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Curso :Diseo moderno de pavimentosSemana 03 Material de PrstamoMATERIAL DE PRSTAMO3.1.- Introduccin.Los agregados empleados en la construccin de carreteras, deben cumplir con requisitos de granulometra y especificaciones tcnicas, que garanticen un buen comportamiento durante su periodo de vida.En este captulo se cubrir el tema de la granulometra y calidad de agregados que conformarn las capas de afirmado, sub base y base.Durante los ltimos 10 aos se han desarrollado nuevas tecnologas y criterios para el diseo de mezclas asflticas, variando los criterios del diseo de mezclas, pero los mtodos de evaluacin de calidad de los agregados no se ha modificado.Las especificaciones granulomtricas de las carpetas asflticas, se vern con detalle en el captulo correspondiente, donde se tratar de los tipos de mezclas asflticas. Sin embargo, en este captulo se consideran los ensayos de calidad de agregados para carpetas asflticas.

3.2 Especificaciones Tcnicas de material de Prstamo : Afirmado, Sub Bases y Bases Granulares. Mezclas de Suelos y Agregados3.2.1 Especificaciones GranulomtricasLos materiales granulares que conformaran las capas de afirmado, sub base y base, deben cumplir con rangos granulomtricos especificados por el MTC.

La gradacin es una de las ms importantes propiedades de los agregados. Este afecta casi todas las propiedades importantes de una mezcla asfltica en caliente, incluyendo dureza, estabilidad, durabilidad, permeabilidad, trabajabilidad, resistencia a la fatiga, resistencia al rozamiento, y resistencia a la humedad. De esta manera, la gradacin es la primera consideracin en un diseo de mezclas asflticas.Tericamente, es razonable pensar que la mejor gradacin sea la densa o bien gradada; sin embargo, recientes investigaciones han demostrado que las mezclas del tipo Stone Masic Asphalt, SMA, tienen un mejor comportamiento cuando estn sometidas a la accin de trfico pesado, en zonas de altura.

Las especificaciones granulomtricas vigentes en el Per son las Especificaciones Tcnicas Generales para Construccin de Carreteras EG-2000, del Ministerio de Transportes, Comunicaciones, Vivienda y Construccin, Oficina de Control de Calidad. En la tabla 3.1 se listan los rangos mximos y mnimos para materiales de afirmado.

3.2 Especificaciones Tcnicas de material de Prstamo : Afirmado, Sub Bases y Bases Granulares. Mezclas de Suelos y Agregados3.2.1 Especificaciones Granulomtricas

3.2 Especificaciones Tcnicas de material de Prstamo : Afirmado, Sub Bases y Bases Granulares. Mezclas de Suelos y Agregados

3.2.1 Especificaciones Granulomtricas3.2 Especificaciones Tcnicas de material de Prstamo : Afirmado, Sub Bases y Bases Granulares. Mezclas de Suelos y AgregadosLas especificaciones tcnicas para rangos granulomtricos de materiales de sub base y base, son los mismos. Las normas ASTM D 1241 las especifican bajo el ttulo Standard Specification for Materials for Soil Aggregate Subbase, Base And Surface Course. Esta norma fue revisada por ltima vez en 1994. El Ministerio de Transportes y Comunicaciones la hizo suya y las consider dentro de las especificaciones emitidas en el ao 2000. La tabla 3.2 muestra las especificaciones granulomtricas para materiales de sub base y base granular. En la figura 3.2 se muestran las especificaciones grficamente.

3.2 Especificaciones Tcnicas de material de Prstamo : Afirmado, Sub Bases y Bases Granulares. Mezclas de Suelos y Agregados

figura 3.2 3.2 Especificaciones Tcnicas de material de Prstamo : Afirmado, Sub Bases y Bases Granulares. Mezclas de Suelos y Agregados3.2.2 Calidad de AgregadosPara verificar la calidad de un determinado banco de materiales, estos deben ser sometidos a ensayos de suelos, debiendo cumplir con las especificaciones tcnicas emitidas por el Ministerio de Transportes y Comunicaciones EG-2000.Los materiales que sern empleados como material de afirmado o sub base podr ser agregado natural, triturado o una combinacin de ambos. Los agregados para bases debern ser chancados.Todos los agregados utilizados como afirmados, sub base y base sern resistentes, sin exceso de partculas chatas o alargadas, no podrn presentar terrones de arcilla ni materia orgnica.Los ensayos a los que estn sometidos los suelos son: Abrasin Los Angeles, Equivalente de Arena, ensayo de proctor modificado, CBR asociados a la mxima densidad seca y al ptimo contenido de humedad del proctor, partculas chatas y alargadas, caras de fractura, sales solubles y contenido de impurezas orgnicas.

3.2 Especificaciones Tcnicas de material de Prstamo : Afirmado, Sub Bases y Bases Granulares. Mezclas de Suelos y Agregados3.2.2 Calidad de Agregados

3.2 Especificaciones Tcnicas de material de Prstamo : Afirmado, Sub Bases y Bases Granulares. Mezclas de Suelos y Agregados3.2.2 Calidad de Agregados

3.2 Especificaciones Tcnicas de material de Prstamo : Afirmado, Sub Bases y Bases Granulares. Mezclas de Suelos y AgregadosLas muestras al llegar al laboratorio se separan, porque sern ensayadas para que verifique diferentes requisitos de calidad. En la tabla 3.3 se muestra en resumen, los ensayos a los que estn sometidas las muestras que conformarn las capas de afirmado, sub base, base o carpeta de rodadura3.2 Especificaciones Tcnicas de material de Prstamo : Afirmado, Sub Bases y Bases Granulares. Mezclas de Suelos y AgregadosTabla 3.3 :Ensayos de Calidad de Agregados

En la tabla 3.4 se listan las especificaciones tcnicas que deben cumplir los materiales que sern usados como afirmado, sub base y base.

3.2 Especificaciones Tcnicas de material de Prstamo : Afirmado, Sub Bases y Bases Granulares. Mezclas de Suelos y Agregados3.2.3 Suelos EstabilizadosLas normas del Ministerio de Transportes y Comunicaciones considera dentro de sus especificaciones a los suelos estabilizados con cemento y cal, se harn un breve resumen de ambas combinaciones.a) Estabilizados con CementoEl material a estabilizar con cemento podr ser A-1, A-2, A-3, A-4, A-5, A-6 y A-7, con tamao mximo de 2 y no mayor de 1/3 del espesor de la capa compactada.En la tabla 3.5 se muestran las especificaciones del agregado que ser estabilizado con cemento.El cemento con que ser estabilizado el suelo ser portland, el cual deber cumplir con la Norma Tcnica Peruana NTP 334.009, Norma AASHTO M85 ASTM C 150. El cemento que podr ser empleado es el denominado Tipo I o cemento portland normal.

3.2 Especificaciones Tcnicas de material de Prstamo : Afirmado, Sub Bases y Bases Granulares. Mezclas de Suelos y Agregados3.2.3 Suelos Estabilizados

3.2 Especificaciones Tcnicas de material de Prstamo : Afirmado, Sub Bases y Bases Granulares. Mezclas de Suelos y Agregados3.2.3 Suelos Estabilizados

3.2 Especificaciones Tcnicas de material de Prstamo : Afirmado, Sub Bases y Bases Granulares. Mezclas de Suelos y Agregados3.2.3 Suelos Estabilizados

La mezcla suelo-cemento se disea mediante los ensayos de resistencia a compresin simple y humedecimiento-secado (normas MTC E 1103 y MTC E 1140).En ensayos de compresin simple, la resistencia no debe ser menor de 1.76 MPa (18 kg/cm2) luego de 7 das de curado hmedo. Para el ensayo humedecimiento-secado, el contenido de cemento deber ser tal, que la prdida de peso de la mezcla compactada, no supere los siguientes lmites de acuerdo con la clasificacin que presente el suelo por estabilizar:

3.2 Especificaciones Tcnicas de material de Prstamo : Afirmado, Sub Bases y Bases Granulares. Mezclas de Suelos y Agregadosb) Estabilizados con CalEl terreno de fundacin se estabiliza con cal por diferentes razones: para agilizar la construccin, en el tratamiento de suelos expansivos y para proporcionar una cimentacin fuerte a la estructura del pavimento. Un suelo estabilizado con cal puede ser rgido y durable, mejorando el comportamiento del pavimento.La incorporacin de cal a suelos de gradacin fina como las arcillas origina que los cationes de la superficie de arcilla sean sustituidos por los de xido de calcio, incrementando el pH y alterando la mineraloga de la superficie de las molculas de arcilla. Esta alteracin reduce la capacidad de la arcilla para absorber agua y por lo tanto reduce su expansin y plasticidad, mejorando su estabilidad.Se debe incorporar cal al suelo y mezclar, agregar agua durante el mezclado. El suelo debe encontrarse dentro de 2% del ptimo contenido de humedad previo a la compactacin. La compactacin debe realizarse dentro de los 30 minutos posteriores al mezclado final.

3.2 Especificaciones Tcnicas de material de Prstamo : Afirmado, Sub Bases y Bases Granulares. Mezclas de Suelos y Agregadosb) Estabilizados con CalLos suelos que sern estabilizados con cal debern cumplir con las especificaciones de la tabla 3.6, los suelos no deben tener mas del 3% en peso de materia orgnica.El tamao mximo del agregado grueso que contenga el suelo no debe ser mayor de 1/3 del espesor de la capa compactada de suelo-cal.

3.2 Especificaciones Tcnicas de material de Prstamo : Afirmado, Sub Bases y Bases Granulares. Mezclas de Suelos y Agregadosb) Estabilizados con CalLa cal que se empleo para estabilizar bases de suelo-cal puede ser cal hidrulica y debe satisfacer los requisitos establecidos en la especificacin AASHTO M 216 o ASTM C 977.La aplicacin de la cal puede variar entre 2 y 8% en peso de los materiales. Cuando la mezcla de suelo-cal sea usada como parte de una capa estructural, el CBR de la mezcla deber cumplir con las especificaciones citadas para materiales de sub base y base.

3.2 Especificaciones Tcnicas de material de Prstamo : Afirmado, Sub Bases y Bases Granulares. Mezclas de Suelos y Agregadosc) Mezclas de Suelos y AgregadosLa combinacin de agregados es un tema conocido por todo los estudiantes de ingeniera, los mtodos son diversos, entre ellos se encuentran la dosificacin de los agregados por peso y por mtodos grficos.Se dar a continuacin un ejemplo del mtodo grfico del cuadrado, para combinacin de dos agregados.

3.2 Especificaciones Tcnicas de material de Prstamo : Afirmado, Sub Bases y Bases Granulares. Mezclas de Suelos y Agregadosc) Mezclas de Suelos y Agregados

1. Se traza un cuadrado ABCD, sobre cuyos lados se marcan los porcentajes de 0 a 100 de izquierda a derecha en el lado AB y viceversa en el lado CD. Ver figura 3.3.2. Sobre AD se marcan los porcentajes de uno de los agregados y sobre BC los porcentajes del otro.3. Se unen con una lnea continua los extremos correspondientes a un mismo tamiz, escribiendo sobre esta lnea el tamiz al que corresponde. Sobre estas lneas se grafican pequeos cuadrados que representan los lmites superior e inferior de las especificaciones4. Se unen los cuadrados de los lmites superiores (a, b, c, ......) y luego los cuadrados de los lmites inferiores (a, b, c, ...).5. El espacio que une los cuadrados ms cercanos (a y b)representa el margen de porcentajes entre los cuales se puede hacer la combinacin de los dos materiales.6. Para el ejemplo puede variar (a) entre 70% del agregado B ms 30% del agregado A; y (b) de 35% del agregado B ms 65% del agregado A.3.3 Ensayos de Calidad de AgregadosTodos los agregados que conformen alguna de las capas de la estructura del pavimento, debern cumplir con las especificaciones de la tabla 3.4. Los ensayos considerados verifican cierta caracterstica de los agregados, se describe las razones por las que se consideran en las especificaciones.

3.3 Ensayos de Calidad de Agregados3.3.1 Ensayo de Abrasin por medio de la Maquina de los Angeles ASTM C-131, MTC E 207Los agregados deben ser capaces de resistir el desgaste irreversible y degradacin durante la produccin, colocacin y compactacin de las obras de pavimentacin, y sobre todo durante la vida de servicio del pavimento.Debido a las condiciones de esfuerzo-deformacin, la carga de la rueda es transmitida a la superficie del pavimento a travs de la llanta como una presin vertical aproximadamente uniforme y alta. La estructura del pavimento distribuye los esfuerzos de la carga, de una mxima intensidad en la superficie hasta una mnima en la subrasante.Por esta razn los agregados que estn en, o cerca de la superficie, como son los materiales de base y carpeta asfltica, deben ser ms resistentes que los agregados usados en las capas inferiores, sub base, de la estructura del pavimento, la razn se debe a que las capas superficiales reciben los mayores esfuerzos y el mayor desgaste por parte de cargas del trnsito.Por otro lado, los agregados transmiten los esfuerzos a travs de los puntos de contacto donde actan presiones altas. El Ensayo de Abrasin de Los ngeles, ASTM C-131 MTC E 207, mide bsicamente la resistencia de los puntos de contacto de un agregado al desgaste y/o a la abrasin.El porcentaje de desgaste se calcula como la diferencia del peso inicial menos el peso final de la muestra ensayada, entre el peso inicial.

3.3 Ensayos de Calidad de Agregados3.3.1 Ensayo de Abrasin por medio de la Maquina de los Angeles ASTM C-131, MTC E 207

3.3 Ensayos de Calidad de Agregados3.3.2 Ensayo de Durabilidad, Perdida con sulfato de sodio o magnesio ASTM C 88 o MTC E 209.Es el porcentaje de prdida de material en una mezcla de agregados durante el ensayo de durabilidad de los ridos sometidos al ataque con sulfato de sodio o sulfato de magnesio. Este ensayo estima la resistencia del agregado al deterioro por accin de los agentes climticos durante la vida til de la obra. Puede aplicarse tanto en agregado grueso como fino.El ensayo se realiza exponiendo una muestra de agregado a ciclos alternativos de bao de inmersin en una solucin de sulfato de sodio o magnesio y secado en horno. Una inmersin y un secado se consideran un ciclo de durabilidad. Durante la fase de secado, las sales precipitan en los vacos del agregado. En la reinmersin las sales se rehidratan y ejercen fuerzas de expansin internas que simulan las fuerzas de expansin del agua congelada. El resultado del ensayo es el porcentaje total de prdida de peso sobre varios tamices para un nmero requerido de ciclos. Los valores mximo de prdida son aproximadamente de 10 a 20% para cinco ciclos de inmersin-secado.

3.3 Ensayos de Calidad de Agregados3.3.2 Ensayo de Durabilidad, Perdida con sulfato de sodio o magnesio ASTM C 88 o MTC E 209.

3.3 Ensayos de Calidad de Agregados3.3.3 Porcentaje de Partculas Chatas y Alargadas ASTM D 4791; MTC E 211.Se ha demostrado en un sin nmero de investigaciones, que el exceso de partculas chatas y alargadas, pueden perjudicar el comportamiento de la estructura del pavimento. La carga proveniente del trfico puede quebrar las partculas y modificar la estructura original. Se denomina partcula chata cuando la relacin ancho/espesor es mayor de 1/3; y alargada cuando la relacin largo/ancho es mayor de 1/33.3 Ensayos de Calidad de Agregados3.3.4 Porcentaje de Caras Fracturadas ASTM D 5821; MTC E 210.Algunas especificaciones tcnicas contienen requisitos relacionados al porcentaje de agregado grueso con caras fracturadas con el propsito de maximizar la resistencia al esfuerzo cortante con el incremento de la friccin entre las partculas. Otro propsito es dar estabilidad a los agregados empleados para carpeta o afirmado; y dar friccin y textura a agregados empleados en pavimentacin.La forma de la partcula de los agregados puede afectar la trabajabilidad durante su colocacin; as como la cantidad de fuerza necesaria para compactarla a la densidad requerida y la resistencia de la estructura del pavimento durante su vida de servicio.Las partculas irregulares y angulares generalmente resisten el desplazamiento (movimiento) en el pavimento, debido a que se entrelazan al ser compactadas. El mejor entrelazamiento se da, generalmente, con partculas de bordes puntiagudos y de forma cbica, producidas, casi siempre por trituracin.

3.3 Ensayos de Calidad de Agregados3.3.5 Ensayo de Equivalente de Arena ASTM D 2419; MTC E 114.Este mtodo de ensayo asigna un valor emprico a la cantidad relativa, finura y caractersticas del material fino presente en una muestra de ensayo formado por suelo granular que pasa el tamiz N4 (4.75 mm). El trmino Equivalente de Arena transmite el concepto que la mayora de los suelos granulares y agregados finos son mezcla de partculas gruesas, arenas y generalmente finos.Para determinar el porcentaje de finos en una muestra, se incorpora una medida de suelo y solucin en una probeta plstica graduada que luego de ser agitada separa el recubrimiento de finos de las partculas de arena; despus de un perodo de tiempo, se pueden leer las alturas de arcilla y arena en la probeta. El equivalente de arena es la relacin de la altura de arena respecto a la altura de arcilla, expresada en porcentaje.Este mtodo proporciona una manera rpida de campo para determinar cambios en la calidad de agregados durante la produccin o colocacin.

3.3 Ensayos de Calidad de Agregados3.3.5 Ensayo de Equivalente de Arena ASTM D 2419; MTC E 114.

3.3 Ensayos de Calidad de Agregados3.3.6 Sales Solubles Totales ASTM D 1888; MTC E 219.El objetivo de este ensayo es cuantificar el contenido de cloruros y sulfatos, solubles en agua, de los agregados ptreos empleados en bases y mezclas bituminosas. Este mtodo sirve para efectuar controles en obra, debido a la rapidez de visualizacin y cuantificacin de la existencia de sales.Una muestra de agregado ptreo se somete a continuos lavados con agua destilada a ebullicin. La presencia de sales, se detecta mediante reactivos qumicos, los cuales, al menor indicio de sales forman precipitados fcilmente visibles. Del agua total de lavado, se toma una parte y se procede a cristalizar para determinar la cantidad de sales presentes.

3.4 Ensayos para cuantificar el comportamiento Mecnico de las Capas que conforman la estructura del PavimentoLos materiales que conformaran las capas de afirmado, sub base y base debern ser ensayados con el mtodo de proctor modificado para determinar su mxima densidad seca y el optimo contenido de humedad. Con estos valores se prepararan especimenes remoldeados para el ensayo de CBR. El CBR asociado al 95% de la mxima densidad ser el CBR de diseo para cada capa.

Se debe recalcar que el CBR asociado a la mxima densidad seca, es un mtodo que se recomienda usar slo en el caso de material de cantera (afirmado, sub base y base) o en subrasantes granulares. No se recomienda emplear este mtodo en subrasantes finas.

Preguntas ?1.- Que es material de Prstamo?.2.- Que es material de Propio?.3.- Que es relleno controlado?.4.- Que es relleno no controlado?

Trabajos de Investigacin1.- Informe de Ensayo de Compactacin - Proctor Estndar - Proctor Modificado.2.- Informe de C.B.R. en laboratorio.3.- Informe de C.B.R. in situ.5.- Informe de Ensayo de Durabilidad Equivalente de Arena 6.- Informe de Abrasin de los Angeles. Caras Fracturadas Partculas Chatas y Alargadas.