Módulo 2-4Módulo 2-4

MATERIALES DE MATERIALES DE

PAVIMENTACIONPAVIMENTACION

Materiales de PavimentaciónMateriales de Pavimentación

� Cemento PórtlandCemento Pórtland

� Concreto asfálticoConcreto asfáltico

� Materiales granularesMateriales granulares

� Materiales tratados con cementoMateriales tratados con cemento

� Tratamiento asfálticoTratamiento asfáltico

� Bases permeablesBases permeables

Hormigón de Cemento PórtlandHormigón de Cemento Pórtland

� Materiales granulares graduadosMateriales granulares graduados

� CementoCemento

� Aire IncorporadoAire Incorporado

� AditivosAditivos

Tipos de Cemento PortlandTipos de Cemento Portland

ASTMASTM� Tipo I Tipo I NormalNormal� Tpo II Tpo II Resistencia moderada a los sulfatosResistencia moderada a los sulfatos� Tipo III Tipo III Altas resistencias tempranasAltas resistencias tempranas� Tipo IVTipo IV Bajo calor de hidrataciónBajo calor de hidratación� Tipo VTipo V Resistencia a los sulfatosResistencia a los sulfatos

NB 011:NB 011:� TIPOS I; IP; IF, P categorías resitentes 25, 30, 40TIPOS I; IP; IF, P categorías resitentes 25, 30, 40

Aditivos y AdicionesAditivos y Adiciones

� Agente incorporador de aireAgente incorporador de aire

� Reductores de aguaReductores de agua

� AceleradoresAceleradores

� RetardadoresRetardadores

� Otros: (ceniza volante, microsilica, puzolana)Otros: (ceniza volante, microsilica, puzolana)

CuradoCurado

� Reacción química entre cemento y aguaReacción química entre cemento y agua

� Se necesitan condiciones satisfactorias Se necesitan condiciones satisfactorias durante su vida inicial para alcanzar las durante su vida inicial para alcanzar las propiedades deseadaspropiedades deseadas

� FactoresFactores– HumedadHumedad– TemperaturaTemperatura– TiempoTiempo

Resistencia a la CompresiónResistencia a la Compresión

� Indicador universal de calidad del hormigónIndicador universal de calidad del hormigón� Usado en el proceso de control pero no en el Usado en el proceso de control pero no en el

diseño del pavimentodiseño del pavimento� Está en función de:Está en función de:

– Tamaño de los agregados, forma y tipoTamaño de los agregados, forma y tipo– Composición del cementoComposición del cemento

– Relación agua-cementoRelación agua-cemento– AditivosAditivos

– CuradoCurado

Resistencia a la CompresiónResistencia a la Compresión

Ensayo de Tracción IndirectaEnsayo de Tracción Indirecta

ffii’ ’ = = 2*P2*P

ππDLDL

ffii’’= Tensión de tracción indirecta= Tensión de tracción indirecta

P = Carga aplicadaP = Carga aplicada

D = Diámetro de la probetaD = Diámetro de la probeta

L = Longitud de la probetaL = Longitud de la probeta

Ensayo de Tracción IndirectaEnsayo de Tracción IndirectaCarga, P

σv

σr d= diametro

L = Longitud

Valores 15% mayores que en el ensayo de Tracción Directa

Módulo de Rotura Módulo de Rotura (Resistencia a la Flexión)(Resistencia a la Flexión)

ffrr = = M*cM*cII

ffrr = Módulo de ruptura = Módulo de ruptura

M = Momento flectorM = Momento flector

c = Distancia al eje neutroc = Distancia al eje neutro

I = Momento de inerciaI = Momento de inercia

Ensayo de Carga en el Ensayo de Carga en el

Tercio CentralTercio Central

Elaboración y Curado de las ProbetasElaboración y Curado de las Probetas

Módulo Elástico del HormigónMódulo Elástico del Hormigón

ffrr = = 43.5*E 43.5*E + 488.5+ 488.5 101066

E = 57,000 fE = 57,000 f’’c c

(0.5)(0.5)

E = Módulo elástico del hormigón, psiE = Módulo elástico del hormigón, psi (Determinar en cilindros de compresión)(Determinar en cilindros de compresión)

ffrr = Módulo de ruptura, psi = Módulo de ruptura, psi

ff’’c c = Resistencia a la compresión= Resistencia a la compresión

FatigaFatiga

� Relación tensión/resistenciaRelación tensión/resistencia

� Cargas repetitivas menores que las cargas de Cargas repetitivas menores que las cargas de rotura (últimas)rotura (últimas)

� ModelosModelos– Modelo PCAModelo PCA

– Modelo de fatiga con cero mantenimientoModelo de fatiga con cero mantenimiento

– Modelo de fatiga AASHTO/AREModelo de fatiga AASHTO/ARE

– Modelo de deterioro AASHTO/VesicModelo de deterioro AASHTO/Vesic

– Modelo de diseño calibrado mecanísticoModelo de diseño calibrado mecanístico

Otras Propiedades Importantes Otras Propiedades Importantes del Hormigóndel Hormigón

� RetracciónRetracción

� Expansión/contracciónExpansión/contracción

� DurabilidadDurabilidad

– Sistema de vacíos de aireSistema de vacíos de aire

– Fisuras DFisuras D

– Reactividad a los alcálisisReactividad a los alcálisis

– Resistencia a los sulfatosResistencia a los sulfatos

Fibras en el HormigónFibras en el Hormigón

Concreto AsfálticoConcreto Asfáltico

� Granulometría cerradaGranulometría cerrada

� Cemento asfáltico, según diseño de mezclaCemento asfáltico, según diseño de mezcla

� Vacíos de aire (max. por durabilidad, min Vacíos de aire (max. por durabilidad, min

que permita compactación)que permita compactación)

� Debe proveer estabilidad ante el tráficoDebe proveer estabilidad ante el tráfico

� Trabajabilidad suficiente. Trabajabilidad suficiente.

Clasificación del Cemento AsfálticoClasificación del Cemento Asfáltico� RC: Curado Rápido; MC Medio; SC lentoRC: Curado Rápido; MC Medio; SC lento

� Viscosidad a 60° (AC-2.5 a AC-40).Viscosidad a 60° (AC-2.5 a AC-40).

� Penetración (40-50 a 200-300 de penetración).Penetración (40-50 a 200-300 de penetración).

� En climas fríos, usar bajo grado de viscosidad y En climas fríos, usar bajo grado de viscosidad y alta penetración para resistir la fisuración. alta penetración para resistir la fisuración. Cálidos, alto grado viscocidad y baja penetrac Cálidos, alto grado viscocidad y baja penetrac para evitar ahuellamiento. Alto grado para evitar ahuellamiento. Alto grado viscocidad, resiste cargas pesadas pero tiende a viscocidad, resiste cargas pesadas pero tiende a la fisuraciónla fisuración

Modificadores de AsfaltoModificadores de Asfalto

� Polímeros (goma, latex, plástico)Polímeros (goma, latex, plástico)

� Rellenantes o fillers (cemento Pórtland, carbón Rellenantes o fillers (cemento Pórtland, carbón

negro, sulfuro)negro, sulfuro)

� Fibras (fibra de vidrio, polipropileno)Fibras (fibra de vidrio, polipropileno)

� Agentes rejuvenecedores (reciclado)Agentes rejuvenecedores (reciclado)

� Agentes “anti-peladuras” (mejoran adherencia)Agentes “anti-peladuras” (mejoran adherencia)

Curva de Graduación Potencia 0.45Curva de Graduación Potencia 0.45

100

0 200 100 50 30 16 8 4 3/8 3/4 1200 100 50 30 16 8 4 3/8 3/4 1

% que pasa% que pasa

Zona restringidaZona restringida

Línea de max densidadLínea de max densidad

Tamices Tamices

Diseño de MezclasDiseño de MezclasMétodo MarshallMétodo Marshall

Desarrollado por el Cuerpo de Ingenieros, Desarrollado por el Cuerpo de Ingenieros, determina el contenido óptimo de asfalto en una determina el contenido óptimo de asfalto en una mezcla. Se usa el “Estabilómetro Marshall”mezcla. Se usa el “Estabilómetro Marshall”

� EstabilidadEstabilidad

� FlujoFlujo

� Vacíos de aire (3-5%)Vacíos de aire (3-5%)

� Vacíos en el agregado mineralVacíos en el agregado mineral

� Contenido de asfaltoContenido de asfalto

Diseño de Mezclas, Método HVEEMDiseño de Mezclas, Método HVEEM

� EstabilidadEstabilidad

� Vacíos de aireVacíos de aire

� Contenido de asfaltoContenido de asfalto

� Estabilómetro HVEEMEstabilómetro HVEEM

(célula triaxial)(célula triaxial)

� Probetas son diferentesProbetas son diferentes

SuperpaveSuperpave

� Diseño de mezclas asfálticas en base a Diseño de mezclas asfálticas en base a

criterios de desempeño (fatiga, criterios de desempeño (fatiga,

ahuellamiento, fisuras térmicas) ahuellamiento, fisuras térmicas)

� Se integra más de 25 nuevos ensayos y Se integra más de 25 nuevos ensayos y

procedimientos en un solo sistema analítico procedimientos en un solo sistema analítico

para diseño de mezclas asfálticaspara diseño de mezclas asfálticas

� Tres niveles de diseño de mezclasTres niveles de diseño de mezclas

Ensayo del Módulo Resiliente Ensayo del Módulo Resiliente DiametralDiametral

MMRR = = P (µ+0.2734)P (µ+0.2734)

∆∆h*th*t

Carga repetitiva, probetas cilíndricasCarga repetitiva, probetas cilíndricas

MMRR = Módulo resiliente = Módulo resiliente

P = Magnitud de la carga dinámicaP = Magnitud de la carga dinámica

µ = Módulo de Poissonµ = Módulo de Poisson

∆∆h = Deformación totalh = Deformación total

t = Espesor de la probeta (disco)t = Espesor de la probeta (disco)

Ensayo del Módulo DinámicoEnsayo del Módulo Dinámico

� Más apropiado para concreto asfáltico, Más apropiado para concreto asfáltico,

especialmente a altas temperaturasespecialmente a altas temperaturas

� Equipo que realiza ensayos dinámicos Equipo que realiza ensayos dinámicos

cíclicos a la flexióncíclicos a la flexión

� ASTM D 3497ASTM D 3497

� Probetas de 10cm de diámetro x 20 de alturaProbetas de 10cm de diámetro x 20 de altura

Módulo Dinámico de RigidezMódulo Dinámico de Rigidez

EEoo = = P a (3 LP a (3 L22 - 4 a - 4 a 22))

(48 I (48 I ∆∆))

EEoo = Rigidez a la flexión (toma 2 semanas) = Rigidez a la flexión (toma 2 semanas)

P = Carga dinámicaP = Carga dinámica

a = (L - 4) / 2a = (L - 4) / 2

L = Reacción en el tramo libreL = Reacción en el tramo libre

I = Momento de inercia del espécimenI = Momento de inercia del espécimen

D = Deflexión dinámica del centroD = Deflexión dinámica del centro

Resistencia a la Tracción IndirectaResistencia a la Tracción Indirecta

f’f’tt = = 2 P2 Pmaxmax

ππ d t d t f’f’t t = Esfuerzo de tracción indirecta = Esfuerzo de tracción indirecta

PPmax max = Carga máxima aplicada= Carga máxima aplicada

d = Diámetro del espécimend = Diámetro del espéciment = Espesor de la probetat = Espesor de la probeta

Permite determinar la resistencia a la tracción Permite determinar la resistencia a la tracción para evaluar la susceptibilidad a la humedad y para evaluar la susceptibilidad a la humedad y la deformación en la falla por tracción para la deformación en la falla por tracción para predecir la fisuración potencial.predecir la fisuración potencial.

FatigaFatiga

� Fisuración por fatiga (cargas repetitivas Fisuración por fatiga (cargas repetitivas menores a la carga de falla) es una de las dos menores a la carga de falla) es una de las dos mayores causas de falla en los pavimentos mayores causas de falla en los pavimentos asfálticos. Las propiedades se determinan asfálticos. Las propiedades se determinan mediante ensayos de vigas en el tercio central mediante ensayos de vigas en el tercio central 3x3x15” con cargas pulsantes o a partir de 3x3x15” con cargas pulsantes o a partir de datos de tracción indirecta.datos de tracción indirecta.

� Típicamente la fatiga se presenta como Típicamente la fatiga se presenta como fisuración excesiva y piel de cocodrilo, que fisuración excesiva y piel de cocodrilo, que anteceden a la disgregación del material.anteceden a la disgregación del material.

AhuellamientoAhuellamiento

� Deformación Excesiva por aplicación de Deformación Excesiva por aplicación de

cargas.cargas.

� Los pavimantos más gruesos son más Los pavimantos más gruesos son más

susceptibles al ahuellamiento.susceptibles al ahuellamiento.

Características Térmicas y de Características Térmicas y de HumedadHumedad

� Características térmicasCaracterísticas térmicas

– Fisuras por temperaturas bajas (fisuras Fisuras por temperaturas bajas (fisuras

transversales)transversales)

– Fisuras por fatiga y por temperaturaFisuras por fatiga y por temperatura

� Características de humedadCaracterísticas de humedad

– Desprendimientos y PeladurasDesprendimientos y Peladuras

Coeficientes Estructurales de Capa (aCoeficientes Estructurales de Capa (aii))

� Capacidad relativa de un material de espesor Capacidad relativa de un material de espesor unitario para que funcione como un unitario para que funcione como un componente estructural del pavimentocomponente estructural del pavimento

� Indicación de la contribución estructural de Indicación de la contribución estructural de un material a la estructura del pavimentoun material a la estructura del pavimento

� Contribuyen tanto el espesor como el Contribuyen tanto el espesor como el coeficiente estructural, así 50 mm de un coeficiente estructural, así 50 mm de un material con un amaterial con un a ii = 0.20 provee la misma = 0.20 provee la misma

contribución que 25 mm de un material con contribución que 25 mm de un material con aa ii = 0.40 = 0.40

Determinación de los Determinación de los Coeficientes de CapaCoeficientes de Capa

� Obtenido de los estándares de las agenciasObtenido de los estándares de las agencias

� Los valores originales se derivan del Los valores originales se derivan del

AASHO Road Test y han sido modificados AASHO Road Test y han sido modificados

por varias agencias de víaspor varias agencias de vías

� Relaciones entre propiedades de los Relaciones entre propiedades de los

materiales (E) y el desempeñomateriales (E) y el desempeño

AASHO Road TestAASHO Road TestSuperficie Asfáltica / BinderSuperficie Asfáltica / Binder

� aa ii = 0.44 promedio = 0.44 promedio

� Estabilidad MarshallEstabilidad Marshall

– Capa de rodadura: 9000 N (2000lb)Capa de rodadura: 9000 N (2000lb)

– Binder: 8100 N (1800lb)Binder: 8100 N (1800lb)

– Módulo resiliente = 3150 MPa (450,000psi)Módulo resiliente = 3150 MPa (450,000psi)

� Pag. 110, a1 en función de diferentes ensayosPag. 110, a1 en función de diferentes ensayos

Coeficientes Estructurales para Coeficientes Estructurales para Superficie AsfálticaSuperficie Asfáltica

Módulo Elastico del Concreto Asfáltico a 20°C (68°F)

50040030020010000.

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5a1

Materiales de BaseMateriales de Base

� Mezclas suelo-agregadoMezclas suelo-agregado

� Bases tratadas con cementoBases tratadas con cemento

� Bases tratadas con asfaltoBases tratadas con asfalto

� Bases de hormigón compactado con rodilloBases de hormigón compactado con rodillo

� Bases permeablesBases permeables

Coeficientes Estructurales de CapaCoeficientes Estructurales de Capa Abacos AASHTO Abacos AASHTO

0.06

0.08

0.10

0.12

0.14

0.16

Co

efic

ien

te E

stru

ctu

ral

a2

Distintos Abacos para a2, base y a3 subbase

20

30

50100

C B

R

VA

LO

R R

En

sayo

Tri

axia

l d

e T

exas

Mó

du

lo R

esili

ente

0.06

0.08

0.10

0.12

30

PSI 103 MPa

Coeficientes Estructurales de CapaCoeficientes Estructurales de Capapara Bases de Suelo Cementopara Bases de Suelo Cemento

0.10

0.0.16

0.22

0.28

Co

efic

ien

te E

stru

ctu

ral

a2

Distintos Abacos para Suelo Cemento y Base Tratada c/Asfalto

RE

SIS

TE

NC

IA A

LA

CO

MP

. SIM

PL

E 7

dia

s

Mó

du

lo E

lást

ico

5.0

6.0

8.0

9.0

PSI 105 MPa

200

400

800

1000

PSI

Mezclas de Suelo - AgregadoMezclas de Suelo - Agregado

� Cantidad de finosCantidad de finos� Plasticidad de los finosPlasticidad de los finos� AngularidadAngularidad� % de Caras fracturadas% de Caras fracturadas� Actualmente se recomienda 8-10% de Actualmente se recomienda 8-10% de

material que pasa el tamiz 200; 5% máximo material que pasa el tamiz 200; 5% máximo para bases permeables. para bases permeables.

� Es importante determinar el Módulo Es importante determinar el Módulo Resiliente de base y subbase.Resiliente de base y subbase.

AASHO Road TestAASHO Road TestBase con Grava TrituradaBase con Grava Triturada

� aa22 = 0.14 = 0.14

� CBR = 100CBR = 100

� Valor-R = 85Valor-R = 85

� E = 210 Mpa (30.000 psi)E = 210 Mpa (30.000 psi)

AASHO Road TestAASHO Road TestSubbase GranularSubbase Granular

� aa33 = 0.11 = 0.11

� CBR = 30CBR = 30

� Valor-R = 60Valor-R = 60

� E = 100 MPa 15.000 psiE = 100 MPa 15.000 psi

� 6.5% pasa el tamiz No 2006.5% pasa el tamiz No 200

Bases Tratadas con CementoBases Tratadas con Cemento

� Resistencia a la pérdida de soporteResistencia a la pérdida de soporte

� Incremento del soporte estructuralIncremento del soporte estructural

� Resistencia a la humedadResistencia a la humedad

� Resistencia al bombeo de finosResistencia al bombeo de finos

� Resistencia al ciclo hielo-deshieloResistencia al ciclo hielo-deshielo

Base Tratada con CementoBase Tratada con CementoEn el AASHTO Road TestEn el AASHTO Road Test

� aa22 = 0.22 = 0.22

� Resistencia a la compresión = 5.5 MPa Resistencia a la compresión = 5.5 MPa

(800 psi) a los 7 días(800 psi) a los 7 días

� E = 5500 Mpa (800,000psi)E = 5500 Mpa (800,000psi)

Bases Tratadas con AsfaltoBases Tratadas con Asfalto

� Con cemento asfáltico o emulsiónCon cemento asfáltico o emulsión

� % de asfalto cercano al 6% para evitar la % de asfalto cercano al 6% para evitar la

erosiónerosión

� Resistencia a la pérdida de soporteResistencia a la pérdida de soporte

� Incremento en el soporte estructuralIncremento en el soporte estructural

� Resistencia a la humedadResistencia a la humedad

� Resistencia al bombeoResistencia al bombeo

Bases Tratadas con AsfaltoBases Tratadas con Asfalto en el AASHTO Road Test en el AASHTO Road Test

� aa22 = 0.32 = 0.32

� Estabilidad Marshall = 7200 NEstabilidad Marshall = 7200 N

� E = 2400 MPa (350,000psi)E = 2400 MPa (350,000psi)

Bases PermeablesBases Permeables

� El agua drena rápidamente a través de la El agua drena rápidamente a través de la base y hacia afuera de la estructura del base y hacia afuera de la estructura del pavimento, su uso es creciente a pesar de ser pavimento, su uso es creciente a pesar de ser una técnica relativamente nueva.una técnica relativamente nueva.

� Tratada o no tratadaTratada o no tratada

� Espesor mínimo = 100 mmEspesor mínimo = 100 mm

� Datos de desempeño a largo plazo limitadosDatos de desempeño a largo plazo limitados

El drenaje no es un sustituto del espesorEl drenaje no es un sustituto del espesor

Datos de Materiales para el DiseñoDatos de Materiales para el Diseño

� Capa de rodadura de HormigónCapa de rodadura de Hormigón– Módulo de RoturaMódulo de Rotura

– Módulo ElásticoMódulo Elástico

� Capa de rodadura de AsfaltoCapa de rodadura de Asfalto– Módulo ElásticoMódulo Elástico

– Coeficiente estructural de capaCoeficiente estructural de capa

� Capa Base y SubbaseCapa Base y Subbase– Módulo ElásticoMódulo Elástico

– Coeficiente estructural de capaCoeficiente estructural de capa