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  1. 1. UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA M.Sc. SILENE MINAYA GONZÁLEZ Universidad Ricardo Palma, Universidad Alas Peruanas silenemg yahoo.com M.Sc. e ING. ABEL ORDÓÑEZ HUAMÁN Universidad Nacional de Ingeniería ohabel yahoo.com SEGUNDA EDICIÓN LIMA, 2006 Difundido por: ICG - Instituto de la Construcción y Gerencia www.construccion.org.pe / Email: icg@icg.org.pe / Telefax: 421-7896
  2. 2. DISEÑO MODERNO de Pavimentos Asfálticos Difundido por: ICG - Instituto de la Construcción y Gerencia www.construccion.org.pe / Email: icg@icg.org.pe / Telefax: 421-7896
  3. 3. Dedicatoria A nuestros hijos Fernando y Gabriela Difundido por: ICG - Instituto de la Construcción y Gerencia www.construccion.org.pe / Email: icg@icg.org.pe / Telefax: 421-7896
  4. 4. CAPITULO 1: INTRODUCCIÓN 1.1 Introducción En la ingeniería de pavimentos se han incorporado nuevos conceptos como esfuerzos, deformación, módulo elástico, comportamiento resiliente, etc. que deberá ser conocidos por el lector. En el presente capítulo se definirán algunos de estos conceptos y los otros serán explicados en capítulos especiales. 1.2 Estructura del Pavimento Asfáltico La estructura que se apoya sobre el terreno de fundación o subrasante, y que esta conformado por capas de materiales de diferentes calidades y espesores, que obedecen a un diseño estructural, se denomina pavimento. La estructura del pavimento está destinada a soportar las cargas provenientes del tráfico. Tradicionalmente, los métodos de diseño de pavimentos, han sido empíricos; es decir, que la experiencia representaba un papel importante. Se requería que el ingeniero tuviese muchos años en el área para, de alguna manera, poder interpretar los resultados de las investigaciones de campo y realizar el diseño. Los pavimentos asfálticos están conformados por una carpeta asfáltica apoyada generalmente sobre dos capas no rígidas, la base y sub base. No obstante puede prescindirse de cualquiera de estas capas dependiendo de las necesidades particulares del proyecto. La distribución típica de las capas que conforman la estructura del pavimento se grafican en la figura 1.1. rasante Base subrasante Sub base Terreno de fundación Terreno de fundación sin compactar Figura 1.1: Estructura Típica de Pavimentos Asfálticos Difundido por: ICG - Instituto de la Construcción y Gerencia S. MINAYA & A. ORDOÑEZ www.construccion.org.pe / Email: icg@icg.org.pe / Telefax: 421-7896
  5. 5. Diseño Moderno de Pavimentos Asfálticos Introducción La carpeta asfáltica o capa de rodamiento proporciona una superficie uniforme y estable al tránsito, de textura y color adecuado, que debe resistir los efectos abrasivos provenientes del tránsito y del medio ambiente. La nueva Guía de Diseño empírico-mecanístico AASHTO 2002 recomienda que el módulo elástico de la carpeta se evalúe con el Módulo Complejo Dinámico, E*, que será detallado en los siguientes capítulos. Sin embargo, podemos mencionar que la carpeta es una capa muy rígida con valores altos de módulo. El método de diseño AASHTO 1993 considera como parámetro de diseño de la carpeta asfáltico el módulo resiliente, para mezclas asfálticas en caliente estos valores varían de 400,000 a 450,000 psi (28,000 a 32,000 kg/cm2) a 20ºC. La capa de base, generalmente granular, es una capa que se apoya sobre la sub base. La función de esta capa es transmitir los esfuerzos provenientes del tráfico, a la sub base y subrasante. Los requisitos de calidad de agregados de base son muy rigurosos. Esta capa está conformada por grava chancada, compactada al 100% de la máxima densidad seca del ensayo proctor modificado. El módulo elástico de la base se evalúa con el módulo resiliente, MR. Una base granular con CBR del 100% tiene aproximadamente un valor MR de 30,000 psi (2,100 kg/cm2). La sub base, es una capa que según el diseño puede o no colocarse. Se apoya sobre la subrasante y los requisitos de calidad de los materiales que la conforman son menos rigurosos, la razón de esto es que los esfuerzos verticales que se transmiten a través de las capas de pavimentos son mayores en la superficie y van disminuyendo a medida que se profundizan. La sub base es la capa de material seleccionado, más profunda de la estructura del pavimento, razón por la que los materiales que la conforman cumplen requisitos menos rigurosos. El módulo elástico de la sub base se evalúa con el módulo resiliente, MR. Una sub base granular con CBR del 40% (CBR mínimo para sub bases granulares, según las Especificaciones Técnicas Generales para Construcción de Carreteras EG-2000, Ministerio de Transportes, Comunicaciones, Vivienda y Construcción, Oficina de Control de Calidad) tiene un MR de 17,000 psi (1,200 kg/cm2). El terreno de fundación puede estar conformado por un terraplén (caso de rellenos) o terreno natural en el caso de cortes, para ambos casos, la cota geométrica superior se denomina subrasante. El módulo elástico asociado al terreno de fundación es el módulo resiliente, este parámetro ha sido ampliamente investigado por las diferentes agencias de transportes de los Estados Unidos, correlacionándolo con el CBR. En los siguientes capítulos se detallarán los métodos que permiten determinar adecuadamente este valor. Pero podemos mencionar, que el CBR de suelos compactados (como es el caso de terraplenes) y de suelos granulares densos (como el conglomerado de Lima) están asociados al 100% de la máxima densidad seca del proctor modificado; sin embargo, el CBR de subrasantes arenosas y limo arcillosas no puede asociarse a este valor, porque su densidad de campo está muy por debajo de la máxima densidad seca y su humedad natural es mayor que el óptimo contenido de humedad. En este último caso el CBR se obtiene de muestras inalteradas 1 . A. Ordóñez y S. Minaya, CBR de Subrasantes Arenosas y Limoarcillosas. 11º CILA 2001 Lima; XIII Congreso Nacional de Ingeniería Civil, Puno 2001; IV Congreso Ecuatoriano de Mecánica de Suelos e Ingeniería Geotécnica, Guayaquil 2001. 1 Difundido por: ICG - Instituto de la Construcción y Gerencia S. MINAYA & A. ORDOÑEZ www.construccion.org.pe / Email: icg@icg.org.pe / Telefax: 421-7896 2
  6. 6. Diseño Moderno de Pavimentos Asfálticos Introducción 1.3 Comportamiento Elástico El parámetro que evalúa las deformaciones ante cargas estáticas es el Módulo Elástico E. El módulo elástico relaciona los esfuerzos aplicados y las deformaciones resultantes. Un ejemplo es la zapata, el nivel de esfuerzos aplicados al suelo a través de la zapata es mínimo lo que originará que el suelo se deforme, pero esta deformación no lo llevará a su condición de falla. La teoría elástica permite determinar el módulo elástico del suelo mediante ensayos de campo y laboratorio, como en ensayos de compresión edométrica, triaxial, CBR, placa de carga entre otros. En un ensayo triaxial, a una muestra de suelo se le aplica un confinamiento promedio inicial ( c) para luego aplicarle el esfuerzo axial q. La presión transmitida al suelo es permanente y baja, lo que llevará a que la deformación sea elástica. Gráficamente existente una relación lineal entre la presión transmitida y la deformación, la pendiente de la recta mostrada es el módulo elástico. Para el caso de cimentaciones el asentamiento permisible es de 2.5 cm. q q Carga estática permanente c E Terreno de fundación Ensayo de laboratorio a e Donde: c q e a Esfuerzo de confinamiento Presión axial Deformación elástica Deformación axial Figura 1.2: Comportamiento elástico Es posible extender la teoría elástica a los ensayos de C.B.R. utilizando los resultados de la prueba de carga asociados a asentamientos característico de 0.1 pulgada. Para ello, se deberá utilizar la solución que ofrece la teoría elástica para el cálculo de asentamiento que ocurre cuando se tiene una superficie circular rígida cargada sobre un medio semi-infinito (Poulos y Davis, 1974). = /2 (1- 2) pr/E Difundido por: ICG - Instituto de la Construcción y Gerencia S. MINAYA & A. ORDOÑEZ www.construccion.org.pe / Email: icg@icg.org.pe / Telefax: 421-7896 3
  7. 7. Diseño Moderno de Pavimentos Asfálticos Introducción donde: : Asentamiento : Relación de Poisson : Presión aplicada : Radio del área cargada : Módulo elástico p r E Considerando un asentamiento característico de 0.1 pulgada; un valor de =0.40; radio equivalente a un área circular cargada de 3 pulg2 y la presión aplicada en función del valor CBR, se obtienen las siguientes relaciones 2 : E = 139.7CBR ; E en libra/pulg2 E = 9.83CBR ; E en kg/cm2 Entonces, es posible obtener valores de módulos elásticos, E a partir del valor CBR asumiendo un comportamiento del medio como elástico, uniforme e isotrópico. 1.4 Comportamiento Elasto-Plástico En pavimentos la carga transmitida es móvil, es decir, el suelo experimenta ciclos de carga y descarga. Para un mejor entendimiento se analizará el caso de un ciclo (1 carga y 1 descarga). Cuando el vehículo se aproxima al punto de análisis A, el terreno de fundación se empieza a deformar, esta deformación se hace máxima cuando el vehículo se encuentra exactamente sobre el punto A, en ese momento conocemos la deformación total. Sin embargo, cuando el vehículo se aleja el suelo trata de recuperar su posición inicial pero no lo consigue. La deformación no recuperable se denomina deformación plástica y la deformación recuperable es la deformación elástica. El suelo ha experimentado plastificación. Veloc. Carga móvil, q Pavimento A tiempo Terreno de fundación 2 A. Ordóñez y S. Minaya, CBR de Subrasantes Arenosas y Limoarcillosas, 2001. Difundido por: ICG - Instituto de la Construcción y Gerencia S. MINAYA & A. ORDOÑEZ www.construccion.org.pe / Email: icg@icg.org.pe / Telefax: 421-7896 4
  8. 8. Diseño Moderno de Pavimentos Asfálticos Introducción q q etotal ?? v ep ee ep : deformación plástica, permanente, no recuperable ee : deformación elástica, temporal, recuperable Figura 1.3: Comportamiento elasto-plástico, un ciclo carga-descarga El terreno de fundación soporta muchos ciclos de carga-descarga, las deformaciones plásticas se van acumulando y las deformaciones elásticas se van haciendo constantes. Cuando el suelo no acumula más deformaciones plásticas ya se consolidó para ese nivel de cargas. La pendiente de la recta al final de esta etapa se denomina módulo resiliente, Mr. El módulo resiliente representa el comportamiento elástico final del suelo. q Mr q Carga móvil, q q ee Mr tiempo e ep ee MR : Módulo Resiliente representa el comportamiento elástico final, residual ep : Las deformaciones plásticas son acumulables e influyen en el comportamiento del pavimento Figura 1.4: Comportamiento elasto-plástico, varios ciclos carga-descarga El módulo resiliente ha sido correlacionado con el valor de la capacidad de soporte del suelo CBR, y ha sido usado como parámetro de diseño pero no se ha percibido que éste representa una condición particular del suelo. Difundido por: ICG - Instituto de la Construcción y Gerencia S. MINAYA & A. ORDOÑEZ www.construccion.org.pe / Email: icg@icg.org.pe / Telefax: 421-7896 5
  9. 9. Diseño Moderno de Pavimentos Asfálticos Introducción El reciente método de diseño de pavimentos (AASHTO 2002) considera que ninguna de las capas que componen la estructura del pavimento debe tener deformaciones plásticas, sobre todo en la capa más débil. El terreno de fundación aporta en gran medida en las deformaciones de la estructura que no deben exceder de 1mm. se recomienda que todos los suelos con CBR menor de 8 a 10% deben ser estabilizados. La última versión del catálogo Francés, 1998, clasifica los suelos del terreno de fundación en 4 tipos denominados PF1 (cuya capacidad de soporte es baja) a PF4 (elevada capacidad de soporte, generalmente tratada). El catálogo de 1998, no considera la construcción de estructuras sobre suelos del tipo PF1, por considerarlos de calidad insuficiente para garantizar la durabilidad de la estructura. Los suelos clasificados como PF1 son aquellos con CBR menor que 7% y los suelos PF4 son los que tienen CBR mayor que 30 a 40%. Suelos intermedios son el PF2 cuyo CBR está entre 7 y 20%; y los suelos PF3 con CBR entre 20 y 30 a 40%. La construcción de las capas compactadas se controlan con la Viga Benkelman. Las deflexiones máximas, recomendadas por el catálogo Francés de 1998 están en función del módulo del ensayo de placa cíclico y tipo de terreno de fundación, como se muestra en la tabla 1.1. Para suelos arcillosos tratados con cal las deflexiones máximas se muestran en la tabla 1.2. Tabla 1.1: Requisito de deformabilidad en el momento de la construcción de la obra, para capas de refuerzo o fundación no tratada (Catálogo Francés de 1998) Clasificación del suelo Módulo de deformabilidad Deflexión máxima en mm, en MPa (ensayo de placa) viga Benkelman PF2 50 2.0 PF3 120 0.9 PF4 200 0.5 Tabla 1.2: Requisito de deformabilidad en el momento de la construcción de la obra, para suelos arcillosos tratados con cal (Catálogo Francés de 1998) Clasificación del suelo PF2 PF3 PF4 Deflexión máxima en mm, viga Benkelman Tratamiento sólo con Tratamiento con cal y cal cemento 1.20 0.80 0.80 0.60 -.0.50 Difundido por: ICG - Instituto de la Construcción y Gerencia S. MINAYA & A. ORDOÑEZ www.construccion.org.pe / Email: icg@icg.org.pe / Telefax: 421-7896 6
  10. 10. Diseño Moderno de Pavimentos Asfálticos Introducción 1.5 Ensayo del módulo resiliente para suelos El ensayo del módulo resiliente es similar a un ensayo triaxial, se aplica un esfuerzo desviador cíclico a la muestra previamente confinada. El esfuerzo desviador está en función de la velocidad, carga y confinamiento. La norma AASHTO T274 que estandariza el ensayo del módulo resiliente, en su última revisión de 1999, considera que el especimen puede alcanzar una deformación máxima de 5%. Si la muestra tiene valores mayores de deformación, el módulo resiliente ya no es representativo. El esfuerzo desviador está en función de la velocidad directriz de la vía. Si el vehículo se desplaza lentamente, como en zonas agrestes de fuerte pendiente (carretera central, velocidad entre 10 a 20 km/h), el terreno de fundación podrá deformarse mucho más que en el caso el vehículo circulase rápidamente. Figura 1.5: Celda triaxial cíclico ensayo de resiliencia. Difundido por: ICG - Instituto de la Construcción y Gerencia S. MINAYA & A. ORDOÑEZ www.construccion.org.pe / Email: icg@icg.org.pe / Telefax: 421-7896 7
  11. 11. Diseño Moderno de Pavimentos Asfálticos Introducción Cuando la carga aplicada es lenta, el módulo resiliente, Mr, se acerca al módulo elástico, E. El ensayo de módulo resiliente se realiza para las condiciones a las que estará sometida la vía. q v <> 80 KPH Mr v=0 Mr <> 10 E E deformación 1.6 Proyectos de Investigación En el año 1987 en los EE.UU. se destinó 150 millones de dólares para un proyecto de investigación que agrupó especialistas de diferentes áreas, denominado SUPERPAVE, Superior Performance Pavement. Este proyecto pretendía reemplazar las metodologías empíricas, utilizadas hasta entonces, con metodologías mecanísticas; es decir, aquella que utiliza los conceptos de la mecánica estructural. El proyecto abarcó la evaluación de los agregados y ligantes asfálticos. La fortaleza de este método radica en la apropiada evaluación mecánica del ligante asfáltico. Con este método el ligante asfáltico se evalúa a las temperaturas críticas o extremas de servicio y deja de evaluarse con pruebas empíricas, como el de penetración. Por otro lado, una gran parte de la red nacional se ubica por encima de los 3,000 m.s.n.m. y los pavimentos ubicados en estas zonas al sufrir el efecto de las bajas temperaturas se agrietan de manera prematura. El Stone Mastic Asphalt, SMA, de origen alemán de los años 60 ha permitido dar solución a los problemas de tránsitos pesados y climas fríos, de las carreteras en Europa y últimamente en los EE.UU. y Canadá. El concepto de diseño SMA se basa en una estructura granular donde predomina el contacto piedra-piedra el mismo que le provee de alta resistencia cortante, baja deformación permanente o “rutting” y considera un buen porcentaje de ligante que le da una excelente durabilidad. Las características del comportamiento mecánico de la mezcla asfáltica se alcanzan utilizando una granulometría incompleta (”gap-graded aggregate”) combinada con fibra y/o polímeros modificados y un mayor contenido de ligante. El comportamiento del SMA es actualmente calificado en los EE.UU. y Canadá como de excelente bajo tráfico pesado e intenso y climas fríos, bajo costo de mantenimiento y una duración que alcanza los 30 años de vida de servicio. Recientemente, las metodologías mecanísticas se han extendido en su aplicación, al diseño estructural del pavimento, incorporando los conceptos de la teoría elástica. El método de diseño AASHTO 2002 permite evaluar la estructura de pavimento en función de los esfuerzos Difundido por: ICG - Instituto de la Construcción y Gerencia S. MINAYA & A. ORDOÑEZ www.construccion.org.pe / Email: icg@icg.org.pe / Telefax: 421-7896 8
  12. 12. Diseño Moderno de Pavimentos Asfálticos Introducción transmitidos, las deflexiones generadas y el aporte estructural de cada capa que compone la estructura. 1.7 Esfuerzos más Importantes producidos en la Estructura del Pavimento Asfáltico La estructura típica del pavimento en nuestro medio está formada por carpeta asfáltica y capas de material seleccionado colocadas sobre subrasante compactada y subrasante natural, el objetivo es distribuir las cargas provenientes del tránsito, de manera que las presiones verticales a nivel de fundación sean menores a las admisibles por la estructura del pavimento. La llanta no sólo genera esfuerzos verticales sino también esfuerzos horizontales. En una estructura típica de pavimento (carpeta asfáltica, base y sub base granular) los esfuerzos horizontales se disipan a través de la carpeta asfáltica, pasando de un valor positivo en la superficie a uno negativo en su fibra inferior. Los esfuerzos así generados producen fisuras que luego se reflejarán en la superficie. La figura 1.6 muestra la distribución de esfuerzos horizontales ( H) y verticales ( V) de pavimentos típicos. Dos de las principales fallas que se producen en el pavimento están asociadas a las deformaciones excesivas a nivel de la sub-rasante, reflejando el comportamiento del terreno de fundación y la deformación por tracción, asociado al agrietamiento. (+) Carpeta Base granular - ( ) v H Sub base granular Suelo compactado Fundación Figura 1.6: Esquema de la Distribución de Esfuerzos en Pavimentos Típicos El esquema de distribución de esfuerzos en una estructura de pavimentos con base y/o sub base estabilizada se muestra en la figura 1.7. La carpeta asfáltica está sometida solamente a esfuerzos de compresión, mientras los esfuerzos de tracción son absorbidos por la base estabilizada. Difundido por: ICG - Instituto de la Construcción y Gerencia S. MINAYA & A. ORDOÑEZ www.construccion.org.pe / Email: icg@icg.org.pe / Telefax: 421-7896 9
  13. 13. Diseño Moderno de Pavimentos Asfálticos Introducción (+) Carpeta H - ( ) Base v Estabilizada Sub base Figura 1.7: Distribución de Esfuerzos en Pavimentos con Base y/o Sub Base Estabilizada. Fundación Desde este punto de vista el ensayo de tracción indirecta y el respectivo parámetro como es el módulo de resiliencia no representa el comportamiento mecánico de la carpeta asfáltica, así, un ensayo de compresión confinada cíclica será representativo del comportamiento mecánico. Witczak y otros, de la Universidad de Arizona, proponen evaluar el Módulo Dinámico Complejo, obtenido de ensayos de compresión triaxial cíclico. La Guía de Diseño de Pavimentos AASHTO 2002 recomienda el uso de este parámetro. El módulo dinámico, E* también ha surgido como el principal candidato para el Simple Performance Test – Superpave, que predice las deformaciones permanentes y agrietamientos fatiga en pavimentos asfálticos 64 . Difundido por: ICG - Instituto de la Construcción y Gerencia S. MINAYA & A. ORDOÑEZ www.construccion.org.pe / Email: icg@icg.org.pe / Telefax: 421-7896 10
  14. 14. CAPITULO 2: SUELO DE FUNDACIÓN 2.1 Método de Exploración de Campo del Terreno de Fundación En la ejecución de cualquier proyecto u obra de ingeniería civil es necesario realizar la exploración del lugar, como parte de un programa de investigaciones geotécnicas, el mismo que involucra aspectos de geología y mecánica de suelos. Del tamaño y tipo del proyecto, dependerán las consideraciones del programa de exploración. Las etapas de la exploración de campo son: 1. Trabajo Preliminares de Gabinete: Es la recopilación de la información del lugar como mapas, fotografías, estudios anteriores, etc. 2. Exploración detallada del sitio y muestreo: Levantamiento estratigráfico y mineralogía de los estratos rocosos y condiciones del subsuelo, mediante la ejecución de pozos de prueba denominados “calicatas” se identifican los estratos que conforman la subrasante y se mide la densidad natural del estrato más desfavorable. Se debe identificar las condiciones de agua subterránea y toma de muestra para exámenes más detallados y ensayos de laboratorio. 3. Pruebas de laboratorio con las muestras: Ensayos con muestras alteradas y no alteradas representativas de la estratigrafía. Ensayos estándar con fines de caracterización física de suelos y clasificación, así como ensayos especiales para determinar su capacidad de soporte. 4. Ensayos in situ: Ensayos llevados a cabo en el propio lugar, ya sea antes o durante el proceso de construcción; controles de compactación de campo, ensayos de penetración ligera con DPL, etc. 5. Reporte de resultados: Detalles de estudio geológico, perfiles estratigráfico y mapeado de los resultados de penetración ligera, resultados de las pruebas de laboratorio, incluyendo los registro de excavaciones, referencias de muestras e interpretaciones estratigráficas. 2.2 Alcance de la Exploración del Sitio La información generada por la exploración del lugar está relacionada con los depósitos superficiales de rocas y suelos. El objetivo consiste en obtener un modelo tridimensional del lugar, que se extienda tanto lateral como verticalmente, para incluir todos los estratos que puedan llegar a afectarse por las cargas transmitidas al subsuelo, producidas por la construcción de la vía. Los esfuerzos significativos transmitidos por las cargas del tránsito alcanzan hasta 1.5 m de profundidad. Difundido por: ICG - Instituto de la Construcción y Gerencia S. MINAYA & A. ORDOÑEZ www.construccion.org.pe / Email: icg@icg.org.pe / Telefax: 421-7896
  15. 15. Diseño Moderno de Pavimentos Asfálticos Suelo de Fundación Los ensayos de penetración y calicatas deben efectuarse cada 500 m en caso de carreteras y cada 100 m cuando la vía es urbana 1 . En condiciones uniformes y homogéneas, las calicatas se pueden espaciar a varios kilómetros. En condiciones de variaciones laterales o verticales la separación se reduce, con el objetivo de identificar la zona en la que cambian las condiciones de sitio. La profundidad de exploración está relacionada con la transmisión de los esfuerzos, el alcance máximo de una calicata o ensayo de penetración ligera es hasta 1.50 m con respecto al nivel de subrasante. 2.3 Excavaciones a Cielo Abierto (calicatas) y Uso de Posteadoras Manuales Las calicatas (foto 2.1) son realizadas en la mayoría de los suelos, la presencia del nivel freático puede ser una de las limitaciones de este tipo de exploración. Tienen la ventaja de que se pueden realizar a mano o con una excavadora mecánica, y de exponer la sucesión de estratos para facilitar su inspección visual. No existen desventajas para este tipo de exploración. La ejecución de las calicatas requiere un conocimiento de los suelos encontrados, la identificación visual es muy importante durante esta etapa. Las muestras pueden tomarse manualmente del fondo y de las paredes laterales de la calicata. Las calicatas permiten extraer muestras inalteradas que serán remoldeadas en el laboratorio, también permite obtener muestras inalteradas que serán protegidas para que no pierdan humedad natural y se pueden realizar ensayos de densidad in situ. El barrenador manual (foto 2.2), posteadoras del tipo Iwan Auger es una herramienta manual muy simple que se usa para perforaciones o sondajes en suelos blandos hasta una profundidad de 5 a 6 m. La forma usual es un barrenador para arcilla semicilíndrica de 10 cm. de diámetro, unido por medio de una serie de varillas de extensión de 1m a un mango en forma de cruceta que se hace girar manualmente desde la superficie. Las cucharas acopladas en el extremo para extraer muestras tienen diseño especial cuando se trate de suelos puramente cohesivos (arcillas) o friccionantes (arenas). Las posteadoras constituyen un método muy sencillo, económico y rápido de realizar perforaciones en suelos que no contengan presencia de gravas. 2.4 Ensayo de Penetración Ligera con Cono, DPL Se utiliza el Cono Ligero Alemán (foto 2.3) de acuerdo a la Norma DIN 4094 incorporado en la Norma Técnica E0.50 de Suelos y Cimentaciones. Dado que el Cono Alemán transmite la misma cantidad de energía específica que el Ensayo de Penetración Standard S.P.T. - ASTM D 1586, según la Norma DIN, no es necesario utilizar correlaciones para la interpretación de los resultados, ya que el valor numérico de NSPT es similar al valor NDPL. 1 Especificaciones Técnicas del Ministerio de Transportes, Comunicaciones, Vivienda y Construcción. Difundido por: ICG - Instituto de la Construcción y Gerencia S. MINAYA & A. ORDOÑEZ www.construccion.org.pe / Email: icg@icg.org.pe / Telefax: 421-7896 13
  16. 16. Diseño Moderno de Pavimentos Asfálticos Suelo de Fundación Foto 2.1: Calicata Foto 2.2: Posteadora manual Iwan Auger El equipo de cono ligero consiste de un cono de punta cónica de 90 y 2,2 cm. de diámetro. El martillo pesa 10 kg. y la altura de caída es de 50 cm. El valor NDPL corresponde al número de golpes para conseguir 10 cm. de penetración. El ensayo es continuo y se registran valores cada 10 cm. de profundidad. Fundamentalmente, el ensayo de penetración ligera es un ensayo de resistencia. Los problemas asociados a pavimentos son de deformabilidad, el suelo estará muy por debajo de los niveles de falla. Aunque el ensayo de penetración ligera es un ensayo de resistencia, se recomienda usarlo para exploraciones con fines de pavimentación, porque permite identificar, mediante la variación del valor NDPL, los espesores y densidad relativa de los estratos que conforman la subrasante. Difundido por: ICG - Instituto de la Construcción y Gerencia S. MINAYA & A. ORDOÑEZ www.construccion.org.pe / Email: icg@icg.org.pe / Telefax: 421-7896 14
  17. 17. Diseño Moderno de Pavimentos Asfálticos Suelo de Fundación La principal limitación del ensayo es la presencia de gravas en el subsuelo que altera los resultados o en el peor de los casos impide el ensayo. Foto 2.3: Ensayos de penetración ligera con cono A continuación relaciones empíricas entre el ángulo de fricción , densidad relativa y peso unitario de suelos granulares normalmente consolidados Relaciones Empíricas de , Dr, y Peso Unitario de los Suelos Granulares Normalmente Consolidados basados en Ensayos SPT para Profundidades menores de 6m. Descripcion Densidad Relativa, Dr SPT N70 Fino 0.075-0.425 mm Medio 0.425-2.000 mm Grueso 2.000-4.750 mm : Fino Medio Grueso 3 d (gr/cm ) 0 Medio Muy Suelto Suelto 0.15 0.35 0.65 1-2 2-3 3-6 3-6 4-7 5-9 7-15 8-20 10-25 26-28 27-28 28-30 1.2-1.4 28-30 30-32 30-34 1.4-1.6 30-34 32-36 33-40 1.6-1.8 Difundido por: ICG - Instituto de la Construcción y Gerencia S. MINAYA & A. ORDOÑEZ www.construccion.org.pe / Email: icg@icg.org.pe / Telefax: 421-7896 15
  18. 18. Diseño Moderno de Pavimentos Asfálticos Suelo de Fundación La resistencia a la penetración del ensayo de DPL puede ser correlacionado con el módulo elástico del suelo. Ordóñez y Jurado 2000. Arenas Secas (*) E = 75+2.5N (**) E = 50+1.7N Arenas Humedecidas E = 55+1.7N E = 25+0.85N (*) Arenas de El Silencio, punta Hermosa. (**)N es el número de golpes/10 cm de penetración, E en kg/cm2. 2.5 Muestreo de Suelos, obtención de Muestras Inalteradas y Alteradas Existen dos categorías principales de muestras de suelos: 2.5.1 Muestras Inalteradas Se preserva, en la medida de lo posible, la estructura y el contenido de humedad para que representen las condiciones de campo, las muestras inalteradas son necesarios para ensayos de CBR en suelos finos como por ejemplo las arcillas, arenas limosas o arcillosas. Las muestras inalteradas se extraen con los moldes de CBR y un accesorio de este, que permite cortar el suelo. Se protege y traslada al laboratorio para su inmediato ensayo, el CBR así calculado, estará asociado a la densidad y humedad natural. Foto 2.4. Foto 2.4: Molde de CBR y accesorio Difundido por: ICG - Instituto de la Construcción y Gerencia S. MINAYA & A. ORDOÑEZ www.construccion.org.pe / Email: icg@icg.org.pe / Telefax: 421-7896 16
  19. 19. Diseño Moderno de Pavimentos Asfálticos Suelo de Fundación Si el suelo está conformado por arenas y es difícil conseguir una muestra inalterada, se recomienda medir la densidad de campo y tomar una muestra para humedad, de manera que en el laboratorio se remolde los especimenes. 2.5.2 Muestras Alteradas Las muestras alteradas se usan para la identificación del suelo y para pruebas de clasificación y calidad a medida que se recolectan, las muestras se introducen en recipientes de vidrio o plásticos y se sellan, también se pueden usar latas o bolsas de plásticos. Se debe tomar una porción de 100 kg. aproximadamente para realizar los ensayos de proctor modificado y CBR en muestras remoldeadas al óptimo contenido de humedad, para determinar el CBR de diseño para subrasantes granulares, materiales de sub base y base granulares. 2.6 Identificación Visual y Manual de Muestras de Suelo ASTM D 2488 Pruebas de Campo para Clasificación La identificación visual, es el reconocimiento preliminar del suelo sin necesidad de empleo de equipos o ensayos de laboratorio. Mas tarde, los ensayos de laboratorio confirmarán y permitirán precisar la información obtenida del terreno. En el anexo E se detalla los procedimiento visuales y manuales, en esta sección solo se presenta un breve resumen. Esta identificación es una etapa inicial para el estudio de Mecánica de Suelos, que permite tomar decisiones y ajustar el programa de investigación. Los términos básicos para designar a los tipos de suelos son: grava, arena, limo y arcilla; sin embargo, en la naturaleza los suelos son una mezcla de dos o más de éstos y a veces contienen una cantidad de materia orgánica. Sin embargo, es posible identificar el componente predominante y asignarles el término básico. Por ejemplo, una arena limosa tiene las propiedades de una arena, con una cantidad importante de limo; un limo orgánico está compuesto prioritariamente por limo, pero contiene una cantidad significativa de materia orgánica. Se conoce como suelos granulares a las arenas y a las gravas, y como suelos finos a las arcillas y limos. Esta distinción se basa en la visibilidad de las partículas individuales. En laboratorio, los suelos finos y gruesos se separan con la malla Nº200. 2.6.1 Identificación y Descripción de Suelos Finos En comparación a los suelos finos, los suelos granulares son más fáciles de identificar. La angularidad, forma, color, olor, humedad, consistencia, cementación, estructura, tamaño máximo de partículas y dureza, son las principales características de este tipo de suelos. Los suelos finos para su identificación necesitan de algunos ensayos de campo, para poder diferenciar las arcillas de los limos o de las arenas finas. Difundido por: ICG - Instituto de la Construcción y Gerencia S. MINAYA & A. ORDOÑEZ www.construccion.org.pe / Email: icg@icg.org.pe / Telefax: 421-7896 17
  20. 20. Diseño Moderno de Pavimentos Asfálticos Suelo de Fundación A) Reacción a la Agitación o Dilatancia Una muestra de suelo se amasa formando una bolita, la que debe contener una humedad tal que el agua casi aparezca en la superficie. La muestra preparada se coloca en la palma de la mano y se sacude horizontalmente golpeándola en forma reiterada y fuerte contra la otra mano. Foto 2.5: Prueba de Dilatancia El suelo tiene reacción rápida al sacudimiento cuando la pasta cambia de forma y evidencia una superficie brillante (debido a la expulsión de agua). Cuando el suelo tiene reacción rápida al sacudimiento con unos pocos golpes, se puede asegurar que se trata de un limo. Si la reacción del suelo es muy lenta o no hay reacción, se puede concluir que se trata de una arcilla. Para el caso de arenas limpias muy finas la reacción es muy rápida. Reacciones intermedias dejan una interrogante para identificar el suelo y por ello es necesario recurrir a un ensayo de amasado para despejar la interrogante. Sin embargo, en el caso en que el tipo de suelo fino se pueda definir sólo con el ensayo de dilatancia, es siempre conveniente continuar con el ensayo de amasado que se enuncia a continuación. B) Ensayo de amasado o de tenacidad El ensayo de amasado complementa el ensayo de dilatancia. Una pasta de suelo se amasa hasta alcanzar la consistencia de la masilla, luego se forma un bastón de aprox. 3 mm. Este proceso se repite hasta que el contenido de humedad se reduce y la muestra adquiere una consistencia dura. El bastón se rompe en varias partes al ser amasado (foto 2.6). Foto 2.6: Prueba de tenacidad Difundido por: ICG - Instituto de la Construcción y Gerencia S. MINAYA & A. ORDOÑEZ www.construccion.org.pe / Email: icg@icg.org.pe / Telefax: 421-7896 18
  21. 21. Diseño Moderno de Pavimentos Asfálticos Suelo de Fundación Cuanto más tenaz es el rollito y cuanto mas duros son los trozos al desmoronarse, mas importante es la fracción arcillosa del suelo. Durante el ensayo se deben observar: 1. Resistencia del suelo al amasado, cuando está cerca de las condiciones de ruptura descritas: una arcilla opone mucha resistencia y un limo opone una baja resistencia. 2. Plasticidad el suelo se comporta plásticamente durante el amasado, pero deja de hacerlo una vez que alcanza la humedad que tiene el bastón al romperse. 3. Brillo cuando se alcanza la rotura del bastón de suelo, se puede unir sus partes al oprimirlas entre sí fuertemente con los dedos, se frota con la uña y se observa si la superficie frotada brilla. Las arcillas presentan una superficie brillante que va en aumento según el crecimiento de la plasticidad, es decir, es más brillante si la arcilla es más plástica. C) Resistencia en Estado Seco (a la disgregación) Una muestra de suelo se deja secar expuesta al sol y aire, se mide su resistencia rompiéndola y desmoronándola entre los dedos. La resistencia (en estado seco) aumenta con la plasticidad (presencia de arcilla). Un limo inorgánico posee una resistencia muy ligera. Las arenas finas limosas y los limos tienen baja resistencia. Una arcilla será muy resistente en estado seco, a mayor porcentaje de arcilla en la muestra, mayor será su resistencia. En la tabla 2.1 se resumen los ensayos de campo, con resultados visuales y el tipo de suelo al que está relacionado ese comportamiento. Foto 2.7: Resistencia en estado seco Difundido por: ICG - Instituto de la Construcción y Gerencia S. MINAYA & A. ORDOÑEZ www.construccion.org.pe / Email: icg@icg.org.pe / Telefax: 421-7896 19
  22. 22. Diseño Moderno de Pavimentos Asfálticos Suelo de Fundación Tabla 2.1: Identificación de Suelos con Pruebas Manuales Suelo Típico Resistencia en Estado Seco Dilatancia Tenacidad Tiempo de sedimentación en prueba de dispersión Limo arenoso ninguna a muy baja Rápida De débil a baja De 30 a 60 min Limo muy baja a baja Rápida De débil a baja De 15 a 60 min Limo arcilloso baja a media De rápida a lenta Media De 15 min. a varias horas Arcilla arenosa baja a alta De lenta a ninguna Media De 30 seg. a varias horas Arcilla limosa Media a alta De lenta a ninguna Media De 15 min. a varias horas Arcilla Alta a muy alta Ninguna Alta De varias horas a días Limo orgánico baja a media Lenta De débil a baja De 15 min. a varias horas Ninguna Alta Arcilla orgánica Media a muy alta De varias horas a días 2.6.2 Identificación y Descripción de Suelos Granulares En campo se considera un tamaño de 5 mm. para separar gravas de arenas. Las gravas pueden separarse en: Gravas gruesas Entre 75 mm. y 19 mm Gravas finas Entre 19 mm y 5 mm En laboratorio las arenas pueden separarse en arenas gruesas, medias y finas, según su tamaño. Arenas gruesas. Arenas medias. Arenas finas. Entre la malla Nº 4 (4,76 mm.) y la malla Nº 10 (2 mm.). Entre la malla Nº 10 y la malla Nº 40 (0,425 mm.). Entre la malla Nº 40 y la malla Nº 200 (0,075 mm.). En la descripción de un suelo granular se deben incluir ciertas características particulares de importancia, las cuales van a influir en su comportamiento. 1. Suelo predominante (grava arenosa, arena con grava, etc.). 2. Porcentaje estimado de bolones de preferencia en el pozo de reconocimiento y no en la muestra obtenida. 3. Tamaño máximo de las gravas o bolones en pulgadas. 4. Tamaño de los granos dominantes (para los suelos pobremente graduados, es decir, que no tienen una buena distribución de tamaños, se debe indicar si las arenas son gruesas, medias o finas, al igual que las gravas si son gruesas o finas). 5. Porcentaje de finos. Difundido por: ICG - Instituto de la Construcción y Gerencia S. MINAYA & A. ORDOÑEZ www.construccion.org.pe / Email: icg@icg.org.pe / Telefax: 421-7896 20
  23. 23. Diseño Moderno de Pavimentos Asfálticos Suelo de Fundación 6. Estado de las partículas (si el material constituyente de los granos no es sano y esta en estado de alteración, las partículas pueden romperse entre las manos). Además de estos datos se debe indicar: A) Angularidad Describir la angularidad de la arena (solamente de la fracción gruesa), grava, cantos rodados y boleos como angular, subangular, subredondeada y redondeada. B) Forma Si las partículas tienen forma chata, alargada o chata y alargada. Esta característica es muy importante porque el porcentaje de participación de estas partículas está limitado según especificaciones. Las partículas chatas y alargadas pueden romperse durante la aplicación de las cargas y modificar la granulometría del medio. C) Otros Otras características importantes son el color, cementación, dureza y rango de partículas. 2.7 Ensayos de Laboratorio Las muestras representativas se remiten al laboratorio para su respectivo ensayo. Los ensayos que generalmente se solicitan para caracterizar el suelo con fines de pavimentación son: 2.7.1 Ensayos para Clasificación de Suelos A las muestras representativas de los estratos que conforman la subrasante (hasta una profundidad de 1.50 m), se les realiza el análisis granulométrico por tamizado y límites de consistencia. Estos resultados deben corroborar la identificación visual realizada en campo. Los resultados del análisis granulométrico y los límites de consistencia se reportan gráficamente, como se muestra en la figura 2.1. Difundido por: ICG - Instituto de la Construcción y Gerencia S. MINAYA & A. ORDOÑEZ www.construccion.org.pe / Email: icg@icg.org.pe / Telefax: 421-7896 21
  24. 24. Diseño Moderno de Pavimentos Asfálticos Suelo de Fundación Figura 2.1: Análisis granulométrico por tamizado. 2.7.2 Contenido de Humedad Para determinar el contenido de humedad de una muestra de suelo. Se obtiene aproximadamente 200 gr. de muestra que se protegen en un recipiente o una bolsa cerrada. Esta muestra se traslada al laboratorio y se pesa. Se lleva al horno por 24 horas, y luego de este período se vuelve a pesar. El contenido de humedad se reporta en porcentaje como: (%) Peso suelo humedo Peso suelo seco Peso suelo seco 2.7.3 Ensayo de Densidad Natural El ensayo de densidad natural, permite conocer la condición natural del terreno de fundación. En suelos granulares será importante si el terreno está compacto o suelto. En terrenos de fundación conformados por subrasantes arenosas y limo arcillosas, este valor permitirá remoldear muestras en el laboratorio a la densidad de campo. Las muestras así remoldeadas, serán ensayadas en la prensa de CBR para determinar el CBR de diseño. Difundido por: ICG - Instituto de la Construcción y Gerencia S. MINAYA & A. ORDOÑEZ www.construccion.org.pe / Email: icg@icg.org.pe / Telefax: 421-7896 22
  25. 25. Diseño Moderno de Pavimentos Asfálticos Suelo de Fundación Otra aplicación de este ensayo es en los controles de compactación de campo para el caso de la conformación de terraplenes, capas de afirmado, base y sub base. Conociendo la máxima densidad seca y el óptimo contenido de humedad del suelo a compactar, se puede verificar el porcentaje de compactación con este ensayo. En el mercado hay una diversidad de equipos que permiten medir la densidad natural del suelo y contenido de humedad. Entre ellos se encuentra el método del Cono y la Arena, densímetro nuclear, etc. Ensayo de Densidad Natural mediante el Cono de Arena Ensayo de Densidad Natural con Densímetro Nuclear ASTM D 2922 Difundido por: ICG - Instituto de la Construcción y Gerencia S. MINAYA & A. ORDOÑEZ www.construccion.org.pe / Email: icg@icg.org.pe / Telefax: 421-7896 23
  26. 26. Diseño Moderno de Pavimentos Asfálticos Suelo de Fundación 2.7.4 Contenido de Sales Solubles (Carbonatos, Cloruros y Sulfatos, etc) En casos especiales, dependiendo de los condicionantes geológicos de sitio, es importante determinar el contenido de sales solubles que pueden influir en el comportamiento mecánico o impactar en las obras de concreto como son los cloruros y sulfatos. En zonas áridas próximas a la línea de costa es probable encontrar presencia significativa de sales solubles, ya que el mar es una fuente generadora de sales. Existe una regla en el sentido que áreas ubicadas a menos de 5 km. del mar presenta contenido de sales. 2.7.5 Ensayo Proctor Modificado, ASTM D 1557 La compactación de suelos constituye un capítulo importantísimo y se halla íntimamente relacionada con la pavimentación de carreteras, vías urbanas y pistas de aterrizaje. El ensayo de compactación mediante el ensayo de proctor modificado, relaciona la humedad del suelo versus su densidad seca, empleando un martillo de 4.54 kg (10 lb) soltado desde una altura de 457 mm (18 pulg), trasmitiendo una energía de compactación de 56,000 lb-pie/pie3 ó 2,700 kN-m/m3. El suelo extraído de campo es compactado en un molde de dimensiones conocidas, con diferentes contenidos de humedad. Para contenidos bajos de humedad el suelo no se compactará adecuadamente, porque no existe la lubricación que permita el acomodo de las partículas. Para altos contenidos de humedad el suelo pierde densidad, porque el agua entre las partículas impide que estas se junten. Solo se tendrá una máxima densidad seca, MDS. La humedad a la que la muestra alcanza su máxima densidad seca, se denomina óptimo contenido de humedad. Los resultados de este ensayo son graficados como se muestra en la figura 2.2. Los resultados de la figura 2.2 indican que el suelo ensayado alcanza su máxima densidad seca, MDS, a 2.176 gr/cm3 y el contenido de agua asociado a esta densidad, OCH, es 7.88%. En suelos granulares densos, la densidad de campo es muy cercana a la MDS del proctor modificado; sin embargo, en suelos finos como las arenas y arcillas limosas, la densidad de campo, generalmente, es mucho menor que la MDS. La Humedad Natural de Suelos Arenosos y Limo-Arcillosos muchas veces alcanzan valores muy por encima del O.C.H. y la Densidad Natural presenta valores mucho menores al Ensayo Proctor Modificado. En Conclusión, el terreno de fundación no alcanzará y/o estará lejos de la Densidad Equivalente al 95% ó 100% de la MDS, criterio que se asume como regla general. Figura 2.3. Difundido por: ICG - Instituto de la Construcción y Gerencia S. MINAYA & A. ORDOÑEZ www.construccion.org.pe / Email: icg@icg.org.pe / Telefax: 421-7896 24
  27. 27. Diseño Moderno de Pavimentos Asfálticos Suelo de Fundación Curva de Compactación Peso Específico Seco (gr/cc) 2.19 2.18 2.17 2.16 2.15 2.14 2.13 2.12 2.11 2.10 5 6 7 8 9 10 11 Contenido de Hum edad (%) Figura 2.2: Curva de compactación del proctor modificado Si el lector desea tener mayor información sobre el proyecto de investigación realizado por los autores durante el año 2000, titulado “C.B.R. DE SUBRASANTES ARENOSAS Y LIMO-ARCILLOSAS” podrá remitirse al Anexo A de este libro. 2.05 Proctor Modificado 3 Densidad Seca (gr/cm ) 1.971 1.85 Condición Natural (20.1,1.62) 1.65 11.7 1.45 4 8 12 Humedad (%) 16 20 24 Figura 2.3: Curva Densidad Seca –Humedad. Av. La Paz Cdra. 10 San Miguel - Lima Difundido por: ICG - Instituto de la Construcción y Gerencia S. MINAYA & A. ORDOÑEZ www.construccion.org.pe / Email: icg@icg.org.pe / Telefax: 421-7896 25
  28. 28. Diseño Moderno de Pavimentos Asfálticos Suelo de Fundación 2.7.6 California Bearing Ratio (C.B.R.) Los métodos de diseño de pavimentos relacionan el valor de la capacidad de soporte del suelo o CBR con el módulo resiliente del material. El módulo resiliente es el parámetro que se utiliza en el diseño del pavimento. El módulo resiliente se obtiene de ensayos triaxiales mediante ciclos de carga y descarga; sin embargo, AASHTO 2002 presenta una ecuación que permite correlacionar el valor del módulo resiliente con el del CBR. De aquí la importancia de evaluar adecuadamente el CBR del material. El ensayo de “California Bearing Ratio” o CBR, es un ensayo relativamente simple, comúnmente usado para obtener un índice de la resistencia del suelo de subrasante, material de base, sub base o afirmado. Para materiales de base, sub base y afirmado, así como subrasantes granulares, el CBR puede estar asociado a la máxima densidad seca del próctor modificado; sin embargo, para subrasantes finas (subrasantes arenosas, arcillosas o limosas) el valor del CBR debe estar asociado a su densidad de campo. Investigaciones han demostrado que el CBR de suelos finos en muestras compactadas al OCH y MDS, arrojan valores de CBR muy por encima de su valor real. Tranquilamente una arcilla compactada al OCH y MDS puede tener un CBR de 15%, pero ensayada en su condición natural el CBR puede ser menor a 2 ó 3%. El comportamiento de la subrasante es función de la humedad y densidad, asociado a las condiciones ambientales del sitio. En suelos de baja capacidad de soporte donde los valores de humedad alcanzan la condición saturada y los valores de densidad de campo están muy por debajo de la densidad de compactación, los valores de los módulos elásticos realmente son muy bajos. Se proponen tres métodos para determinar el valor de CBR: CBR in situ, mide directamente la deformación ante una carga aplicada, CBR en muestras inalteradas, es un método recomendado para subrasantes de suelos finos. Consiste en obtener una muestra inalterada de campo, que será protegida para que no pierda su humedad natural (si no fuese posible obtener una muestra inalterada de campo, se puede preparar especimenes en laboratorio a la humedad y densidad natural). En el laboratorio se realiza el ensayo de penetración en su condición natural y saturada, siguiendo el mismo procedimiento que en muestras remoldeadas. CBR en muestras remoldeadas, método recomendado para subrasantes granulares, materiales de base, sub base y afirmado. Difundido por: ICG - Instituto de la Construcción y Gerencia S. MINAYA & A. ORDOÑEZ www.construccion.org.pe / Email: icg@icg.org.pe / Telefax: 421-7896 26
  29. 29. Diseño Moderno de Pavimentos Asfálticos Suelo de Fundación Los especimenes pueden ensayarse en su condición natural o saturada, luego de un período de inmersión en agua, la condición saturada es la más desfavorable. El CBR es la relación (expresada en porcentaje) entre la resistencia a la penetración requerida para que un pistón de 3 pulg2 de área penetre 0.1 pulg dentro de un suelo entre 1000 psi que es la resistencia a la penetración de una muestra patrón. La muestra patrón es una piedra chancada. El CBR se expresa como: CBR Resistencia a la penetracion (psi) requerida para penetrar 0.1 pulg 1,000 lb / pu lg 2 100 En ocasiones, el CBR calculado para una penetración de 0.2 pulg. con su correspondiente resistencia a la penetración estándar de 1500 psi, puede ser mayor que el obtenido para una penetración de 0.1 pulg. Cuando esto ocurre, se debe realizar un nuevo ensayo, si los resultados son similares, el valor del CBR para 0.2 pulg de penetración, se reporta como el CBR representativo de la muestra. 2.8 Concepto de Capacidad de Soporte de la Subrasante La capacidad de soporte de la subrasante, es la capacidad que tiene el suelo de soportar los esfuerzos verticales transmitidos por las cargas de tránsito. La deformación del suelo la deflexión resultante deberán ser menores a las admisibles. Para que la estructura de pavimento se comporte adecuadamente y cumpla el período de diseño, presentará una deflexión máxima de 0.20 mm. para cargas estáticas transmitidas por un eje estándar de 8.2 ton. La deflexión máxima, bajo cargas estáticas, puede ser medida con la Viga Benkelman, esto significa que al nivel de subrasante la deflexión máxima será de 0.5 a 1 mm. Los reglamentos estatales en EE.UU. recomiendan que el valor CBR de la subrasante debe ser como mínimo entre 8 y 10%. Caso contrario, se deberá primero estabilizar el terreno antes de construir la estructura del pavimento. 2.9 Estratigrafía de los suelos nomenclatura y simbología Se debe realizar la descripción de los diferentes estratos que conforman el terreno investigado. Se detallaran las características físicas, clasificación visual, color, humedad, plasticidad de los finos, consistencia o densidad relativa y algunas características particulares como cementación, presencia de troncos, raíces o cualquier material extraño. Difundido por: ICG - Instituto de la Construcción y Gerencia S. MINAYA & A. ORDOÑEZ www.construccion.org.pe / Email: icg@icg.org.pe / Telefax: 421-7896 27
  30. 30. Diseño Moderno de Pavimentos Asfálticos Suelo de Fundación Se mencionará, además, la profundidad a la que se encuentre el nivel freático, si fuera el caso, indicando la fecha de medición y comentarios sobre su variación en el tiempo. Además, es importante indicar, el resultado de los ensayos de laboratorio obtenidos para los estratos evaluados, de manera que la información sea mas clara. 2.10 Registros estratigráficos. Todos los resultados de la evaluación de campo y ensayos de laboratorio se indican en los registros estratigráficos. Los registros estratigráficos se preparan para cada calicata o cada exploración con equipo de penetración. Un ejemplo de registro de calicata con ensayo de penetración ligera se muestra en la figura 2.4. 2.11 Perfil longitudinal del terreno El perfil longitudinal del terreno en estudio es el resultado gráfico de la interpolación de las calicatas. En este perfil se visualiza la disposición de los estratos en toda la subrasante. Los perfiles se obtienen de los trabajos de campo, como calicatas y ensayos de penetración. Todos los resultados de laboratorio deben indicarse en este perfil. De esta manera se puede tomar la decisión de los trabajos que serán considerados en el diseño y ejecución del proyecto. Difundido por: ICG - Instituto de la Construcción y Gerencia S. MINAYA & A. ORDOÑEZ www.construccion.org.pe / Email: icg@icg.org.pe / Telefax: 421-7896 28
  31. 31. DESCRIPCION DEL MATERIAL Arena limosa, humeda, con raicez, en estado suelto a semicompacto, cementado. Presencia de gravillas aisladas. NDPL de 6 a 12. 0.10 0.50 1.00 1.10 1.20 1.30 1.40 1.50 1.60 1.70 1.80 1.90 2.00 2.10 2.20 Clasificacion SUCS Humedad, Limite liquido, LL Indice Plastico, IP % de finos<Nº200 : GP-GM : 4.1% : 21% : N.P. : 10.5% 6 10 12 9 11 1.00 12 1.10 25 1.20 32 1.30 28 1.40 > 50 1.50 > 50 1.60 > 50 1.70 > 50 1.80 > 50 1.90 > 50 2.00 > 50 2.10 > 50 2.20 GP-GM 50 7 0.90 30 11 0.80 20 6 0.70 GRAFICA DE N 10 4 0.60 Grava limosa, pobremente graduada, semi compacto, con presencia de bolones subredondeados de TM=8". Porcentaje de bolones de 25%. NDPL mayor de 50. 0.10 0.50 SM CALICATA A CIELO ABIERTOPENETRACIÒN LIGERA 0.90 Golpe x 10cm. 0 0.40 0.40 0.80 LIGERA 0.30 0.30 0.70 ENSAYO DE PENETRACION 0.20 0.20 0.60 Suelo de Fundación PROFUNDIDAD (METROS) Simbolo Tipo de Sondeo PROFUND. (METROS) Diseño Moderno de Pavimentos Asfálticos > 50 Figura 2.4: Ejemplo de registro de calicata y sondaje Difundido por: ICG - Instituto de la Construcción y Gerencia S. MINAYA & A. ORDOÑEZ www.construccion.org.pe / Email: icg@icg.org.pe / Telefax: 421-7896 29
  32. 32. CAPITULO 3: MATERIAL DE PRÉSTAMO 3.1 Introducción Los agregados empleados en la construcción de carreteras, deben cumplir con requisitos de granulometría y especificaciones técnicas, que garanticen un buen comportamiento durante su periodo de vida. En este capítulo se cubrirá el tema de la granulometría y calidad de agregados que conformarán las capas de afirmado, sub base y base. Durante los últimos 10 años se han desarrollado nuevas tecnologías y criterios para el diseño de mezclas asfálticas, variando los criterios del diseño de mezclas, pero los métodos de evaluación de calidad de los agregados no se ha modificado. Las especificaciones granulométricas de las carpetas asfálticas, se verán con detalle en el capítulo correspondiente, donde se tratará de los tipos de mezclas asfálticas. Sin embargo, en este capítulo se consideran los ensayos de calidad de agregados para carpetas asfálticas. 3.2 Especificaciones Técnicas de Material de Préstamo: Afirmado, Sub Bases y Bases Granulares. Mezclas de Suelos y Agregados 3.2.1 Especificaciones Granulométricas Los materiales granulares que conformaran las capas de afirmado, sub base y base, deben cumplir con rangos granulométricos especificados por el MTC. La gradación es una de las más importantes propiedades de los agregados. Este afecta casi todas las propiedades importantes de una mezcla asfáltica en caliente, incluyendo dureza, estabilidad, durabilidad, permeabilidad, trabajabilidad, resistencia a la fatiga, resistencia al rozamiento, y resistencia a la humedad. De esta manera, la gradación es la primera consideración en un diseño de mezclas asfálticas. Teóricamente, es razonable pensar que la mejor gradación sea la densa o bien gradada; sin embargo, recientes investigaciones han demostrado que las mezclas del tipo Stone Mastic Asphalt, SMA, tienen un mejor comportamiento cuando están sometidas a la acción de tráfico pesado, en zonas de altura. Las especificaciones granulométricas vigentes en el Perú son las Especificaciones Técnicas Generales para Construcción de Carreteras EG-2000, del Ministerio de Difundido por: ICG - Instituto de la Construcción y Gerencia S. MINAYA & A. ORDOÑEZ www.construccion.org.pe / Email: icg@icg.org.pe / Telefax: 421-7896
  33. 33. Diseño Moderno de Pavimentos Asfálticos Material de Préstamo Transportes, Comunicaciones, Vivienda y Construcción, Oficina de Control de Calidad. En la tabla 3.1 se listan los rangos máximos y mínimos para materiales de afirmado. En la figura 3.1 se grafican los rangos especificados. Tabla 3.1: Huso Granulométrico para Afirmado Muestra Abertura Tamiz (mm) 2" 50,000 1 ½” 37.500 1" 25,000 ¾” 19.000 3/8" 9,500 Nº4 4,750 Nº10 2,000 Nº40 0,425 Nº200 0,075 Afirmado (% que pasa) A-1 A-2 100 100 90-100 65-100 45-80 30-65 22-52 15-35 5-20 -.-.100,0 80-100 65-100 50-85 33-67 20-45 5-20 Nº4 3/4" 2" 3" Huso Granulométrico para Afirmados Nº200 Especificaciones Técnicas Generales para Construcción de Carreteras EG2000, Ministerio de Transportes, Comunicaciones, Vivienda y Construcción, Oficina de Control de Calidad A-2 A-1 80 60 40 20 100 10 1 0.1 % acumulado que pasa 100 0 0.01 Abertura (mm) Figura 3.1: Rangos Granulométricos para Materiales de Afirmado, Sub-base y Base Granulares (MTC) Las especificaciones técnicas para rangos granulométricos de materiales de sub base y base, son los mismos. Las normas ASTM D 1241 las especifican bajo el título Standard Specification for Materials for Soil-Aggregate Subbase, Base and Surface Courses, ésta Difundido por: ICG - Instituto de la Construcción y Gerencia S. MINAYA & A. ORDOÑEZ www.construccion.org.pe / Email: icg@icg.org.pe / Telefax: 421-7896 31
  34. 34. Diseño Moderno de Pavimentos Asfálticos Material de Préstamo norma fue revisada por última vez en 1994. El Ministerio de Transportes y Comunicaciones la hizo suya y las consideró dentro de las especificaciones emitidas en el año 2000. La tabla 3.2 muestra las especificaciones granulométricas para materiales de sub base y base granular. En la figura 3.2 se muestran las especificaciones gráficamente. Tabla 3.2: Huso para Sub-Base y Base Granular Porcentaje que pasa en peso Tamiz 2" 1" 3/8" Nº4 Nº10 Nº40 Nº200 Abertura Gradación A(1) Gradación B Gradación C Gradación D (mm) 50,000 100 100 -.-.25,000 -.75-95 100 100 9,500 30-65 40-75 50-85 60-100 4,750 25-55 30-60 35-65 50-85 2,000 15-40 20-45 25-50 40-70 0,425 8-20 15-30 15-30 25-45 0,075 2-8 5-15 5-15 8-15 Standard Specification for Materials for Soil-Aggregate Subbase, Base and Surface Courses. ASTM D-1241-68 (Reapproved 1994); y Especificaciones Técnicas Generales para Construcción de Carreteras EG-2000, Ministerio de Transportes, Comunicaciones, Vivienda y Construcción, Oficina de Control de Calidad: (1) la curva “gradación A” deberá emplearse en zonas con altitud mayor o igual a 3000 m.s.n.m. 3.2.2 Calidad de Agregados Para verificar la calidad de un determinado banco de materiales, estos deben ser sometidos a ensayos de suelos, debiendo cumplir con las especificaciones técnicas emitidas por el Ministerio de Transportes y Comunicaciones EG-2000. Los materiales que serán empleados como material de afirmado o sub base podrá ser agregado natural, triturado o una combinación de ambos. Los agregados para bases deberán ser chancados. Todos los agregados utilizados como afirmados, sub base y base serán resistentes, sin exceso de partículas chatas o alargadas, no podrán presentar terrones de arcilla ni materia orgánica. Los ensayos a los que están sometidos los suelos son: Abrasión “Los Angeles”, Equivalente de Arena, ensayo de proctor modificado, CBR asociados a la máxima densidad seca y al óptimo contenido de humedad del proctor, partículas chatas y alargadas, caras de fractura, sales solubles y contenido de impurezas orgánicas. Difundido por: ICG - Instituto de la Construcción y Gerencia S. MINAYA & A. ORDOÑEZ www.construccion.org.pe / Email: icg@icg.org.pe / Telefax: 421-7896 32
  35. 35. Diseño Moderno de Pavimentos Asfálticos Material de Préstamo Nº200 Nº4 3/4" 2" 3" Huso Granulométrico para Sub Bases y Bases Granulares 100 B A % acumulado que pasa 80 60 40 20 0 100 10 1 0.1 0.01 Abertura (mm) Nº200 Nº4 3/4" 2" 3" Rango Granulométrico para Sub Bases y Bases Granulares 80 60 40 20 % acumulado que pasa 100 D C 0 100 10 1 Abertura (mm) 0.1 0.01 Figura 3.2: Rangos granulométricos para materiales de sub base y base granulares (MTC) Las muestras al llegar al laboratorio se separan, porque serán ensayadas para que verifique diferentes requisitos de calidad. En la tabla 3.3 se muestra en resumen, los ensayos a los que están sometidas las muestras que conformarán las capas de afirmado, sub base, base o carpeta de rodadura. Difundido por: ICG - Instituto de la Construcción y Gerencia S. MINAYA & A. ORDOÑEZ www.construccion.org.pe / Email: icg@icg.org.pe / Telefax: 421-7896 33
  36. 36. Diseño Moderno de Pavimentos Asfálticos Material de Préstamo Tabla 3.3: Ensayos de Calidad de Agregados ENSAYOS Análisis Granulométrico por Tamizado Límites de Consistencia Equivalente de Arena Peso específico y Absorción Peso unitario suelto Peso unitario varillado Abrasión Proctor Modificado CBR Porcentaje de caras fracturadas % de partículas chatas y alargadas Contenido de impurezas orgánicas Contenido de sales solubles totales Adherencia (entre mallas Nº3/8" y ¼") Riedel Weber (según norma a emplear) Durabilidad Sub base X X X X X X X X X X Base Afirmado Asfalto Granular Piedra Arena X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X En la tabla 3.4 se listan las especificaciones técnicas que deben cumplir los materiales que serán usados como afirmado, sub base y base. 3.2.3 Suelos Estabilizados Las normas del Ministerio de Transportes y Comunicaciones considera dentro de sus especificaciones a los suelos estabilizados con cemento y cal, se harán un breve resumen de ambas combinaciones. a) Estabilizados con Cemento El material a estabilizar con cemento podrá ser A-1, A-2, A-3, A-4, A-5, A-6 y A-7, con tamaño máximo 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 será estabilizado con cemento. El cemento con que será estabilizado el suelo será portland, el cual deberá cumplir con la Norma Técnica Peruana NTP 334.009, Norma AASHTO M85 ó ASTM C 150. El cemento que podrá ser empleado es el denominado Tipo I o cemento portland normal. Difundido por: ICG - Instituto de la Construcción y Gerencia S. MINAYA & A. ORDOÑEZ www.construccion.org.pe / Email: icg@icg.org.pe / Telefax: 421-7896 34
  37. 37. Diseño Moderno de Pavimentos Asfálticos Material de Préstamo Tabla 3.4: Especificaciones Técnicas para Materiales empleados en Construcción de Carreteras Sub base granular Ensayo Norma Afirmado <3000 msnm Base granular <3000 msnm 3000 msnm 3000 msnm Agregado Agregado Agregado Agregado grueso fino grueso fino Límite Líquido, % ASTM D 4318 35% máx MTC E 110 25% máx 25% máx Indice Plástico, % ASTM D 4318 MTC E 111 6% máx 4% máx Abrasión Los Angeles, % ASTM C 131 50% máx MTC E 207 50% máx 50% máx 4a9 4% máx 40% máx 2% máx 40% máx Equivalente de ASTM D 2419 20% mIn 25% mIn 35% mIn 35% mIn 45% mIn MTC E 114 arena, % CBR al 100% de ASTM D 1883 Tráfico ligero a medio: 80% mín 40% mín 40% mín 40% mín la M.D.S. y 0.1” MTC E 132 Tráfico pesado: 100% mín de penetración -.Pérdida con ASTM C 88 12% máx Sulfato de Sodio, MTC E 209 % -.Pérdida con ASTM C 88 18% máx Sulfato de MTC E 209 Magnesio, % Indice de MTC E 214 35% mIn 35% mIn Durabilidad Caras de fractura, 80% mín % ASTM D 5821 40% mín 80% mín 1 cara fracturada MTC E 210 50% mín 2 caras fracturadas Partículas chatas ASTM D 4791 y alargadas, % 20% máx 20% máx 15% máx 15% máx Relación 1/3 MTC E 211 (espesor/longitud) Sales Solubles ASTM D 1888 1% máx 1% máx 0.5% máx 0.5% máx 0.5% máx 0.5% máx MTC E 219 Totales, % Especificaciones Técnicas Generales para Construcción de Carreteras EG-2000, MTC, OCC Tabla 3.5: Especificaciones de Agregado que será Estabilizado con Cemento Agregado Agregado Ensayo Norma grueso Fino Límite Líquido, % Indice Plástico, % Abrasión Los Angeles1, % Pérdida con Sulfato de Sodio1, % Contenido de sulfatos, SO4, en peso ASTM D-4318; MTC E 110 ASTM D-4318; MTC E 111 ASTM C-131; MTC E 207 ASTM C 88; MTC E 209 40% máx 18% máx 50% máx 12% máx 10% máx 0.2% máx en caso el suelo forme parte de una capa estructural. Especificaciones Técnicas Generales para Construcción de Carreteras EG-2000, MTC, OCC. 1 Difundido por: ICG - Instituto de la Construcción y Gerencia S. MINAYA & A. ORDOÑEZ www.construccion.org.pe / Email: icg@icg.org.pe / Telefax: 421-7896 35
  38. 38. Diseño Moderno de Pavimentos Asfálticos Material de Préstamo La mezcla suelo-cemento se diseña mediante los ensayos de resistencia a compresión simple y humedecimiento-secado (normas MTC E 1103 y MTC E 1140). En ensayos de compresión simple, la resistencia no debe ser menor de 1.76 MPa (18 kg/cm2) luego de 7 días de curado húmedo. Para el ensayo humedecimiento-secado, el contenido de cemento deberá ser tal, que la pérdida de peso de la mezcla compactada, no supere los siguientes límites de acuerdo con la clasificación que presente el suelo por estabilizar: Suelo por estabilizar Pérdida Máxima (%) A-1, A-2-4, A-2-5, A-3 14 A-2-6, A-2-7, A-4, A-5 10 A-6, A-7 7 b) Estabilizados con Cal El terreno de fundación se estabiliza con cal por diferentes razones: para agilizar la construcción, en el tratamiento de suelos expansivos y para proporcionar una cimentación fuerte a la estructura del pavimento. Un suelo estabilizado con cal puede ser rígido y durable, mejorando el comportamiento del pavimento. La incorporación de cal a suelos de gradación fina como las arcillas origina que los cationes de la superficie de arcilla sean sustituidos por los de óxido de calcio, incrementando el pH y alterando la mineralogía de la superficie de las moléculas de arcilla. Esta alteración reduce la capacidad de la arcilla para absorber agua y por lo tanto reduce su expansión 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 óptimo contenido de humedad previo a la compactación. La compactación debe realizarse dentro de los 30 minutos posteriores al mezclado final. Difundido por: ICG - Instituto de la Construcción y Gerencia S. MINAYA & A. ORDOÑEZ www.construccion.org.pe / Email: icg@icg.org.pe / Telefax: 421-7896 36
  39. 39. Diseño Moderno de Pavimentos Asfálticos Material de Préstamo Los suelos que serán estabilizados con cal deberán cumplir con las especificaciones de la tabla 3.6, los suelos no deben tener mas del 3% en peso de materia orgánica. El tamaño máximo del agregado grueso que contenga el suelo no debe ser mayor de 1/3 del espesor de la capa compactada de suelo-cal. Tabla 3.6: Especificaciones de Agregado que será Estabilizado con Cal Ensayo Norma Agregado grueso ASTM D-4318 MTC E 111 ASTM C-131 Abrasión Los Angeles1, % 50% máx MTC E 207 ASTM C 88 Pérdida con Sulfato de Sodio1, % 12% máx MTC E 209 Indice Plástico, % 1 Agregado fino 10 a 50% 10% máx en caso el suelo forme parte de una capa estructural Especificaciones Técnicas Generales para Construcción de Carreteras EG-2000, MTC, OCC La cal que se empleo para estabilizar bases de suelo-cal puede ser cal hidráulica y debe satisfacer los requisitos establecidos en la especificación AASHTO M 216 o ASTM C 977. La aplicación 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 deberá cumplir con las especificaciones citadas para materiales de sub base y base. c) Mezclas de Suelos y Agregados La combinación de agregados es un tema conocido por todo los estudiantes de ingeniería, los métodos son diversos, entre ellos se encuentran la dosificación de los agregados por peso y por métodos gráficos. Se dará a continuación un ejemplo del método gráfico del cuadrado, para combinación de dos agregados. Ejemplo: Combine los agregados A y B para que cumplan con las especificaciones: Tamiz Nº Agregado A Agregado B Especificaciones 3/4" 100 100 100 3/8" 48 75 52-67 Porcentaje que pasa Nº4 Nº10 Nº40 Nº80 31 25 22 15 58 43 15 5 40-54 30-41 14-23 7-16 Nº200 8 1 2-8 Difundido por: ICG - Instituto de la Construcción y Gerencia S. MINAYA & A. ORDOÑEZ www.construccion.org.pe / Email: icg@icg.org.pe / Telefax: 421-7896 37
  40. 40. Diseño Moderno de Pavimentos Asfálticos Material de Préstamo 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 línea continua los extremos correspondientes a un mismo tamiz, escribiendo sobre esta línea el tamiz al que corresponde. Sobre estas líneas se grafican pequeños cuadrados que representan los límites superior e inferior de las especificaciones 4. Se unen los cuadrados de los límites superiores (a, b, c, ......) y luego los cuadrados de los límites inferiores (a´, b´, c´, ...). 5. El espacio que une los cuadrados más cercanos (a y b´)representa el margen de porcentajes entre los cuales se puede hacer la combinación de los dos materiales. 6. Para el ejemplo puede variar (a) entre 70% del agregado B más 30% del agregado A; y (b´) de 35% del agregado B más 65% del agregado A. 3.3 Ensayos de calidad de agregados Todos los agregados que conformen alguna de las capas de la estructura del pavimento, deberán cumplir con las especificaciones de la tabla 3.4. Los ensayos considerados verifican cierta característica de los agregados, en este libro se describe las razones por las que se consideran en las especificaciones. Si el lector está interesado en conocer el procedimiento de ensayo, puede revisar el Manual de Laboratorio Ensayos para Pavimentos Volumen I, de S. Minaya y A. Ordoñez, primera edición, publicada por el Departamento de Mecánica de Suelos de la Universidad Nacional de Ingeniería, 2001. 3.3.1 Ensayo de Abrasión por medio de la Máquina de Los Ángeles ASTM C-131, MTC E 207 Los agregados deben ser capaces de resistir el desgaste irreversible y degradación durante la producción, colocación y compactación de las obras de pavimentación, y sobre todo durante la vida de servicio del pavimento. Debido a las condiciones de esfuerzo-deformación, la carga de la rueda es transmitida a la superficie del pavimento a través de la llanta como una presión vertical aproximadamente uniforme y alta. La estructura del pavimento distribuye los esfuerzos de la carga, de una máxima intensidad en la superficie hasta una mínima en la subrasante. Por esta razón los agregados que están en, o cerca de la superficie, como son los materiales de base y carpeta asfáltica, deben ser más resistentes que los agregados usados en las capas inferiores, sub base, de la estructura del pavimento, la razón se debe Difundido por: ICG - Instituto de la Construcción y Gerencia S. MINAYA & A. ORDOÑEZ www.construccion.org.pe / Email: icg@icg.org.pe / Telefax: 421-7896 38
  41. 41. Combinación Gráfica de dos agregados 100% 90% Granulometría Agregado A Granulometría Agregado B 80% a 70% 3/8" 60% b a´ 50% Nº4 c 40% b´ Nº10 c´ 30% Nº40 20% d´ Nº80 10% d Nº200 0% 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Porcentajes Figura 3.3: Combinación de dos agregados por el método del cuadrado S. MINAYA & A. ORDOÑEZ
  42. 42. Diseño Moderno de Pavimentos Asfálticos Material de Préstamo a que las capas superficiales reciben los mayores esfuerzos y el mayor desgaste por parte de cargas del tránsito. Por otro lado, los agregados transmiten los esfuerzos a través de los puntos de contacto donde actúan presiones altas. El Ensayo de Abrasión de Los Ángeles, ASTM C-131 ó MTC E 207, mide básicamente la resistencia de los puntos de contacto de un agregado al desgaste y/o a la abrasión. El porcentaje de desgaste se calcula como la diferencia del peso inicial menos el peso final de la muestra ensayada, entre el peso inicial. % desgaste Pinicial Pfinal 100 Pinicial 3.3.2 Ensayo de Durabilidad, Pérdida con Sulfato de Sodio o Magnesio ASTM C 88 ó MTC E 209 Es el porcentaje de pérdida de material en una mezcla de agregados durante el ensayo de durabilidad de los áridos sometidos al ataque con sulfato de sodio o sulfato de magnesio. Este ensayo estima la resistencia del agregado al deterioro por acción de los agentes climáticos durante la vida útil de la obra. Puede aplicarse tanto en agregado grueso como fino. El ensayo se realiza exponiendo una muestra de agregado a ciclos alternativos de baño de inmersión en una solución de sulfato de sodio o magnesio y secado en horno. Una inmersión y un secado se consideran un ciclo de durabilidad. Durante la fase de secado, las sales precipitan en los vacíos del agregado. En la reinmersión las sales se rehidratan y ejercen fuerzas de expansión internas que simulan las fuerzas de expansión del agua congelada. El resultado del ensayo es el porcentaje total de pérdida de peso sobre varios tamices para un número requerido de ciclos. Los valores máximo de pérdida son aproximadamente de 10 a 20% para cinco ciclos de inmersión-secado. Foto 3.1: Ensayo de durabilidad Difundido por: ICG - Instituto de la Construcción y Gerencia S. MINAYA & A. ORDOÑEZ www.construccion.org.pe / Email: icg@icg.org.pe / Telefax: 421-7896 40
  43. 43. Diseño Moderno de Pavimentos Asfálticos Material de Préstamo 3.3.3 Porcentaje de Partículas Chatas y Alargadas. ASTM D-4791; MTC E 211 Se ha demostrado en un sin número de investigaciones, que el exceso de partículas chatas y alargadas, pueden perjudicar el comportamiento de la estructura del pavimento. La carga proveniente del tráfico puede quebrar las partículas y modificar la estructura original. Se denomina partícula chata cuando la relación ancho/espesor es mayor de 1/3; y alargada cuando la relación largo/ancho es mayor de 1/3. 3.3.4 Porcentaje de Caras Fracturadas ASTM D-5821; MTC E 210 Algunas especificaciones técnicas contienen requisitos relacionados al porcentaje de agregado grueso con caras fracturadas con el propósito de maximizar la resistencia al esfuerzo cortante con el incremento de la fricción entre las partículas. Otro propósito es dar estabilidad a los agregados empleados para carpeta o afirmado; y dar fricción y textura a agregados empleados en pavimentación. La forma de la partícula de los agregados puede afectar la trabajabilidad durante su colocación; así 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 partículas 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 partículas de bordes puntiagudos y de forma cúbica, producidas, casi siempre por trituración. 3.3.5 Ensayo de Equivalente en Arena ASTM D 2419; MTC E 114 Este método de ensayo asigna un valor empírico a la cantidad relativa, finura y características del material fino presente en una muestra de ensayo formado por suelo granular que pasa el tamiz Nº4 (4.75 mm). El término “Equivalente de Arena” transmite el concepto que la mayoría de los suelos granulares y agregados finos son mezcla de partículas gruesas, arenas y generalmente finos. Para determinar el porcentaje de finos en una muestra, se incorpora una medida de suelo y solución en una probeta plástica graduada que luego de ser agitada separa el recubrimiento de finos de las partículas de arena; después de un período de tiempo, se pueden leer las alturas de arcilla y arena en la probeta. El equivalente de arena es la relación de la altura de arena respecto a la altura de arcilla, expresada en porcentaje. Este método proporciona una manera rápida de campo para determinar cambios en la calidad de agregados durante la producción o colocación. Difundido por: ICG - Instituto de la Construcción y Gerencia S. MINAYA & A. ORDOÑEZ www.construccion.org.pe / Email: icg@icg.org.pe / Telefax: 421-7896 41
  44. 44. Diseño Moderno de Pavimentos Asfálticos Material de Préstamo Foto 3.2: Ensayo Equivalente de Arena 3.3.6 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 pétreos empleados en bases y mezclas bituminosas. Este método sirve para efectuar controles en obra, debido a la rapidez de visualización y cuantificación de la existencia de sales. Una muestra de agregado pétreo se somete a continuos lavados con agua destilada a ebullición. La presencia de sales, se detecta mediante reactivos químicos, los cuales, al menor indicio de sales forman precipitados fácilmente 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 Mecánico de las Capas que conforman la Estructura del Pavimento Los materiales que conformaran las capas de afirmado, sub base y base deberán ser ensayados con el método de proctor modificado para determinar su máxima 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 máxima densidad será el CBR de diseño para cada capa. Se debe recalcar que el CBR asociado a la máxima densidad seca, es un método que se recomienda usar sólo en el caso de material de cantera (afirmado, sub base y base) o en subrasantes granulares. No se recomienda emplear este método en subrasantes finas. Difundido por: ICG - Instituto de la Construcción y Gerencia S. MINAYA & A. ORDOÑEZ www.construccion.org.pe / Email: icg@icg.org.pe / Telefax: 421-7896 42
  45. 45. CAPITULO 4: MATERIALES ASFÁLTICOS 4.1 Antecedentes El asfalto es uno de los materiales más antiguos utilizados como aglutinante o impermeabilizante. Las primeras carreteras pavimentadas en los EE.UU. fueron en la Av. Pennsylvania, frente a la Casa Blanca. El asfalto usado fue natural proveniente de la Isla Trinidad en las costas de Venezuela. La otra fuente de asfalto natural se encuentra en Bermudez-Venezuela. Los asfaltos naturales se encuentran en depresiones de la corteza terrestre formando los lagos de asfalto o aparecen impregnados en calizas, formaciones de areniscas o similares, formando las llamadas rocas asfálticas, también se encuentran mezclados por impurezas minerales. Durante 1800 y 1900 la demanda de las carreteras pavimentadas se incremento tan rápido que la extracción y transporte desde los lagos de asfalto hasta la obra, fue limitando la construcción de estos pavimentos. Se tuvo que considerar otra fuente para producir asfalto, es así que la mayoría de los asfaltos utilizados en la actualidad son provenientes del refine del petróleo. 4.2 Definiciones Asfalto ASTM lo define como un material cementante, de color oscuro y de consistencia variable, cuya rigidez depende de la temperatura en que se encuentre. A temperatura ambiente el asfalto es sólido a semisólido, y cuando su temperatura se eleva se vuelve líquido, esta condición permite que los agregados sean cubiertos completamente, durante la mezcla. El asfalto usado en pavimentación, generalmente llamado cemento asfáltico, a altas temperaturas (135ºC) es poco rígido, condición que permite que se adhiere fácilmente a las partículas del agregado y, por lo tanto, es un excelente cemento que une los agregados en mezclas en caliente. El cemento asfáltico también es usado como impermeabilizante y no es afectado por los ácidos, los alcális (bases) o las sales. Esto significa que un pavimento de concreto asfáltico construido adecuadamente es impermeable y resistente a muchos tipos de daño químico 1 . 1 Principios de la Construcción de Mezcla Asfáltica en Caliente. Serie de Manuales No.22 (MS-22), Asphalt Institute Difundido por: ICG - Instituto de la Construcción y Gerencia S. MINAYA & A. ORDOÑEZ www.construccion.org.pe / Email: icg@icg.org.pe / Telefax: 421-7896
  46. 46. Diseño Moderno de Pavimentos Materiales Asfálticos El asfalto al entrar en contacto con el oxígeno del medio ambiente reacciona, perdiendo sus propiedades elásticas y volviéndose duro y frágil. Esta es una de las características del asfalto que trata de retardarse, pero que se desarrolla con el tiempo. En una mezcla convencional (asfalto + agregado de granulometría completa) el porcentaje de asfalto es de 6.5% y del agregado de 93.5% en peso de la mezcla, aprox.; sin embargo, es importante resaltar como un material cuya participación es mínima puede tener tanto efecto en el comportamiento de la mezcla. Foto 4.1. Foto 4.1: Cemento asfáltico a temperatura ambiente y de briqueta preparada con una mezcla cemento asfáltico-agregado. 4.3 Refinamiento del petróleo Si se tuviese en un depósito alcohol y agua y éste se llevase a calentar, a 72ºC aprox. el alcohol comenzaría a evaporarse. Cuando la temperatura alcance los 100ºC el agua se evaporaría. De manera similar se refina el petróleo. Mediante el incremento paulatino de temperatura el crudo del petróleo se descompone liberando los solventes más livianos, como la gasolina, el kerosene y el diesel. Para separar los destilados mas pesados, no solo es necesario incrementar la temperatura sino someterlo a vacío. Luego de un periodo de tiempo se obtendrá el cemento asfáltico. En la figura 4.1 se muestra la temperatura a la cual los solventes se van separando del crudo del petróleo. En la figura 4.2 hay un esquema del proceso de refine del petróleo. Difundido por: ICG - Instituto de la Construcción y Gerencia S. MINAYA & A. ORDOÑEZ www.construccion.org.pe / Email: icg@icg.org.pe / Telefax: 421-7896 44
  47. 47. Diseño Moderno de Pavimentos Materiales Asfálticos Figura 4.1: Productos y Temperaturas Típicas de Destilación Principios de la Construcción de Mezcla Asfáltica en Caliente. MS-22, Asphalt Institute Si el cemento asfáltico se combina con algún solvente se obtienen los asfaltos diluidos o cutbacks. Así, si el asfalto se combina con gasolina será asfalto de curado rápido (Rapid Cured, RC), si se combina con kerosene será de curado medio (Medium Cured, MC) y con diesel del curado lento (Slow Cured, SC). Si el cemento asfáltico se combina con agua y un agente emulsificante se obtienen los asfaltos emulsificados. Tanto en el caso de asfaltos diluidos como de asfaltos emulsificados, el objetivo es darle trabajabilidad al cemento asfáltico. Puesto que en esta condición los asfaltos pueden trabajarse a temperaturas que van de 60º a 20ºC, respectivamente. Luego de la colocación de la mezcla el solvente o el agua se evaporará y quedará el asfalto solo. Por lo tanto es importante conocer el comportamiento mecánico del cemento asfáltico. Difundido por: ICG - Instituto de la Construcción y Gerencia S. MINAYA & A. ORDOÑEZ www.construccion.org.pe / Email: icg@icg.org.pe / Telefax: 421-7896 45
  48. 48. Diseño Moderno de Pavimentos Pozo de petroleo Materiales Asfálticos Almacenamiento de campo Estacion de Bombeo Destilados Livianos procesamiento Destilados medianos Torre de Destilacion Rápido o Refinería Unidad de procesamiento Cemento asfaltico GAS ARENA Y AGUA Medio Lento Residuo PETROLEO Aceite diesel Asfaltos Diluidos de Curado: Calentador de tubos Almacenamiento Kerosene Destilados pesados Condensadores y enfriadores Gasolina Asfalto refinado al aire Asfaltos oxidados Aire Asfaltos emulsificados Agua Planta de emulsiones Destiladora Figura 4.2: Refinamiento del Petróleo S. MINAYA & A. ORDOÑEZ 46
  49. 49. Difundido por: ICG - Instituto de la Construcción y Gerencia www.construccion.org.pe / Email: icg@icg.org.pe / Telefax: 421-7896
  50. 50. Diseño Moderno de Pavimentos Materiales Asfálticos 4.4 Comportamiento mecánico del Cemento Asfáltico La naturaleza del asfalto es viscoelástica, esto quiere decir que su comportamiento depende de la temperatura y el tiempo de aplicación de la carga. El asfalto a altas temperaturas tiene menor rigidez, típico durante la temperatura de mezcla (135ºC). A medida que la temperatura desciende el asfalto se vuelve más rígido. A temperaturas muy bajas es asfalto puede agrietarse porque se vuelve frágil y quebradizo. COMPORTAMIENTO REAL Rigidez Rigidez Frágil Frágil Dúctil Dúctil -50 0 50 100 150 T [°C] 10 -s Tiempo de carga [s] 10 10 Figura 4.3 Comportamiento del Asfalto Un comportamiento análogo se observa cuando se grafica el tiempo de aplicación de la carga (velocidad) y la rigidez. Cuando las cargas aplicadas son rápidas el asfalto tiene mayor rigidez y cuando las cargas son lentas hay menor rigidez y mayor deformación. 4.4.1 Comportamiento a altas temperaturas En climas cálidos (el oriente del Perú, épocas de verano) o sometido a cargas de tráfico lentas (intersecciones, tramos en pendiente), el cemento asfáltico se comporta como un líquido viscoso, dejando que el agregado soporte las cargas cíclicas. Con esta condición la estructura granular de la mezcla asfáltica cumple un papel muy importante. El asfalto solo es el aglutinante. Por definición, la viscosidad es la característica física del material que describe la resistencia de los líquidos a fluir. Si el flujo del cemento asfáltico en caliente es lento puede ser observado microscópicamente como capas adyacentes de moléculas deslizándose unas sobre otras. La resistencia o fricción entre capas se relaciona a la velocidad relativa de deslizamiento. Difundido por: ICG - Instituto de la Construcción y Gerencia S. MINAYA & A. ORDOÑEZ www.construccion.org.pe / Email: icg@icg.org.pe / Telefax: 421-7896 48
  51. 51. Diseño Moderno de Pavimentos Materiales Asfálticos La viscosidad es una característica que ayuda a diferenciar a los líquidos y se define como el esfuerzo de corte entre la velocidad de deformación por corte. La figura 4.4 muestra un juego de cartas que tienen una línea vertical marcada a un lado. Cuando se aplica el corte en el punto superior, las cartas tratan de deslizarse una sobre la otra y los puntos marcados en las cartas empiezan a separarse. La velocidad al corte es la velocidad a la cual estos puntos se separan. Capa No: Esfuerzo de corte , entre capas Dirección del flujo de las capas 1 Capa No: 1 2 2 n n Figura 4.4: Características del Flujo de Líquidos Los fluidos Newtonianos tienen una relación lineal entre el esfuerzo de corte y la velocidad relativa. El aire, agua y asfalto caliente (a temperaturas mayores que 60ºC) son comúnmente fluidos Newtonianos. A temperaturas moderadas, la viscosidad del asfalto decrece cuando la velocidad relativa se incrementa. Los líquidos viscosos como el asfalto caliente algunas veces son llamado plásticos porque una vez que empiezan a fluir no retornan a su posición original. El rutting o ahuellamiento es la acumulación de deformaciones plásticas no recuperables. Foto 4.2: Ahuellamiento o deformación permanente o rutting Difundido por: ICG - Instituto de la Construcción y Gerencia S. MINAYA & A. ORDOÑEZ www.construccion.org.pe / Email: icg@icg.org.pe / Telefax: 421-7896 49
  52. 52. Diseño Moderno de Pavimentos Materiales Asfálticos 4.4.2 Comportamiento a bajas temperaturas En climas fríos o bajo aplicaciones de carga rápida, el cemento asfáltico se comporta como un sólido elástico. Los sólidos elásticos son como ligas porque cuando cesa la carga que los deforma, regresan a su posición original. Si el material se esfuerza más allá de su capacidad, el sólido elástico puede romperse. El agrietamiento por bajas temperaturas algunas veces ocurre en los pavimentos cuando están sometidos a climas fríos (Conococha, Ticcllo). En estos casos, las cargas aplicadas producen esfuerzos internos que se acumulan en el pavimento asfáltico que tenderá a contraerse mientras su movimiento es restringido por las capas inferiores. Foto 4.3: Agrietamiento por bajas temperaturas o low temperatura cracking 4.4.3 Comportamiento a temperaturas intermedias En estos climas el asfalto muestra características de líquido viscoso y sólido elástico. A estas temperaturas, el asfalto es un excelente material adhesivo usado en pavimentación. Cuando se calienta el asfalto actúa como un lubricante, permitiendo mezclarse con el agregado, cubrirlo y compactarse formando una superficie lisa y densa. Tan pronto como se enfría, el asfalto actúa manteniendo juntos los agregados en la matriz sólida. En esta etapa el comportamiento del asfalto es viscoelástico, es decir, tiene características elásticas y viscosas, dependiendo de la temperatura y velocidad de aplicación de carga. Difundido por: ICG - Instituto de la Construcción y Gerencia S. MINAYA & A. ORDOÑEZ www.construccion.org.pe / Email: icg@icg.org.pe / Telefax: 421-7896 50
  53. 53. Diseño Moderno de Pavimentos Materiales Asfálticos 4.4.4 Comportamiento del ligante envejecido Como el cemento asfáltico está compuesto por hidrocarburos (combinación de hidrógeno y carbono) y nitrógeno, oxígeno y otros elementos. El asfalto cuando se disuelve en heptano se descompone en asfaltenos y maltenos. Los asfaltenos le proporcionan al asfalto el color y rigidez. Los maltenos son líquidos viscosos compuestos de resinas y aceites. Las resinas son, por lo general, líquidos pesados de color ámbar y pardo oscuro, mientras que los aceites son de color mas claro. Las resinas le otorgan las cualidades adhesivas al asfalto, mientras que los aceites son el medio de transporte de asfaltenos y resinas. Durante la reacción con el oxígeno del medio ambiente, esto ocurre principalmente cuando el asfalto tiene elevadas temperaturas o cuando una película delgada de asfalto recubre la partícula, Las resinas se convierten gradualmente en asfaltenos y los aceites en resinas, ocasionando así un incremento en la rigidez del asfalto. Esta reacción se denomina oxidación. La oxidación cambia la estructura y composición de las moléculas de asfalto haciéndolo más frágil o quebradizo. La inapropiada compactación puede generar oxidación o endurecimiento prematuro. En estos casos, los inadecuados niveles de compactación tienen altos porcentajes de vacíos de aire interconectados, que permiten que más aire o el agua penetre en la mezcla acelerando la oxidación. 4.5 Esfuerzos y Deformaciones en ensayos dinámicos Las cargas aplicadas al pavimento son móviles, cuando la carga se acerca al punto de análisis ubicado en la carpeta asfáltica, ésta se deforma debido a que la presión se incrementa, existe entonces incremento tanto de la carga como la deformación. Cuando la carga se aleja, la presión en el punto de análisis disminuye y deformación en la carpeta cesa, esta condición no se da de manera simultánea, existe un tiempo de retardo, , como se puede ver en la figura 4.5. 4.6 Especificaciones y ensayos para cementos asfálticos Como la química del asfalto es muy compleja, la experiencia ha demostrado que las especificaciones deben estar relacionadas con las propiedades físicas o de manera más precisa, con su comportamiento mecánico. Las especificaciones actuales en el Perú utilizan todavía los ensayos de penetración, viscosidad y ductilidad para evaluar el asfalto. Muchos de los ensayos actuales son empíricos, significando que la experiencia es todavía necesaria para que los resultados de los ensayos se puedan interpretar adecuadamente. Sin embargo, tal práctica ha demostrado que tiene importantes limitaciones. Difundido por: ICG - Instituto de la Construcción y Gerencia S. MINAYA & A. ORDOÑEZ www.construccion.org.pe / Email: icg@icg.org.pe / Telefax: 421-7896 51
  54. 54. Diseño Moderno de Pavimentos Materiales Asfálticos Veloc. o Carpeta asfáltica o Tiempo Terreno de fundación Figura 4.5: comportamiento esfuerzo-deformación en mezclas asfálticas Reconociendo las deficiencias de tal sistema, las agencias estatales de carreteras de los Estados Unidos tuvieron que implementar un programa de investigación para adoptar un nuevo sistema para especificar el pavimento asfáltico. En 1987, la SHRP inició estudios para desarrollar nuevos ensayos que permitan medir las propiedades físicas del asfalto. La inversión de $50 millones de dólares se plasmó en las especificaciones del Ligante Superpave, que requiere de un nuevo paquete de equipos para ensayos y procedimientos. Se llamó especificaciones del “ligante” porque se engloba a los asfaltos modificados y no modificados. El avance más significativo fue probablemente cambiar ensayos empíricos por ensayos donde el ligante puede ser caracterizado a variaciones de temperaturas controladas obtenidas de campo. Los ensayos de Reómetro de Corte Dinámico (DSR), Reómetro de Viga de Flexión (BBR) y Ensayo de Tensión Directa (DTT) reemplazaron a los ensayos de viscosidad, penetración y ductilidad, respectivamente. Junto con el envejecimiento en planta (RTFO) se adoptó el envejecimiento durante la vida de servicio (PAV). 4.6.1 Ensayos de Penetración y Viscosidad Ensayo de Penetración Entre los años 40 y 50 el sistema de clasificación por penetración fue usado en los EE.UU. y Canadá. El ensayo de penetración realizado a 25ºC (temperatura elegida como el promedio de la temperatura de servicio del pavimento), indica la rigidez del asfalto, que solo puede ser relacionado con su comportamiento en campo mediante la experiencia. Difundido por: ICG - Instituto de la Construcción y Gerencia S. MINAYA & A. ORDOÑEZ www.construccion.org.pe / Email: icg@icg.org.pe / Telefax: 421-7896 52
  55. 55. Diseño Moderno de Pavimentos Materiales Asfálticos Como el valor de la penetración no es una medida fundamental dicho valor no puede ser racionalmente incluida en modelos mecanísticos. El ensayo consiste en aplicar una carga patrón en la superficie de una muestra de cemento asfáltico a 25ºC. Se debe medir la penetración de la aguja en la muestra, luego de 5 segundos. Si el asfalto es duro la penetración será menor que cuando el asfalto es blando. Se recomendó siempre la utilización de asfaltos duros para carreteras en la selva mientras que los blandos eran recomendados para carreteras en la sierra o zonas con bajas temperaturas. 100 g Penetración de 0.1 mm Cemento asfáltico a 25ºC Cemento asfáltico a 25ºC Luego de 5 s. Inicial Figura 4.6: Esquema del Ensayo de Penetración La figura 4.7 muestra uno de los mayores problemas de clasificar el asfalto por penetración, como se muestra se pueden tener tres tipos de asfalto de diferentes fuentes con la misma clasificación por penetración (25ºC), pero con diferentes propiedades a temperaturas diferentes. Alto Medio Bajo Temperatura, ºC Figura 4.7: Comportamiento de asfaltos de diferentes fuentes, clasificados con el mismo grado de penetración Difundido por: ICG - Instituto de la Construcción y Gerencia S. MINAYA & A. ORDOÑEZ www.construccion.org.pe / Email: icg@icg.org.pe / Telefax: 421-7896 53
  56. 56. Diseño Moderno de Pavimentos Materiales Asfálticos Las normas EG-2000 del Ministerio de Transportes y Comunicaciones recomienda cementos asfálticos clasificados por penetración según la temperatura media anual. Temperatura Media Anual 24ºC ó (+) 24º-15ºC 15º-5ºC PEN 40-50 60-70 modificado PEN 60-70 PEN 85-100 120-150 (-) de 5ºC Asfalto Modificado Ensayo de Viscosidad El sistema de gradación por viscosidad se basó en los ensayos de viscosidad del ligante. La viscosidad es una medida fundamental del flujo, que proporciona información acerca del comportamiento viscoso a mayores temperaturas. Las temperaturas de ensayo son de 60ºC y 135ºC. Sin embargo, este ensayo no es adecuado para controlar el comportamiento mecánico del ligante no newtonianos (y viscoelásticos), requiriendo de ensayos adicionales al de la viscosidad. Las especificaciones generalmente se refieren a la viscosidad del asfalto a dos temperaturas diferentes, 60ºC (viscosidad absoluta) y 135ºC (viscosidad cinemática). La primera es para clasificar el cemento asfalto y representa la viscosidad del cemento asfáltico a la temperatura más alta de servicio; la segunda corresponde aproximadamente a la viscosidad del asfalto durante el mezclado y colocación. La viscosidad absoluta mide el tiempo que requiere el asfalto para fluir a través de un tubo capilar calibrado a 60°C, como el asfalto a esa temperatura es muy rígido, se requiere someter al vacío a la muestra para que el asfalto se mueva a través del tubo en un tiempo razonable. Figura 4.8. Figura 4.8: Viscosidad Absoluta marca Línea de llenado Difundido por: ICG - Instituto de la Construcción y Gerencia S. MINAYA & A. ORDOÑEZ www.construccion.org.pe / Email: icg@icg.org.pe / Telefax: 421-7896 54
  57. 57. Diseño Moderno de Pavimentos Materiales Asfálticos La viscosidad cinemática se ensaya a 135°C y mide el tiempo requerido para que un volumen fijo de líquido fluya, por capilaridad, a través de un viscosímetro, a esa temperatura solo se requiere de la gravedad para que el asfalto fluya. Figura 4.9. Línea de llenado marcas Figura 4.9: Viscosidad Cinemática 4.6.2 Ensayos del asfalto según metodología Superpave Entre los años 80 y 90 la Pacific Coast User Producer Conference adoptó un nuevo sistema de especificación propuesto por J. Goodrich y R. Reese 2 , llamado Especificaciones de Asfalto basado en su Performance (PBA) que intentó incluir las variaciones regionales de climas y el envejecimiento o deterioro del asfalto durante su vida de servicio. Las especificaciones del ligante Superpave consisten en someter a las muestras a ensayos que representen las tres etapas críticas durante la vida del ligante. Los ensayos realizados en el ligante original representan la primera etapa crítica de la vida del ligante que corresponde al transporte, almacenamiento y manipuleo. La segunda etapa representa el asfalto durante la producción de las mezclas y construcción y es simulado por un proceso de envejecimiento en el Horno Rotatorio de Película Delgada. Este procedimiento expone la película delgada del ligante a calentamiento y aire aproximándolo al envejecimiento del asfalto durante la mezcla y construcción. 2 The Future of Performance-Related Binder Specificcations. L. Zanzotto y otros. 2000. Difundido por: ICG - Instituto de la Construcción y Gerencia S. MINAYA & A. ORDOÑEZ www.construccion.org.pe / Email: icg@icg.org.pe / Telefax: 421-7896 55

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