MATERIALES GRANULAERES Y AGREGADOS

MATERIALES GRANULAERES Y AGREGADOS DEFINICIONES

Baseeslacapaqueseencuentrabajolacapaderodaduradeunpavimentoproximidadconlasuperficie,debeposeerasfltico.Debidoasualtaresistencia a la deformacin, para soportar las altas presiones que recibe. Se construye con materiales granulares procesados o estabilizados y, eventualmente, con algunos materiales marginales.DEFINICIONESSubbase es la capa que se encuentra entre la base y la subrasante en un pavimento asfltico. Debido a que est sometida a menores esfuerzos que la base, su calidad puede ser inferior y generalmente est constituida por materiales locales granulares o marginales.

El material que se coloca entre la subrasante y las losas de un pavimento rgido tambin se denomina subbase. En este caso, debe permitir el drenaje libre o ser altamente resistente a la erosin, con el fin de prevenir el bombeo. En algunas partes, a esta capa la llaman base.

MATERIALES GRANULARES

Los materiales utilizados en aplicaciones de base granular y sub-base en general, son de arena y grava, piedra triturada o de la cantera de roca, escoria, u otro material duro, resistente de origen mineral. La gradacin varia segn los requisitos del tipo (base o sub-base)

MTODOS DE ENSAYO PROPIEDADES

La base y la sub-base granular en general, constituyen el mayor espesor de la estructura del pavimento, y proporcionar resistencia y drenaje de ste. Por lo tanto, el tamao adecuado, la clasificacin, la forma y la durabilidad son atributos importantes para el rendimiento global de la estructura del pavimento.

Los agregados se constituyen de partculas durables de piedra triturada, grava o escoria capaz de resistir los efectos de la manipulacin, propagacin y compactacin sin generar deterioros a corto plazo.

CANTERADEPSITO ALUVIALPROPIEDADES DE LOS AGREGADOS PARA LA BASE GRANULAR Y SUB BASEAngularidad del agregado grueso (INV E-227)A igualdad de distribucin de tamaos, un agregado con partculas fragmentadas mecnicamente presenta mayor estabilidad que uno con partculas redondeadas, debido a la mayor trabazn entre las partculasPara iguales granulometras, el material con partculas trituradas da lugar a un mayor coeficiente de permeabilidad, lo que hace que sea ms fcil de drenar2.36 mm, levemAngularidad del agregado fino (AASHTO T 304 INVE-239)Porcentaje de vacos con aire de las partculas menores deente compactadasV= volumen del molde W=peso de arena en el molde GA= peso especfico arena Partculas aplanadas y alargadas (INV E-240)La presencia de partculas aplanadas y alargadas es indeseable, por cuanto ellas tienden a quebrarse durante la construccin y bajo trnsito, modificando la granulometra original del agregado

DETERMINACIN DE PARTCULAS ALARGADAS Y PLANAS (ASTM D 4791)ndice plstico (AASHTO T 89 y T 90 INV E-125 y E-126)Representael rango de humedad en el cual una fraccin fina se encuentra en estado plsticoPROPIEDADES GENERALES DE LOS MATERIALES GRANULARES PARA BASES Y SUBBASESLmite lquido (LL)Lmite plstico (LP)ndice Plstico (IP) = LL - LPEquivalente de arena (AASHTO T 176 INV E-133)El efecto de la plasticidad depende de la proporcin de material fino presente en la mezclaLa determinacin del ndice plstico se suele complementar con la del equivalente de arena, el cual permite valorar la cantidad y actividad de la fraccin coloidal de las partculas finasEl agregado se mezcla con una solucin de cloruro de calcio-glicerina-formaldehdo y se agita dentro de un cilindro graduado, forzando a las partculas ms finas a quedar en suspensinPROPIEDADES GENERALES DE LOS MATERIALES GRANULARES PARA BASES Y SUBBASESEquivalente de arena (AASHTO T 176 INV E-233)Luego de un trmino de reposo, se miden las alturas de arena (HA) y finos (HF) y la relacin entre ellas, en porcentaje, es el equivalente de arenaPROPIEDADES GENERALES DE LOS MATERIALES GRANULARES PARA BASES Y SUBBASESResistencia a la fragmentacinLas partculas del agregado grueso deben ser resistentes a la abrasin y a la degradacin mecnica, para prevenir la formacin de finos que alteren la granulometra original durante la compactacin y, posteriormente, bajola accin del trnsito automotorsesuelemedirLaresistenciaalafragmentacin mediante cuatro (4) ensayos:Desgaste Los ngelesTrituracin por impactoTrituracin por aplastamiento10% de finosPROPIEDADES GENERALES DE LOS MATERIALES GRANULARES PARA BASES Y SUBBASESResistencia a la fragmentacinPROPIEDADES GENERALES DE LOS MATERIALES GRANULARES PARA BASES Y SUBBASESDesgaste Los ngeles (AASHTO T 96 INV E-218 y 219)Una muestra del agregado grueso es sometida a atricin e impacto por unas esferas de acero mientras gira en un cilindro metlico a 31-33 rpm por 15 minutos, determinndose la fraccin del material ensayado que pasa el tamiz de 1.70 mm (# 12)Resistencia a la fragmentacinPROPIEDADES GENERALES DE LOS MATERIALES GRANULARES PARA BASES Y SUBBASESValor de trituracin por impacto (VTI) (BS 812)

Una muestra del agregado grueso se somete a 15 golpes con una masa de 13.6 kg que cae libremente desde una altura de 380 mm, determinndose luego el porcentaje de partculas que pasa el tamiz de2.36 mm (# 8), respecto delpeso inicial de la muestraResistencia a la fragmentacinPROPIEDADES GENERALES DE LOS MATERIALES GRANULARES PARA BASES Y SUBBASESValor de trituracin por aplastamiento (VTA) (BS 812)

Una muestra del agregado grueso (12.5 mm 9.5 mm) se somete a una carga de 400 kN y se determina el porcentaje de partculas que pasa el tamiz de 2.36 mm, respecto del peso inicial de la muestraResistencia a la fragmentacinPROPIEDADES GENERALES DE LOS MATERIALES GRANULARES PARA BASES Y SUBBASES10 % de finos (BS 812 INV E-224)

Utiliza el mismo equipo que el ensayo VTAUna muestra del agregado grueso se somete a diferentes cargas, determinndose en cada caso el porcentaje de partculas que pasan el tamiz de 2.36 mm (# 8) respecto del peso inicial de la muestraLa carga necesaria para producir 10% de partculas menores de 2.36 mm constituye el resultado de la pruebaDurabilidadLas partculas de los agregados deben ser resistentes a cambios mineralgicos y desintegracin fsica a causa de los ciclos de humedecimiento y secado impuestos durante la construccin y el perodo de diseo del pavimento

La durabilidad debe ser considerada en el momento de escoger los agregados ptreos. Materiales susceptibles de degradacin por la accin de agentes climticos durante la vida til del pavimento, deben ser evitadosPROPIEDADES GENERALES DE LOS MATERIALES GRANULARES PARA BASES Y SUBBASESDurabilidad

La durabilidad de los agregados para construccin de capas de pavimentos se acostumbra evaluar mediante dos ensayos:SolidezbajolaaccindesulfatosdesodioomagnesioMicro - DevalPROPIEDADES GENERALES DE LOS MATERIALES GRANULARES PARA BASES Y SUBBASESDurabilidadPROPIEDADES GENERALES DE LOS MATERIALES GRANULARES PARA BASES Y SUBBASESSolidez bajo la accin de sulfatos (ASTM C 88 INV E-220)Fracciones del agregado, de diversos tamaos, se someten a cinco ciclos de expansin y contraccin, consistente cada uno de ellos en:Inmersinduranteunlapsode16a18horasenuna solucin de sulfato de sodio o de magnesioSecado hasta peso constante a 110 CTerminado el ltimo ciclo se lavan las fracciones para eliminar el sulfato que contengan; se secan y se tamizan sobre los tamices en los cuales se retenan antes del ensayo, determinado las prdidas en peso sufridas por cada fraccinDurabilidadPROPIEDADES GENERALES DE LOS MATERIALES GRANULARES PARA BASES Y SUBBASESSolidez bajo la accin de sulfatos (ASTM C 88INV E-220)Inmersin del agregado en la solucinSecado en el hornoDurabilidadPROPIEDADES GENERALES DE LOS MATERIALES GRANULARES PARA BASES Y SUBBASESSolidez bajo la accin de sulfatos (ASTM C 88INV E-220)Fraccin de agregado antes del ensayoFraccin de agregado luego de 5 ciclosDurabilidadPROPIEDADES GENERALES DE LOS MATERIALES GRANULARES PARA BASES Y SUBBASESEnsayo Micro-Deval (AASHTO TP 58 INV E-238)Una muestra de 1,500 gramos del agregado seco es sumergida en 2 litros de agua durante 1 hora dentro de un cilindro de 194 mm de dimetroSe introducen 5,000 gramos de esferas de acero de 9.5 mm de dimetro dentro del cilindro y se somete ste a rotacin a 100 5 rpm durante 2 horasSe seca la muestra y se determina la proporcin de material que pasa el tamiz de 1.18 mm (# 16) respecto del peso seco inicial de la muestra, la cual constituye el resultado del ensayoDurabilidadPROPIEDADES GENERALES DE LOS MATERIALES GRANULARES PARA BASES Y SUBBASESEnsayo Micro-Deval (AASHTO TP 58 9NV E-238)PROPIEDADES GENERALES DE LOS MATERIALES GRANULARES PARA BASES Y SUBBASESMuestra, esferas y agua dentro del cilindroDurabilidadEnsayo Micro-Deval (AASHTO TP 58 INV E-238)Mquina de ensayoPermeabilidadLas caractersticas de permeabilidad de un material granular dependen de la granulometra, del tipo de agregado, del tipo de ligante y de la densidadLa permeabilidad disminuye a medida que se incrementa lafraccin fina del materialA medida que la granulometra se acerca a la ecuacin de Fuller, el material tiende a la impermeabilidadCoeficientes de permeabilidad inferiores a 10-3 cm/s dan lugar a materiales de pavimento que, desde el punto de vista prctico, se consideran impermeablesPROPIEDADES GENERALES DE LOS MATERIALES GRANULARES PARA BASES Y SUBBASESESCORIA DE ALTO HORNOProducto no metlico, compuesto principalmente por silicatos y alumino-silicatos de calcio y otras bases, que se obtiene en un alto horno, simultneamente con la produccin del hierroLos agregados para su uso como base granular tienden a ser denso-clasificado con un tamao mximo de 50 mm (2 pulgadas) o menos.mientras que la sub-base granular puede tener un tamao mximo nominal de hasta 100mm (4 pulgadas). El porcentaje de las finos (menos de 0,075 mm (tamiz No. 200)) en la base granular es limitado, para el drenaje y los propsitos de susceptibilidad a las heladas, aun mximo de 8 por ciento, con un mximo de 12 por ciento permitido en la sub-base granular.Tabla 24-8 contiene una lista de mtodos de prueba estndar para evaluar la idoneidad de los materiales convencionales para su uso en aplicaciones de base granular.

ESPECIFICACIONES DEL INSTITUTO NACIONAL DE VAS PARA LOS MATERIALES GRANULARES DE SUBBASE Y BASE PARA VAS DE TRNSITO PESADOPROPIEDADES GENERALES DE LOS MATERIALES GRANULARES PARA BASES Y SUBBASESESPECIFICACIONES DEL INSTITUTO NACIONAL DE VAS PARA LOS MATERIALES GRANULARES DE SUBBASE Y BASE PARA VAS DE TRNSITO PESADOPROPIEDADES GENERALES DE LOS MATERIALES GRANULARES PARA BASES Y SUBBASESCARACTERIZACIN DE MATERIALES DE BASE Y SUBBASE GRANULAR CON FINES DE DISEO DE PAVIMENTOSMdulo resiliente

El mdulo resiliente es un estimativo del mdulo de elasticidad que se basa en determinaciones de esfuerzos y deformaciones bajo cargas rpidas, como las que reciben los materiales del pavimento a travs de las ruedas de los vehculosEl mdulo resiliente no es una medida de la resistencia del material, por cuanto ste no se lleva a rotura en el ensayo, sino que recupera su forma originalMdulo resiliente (determinacin en el laboratorio)CARACTERIZACIN DE MATERIALES DE BASE Y SUBBASE GRANULAR CON FINES DE DISEO DE PAVIMENTOSMdulo resilienteEl mdulo resiliente de los materiales granulares es altamente dependiente del estado de esfuerzos al cual se encuentran sometidosDiferente a lo que sucede en los suelos finos, los materiales granulares exhiben endurecimiento por esfuerzos, lo que hace que el mdulo se incremente con los esfuerzos totales, debido a que se incrementa la trabazn entre las partculas individuales del agregadoEl mdulo resiliente de un material granular se ve afectado adversamente por la presencia de partculas finasCARACTERIZACIN DE MATERIALES DE BASE Y SUBBASE GRANULAR CON FINES DE DISEO DE PAVIMENTOSMDULO RESILIENTE Valores tpicos de K1 y K2 para materiales granulares de base y subbase (MR psi)CARACTERIZACIN DE MATERIALES DE BASE Y SUBBASE GRANULAR CON FINES DE DISEO DE PAVIMENTOSCondicinhmedaK1K2BASESeco6000-100000,5-0,7Hmedo4000-60000,5-0,7Saturado2000-40000,5-0,7SUBBASESeco6000-80000,4-0,6Hmedo4000-60000,4-0,6Saturado1500-40000,4-0,6MDULO RESILIENTE Primer invariante de tensiones () para la base granular Primer invariante de tensiones () para la subbase granularCARACTERIZACIN DE MATERIALES DE BASE Y SUBBASE GRANULAR CON FINES DE DISEO DE PAVIMENTOSEspesor deconcreto asfltico (pg)MR de subrasante (psi)3000750015000(psi)< 22025302 - 41015204 - 651015> 6555Espesor de concretoasfltico (pg)(psi)< 22 - 4> 410.07.55.0MDULO RESILIENTEEl mdulo resiliente de las capas granulares (MRg) depende del soporte brindado por la subrasante (MRSR)MRg = K*MRSRSHELL recomienda la siguiente expresin para determinar el mdulo de una capa granular (MRi), a partir del espesor de dicha capa (hi) en mm y del mdulo de la subyacente (MRi+1)MRi = 0.2*hi 0.45 * MR(i+1)CARACTERIZACIN DE MATERIALES DE BASE Y SUBBASE GRANULAR CON FINES DE DISEO DE PAVIMENTOSMRSR (psi)K30003,5-4,860002,4-2,7120001,8-1,9200001,6-1,8300001,5-1,7RELACIONES ENTRE LOS MDULOS DE LAS CAPAS N Y N+1, PARA DIFERENTES ESPESORES DE SUBBASE Y BASE GRANULARCARACTERIZACIN DE MATERIALES DE BASE Y SUBBASE GRANULAR CON FINES DE DISEO DE PAVIMENTOSmdulo de la capa n+1 (psi*1000)CORRELACIN ENTRE EL CBR Y EL MDULO RESILIENTENo todas las agencias estn familiarizadas con las pruebas para caracterizar el mdulo resiliente. Por ello, es til considerar correlaciones entre los diferentes indicadores de resistenciaEstas correlaciones deben tener un manejo muy cuidadoso, pues son aproximadas y basadas en un nmero limitado de datosPara el caso de materiales granulares de base y subbase, una de las correlaciones ms conocidas es la desarrollada por Rada y WitczakEstado deMR (psi) esfuerzos100302010740 CBR440 CBR340 CBR250 CBRCARACTERIZACIN DE MATERIALES DE BASE Y SUBBASE GRANULAR CON FINES DE DISEO DE PAVIMENTOSVALORES TPICOS DE MDULOS DE ELASTICIDAD DE MATERIALES PARA PAVIMENTOS1 Kg/cm2 = 0,1 MPa = 14,3 psiCARACTERIZACIN DE MATERIALES DE BASE Y SUBBASE GRANULAR CON FINES DE DISEO DE PAVIMENTOSMaterialRango (Kg/cm2)Tpico (Kg/cm2)Concreto hidrulico200000-550000300000Concreto asfltico15000-3500030000Base tratada con asfalto5000-3000010000Base tratada con cemento35000-7000050000Concreto pobre100000-300000200000Base granular1000-35002000Subbase granular800-20001200Suelo granular500-15001000Suelo fino200-500300Relacin de Poisson

Es la relacin entre las deformaciones transversales y longitudinales de un especimen sometido a cargaLosmaterialesmsrgidospresentanmenores relaciones de PoissonCARACTERIZACIN DE MATERIALES DE BASE Y SUBBASEGRANULAR CON FINES DE DISEO DE PAVIMENTOS

ILUSTRACIN DE LA RELACIN DE POISSONVALORES TPICOS DE LA RELACIN DE POISSON ()CARACTERIZACIN DE MATERIALES DE BASE Y SUBBASE GRANULAR CON FINES DE DISEO DE PAVIMENTOSMaterialRangoTpicoConcreto hidrulico0,10-0,200.15Concreto asfltico0,15-0,450.35Base tratada con asfalto0,15-0,450.35Base tratada con cementoSuelo granular0,10-0,200.15Suelo fino0,15-0,350.25Concreto pobre0,10-0,200.15Base y subbase granular0,30-0,400.35Suelo de subrasante0,30-0,500.40CARACTERIZACIN DE MATERIALES DE BASE Y SUBBASEGRANULAR CON FINES DE DISEO DE PAVIMENTOS

Resistencia a la fatigaLa falla por fatiga de una capa granular de un pavimento se produce por acumulacin de deformaciones verticales irrecuperablesEl criterio que se adopta consiste en limitar, en funcin del nmero N de aplicaciones de carga, la deformacin vertical de compresin (v) en superficie, mediante leyes de fatiga del tipo v = A*N-BEjemplos de leyes de fatiga:v = 2.16*10-2*N-0.25 v = 1.11*10-2*N-0.23(Universidad de Nottingham) (CRR - Blgica)Caractersticas del sistema de clasificacin AASHTO (ASTM D-3282)