tabla pavimentos

8/15/2019 tabla pavimentos

1/32

CAPITULO V

DISEÑO EN LABORATORIO

Para comenzar con el diseño de mezcla, primero hay que verificar que los agregados y elcemento asfáltico cumplan los requisitos de calidad.

5.1.- MATERIALES USADOS

5.1.1.- AGREGADOS GRUESO Y FINO

Los agregados utilizados son procedentes de la Cantera La Gloria (Ate), ubicada en el Km.14 de la carretera central y cumple con los requisitos de calidad certificados por lacompañía FIRTH INDUSTRIAS PERU S.A. que es la proveedora de estos agregados.

Se utilizó piedra chancada de tamaño máximo ½” , piedra chancada de tamaño máximo ¼”y arena gruesa. El análisis granulométrico de estos agregados se muestra en las Figuras

N°5.1, 5.2 y 5.3

5.1.2.- CEMENTO ASFALTICO DE PETROLEO

Cemento Asfáltico CAP-PEN : 60 - 70Procedencia : Refinería de Conchán – Petroperú (Lima)Certificado de Ensayo : Se adjunta.


2/32

5.1.3.- EMULSION ASFÁLTICA: ESPECIFICACIONES Y CARACTERÍSTICAS

Tabla N° 5.1.- Especificaciones y Características de la Emulsión Asfáltica

EMULSION ASFALTICA CATIONICA

TIPO : ROTURA MEDIAGRADO : CRM 2 ( PRODUCIDA EN LABORATORIO )

MIN MAX RESULTADO

OBTENIDOPRUEBAS DE EMULSIONESVISCOSIDAD SAYBOLT FUROL A 50ºC (122ºF), s 50 450 70SEDIMENTACION, 5 dias, % 0 5 3ESTABILIDAD ALMACENAMIENTO 24 h, % 0 1 0.5

TAMIZADO, % 0 0.1 0.03

PENETRACION SOBRE RESIDUO DE ENSAYO DE DESTILACION

PENETRACION, 25ºC (77ºF), 100 mg.,5s. 100 250 110

5.2.- ENSAYOS REALIZADOS SOBRE LOS AGREGADOS

5.2.1.- ANALISIS GRANULOMETRICO POR TAMIZADO (ASTM D-421)

La granulometría es la distribución de las partículas de un suelo de acuerdo a su tamaño.Esta se determina mediante el tamizado o paso del agregado por mallas de distintodiámetro hasta el tamiz Nº 200 ( de diámetro 0.074 mm.), considerándose el material que

pasa dicha malla en forma global.

El análisis granulométrico deriva en una curva granulométrica, donde se plotea: diámetrode tamiz vs porcentaje acumulado que pasa o que retiene el mismo, de acuerdo al uso quese quiera dar al agregado.

EQUIPO NECESARIO

Balanza con sensibilidad de 0.1 % del peso de la muestra a ensayarse.

Juego de tamices: ¾”, ½”, 3/8”, ¼”, Nº 4, Nº 8, Nº 10, Nº16, Nº30, Nº50, Nº100, Nº200, incluyendo tapa y fondo, siendo las mallas de abertura cuadrada.

Horno de graduación de temperatura de hasta 110ºC como mínimo.

Bandeja con capacidad suficiente para colocar la muestra.

Depósito para lavar la muestra.


3/32

En la Foto N° 5.1 se muestra el equipo necesario usado en el Ensayo Granulométrico

FOTO N° 5.1: EQUIPO UTILIZADO EN EL ENSAYO GRANULOMETRICO

PROCEDIMIENTO USADO

POR CUARTEO

El cuarteo es el proceso de reducir una muestra representativa a un tamaño conveniente, ode dividirla en dos o mas partes para efectuar ensayos con ellas.

Se realiza sobre todo en muestras cuya grava no es limpia, sino que contiene materialarcilloso que rodea el agregado grueso. Se procede de la siguiente manera:

Se extiende la muestra en una superficie limpia y llana o sobre una lona, y se

mezcla con una pala. Se hace de modo que el material se deposite en forma cónica,y luego se aplasta el cono con la pala formando una capa circular de espesoruniforme.

Con una escuadra o tablón rectangular de madera, se divide en cuatro partesaproximadamente iguales, se escogen dos partes opuestas y se unen, desechándoselas otras dos.

Se repite esta operación hasta tener la cantidad de material necesario para elanálisis, mas o menos 2 a 3 kg.

Se seca en horno durante 16 horas a una temperatura de 110 ºC o a la intemperie siel clima lo permite, hasta que tenga peso constante.


4/32

Se disgregan los terrones arcillosos del material. Se pesa la muestra seca sin lavar yse anota como P1 (Peso de la muestra secada al horno).

Se lava, vertiendo el agua con material suspendido en al tamiz Nº200, y se eliminael material que pasa por dicho tamiz, que vendría a ser la parte de arcilla del

agregado.

Con la finalidad de no maltratar el tamiz Nº200, se puede lavar la grava separadadel fino, para verter sobre esta malla solo el material fino que no la deteriora.

Se seca la muestra lavada en horno a 110ºC por 16 horas, hasta que tenga pesoconstante. Una manera práctica de observar si el material está completamente seco,es colocar un vidrio sobre la muestra, si se empaña es que todavía contienehumedad, sino se empaña la muestra está seca.

Se colocan los tamices ordenadas en forma descendente en cuanto a su diámetro

para que los diámetros mayores queden arriba, siendo la última en colocar la malla Nº200, debajo de la cual se coloca una base.

Se pasa el agregado por los tamices y se agita el tiempo necesario hasta que no pasemuestra al siguiente tamiz o a la base. Para lograr esto en el agregado fino eltiempo de agitación debe ser de aproximadamente 15’. Es preferible realizar porseparado el tamizado del agregado grueso y el fino, para lo cual se hace primero

pasar el material por el tamiz Nº4.

Se debe contar con otra base o fondo para tamizar por separado cada malla debajode la cual se coloca la misma y se tamiza hasta que no pase material a ésta, lo que

pasa se coloca en le tamiz siguiente. El material que queda retenido en el tamiz secoloca en la base y luego se pesa. En el caso del agregado grueso es fácil colocarloen la base, en el agregado fino es necesario utilizar una escobilla para limpiar lamalla y de este modo no perder material.

Se procede de la misma manera con cada uno de los tamices, anotándose en cadauno el peso que retiene. También se anota el material que queda en la base debajode la malla Nº200. Esto nos permite verificar si no hay error: Se puede anotar elPeso seco lavado antes de pasarlo por los tamices, entonces la suma de los pesosretenidos en los distintos tamices hasta la malla Nº200 más el peso que queda en la

base debe coincidir con éste: En la práctica siempre hay una pequeña diferencia, pero debe ser mínima.

Los cálculos y resultados se muestran a continuación en las figuras 5.1 , 5.2 y 5.3


5/32

5.2.2.- PESO ESPECIFICO Y ABSORCIÓN DEL AGREGADO GRUESO (ASTMC-127)

EQUIPO NECESARIO

Balanza, con capacidad de acuerdo al peso de la muestra y sensible a 0.5 gr.

Cesta metálica, cilíndrica, hecha con tela metálica Nº4 de 20 cm. de diámetro y 20cm. de altura. La abertura es para permitir que pase el agua y no el material, ya queestamos empleando muestras mayor que este tamaño.

Balde donde se pueda sumergir completamente la cesta, con un alambre paraconectar la balanza con la cesta.

Horno capaz de mantener la temperatura a 110ºC

PROCEDIMIENTO

Se lava la muestra y se pone a secar en horno a 110ºC hasta peso constante. Se pone a enfriar a temperatura ambiente y se sumerge en un depósito con agua por 2-4 horas, para su saturación.

Transcurrido el tiempo de saturación, se le vacía el agua, y se le va quitandohumedad con una tela apropiada (puede ser franela, toalla u otra tela que absorba lahumedad) hasta conseguir que toda su superficie quede sin agua, pero no seca, sinoopaca (estado saturado superficialmente seco).

Se anota el peso del material en estado saturado superficialmente seco, conaproximación de 0.5 gr.

Se coloca la muestra pesada en el cestillo de alambre y se determina el peso de lamuestra sumergida completamente dentro del balde, conectando el cestillo a la

balanza. Es importante que no se pierda absolutamente nada de muestra delmaterial que se pesó en estado saturado superficialmente seco, porquedistorsionaría los resultados.

Se pone a secar la muestra en horno a 110ºC por 16 horas hasta peso constante, seenfría a temperatura ambiente por 1 a 3 horas y se anota su peso.

Los cálculos y resultados se muestran a continuación en la Tabla N° 5.2


6/32

5.2.3.- PESO ESPECIFICO Y ABSORCIÓN DEL AGREGADO FINO (ASTM C-128)

Se emplea el material que pasa el tamiz Nº4, disgregándose los terrones si los tuviera paraque pase el tamiz Nº4, y la muestra sea representativa.

EQUIPO NECESARIO

Balanza, con capacidad de acuerdo al peso de la muestra y sensible a 0.5 gr.

Picnómetro, denominado también fiola, que es un matraz o frasco volumétrico quetiene una capacidad de 500 ml.

Molde cónico metálico, con las siguientes dimensiones:Diámetro Superior : 40 + - 3 mm

Diámetro Inferior : 90 + - 3 mmAltura : 75 + - 3 mm

Espesor mínimo : 0.8 mm

Apisonador de metal, con un peso de 340 + - 15 gr., con un extremo de superficie plana circular de 25 + - 3 mm. de diámetro de contacto.

Horno capaz de mantener la temperatura a 110 ºC

Bomba de vacíos.

PROCEDIMIENTO

Se anota el peso del picnómetro con agua hasta el nivel de 500 ml.

Se cuartea hasta conseguir una muestra de más de 1 kg. de material que pasa lamalla Nº4, se pone a secar a 110ºC hasta peso constante, se enfría a temperaturaambiente por 1 a 3 horas y se sumerge en un balde con agua por 24 horas par lograrsu saturación.

Transcurrido ese tiempo se vierte el agua, con mucho cuidado para que no se pierdael material arcilloso

El material húmedo se coloca en bandeja y se lleva a horno muy moderado (60ºC) para que gradualmente pierda humedad, removiendo constantemente para que lahumedad sea uniforme y para vigilar que no se seque la muestra más alla del estadosaturado superficialmente seco, el que se obtiene cuando se cumple la prueba delcono:

Se coloca el agregado hasta rebasar el cono metálico, y se le da unos cuantos golpescon el apisonador. Se repite esta operación tres veces, debiendo sumar 25 el

número de golpes en las tres veces que se apisona la muestra.


7/32

Se vuelve a rebasar, se enrasa y se retira el cono:

• a.- Si se queda con forma tronco-cónica, tiene más humedad que lacorrespondiente al estado saturado superficialmente seco.

•

b.- Si se queda con forma cónica terminada en punta sin desmoronarse,tiene la humedad correspondiente al estado saturado superficialmente seco.

• c.- Si se desmorona, tiene menos humedad que la correspondiente al estadosaturado superficialmente seco.

Cuando el agregado se encuentra en el estado saturado superficialmente seco (b), se pesan 500 gr. de material y se colocan en el picnómetro, y otros 500 gr. se ponen enel horno a secar. Se puede usar menor cantidad de muestra sino alcanza, pero paraque la muestra sea representativa esta cantidad es la conveniente, y siempre se debe

pone la misma cantidad en el picnómetro y en el horno a secar. Si la muestra estámas seca de lo necesario, se le debe rociar con agua, remover y esperar 30 minutosantes de repetir la prueba del cono.

Se llena el picnómetro hasta un nivel aproximado a los 500 ml. Y con la bomba devacíos se le quitan los vacíos que tenga el material hasta que se eliminen las

burbujas de aire. Si no se cuenta con bombas de vacíos se le quitan los vacíoshaciendo rodar el picnómetro y colocándolo luego en un baño a 23ºC por una hora,volviéndose a agitar para eliminar todos los vacíos.

Se añade agua hasta el nivel de 500 ml., anotándose su peso.

Se anota el peso de la muestra secada al horno hasta peso constante.

Si se desea se puede usar el mismo material del picnómetro, una vez que se ha pesado con el agua a nivel de 500 cm3, para ponerlo a secar en horno hasta pesoconstante. En este caso se debe tener cuidado para no perder absolutamente nada demuestra, porque esto originaria una distorsión en los resultados.

En este ensayo se debe trabajar lo más rápido posible para evitar que se modifique lahumedad correspondiente al saturado superficialmente seco.

Los cálculos y resultados se muestran a continuación en la Tabla N° 5.3


8/32

5.2.4.- ENSAYO DE ADHERENCIA – AGREGADO GRUESO (ASTM D–1664)

Este método describe los procedimientos de revestimiento e inmersión estática paradeterminar la retención de una película bituminosa sobre una superficie de agregado en

presencia del agua. Esto es aplicable para el cemento asfáltico y para la emulsión. Donde

se desee evitar el desprendimiento se puede agregar algún aditivo.

EQUIPO NECESARIO

Recipiente para mezclado de borde redondeado, transparentes, de 500 ml. Decapacidad.

Balanza.- con capacidad de 200 gr. y una precisión de + - 0.1 gr.

Espátula de acero de 1” de ancho y 4” de longitud.

Horno capaz de mantener temperatura constante hasta 150ºC

Tamices de 3/8” y ¼”

Bitumen.- Que debe ser del mismo tipo del que se va a usar en obra. Si se proponealgún aditivo químico, éste debe adicionarse al bitúmen en la cantidad especificada,y antes de mezclar enteramente el espécimen.

Agua destilada con ph entre 6 y 7

PROCEDIMIENTO

Se tamiza el agregado entre las mallas 3/8” y ¼” , el material retenido en la malla ¼” selava y se pone a secar en horno a 110ºC hasta peso constante.

CON CEMENTO ASFALTICO (PARA LAS MEZCLAS EN CALIENTE)

Se calienta el agregado así preparado y el asfalto hasta una temperatura promedio

constante de 130 a 140ºCSe pesa en una tara de 100 gr. de muestra y agregar 5.5 gr. de asfalto, conservando latemperatura indicada durante la mezcla. Se calienta la espátula y se mezcla vigorosamentehasta que el agregado quede totalmente revestido. Se deja que la mezcla enfríe atemperatura ambiente.

Se transfiere el agregado revestido a un recipiente de vidrio de 600 ml. Y se añade conaproximadamente 400 ml. de agua destilada a 25ºC. Se deja sumergido en el agua porespacio de 16 – 18 horas.Sin agitar o alterar el agregado revestido, se quita alguna película que flota en la superficie

del agua. Se ilumina el espécimen con una lámpara de manera que impida el brillo de lasuperficie del agua. Por observación, se determina a través del agua el porcentaje estimado


9/32

del área total visible del agregado que quede revestido sobre o por debajo del 95%, algunasáreas o aristas translúcidas o parduscas se consideran como totalmente revestidas.

Los resultados se muestran en la Tabla N° 5.4

CON EMULSION CRM 2 (PARA MEZCLAS CON EMULSIONES TIBIAS)

Se calienta la muestra y la emulsión a temperatura de 70ºC. Se pesa 100 gr. de agregado yse le añade 5.5/0.65 = 8.46 gr de emulsión, conservando la temperatura indicada, y semezcla con la espátula hasta que el agregado quede completamente revestido. Se deja quela mezcla enfríe a temperatura ambiente.

Se procede de la misma manera que para el Cemento Asfáltico, sumergiendo la muestra enagua destilada y estimar visualmente a las 16 – 18 horas si más o menos del 95% delagregado queda revestido con la emulsión.

Los resultados se muestran en la Tabla N° 5.5


10/32

5.2.5.- ENSAYO DE ADHERENCIA – AGREGADO FINO (RIEDEL WEBER) – DEEMA – 8

Este método describe el procedimiento para determinar el grado de adhesividad delagregado fino (arena) con los ligantes bituminosos (asfaltos).

EQUIPO NECESARIO

Tamices Nº30 y Nº 80

Cápsula de porcelana de 300ml. de capacidad

Estufa, capaz de mantener una temperatura de 140ºC

Balanza de 1 kg. de capacidad, sensible a 0.01 gr.

Balanza de 200 gr. de capacidad, sensible a 0.01 gr.

Tubos de ensayo de 15 cm. de longitud y 1.3 cm. de diámetro, resistentes al calor(Pirex).

Soporte para tubos de ensayo.

Pipeta volumétrica de 10 ml. de capacidad, sensibilidad de 1/10

Fiola de 500 ml. de capacidad, resistente al calor (Pirex)

Vaso Pirex de 400 ml. de capacidad.

Reactivo: Carbonato de Sodio (CO3 Na2) Q.P., con el que se preparan las distintassoluciones:

Se disuelve el Carbonato de Sodio en 50 ml. de agua destilada y tibia y luego diluira 500 ml. con agua destilada.

El peso de Carbonato de Sodio para cada concentración será dado en la Tabla N°5.6

Tabla N° 5.6.- Peso de Carbonato de Sodio para cada concentración

CONCENTRACIÓN DESOLUCIONES MOLARES

CONSIDERADO

PESO DECARBONATO DE

SODIO (gr.)

GRADO

0 0 0M/256 0.207 1M/128 0.414 2M/64 0.828 3M/32 1.656 4M/16 3.313 5M/8 6.625 6M/4 13.25 7M/2 26.5 8M 53 9

Bitumen, El que se use en obra.


11/32

PROCEDIMIENTO

Se tamiza el agregado fino por las mallas Nº30 y Nº80. El tamizado será muycuidadoso para no usar muestra con tamaño inferior a la del tamiz Nº80, usándosela porción retenida en ese tamiz.

Mezclar aproximadamente 100 gr. de muestra en la proporción 71% de agregado y29 % de ligante , a la misma temperatura indicada para la adherencia de agregadogrueso, de acuerdo al tipo de ligante : 130 – 140ºC para Cemento Asfáltico, y 70ºC

para la Emulsión Asfáltica. Se debe lograr un mezclado homogéneo y revestimientototal de las partículas.

Se pone a enfriar la muestra así lograda a temperatura ambiente, y se pesa 0.5 gr. enforma homogénea (Puede ser como esferitas).

Se coloca en el tubo de ensayo de 2 a 3 ml. de las soluciones, empezando por la de

concentración de soluciones molares cero, se calienta hasta su ebullición y se añadela mezcla de 0.5 gr., dejándola en ebullición por un minuto, luego del cual seobserva si hay desprendimiento. Si no lo hubiera, se continua con las otrassoluciones. El ensayo termina cuando se observa desprendimiento, dándole a lamuestra el grado correspondiente a la solución donde empezó este.

Para que un agregado pase la prueba, debe ser como mínimo de grado “4”.

Los resultados se muestran a continuación en la Tablas N° 5.7 y 5.8


12/32

5.3.- DISEÑO POR EL METODO MARSHALL MODIFICADO PARA MEZCLASASFÁLTICAS EN CALIENTE (ASTM D-1559)

5.3.1.- COMBINACIÓN DE LOS AGREGADOS

Hay que encontrar la combinación adecuada del agregado que cumpla con lasespecificaciones de granulometría.

La combinación de los agregados se realizó mediante el método del cuadrado, primero secombinó la piedra, luego el resultado de esta se combinó con la arena gruesa, tal como semuestra a continuación:

Figura Nº 5.4: METODO DEL CUADRADO PARA COMBINACIÓN DE LAPIEDRA

Como se observa al realizar la combinación del agregado grueso según el método delcuadrado, la combinación que mejor se ajusta al huso granulométrico es de 80% de piedrade ½” y 20% de piedra de ¼”


13/32

Figura Nº 5.5: METODO DEL CUADRADO PARA COMBINACIÓN DE LAPIEDRA Y LA ARENA

Como se observa al realizar la combinación de los agregados según el método delcuadrado, la combinación que mejor se ajusta al huso granulométrico es de 48% de piedray 52% de arena gruesa

Estos porcentajes habrá que ajustarlos con la ayuda de una hoja de cálculo en formatoExcel, de modo que la combinación se ajuste al huso granulométrico, tal como se muestraen la Tabla N° 5.9 , 5.10 y Figura N°5.6


14/32

5.3.2.- EQUIPO DE LABORATORIO UTILIZADO EN LA REALIZACIÓN DELENSAYO MARSHALL

Taras de aluminio para mezclar los áridos con el bitumen.

Horno capaz de mantener la temperatura hasta 150 ºC

Espátulas de 4” para manejar los áridos calientes

Pirex de 500 ml. Para calentar y añadir el asfalto.

Termómetro con escala de 0 a 200 ºC, con sensibilidad de 2.8ºC

Balanza de 2000 gr. De capacidad y sensibilidad de 0.1 gr.

Baño con agua hirviendo para sumergir los moldes y el pisón de compactación.

Base de compactación consistente en un trozo de poste cuadrado de madera desección transversal mínima de 15 * 15 cm., con una placa de acero de 1” de grosoren su parte superior, instalada sobre una base rígida de hormigón.

Molde de compactación, compuesto por una placa de base, molde y collar. La placade base y el collar podrán acoplarse a ambos lados del molde propiamente dicho.Las dimensiones del molde son de 4” por 3” de altura.

Soporte del molde, cualquier dispositivo que permita mantener el molde decompactación sobre la base de compactación mientras se está compactando.

Guantes de asbesto para manejar el material caliente.

Pintura o tiza para marcar especimenes.

Papel filtro en círculos de 10 cm de diámetro.

Extractor para sacar los especimenes compactados.

PARA LA DENSIDAD

Balanza de 2000 gr. De capacidad y sensibilidad de 0.1 gr. Con dispositivohidrostático y recipiente adecuado para sumergir los especimenes.

Parafina y pincel ancho para aplicarla.

PARA DETERMINAR LA ESTABILIDAD Y FLUJO

Prensa Marshall mecánica provista de anillo dinamómetro de 0 a 10,000 lb. Capazde aplicar una carga a una velocidad constante de 2” por minuto.

Mordaza de rotura para ensayos de la probetas.


15/32

Medidor de deformación o cualquier otro dispositivo que permite medir lavariación de diámetro de los especimenes durante el ensayo de estabilidad.

Baño de agua de control termostático para sumergir y calentar probetas quemantenga temperatura a 60ºC.

5.3.3.- PROCEDIMIENTO

Se secan los agregados a temperatura ambiente

De acuerdo a la granulometría de los agregados, se prepara una serie de tresespecimenes por lo menos para cada contenido de ligantes bituminosos,considerando que la variación de asfalto será de 0.5 % cada vez, y que se necesitantantas mezclas para que se tengan dos por encima y por debajo del óptimo.

Para determinar el peso de los agregados se considera que el peso conjunto deagregados más asfaltos es de 1100 1300 gr. (en promedio 1200 gr.), distribuyendoel correspondiente de los agregados proporcionalmente a su granulometría.

Se colocan los agregados así preparados en horno hasta 110ºC hasta Peso constante,teóricamente el peso debe ser prácticamente igual al que se colocó inicialmente,dado que previamente los agregados han sido secados.

Considerando un peso promedio de mezcla, se calcula el peso de asfalto que irá encada punto. Se inicia el tanteo con un determinado porcentaje de asfalto, y se vaaumentado el porcentaje en 0.5 % cada vez:

(Peso de C.Asfáltico)% de C.Asfáltico deseado =

(Peso de áridos + Peso de C. Asfáltico)

Se ha usado un Peso Promedio de mezcla de 1200 gr., y se ha empezado el tanteocon un 4.5% de Asfalto (Tabla N° 5.11) :

Tabla N° 5.11.- Cantidad de cemento asfáltico y agregado en la preparación de lasmezclas

% DE CEMENTO ASFALTICO 4.50% 5.00% 5.50% 6.00%

PESO AGREGADOS (gr.) 1146 1140 1134 1128

PIEDRA 1/2" 25.0% 286.5 285 283.5 282

PIEDRA 1/4" 23.0% 263.58 262.2 260.82 259.44

ARENA 52.0% 595.92 592.8 589.68 586.56

PESO C. ASFALTICO (gr.) 54 60 66 72

PESO DE LA MEZCLA (gr.) 1200 1200 1200 1200


16/32

Se pone a calentar el asfalto y las taras con los agregados hasta temperaturaconstante de 130 a 140ºC. No debe mantenerse el ligante a la temperatura demezcla por más de una hora.

Se pesa para cada espécimen de ensayo la cantidad necesaria de agregado en el

recipiente donde se va a efectuar la mezcla, se agita la mezcla de áridos y se formauna cavidad. Se añade la cantidad de asfalto caliente para el porcentaje de cementoasfáltico deseado, y se mezcla bien hasta conseguir una muestra homogénea. Alterminar el mezclado, la temperatura de la mezcla dispuesta para la compactacióndebe estar en el intervalo antes mencionado (130 a 140 ºC). Es convenientemantener lo más exacto posible la temperatura para distintas amasadas en elmomento de la compactación, para obtener resultados uniformes.

El conjunto del molde y la base del martillo compactador se limpia y se calienta atemperatura entre 90 y 140ºC. Colocando el molde de compactación caliente sobrela mesa de trabajo, se coloca un disco de papel filtro de 10 cm. de diámetro sobre la

superficie de la base del molde. Esta labor también se puede desarrollar con elmolde sobre la base de compactación.

Se coloca dentro del molde la mezcla recién amasada, por medio de una espátula,evitando las segregaciones del material, se remueve la mezcla vigorosamente conuna espátula caliente o chucear 15 veces alrededor del perímetro y 10 veces sobreel interior, dando al final una forma redondeada a la superficie, colocándose sobreella un disco de papel filtro.

Se traslada el molde con la mezcla a la base de compactación y se aplica el númerode golpes especificado con el martillo de compactación. Mantener el eje delmartillo de compactación perpendicular a la base del molde durante lacompactación.

Después de apisonar la primera cara se desmonta el collar, se invierte el molde, sevuelve a poner el collar y se aplica el mismo número de golpes de compactación alreverso de la cara del espécimen. Se aplica 75 golpes para cada cara para diseño detráfico pesado. Se procede igual con todos los especimenes.

Después de la compactación, se dejan que enfríen las briquetas en los moldes atemperatura ambiente durante toda la noche, para lo cual se deben de haberidentificado bien de acuerdo al porcentaje de asfalto de la mezcla.

Se remueve la base y se coloca el molde y el collar sobre el extractor de muestras:se coloca el molde con el collar de extensión hacia arriba en la máquina de ensayo,se aplica presión y se fuerza el espécimen dentro del collar de extensión, y selevanta el collar del espécimen. Se transfiere cuidadosamente la briqueta a unasuperficie plana y se le marca su identificación. Lo mismo se hace con todas las

briquetas.


17/32

DETERMINACIÓN DEL PESO ESPECIFICO BULK DE LAS BRIQUETAS

Se anota el peso de la briqueta al aire

Se sumerge la briqueta en un recipiente con parafina caliente. Si es necesario con

un pincel se recubren las zonas mal cubiertas.

Se deja que se enfríe la parafina durante media hora, Se anota el Peso de la briquetamas parafina en el aire a temperatura ambiente, e inmediatamente se sumerge enagua y se anota su peso en agua.

DETERMINACIÓN DE ESTABILIDAD Y FLUJO

Se comprueba el cero del medidor de deformación.

Se sumergen las briquetas en un baño maría a 60ºC por un tiempo entre 30 y 40

minutos.

Se limpian perfectamente las superficies interiores las mordazas de rotura y seengrasan las varillas de guía con una película de aceite de manera que la mordazasuperior se deslice libremente.

Se extrae la briqueta del baño y se seca cuidadosamente la superficie con un paño.Se coloca centrada sobre la mordaza inferior, se monta entonces la mordazasuperior y el conjunto se sitúa centrado en la prensa.

Se monta el medidor de flujo sobre la varilla guía marcada y se comprueba lalectura inicial.

Se aplica entonces la carga a la probeta a velocidad de deformación constante de 2” por minuto hasta que se produce la rotura. El punto de rotura viene definido por lacarga máxima obtenida. La carga necesaria para producir la rotura de la briqueta a60ºC es el valor de la Estabilidad Marshall.

Mientras se está determinando la estabilidad, se mantiene firmemente el medidor dedeformación en su posición sobre la varilla de guía y cuando se llega a la cargamáxima se lee y anota la medida. Esta lectura es el valor de deformación, expresada

en centésimas de pulgada. El proceso desde el momento de sacar la probeta del bañomaría hasta la rotura de la

misma debe realizarse a un tiempo inferior a 30 segundos.

Los valores de la estabilidad de las probetas se corrigen multiplicándolas por loscoeficientes dados en la tabla Nº 5.12


18/32

TABLA Nº 5.12 .- FACTOR DE CORRECCION DE LA ESTABILIDAD

Volumen de la briqueta (cm3) Factor de Corrección200-213214-225

226-237238-250251-264265-276277-289290-301302-316317-328329-340341-353354-367

368-379380-392393-405406-420421-431432-443444-456457-470471-482483-495496-508509-522523-535536-546547-559560-573574-585586-598599-610611-625

5.565.00

4.554.173.853.573.333.032.782.502.272.081.92

1.791.671.561.471.391.321.251.191.141.091.041.000.960.930.890.860.830.810.780.76

Con los valores medios de la Estabilidad corregida, Flujo, Porcentaje de Vacíos de lamezcla, Porcentaje de Vacíos llenos con Cemento Asfáltico, V.M.A. y Peso Específico

bulk, para cada contenido de cemento asfáltico se dibujan los siguientes gráficos:

Porcentaje de Asfalto vs Estabilidad

Porcentaje de Asfalto vs Flujo

Porcentaje de Asfalto vs Porcentaje de Vacíos

Porcentaje de Asfalto vs Peso Específico bulk


19/32

Porcentaje de Asfalto vs V.M.A

Porcentaje de Asfalto vs Porcentaje de Vacíos llenos con C.Asfáltico

En cada gráfico, tomando como referencia los puntos hallados, se traza una línea de trazo

continuo y suave y se obtienen los valores corregidos, leídos sobre la curva, para cadatanto por ciento de asfalto.

En las tablas siguientes se muestran los cálculos y resultados obtenidos así como losgráficos de todas las propiedades Marshall


20/32

FOTO N°5.2 : COMPACTACION DE BRIQUETAS EN EL MARTILLOMARSHALL

FOTO N°5.3 : ENFRIADO DE LAS BRIQUETAS A TEMPERATURA AMBIENTE


21/32

FOTO N°5.4 : EXTRACCIÓN DE LAS BRIQETAS

FOTO N°5.5: PESADO DE LAS BRIQUETAS


22/32

FOTO N°5.6: HORNO PÁRA EL BAÑO MARIA (T=60°C) DE LAS BRIQUETAS

FOTO N°5.7 : PRUEBA MARSHALL DE ESTABLIDAD


23/32

5.3.5.- DETERMINACION DEL CONTENIDO OPTIMO DE ASFALTO

El contenido óptimo de diseño de asfalto en la mezcla final de pavimentación se determinaa partir de los resultados obtenidos. Primero se determina el contenido de asfalto para elcual el contenido de vacíos es de 4 por ciento. Luego procedemos a evaluar todas las

propiedades calculadas y medidas para este contenido de asfalto, comparándolas con losrangos mínimos y máximos permisibles de diseño Marshall, de no cumplir estos criteriosserá necesario hacer algunos ajustes o volver a diseñar la mezcla.

Observamos en la Tabla N°5.13 que un contenido de vacíos de 4% representa lossiguientes valores de las otras propiedades:

Tabla N°5.13.- Resultados Marshall para un porcentaje de vacíos de 4%

CARACTERISTICAS MARSHALL

RESULTADOS ESPECIFICACIONESTRANSITO PESADOMEZCLA ASFÁLTICA

EN CALIENTE M.A.C

% C.A. 5 MIN MAXP.ESPECIFICO (gr/cm3) 2.41 --- ---ESTABILIDAD (Kg.) 965.35 800 X% DE VACIOS (%) 4.13 3 5FLUJO (0.01 plg.) 14 8 14% VMA (%) 16.19 14 X% VACIO LLENO C.A. 74.48 65 75

RIGIDEZ = ESTABILIDAD/FLUJO (kg/cm.) 2714.72 1700 3000

Todos los valores obtenidos para un contenido de vacíos de 4 % cumplen los criterios dediseño Marshall.


24/32

5.4.- DISEÑO POR EL METODO DE ILLINOIS PARA MEZCLAS ASFÁLTICASTIBIAS CON EMULSION(*)

5.4.1.- COMBINACIÓN DE LOS AGREGADOS

La combinación adecuada del agregado que cumpla con las especificaciones degranulometría es 20% piedra de ½”, 28% piedra de ¼” y 52% de arena tal como se muestraen la Tabla N°5.17 y en la Figura N°5.8

5.4.2.- CANTIDAD APROXIMADA DE EMULSION

5.4.2.1.- METODO FRANCES

SE = (1/100)* ( 0.237 G + 1.60 g + 12.85 A + 117.8 F )

Donde:

SE = Area Superficial o Superficie Específica

G = Porcentaje de agregado que pasa sobre el tamiz 3/4 y se retiene en el tamiz N° 04

g = Porcentaje de agregado que pasa sobre el tamiz Nº 04 y se retiene en eltamiz N° 40

A = Porcentaje de agregado que pasa sobre el tamiz Nº 40 y se retiene en eltamiz N° 200

F = Porcentaje de agregado que pasa sobre el tamiz Nº 200

De la Tabla de combinación de los agregados:

G = 100 - 59.16 = 40.84

g = 59.16 – 20 = 39.16

A = 20 – 6.71 = 13.29

F = 6.71

Entonces:

SE = (1/100)* ( 0.237* 40.84+1.60*39.16+12.85*13.29+117.8*6.71 )

SE = 10.33

* Un Manual Básico de Emulsiones Asfálticas. Parte Tres, pág. 157 del Asphalt Institute MS-19,1993.


25/32


26/32

Del gráfico de Duriez ( Fig. 5.9: Superficie Específica Vs %C. Asfáltico)

%C.A. = 5.7 %

5.4.2.2.- METODO DEL INSTITUTO DEL ASFALTO (USA)

P = 0.035 a + 0.045 b + kc + K

Donde:

P = Porcentaje de cemento asfáltico respecto al peso de la mezcla

a = Porcentaje de agregado retenido en el tamiz Nº 10

b = Porcentaje de agregado que pasa sobre el tamiz Nº 10 y se retiene en eltamiz N° 200

c = Porcentaje de agregado que pasa sobre el tamiz Nº 200

k = Toma los siguientes valores:

0.20 Cuando el porcentaje de agregado que pasa sobre el tamiz Nº200 varia del 11% al 15%

0.18 Cuando el porcentaje de agregado que pasa sobre el tamiz Nº200 varia del 06% al 10%

0.15 Cuando el porcentaje de agregado que pasa sobre el tamiz Nº200 es menos del 05%

K = Varia de 0 a 2, dependiendo del grado de absorción de los pétreos.

Alta absorción : K = 2

De la Tabla de combinación de los agregados:

a = 100 – 38.29 = 61.71

b = 38.29 – 6.71 = 31.58

c = 6.71

k = 0.18

K = 0.9

Entonces:

P = 0.035 * 61.71 + 0.045 * 31.58 + 0.18 * 6.71 + 0.9


27/32

P = 5.68 ( % de cemento asfáltico respecto al peso de la mezcla)

Por regla de tres simple obtenemos el % de Cemento Asfáltico:

100 – 5.68 100 %

5.68 X

X = 6% DE C. ASFALTICO

5.4.2.3.- METODO DE LA SECRETARIA DE ASENTAMIENTOS HUMANOS YOBRAS PUBLICAS (SAHOP).- MEXICO

P = (n/100)* ( 0.41 G + 2.05 g + 15.38 A + 53.3 F )

Donde:

P = Porcentaje de cemento asfáltico mínimo para cubrir el pétreo, respecto al peso del árido.

G = Porcentaje de agregado que pasa sobre el tamiz 3/4 y se retiene en el tamiz N° 04

g = Porcentaje de agregado que pasa sobre el tamiz Nº 04 y se retiene en eltamiz N° 40

A = Porcentaje de agregado que pasa sobre el tamiz Nº 40 y se retiene en eltamiz N° 200

F = Porcentaje de agregado que pasa sobre el tamiz Nº 200

n = Indice asfáltico piedra chancada, gravas angulosas trituradas de baja absorción: n=0.60

De la Tabla de combinación de los agregados:G = 100 - 59.16 = 40.84

g = 59.16 – 20 = 39.16

A = 20 – 6.71 = 13.29

F = 6.71

n = 0.60


28/32

Entonces:

P = (0.60/100)* (0.41* 40.84+2.05*39.16+15.38*13.29+53.3*6.71 )

P = 3.95

5.4.2.4.- PROMEDIO DE LOS TRES METODOS

X = ( 5.7 + 6 + 3.95 ) / 3 = 5.21 % de cemento asfáltico

Como el residuo de la emulsión de rotura media es 0.65, el Porcentaje de emulsión será:

% de Emulsión = 5.21 / 0.65 = 8%

5.4.3.- ENSAYO DE RECUBRIMIENTO

Este ensayo se realizó usando el contenido tentativo de emulsión y el intervalo de agua de premezcla varió entre 0 y 3%. De estas mezclas se escogió el valor de 0% como agua de premezcla, porque nos produce un recubrimiento mayor al 50% y a la vez se observa quecon esta cantidad de agua la mezcla tiene mejor recubrimiento que las otras mezclas condiferentes contenidos de agua.

Los cálculos y resultados se muestran a continuación en la Tabla N° 5.18 y en la Figura N°5.9


29/32

5.4.4.- CONTENIDO OPTIMO DE AGUA EN LA COMPACTACION

Las muestras fueron compactadas variando los contenidos de agua de compactación entre0% y 1%, y curadas durante 24 horas.

Los cálculos y resultados se muestran en la Tabla N° 5.19

Solo se hizo briquetas hasta con el 1% de agua de compactación porque se apreciaba que latendencia de la densidad de las muestras era a disminuir, tal como se muestra en el grafico5.10

Del gráfico N° 5.10 “Peso Unitario Vs Contenido de Humedad de Compactación”, seobserva que para 0% de humedad se obtiene el punto más alto en la curva. Con este valorde contenido de humedad se compactarán las siguientes muestras para el Ensayo MarshallModificado.

5.4.5.- VARIACIÓN DEL CONTENIDO DE ASFALTO RESIDUAL

Se compactaron muestras a contenidos de asfalto residual variables, que varían entre 4.5,5.0, 5.5, 6.0 % en porcentaje en peso del agregado seco.

El procedimiento utilizado es el Marshall Modificado, descrito anteriormente, con ladiferencia que ahora los agregados no serán calentados hasta una temperatura de 150ºCsino solamente hasta 70ºC, lo mismo que la emulsión.

Tabla N° 5.20.- Cantidad de emulsión y agregado en la preparación de las mezclas

% DE CEMENTO ASFALTICO 4.50% 5.00% 5.50% 6.00%

% DE EMULSION (%C.A / 0.65) 6.92 % 7.69% 8.46% 9.23%

PESO AGREGADOS (gr.) 1116.92 1107.69 1098.46 1089.23

PIEDRA 1/2" 20.0% 223.38 221.54 219.69 217.85

PIEDRA 1/4" 28.0% 312.74 310.15 307.57 304.98

ARENA 52.0% 580.80 576.00 571.20 566.4

PESO DE LA EMULSION (gr.) 83.08 92.31 101.54 110.77

PESO DE LA MEZCLA (gr.) 1200 1200 1200 1200


30/32

FOTO N°5.8 : ENSAYO DE RECUBRIMIENTO

FOTO N°5.9 : CONTENIDO OPTIMO DE AGUA EN LA COMPACTACION


31/32


32/32

5.4.6.- DETERMINACION DEL CONTENIDO OPTIMO DE EMULSION

Con los valores medios de la Estabilidad corregida, Flujo, Porcentaje de Vacíos de lamezcla, Porcentaje de Vacíos llenos con Cemento Asfáltico, V.M.A. y Peso Específico

bulk, para cada contenido de cemento asfáltico se dibujan los siguientes gráficos:

Porcentaje de Asfalto vs Estabilidad

Porcentaje de Asfalto vs Flujo

Porcentaje de Asfalto vs Porcentaje de Vacíos

Porcentaje de Asfalto vs Peso Específico Bulk

Porcentaje de Asfalto vs V.M.A

Porcentaje de Asfalto vs Porcentaje de Vacíos llenos con c. asfáltico

En cada gráfico, tomando como referencia los puntos hallados, se traza una línea de trazocontinuo y suave y se obtienen los valores corregidos, leídos sobre la curva, para cadatanto por ciento de asfalto.

A partir de los resultados obtenidos vamos a determinar el contenido de asfalto para el cualun contenido de vacíos promedio dentro del rango permisible ( este sería 10% pero vamosa optar por escoger 9% como contenido de vacíos) ya que evaluando las demás

propiedades tendremos un valor mas alto de Estabilidad con una rigidez de la mezcladentro del punto medio de valores permisibles, además que los demás valores tambiéncumplen los criterios de diseño Marshall, tal como se muestra a continuación en la Tabla

N° 5.25

Tabla N°5.25.- Resultados Marshall para un porcentaje de vacíos de 9%

CARACTERISTICAS MARSHALL

RESULTADOSESPECIFICACIONESTRANSITO PESADO

MEZCLAASFÁLTICA

Tibias con emulsion M.A.E.T

% C.A. 5.5 MIN MAX% EMULSION 8.46P.ESPECIFICO (gr/cm3) 2.34 --- ---ESTABILIDAD (KG.) 909.31 800 X% DE VACIOS (%) 8.87 3 18FLUJO (0.01 plg.) 15.5 8 18% VMA (%) 19.2 14 X% VACIO LLENO C.A. 66.99 65 75

RIGIDEZ = ESTABILIDAD/FLUJO (kg/cm.) 2309.66 1700 3000

tabla pavimentos

Documents