantidad representativa adecuada de suelo pulverizado sobre el tamiz de 4.75 mm (No.4). Si lo hubiere, descártese el material grueso retenido sobre dicho tamiz. 3.3 Escójase una muestra representativa con un peso aproximado de 3 kg (6.6 lb) o más, del suelo preparado como se describe en los numerales 3.1 y 3.2. 4. PROCEDIMIENTO 4.1 Mézclese perfectamente la muestra representativa escogida, con agua suficiente para humedecerla hasta aproximadamente 4 puntos de porcentaje por debajo del contenido óptimo de humedad. 4.2 Prepárese un espécimen compactando el suelo humedecido en el molde de 102 mm (4") de diámetro (con el collar ajustado) en cinco capas aproximadamente iguales y que den una altura total compactada de alrededor de 127 mm (5"). Compáctese cada capa mediante 25 golpes uniformemente distribuidos con el martillo de caída libre de 457 mm (18") por encima de la altura aproximada del suelo compactado, cuando se usa un martillo operado manualmente. Durante la compactación, el molde deberá permanecer firme sobre un soporte denso, uniforme, rígido y estable. - Bases satisfactorias para colocar el molde durante la compactación del suelo pueden ser:

un bloque de concreto, que pese no menos de 91 kg (200 lb), sostenido por una fundación relativamente estable como un piso sano de concreto, y en el caso de hacer el ensayo en el campo, superficies como los muros de alcantarillas de concreto, los puentes y los pavimentos.

- Después de la compactación, remuévase el collar de extensión, recórtese cuidadosamente

el suelo excedente compactado en la parte superior del molde, usando la regla con borde recto. Pésese el molde y el suelo húmedo en kilogramos con aproximación de 5 g (en libras con aproximación de 0.01 lb).

Para moldes que cumplan con las tolerancias dadas en la sección 2.1 y cuyos pesos se hayan anotado en libras, multiplíquese el peso del suelo compactado en el molde, menos

Page 24: Manual de Laboratorio Diseño de Pavimentos

24

el peso del molde, por 30, y anótese el resultado como el peso unitario húmedo, 1, en

lb/pie3, de suelo compactado. Para moldes que cumplan con las tolerancias dadas en el numeral 2.1 y cuyos pesos se registren en kg, multiplíquese el peso del suelo compactado y del molde, menos el peso del molde, por 1059.43 y regístrese el resultado como peso unitario húmedo, 1, en kg/m3, de suelo compactado. Para moldes usados fuera de la

tolerancia del 50 %, hágase el cálculo teniendo en cuenta el volumen calibrado del molde.

4.3 Sáquese la muestra compactada del molde y córtese verticalmente a través del centro de la misma. Tómese una muestra representativa del material de una de las caras del corte; pésese inmediatamente y séquese en un horno a 110 ± 5 °C (230 ± 9 °F), por un tiempo mínimo de 12 horas o hasta peso constante, para determinar el contenido de agua. La muestra para humedad no deberá pesar menos de 100 g. 4.4 Rómpase completamente la porción restante de la muestra moldeada hasta cuando se considere a ojo que pasa por el tamiz de 4.75 mm (No.4) y reúnase con la porción restante de la muestra que se está ensayando. Agréguese agua en cantidad suficiente para aumentar la humedad del suelo en 1 ó 2 puntos de porcentaje, y repítase el procedimiento anterior para cada incremento de agua. Continúese esta serie de determinaciones, hasta que haya disminución ó no haya cambio en el peso húmedo, 1, en lb/pie3, o kg/m3, del suelo compactado.

- Este procedimiento se ha encontrado satisfactorio en la mayoría de los casos. Sin

embargo en algunos casos, en los cuales el suelo es de carácter frágil y se reduce significativamente en su tamaño debido a la compactación repetida y en casos en los cuales el suelo está constituído por un material arcilloso de textura grasosa, dentro del cual es difícil incorporar agua, deberá emplearse una muestra diferente del mismo material para cada punto del ensayo de compactación. En estos casos, las diferentes muestras deberán mezclarse perfectamente con cantidades suficientes de agua para que la humedad de las mismas varíe aproximadamente en 2 puntos de porcentaje.

Los puntos de humedad escogidos deberán encerrar el valor del contenido óptimo de humedad, proporcionando de esta manera muestras que, cuando se compactan aumentan su peso hasta el peso unitario máximo deseado y luego de alcanzado éste, disminuyen. Las muestras de mezclas de suelo con agua deberán colocarse en recipientes cubiertos y deberá permitírseles que permanezcan por lo menos 12 horas antes de efectuar la determinación del ensayo de humedad-peso unitario.

- Sin embargo, cuando sea necesario agregar o remover una cantidad predeterminada de agua, podrán emplearse los siguientes tiempos mínimos de reposo para que la humedad se distribuya uniformemente, de acuerdo con el tipo de suelo.

Suelo (USC) Horas

GW, GP, SW, SP No se exige

GM, SM 3

ML, CL, OL, GC, SC 18 MH, CH, OH, Pt. 36

Page 25: Manual de Laboratorio Diseño de Pavimentos

25

METODO B 5. MUESTRA 5.1 Escójase la muestra representativa de acuerdo con el numeral 3.3, excepto que deberá tener un peso de aproximadamente 7 kg (15 lb). 6. PROCEDIMIENTO 6.1 Sígase el mismo procedimiento descrito para el Método A en el numeral 4, excepto en lo siguiente: Prepárese una muestra compactando el suelo humedecido en el molde de 152 mm (6"), de diámetro (con el collar ajustado), en cinco capas aproximadamente iguales de tal manera que proporcionen una altura total compactada de alrededor de 125 mm (5"), siendo compactada cada capa por medio de 56 golpes de martillo uniformemente distribuídos. Para moldes que cumplen con las tolerancias del numeral 2.1 y con los pesos anotados en libras, multiplíquese el peso de la muestra compactada y el molde, menos el peso del molde por 13.33, y anótese el resultado como peso unitario húmedo, 1, en lb/pie3, de suelo compactado. Para

moldes que cumplen las tolerancias citadas en el numeral 2.1 y con los pesos registrados en kilogramos, multiplíquese el peso de la muestra compactada y el molde, menos el peso del molde, por 470.74, y anótense los resultados como el peso unitario húmedo, 1, en kg/m3, del suelo

compactado. Para moldes usados fuera de la tolerancia del 50 %, hágase el cálculo teniendo en cuenta el volumen calibrado del molde. METODO C 7. MUESTRA 7.1 Si el suelo está húmedo cuando se recibe del campo, séquese hasta que se note friable al introducir en él una espátula. El secamiento puede efectuarse en el aire, o mediante el uso de aparatos de secado, siempre que la temperatura no exceda de 60°C (140°F). Rómpanse luégo perfectamente los terrones pero de tal manera que se evite la reducción del tamaño natural de las partículas individuales. 7.2 Tamícese una cantidad representativa de suelo pulverizado sobre el tamiz de 19.0 mm (3/4"). Descártese el material grueso si lo hubiere, retenido sobre dicho tamiz, si lo hubiere. - Cuando fuere aconsejable mantener en la muestra el mismo porcentaje de agregado grueso

que pasa por el tamiz de 50 mm (2") y que queda retenido en el tamiz de 4.75 mm (No.4), para humedad-peso unitario, que en la muestra original de campo, el material retenido sobre el tamiz 19.0 mm (3/4") deberá reemplazarse en la forma siguiente: tamícese una cantidad adecuada de suelo representativo pulverizado sobre los tamices de 50 mm (2") y 19.0 mm (3/4"). Pésese el material que pase el tamiz de 50 mm (2") y queda retenido en el tamiz de 19.0 mm (3/4") y reemplácese con un peso igual de material que pasa dicho tamiz y que quede retenido en 4.75 mm (No.4). Tómese el material para la sustitución, de la porción sobrante de la muestra.

Page 26: Manual de Laboratorio Diseño de Pavimentos

26

7.3 Selecciónese una muestra representativa, que tenga un peso de 5 kg (11 lb), de suelo preparado como se describió en los numerales 7.1 y 7.2. 8. PROCEDIMIENTO 8.1 Mézclese completamente la muestra representativa seleccionada con suficiente agua para humedecerla hasta aproximadamente 4 puntos de porcentaje por debajo del contenido óptimo de humedad. 8.2 Prepárese una muestra mediante compactación del suelo humedecido, en el molde de 102 mm (4") de diámetro (con el collar ajustado), en cinco capas aproximadamente iguales que den una altura total de material compactado de alrededor de 127 mm (5"). Compáctese cada capa mediante 25 golpes uniformemente distribuídos dados por el martillo de caída libre, desde una altura de 457 mm (18") por encima de la altura aproximada del suelo, cuando se usa un martillo del tipo con guía, o de 457 mm (18") por encima de la altura aproximada de cada capa finalmente compactada cuando se usa un martillo de tipo de montaje estacionario. Durante la compactación, el molde deberá permanecer firmemente apoyado sobre un soporte estable, denso, uniforme y rígido. (véase el numeral 4.2). - Después de la compactación, remuévase el collar de extensión, recórtese cuidadosamente

el suelo excedente compactado en la parte superior del molde, mediante la regla con borde recto. Los huecos que se hayan desarrollado en la superficie por la remoción de material grueso deberán rellenarse con material de tamaño más pequeño. Pésese el molde y el suelo húmedo en kg con aproximación de 5 g (o en libras con aproximación a 0.01 lb). Para moldes que cumplen con las tolerancias dadas en el numeral 2.1, y cuyos pesos estén registrados en libras, multiplíquese el peso de la muestra compactada y el del molde, menos el peso del molde, por 30, y regístrese el resultado como peso unitario húmedo, 1, en lb/pie3, de suelo compactado. Para moldes que cumplen con las

tolerancias dadas en el numeral 2.1 y cuyos pesos estén registrados en kilogramos, multiplíquese el peso de la muestra compactada y el del molde, menos el peso del molde, por 1059.43, y anótese el resultado como peso unitario húmedo, 1, en kg/m3, del suelo

compactado. Para moldes usados fuera de la tolerancia del 50%, hágase el cálculo teniendo en cuenta el volumen calibrado del molde.

8.3 Sáquese el material del molde y córtese verticalmente por el centro. Tómese una muestra representativa del material de una de las caras del corte, pésese inmediatamente, séquese en un horno a 110 ± 5 °C (230 ± 9 °F) por lo menos durante 12 horas o hasta obtener un peso constante, para determinar el contenido de humedad. La muestra para esta determinación no deberá ser menor de 500 g. 8.4 Rómpase completamente la cantidad restante del material hasta cuando se considere que pasa el tamiz de 19.0 mm y para el cual el noventa (90 %) de los terrones de suelo pasan un tamiz de 4.75 mm juzgado a ojo, y agréguese a la parte restante de la muestra que se va ensayar. Añádase agua en cantidad suficiente para aumentar la humedad de la muestra en uno o dos puntos de porcentaje, y repítase el procedimiento anterior para cada incremento de agua. Prosígase con esta serie de determinaciones hasta que disminuya o no cambie el peso húmedo 1 en kg/m3 (o

lb/pie3) del suelo compactado. (Véase numeral 4.4). METODO D

Page 27: Manual de Laboratorio Diseño de Pavimentos

27

9. MUESTRA 9.1 Escójase la muestra representativa de acuerdo con el numeral 7.3, excepto que ésta deberá tener un peso de aproximadamente 11 kg. (24 lb). 10. PROCEDIMIENTO 10.1 Sígase el mismo procedimiento descrito para el Método C en el numeral 8, excepto en lo siguiente: fórmese una muestra compactando el suelo humedecido en el molde de 152 mm (6") de diámetro (con el collar ajustado) en cinco capas aproximadamente iguales, que den una altura total compactada alrededor de 127 mm (5"), compactándose cada capa mediante 56 golpes del martillo distribuídos uniformemente. Para moldes que cumplan con las tolerancias dadas en el numeral 2.1 y con los pesos dados en libras, multiplíquese el peso de la muestra compactada y del molde menos el peso del molde por 13.33, y anótese el resultado como el peso unitario, 1, en

lb/pie3 del suelo compactado. Para moldes que cumplan con las tolerancias dadas en el numeral 2.1 y con los pesos registrados en kilogramos, multiplíquese el peso de la muestra compactada y del molde menos el peso del molde por 470.74, y regístrese el resultado como el peso unitario húmedo, del suelo compactado, 1, en kg/m3. Para moldes usados fuera de las tolerancias del

50%, hágase el cálculo teniendo en cuenta el volumen calibrado del molde. CALCULOS E INFORME 11. CALCULOS 11.1 Calcúlese la humedad y el peso unitario seco del suelo compactado para cada prueba, así: A - B w = x 100 B - C 1

= x 100 w + 100 Donde: w = Porcentaje de humedad en la muestra con base en el peso seco del suelo

en el horno. A = Peso del recipiente y del suelo húmedo. B = Peso del recipiente y del suelo seco. C = Peso del recipiente. = Peso unitario seco, en kg/m3 (lb/pie3) del suelo compactado. 1= Peso unitario húmedo de kg/m3 (lb/pie3) del suelo compactado.

Page 28: Manual de Laboratorio Diseño de Pavimentos

28

12. RELACIONES DE HUMEDAD-PESO UNITARIO 12.1 Los cálculos del numeral 11.1 deberán efectuarse para determinar la humedad y el correspondiente peso unitario de la muestra del suelo, secado en el horno, en kg/m3 (lb/pie3). Los pesos unitarios se dibujarán como ordenadas y las humedades correspondientes como abscisas. 12.2 Humedad óptima.- Cuando los pesos unitarios y las correspondientes humedades para el suelo han sido determinados para conformar una curva, el contenido de humedad que correponda al pico de la curva, se llamará contenido óptimo de humedad del suelo bajo la compactación mencionada atrás.

12.3 Peso Unitario Máximo.- El peso unitario del suelo secado al horno en kg/m3 o en lb/pie3, correspondiente al contenido óptimo de humedad, bajo la compactación mencionada arriba, se llamará peso unitario máximo. 13. INFORME 13.1 El informe deberá incluír: - Método empleado (A, B, C ó D). - Humedad óptima, como porcentaje, aproximada al entero más próximo.

- Peso unitario máximo en kg/m3, con aproximación a 0.5 kg. (o en lb/pie3 con aproximación al entero más próximo).

- En los métodos C y D indíquese el material retenido en el tamiz de 19.0 mm (3/4") que

fue removido y reemplazado. - Tipo de cara del pisón si se usó una diferente a la circular de 50.8 mm (2") de diámetro. 14. PRECISION 14.1 Dos resultados obtenidos por el mismo operador sobre la misma muestra en el mismo laboratorio, empleando el mismo aparato, y en días diferentes, deberá considerarse dudoso si difiere en más del 10 % en su contenido medio óptimo de humedad y en 35.2 kg/m3 (2.2 lb/pie3) del peso unitario máximo. 14.2 Dos resultados obtenidos por operadores diferentes en diferentes laboratorios deberán considerarse dudosos si difieren en más del 15 % de su valor medio para el contenido óptimo de humedad y en 72 kg/m3 (4.5 lb/pie3) para el peso unitario máximo.

Page 29: Manual de Laboratorio Diseño de Pavimentos

29

PONTIFICIA UNIVERSIDAD JAVERIANA FACULTAD DE INGENIERIA INGENIERIA CIVIL ENSAYO No 5. RELACION DE SOPORTE DEL SUELO EN EL LABORATORIO (CBR DE LABORATORIO) REFERENCIAS NLT 111 ASTM D 1883 AASHTO T 193 1. OBJETO 1.1 Esta norma describe el procedimiento de ensayo para la determinación de un índice de resistencia de los suelos denominado valor de la relación de soporte, que es muy conocido debido a su origen, como CBR (California Bearing Ratio). El ensayo se realiza normalmente sobre suelo preparado en el laboratorio en condiciones determinadas de humedad y densidad; pero también puede operarse en forma análoga sobre muestras inalteradas tomadas del terreno. 1.2 Este índice se utiliza para evaluar la capacidad de soporte de los suelos de subrasante y de las capas de base, subbase y de afirmado. 1.3 Esta Norma hace referencia a los ensayos para Determinación de las Relaciones de Peso Unitario-Humedad, usando un equipo normal (estándar) o un equipo modificado. 2. EQUIPO Y MATERIALES

Page 30: Manual de Laboratorio Diseño de Pavimentos

30

Page 31: Manual de Laboratorio Diseño de Pavimentos

31

2.1 Prensa similar a las usadas en ensayos de compresión, utilizada para forzar la penetración de un pistón en el espécimen. El pistón se aloja en el cabezal y sus características deben ajustarse a las especificadas en el numeral 2.7. El desplazamiento entre la base y el cabezal se debe poder regular a una velocidad uniforme de 1,27 mm (0.05") por minuto. La capacidad de la prensa y su sistema para la medida de carga debe ser de 44.5 kN (10000lbf) ó más y la precisión mínima en la medida debe ser de 44N ó menos. 2.2 Molde, de metal, cilíndrico, de 152,4 mm ± 0.66 mm (6 ±0.026") de diámetro interior y de 177,8 ± 0.66 mm ( 7 ± 0.026") de altura, provisto de un collar suplementario de 51 mm (2.0") de altura y una placa de base perforada de 9.53 mm (3/8") de espesor. Las perforaciones de la base no excederán de 1,6 mm de diámetro (Figura No.1a). La base se deberá poder ajustar a cualquier extremo del molde. 2.3 Disco espaciador, circular, de metal, de 150.8 mm de diámetro y de 50.8 mm (2")de espesor (Figura No.1b), para insertarlo como falso fondo en el molde cilíndrico durante la compactación. 2.4 Martillos de compactación. 2.5 2.5 Aparato medidor de expansión compuesto por: - Una placa de metal perforada, por cada molde, de 149.2 mm (5 7/8") de diámetro, cuyas

perforaciones no excedan de 1,6 mm (1/16") de diámetro. Estará provista de un vástago en el centro con un sistema de tornillo que permita regular su altura (Figura No.1d).

- Un trípode cuyas patas puedan apoyarse en el borde del molde, que lleve montado y bien

sujeto en el centro un dial (deformímetro), cuyo vástago coincida con el de la placa, de forma que permita controlar la posición de éste y medir la expansión, con aproximación de 0.025 mm(0.001").(Ver Figura No.1c).

2.6 Sobrecargas metálicas, unas diez por cada molde, una anular y las restantes ranuradas, con peso de 2,27 Kg (5 lb)cada una, 149.2 mm de diámetro exterior y la anular con 54 mm de diámetro en el orificio central (Figura No.1b). 2.7 Pistón de penetración, cilíndrico, metálico de 49.6 mm de diámetro (1,95"), área de 19.35 cm²(3 pulg²) y con longitud necesaria para realizar el ensayo de penetración con las sobrecargas precisas de acuerdo con el numeral 3.4, pero nunca menor de 101.6 mm (4"). 2.8 Dos diales (deformímetros) con recorrido mínimo de 25 mm (1") y divisiones en 0.025 mm (0.001"), uno de ellos provisto de una pieza que permita su acoplamiento en la prensa para medir la penetración del pistón en la muestra. 2.9 Tanque, con capacidad suficiente para la inmersión de los moldes en agua. 2.10 Horno. 2.11 Balanzas, una de 20 kg de capacidad, y otra de 1000 g con sensibilidades de 2 g y 0.1 g respectivamente. 2.12 Tamices, de 4.75 mm (No.4) y de 19.0 mm (3/4"). 2.13 Material diverso de uso general como cuarteador, mezclador, cápsulas, probetas, espátulas, discos de papel de filtro del diámetro del molde, etc.

Page 32: Manual de Laboratorio Diseño de Pavimentos

32

3. PROCEDIMIENTO El procedimiento es tal que los valores de la relación de soporte se obtienen a partir de especímenes de ensayo que posean el mismo peso unitario y contenido de agua que se espera encontrar en el terreno. En general, la condición de humedad crítica (más desfavorable) se tiene cuando el material está saturado. Por esta razón, el método original del Cuerpo de Ingenieros de E.U.A. contempla el ensayo de los especímenes después de estar sumergidos en agua por un período de cuatro (4) días confinados en el molde con una sobrecarga igual al peso del pavimento que actuará sobre el material. 3.1 Preparación de la muestra.- Se procede como se indica en las normas INV E-141 o E-142 (Relaciones de peso unitario-humedad en los suelos, con equipo normal o modificado). Cuando más del 75 % en peso de la muestra pase por el tamiz de 19.1 mm (3/4"), se utiliza para el ensayo el material que pasa por dicho tamiz. Cuando la fracción de la muestra retenida en el tamiz de 19.1 mm (3/4") sea superior a un 25% en peso, se separa el material retenido en dicho tamiz y se sustituye por una proporción igual de material comprendido entre los tamices de 19.1 mm (3/4") y de 4.75 mm (No.4), obtenida tamizando otra porción de la muestra. De la muestra así preparada se toma la cantidad necesaria para el ensayo de apisonado, más unos 5 kg por cada molde CBR. Se determina la humedad óptima y la densidad máxima por medio del ensayo de compactación elegido. Se compacta un número suficiente de especímenes con variación en su contenido de agua, con el fin de establecer definitivamente la humedad óptima y el peso unitario máximo. Dichos especímenes se preparan con diferentes energías de compactación. Normalmente, se usan la energía del Proctor Normal, la del Proctor modificado y una energía inferior al Proctor Normal. De esta forma, se puede estudiar la variación de la relación de soporte con estos dos factores que son los que la afectan principalmente. Los resultados se grafican en un diagrama de contenido de agua contra peso unitario. Se determina la humedad natural del suelo mediante secado en estufa, según la Norma INV E-122. Conocida la humedad natural del suelo, se le añade la cantidad de agua que le falte para alcanzar la humedad fijada para el ensayo, generalmente la óptima determinada según el ensayo de compactación elegido y se mezcla íntimamente con la muestra. 3.2. Elaboración de Especímenes. Se pesa el molde con su base, se coloca el collar y el disco espaciador y, sobre éste, un disco de papel de filtro grueso del mismo diámetro. Una vez preparado el molde, se compacta el espécimen en su interior siguiendo el proceso para el Proctor Normal o Modificado, pero utilizando en cada molde la proporción de agua y la energía (número de capas y de golpes en cada capa) necesarias para que el suelo quede con la humedad y densidad deseadas. (ver Figura No. 2a). Es frecuente utilizar tres o nueve moldes por cada muestra, según la clase de suelo granular o cohesivo, con grados diferentes de compactación. Para suelos granulares, la prueba se efectúa dando 55, 26 y 12 golpes por capa y con contenido de agua correspondiente a la óptima. Para suelos cohesivos interesa mostrar su comportamiento sobre un intervalo amplio de humedades. Las curvas se desarrollan para 55, 26 y 12 golpes por capa, con diferentes y humedades, con el fin de obtener una familia de curvas que muestran la relación entre el peso específico, humedad y relación de capacidad de soporte. Nota 1: En este procedimiento queda descrito cómo se obtiene el índice CBR para el suelo

colocado en un solo molde, con una determinada humedad y densidad. Sin embargo, en

Page 33: Manual de Laboratorio Diseño de Pavimentos

33

cada caso, al ejecutar el ensayo deberá especificarse el número de moldes a ensayar, así como la humedad y peso unitario a que habrán de compactarse.

Si el espécimen se va a sumergir, se toma una porción de material, entre 100 y 500 g (según sea fino o tenga grava) antes de la compactación y otra al final, se mezclan y se determina la humedad del suelo. Si la muestra no va a ser sumergida, la porción de material para determinar la humedad se toma del centro de la probeta resultante de compactar el suelo en el molde, después del ensayo de penetración. Para ello el espécimen se saca del molde y se rompe por la mitad. Terminada la compactación, se quita el collar y se enrasa el espécimen por medio de un enrasador o cuchillo de hoja resistente y bien recta. Cualquier hueco superficial producido al eliminar partículas gruesas durante el enrase, se rellenará con material sobrante sin gruesos, comprimiéndolo con la espátula. Se desmonta el molde y se vuelve a montar invertido, sin disco espaciador, colocando un papel de filtro entre el molde y la base. Se pesa. 3.3 Inmersión.- Se coloca sobre la superficie de la muestra invertida la placa perforada con vástago, y, sobre ésta, los anillos necesarios para completar una sobrecarga tal, que produzca una presión equivalente a la originada por todas las capas de materiales que hayan de ir encima del suelo que se ensaya, la aproximación quedará dentro de los 2.27 kg (5.5 lb) correspondientes a una pesa. En ningún caso, la sobrecarga total será menor de 4.54 kg. (10lb). (ver Figura No.2b). Nota 2: A falta de instrucciones concretas al respecto, se puede determinar el espesor de las

capas que se han de construir por encima del suelo que se ensaya, bien por estimación, o por algún método aproximado. Cada 15 cm (6") de espesor de estructura del pavimento corresponde aproximadamente a 4,54 kg (10 lb) de sobrecarga.

Se toma la primera lectura para medir el hinchamiento colocando el trípode de medida con sus patas sobre los bordes del molde, haciendo coincidir el vástago del deformímetro con el de la placa perforada. Se anota su lectura, el día y la hora. A continuación, se sumerge el molde en el tanque con la sobrecarga colocada dejando libre acceso al agua por la parte inferior y superior de la muestra. Se mantiene la probeta en estas condiciones durante 96 horas (4 días) con el nivel de agua aproximadamente constante. Es admisible también un periodo de inmersión más corto si se trata de suelos granulares que se saturen de agua rápidamente y si los ensayos muestran que ésto no afecta los resultados. (Ver Figura No.2c). Al final del período de inmersión, se vuelve a leer el deformímetro para medir el hinchamiento. Si es posible, se deja el trípode en su posición, sin moverlo durante todo el período de inmersión; no obstante, si fuera preciso, después de la primera lectura puede retirarse, marcando la posición de las patas en el borde del molde para poderla repetir en lecturas sucesivas. La expansión se calcula como un porcentaje de la altura del espécimen. Después del período de inmersión se saca el molde del tanque y se vierte el agua retenida en la parte superior del mismo, sosteniendo firmemente la placa y sobrecarga en su posición. Se deja escurrir el molde durante 15 minutos en su posición normal y a continuación se retira la sobrecarga y la placa perforada. Inmediatamente, se pesa y se procede al ensayo de penetración según el proceso del numeral siguiente. Es importante que no transcurra más tiempo que el indispensable desde cuando se retira la sobrecarga hasta cuando vuelve a colocarse para el ensayo de penetración. 3.4 Penetración.- Se aplica una sobrecarga que sea suficiente para producir una intensidad de carga igual al peso del pavimento (con ± 2.27 kg de aproximación) pero no menor de 4.54 kg (10 lb). Para evitar el empuje hacia arriba del suelo dentro del agujero de las pesas de sobrecarga, es

Page 34: Manual de Laboratorio Diseño de Pavimentos

34

conveniente asentar el pistón luego de poner la primera sobrecarga sobre la muestra, Llévese el conjunto a la prensa y colóquese en el orificio central de la sobrecarga anular, el pistón de penetración y añade el resto de la sobrecarga si hubo inmersión, hasta completar la que se utilizó en ella. Se monta el dial medidor de manera que se pueda medir la penetración del pistón y se aplica una carga de 50 N (5 kgf) para que el pistón asiente. Seguidamente, se sitúan en cero las agujas de los diales medidores, el del anillo dinamométrico, u otro dispositivo para medir la carga, y el de control de la penetración. (Ver Figura No.2d). Para evitar que la lectura de penetración se vea afectada por la lectura del anillo de carga, el control de penetración deberá apoyarse entre el pistón y la muestra o molde. Se aplica la carga sobre el pistón de penetración mediante el gato o mecanismo correspondiente de la prensa, con una velocidad de penetración uniforme de 1.27 mm (0.05") por minuto. Las prensas manuales no preparadas para trabajar a esta velocidad de forma automática se controlarán mediante el deformímetro de penetración y un cronómetro. Se anotan las lecturas de la carga para las siguientes penetraciones:

Page 35: Manual de Laboratorio Diseño de Pavimentos

35

PENETRACION

Milímetros Pulgadas 0.63 0.025 1.27 0.050 1.90 0.075 2.54 0.100 3.17 0.125 3.81 0.150 5.08 0.200 7.62 0.300 10.16 0.400 * 12.70 0.500 *

* Estas lecturas se hacen si se desea definir la forma de la curva, pero no son indispensables.

Finalmente, se desmonta el molde y se toma de su parte superior, en la zona próxima a donde se hizo la penetración, una muestra para determinar su humedad. 4. CALCULOS 4.1 Humedad de Compactación.- El tanto por ciento de agua que hay que añadir al suelo con su humedad natural para que alcance la humedad prefijada, se calcula como sigue: % de agua a añadir = [ (H-h) / (100+h) ] x 100 donde: H = Humedad prefijada h = Humedad natural 4.2 Densidad o Peso Unitario.- La densidad se calcula a partir del peso del suelo antes de sumergirlo y de su humedad, para obtener la densidad máxima y la humedad óptima. 4.3 Agua absorbida.- El cálculo para el agua absorbida puede efectuarse de dos maneras. Una, a partir de los datos de las humedades antes de la inmersión y después de ésta (numerales 3.2 y 3.4), la diferencia entre ambas se toma normalmente como tanto por ciento de agua absorbida. Otra, utilizando la humedad de la muestra total contenida en el molde. Se calcula a partir del peso seco de la muestra (calculado) y el peso húmedo antes y después de la inmersión. Ambos resultados coincidirán o no, según que la naturaleza del suelo permita la absorción uniforme del agua (suelos granulares), o no (suelos plásticos). En este segundo caso debe calcularse el agua absorbida por los dos procedimientos. 4.4 Presión de Penetración.- Se calcula la presión aplicada por el penetrómetro y se dibuja la curva para obtener las presiones reales de penetración a partir de los datos de prueba; el punto cero de la curva se ajusta para corregir las irregularidades de la superficie, que afectan la forma inicial de la curva (Ver Figura No 3) 4.5 Expansión.- La expansión se calcula por la diferencia entre las lecturas del deformímetro antes y después de la inmersión, numeral 3.2. Este valor se refiere en tanto por ciento con respecto a la altura de la muestra en el molde, que es de 127 mm (5"). Es decir: % Expansión = L2 - L1 X 100

Page 36: Manual de Laboratorio Diseño de Pavimentos

36

127 Siendo L1 = Lectura inicial en mm.

L2 = Lectura final en mm.

4.6 Valor de la relación de soporte (Indice resistente CBR).- Se llama valor de la relación de soporte (índice CBR), al tanto por ciento de la presión ejercida por el pistón sobre el suelo, para una penetración determinada, con relación a la presión correspondiente a la misma penetración en una muestra patrón. Las características de la muestra patrón son las siguientes:

Penetración Presión mm Pulgadas MN/m² kgf/cm² lb/plg² 2.54 0.1 6.90 70.31 1.000 5.08 0.2 10.35 105.46 1.500

Para calcular el índice CBR se procede como sigue: - Se dibuja una curva que relacione las presiones (ordenadas) y las penetraciones

(abscisas), y se observa si esta curva presenta un punto de inflexión. Si no presenta punto de inflexión se toman los valores correspondientes a 2,54 y 5,08 mm (0,1" y 0,2") de penetración. Si la curva presenta un punto de inflexión, la tangente en ese punto cortará el eje de abscisas en otro punto, (0 corregido), que se toma como nuevo origen para la determinación de las presiones correspondientes a 2,54 y 5,08 mm.

- De la curva corregida tómense los valores de esfuerzo-penetración para los valores de

2.54 mm y 5.08 mm y calcúlense los valores de Relación de Soporte correspondientes, dividiendo los esfuerzos corregidos por los esfuerzos de referencia 6.9 MPa (1000lb/plg2)

y 10.3 MPa (1500 lb/plg2) respectivamente, y multiplíquese por 100. La relación de soporte reportada para el suelo es normalmente la de 2.54 mm (0.1") de penetración. Cuando la relación a 5.08 mm (0.2") de penetración resulta ser mayor, se repite el ensayo. Si el ensayo de comprobación da un resultado similar, úsese la relación de soporte para 5.08 mm (0.2") de penetración.

5. PROCEDIMIENTO PARA EL ENSAYO SOBRE MUESTRAS INALTERADAS. En el caso de muestras inalteradas se procede como sigue: Se clava el molde en el suelo poco a poco, con ayuda de herramientas apropiadas, hasta llenarlo, haciendo uso de la técnica para la toma de muestras inalteradas que se describe en la Norma INV E-112. Una vez lleno el molde, se parafinan sus caras planas y, cuidando de no golpearlo, se traslada al laboratorio. Cuando se vaya a efectuar el ensayo se quita la parafina de ambas caras y, con ayuda de la prensa y el disco espaciador, o de un extractor de muestras, se deja un espacio vacío en el molde equivalente al del disco espaciador, enrasando el molde por el otro extremo. A continuación, se procede como con las muestras preparadas en el laboratorio. La operación para dejar ese espacio vacío no es necesaria (7.0" ±0.16") si se utiliza un molde con 127 mm (5") de altura, en vez de los 177,8 mm, y se monta el collar antes de proceder al ensayo de penetración. 6. INFORME

Page 37: Manual de Laboratorio Diseño de Pavimentos

37

Los datos y resultados de la prueba que deberán suministrarse son los siguientes: - Procedimiento y esfuerzo de compactación. - Humedad al fabricar el especimen. - Peso unitario. - Sobrecarga de saturación y penetración. - Expansión del especimen. - Humedad después de la saturación. - Humedad óptima y densidad máxima determinados mediante la norma INV E-142. - Curva Presión-Penetración. - Valor de Relación de Soporte.

PONTIFICIA UNIVERSIDAD JAVERIANA FACULTAD DE INGENIERIA INGENIERIA CIVIL

Page 38: Manual de Laboratorio Diseño de Pavimentos

38

ENSAYO No 6. EQUIVALENTE DE ARENA DE SUELOS Y AGREGADOS FINOS REFERENCIAS ASTM D 2419 1. OBJETO Este ensayo tiene por objeto determinar la proporción relativa del contenido de polvo fino nocivo, o material arcilloso, en los suelos o agregados finos. Es un procedimiento que se puede utilizar para lograr una correlación rápida en campo. 2. USO Y SIGNIFICADO 2.1 Este ensayo produce como resultado un valor empírico de la cantidad relativa de finos y material arcilloso presente en la muestra de suelo o agregado fino. 2.2 Puede especificarse un valor mínimo del equivalente de arena, para limitar la cantidad permisible de finos arcillosos en un agregado. 2.3 Este método de ensayo permite determinar rápidamente, en el campo, variaciones de calidad de los materiales que se estén produciendo o utilizando. 3. RESUMEN DEL METODO A un volumen determinado de suelo o agregado fino se le adiciona una pequeña cantidad de solución floculante, mezclándolos en un cilindro de plástico graduado y agitándolos para que las partículas de arena pierdan la cobertura arcillosa. La muestra es entonces "irrigada", usando una cantidad adicional de solución floculante, para forzar el material arcilloso a quedar en suspensión encima de la arena. Después de un período de sedimentación, se determinan las alturas de la arcilla floculada y de la arena en el cilindro. El "equivalente de arena" es la relación entre la altura de arena y la altura de arcilla, expresada en porcentaje. 4. EQUIPO

Page 39: Manual de Laboratorio Diseño de Pavimentos

39

4.1 Cilindro graduado de plástico, con diámetro interior de 31.75 ± 0.381 mm (1¼ ± 0.015") y

altura de 431.8 mm (17") aproximadamente, graduado en espacios de 2.54 mm (0.1"), desde el fondo hasta una altura de 381 mm (15"). La base del cilindro debe ser de plástico transparente de 101.6 x 101.6 x 12.7 mm (4" x 4" x ½") bien asegurada al mismo.

4.2 Tapón macizo de caucho o goma que ajuste en el cilindro. 4.3 Tubo irrigador, de acero inoxidable, de cobre o de bronce, de 6.35 mm (¼") de diámetro exterior, y 0.89 mm (0.035") de espesor, con longitud de 508 mm (20"), con uno de sus extremos cerrado formando una arista. 4.4 Tubo flexible (de plástico o caucho) de 4.7 mm (3/16") de diámetro y de 1.20 m de largo, aproximadamente, con una pinza que permita cortar el paso del líquido a través del mismo. Este tubo conecta el sifón con el tubo irrigador. 4.5 Un botellón de 3.785 l (1 galón) de capacidad, destinado a contener la solución de cloruro de calcio; el tapón de este frasco lleva dos orificios, uno para el tubo del sifón y el otro para entrada de aire. El frasco debe colocarse a 90 cms de altura sobre la mesa de trabajo. 4.6 Dispositivo para tomar lecturas. Un conjunto formado por un disco de asentamiento, una barra metálica y una sobrecarga cilíndrica. Este dispositivo está destinado a la toma de lecturas del nivel de arena y tendrá un peso total de 1 kg. La barra metálica tiene 457 mm (18") de longitud; en su extremo inferior lleva enroscado un disco metálico de cara inferior plana perpendicular al eje de la barra; la cara superior de este disco de asentamiento es de forma cónica. El disco lleva tres tornillos pequeños que sirven para centrarlo en el interior del cilindro. 4.7 Recipiente metálico, de diámetro 57 mm (2¼") aproximadamente, con una capacidad de 85 ± 5 ml. 4.8 Embudo, de boca ancha, de 101.6 mm (4") de diámetro. 4.9 Reloj o cronómetro, para lecturas de minutos y segundos.

5. SOLUCIONES 5.1 Una Solución Tipo de cloruro de calcio (Ca Cl2): Se prepara con los siguientes

materiales:

Page 40: Manual de Laboratorio Diseño de Pavimentos

40

454g (1 lb) de cloruro de calcio anhidro. 2050g (l640 ml) de glicerina pura.

47g (45 ml) de formaldehido (en solución al 40 %, en volumen) - Preparación.- Se disuelve la cantidad indicada de cloruro de calcio (Ca Cl2) en

1.90 l (½ galón) de agua destilada. Se deja enfriar esta solución y se pasa, por papel de filtro rápido. A la solución filtrada se agregan los 2050g de glicerina y la cantidad indicada de formaldehido. Se mezcla bien y se diluye hasta que la solución llegue a los 3.785 l (1 galón) de volumen. El agua que se adiciona a esta solución será igualmente destilada.

5.2 Solución de trabajo de cloruro de calcio: (CaCl2) Se obtiene con 88 ml de la Solución Tipo, diluida en agua destilada hasta completar 3.785 l (1 galón).

Nota 3: Se podrá usar agua potable o desmineralizada en lugar de agua destilada, siempre que no se afecten los resultados del ensayo. El efecto de estas aguas puede determinarse por comparación de resultados de tres ensayos efectuados utilizando agua destilada y local. Los seis especímenes de ensayo empleados para esa comparación deben prepararse de la misma muestra de material secada al horno.

6. PREPARACION DE LA MUESTRA 6.1 Obténgase al menos 1500g de material que pase el tamiz de 4.75 mm (No.4), de la siguiente forma:

- Sepárese la muestra por tamizado a mano o por medio de un tamizador mecánico. - Antes de seleccionar la muestra de ensayo se deben desmenuzar todos los terrones de material fino. - Remuévase cualquier cubierta de finos que se adhiera al agregado grueso: estos finos pueden ser removidos por secado superficial del agregado grueso, y frotación entre las manos sobre un recipiente plano. Añádase el material así removido a la porción fina de la muestra.

6.2 Para determinar la cantidad de material para el cuarteo, se pesará o se determinará el volumen de una porción de material igual a 4 moldes de medida, en la siguiente forma:

- Humedézcase el material para evitar segregación o pérdida de finos durante el proceso de separación o cuarteo, teniendo cuidado, al adicionar agua a la muestra, para mantener una condición de flujo libre de material. - Usando el recipiente de medida, sáquense cuatro (4) de esas medidas de la muestra. Cada vez que obtenga una medida golpéese la parte inferior del recipiente sobre una superficie dura al menos cuatro (4) veces, para obtener una medida de material consolidado hasta el borde del recipiente. - Determínese la cantidad de material contenido en estas cuatro (4) mediciones, ya sea por peso o por volumen del cilindro plástico.

Page 41: Manual de Laboratorio Diseño de Pavimentos

41

- Retórnese este material a la muestra y realícese el cuarteo haciendo los ajustes necesarios para obtener el peso o el volumen anteriormente determinado. De este cuarteo se debe obtener, en los siguientes cuarteos, la cantidad suficiente de muestra para llenar la medida. - Séquese cada espécimen de muestra hasta peso constante a 105 ±5 °C (230 ± 9 °F) y enfríese a temperatura ambiente antes de empezar el ensayo. Nota 4: Los resultados del ensayo del equivalente de arena en muestras que no han sido secadas, generalmente serán menores que los resultados obtenidos de muestras de ensayo idénticas que han sido secadas. Cuando el ensayo se efectúe para controlar el cumplimiento de las especificaciones, puede permitirse, en muchos casos, ejecutarlos sin antes secar el material. Sin embargo, aquellos materiales que den valores menores que el mínimo especificado, deben volverse a ensayar con el material secado al horno. Si el equivalente de arena determinado en un ensayo con una muestra seca está por debajo del mínimo, será necesario realizar dos (2) ensayos adicionales con especímenes secos de la misma muestra.

6.3 Prepárese el número deseado de especímenes de la muestra de ensayo, así:

- Humedézcase el material para evitar segregación o pérdidas de finos, manteniendo una condición de flujo libre. - Sepárense por cuarteo de 1000 a 1500g de muestra. Colóquese en un recipiente circular y mézclese hacia el centro, por lo menos durante 1 minuto, para lograr uniformidad. Revísese que la muestra tenga la humedad necesaria, exprimiendo firmemente una porción pequeña de la muestra en la palma de la mano. Si se forma una masilla que puede ser manejada con cuidado sin romperse, está en el rango correcto de humedad. Si la muestra está demasiado seca, se desmoronará y será necesario añadir agua, volver a mezclarla y probar nuevamente hasta que el material forme una masilla plástica. Si la muestra presenta agua libre superficial estará demasiado húmeda y deberá secarse al aire, mezclándola frecuentemente para asegurar uniformidad y ensayándola nuevamente, hasta obtener una masilla que se pueda manejar. Si el contenido de humedad al recibo de la muestra se encuentra dentro de los límites descritos anteriormente, la muestra puede ensayarse de inmediato. Si el contenido de humedad se debe modificar para su empleo, la muestra debe colocarse en un recipiente y cubrirse con una toalla húmeda, en forma tal que no toque el material, y dejarla allí por 15 minutos, como mínimo. - Después del tiempo mínimo de curado, mézclese nuevamente por 1 minuto sin agregar agua y fórmese un cono con el material, utilizando un palustre. - Tómese el recipiente de medida en una mano y presiónese contra la base del cono mientras se sostiene a éste con la mano libre. - A medida que el recipiente atraviesa el cono manténgase suficiente presión en la mano para que el material lo llene por completo. Presiónese firmemente con la palma de la mano compactando el material hasta que éste se consolide, el exceso debe ser retirado y desechado, enrasando con el palustre a nivel del borde del recipiente. - Para obtener especímenes adicionales, repítanse los pasos anteriores.

Page 42: Manual de Laboratorio Diseño de Pavimentos

42

7. PROCEDIMIENTO 7.1 Viértase solución de trabajo de cloruro de calcio en el cilindro graduado, con la ayuda del sifón, hasta una altura de 101.6 ± 2.54 mm (4 ± 0.1"). 7.2 Con ayuda del embudo, viértase la muestra de ensayo en el cilindro graduado. Golpéese varias veces el fondo del cilindro con la palma de la mano para liberar las burbujas de aire y remojar la muestra completamente. Déjese en reposo durante 10 ± 1 minuto. Al finalizar los 10 minutos (periodo de humedecimiento), tápese el cilindro con un tapón y suéltese el material del fondo invirtiendo parcialmente el cilindro y agitándolo a la vez. 7.3 Después de soltar el material del fondo, agítese el cilindro con cualquiera de los métodos siguientes:

- Método del agitador mecánico: Colóquese el cilindro tapado en el agitador mecánico y déjese en funcionamiento por un tiempo de 45 ± 1 seg. - Método del agitador manual: Asegúrese el cilindro tapado con las tres pinzas de resorte, sobre el soporte del agitador manual, y póngase el contador de vueltas en ceros. Nota 5: Para prevenir el derramamiento, asegúrese de que el tapón esté firmemente colocado en el cilindro, antes de colocarlos en el agitador manual. Párese directamente frente al agitador y fórcese el soporte hasta colocar el índice sobre la marca límite del émbolo pintada en el tablero, aplicando una fuerza horizontal sobre la biela resortada del lado derecho. Luego retírese la mano de la biela y permítase que la acción del resorte de ésta mueva el soporte y el cilindro en la dirección opuesta sin ayudarlo y sin impedimento alguno. Aplíquese suficiente fuerza a la biela resortada, con la mano derecha, durante el recorrido con empuje para llevar el índice hasta la marca límite del émbolo, empujando la biela con la punta de los dedos para mantener un movimiento de oscilación suave. El centro de la marca del límite de carrera, está colocado para proveer la longitud de movimiento adecuada y su ancho se ajusta el máximo de variación permitida. La cantidad correcta de agitación se logra solamente cuando el extremo del índice invierte su dirección dentro de los límites marcados. Una correcta agitación puede mantenerse mejor al usar solamente el movimiento del antebrazo y la muñeca para mover el agitador. Continúe la acción de agitación hasta completar 100 ciclos. - Método Manual: Sosténgase el cilindro en una posición horizontal y agítese vigorosamente con un movimiento lineal horizontal de extremo a extremo. Agítese el cilindro 90 ciclos en aproximadamente 30 segundos, usando un movimiento de 229 ± 25 mm (9 ± 1"). Un ciclo está definido como movimiento completo hacia adelante y hacia atrás. Para agitar el cilindro a esta velocidad, será necesario que el operador mueva únicamente los antebrazos mientras mantiene el cuerpo y los hombros descansados o relajados.

7.4 Inmediatamente después de la operación de agitación, colóquese el cilindro verticalmente sobre la mesa de trabajo y remuévase el tapón. 7.5 Procedimiento de irrigación.

Page 43: Manual de Laboratorio Diseño de Pavimentos

43

- Durante el procedimiento de irrigación manténgase el cilindro vertical y la base en contacto con la superficie de trabajo. Colóquese el tubo irrigador en la parte superior del cilindro, aflójese la pinza de la manguera y lávese el material de las paredes del cilindro a medida que baja el irrigador, el cual debe llegar a través del material, hasta el fondo del cilindro, aplicando suavemente una acción de presión y giro mientras que la solución de trabajo fluye por la boca del irrigador. Esto impulsa hacia arriba el material fino que esté en el fondo y lo pone en suspensión sobre las partículas gruesas de arena. - Continúese aplicando una acción de presión y giros mientras se lavan los finos, hasta que el cilindro esté lleno a la altura de 382 mm (15"); entonces, levántese el tubo irrigador suavemente sin que deje de fluir la solución, de tal forma que el nivel del líquido se mantenga cerca a dicha altura, mientras se extrae el tubo irrigador. (Regúlese el flujo justamente antes de que el tubo irrigador sea completamente sacado, y ajústese el nivel final a la lectura de 382 mm (15")).

7.6 Déjese el cilindro y el contenido en reposo por 20 min ± 15s. Comiéncese a medir el tiempo inmediatamente después de retirar el tubo irrigador. 7.7 Al finalizar los 20 min del periodo de sedimentación, léase y anótese el nivel de la parte superior de la suspensión arcillosa tal como se indica en el numeral 7.9. Este valor se denomina "lectura de arcilla". Si no se ha formado una línea clara de demarcación al finalizar el periodo especificado de 20 min, permítase que la muestra permanezca sin ser perturbada hasta que una lectura de arcilla pueda ser claramente obtenida; entonces, léase inmediatamente y anótese la altura de la suspensión arcillosa y tiempo total de sedimentación. Si éste último excede de 30 min, efectúese nuevamente el ensayo, usando tres especímenes individuales de la misma muestra y anótese la lectura de la columna arcillosa para la muestra que requiera el menor tiempo de sedimentación. 7.8 Determinación de la lectura de la arena.

- Después de tomar la lectura de arcilla, introdúzcase dentro del cilindro el conjunto del disco, la varilla y el sobrepeso, y baje suavemente el conjunto hasta que llegue sobre la arena. Evítese que el disco indicador de lectura golpee la boca del cilindro, mientras se baja el conjunto. A medida que el conjunto baje, manténgase uno de los tornillos de centraje del pie en contacto con la pared del cilindro sobre las graduaciones, de manera que sirva de índice para la lectura. - Cuando el conjunto toque la arena, léase y anótese el de la ranura del tornillo, la cual se denominará "lectura de arena". Si la lectura se hace con el disco indicador, la "lectura de arena" se obtendrá restando 254 mm (10") del nivel indicado por el borde superior del indicador.

7.9 Cuando el nivel de las lecturas, de arcilla o arena, esté entre líneas de graduación, se anotará la lectura correspondiente a la graduación inmediatamente superior. Por ejemplo si, un nivel de arcilla es 7.95 se anotará como 8.0. Un nivel de arena de 3.22, se anotará como 3.3. 7.10 Después de tomar las lecturas, sáquese el conjunto del cilindro, tape éste con su tapón de goma y sacúdase hacia arriba y hacia abajo en posición invertida hasta que el material sedimentado se deshaga y vacíese inmediatamente. Enjuáguese la probeta con agua dos veces. 8. CALCULOS 8.1 El equivalente de arena se calculará con aproximación de décima (0.1 %), así:

Page 44: Manual de Laboratorio Diseño de Pavimentos

44

Lectura de arena Equivalente de Arena (EA) = x 100 Lectura de arcilla 8.2 Si el equivalente de arena no es un número entero, anótese en el Informe redondeando la fracción al número inmediato superior. Por ejemplo, para las lecturas indicadas en el numeral 7.9 se tienen los valores: Lectura de arcilla = 8.0, Lectura de arena = 3.3 entonces: 3.3 EA = x 100 = 41.2 8.0

este valor se redondeará a 42.0 y así será anotado en el informe.

8.3 Para obtener el promedio de una serie de valores de equivalente de arena, promédiese el número de valores enteros determinados como se describió anteriormente. Por ejemplo supóngase que varias determinaciones del equivalente de arena dieron los valores 41.2, 43.8 y 40.9. Al redondear al valor entero más alto, se convierten en 42, 44 y 41. Entonces se obtiene el promedio de estos valores redondeados: 42 + 44 + 41 = 42.3 3 El promedio se redondeará al entero superior, de manera que en este caso el valor definitivo del equivalente de arena para el informe será "43". 9. OBSERVACIONES 9.1 La temperatura de la solución de trabajo deberá ser 22 ± 3°C (72 ± 5 °F) durante la realización de este ensayo. Nota 6: Si las condiciones de campo no permiten el mantenimiento del intervalo de temperatura establecido, se deben enviar muestras al laboratorio, donde es posible un control de las mismas, con la frecuencia que sea necesaria. También, es posible realizar una corrección por temperatura para el material que esté siendo ensayado, con las curvas de temperatura desarrolladas para dicho material, en sitios donde no sea posible realizar un control apropiado. Sin embargo, no existen curvas de corrección generales que puedan ser utilizadas para diferentes tipos de material, incluso en rangos estrechos de valores del equivalente de arena. Las muestras que satisfagan los equivalentes de arena mínimos a una temperatura de la solución de trabajo inferior al intervalo recomendado, no necesitan ser sometidas a ensayos de referencia. 9.2 El ensayo debe realizarse en un sitio donde no exista vibración. La excesiva vibración puede hacer que el material suspendido se sedimente a una mayor velocidad. 9.3 No se deben exponer los cilindros plásticos a la luz directa del sol más de lo necesario.

Page 45: Manual de Laboratorio Diseño de Pavimentos

45

9.4 Cuando las perforaciones del tubo del irrigador se obstruyan por partículas de arena, si no es posible suprimir la obstrucción de otra manera, podrá hacerse con un alfiler u otro objeto agudo, teniendo extremo cuidado para evitar que se ensanche el orificio. 9.5 Ocasionalmente puede ser necesario remover un crecimiento de hongos que se forman en las paredes del frasco de solución de trabajo y en el interior de la manguera y del tubo irrigador. Esto puede hacerse por medio de una solución disolvente de hipoclorito de sodio, diluida en agua por partes iguales.

- Para eliminar esta formación de hongos, debe llenarse el frasco con la solución disolvente y dejar pasar aproximadamente un litro de la misma por el sifón y el irrigador; luego se corta el paso de la corriente líquida colocando la pinza al final de la manguera teniéndola llena de solución disolvente. Vuélvase a llenar el frasco con la solución y déjese durante toda la noche. Después, descárguese la solución disolvente por medio del sifón y el tubo irrigador, sepárese el sifón del frasco y enjuáguense ambos con agua limpia. El irrigador y el sifón se lavan fácilmente, conectándolos a una llave de agua mediante una manguera delgada y dejando pasar el chorro de agua fresca a través de éllos, en sentido contrario al flujo normal.

9.6 Cuando se tomen las lecturas de arena debe tenerse cuidado de no presionar hacia abajo, ya que esto puede ocasionar una lectura errada. 10. PRECISION 10.1 La ejecución de este ensayo requiere que el laboratorista tenga experiencia, de manera que pueda obtener resultados consistentes y satisfactorios con muestras representativas de cualquier clase de material, cuando el ensayo se realiza de acuerdo a lo prescrito. 10.2 Se considerará un laboratorista con experiencia, cuando los resultados obtenidos por éste, en tres ensayos independientes, con el mismo espécimen de muestra, no varíe en más de ± 4 puntos con respecto al promedio de estos ensayos. 10.3 Si un operario no es capaz de obtener resultados consistentes, no debe realizar el ensayo hasta perfeccionar la técnica suficiente para obtener resultados dentro de los límites especificados.

Page 46: Manual de Laboratorio Diseño de Pavimentos

46

PONTIFICIA UNIVERSIDAD JAVERIANA FACULTAD DE INGENIERIA INGENIERIA CIVIL ENSAYO No 7. PESO UNITARIO DEL SUELOS EN EL TERRENO METODO DEL CONO DE ARENA REFERENCIAS AASHTO T 191 ASTM D 1556 1. OBJETO

Este método de ensayo se usa para determinar el peso unitario (densidad) de los suelos en el terreno. El empleo de este método esta restringido a suelos que contengan partículas no mayores de 50 mm (2�) de diámetro. 2. EQUIPO

Page 47: Manual de Laboratorio Diseño de Pavimentos

47

1.12.1 Aparato del cono de arena con válvula. 2.2 Arena con coeficiente de uniformidad (D60/D10) menor que 2 y no contener partículas

retenidas en el tamiz No 10. 2.3 Balanzas. 2.4 Horno 2.5 Equipo misceláneo, cincel, porra, brocha, recipientes con tapa. 2.6 Humedometro. 3. PROCEDIMIENTO 1.13.1 Determinar la constante del cono, es decir la cantidad de arena que queda entre el frasco y

la superficie a ensayar. Se pesa el frasco con arena y cono, se coloca la platina del equipo en una superficie plana y lisa, se acopla el cono invertido verticalmente sobre la platina, se abre la válvula y se deja fluir la arena hasta que este flujo pare. Se cierra la válvula y se procede a pesar el remanente de arena con el frasco y el cono. La diferencia entre pesos será la constante del cono.

1.23.2 Determinación del peso especifico suelto de la arena: Pesar el frasco con cono y arena. Diseñar un mecanismo para que el frasco deje fluir la arena dentro de un recipiente con volumen conocido, esto se puede hacer colocando la platina sobre dos elementos que tengan una altura de aproximadamente 20 a25 cm y que den buen soporte cuando se le coloque el conjunto platina, frasco, cono y arena. Colocar un recipiente de volumen conocido debajo del cono y se abre la válvula. Se deje fluir hasta que se rebose el recipiente. Se retira con cuidado el recipiente y se enrasa, luego se procede a pesar la arena contenida en él. Con el valor del peso de la arena y el volumen del recipiente se calcula el peso suelto unitario de la arena para ensayo. 1.33.3 Con estas dos constantes ya se puede ir al terreno a efectuar propiamente el ensayo. 3.4 Se determina el lugar a ensayar, se nivela la superficie, se limpia y se coloca la platina

fijándola al piso utilizando puntillas es sus esquinas. 3.5 Se procede a perforar un orificio siguiendo el perímetro interno que tiene el orificio de la

platina 3.6 Durante la operación de perforado se recoge el material extraído y se pasa por la malla ¾

pulgada y se tamiza las partículas retenidas se guardan para posterior retorno al orificio. 3.7 Se pesa el material extraído sin contar con el retenido en ¾ ya que este esta ya el orificio. 3.8 Se coloca el frasco, cono y arena (previamente pesados) y se deja fluir la arena hasta que

para este flujo. 3.9 Se pesa nuevamente el frasco, cono y arena.

Page 48: Manual de Laboratorio Diseño de Pavimentos

48

3.10 La diferencia de los dos pesos encontrados es la arena utilizada a este nuevo peso se le resta la constante del cono y llegamos a la arena que ocupa propiamente el orificio practicado.

3.11 Con el valor de la arena en el hueco y el peso unitario suelto de la arena llegamos al valor del volumen de hueco.

3.12 El material ya pesado se lleva al horno para secado y calcular humedad. 3.13 Con el peso del material húmedo y el volumen del hueco se calcula el Peso Unitario

húmedo en el terreno, y con el valor de la humedad encontrado se calcula el Peso Unitario seco en el terreno el cual se debe referir en porcentaje al Peso Unitario Seco hallado previamente en el laboratorio para el suelo que se este ensayando, y a esto lo llamamos Porcentaje de Compactación.

3.14 La humedad también se puede hallar utilizando el humedometro o Speedy el cual es un equipo basado en la reacción del carburo de calcio y el agua presente en el suelo, esta reacción produce el gas llamado acetileno, esta reacción se produce dentro del cuerpo del Speedy que es basicamente una botella de presion que tiene en la parte inferior un dispositivo similar a un manometro pero que esta calibrado para que sus lecturas registren registrar porcentajes de humedad.

Volúmenes mínimos de los orificios de ensayo y de las muestras para humedad con base en el tamaño máximo de las partículas. Tamaño máximo de particula Volumen mínimo

del orificio de ensayo cc

Muestra para humedad

mm Alterna 4.75 No 4 700 100 12.5 ½� 1400 250 25 1� 2100 500 50 2� 2800 1000 4. CALCULOS 4.1 Calcúlese la cosntante K para el cono de la siguiente forma:

K = Pa � Pb Donde Pa = Peso del frasco, cono y arena inicial, en gr. Pb = Peso del frasco, cono y arena final, en gr.

4.2 Calcúlese Peso unitario suelto de la arena de la siguiente forma:

PuA = PAr / Vr

Page 49: Manual de Laboratorio Diseño de Pavimentos

49

Donde PuA = Peso unitario suelto de la arena Par = peso de la arena contenida en el recipiente Vr = volumen del recipiente

4.3 Calcúlese Peso unitario del Suelo en el Terreno de la siguiente forma:

PAH = P1 � P2 - K

VH = PAH / PuA

PuSh = PMh / VH

PuS = PuSh / (1 + (%W/100)) Donde P1 = Peso frasco, cono y arena inicial gr P2 = Peso frasco, cono y arena final gr PAH = Peso arena en el hueco gr VH = Volumen del hueco cc

PuS = Peso unitario seco del Suelo en el Terreno gr/cc PuSh = Peso unitario humedo del Suelo en el Terreno gr/cc %W = porcentaje de humedad 4.4 Calcúlese el Porcentaje de Compactación de la siguiente forma:

% De Compactación = PuS / PuSL x 100 Donde PuSL = Peso unitario suelo del laboratiro

Nota : Calcúlese el peso unitario (densidad) en el sitio del material ensayado en gr/cc con aproximación a 0.01 gr/cc o en Lb/pie³ con aproximación a 0.1 Lb/pie³.

Page 50: Manual de Laboratorio Diseño de Pavimentos

50

PONTIFICIA UNIVERSIDAD JAVERIANA FACULTAD DE INGENIERIA INGENIERIA CIVIL ENSAYO No 8. PENETRACION DE LOS MATERIALES ASFALTICOS REFERENCIAS ASTM D 5 . AASHTO T 49 . NLT 124. 1. OBJETO 1.1 Esta norma describe el procedimiento que debe seguirse para determinar la consistencia de los materiales asfálticos sólidos o semisólidos en los cuales el único o el principal componente es un asfalto. 1.2 La penetración se define como la distancia, expresada en décimas de milímetro hasta la cual penetra verticalmente en el material una aguja normalizada en condiciones definidas de carga, tiempo y temperatura. Normalmente, el ensayo se realiza a 25°C (77°F) durante un tiempo de 5 s y con una carga móvil total, incluida la aguja, de 100 g, aunque pueden emplearse otras condiciones previamente definidas. 2. APARATOS Y MATERIAL NECESARIOS

Page 51: Manual de Laboratorio Diseño de Pavimentos

51

2.1 Penetrómetro.- El aparato para la medida de las penetraciones se denomina penetrómetro y, en esencia estará constituido por un mecanismo que permita el movimiento vertical sin rozamiento apreciable de un vástago o soporte móvil al cual pueda fijarse firmemente por su parte inferior, la aguja de penetración; y que permita, además, la colocación sobre el mismo, de diferentes cargas suplementarias; el aparato deberá estar calibrado para dar directamente la lectura en unidades de penetración, según el numeral 1.2. El peso del vástago será de 47.5 ±0.05 g, y el peso total del conjunto móvil formado por el vástago juntamente con la aguja, de 50.0 ± 0.05 g. Se deberá disponer igualmente, de pesas individuales suplementarias de 50.0 ± 0.05 g y 100.0 ± 0.05 g para obtener otras cargas totales móviles de acuerdo con las condiciones del ensayo. El penetrómetro deberá estar provisto, además, de una base de apoyo para la colocación del recipiente con la muestra, de forma plana y que forme un ángulo de 90 grados con el sistema móvil, así como de un nivel de burbuja y tornillos de nivelación. 2.2 Aguja de penetración.- La aguja será de acero inoxidable endurecido y templado,

(ASTM Grado 440 C ó similar), con una dureza Rockwell C54 a C60, (0.039 a 0.040), tendrá unos 50 mm (2") de longitud y entre 1.00 y 1.02 mm de diámetro, con uno de sus extremos simétricamente afilado hasta formar un cono de ángulo comprendido entre 8°40' y 9°

2.3 Recipiente o molde para la muestra.- Los recipientes para las muestras serán de metal o vidrio, de forma cilíndrica y fondo plano, y con las siguientes dimensiones interiores:

Diámetro mm (")

Profundidad mm (")

Penetración hasta 200 Penetración entre 200 y 350

55 (2.17) 70 (2.75)

35 (1.38) 45 (1.77)

2.4 Baño de agua 2.5 Dispositivo medidor de tiempo.- Control de precisión. La precisión de los instrumentos empleados para medir la duración de los tiempos de carga, deberá comprobarse inmediatamente antes de cada ensayo.

Page 52: Manual de Laboratorio Diseño de Pavimentos

52

2.7 Termómetros.- Para controlar las temperaturas del ensayo en el baño de agua se dispondrá de termómetros de mercurio con varilla de vidrio, de inmersión total. 3. PROCEDIMIENTO 3.1 Preparación de la muestra.- Se tomarán las precauciones necesarias para que la muestra del ensayo sea verdaderamente representativa, de aspecto homogéneo y sin contaminación. De la muestra de laboratorio, se separarán con una espátula caliente unos 400 a 500 g de material que se colocarán en un recipiente, que se calienta cuidadosamente agitándolo para evitar sobrecalentamientos locales y para homogeneizar el material, hasta que alcance la fluidez que permita su vertido en los moldes para las probetas. A continuación, se llena el molde para la probeta calentado a una temperatura semejante a la del material, y hasta una altura que, medida a la temperatura del ensayo, sea superior al menos en 10 mm a la penetración supuesta. Se preparará un total de dos moldes por cada muestra de material y ensayo de iguales características. Después de llenar los moldes, se cubren con un vaso de vidrio invertido, de dimensiones apropiadas, para protegerlos del polvo y permitir la eliminación de posibles burbujas de aire, y se dejan enfriar al aire a una temperatura entre 20° y 30°C, (68° y 86°F), por un período entre 1 y 1.5 horas, si se emplean pequeños, y entre 1.5 y 2 horas si se utilizan los de mayor tamaño. Finalmente, se sumergen los recipientes en el baño de agua a la temperatura especificada, manteniéndolos así durante los mismos períodos de enfriamiento. 3.2 Condiciones del ensayo.- Las condiciones normalizadas del ensayo son respectivamente, de 25°C (77°F), 100 g y 5 s para la temperatura. 3.3 Ejecución del ensayo.- Primero se comprueba que el vástago soporte de la aguja está perfectamente limpio y seco, y que se deslice en forma suave y sin rozamiento sobre su guía. La aguja de penetración se limpia con tolueno u otro disolvente apropiado y se seca con un paño limpio, fijándola firmemente en su soporte. Salvo que se especifique otra carga, se coloca el peso suplementario de 50 g sobre el vástago, para obtener el peso móvil total de 100 ± 0.1 g. Una vez transcurridos los tiempos de inmersión prescritos en el numeral 3.1, se aproxima la

aguja del penetrómetro hasta que su punta toque justamente la superficie de la muestra, sin que penetre, lo cual se facilita aproximando la aguja y su imagen reflejada mediante una lámpara auxiliar, convenientemente colocada. Se anota la lectura o se pone en cero el penetrómetro y se suelta seguidamente el mecanismo que libera la aguja durante el tiempo especificado. Finalmente, se lee y anota la distancia, expresada en décimas de milímetro, que haya penetrado la aguja en la muestra.

Si el recipiente con la muestra se mueve durante la penetración, se anula el resultado. Cuando se utilice el baño pequeño auxiliar, el conjunto del recipiente y el baño, se retornarán al baño principal hasta cuando se vaya a efectuar la penetración siguiente. Igualmente, si la penetración no se ha realizado al cabo de 2 minutos, se devuelve el conjunto recipiente-baño, al baño principal de agua y se opera con una pareja distinta. Se realizarán al menos tres penetraciones en cada recipiente, sobre diferentes puntos de la superficie separados, como mínimo, 10 mm (3/8") entre sí y de las paredes del recipiente. Después de cada penetración, se desmonta y saca la aguja y se limpia cuidadosamente con un trapo limpio y seco. Cuando las penetraciones obtenidas sean mas profundas de 200, se usarán al

Page 53: Manual de Laboratorio Diseño de Pavimentos

53

menos tres agujas, dejándolas en la muestra hasta que las tres determinaciones se hayan completado. 4. RESULTADOS 4.1 El resultado del ensayo será el promedio de tres penetraciones cuyos valores no difieran en más de las siguientes cantidades:

Penetración 0 a 49 50 a 149 150 a 249 mayor de 249 Diferencia máxima entre valores extremos

2

4

6

8

4.2 Si se excede la tolerancia anterior, se repite el ensayo utilizando el segundo molde con muestra previamente preparada. Si se excediera de nuevo la correspondiente tolerancia, se anulan los resultados obtenidos y se procederá a la realización de un nuevo ensayo. PONTIFICIA UNIVERSIDAD JAVERIANA FACULTAD DE INGENIERIA INGENIERIA CIVIL ENSAYO No 9. PUNTOS DE IGNICION Y DE LLAMA MEDIANTE LA COPA ABIERTA CLEVELAND REFERENCIAS AASHTO T 48 ASTM D 92 1. OBJETO 1.1 Este ensayo tiene por objeto determinar los puntos de ignición y de llama, mediante la copa abierta de Cleveland, de productos de petróleo y de otros líquidos con excepción de los aceites combustibles y de los materiales que tienen un punto de ignición, en copa abierta de Cleveland, por debajo de 79°C (175°F). 1.2 Esta norma deberá emplearse para medir y describir las propiedades de materiales, productos o sistemas, en respuesta al calor y a la llama bajo condiciones de laboratorio controladas y no deberá considerarse ni emplearse para la descripción o para la apreciación de materiales, productos o sistemas, que presenten riesgo de incendio bajo condiciones reales. 2. RESUMEN DEL METODO 2.1 La copa del ensayo se llena con la muestra hasta un nivel especificado Se aumenta rápidamente la temperatura inicial de la muestra y luego a una rata constante y lenta, a medida que se aproxima al punto de ignición. A intervalos de tiempo especificados se pasa una pequeña llama de ensayo a través de la copa. La temperatura más baja a la cual la aplicación de la llama de ensayo haga que se incendien los vapores que se encuentran por encima de la superficie del líquido, se toma como el punto de ignición. Para determinar el punto de llama, se continúa la

Page 54: Manual de Laboratorio Diseño de Pavimentos

54

aplicación de la llama de ensayo hasta cuando ésta haga que el aceite se queme por lo menos durante 5 s. 3. EQUIPO

3.1 Aparato de copa abierta Cleveland.. 3.2 Termómetro.- Un termómetro que tenga un rango de temperatura de -6 a +400°C (20 a 760°F) de acuerdo con las especificaciones de la ASTM o con las del IP para 28°C y 28°F. Nota 1: Existen probadores automáticos para determinación del punto de ignición cuyo uso puede

ser ventajoso, ya que ahorran tiempo de ensayo, permiten el empleo de muestras más pequeñas y tienen algunas otras ventajas que justifican su empleo. Si se utilizan tales probadores, el usuario debe asegurar que se cumplan todas las instrucciones del fabricante, en cuanto a la calibración, ajuste y operación del probador. En casos de disputa, el punto de ignición determinado manualmente se considera como el de referencia.

4. PREPARACION DEL EQUIPO 4.1 Apóyese el aparato de copa abierta de Cleveland sobre una mesa firme, a nivel, en un cuarto o compartimiento, libre de corrientes de aire. Protéjase de la luz fuerte la parte superior del aparato, empleando cualquier medio adecuado para detectar fácilmente el punto de ignición. No son confiables aquellos ensayos efectuados en sitios donde existan corrientes de aire. Nota 2: Para algunas muestras cuyos vapores o productos de la pirólisis son objetables, es permisible colocar el aparato con un protector en una cámara aislante, cuyo escape debe ser ajustable de tal manera que puedan extraerse los vapores sin que se produzcan corrientes de aire sobre la copa de ensayo durante los últimos 56°C (100°F) de elevación de la temperatura, antes del punto de ignición. 4.2 Lávese la copa de ensayo con un disolvente apropiado para remover cualquier aceite, trazas de goma o residuo remanente de algún ensayo previo. Cualquier clase de residuo de carbón deberá removerse con una esponjilla metálica. Lávese ahora la copa con agua fría y séquese por unos pocos minutos sobre una llama abierta o sobre un calentador para remover los últimos restos de solvente y agua. Antes de su empleo, enfríese la copa hasta por lo menos 56°C (100°F) por debajo del punto de ignición esperado. 4.3 Sosténgase el termómetro en una posición vertical, con su extremo inferior a 6.4 mm (¼") del fondo de la copa y localizado en un punto medio entre el centro y la pared de la misma, sobre

Page 55: Manual de Laboratorio Diseño de Pavimentos

55

el diámetro perpendicular al arco (o línea) de barrido de la llama de ensayo y del lado opuesto al brazo del aplicador de la misma. Nota 3: Cuando el termómetro esté en posición, la línea de inmersión grabada en él deberá estar 2

mm (5/64") por debajo del nivel del borde de la copa. 5. MEDIDAS DE SEGURIDAD 5.1 El operador deberá tomar la medidas de seguridad apropiadas durante el ensayo, sobretodo las primeras veces que se aplica la llama de ensayo, pues en tales ocasiones algunas muestras pueden producir llamas anormales. 6. REQUISITOS DE LA MUESTRA 6.1 Cuando no se tienen precauciones para evitar la volatilización de la muestra, erróneamente se obtienen puntos de ignición altos. No debe abrirse innecesariamente el recipiente donde se guarda la muestra, ni deben hacerse trasferencias a menos que la temperatura de la muestra se encuentre bajo los 10°C (18°F) anteriores al punto de ignición esperado. No deben usarse muestras que se encuentren en recipientes agrietados o permeables. 6.2 No deben guardarse muestras en recipientes plásticos (polietileno, polipropileno, etc), pues el material volátil puede escaparse por entre las juntas. 7. PROCEDIMIENTO 7.1 Llénese la copa a cualquier temperatura (véase Nota 4) que no exceda de 100°C (180°F) por encima del punto de ablandamiento de la muestra de tal manera que la parte superior del menisco quede en la línea de llenado. Si se ha vertido demasiada muestra en la copa, remuévase el exceso empleando una pipeta u otro dispositivo apropiado; sin embargo, si hay muestra en la parte exterior del aparato, vacíese, límpiese y vuélvase a llenar. Desháganse todas la burbujas de aire sobre la superficie de la muestra (Nota 5). Nota 4: Las muestras viscosas deberán calentarse hasta que sean razonablemente fluidas antes de

ser vertidas dentro de la copa. La temperatura durante el calentamiento, para asfaltos sólidos, no debe exceder de 100°C (180°F) por encima del punto de ablandamiento esperado. Debe tenerse cuidado especial con los asfaltos líquidos, los cuales deberán calentarse únicamente hasta la temperatura más baja a la cual puedan verterse.

Nota 5: La copa para la muestra deberá llenarse lejos del resto del equipo, el cual debe estar

previamente montado, con la copa en su sitio y el nivel de la muestra verificado. Una cuña de 6.4 mm (¼") de espesor es útil para obtener la corrección de la distancia entre el extremo inferior del termómetro y el fondo de la copa.

7.2 Enciéndase la llama de ensayo y ajústese a un diámetro entre 3.3 y 4.8 mm (1/8" a 3/16"). 7.3 Aplíquese calor inicialmente de tal manera que la rata de incremento de temperatura de la muestra sea de 14 a 17°C (25 a 30°F) por minuto. Cuando la temperatura de la muestra sea de aproximadamente 56°C (100°F) por debajo del punto llama esperado, disminúyase el calor de manera que la temperatura se aumente, para los últimos 28°C (50°F) antes de llegar al punto de ignición, en 5 a 6°C (9 a 11°F) por minuto. 7.4 Por lo menos a 28°C (50°F) bajo el punto de ignición, empiécese a aplicar la llama de ensayo, una vez por cada aumento de 2°C (5°F). Pásese la llama de ensayo a través del centro de la copa, en ángulos rectos con el diámetro que pasa a través del termómetro, con un movimiento

Page 56: Manual de Laboratorio Diseño de Pavimentos

56

suave y continuo, bien sea en una línea recta o a lo largo del arco de una circunferencia que tenga un radio de al menos 150 mm (6"). El centro de la llama de prueba debe moverse en un plano horizontal que esté a no más de 2.0 mm (5/64") por encima del plano del borde superior de la copa, pasando primero en una dirección, y la siguiente vez en la dirección opuesta. El tiempo empleado para efectuar barrido de la llama de ensayo a través de la copa deberá ser de alrededor de 1 s. Durante los últimos 17°C (30°F) de aumento de temperatura antes del punto de ignición, debe evitarse la perturbación de los vapores en la copa de ensayo por movimientos repentinos o por respirar cerca de la copa. Nota 6: Si se formara una costra antes de alcanzar el punto de ignición o de llama, muévasela

cuidadosamente hacia el lado con una espátula pequeña o una varilla agitadora y continúese el ensayo.

7.5 Regístrese como punto de ignición, la lectura de temperatura sobre el termómetro cuando aparezca una llama en cualquier punto sobre la superficie. No debe confundirse la llama verdadera con el halo azulado que algunas veces rodea la llama de ensayo. 7.6 Para determinar el punto de llama, continúese calentando la muestra de tal manera que la temperatura se aumente a una rata de 5 a 6°C (9 a 11°F) por minuto. Continúese la aplicación de la llama de ensayo a intervalos de 2°C (5°F) hasta que el aceite se encienda y permanezca quemándose por lo menos durante 5 s. Regístrese la temperatura en este punto, como el punto de llama. 8. CORRECCION PARA LA PRESION BAROMETRICA 8.1 Si la presión barométrica real en el momento del ensayo es menor de 715 mm de mercurio, regístrese esta presión y súmese la correspondiente corrección tomada de la siguiente tabla, a los puntos de ignición y de llama determinados.

Presión Barométrica mm

Corrección °C °F

715 a 665 715 a 635 664 a 610 635 a 550 609 a 550

2 - - 5 4 - - 10 6 -

9. CALCULOS E INFORME 9.1 Corríjanse los puntos de ignición y de llama, o ambos, de acuerdo con el numeral 8.1. 9.2 Infórmese el punto de ignición o de llama corregido, o ambos, como el Punto de Ignición o de Llama mediante la Copa Abierta Cleveland, o ambos. 10. PRECISION 10.1 Los siguientes datos deberán emplearse para juzgar la aceptabilidad de resultados (95% de confianza). - Resultados duplicados por el mismo operador deberán considerarse sospechosos si

difieren en más de las siguientes cantidades:

Page 57: Manual de Laboratorio Diseño de Pavimentos

57

Punto de ignición 8°C (15°F) Punto de llama 8°C (15°F) - Resultados suministrados por Laboratorios distintos deberán considerarse sospechosos si

difieren en más de las siguientes cantidades: Punto de ignición 17°C (30°F) Punto de llama 14°C (25°F)

Page 58: Manual de Laboratorio Diseño de Pavimentos

58

5. PRECISION 5.1 Para juzgar la aceptabilidad de los resultados, se seguirán los siguientes criterios (95% de probabilidad): 5.2 Repetibilidad.- Los ensayos por duplicado por un mismo operador y equipo en tiempos diferentes y sobre una misma muestra, se considerarán dudosos si difieren en más de las siguientes cantidades (ensayos a 25°C (77°F)):

Material asfáltico ensayo a 25 ºC

Diferencia

Asfalto con penetración menor de 50 Asfalto con penetración igual o mayor de 50

1 unidad 3% del valor medio

4.35.3 Reproducibilidad.- Los ensayos realizados por distintos operadores en diferentes

laboratorios y sobre una misma muestra, se considerarán dudosos si difieren en más de las siguientes cantidades (ensayos a 25°C (77°)).

5.4 Asfalto con penetración menor de 50 4 unidades Asfalto con penetración igual o mayor de 50 8% del valor medio Los valores de precisión indicados anteriormente, se han obtenido multiplicando los estimativos de las desviaciones típicas de las poblaciones que se indican a continuación, por 22

Material Asfáltico Ensayos a 25°C (77°F)

Estimación de la desviación típica

En un Laboratorio Entre Laboratorios Asfaltos con penetración menor de 50 Asfaltos con penetración igual o mayor de 50

0.35 unidades 1.1% del valor medio

1.4 Unidades 2.8% del valor medio

Los estimativos de precisión anteriores están basados en los siguientes datos: Asfaltos de Penet.<50 Asfaltos de Penet.50 Muestras Laboratorios Repeticiones por muestra Grados de libertad dentro del laboratorio entre laboratorios

2 16 3 32 14

7 27 3 185 89

PONTIFICIA UNIVERSIDAD JAVERIANA FACULTAD DE INGENIERIA

Page 59: Manual de Laboratorio Diseño de Pavimentos

59

INGENIERIA CIVIL ENSAYO No 10. VISCOSIDAD SAYBOLT DE ASFALTOS REFERENCIAS AASHTO T 72 ASTM D 88 1. OBJETO 1.1 Este método se refiere a los procedimientos empíricos para determinar la viscosidad Saybolt universal o Saybolt Furol de productos del petróleo a temperaturas especificadas entre 21° y 99°C (70 y 210°F). Se incluye un procedimiento especial para productos parafinados. 2. USO Y SIGNIFICADO 2.1 Este método es útil para caracterizar ciertos productos del petróleo, como un medio para establecer la uniformidad de los embarques y de las fuentes de suministro. 2.2 La determinación de la viscosidad Saybolt de materiales a temperaturas mayores, es cubierta por la Norma ASTM E-102. 3. DEFINICIONES 3.1 Viscosidad Saybolt Universal.- Es el tiempo en segundos, corregido, durante el cual fluyen 60 ml de muestra a través de un orificio universal calibrado bajo condiciones específicas. El valor de la viscosidad se informa en segundos Saybolt Universales (SSU) a una temperatura especificada. 3.2 Viscosidad Saybolt Furol.- Es el tiempo en segundos, corregido, durante el cual fluyen 60 ml de muestra a través de un orificio Furol calibrado bajo condiciones específicas. El valor de la viscosidad se informa en segundos Saybolt Furol (SSF) a una temperatura especificada. 3.3 La palabra Furol es una contracción de las palabras "Fuel and road oils" (aceites y combustibles para carreteras). 3.4 La viscosidad Saybolt Furol es, aproximadamente, 1/10 de la viscosidad Saybolt Universal, y es recomendada para la caracterización de los productos del petróleo tales, como el combustible (Fuel-oil) y otros materiales residuales, que tengan viscosidades Saybolt Universales mayores de 1000 s. 4. APARATOS 4.1 Viscosímetro Saybolt (Figura No.1). El viscosímetro deberá construirse de metal no corrosivo, con las dimensiones mostradas. La punta del orificio, Furol o Universal, puede fabricarse como una parte sustituible. Debe tener una tuerca en el extremo inferior del mismo para asegurarlo en el baño. Se debe contar con un corcho u otro medio para evitar el flujo de la muestra antes de iniciar el ensayo. Una pequeña cadena o una cuerda puede unirse al corcho para facilitar su remoción. 4.2 Baño.- (Figura. No.6) Es un recipiente con un líquido, en el cual se introduce el viscosímetro, con el fin de garantizar una posición vertical del mismo, y proporcionar un

Page 60: Manual de Laboratorio Diseño de Pavimentos

60

aislamiento térmico, provisto con una espiral controlada termostáticamente, que calienta o enfría el baño para que esté dentro de los valores medios especificados en la Tabla No.2. Los calentadores y la espiral deben colocarse a una distancia mínima de 75 mm (3") del viscosímetro. Debe contar con dispositivos para mantener el liquido del baño al menos a 6 mm (0.25") por encima del borde del rebosadero de flujo. (Figura. No.1) 4.3 Un tubo en forma de pipeta, diseñado como el de la Figura No.2. 4.4 Un soporte para termómetro, igual o similar al mostrado en la Figura No.3. 4.5 Un termómetro para el viscosímetro Saybolt, de los que se indican en la Tabla No.1, para la lectura de la temperatura de la muestra. 4.6 Termómetros para el baño, de los que se usan en el viscosímetro o de otro tipo, pero de precisión similar. 4.7 Embudo con filtro (Figura No.4) equipado con tamices intercambiables de 850 µm (No.20), 150 µm (No.100) y 75 µm (No.200). También pueden emplearse embudos con filtro de diseño adecuado. 4.8 Matraz, como el que se muestra en la Figura No.5. 4.9 Cronómetro graduado en décimas (1/10) de segundo y aproximación hasta del 0.1%, cuando se realiza el ensayo durante un período de 60 minutos. Pueden aceptarse cronómetros eléctricos si son operados en un circuito de frecuencia controlada. 5. MUESTREO 5.1 El muestreo del material deberá efectuarse de acuerdo con la Norma INV. E - 701. 6. PREPARACION DE LOS APARATOS 6.1 Para obtener la precisión deseada, se debe usar una punta con orificio Universal para lubricantes y destilados con tiempos de flujo mayores de 32 s. Para líquidos con tiempos de flujo superiores a 1000 s, no es conveniente usar este orificio. 6.2 Se debe usar una punta con orificio Furol para materiales residuales con tiempos de flujo superiores a 25 s , para lograr la precisión deseada. (Véase también el numeral 3.4). 6.3 Límpiese completamente el viscosímetro con un solvente apropiado de baja toxicidad; enseguida, extráigase todo solvente de la galería del viscosímetro. Así mismo, límpiese el matraz. Nota 2: El émbolo suministrado comúnmente con el viscosímetro nunca deberá emplearse para

limpieza, ya que puede dañar el borde de rebose y las paredes del viscosímetro. 6.4 Móntese verticalmente el viscosímetro en el baño y verifíquese el alineamiento con un nivel de burbuja colocado sobre el plano de la galería. 6.5 Colóquese el viscosímetro y el baño en un lugar donde se eviten corrientes de aire, cambios bruscos de temperatura ambiente, polvo o vapores que puedan contaminar la muestra. 6.6 Colóquese el matraz debajo del viscosímetro, de tal manera que su marca quede entre 100 y 130 mm (4" a 5") por debajo del fondo del tubo del viscosímetro, y que la descarga de material apenas toque el cuello del matraz.

Page 61: Manual de Laboratorio Diseño de Pavimentos

61

6.7 Llénese el baño hasta una cota 6 mm (¼") por encima del borde de rebose del viscosímetro, con el líquido adecuado, escogido de acuerdo a las indicaciones de la Tabla No.2, para la temperatura de ensayo. 6.8 Prodúzcase la agitación y control térmico adecuado para el baño, de manera que la muestra de ensayo en el viscosímetro no varíe en más de ± 0.05°C (± 0.10°F) después de alcanzar la temperatura escogida para el ensayo. 6.9 No deben efectuarse medidas de viscosidad por debajo de punto de rocío de la atmósfera de la habitación. 6.10 Para ensayos de calibración y referencia, manténgase la temperatura ambiente de laboratorio entre 20 y 30°C (68 y 86°F) y regístrese la temperatura real. Sin embargo, temperaturas ambiente hasta de 37.8°C (100°F), causarán errores en exceso del 1% 7. CALIBRACION Y ESTANDARIZACION 7.1 Calíbrese el viscosímetro Saybolt Universal por períodos no mayores de 3 años, midiendo el tiempo de flujo a 37.8°C (100°F) de un aceite de viscosidad normal, siguiéndose el procedimiento dado en el numeral 8. La Tabla No.A-1 indica los aceites de viscosidad normal que más se usan. 7.2 El tiempo de flujo del aceite de viscosidad normal deberá ser igual al valor certificado de la viscosidad Saybolt. Si el tiempo de escurrimiento difiere del valor certificado en más de 0.2%, calcúlese un factor de corrección, F, para el viscosímetro así: F = V/t Donde V = Valor certificado de viscosidad Saybolt del aceite de viscosidad normal. t = Tiempo de flujo medido a 37.8°C (100°F). Nota 3: Si la calibración se basa en una viscosidad normal que tenga un tiempo de flujo entre 200

y 600 segundos, el factor de corrección se aplica a todos los niveles de viscosidad, a todas las temperaturas.

7.3 Calíbrese el viscosímetro Saybolt Furol a 50°C (122°F) de la misma manera que arriba, empleando un aceite de viscosidad normal que tenga un tiempo mínimo de flujo de 90 segundos. 7.4 No deberán emplearse para ensayos de referencia, viscosímetros de orificios que requieren correcciones mayores del 1.0% 8. PROCEDIMIENTO 8.1 Obténgase y contrólese la temperatura del baño para que sea la escogida para el ensayo. - Las temperaturas normales de ensayo para medir viscosidades Saybolt Universal son 21.1,

37.8, 54.4 y 98.9°C (70, 100, 122 y 210°F). - Las temperaturas de ensayo para medir viscosidades Saybolt Furol son 25.0, 37.8, 50.0 y

98.9°C (77, 100, 122 y 210°F).

Page 62: Manual de Laboratorio Diseño de Pavimentos

62

- Otras temperaturas de ensayo que se emplean son 60.0° y 82.2°C (140° y 180°F). 8.2 Insértese un tapón de corcho, que tenga una cuerda unida para removerlo fácilmente, dentro de la cámara de aire en el fondo del viscosímetro. El corcho deberá ajustar suficientemente, para evitar el escape de aire, lo cual se evidencia por la ausencia de aceite sobre el corcho cuando éste se retira más tarde. 8.3 Si la temperatura escogida para el ensayo está por encima de la temperatura ambiente, el ensayo se puede apresurar calentando previamente la muestra en su recipiente original, no más de 1.7°C (3°F) por encima de la temperatura de ensayo. Nunca debe precalentarse la muestra dentro de los 28°C (50°F) cercanos a su punto de llama, puesto que las pérdidas por volatilidad, pueden alterar su composición. 8.4 Agítese bien la muestra y tamícese a través del embudo filtrador con malla de alambre de 150 µm (No.100), forzándola a caer directamente dentro del viscosímetro, hasta que el nivel quede por encima del borde de rebose. 8.5 Para los asfaltos líquidos que se usan para carreteras y que tienen componentes altamente volátiles, como los de curado rápido y medio, no debe permitirse el precalentamiento en un recipiente abierto. - El material deberá vaciarse dentro del viscosímetro a la temperatura ambiente; si el

material es demasiado viscoso para vaciarlo a esta temperatura, se debe calentar colocando la muestra en el recipiente original en un baño con agua a 50°C (122°F) por unos pocos minutos antes de verterla. Deberá omitirse el filtrado a través de la malla de alambre.

- Para ensayos por encima de la temperatura ambiente, se permite durante el período de

calentamiento un mayor diferencial de temperatura que el indicado en la Tabla No.2, pero la temperatura del baño debe ajustarse dentro de los límites prescritos, antes del minuto final de agitación, minuto en el cual la temperatura de la mezcla debe permanecer constante.

8.6 Agítese la muestra dentro del viscosímetro con el termómetro de viscosidad instalado sobre su soporte (Figura. No.3). Empléese un movimiento circular, girando entre 30 y 50 rpm en un plano horizontal. Cuando la temperatura de la mezcla permanezca constante a la temperatura de ensayo ± 0.05°C (0.10°F), durante 1 minuto de agitación continua, retírese el termómetro. Nota 4: No debe intentarse nunca ajustar la temperatura sumergiendo cuerpos calientes o fríos en

la muestra, ya que esta forma de tratamiento térmico puede afectar la muestra y la precisión del ensayo.

8.7 Introdúzcase inmediatamente la punta de la pipeta extractora (Figura. No.2) dentro de la galería, y aplíquese succión para extraer material, hasta que su nivel en la galería llegue por debajo del borde de rebose. No debe tocarse el borde del rebose con la pipeta; la altura de carga efectiva de la muestra podría reducirse. 8.8 Asegúrese que el matraz se halle en la posición adecuada; hálese el corcho del viscosímetro usando el cordel que tiene unido. Póngase en el mismo instante a funcionar el cronómetro, y deténgase en el instante en que el fondo del menisco de material alcance la marca de graduación en el frasco recibidor. Anótese el tiempo de flujo en segundos, con aproximación a 0.1s. 9. CALCULOS E INFORME

Page 63: Manual de Laboratorio Diseño de Pavimentos

63

9.1 Multiplíquese el tiempo de flujo por el factor de corrección para el viscosímetro (numeral 7.2). 9.2 Infórmese el tiempo de flujo corregido como la viscosidad Saybolt Universal o Furol del material, a la temperatura a la cual se hizo el ensayo. Infórmense los valores con aproximación al segundo. PONTIFICIA UNIVERSIDAD JAVERIANA FACULTAD DE INGENIERIA INGENIERIA CIVIL ENSAYO No 11. METODO MARSHALL PARA DISEÑO DE MEZCLAS DE AGREGADOS CON CEMENTO ASFALTICO REFERENCIAS I.N.V. E-733 I.N.V. E-735 I.N.V. E-736 I.N.V. E-744

Page 64: Manual de Laboratorio Diseño de Pavimentos

64

I.N.V. E-748 1. OBJETO El método Marshall se emplea par dosificar mezclas en caliente de agregados pétreos y cemento asfáltico con o sin adición de llenante mineral. El objetivo del diseño de una mezcla asfáltica es determinar la proporción adecuada de cemento asfáltico en la mezcla, que asegure que está presente: a) Suficiente estabilidad como para satisfacer las exigencias del servicio sin desplazamientos o

distorsiones b) Suficiente asfalto para asegurar la obtención de un pavimento durable que resulte del recubrimiento

completo de las partículas de agregado pétreo, impermeabilizando y ligando las mismas entre sí, bajo una compactación adecuada.

c) Suficiente trabajabilidad para permitir una eficiente colocación de la mezcla con que se pavimentará, sin que se produzca segregación.

d) Suficientes vacíos con aire en la mezcla compactada, para proveer una reserva de espacio que impida exudaciones y perdida de estabilidad al producirse una pequeña compactación adicional bajo las cargas del tránsito, como posibles aumentos de volumen del asfalto a altas temperaturas.

2. BOSQUEJO DEL METODO El método se emplea muestras normales para ensayos de 2½ pulgadas de altura por 4 de diámetro, la cuales se preparan siguiendo un procedimiento especificado para calentar, mezclar y compactar las mezclas de agregados y cemento asfáltico. Las dos características principales del ensayo son un análisis de DENSIDAD-VACIOS y una prueba de ESTABILIDAD-FLUJO. La estabilidad es la máxima resistencia a la carga que la muestra soporta a 60 grados centígrados cuando se ensaya como se indica mas adelante, mientras que el flujo es la deformación total que se produce en la muestra, desde la carga cero hasta la carga máxima. 3. EQUIPO Juego de elementos para ensayo Marshall, que incluye molde de compactación especial de 4 pulgadas de diámetro y 3 de altura con su collar de extensión, martillo de 3 y 7/8 � de diámetro, peso de 10 libras y altura de caída de 18�, pedestal de compactación anclado al piso, prensa de ensayo y mordazas para ensayo con sus guías. Otros elementos como calentadores, termómetros, estufa, bandejas metálicas, baño María, balanzas, espátulas, guantes, cucharones, tamices.

Page 65: Manual de Laboratorio Diseño de Pavimentos

65

Baño María, marco de carga, mordazas, celda de carga y deformimetro.

Martillo, molde, collar y base

4. PROCEDIMIENTO 1.14.1 Se deben preparar tres muestras para cada combinación de agregados y contenido de cemento

asfáltico elegida. Tanto los agregados como el asfalto deben de cumplir las especificaciones correspondientes a ellos. Generalmente se emplean 5 porcentajes de cemento asfáltico diferentes para el diseño. Se acostumbra comenzar desde 4.5 o 5.0 % de cemento asfáltico con respecto al peso total de la mezcla total, elaborándose los juegos de probetas con incrementos en dicho porcentaje de 0.5%. Los agregados muy porosos requieren elevados contenidos de cemento asfáltico, por lo que al ensayarlos es conveniente comenzar con porcentajes más altos.

1.24.2 Preparación de los agregados

Se secan a 110°C hasta peso constante. Como casi nunca es posible obtener un agregado que cumpla con los requisitos granulométricos exigidos deberá hacerse una combinación de los disponibles. Generalmente, en la planta se dispone de un material tipo grava /retenido en el tamiz No. 4) de una arena gruesa ( pasa No y retiene No. 10 ó No. 40), de una arena fina ( pasa No 10 ó No 40 y retiene No. 200 ), Con los cuales se trata de obtener una granilometria especificada, por lo que parece adecuado en el laboratorio separar el material en fracciones similares, determinando la proporción requeridas para cada una de ellas, para obtener la gradación requerida. A manera de ejemplo, supóngase que se desea obtener un material que cumpla la gradación IV de la norma C652 del MOPT y que para ello se dispone de los materiales cuyas gradaciones se presentan en la siguiente tabla. MATERIALES DISPONIBLES PARA LA ELABORACION DE LA MEZCLA

Tamiz Porcentaje que pasa Grava Arena gruesa Arena fina Llenante Gradación IV Gradación deseada

Page 66: Manual de Laboratorio Diseño de Pavimentos

66

1 100 100 100 ¾ 90.4 95 100 97.5 ½ 58.1 75 90 82.5 3/8 37.5 4 0.5 100 45 60 52.5 10 61.5 35 47 41 20 37.6 40 0 100 23 33 28 80 49.7 16 24 20 200 10.2 100 6 12 9

Debe determinarse, por lo tanto, la proporción en que deben mezclarse los cuatro materiales disponibles con el fin de obtener uno que satisfaga la gradación IV. Como los materiales se van agrupar básicamente por medio de los tamices 4, 40 y 200, los porcentajes usados para los agregados se determinan así: %graba = 100 - %pasa tamiz No 4 en la gradación deseada = 100 � 52.5 = 47.5% %arena gruesa = %pasa tamiz No 4 - % pasa tamiz No 40, en la gradación deseada. = 52.5 - 28.0 = 24.5% %arena fina = % pasa tamiz No 40 - % pasa tamiz No 200, en la gradación deseada. = 28 - 9 = 19.0% % llenante = % pasa tamiz No 200 en la gradación deseada = 9.0% Aplicando estos porcentajes a las gradaciones de los materiales disponibles, se obtienen los valores que al ser sumados deben de cumplir con la especificación exigida. De no ser así, el proyectista deberá hacer ajustes a que haya lugar, debiéndose buscar inclusive, otros materiales hasta que la mezcla satisfaga la especificación.

1.34.3 Determinación de las temperaturas de mezcla y compactación

La temperatura a la cual debe de calentarse el cemento asfáltico para producir viscosidad Saybolt-Furol de 85 + 10 y 140 + 15 segundos, debe establecerse como la de mezcla de los agregados y compactación respectivamente.

1.44.4 Preparación de las mezclas La experiencia ha demostrado que las mezclas de agregados y cemento asfáltico de1200 gr de peso permiten obtener muestras compactadas de 2.5 + 0.01 pulgadas de altura. Por lo tanto para elaborar cada probeta se mezclarán las cantidades necesarias de agregados y cemento asfáltico para alcanzar dicho peso. Para nuestro caso se ha escogido los siguientes porcentajes de asfalto 5, 5.5, 5, 6.5 y 7 con respecto al peso total de la mezcla. Para la mezcla 1 que corresponde a un 5% de cemento asfáltico las cantidades se calculan así: Como en los 1200 gr habrá un 5% de cemento asfáltico, es obvio que el 95% restante tendrán que componerlo los agregados y por lo tanto cada fracción de ellos empleará un 95% % grava con respecto al total de mezcla = 47.5 x 0.95 = 45.1 % arena gruesa con respecto al total de mezcla = 24.5 x 0.95 = 23.3 % arena fina con respecto al total de mezcla = 19.0 x 0.95 = 18.0 % llenante con respecto al total de mezcla = 9.0 x 0.95 = 45.1 % cemento asfáltico con respecto al total de mezcla = __5__ TOTAL = 100 Como la cochada ha de pesar 1200 gr la cantidad por incluir en ella serán: Grava = 1200 x 0.451 = 541.2 gr Arena gruesa = 1200 x 0.233 = 279.6 gr

Page 67: Manual de Laboratorio Diseño de Pavimentos

67

Arena fina = 1200 x 0.180 = 216.0 gr Llenante = 1200 x 0.086 = 103.2 gr Cemento asfáltico = 1200 x 0.050 = 60.0 gr TOTAL = 12000 gr Por lo tanto se hace la mezcla de los agregados y del cemento asfáltico a las temperaturas antes señaladas. Este proceso se repite para dos muestras mas con igual porcentaje de cemento asfáltico. Para los otros porcentajes elegidos se procede de igual manera.

1.54.5 Compactación de las mezclas

a) Antes de colocar la cochada dentro del molde tanto éste como el pisón de compactación deben limpiarse con gasolina o kerosene y colocarse a estufa entre 100 y 150ºC por 30 minutos.

b) B) Al retirarlo de la estufa se arma el molde, se le coloca su base y collar de extensión y se introduce un papel filtro en el fondo, colocando luego de manera rápida dentro de él, la cochada de 1200 gr, la cual debe emparejarse con espátula o palustre caliente, aplicando 15 golpes alrededor del perímetro y 10 en su interior y nivelando finalmente la superficie del material. La temperatura en este instante debe encontrarse dentro de los limites de temperaturas antes señaladas o de lo contrario la mezcla debe descartarse, pues no se permite su recalentamiento.

c) A continuación, se sujeta el molde con el aro de ajuste que tiene para tal efecto, se coloca en el pedestal de compactación, se apoya sobre la mezcla la zapata del pistón y se aplica 35, 50 o 75 golpes según se especifique, a caída libre y cuidando que el vástago del pisón se mantenga siempre vertical.

d) Terminada la aplicación del número de golpes requerido, se retira el molde del dispositivo de ajuste, se le quita la placa de base y el collar de extensión, se invierte el molde y se vuelve a montar el dispositivo, aplicando el mismo número de golpes a la que ahora es la cara superior de la muestra.

e) Se retira el molde del pedestal, se le quita el collar y la base y se deja enfriar a la temperatura ambiente.

f) Ya fría la probeta se le coloca el collar al molde y se invierte el conjunto, se coloca la zapata del martillo en la cara superior y se le dan golpes suaves para extraer finalmente la probeta.

g) Se pesa la probeta y se mide su espesor; si su altura esta por fuera de lo especificado, puede ajustarse la cantidad de agregado a utilizar para elaborar las siguientes probetas aplicando la expresión: Peso ajustado del agregado = 2.5 x peso del agregado usado/ altura medida de la muestra (pg)

h) Finalmente se coloca la probeta en una superficie lisa y bien ventilada durante toda la noche. 1.64.6 Ensayo a probetas compactadas

En el ensayo Marshall cada muestra se somete a los siguientes ensayos en el orden indicado: a) Determinación del peso especifico �bulk� b) Ensayo de estabilidad y flujo. c) Análisis de densidad y vacíos

1.1.14.6.1 Determinación del peso especifico �bulk� de las probetas compactadas. El peso especifico �bulk� de una probeta compacta es la relación entre su peso en el aire y su volumen incluyendo los vacíos permeables. Si la probeta tiene una textura superficial densa e impermeable, su peso especifico �bulk� se determina sencillamente mediante la expresión: Gb = Wa/ (Wsss - Ww) Donde:

Page 68: Manual de Laboratorio Diseño de Pavimentos

68

Wa = peso de la probeta seca en el aire Ww = Peso de la probeta en el agua Wsss = peso de la probeta saturada y superficialmente seca. Si la textura superficial de la probeta es abierta y permeable, su volumen se determina por la diferencia entre su peso en el aire y su peso en el agua estando parafinada y el peso especifico �bulk� hallará con la fórmula: Gb = Wa / ( Wap - Wwp - ( ( Wap - Wa)/ Gp)) Donde: Wa = peso en el aire de la probeta sin parafinar Wap = peso en el aire de la probeta parafinada Wwp = peso en el agua de la probeta parafinada Gp = peso especifico de la parafina.

4.6.2. Ensayo de Estabilidad y Flujo a) Si la probeta ha sido parafinada será raspada para dejarla lista para este ensayo. b) Se lleva la probeta a un baño de agua a 60 + 1 ºC durante un lapso de 30 a 40 minutos c) Se limpian y lubrican las superficies de las mordazas. d) Estando listo el aparato Marshall se sacan las probetas y se secan para colocarlas entre las

mordazas. e) Se ajusta el sistema de carga f) A continuación se coloca el medidor de flujo sobre la barra-guía marcada y se lleva la aguja a

cero. g) Se aplica carga a la probeta a una velocidad de 2 pulgadas / minuto hasta que ocurra la falla.

El punto de falla se define como la máxima lectura obtenida de carga. El numero de libras correspondiente a la lectura se anota como ESTABILIDAD MARSHALL.

h) Mientras se está aplicando carga, se mantiene el medidor de flujo firmemente en posición sobre la barra guía y se retira cuando ocurra la máxima carga. La lectura en el dial en ese instante se denomina FLUJO y se acostumbra a expresar en centésimas de pulgada.

I) El procedimiento completo, desde que se saca la probeta del baño hasta que falla en la maquina, no debe tardar más de 30 segundos.

4.6.3. Análisis de densidad y vacíos.

Al terminar los ensayos de Estabilidad y Flujo debe de realizarse el análisis de densidad y vacíos para cada serie de muestras de la siguiente forma: a) Se promedian los pesos específicos �bulk� de todas las probetas elaboradas con el mismo

porcentaje de asfalto, descartando las que se alejen demasiado del promedio. Para los datos del ejemplo No 1 ( 5% de cemento asfáltico) dichos valores serán:

Page 69: Manual de Laboratorio Diseño de Pavimentos

69

Gb = 2.246 + 2.235 + 2.241 = 2.241 3 Gb = 2.241 gr/ cm³

b) Se calcula el peso especifico promedio de los agregados mediante la expresión: Gagr = 100 / ((P1/G1)+(P1/G2)+(P3/G3)+� Donde: P1, P2, P3 � = Porcentajes en peso de cada una de las fracciones de material que intervienen en el total del agregado. G1, G2, G3 � = Peso especifico de los materiales que corresponden a las fracciones anteriormente mencionadas. Deberá emplearse el aparente para el llenante mineral y el �bulk� para las fracciones de agregado grueso y fino. Como ilustración tomamos los datos del ejemplo: Gagr = 100 / ((47.5/2.611)+(24.5/2.64)+(19/2.65)+(9/2.68)) = 2.631

c) Se calcula el peso especifico máximo teórico de la muestra para cada porcentaje de asfalto, el

cual corresponde al que teóricamente se obtendría si fuera posible comprimir la muestra hasta obtener una masa de asfalto y agregados carente de vacíos con aire:

Este valor se calcula así: Gmt = 100 / ((%agregados/ Gagr) + (%cemento asfáltico/Gasf)) Ejemplo: Gmt = 100 / ((95/2.631) + (5/0.996)) = 2.431

d) Se calcula el porcentaje de absorción de asfalto por peso del agregado seco, para cada porcentaje de cemento asfáltico utilizando, mediante la formula:

Aa = (Gmm - Gmt) / (Gmm Gmt %agregados) x 10000 Donde: Gmm = peso especifico máximo medido Gmt = Peso especifico máximo teórico %agregados = porcentajes de agregados con relación al peso de la mezcla total. Para %5 de cemento asfáltico Aa = ( 2.441 - 2.431) / ( 2.441x2.431x95) x 10000 = 0.18%

e) Se calcula el porcentaje en volumen que ocupa el agregado con respecto al volumen total de la probeta Vagr = %agregados x Gb / Gagr Ejemplo: Vagr = 95 x 2.241 / 2.631 = 80.9%

f) Se calcula el porcentaje de vacíos con aire con respecto al volumen total de la probeta

Vv = ( 1 � ( Gb/Gmm)) x 100

Page 70: Manual de Laboratorio Diseño de Pavimentos

70

Para 5% de cemento Asfáltico: Vv = (1 - (2.241/2..441) ) x 100 = 8.2%

g) Se calcula el volumen de asfalto efectivo como porcentaje del volumen total de la probeta.

Vae = 100 - (Vagr + Vv) Para 5% de asfalto Vae = 100 - (80.9 + 8.2) = 10.9%

h) Se determina el porcentaje de vacíos en los agregados minerales en la mezcla compactada

Vam = 100 - Vagr Para 5% de asfalto Vam = 100 - 80.9 = 19.1%

1) Se determina el contenido de asfalto efectivo con respecto al peso de la mezcla

Ae = % cem. Asfált. Añadido - ((Aa x % agregados ) / 100)) Para 5% de asfalto Ae = 5 - ((0.18x 95) / 100)) = 4.83%

5. INTERPRETACION DE LOS RESULTADOS Los valores obtenidos en los cálculos se preparan así:

a) Las estabilidades medidas se deben corregir ya que no siempre tendrán las probetas una altura de 2.5 pulgadas aplicando los factores de la siguiente tabla.

FACTORES DE CORRECCION PARA ESTABILIDAD MARSHALL

Espesor de la probeta compactada (pg)

Factor de corrección

5.39 1.32 5.55 1.25 5.71 1.19 5.87 1.14 6.03 1.09 6.19 1.04 6.35 1.00 6.51 0.96 6.67 0.93

Page 71: Manual de Laboratorio Diseño de Pavimentos

71

6.82 0.89 6.98 0.86 7.14 0.83

De los valores de estabilidad obtenidos se saca un promedio para cada porcentaje de cemento Asfáltico usado. Debe excluirse del promedio aquel valor que se encuentre notoriamente alejado de los demás. b) Los valores de flujo obtenidos para todas las muestras elaboradas con determinado contenido de

cemento asfáltico, se promedian y también deberá descartarse aquel valor que difiera notablemente del promedio, si lo hay.

c) Se dibujan gráficos que establezcan las siguientes relaciones:

Densidad vs % de cemento asfáltico Estabilidad vs % de cemento asfáltico Flujo vs % de cemento asfáltico % de vacíos en la mezcla total vs % de cemento asfáltico % de vacíos en los agregados minerales vs % de cemento asfáltico

6. SELECCIÓN DEL CONTENIDO OPTIMO DE ASFALTO EN LA MEZCLA Con base en las curvas dibujadas, el contenido de asfalto se calcula promediando los siguientes valores:

a) El que corresponda ala densidad máxima. b) El que corresponda a la estabilidad máxima. c) El que corresponda al valor medio del porcentaje de vacíos con aire permitido por las

especificaciones. Con el promedio obtenido se verifica si los valores de flujo, estabilidad y vacíos se encuentran dentro de los limites especificados y además si el porcentaje de vacíos en los agregados es mayor al mínimo admisible. Para el 6.4% de cemento asfáltico las propiedades de la mezcla son las siguientes: a) Para máxima densidad = 6.3% b) Para máxima estabilidad = 5.8% d) Para 4% de vacíos con aire ( valor medio entre 3 y 5 indicado por especificación) = 7.2% Contenido promedio de cemento asfáltico = 6.4% Para 6.4% de cemento asfáltico, las propiedades de la mezcla son las siguientes: a) Estabilidad (libras) = 2925 b) Flujo (1/100 pulgadas) = 14.5 c) % vacíos con aire = 4.9 d) % vacíos en los agregados minerales = 19.0

Page 72: Manual de Laboratorio Diseño de Pavimentos

72

PONTIFICIA UNIVERSIDAD JAVERIANA FACULTAD DE INGENIERIA INGENIERIA CIVIL ENSAYO No 12. EXTRACCION CUANTITATIVA DE ASFALTO EN MEZCLAS PARA PAVIMENTOS REFERENCIAS AASHTO T-164 ASTM D-2172 1. OBJETO

Page 73: Manual de Laboratorio Diseño de Pavimentos

73

Esta norma describe métodos para la determinación cuantitativa del asfalto en mezclas asfálticas en caliente y en muestras de pavimentos. Los agregados obtenidos mediante estos métodos pueden emplearse para análisis granulométrico y otro tipo de ensayos. 2. RESUMEN DEL METODO El ligante del pavimento es extraído con tricloroetileno, tricloroetano -1,1,1-, cloruro de metileno, o benceno, (comúnmente se emplea gasolina como solvente en la mayoría de laboratorios) empleando el equipo de extracción aplicable al método particular. El contenido de asfalto se calcula por diferencia de peso del agregado extraído, del contenido de humedad, y del material mineral en el extracto. El contenido de asfalto se expresa como porcentaje en peso de las mezclas libres de humedad. 3. USO Y SIGNIFICADO Pueden emplearse todos los métodos, para hacer determinaciones cuantitativas de asfalto en mezclas en caliente para pavimentos y en muestras de pavimento, para su aceptación, para su evaluación en el servicio, para control y para investigaciones. Cada método prescribe el solvente o los solventes y cualquier otro reactivo que pueda utilizarse. 4. EQUIPO

Centrifuga eléctrica

Taza centrifuga y filtros

4.1 Horno, que pueda mantener la temperatura a 110° ± 5°C, (230 ±9°F). 4.2 Recipiente plano, de tamaño apropiado, para calentar los especímenes. 4.3 Balanzas o básculas y pesas apropiadas según peso de la muestra. 4.4 Placa de calentamiento, eléctrica, con tubo de calentamiento ajustable. 4.5 Vasos graduables, de 1000 o de 2000 ml de capacidad. Opcionalmente, un vaso de 100 ml de capacidad. 4.6 Cápsulas de porcelana de 125 ml de capacidad. 4.7 Desecador. 4.8 Aparato de extracción, consistente en un aparato en el cual se pueda rotar una taza, a una

Page 74: Manual de Laboratorio Diseño de Pavimentos

74

velocidad variable y controlada hasta 3600 r.p.m. El aparato debe estar provisto de una campana para retener el solvente que escapa de la taza y un desagüe para remover dicho solvente. Debe tener también accesorios protectores para explosiones y deberá instalarse en una cámara con buena ventilación.

4.9 Anillos filtrantes, de fieltro o de papel, para el borde de la taza.

5. PREPARACION DE LA MUESTRA Preparación de especímenes de ensayo.

- Si la mezcla no es suficientemente blanda para separarla con una espátula o palustre, se la coloca en una bandeja y se calienta a 110 ± 5°C (230 ± 9°F) hasta que pueda manejarse o mezclarse. Pártase o cuartéese el material hasta que se obtenga el peso del material requerido para el ensayo (W1).

- La cantidad de la muestra para el ensayo se determinará según el tamaño máximo nominal del agregado en la mezcla, de acuerdo con la Tabla No.1.

TABLA No.1 TAMAÑOS DE LA MUESTRA

Tamaño Nominal Máximo de agregado mm

Peso mínimo de la Muestra kg

4.75 (No.4) 0.5 9.5 (3/8") 1.0 12.5 (1/2") 1.5 19.0 (3/4") 2.0 25.0 (1" ) 3.0 37.5 (1-½") 4.0

Nota 3: Cuando el peso del espécimen de ensayo exceda la capacidad del equipo empleado (para un método particular), puede dividirse en porciones apropiadas y ensayarse, combinando luego adecuadamente los resultados para el cálculo del contenido de asfalto.

6. PROCEDIMIENTO

Colóquese la porción de ensayo en la taza y cúbrase con tricloroetileno, tricloroetano 1, 1, 1 o cloruro de metileno (o gasolina) y déjese el tiempo suficiente para que el disolvente desintegre la porción de ensayo (no más de 1 hora). Colóquese la taza que contiene la porción de ensayo y el solvente en el aparato de extracción. Séquese y determínese el peso del anillo filtrante y ajústese alrededor del borde de la taza. Apriétese la tapa firmemente sobre la taza y colóquese un vaso graduado bajo el desagüe para recoger el extracto.

Page 75: Manual de Laboratorio Diseño de Pavimentos

75

Iníciese la centrifugación girando lentamente y auméntese gradualmente la velocidad a un máximo de 3600 rpm, hasta que deje de fluir el solvente por el desagüe. Déjese que se detenga la máquina y agréguense 200 ml (o más como sea apropiado para el peso de la muestra) del solvente empleado, y repítase el procedimiento.

Empléense suficientes adiciones de solvente (no menos de tres) de manera que el extracto no sea más oscuro que un color ligero de paja. Recójase el extracto y las lavaduras en un recipiente apropiado. Remuévase el anillo filtrante de la taza y séquese al aire. Si se emplean anillos filtrantes de fieltro, cepíllese la materia mineral adherida a su superficie y agréguese al material extraído. Séquese el anillo hasta peso constante en un horno a 110° ± 5°C (230° ± 9°F). Viértase cuidadosamente todo el contenido de la taza en una cazuela metálica secándolo en un baño de vapor primero y luego hasta peso constante en un horno o en una placa de calentamiento a 110 ± 5°C (230 ± 9°F). Si se emplea tricloroetileno o tricloroetano como solvente para la extracción, puede omitirse el secamiento en el baño de vapor. El peso del agregado extraído (W2) es igual al peso del agregado en la cazuela metálica más el aumento en el peso que experimenten los anillos filtrantes.

Nota 6: Como el agregado seco absorve humedad cuando se expone al aire húmedo, determínese el peso del agregado extraído, inmediatamente después de enfriado a una temperatura apropiada.

6. CALCULO DEL CONTENIDO DE ASFALTO Calcúlese el porcentaje de asfalto en la porción de ensayo en la siguiente forma: Contenido de asfalto, % = (W1 - W2) x 100

W1

Donde: W1 = Peso de la porción de ensayo. W2 = Peso del agregado mineral extraído.

Page 76: Manual de Laboratorio Diseño de Pavimentos

76

PONTIFICIA UNIVERSIDAD JAVERIANA FACULTAD DE INGENIERIA INGENIERIA CIVIL ENSAYO No 13. RESISTENCIA A LA FLEXION DEL CONCRETO METODO DE LA VIGA SIMPLE CARGADA EN LOS TERCIOS DE LA LUZ PARA PAVIMENTOS REFERENCIAS ASTM C-78

AASHTO T- 97 1. OBJETO 1.1 Esta norma tiene por objeto establecer el procedimiento que se debe seguir para la determinación de la resistencia a la flexión del concreto, por medio del uso de una viga simple cargada en los tercios de la luz. 1.2 El valor del módulo de rotura indicado en MPa (lb/pulg²) se considerará como el normalizado. 2. APARATOS 2.1 La máquina de ensayo con motor , con desplazamiento positivo, capaces de aplicar las

cargas a una rata uniforme, sin interrupciones o discontinuidades. 2.2 Todos los aparatos utilizados en el ensayo de flexión del concreto deben ser capaces de mantener la longitud especificada de la luz entre apoyos, y las distancias entre los bloques de aplicación de carga y los bloques de apoyo, constantes, con una tolerancia de + 1.3 mm (+ 0.05"). 2.3 Las reacciones deberán ser paralelas a la dirección de las fuerzas aplicadas en todo momento durante el ensayo y la relación entre la distancias del punto de aplicación de la carga a la reacción más cercana y la altura de la viga no deberá ser menor que uno (1). 2.4 Los bloques de aplicación de carga y de apoyo no tendrán más de 64 mm (2.5") de altura, medida desde el centro o eje del pivote, y debe extenderse completamente a través o más allá del ancho completo del espécimen. Cada superficie endurecida de carga en contacto con la muestra no debe separarse del plano en más de 0.05 mm (0.002") y debería ser una porción de un cilindro, el eje del cual deberá coincidir con el eje de la barra o el centro de la esfera en el cual el bloque se encuentre pivoteado.

El ángulo sustentado por la superficie curva de cada bloque debe ser de 45o (0.79 rad), como mínimo.

Los bloques de aplicación de carga y de apoyo deberán mantenerse en posición vertical y en contacto con la barra o esfera por medio de tornillos cargados con resortes, que los mantienen en contacto con la barra o esfera de pivotaje. El plato de carga superior y la esfera del punto central en la Figura No.1 pueden omitirse cuando se use un bloque apoyado sobre una rótula, ya que una barra y una esfera se usan como pivotes para los bloques superiores de aplicación de carga.

Page 77: Manual de Laboratorio Diseño de Pavimentos

77

3 MUESTREO 3.1 Los especímenes de ensayo deben cumplir con los requerimientos de la Norma INV E - 402 "Elaboración y curado de muestras de concreto en el laboratorio". Las muestras deben tener una distancia libre entre apoyos de al menos tres veces su altura, con una tolerancia del 2% . Los lados de la muestra deben formar ángulos rectos con las caras superior e inferior. Todas las superficies en contacto con los bloques de aplicación de carga y de soporte deben ser suaves y libres de grietas, indentaciones, agujeros, o inscripciones. 4. PROCEDIMIENTO. 4.1 Gírese la muestra sobre un lado con respecto a su posición de moldeo y céntrese sobre los bloques de carga. Céntrese el sistema de carga con relación a la fuerza aplicada. Pónganse los bloques de aplicación de carga en contacto con la superficie del espécimen en los puntos tercios, entre los soportes. Si no se obtiene contacto completo sin carga entre el espécimen, los bloques de aplicación de carga y los soportes, de forma que se presente una separación de 0.1 mm (0.004") en una longitud de 25 mm (1") o más larga, púlanse o refréntense las superficies de contacto de la muestra, o rellénense con láminas de cuero. 4.2 Se recomienda minimizar el pulimento de las superficies laterales de la muestra, ya que esto puede variar las características físicas de ésta y afectar los resultados del ensayo. 4.3 Usense láminas de cuero sólo cuando la superficie de la muestra se separe del plano en más de 0.38 mm (0.015"). Las láminas de cuero deben tener un espesor uniforme de 6.4 mm (0.25") y un ancho de 25 a 50 mm (1 a 2"), y deben extenderse el ancho total de la muestra. La carga debe aplicarse rápidamente, hasta aproximadamente el 50% del valor esperado de rompimiento. A continuación, aplíquese la carga en forma continua a una rata que incremente constantemente el esfuerzo de la fibra extrema, entre 861 y 1207 kPa/min (125 a 175 lb/pulg²), cuando se calcule de acuerdo con el numeral 6.1, hasta que ocurra la rotura. 5. MEDICION DE LA MUESTRA DESPUES DEL ENSAYO. 5.1 Tómense tres medidas de cada dimensión (una en cada borde y en el centro) con una precisión de 1.3 mm (0.05") para determinar el ancho promedio, la altura promedio y la localización de la línea de fractura del espécimen en la sección de falla. 6. CALCULOS 6.1 Si la fractura se inicia en la zona de tensión, dentro del tercio medio de la luz libre, calcúlese el módulo de rotura de la siguiente forma:

R = Pl/bd2 donde: R = Módulo de rotura MPa, (lb/pulg²), P = Máxima carga aplicada indicada por la máquina de ensayo N, (lbf)

Page 78: Manual de Laboratorio Diseño de Pavimentos

78

l = Longitud libre entre apoyos mm, (pulg), b = Ancho promedio de la muestra mm, (pulg), d = Altura promedio de la muestra, mm, (pulg). a) Si la fractura ocurre en la sección refrentada, incluya el espesor del recubrimiento en la

altura de la muestra. b) El peso de la viga no se incluye en los cálculos anteriores. 6.2 Si la fractura ocurre en la zona de tensión, fuera del tercio medio de la luz libre, en menos del 5% de la luz libre, calcúlese el módulo de rotura de la siguiente forma:

R = 3Pa/bd2

Donde: a = Distancia promedio entre la línea de fractura y el soporte más cercano, medido sobre la

zona de tensión de la viga, mm,(pulg). 6.3 Si la fractura ocurre en la de tensión y fuera del tercio medio de la luz libre, en más del 5% de la luz libre, no tenga en cuenta los resultados del ensayo. 7. INFORME Y RESULTADOS 7.1. El informe de los resultados debe incluir lo siguiente : a) Número de identificación de la muestra. b) Ancho promedio con una precisión de 1.3 mm (0.05") c) Altura promedio con precisión de 1.3 mm (0.05") d) Longitud de la luz, en mm (pulg) e) Máxima carga aplicada en N (lbf), f) Módulo de rotura calculado con una precisión de 0.03 MPa (lb/pulg²). g) Datos relativos al curado y condición de humedad aparente en el momento del ensayo, h) Datos relativos al pulimento, refrentado, o uso de láminas de cuero. i) Defectos del espécimen j) Edad del espécimen.

Page 79: Manual de Laboratorio Diseño de Pavimentos

79

PONTIFICIA UNIVERSIDAD JAVERIANA FACULTAD DE INGENIERIA INGENIERIA CIVIL ENSAYO No 14. MEDIDA DE LA DEFLEXION Y DETERMINACION DEL RADIO DE CURVATURA DE UN PAVIMENTO FLEXIBLE EMPLEANDO LA VIGA BENKELMAN REFERENCIAS ASTM C-78

AASHTO T- 97 1. OBJETO Esta norma detalla el procedimiento a seguir para determinar simultáneamente con una viga Benkelman la deflexión recuperable y el radio de curvatura de un pavimento flexible, producidos por una carga estática. A tal fin se utiliza un camión donde la carga, tamaño de llantas, espaciamiento entre ruedas duales, y presión de inflado están normalizadas. 2. EQUIPO 2.1. Una viga Benkelman de doble brazo con sus correspondientes diales registradores (al 0.01 mm y recorrido 12 mm) y las siguientes dimensiones fundamentales:

Longitud del primer brazo de ensayo, desde el pivote a la punto de prueba = 2,440m. Longitud del primer brazo de ensayo, desde el pivote al punto de apoyo del vástago de su dial

registrador = 0,610m. Longitud del segundo brazo de ensayo, desde el pivote a la punta de prueba = 2,190 m. Longitud del segundo brazo de ensayo, desde el pivote al punto de apoyo del vástago de su dial

registrador = 0,548m. Nota 1.- Se permite el empleo de vigas con dimensiones diferentes siempre y cuando no sean tan reducidas

que el radio de acción de la carga no afecte permanentemente la posición de sus patas (ver numeral 3.8).

2.2. Un camión para ensayo con las siguientes características: El eje trasero pesará en la balanza 8.175 kilogramos, igualmente distribuidos en sus ruedas duales y

estará equipado con llantas de caucho y cámaras neumáticas. Las llantas deberán ser 10.00� X 20�; 12 lonas e infladas a 5,6 kg/cm2 (80 libras por pulgada cuadrada). La distancia entre los puntos medios de la banda de rodamiento de ambas llantas de cada rueda dual deber ser de 32 cm.

2.3. Un medidor de presión de inflado. 2.4. Un termómetro de 0 a 100ºC con divisiones cada grado. 2.5. Un barreno para ejecutar orificios en el pavimento de 4 cm de profundidad y 10 mm de diámetro. 2.6. Un cronómetro.

Page 80: Manual de Laboratorio Diseño de Pavimentos

80

2.7. Una cinta métrica de acero de 2 m y otra de 25m. 3. PROCEDIMIENTO 3.1. El punto del pavimento a ser ensayado deberá ser marcado convenientemente con una línea transversal al camino. Sobre dicha línea será localizado el punto de ensayo a una distancia prefijada del borde. Se recomienda utilizar las distancias indicadas en la Tabla 1. TABLA 1 Ancho del Carril

Distancia del punto de ensayo desde el borde del pavimento

2,70 m 0,45 m 3,00 m 0,60 m 3,30 m 0,75 m 3,60 m o más 0,90 m 3.2. La rueda dual externa del camión deberá ser colocada sobre el punto seleccionado; para la correcta ubicación de la misma, deberá colocarse en la parte trasera externa del camión una guía vertical en correspondencia con el eje de carga. Desplazando suavemente el camión, se hace coincidir la guía vertical con la línea transversal indicada en 3,1 de modo que simultáneamente el punto quede entre ambas llantas de la rueda dual. 3.3. Se coloca la viga sobre el pavimento, detrás del camión, perpendicularmente al eje de carga, de modo que la punta de prueba del primer brazo coincida con el punto de ensayo y la viga no roce contra las llantas de la rueda dual. 3.4. Se liberan los seguros de los brazos y se ajusta la base de la viga por medio del tornillo trasero, de manera que los dos brazos de medición queden en contacto con los diales. 3.5. Se ajustan a los diales de modo que sus vástagos tengan un recorrido libre comprendido entre 4 y 6 mm. Se giran las esferas de los diales hasta que las agujas queden en cero y se verifica la lectura golpeándolos suavemente con un lápiz. Girar la esfera si es necesario y repetir la operación hasta obtener la posición �0� (cero). 3.6. Se hace avanzar suave y lentamente el camión hasta una distancia de 4 m aproximadamente; se pone en marcha el cronómetro cuando el camión se detiene a la distancia indicada y se leen los diales cada 60 segundos, golpeándolos suavemente con un lápiz. Cuando dos lecturas sucesivas de cada uno de ellos no difieran en más de 0,01 mm, se da por finalizada la recuperación, registrándose las últimas lecturas observadas (L0 y L25). 3.7. Con el fin de medir la temperatura del pavimento se practica un orificio ( antes de comenzar el ensayo y simultáneamente con el trazado de la línea), cuyas dimensionenns serán: 4cm de profundidad y 10mm de diámetro, aproximadamente, emplazado sobre la línea paralela al eje del camino, que pasa por el punto de determinación de la deflexión y a 50 cm del mismo, en el sentido de avance del camión. Se llena con aceite no menos de 10 minutos antes de iniciar el ensayo, se inserta el termómetro y se lee la temperatura, retirando el mismo antes del desplazamiento del camión. El rango de temperatura de trabajo deberá quedar dentro de los siguientes límites:

Límite inferior: 5ºC

Page 81: Manual de Laboratorio Diseño de Pavimentos

81

Límite superior: 35ºC 3.8. No obstante el límite superior indicado en el párrafo 3.7, el ensayo no se deberá efectuar a temperaturas inferiores si ellas producen deformación plástica entre ambas llantas de la rueda dual. Para detectar si dicha deformación se produce, se deberá proceder de la siguiente forma: Una vez registradas las lecturas L0 y L25, se hace retroceder suave y lentamente el camión hasta que la rueda dual externa quede colocada sobre el punto de ensayo, observando la marcha en la aguja del dial. Si alcanzada cierta posición la aguja se detiene y luego se observa un desplazamiento en sentido contrario, como si se produjera la recuperación del pavimento, ello indica que existe deformación plástica medible entre ambas llantas de la rueda dual. Esa aparente recuperación puede ser debida, también, al hecho de que el radio de acción de la carga del camión afecte las patas de la viga (ver numeral 3.9). 3.9. Tampoco deberá efectuarse el ensayo si, aún cuando no se detectara deformación plástica mediante el procedimiento recién indicado, se constatara que el radio de acción de la carga del camión afecta las patas de la regla, para lo cual se procederá de la siguiente forma:

Una vez registradas las lecturas de los diales, se hace retroceder lentamente el camión observando el dial del primer brazo. Cuando se observe que el dial comienza a desplazarse acusando la deformación producida por la carga, se marca sobre el pavimento la posición de la guía vertical mencionada en el párrafo 3.2 y se detiene el retroceso del camión. Se mide la distancia entre la punta de prueba del primer brazo y la marca practicada sobre el pavimento, de acuerdo con lo indicado antes. Sea d esa distancia, si d es mayor de 2,40 m, la acción de la carga del camión afecta las patas de la viga. 4. CALCULOS 4.1. La Deflexión bajo el eje de la carga (Do), se calcula mediante la expresión: Do = 4 X Lo (expresada en 0,01 mm) donde Lo es la lectura registrada en el dial del primer brazo de ensayo. 4.2. La deflexión a 25cm del eje de la carga (D25), se calcula con la expresión: D25 = 4 X L25 (expresada en 0.01 mm). Nota 2.- El valor 4 usado por el cálculo de D0 y D25 obecede a que la relación de longitudes de brazo

indicadas en 2.1 es 4. En caso de que la viga utilizada tenga una relación diferente, se aplicará el factor que corresponda.

Page 82: Manual de Laboratorio Diseño de Pavimentos

82

4.3. El radio de curvatura en el punto de ensayo se calcula con la expresión: 3125 Rc = (expresado en m) (D0-D25) 5. INFORME Para cada ensayo, el informe deberá incluir la abscisa de la prueba, el estado superficial y la temperatura del pavimento, las deflexiones (D0 y D25) y el radio de curvatura (Rc). La aplicación de correcciones por efecto de la temperatura y el procesamiento estadístico de los datos, se efectuarán conforme lo establezca la normativa respectiva.