pavimentos icg

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA

M.Sc. SILENE MINAYA GONZLEZ Universidad Ricardo Palma, Universidad Alas Peruanas

silenemg#yahoo.com

M.Sc. e ING. ABEL ORDEZ HUAMN Universidad Nacional de Ingeniera

ohabel#yahoo.com

SEGUNDA EDICIN LIMA, 2006

Difundido por: ICG - Instituto de la Construccin y Gerenciawww.construccion.org.pe / Email: [email protected] / Telefax: 421-7896

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DISEO MODERNO de Pavimentos Asflticos



Dedicatoria A nuestros hijos Fernando y Gabriela



CAPITULO 1:

INTRODUCCIN 1.1 Introduccin En la ingeniera de pavimentos se han incorporado nuevos conceptos como esfuerzos, deformacin, mdulo elstico, comportamiento resiliente, etc. que deber ser conocidos por el lector. En el presente captulo se definirn algunos de estos conceptos y los otros sern explicados en captulos especiales. 1.2 Estructura del Pavimento Asfltico La estructura que se apoya sobre el terreno de fundacin o subrasante, y que esta conformado por capas de materiales de diferentes calidades y espesores, que obedecen a un diseo estructural, se denomina pavimento. La estructura del pavimento est destinada a soportar las cargas provenientes del trfico. Tradicionalmente, los mtodos de diseo de pavimentos, han sido empricos; es decir, que la experiencia representaba un papel importante. Se requera que el ingeniero tuviese muchos aos en el rea para, de alguna manera, poder interpretar los resultados de las investigaciones de campo y realizar el diseo. Los pavimentos asflticos estn conformados por una carpeta asfltica apoyada generalmente sobre dos capas no rgidas, la base y sub base. No obstante puede prescindirse de cualquiera de estas capas dependiendo de las necesidades particulares del proyecto. La distribucin tpica de las capas que conforman la estructura del pavimento se grafican en la figura 1.1.

Terreno de fundacin

Sub bbaassee

Base

rasante

subrasante

Terreno de fundacin sin compactar

Figura 1.1: Estructura Tpica de Pavimentos Asflticos

S. MINAYA & A. ORDOEZ Difundido por: ICG - Instituto de la Construccin y Gerenciawww.construccion.org.pe / Email: [email protected] / Telefax: 421-7896


Diseo Moderno de Pavimentos Asflticos Introduccin

La carpeta asfltica o capa de rodamiento proporciona una superficie uniforme y estable al trnsito, de textura y color adecuado, que debe resistir los efectos abrasivos provenientes del trnsito y del medio ambiente. La nueva Gua de Diseo emprico-mecanstico AASHTO 2002 recomienda que el mdulo elstico de la carpeta se evale con el Mdulo Complejo Dinmico, E*, que ser detallado en los siguientes captulos. Sin embargo, podemos mencionar que la carpeta es una capa muy rgida con valores altos de mdulo. El mtodo de diseo AASHTO 1993 considera como parmetro de diseo de la carpeta asfltico el mdulo resiliente, para mezclas asflticas en caliente estos valores varan de 400,000 a 450,000 psi (28,000 a 32,000 kg/cm2) a 20C. La capa de base, generalmente granular, es una capa que se apoya sobre la sub base. La funcin de esta capa es transmitir los esfuerzos provenientes del trfico, a la sub base y subrasante. Los requisitos de calidad de agregados de base son muy rigurosos. Esta capa est conformada por grava chancada, compactada al 100% de la mxima densidad seca del ensayo proctor modificado. El mdulo elstico de la base se evala con el mdulo 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 segn el diseo puede o no colocarse. Se apoya sobre la subrasante y los requisitos de calidad de los materiales que la conforman son menos rigurosos, la razn de esto es que los esfuerzos verticales que se transmiten a travs 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, ms profunda de la estructura del pavimento, razn por la que los materiales que la conforman cumplen requisitos menos rigurosos. El mdulo elstico de la sub base se evala con el mdulo resiliente, MR. Una sub base granular con CBR del 40% (CBR mnimo para sub bases granulares, segn las Especificaciones Tcnicas Generales para Construccin de Carreteras EG-2000, Ministerio de Transportes, Comunicaciones, Vivienda y Construccin, Oficina de Control de Calidad) tiene un MR de 17,000 psi (1,200 kg/cm2). El terreno de fundacin puede estar conformado por un terrapln (caso de rellenos) o terreno natural en el caso de cortes, para ambos casos, la cota geomtrica superior se denomina subrasante. El mdulo elstico asociado al terreno de fundacin es el mdulo resiliente, este parmetro ha sido ampliamente investigado por las diferentes agencias de transportes de los Estados Unidos, correlacionndolo con el CBR. En los siguientes captulos se detallarn los mtodos 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) estn asociados al 100% de la mxima 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 est muy por debajo de la mxima densidad seca y su humedad natural es mayor que el ptimo contenido de humedad. En este ltimo caso el CBR se obtiene de muestras inalteradas1.

1 A. Ordez y S. Minaya, CBR de Subrasantes Arenosas y Limoarcillosas. 11 CILA 2001 Lima; XIII Congreso Nacional de Ingeniera Civil, Puno 2001; IV Congreso Ecuatoriano de Mecnica de Suelos e Ingeniera Geotcnica, Guayaquil 2001.

S. MINAYA & A. ORDOEZ 2Difundido por: ICG - Instituto de la Construccin y Gerenciawww.construccion.org.pe / Email: [email protected] / Telefax: 421-7896



1.3 Comportamiento Elstico El parmetro que evala las deformaciones ante cargas estticas es el Mdulo Elstico E. El mdulo elstico relaciona los esfuerzos aplicados y las deformaciones resultantes. Un ejemplo es la zapata, el nivel de esfuerzos aplicados al suelo a travs de la zapata es mnimo lo que originar que el suelo se deforme, pero esta deformacin no lo llevar a su condicin de falla. La teora elstica permite determinar el mdulo elstico del suelo mediante ensayos de campo y laboratorio, como en ensayos de compresin edomtrica, 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 presin transmitida al suelo es permanente y baja, lo que llevar a que la deformacin sea elstica. Grficamente existente una relacin lineal entre la presin transmitida y la deformacin, la pendiente de la recta mostrada es el mdulo elstico. Para el caso de cimentaciones el asentamiento permisible es de 2.5 cm.

E

a

e

q

Carga esttica permanente

q

Donde: Vc Esfuerzo de confinamiento q Presin axial He Deformacin elstica Ha Deformacin axial

Figura 1.2: Comportamiento elstico Es posible extender la teora elstica a los ensayos de C.B.R. utilizando los resultados de la prueba de carga asociados a asentamientos caracterstico de 0.1 pulgada. Para ello, se deber utilizar la solucin que ofrece la teora elstica para el clculo de asentamiento que ocurre cuando se tiene una superficie circular rgida cargada sobre un medio semi-infinito (Poulos y Davis, 1974).

U = S/2 (1-Q2) pr/E

c

Ensayo de laboratorio

Terreno de fundacin




donde:

U : Asentamiento Q : Relacin de Poisson p : Presin aplicada r : Radio del rea cargada E : Mdulo elstico Considerando un asentamiento caracterstico de 0.1 pulgada; un valor de Q=0.40; radio equivalente a un rea circular cargada de 3 pulg2 y la presin aplicada en funcin del valor CBR, se obtienen las siguientes relaciones2:

E = 139.7CBR ; E en libra/pulg2

E = 9.83CBR ; E en kg/cm2

Entonces, es posible obtener valores de mdulos elsticos, E a partir del valor CBR asumiendo un comportamiento del medio como elstico, uniforme e isotrpico. 1.4 Comportamiento Elasto-Plstico En pavimentos la carga transmitida es mvil, es decir, el suelo experimenta ciclos de carga y descarga. Para un mejor entendimiento se analizar el caso de un ciclo (1 carga y 1 descarga). Cuando el vehculo se aproxima al punto de anlisis A, el terreno de fundacin se empieza a deformar, esta deformacin se hace mxima cuando el vehculo se encuentra exactamente sobre el punto A, en ese momento conocemos la deformacin total. Sin embargo, cuando el vehculo se aleja el suelo trata de recuperar su posicin inicial pero no lo consigue. La deformacin no recuperable se denomina deformacin plstica y la deformacin recuperable es la deformacin elstica. El suelo ha experimentado plastificacin.

2 A. Ordez y S. Minaya, CBR de Subrasantes Arenosas y Limoarcillosas, 2001.

A

Terreno de fundacin

Pavimento

Veloc.

tiempo

Carga mvil, q




etotal ??

Hv ep ee

q

ep : deformacin plstica, permanente, no recuperable

ee : deformacin elstica, temporal, recuperable

q

Figura 1.3: Comportamiento elasto-plstico, un ciclo carga-descarga El terreno de fundacin soporta muchos ciclos de carga-descarga, las deformaciones plsticas se van acumulando y las deformaciones elsticas se van haciendo constantes. Cuando el suelo no acumula ms deformaciones plsticas ya se consolid para ese nivel de cargas. La pendiente de la recta al final de esta etapa se denomina mdulo resiliente, Mr. El mdulo resiliente representa el comportamiento elstico final del suelo.

tiempo

Carga mvil, q

e

ep ee

q

Mr

q

MR : Mdulo Resiliente representa el comportamiento elstico final, residual ep : Las deformaciones plsticas son acumulables e influyen en el

comportamiento del pavimento

ee

qMr

Figura 1.4: Comportamiento elasto-plstico, varios ciclos carga-descarga El mdulo resiliente ha sido correlacionado con el valor de la capacidad de soporte del suelo CBR, y ha sido usado como parmetro de diseo pero no se ha percibido que ste representa una condicin particular del suelo.




El reciente mtodo de diseo de pavimentos (AASHTO 2002) considera que ninguna de las capas que componen la estructura del pavimento debe tener deformaciones plsticas, sobre todo en la capa ms dbil. El terreno de fundacin 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 ltima versin del catlogo Francs, 1998, clasifica los suelos del terreno de fundacin en 4 tipos denominados PF1 (cuya capacidad de soporte es baja) a PF4 (elevada capacidad de soporte, generalmente tratada). El catlogo de 1998, no considera la construccin 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 est entre 7 y 20%; y los suelos PF3 con CBR entre 20 y 30 a 40%. La construccin de las capas compactadas se controlan con la Viga Benkelman. Las deflexiones mximas, recomendadas por el catlogo Francs de 1998 estn en funcin del mdulo del ensayo de placa cclico y tipo de terreno de fundacin, como se muestra en la tabla 1.1. Para suelos arcillosos tratados con cal las deflexiones mximas se muestran en la tabla 1.2.

Tabla 1.1: Requisito de deformabilidad en el momento de la construccin de la obra, para capas de refuerzo o fundacin no tratada (Catlogo Francs de 1998)

Clasificacin del suelo Mdulo de deformabilidad

en MPa (ensayo de placa)Deflexin mxima en mm,

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 construccin de la obra, para suelos arcillosos tratados con cal (Catlogo Francs de 1998)

Deflexin mxima en mm,

viga Benkelman Clasificacin del suelo

Tratamiento slo con cal

Tratamiento con cal y cemento

PF2 1.20 0.80 PF3 0.80 0.60 PF4 -.- 0.50




1.5 Ensayo del mdulo resiliente para suelos El ensayo del mdulo resiliente es similar a un ensayo triaxial, se aplica un esfuerzo desviador cclico a la muestra previamente confinada. El esfuerzo desviador est en funcin de la velocidad, carga y confinamiento. La norma AASHTO T274 que estandariza el ensayo del mdulo resiliente, en su ltima revisin de 1999, considera que el especimen puede alcanzar una deformacin mxima de 5%. Si la muestra tiene valores mayores de deformacin, el mdulo resiliente ya no es representativo. El esfuerzo desviador est en funcin de la velocidad directriz de la va. Si el vehculo se desplaza lentamente, como en zonas agrestes de fuerte pendiente (carretera central, velocidad entre 10 a 20 km/h), el terreno de fundacin podr deformarse mucho ms que en el caso el vehculo circulase rpidamente.

Figura 1.5: Celda triaxial cclico ensayo de resiliencia.




Cuando la carga aplicada es lenta, el mdulo resiliente, Mr, se acerca al mdulo elstico, E. El ensayo de mdulo resiliente se realiza para las condiciones a las que estar sometida la va. q

deformacin

v 80 KPH v = 0

Mr E

Mr 10 E 1.6 Proyectos de Investigacin En el ao 1987 en los EE.UU. se destin 150 millones de dlares para un proyecto de investigacin que agrup especialistas de diferentes reas, denominado SUPERPAVE, Superior Performance Pavement. Este proyecto pretenda reemplazar las metodologas empricas, utilizadas hasta entonces, con metodologas mecansticas; es decir, aquella que utiliza los conceptos de la mecnica estructural. El proyecto abarc la evaluacin de los agregados y ligantes asflticos. La fortaleza de este mtodo radica en la apropiada evaluacin mecnica del ligante asfltico. Con este mtodo el ligante asfltico se evala a las temperaturas crticas o extremas de servicio y deja de evaluarse con pruebas empricas, como el de penetracin. 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 alemn de los aos 60 ha permitido dar solucin a los problemas de trnsitos pesados y climas fros, de las carreteras en Europa y ltimamente en los EE.UU. y Canad. El concepto de diseo SMA se basa en una estructura granular donde predomina el contacto piedra-piedra el mismo que le provee de alta resistencia cortante, baja deformacin permanente o rutting y considera un buen porcentaje de ligante que le da una excelente durabilidad. Las caractersticas del comportamiento mecnico de la mezcla asfltica se alcanzan utilizando una granulometra incompleta (gap-graded aggregate) combinada con fibra y/o polmeros modificados y un mayor contenido de ligante. El comportamiento del SMA es actualmente calificado en los EE.UU. y Canad como de excelente bajo trfico pesado e intenso y climas fros, bajo costo de mantenimiento y una duracin que alcanza los 30 aos de vida de servicio. Recientemente, las metodologas mecansticas se han extendido en su aplicacin, al diseo estructural del pavimento, incorporando los conceptos de la teora elstica. El mtodo de diseo AASHTO 2002 permite evaluar la estructura de pavimento en funcin de los esfuerzos




transmitidos, las deflexiones generadas y el aporte estructural de cada capa que compone la estructura. 1.7 Esfuerzos ms Importantes producidos en la Estructura del Pavimento Asfltico La estructura tpica del pavimento en nuestro medio est formada por carpeta asfltica y capas de material seleccionado colocadas sobre subrasante compactada y subrasante natural, el objetivo es distribuir las cargas provenientes del trnsito, de manera que las presiones verticales a nivel de fundacin sean menores a las admisibles por la estructura del pavimento. La llanta no slo genera esfuerzos verticales sino tambin esfuerzos horizontales. En una estructura tpica de pavimento (carpeta asfltica, base y sub base granular) los esfuerzos horizontales se disipan a travs de la carpeta asfltica, pasando de un valor positivo en la superficie a uno negativo en su fibra inferior. Los esfuerzos as generados producen fisuras que luego se reflejarn en la superficie. La figura 1.6 muestra la distribucin de esfuerzos horizontales (VH) y verticales (VV) de pavimentos tpicos. Dos de las principales fallas que se producen en el pavimento estn asociadas a las deformaciones excesivas a nivel de la sub-rasante, reflejando el comportamiento del terreno de fundacin y la deformacin por traccin, asociado al agrietamiento.

Carpeta

Base granular

(+)

(-)v

H

Sub base granular

Suelo compactado

Fundacin

Figura 1.6: Esquema de la Distribucin de Esfuerzos en Pavimentos Tpicos El esquema de distribucin de esfuerzos en una estructura de pavimentos con base y/o sub base estabilizada se muestra en la figura 1.7. La carpeta asfltica est sometida solamente a esfuerzos de compresin, mientras los esfuerzos de traccin son absorbidos por la base estabilizada.




Carpeta

Base Estabilizada

Sub base

Fundacin

(+)

(-) vH

Figura 1.7: Distribucin de Esfuerzos en Pavimentos con Base y/o Sub Base Estabilizada.

Desde este punto de vista el ensayo de traccin indirecta y el respectivo parmetro como es el mdulo de resiliencia no representa el comportamiento mecnico de la carpeta asfltica, as, un ensayo de compresin confinada cclica ser representativo del comportamiento mecnico. Witczak y otros, de la Universidad de Arizona, proponen evaluar el Mdulo Dinmico Complejo, obtenido de ensayos de compresin triaxial cclico. La Gua de Diseo de Pavimentos AASHTO 2002 recomienda el uso de este parmetro. El mdulo dinmico, E* tambin ha surgido como el principal candidato para el Simple Performance Test Superpave, que predice las deformaciones permanentes y agrietamientos fatiga en pavimentos asflticos >64@.



CAPITULO 2:

SUELO DE FUNDACIN 2.1 Mtodo de Exploracin de Campo del Terreno de Fundacin En la ejecucin de cualquier proyecto u obra de ingeniera civil es necesario realizar la exploracin del lugar, como parte de un programa de investigaciones geotcnicas, el mismo que involucra aspectos de geologa y mecnica de suelos. Del tamao y tipo del proyecto, dependern las consideraciones del programa de exploracin. Las etapas de la exploracin de campo son:

1. Trabajo Preliminares de Gabinete: Es la recopilacin de la informacin del lugar como mapas, fotografas, estudios anteriores, etc.

2. Exploracin detallada del sitio y muestreo: Levantamiento estratigrfico y mineraloga de los estratos rocosos y condiciones del subsuelo, mediante la ejecucin de pozos de prueba denominados calicatas se identifican los estratos que conforman la subrasante y se mide la densidad natural del estrato ms desfavorable. Se debe identificar las condiciones de agua subterrnea y toma de muestra para exmenes ms detallados y ensayos de laboratorio.

3. Pruebas de laboratorio con las muestras: Ensayos con muestras alteradas y no alteradas representativas de la estratigrafa. Ensayos estndar con fines de caracterizacin fsica de suelos y clasificacin, as 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 construccin; controles de compactacin de campo, ensayos de penetracin ligera con DPL, etc.

5. Reporte de resultados: Detalles de estudio geolgico, perfiles estratigrfico y mapeado de los resultados de penetracin ligera, resultados de las pruebas de laboratorio, incluyendo los registro de excavaciones, referencias de muestras e interpretaciones estratigrficas.

2.2 Alcance de la Exploracin del Sitio La informacin generada por la exploracin del lugar est relacionada con los depsitos 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 construccin de la va. Los esfuerzos significativos transmitidos por las cargas del trnsito alcanzan hasta 1.5 m de profundidad.



Diseo Moderno de Pavimentos Asflticos Suelo de Fundacin

Los ensayos de penetracin y calicatas deben efectuarse cada 500 m en caso de carreteras y cada 100 m cuando la va es urbana1. En condiciones uniformes y homogneas, las calicatas se pueden espaciar a varios kilmetros. En condiciones de variaciones laterales o verticales la separacin se reduce, con el objetivo de identificar la zona en la que cambian las condiciones de sitio. La profundidad de exploracin est relacionada con la transmisin de los esfuerzos, el alcance mximo de una calicata o ensayo de penetracin 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 mayora de los suelos, la presencia del nivel fretico puede ser una de las limitaciones de este tipo de exploracin. Tienen la ventaja de que se pueden realizar a mano o con una excavadora mecnica, y de exponer la sucesin de estratos para facilitar su inspeccin visual. No existen desventajas para este tipo de exploracin.

La ejecucin de las calicatas requiere un conocimiento de los suelos encontrados, la identificacin 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 sern remoldeadas en el laboratorio, tambin permite obtener muestras inalteradas que sern 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 semicilndrica de 10 cm. de dimetro, unido por medio de una serie de varillas de extensin 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 diseo especial cuando se trate de suelos puramente cohesivos (arcillas) o friccionantes (arenas). Las posteadoras constituyen un mtodo muy sencillo, econmico y rpido de realizar perforaciones en suelos que no contengan presencia de gravas. 2.4 Ensayo de Penetracin Ligera con Cono, DPL Se utiliza el Cono Ligero Alemn (foto 2.3) de acuerdo a la Norma DIN 4094 incorporado en la Norma Tcnica E0.50 de Suelos y Cimentaciones. Dado que el Cono Alemn transmite la misma cantidad de energa especfica que el Ensayo de Penetracin Standard S.P.T. - ASTM D 1586, segn la Norma DIN, no es necesario utilizar correlaciones para la interpretacin de los resultados, ya que el valor numrico de NSPT es similar al valor N . DPL

1 Especificaciones Tcnicas del Ministerio de Transportes, Comunicaciones, Vivienda y Construccin.




Foto 2.1: Calicata

Foto 2.2: Posteadora manual Iwan Auger

El equipo de cono ligero consiste de un cono de punta cnica de 90q y 2,2 cm. de dimetro. El martillo pesa 10 kg. y la altura de cada es de 50 cm. El valor NDPL corresponde al nmero de golpes para conseguir 10 cm. de penetracin. El ensayo es continuo y se registran valores cada 10 cm. de profundidad. Fundamentalmente, el ensayo de penetracin ligera es un ensayo de resistencia. Los problemas asociados a pavimentos son de deformabilidad, el suelo estar muy por debajo de los niveles de falla. Aunque el ensayo de penetracin ligera es un ensayo de resistencia, se recomienda usarlo para exploraciones con fines de pavimentacin, porque permite identificar, mediante la variacin del valor NDPL, los espesores y densidad relativa de los estratos que conforman la subrasante.




La principal limitacin 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 penetracin ligera con cono

A continuacin relaciones empricas entre el ngulo de friccin I, densidad relativa y peso unitario de suelos granulares normalmente consolidados

Relaciones Empricas de I, Dr, y Peso Unitario de los Suelos Granulares Normalmente Consolidados basados en Ensayos SPT para Profundidades menores de 6m.

Descripcion Suelto Medio

Densidad Relativa, Dr 0 0.15 0.35 0.65 SPT N70

Fino 0.075-0.425 mm 3-6 7-15 Medio 0.425-2.000 mm 4-7 8-20 Grueso 2.000-4.750 mm 5-9 10-25 I : Fino 28-30 30-34 Medio 30-32 32-36 Grueso 30-34 33-40

J d (gr/cm 3 ) 1.4-1.6 1.6-1.8

26-2827-28 28-30 1.2-1.4

Muy Suelto

1-2 2-3 3-6




La resistencia a la penetracin del ensayo de DPL puede ser correlacionado con el mdulo elstico del suelo. Ordez 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 nmero de golpes/10 cm de penetracin, E en kg/cm2

2.5 Muestreo de Suelos, obtencin de Muestras Inalteradas y Alteradas Existen dos categoras 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 as calculado, estar asociado a la densidad y humedad natural. Foto 2.4.

Foto 2.4: Molde de CBR y accesorio




Si el suelo est conformado por arenas y es difcil 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 identificacin del suelo y para pruebas de clasificacin y calidad a medida que se recolectan, las muestras se introducen en recipientes de vidrio o plsticos y se sellan, tambin se pueden usar latas o bolsas de plsticos. Se debe tomar una porcin de 100 kg. aproximadamente para realizar los ensayos de proctor modificado y CBR en muestras remoldeadas al ptimo contenido de humedad, para determinar el CBR de diseo para subrasantes granulares, materiales de sub base y base granulares. 2.6 Identificacin Visual y Manual de Muestras de Suelo ASTM D 2488

Pruebas de Campo para Clasificacin La identificacin visual, es el reconocimiento preliminar del suelo sin necesidad de empleo de equipos o ensayos de laboratorio. Mas tarde, los ensayos de laboratorio confirmarn y permitirn precisar la informacin obtenida del terreno. En el anexo E se detalla los procedimiento visuales y manuales, en esta seccin solo se presenta un breve resumen. Esta identificacin es una etapa inicial para el estudio de Mecnica de Suelos, que permite tomar decisiones y ajustar el programa de investigacin. Los trminos bsicos 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 ms de stos y a veces contienen una cantidad de materia orgnica. Sin embargo, es posible identificar el componente predominante y asignarles el trmino bsico. Por ejemplo, una arena limosa tiene las propiedades de una arena, con una cantidad importante de limo; un limo orgnico est compuesto prioritariamente por limo, pero contiene una cantidad significativa de materia orgnica. Se conoce como suelos granulares a las arenas y a las gravas, y como suelos finos a las arcillas y limos. Esta distincin se basa en la visibilidad de las partculas individuales. En laboratorio, los suelos finos y gruesos se separan con la malla N200. 2.6.1 Identificacin y Descripcin de Suelos Finos En comparacin a los suelos finos, los suelos granulares son ms fciles de identificar. La angularidad, forma, color, olor, humedad, consistencia, cementacin, estructura, tamao mximo de partculas y dureza, son las principales caractersticas de este tipo de suelos. Los suelos finos para su identificacin necesitan de algunos ensayos de campo, para poder diferenciar las arcillas de los limos o de las arenas finas.




A) Reaccin a la Agitacin 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 golpendola en forma reiterada y fuerte contra la otra mano.

Foto 2.5: Prueba de Dilatancia

El suelo tiene reaccin rpida al sacudimiento cuando la pasta cambia de forma y evidencia una superficie brillante (debido a la expulsin de agua). Cuando el suelo tiene reaccin rpida al sacudimiento con unos pocos golpes, se puede asegurar que se trata de un limo. Si la reaccin del suelo es muy lenta o no hay reaccin, se puede concluir que se trata de una arcilla. Para el caso de arenas limpias muy finas la reaccin es muy rpida. 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 slo con el ensayo de dilatancia, es siempre conveniente continuar con el ensayo de amasado que se enuncia a continuacin. 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 bastn de aprox. 3 mm. Este proceso se repite hasta que el contenido de humedad se reduce y la muestra adquiere una consistencia dura. El bastn se rompe en varias partes al ser amasado (foto 2.6).

Foto 2.6: Prueba de tenacidad




Cuanto ms tenaz es el rollito y cuanto mas duros son los trozos al desmoronarse, mas importante es la fraccin arcillosa del suelo. Durante el ensayo se deben observar:

1. Resistencia del suelo al amasado, cuando est 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 plsticamente durante el amasado, pero deja de hacerlo una vez que alcanza la humedad que tiene el bastn al romperse.

3. Brillo cuando se alcanza la rotura del bastn de suelo, se puede unir sus partes al oprimirlas entre s fuertemente con los dedos, se frota con la ua y se observa si la superficie frotada brilla. Las arcillas presentan una superficie brillante que va en aumento segn el crecimiento de la plasticidad, es decir, es ms brillante si la arcilla es ms plstica.

C) Resistencia en Estado Seco (a la disgregacin) Una muestra de suelo se deja secar expuesta al sol y aire, se mide su resistencia rompindola y desmoronndola entre los dedos. La resistencia (en estado seco) aumenta con la plasticidad (presencia de arcilla). Un limo inorgnico posee una resistencia muy ligera. Las arenas finas limosas y los limos tienen baja resistencia. Una arcilla ser muy resistente en estado seco, a mayor porcentaje de arcilla en la muestra, mayor ser su resistencia. En la tabla 2.1 se resumen los ensayos de campo, con resultados visuales y el tipo de suelo al que est relacionado ese comportamiento.

Foto 2.7: Resistencia en estado seco




Tabla 2.1: Identificacin de Suelos con Pruebas Manuales

Suelo Tpico Resistencia en Estado Seco

Dilatancia Tenacidad Tiempo de sedimentacin en prueba de dispersin

Limo arenoso ninguna a muy baja Rpida De dbil a baja De 30 a 60 min

Limo muy baja a baja Rpida De dbil a baja De 15 a 60 min

Limo arcilloso baja a media De rpida 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 das

Limo orgnico baja a media Lenta De dbil a baja De 15 min. a varias horas

Arcilla orgnica Media a muy alta Ninguna Alta De varias horas a das

2.6.2 Identificacin y Descripcin de Suelos Granulares En campo se considera un tamao 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, segn su tamao.

Arenas gruesas. Entre la malla N 4 (4,76 mm.) y la malla N 10 (2 mm.). Arenas medias. Entre la malla N 10 y la malla N 40 (0,425 mm.). Arenas finas. Entre la malla N 40 y la malla N 200 (0,075 mm.).

En la descripcin de un suelo granular se deben incluir ciertas caractersticas 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. Tamao mximo de las gravas o bolones en pulgadas. 4. Tamao de los granos dominantes (para los suelos pobremente graduados, es decir,

que no tienen una buena distribucin de tamaos, 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.




6. Estado de las partculas (si el material constituyente de los granos no es sano y esta en estado de alteracin, las partculas pueden romperse entre las manos).

Adems de estos datos se debe indicar: A) Angularidad Describir la angularidad de la arena (solamente de la fraccin gruesa), grava, cantos rodados y boleos como angular, subangular, subredondeada y redondeada. B) Forma Si las partculas tienen forma chata, alargada o chata y alargada. Esta caracterstica es muy importante porque el porcentaje de participacin de estas partculas est limitado segn especificaciones. Las partculas chatas y alargadas pueden romperse durante la aplicacin de las cargas y modificar la granulometra del medio. C) Otros Otras caractersticas importantes son el color, cementacin, dureza y rango de partculas. 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 pavimentacin son:

2.7.1 Ensayos para Clasificacin de Suelos A las muestras representativas de los estratos que conforman la subrasante (hasta una profundidad de 1.50 m), se les realiza el anlisis granulomtrico por tamizado y lmites de consistencia. Estos resultados deben corroborar la identificacin visual realizada en campo. Los resultados del anlisis granulomtrico y los lmites de consistencia se reportan grficamente, como se muestra en la figura 2.1.




Figura 2.1: Anlisis granulomtrico 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 perodo se vuelve a pesar. El contenido de humedad se reporta en porcentaje como:

seco suelo Peso

seco suelo Pesohumedo suelo Peso(%)

Z

2.7.3 Ensayo de Densidad Natural El ensayo de densidad natural, permite conocer la condicin natural del terreno de fundacin. En suelos granulares ser importante si el terreno est compacto o suelto. En terrenos de fundacin conformados por subrasantes arenosas y limo arcillosas, este valor permitir remoldear muestras en el laboratorio a la densidad de campo. Las muestras as remoldeadas, sern ensayadas en la prensa de CBR para determinar el CBR de diseo.




Otra aplicacin de este ensayo es en los controles de compactacin de campo para el caso de la conformacin de terraplenes, capas de afirmado, base y sub base. Conociendo la mxima densidad seca y el ptimo contenido de humedad del suelo a compactar, se puede verificar el porcentaje de compactacin 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 mtodo del Cono y la Arena, densmetro nuclear, etc.

EEnnssaayyoo ddee DDeennssiiddaadd NNaattuurraall mmeeddiiaannttee eell CCoonnoo

ddee AArreennaa

EEnnssaayyoo ddee DDeennssiiddaadd NNaattuurraall ccoonn DDeennssmmeettrroo NNuucclleeaarr

AASSTTMM DD 22992222




2.7.4 Contenido de Sales Solubles (Carbonatos, Cloruros y Sulfatos, etc) En casos especiales, dependiendo de los condicionantes geolgicos de sitio, es importante determinar el contenido de sales solubles que pueden influir en el comportamiento mecnico o impactar en las obras de concreto como son los cloruros y sulfatos. En zonas ridas prximas a la lnea 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 reas ubicadas a menos de 5 km. del mar presenta contenido de sales. 2.7.5 Ensayo Proctor Modificado, ASTM D 1557 La compactacin de suelos constituye un captulo importantsimo y se halla ntimamente relacionada con la pavimentacin de carreteras, vas urbanas y pistas de aterrizaje. El ensayo de compactacin 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 energa de compactacin de 56,000 lb-pie/pie3 2,700 kN-m/m3. El suelo extrado de campo es compactado en un molde de dimensiones conocidas, con diferentes contenidos de humedad. Para contenidos bajos de humedad el suelo no se compactar adecuadamente, porque no existe la lubricacin que permita el acomodo de las partculas. Para altos contenidos de humedad el suelo pierde densidad, porque el agua entre las partculas impide que estas se junten. Solo se tendr una mxima densidad seca, MDS. La humedad a la que la muestra alcanza su mxima densidad seca, se denomina ptimo 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 mxima 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 Conclusin, el terreno de fundacin no alcanzar y/o estar lejos de la Densidad Equivalente al 95% 100% de la MDS, criterio que se asume como regla general. Figura 2.3.




Curva de Compactacin

2.10

2.11

2.12

2.13

2.14

2.15

2.16

2.17

2.18

2.19

5 6 7 8 9 10Contenido de Humedad (%)

Peso

Es

pec

fico

Se

co (g

r/cc)

11

Figura 2.2: Curva de compactacin del proctor modificado Si el lector desea tener mayor informacin sobre el proyecto de investigacin realizado por los autores durante el ao 2000, titulado C.B.R. DE SUBRASANTES ARENOSAS Y LIMO-ARCILLOSAS podr remitirse al Anexo A de este libro.

1.45

1.65

1.85

2.05

4 8 12 16 20 24Humedad (%)

Den

sida

d S

eca

(gr/c

m3 )

11.7

1.971

(20.1,1.62)

Proctor Modificado

Condicin Natural

Figura 2.3: Curva Densidad Seca Humedad. Av. La Paz Cdra. 10 San Miguel - Lima




2.7.6 California Bearing Ratio (C.B.R.)

Los mtodos de diseo de pavimentos relacionan el valor de la capacidad de soporte del suelo o CBR con el mdulo resiliente del material. El mdulo resiliente es el parmetro que se utiliza en el diseo del pavimento.

El mdulo resiliente se obtiene de ensayos triaxiales mediante ciclos de carga y descarga; sin embargo, AASHTO 2002 presenta una ecuacin que permite correlacionar el valor del mdulo resiliente con el del CBR. De aqu la importancia de evaluar adecuadamente el CBR del material.

El ensayo de California Bearing Ratio o CBR, es un ensayo relativamente simple, comnmente usado para obtener un ndice de la resistencia del suelo de subrasante, material de base, sub base o afirmado.

Para materiales de base, sub base y afirmado, as como subrasantes granulares, el CBR puede estar asociado a la mxima densidad seca del prctor 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 condicin natural el CBR puede ser menor a 2 3%. El comportamiento de la subrasante es funcin 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 condicin saturada y los valores de densidad de campo estn muy por debajo de la densidad de compactacin, los valores de los mdulos elsticos realmente son muy bajos. Se proponen tres mtodos para determinar el valor de CBR:

CBR in situ, mide directamente la deformacin ante una carga aplicada, CBR en muestras inalteradas, es un mtodo recomendado para subrasantes de suelos finos. Consiste en obtener una muestra inalterada de campo, que ser 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 penetracin en su condicin natural y saturada, siguiendo el mismo procedimiento que en muestras remoldeadas. CBR en muestras remoldeadas, mtodo recomendado para subrasantes granulares, materiales de base, sub base y afirmado.




Los especimenes pueden ensayarse en su condicin natural o saturada, luego de un perodo de inmersin en agua, la condicin saturada es la ms desfavorable. El CBR es la relacin (expresada en porcentaje) entre la resistencia a la penetracin requerida para que un pistn de 3 pulg2 de rea penetre 0.1 pulg dentro de un suelo entre 1000 psi que es la resistencia a la penetracin de una muestra patrn. La muestra patrn es una piedra chancada. El CBR se expresa como:

100lgpu/lb 000,1

pulg 0.1 penetrar para requerida (psi) npenetracio la a aResistenciCBR

2u

En ocasiones, el CBR calculado para una penetracin de 0.2 pulg. con su correspondiente resistencia a la penetracin estndar de 1500 psi, puede ser mayor que el obtenido para una penetracin 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 penetracin, 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 trnsito. La deformacin del suelo la deflexin resultante debern ser menores a las admisibles. Para que la estructura de pavimento se comporte adecuadamente y cumpla el perodo de diseo, presentar una deflexin mxima de 0.20 mm. para cargas estticas transmitidas por un eje estndar de 8.2 ton. La deflexin mxima, bajo cargas estticas, puede ser medida con la Viga Benkelman, esto significa que al nivel de subrasante la deflexin mxima ser de 0.5 a 1 mm. Los reglamentos estatales en EE.UU. recomiendan que el valor CBR de la subrasante debe ser como mnimo entre 8 y 10%. Caso contrario, se deber primero estabilizar el terreno antes de construir la estructura del pavimento. 2.9 Estratigrafa de los suelos nomenclatura y simbologa Se debe realizar la descripcin de los diferentes estratos que conforman el terreno investigado. Se detallaran las caractersticas fsicas, clasificacin visual, color, humedad, plasticidad de los finos, consistencia o densidad relativa y algunas caractersticas particulares como cementacin, presencia de troncos, races o cualquier material extrao.




Se mencionar, adems, la profundidad a la que se encuentre el nivel fretico, si fuera el caso, indicando la fecha de medicin y comentarios sobre su variacin en el tiempo. Adems, es importante indicar, el resultado de los ensayos de laboratorio obtenidos para los estratos evaluados, de manera que la informacin sea mas clara. 2.10 Registros estratigrficos. Todos los resultados de la evaluacin de campo y ensayos de laboratorio se indican en los registros estratigrficos. Los registros estratigrficos se preparan para cada calicata o cada exploracin con equipo de penetracin. Un ejemplo de registro de calicata con ensayo de penetracin ligera se muestra en la figura 2.4. 2.11 Perfil longitudinal del terreno El perfil longitudinal del terreno en estudio es el resultado grfico de la interpolacin de las calicatas. En este perfil se visualiza la disposicin de los estratos en toda la subrasante. Los perfiles se obtienen de los trabajos de campo, como calicatas y ensayos de penetracin. Todos los resultados de laboratorio deben indicarse en este perfil. De esta manera se puede tomar la decisin de los trabajos que sern considerados en el diseo y ejecucin del proyecto.




0 10 20 30 50

2.20 50

PRO

FUND

.(M

ETR

OS)

Tipo

de

Son

deo

DESCRIPCION DEL MATERIAL

PRO

FUND

IDAD

(M

ETR

OS) ENSAYO DE PENETRACION

LIGERA

Golpe x 10cm.

GRAFICA DE N

0.10 0.10

Sim

bolo

SM

4

0.20 0.20 6

0.30

0.40

0.30 11

0.40 7

0.60 0.60 10

0.50 0.50 6

0.70

0.80 9

0.90 11

0.70 12

0.80

1.00

0.90

1.00 12

1.10 1.10 25

Arena limosa, humeda, con raicez, en estado suelto a semi-compacto, cementado. Presencia de gravillas aisladas. NDPL de 6 a 12.

1.20

GP-GM

1.20 32

1.30 1.30 28

1.40 1.40 50

1.50 1.50 50

1.60 1.60 50

1.70 1.70 50

1.80 50

1.90 1.90 50

2.00 2.00 50

2.10 2.10 50

2.20

Grava limosa, pobremente graduada, semi compacto, con presencia de bolones subredondeados de TM=8". Porcentaje de bolones de 25%. NDPL mayor de 50.

Clasificacion SUCS : GP-GMHumedad, Z : 4.1%Limite liquido, LL : 21%Indice Plastico, IP : N.P.% de finos

>

>

>

>

>

>

>

>

Figura 2.4: Ejemplo de registro de calicata y sondaje



CAPITULO 3:

MATERIAL DE PRSTAMO 3.1 Introduccin Los agregados empleados en la construccin de carreteras, deben cumplir con requisitos de granulometra y especificaciones tcnicas, que garanticen un buen comportamiento durante su periodo de vida. En este captulo se cubrir el tema de la granulometra y calidad de agregados que conformarn las capas de afirmado, sub base y base. Durante los ltimos 10 aos se han desarrollado nuevas tecnologas y criterios para el diseo de mezclas asflticas, variando los criterios del diseo de mezclas, pero los mtodos de evaluacin de calidad de los agregados no se ha modificado. Las especificaciones granulomtricas de las carpetas asflticas, se vern con detalle en el captulo correspondiente, donde se tratar de los tipos de mezclas asflticas. Sin embargo, en este captulo se consideran los ensayos de calidad de agregados para carpetas asflticas. 3.2 Especificaciones Tcnicas de Material de Prstamo: Afirmado,

Sub Bases y Bases Granulares. Mezclas de Suelos y Agregados

3.2.1 Especificaciones Granulomtricas Los materiales granulares que conformaran las capas de afirmado, sub base y base, deben cumplir con rangos granulomtricos especificados por el MTC. La gradacin es una de las ms importantes propiedades de los agregados. Este afecta casi todas las propiedades importantes de una mezcla asfltica en caliente, incluyendo dureza, estabilidad, durabilidad, permeabilidad, trabajabilidad, resistencia a la fatiga, resistencia al rozamiento, y resistencia a la humedad. De esta manera, la gradacin es la primera consideracin en un diseo de mezclas asflticas. Tericamente, es razonable pensar que la mejor gradacin sea la densa o bien gradada; sin embargo, recientes investigaciones han demostrado que las mezclas del tipo Stone Mastic Asphalt, SMA, tienen un mejor comportamiento cuando estn sometidas a la accin de trfico pesado, en zonas de altura. Las especificaciones granulomtricas vigentes en el Per son las Especificaciones Tcnicas Generales para Construccin de Carreteras EG-2000, del Ministerio de



Diseo Moderno de Pavimentos Asflticos Material de Prstamo

Transportes, Comunicaciones, Vivienda y Construccin, Oficina de Control de Calidad. En la tabla 3.1 se listan los rangos mximos y mnimos para materiales de afirmado. En la figura 3.1 se grafican los rangos especificados.

Tabla 3.1: Huso Granulomtrico para Afirmado

Muestra Afirmado (% que pasa) Abertura

Tamiz A-2 A-1 (mm)

2" 50,000 100 -.- 1 37.500 100 -.- 1" 25,000 90-100 100,0 19.000 65-100 80-100 3/8" 9,500 45-80 65-100 N4 4,750 30-65 50-85 N10 2,000 22-52 33-67 N40 0,425 15-35 20-45 N200 0,075 5-20 5-20

Especificaciones Tcnicas Generales para Construccin de Carreteras EG-2000, Ministerio de Transportes, Comunicaciones, Vivienda y Construccin, Oficina de Control de Calidad

Huso Granulomtrico para Afirmados

3" 2" 3/4"

N4

N2

00

0

20

40

60

80

100

0.010.1110100

Abertura (mm)

% a

cum

ulad

o qu

e pa

sa A-2 A-1

Figura 3.1: Rangos Granulomtricos para Materiales de Afirmado, Sub-base y Base Granulares (MTC)

Las especificaciones tcnicas para rangos granulomtricos de materiales de sub base y base, son los mismos. Las normas ASTM D 1241 las especifican bajo el ttulo Standard Specification for Materials for Soil-Aggregate Subbase, Base and Surface Courses, sta




norma fue revisada por ltima vez en 1994. El Ministerio de Transportes y Comunicaciones la hizo suya y las consider dentro de las especificaciones emitidas en el ao 2000. La tabla 3.2 muestra las especificaciones granulomtricas para materiales de sub base y base granular. En la figura 3.2 se muestran las especificaciones grficamente.

Tabla 3.2: Huso para Sub-Base y Base Granular

Porcentaje que pasa en peso Abertura

Tamiz Gradacin B Gradacin C Gradacin DGradacin A(1)(mm)

2" 50,000 100 100 -.- -.- 1" 25,000 -.- 75-95 100 100 3/8" 9,500 30-65 40-75 50-85 60-100 N4 4,750 25-55 30-60 35-65 50-85 N10 2,000 15-40 20-45 25-50 40-70 N40 0,425 8-20 15-30 15-30 25-45 N200 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 Tcnicas Generales para Construccin de Carreteras EG-2000, Ministerio de Transportes, Comunicaciones, Vivienda y Construccin, Oficina de Control de Calidad: (1) la curva gradacin A deber 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 tcnicas emitidas por el Ministerio de Transportes y Comunicaciones EG-2000.

Los materiales que sern empleados como material de afirmado o sub base podr ser agregado natural, triturado o una combinacin de ambos. Los agregados para bases debern ser chancados. Todos los agregados utilizados como afirmados, sub base y base sern resistentes, sin exceso de partculas chatas o alargadas, no podrn presentar terrones de arcilla ni materia orgnica.

Los ensayos a los que estn sometidos los suelos son: Abrasin Los Angeles, Equivalente de Arena, ensayo de proctor modificado, CBR asociados a la mxima densidad seca y al ptimo contenido de humedad del proctor, partculas chatas y alargadas, caras de fractura, sales solubles y contenido de impurezas orgnicas.




Huso Granulomtrico para Sub Bases y Bases Granulares

3" 2" 3/4"

N4

N2

00

0

20

40

60

80

100

0.010.1110100Abertura (mm)

% a

cum

ulad

o qu

e pa

sa

B A

Rango Granulomtrico para Sub Bases y Bases Granulares

3" 2" 3/4"

N4

N2

00

0

20

40

60

80

100

0.010.1110100Abertura (mm)

% a

cum

ulad

o qu

e pa

sa

D C

Figura 3.2: Rangos granulomtricos para materiales de sub base y base granulares (MTC)

Las muestras al llegar al laboratorio se separan, porque sern ensayadas para que verifique diferentes requisitos de calidad. En la tabla 3.3 se muestra en resumen, los ensayos a los que estn sometidas las muestras que conformarn las capas de afirmado, sub base, base o carpeta de rodadura.




Tabla 3.3: Ensayos de Calidad de Agregados

Asfalto Sub base Base Afirmado ENSAYOS

Granular Piedra Arena Anlisis Granulomtrico por Tamizado X X X X X Lmites de Consistencia X X X Equivalente de Arena X X X X Peso especfico y Absorcin X X Peso unitario suelto X X Peso unitario varillado X X Abrasin X X X X Proctor Modificado X X X CBR X X X Porcentaje de caras fracturadas X X X % de partculas chatas y alargadas X X X Contenido de impurezas orgnicas X X X Contenido de sales solubles totales X X X X X Adherencia (entre mallas N3/8" y ") X Riedel Weber (segn norma a emplear) X Durabilidad X X

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

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




Tabla 3.4: Especificaciones Tcnicas para Materiales empleados en Construccin de Carreteras

Sub base granular Base granular


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

Suelo por estabilizar Prdida Mxima (%)

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 fundacin se estabiliza con cal por diferentes razones: para agilizar la construccin, en el tratamiento de suelos expansivos y para proporcionar una cimentacin fuerte a la estructura del pavimento. Un suelo estabilizado con cal puede ser rgido y durable, mejorando el comportamiento del pavimento. La incorporacin de cal a suelos de gradacin fina como las arcillas origina que los cationes de la superficie de arcilla sean sustituidos por los de xido de calcio, incrementando el pH y alterando la mineraloga de la superficie de las molculas de arcilla. Esta alteracin reduce la capacidad de la arcilla para absorber agua y por lo tanto reduce su expansin y plasticidad, mejorando su estabilidad. Se debe incorporar cal al suelo y mezclar, agregar agua durante el mezclado. El suelo debe encontrarse dentro de r2% del ptimo contenido de humedad previo a la compactacin. La compactacin debe realizarse dentro de los 30 minutos posteriores al mezclado final.




Los suelos que sern estabilizados con cal debern cumplir con las especificaciones de la tabla 3.6, los suelos no deben tener mas del 3% en peso de materia orgnica. El tamao mximo del agregado grueso que contenga el suelo no debe ser mayor de 1/3 del espesor de la capa compactada de suelo-cal.

Tabla 3.6: Especificaciones de Agregado que ser Estabilizado con Cal

Ensayo Norma Agregado Agregado

grueso fino ASTM D-4318

Indice Plstico, % 10 a 50% MTC E 111

ASTM C-131Abrasin Los Angeles , % 50% mx 1

MTC E 207 ASTM C 88

Prdida con Sulfato de Sodio , % 12% mx 10% mx 1MTC E 209

1 en caso el suelo forme parte de una capa estructural Especificaciones Tcnicas Generales para Construccin de Carreteras EG-2000, MTC, OCC

La cal que se empleo para estabilizar bases de suelo-cal puede ser cal hidrulica y debe satisfacer los requisitos establecidos en la especificacin AASHTO M 216 o ASTM C 977.

La aplicacin de la cal puede variar entre 2 y 8% en peso de los materiales. Cuando la mezcla de suelo-cal sea usada como parte de una capa estructural, el CBR de la mezcla deber cumplir con las especificaciones citadas para materiales de sub base y base. c) Mezclas de Suelos y Agregados La combinacin de agregados es un tema conocido por todo los estudiantes de ingeniera, los mtodos son diversos, entre ellos se encuentran la dosificacin de los agregados por peso y por mtodos grficos. Se dar a continuacin un ejemplo del mtodo grfico del cuadrado, para combinacin de dos agregados. Ejemplo: Combine los agregados A y B para que cumplan con las especificaciones:

Porcentaje que pasa

Tamiz N 3/4" 3/8" N4 N10 N40 N80 N200 Agregado A 100 48 31 25 22 15 8 Agregado B 100 75 58 43 15 5 1 Especificaciones 100 52-67 40-54 30-41 14-23 7-16 2-8




1. Se traza un cuadrado ABCD, sobre cuyos lados se marcan los porcentajes de 0 a 100 de izquierda a derecha en el lado AB y viceversa en el lado CD. Ver figura 3.3.

2. Sobre AD se marcan los porcentajes de uno de los agregados y sobre BC los porcentajes del otro.

3. Se unen con una lnea continua los extremos correspondientes a un mismo tamiz, escribiendo sobre esta lnea el tamiz al que corresponde. Sobre estas lneas se grafican pequeos cuadrados que representan los lmites superior e inferior de las especificaciones

4. Se unen los cuadrados de los lmites superiores (a, b, c, ......) y luego los cuadrados de los lmites inferiores (a, b, c, ...).

5. El espacio que une los cuadrados ms cercanos (a y b)representa el margen de porcentajes entre los cuales se puede hacer la combinacin de los dos materiales.

6. Para el ejemplo puede variar (a) entre 70% del agregado B ms 30% del agregado A; y (b) de 35% del agregado B ms 65% del agregado A.

3.3 Ensayos de calidad de agregados Todos los agregados que conformen alguna de las capas de la estructura del pavimento, debern cumplir con las especificaciones de la tabla 3.4. Los ensayos considerados verifican cierta caracterstica de los agregados, en este libro se describe las razones por las que se consideran en las especificaciones. Si el lector est interesado en conocer el procedimiento de ensayo, puede revisar el Manual de Laboratorio Ensayos para Pavimentos Volumen I, de S. Minaya y A. Ordoez, primera edicin, publicada por el Departamento de Mecnica de Suelos de la Universidad Nacional de Ingeniera, 2001.

3.3.1 Ensayo de Abrasin por medio de la Mquina de Los ngeles ASTM C-131, MTC E 207

Los agregados deben ser capaces de resistir el desgaste irreversible y degradacin durante la produccin, colocacin y compactacin de las obras de pavimentacin, y sobre todo durante la vida de servicio del pavimento. Debido a las condiciones de esfuerzo-deformacin, la carga de la rueda es transmitida a la superficie del pavimento a travs de la llanta como una presin vertical aproximadamente uniforme y alta. La estructura del pavimento distribuye los esfuerzos de la carga, de una mxima intensidad en la superficie hasta una mnima en la subrasante. Por esta razn los agregados que estn en, o cerca de la superficie, como son los materiales de base y carpeta asfltica, deben ser ms resistentes que los agregados usados en las capas inferiores, sub base, de la estructura del pavimento, la razn se debe



Combinacin Grfica de dos agregados

0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%

80%

90%

100%

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Porcentajes

Gra

nu

lom

etra

A

greg

ado

B

N10

3/8"

N4

N80

N40

N200

Gra

nulom

etra Agregado A

b

c

d

d

c

b

a

a

Figura 3.3: Combinacin de dos agregados por el mtodo del cuadrado

S. MINAYA & A. ORDOEZ



a que las capas superficiales reciben los mayores esfuerzos y el mayor desgaste por parte de cargas del trnsito. Por otro lado, los agregados transmiten los esfuerzos a travs de los puntos de contacto donde actan presiones altas. El Ensayo de Abrasin de Los ngeles, ASTM C-131 MTC E 207, mide bsicamente la resistencia de los puntos de contacto de un agregado al desgaste y/o a la abrasin. El porcentaje de desgaste se calcula como la diferencia del peso inicial menos el peso final de la muestra ensayada, entre el peso inicial.

100P

PPdesgaste %

inicial

finalinicial u

3.3.2 Ensayo de Durabilidad, Prdida con Sulfato de Sodio o Magnesio

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

Foto 3.1: Ensayo de durabilidad




3.3.3 Porcentaje de Partculas Chatas y Alargadas. ASTM D-4791; MTC E 211

Se ha demostrado en un sin nmero de investigaciones, que el exceso de partculas chatas y alargadas, pueden perjudicar el comportamiento de la estructura del pavimento. La carga proveniente del trfico puede quebrar las partculas y modificar la estructura original. Se denomina partcula chata cuando la relacin ancho/espesor es mayor de 1/3; y alargada cuando la relacin largo/ancho es mayor de 1/3. 3.3.4 Porcentaje de Caras Fracturadas

ASTM D-5821; MTC E 210 Algunas especificaciones tcnicas contienen requisitos relacionados al porcentaje de agregado grueso con caras fracturadas con el propsito de maximizar la resistencia al esfuerzo cortante con el incremento de la friccin entre las partculas. Otro propsito es dar estabilidad a los agregados empleados para carpeta o afirmado; y dar friccin y textura a agregados empleados en pavimentacin. La forma de la partcula de los agregados puede afectar la trabajabilidad durante su colocacin; as como la cantidad de fuerza necesaria para compactarla a la densidad requerida y la resistencia de la estructura del pavimento durante su vida de servicio. Las partculas irregulares y angulares generalmente resisten el desplazamiento (movimiento) en el pavimento, debido a que se entrelazan al ser compactadas. El mejor entrelazamiento se da, generalmente, con partculas de bordes puntiagudos y de forma cbica, producidas, casi siempre por trituracin. 3.3.5 Ensayo de Equivalente en Arena

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




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 ptreos empleados en bases y mezclas bituminosas. Este mtodo sirve para efectuar controles en obra, debido a la rapidez de visualizacin y cuantificacin de la existencia de sales. Una muestra de agregado ptreo se somete a continuos lavados con agua destilada a ebullicin. La presencia de sales, se detecta mediante reactivos qumicos, los cuales, al menor indicio de sales forman precipitados fcilmente visibles. Del agua total de lavado, se toma una parte y se procede a cristalizar para determinar la cantidad de sales presentes.

3.4 Ensayos para Cuantificar el Comportamiento Mecnico de las Capas

que conforman la Estructura del Pavimento Los materiales que conformaran las capas de afirmado, sub base y base debern ser ensayados con el mtodo de proctor modificado para determinar su mxima densidad seca y el optimo contenido de humedad. Con estos valores se prepararan especimenes remoldeados para el ensayo de CBR. El CBR asociado al 95% de la mxima densidad ser el CBR de diseo para cada capa. Se debe recalcar que el CBR asociado a la mxima densidad seca, es un mtodo que se recomienda usar slo en el caso de material de cantera (afirmado, sub base y base) o en subrasantes granulares. No se recomienda emplear este mtodo en subrasantes finas.



CAPITULO 4:

MATERIALES ASFLTICOS 4.1 Antecedentes El asfalto es uno de los materiales ms 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 asflticas, tambin se encuentran mezclados por impurezas minerales. Durante 1800 y 1900 la demanda de las carreteras pavimentadas se incremento tan rpido que la extraccin y transporte desde los lagos de asfalto hasta la obra, fue limitando la construccin de estos pavimentos. Se tuvo que considerar otra fuente para producir asfalto, es as que la mayora de los asfaltos utilizados en la actualidad son provenientes del refine del petrleo. 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 slido a semislido, y cuando su temperatura se eleva se vuelve lquido, esta condicin permite que los agregados sean cubiertos completamente, durante la mezcla. El asfalto usado en pavimentacin, generalmente llamado cemento asfltico, a altas temperaturas (135C) es poco rgido, condicin que permite que se adhiere fcilmente a las partculas del agregado y, por lo tanto, es un excelente cemento que une los agregados en mezclas en caliente. El cemento asfltico tambin es usado como impermeabilizante y no es afectado por los cidos, los alclis (bases) o las sales. Esto significa que un pavimento de concreto asfltico construido adecuadamente es impermeable y resistente a muchos tipos de dao qumico . 1

1 Principios de la Construccin de Mezcla Asfltica en Caliente. Serie de Manuales No.22 (MS-22), Asphalt Institute



Diseo Moderno de Pavimentos Materiales Asflticos

El asfalto al entrar en contacto con el oxgeno del medio ambiente reacciona, perdiendo sus propiedades elsticas y volvindose duro y frgil. Esta es una de las caractersticas del asfalto que trata de retardarse, pero que se desarrolla con el tiempo. En una mezcla convencional (asfalto + agregado de granulometra 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 participacin es mnima puede tener tanto efecto en el comportamiento de la mezcla. Foto 4.1.

Foto 4.1: Cemento asfltico a temperatura ambiente y de briqueta

preparada con una mezcla cemento asfltico-agregado. 4.3 Refinamiento del petrleo Si se tuviese en un depsito alcohol y agua y ste se llevase a calentar, a 72C aprox. el alcohol comenzara a evaporarse. Cuando la temperatura alcance los 100C el agua se evaporara. De manera similar se refina el petrleo. Mediante el incremento paulatino de temperatura el crudo del petrleo se descompone liberando los solventes ms 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 vaco. Luego de un periodo de tiempo se obtendr el cemento asfltico. En la figura 4.1 se muestra la temperatura a la cual los solventes se van separando del crudo del petrleo. En la figura 4.2 hay un esquema del proceso de refine del petrleo.




Figura 4.1: Productos y Temperaturas Tpicas de Destilacin

Principios de la Construccin de Mezcla Asfltica en Caliente. MS-22, Asphalt Institute

Si el cemento asfltico se combina con algn solvente se obtienen los asfaltos diluidos o cutbacks. As, si el asfalto se combina con gasolina ser asfalto de curado rpido (Rapid Cured, RC), si se combina con kerosene ser de curado medio (Medium Cured, MC) y con diesel del curado lento (Slow Cured, SC). Si el cemento asfltico 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 asfltico. Puesto que en esta condicin los asfaltos pueden trabajarse a temperaturas que van de 60 a 20C, respectivamente. Luego de la colocacin de la mezcla el solvente o el agua se evaporar y quedar el asfalto solo. Por lo tanto es importante conocer el comportamiento mecnico del cemento asfltico.




Almacenamiento de campoEstacion de

Bombeo

Destilados Livianos procesamiento Gasolina

Destilados pesados Aceite diesel

Unidad deprocesa- miento

Cementoasfaltico

Planta de emulsiones

Destiladora

Aire Asfaltos oxidados

Almacenamiento

Torre de Destilacion

Residuo

o

GAS

PETROLEO

ARENA Y AGUA

Condensadores yenfriadores

Refinera

Destilados medianos Kerosene

Pozo de petroleo

Asfalto refinadoal aire

Calentador de tubos

Agua Asfaltos emulsificados

Asfaltos Diluidos de Curado:

Rpido Medio Lento

Figura 4.2: Refinamiento del Petrleo

S. MINAYA & A. ORDOEZ 46



4.4 Comportamiento mecnico del Cemento Asfltico La naturaleza del asfalto es viscoelstica, esto quiere decir que su comportamiento depende de la temperatura y el tiempo de aplicacin de la carga. El asfalto a altas temperaturas tiene menor rigidez, tpico durante la temperatura de mezcla (135C). A medida que la temperatura desciende el asfalto se vuelve ms rgido. A temperaturas muy bajas es asfalto puede agrietarse porque se vuelve frgil y quebradizo.

COMPORTAMIENTO REAL Rigidez Rigidez

Figura 4.3 Comportamiento del Asfalto Un comportamiento anlogo se observa cuando se grafica el tiempo de aplicacin de la carga (velocidad) y la rigidez. Cuando las cargas aplicadas son rpidas el asfalto tiene mayor rigidez y cuando las cargas son lentas hay menor rigidez y mayor deformacin.

4.4.1 Comportamiento a altas temperaturas En climas clidos (el oriente del Per, pocas de verano) o sometido a cargas de trfico lentas (intersecciones, tramos en pendiente), el cemento asfltico se comporta como un lquido viscoso, dejando que el agregado soporte las cargas cclicas. Con esta condicin la estructura granular de la mezcla asfltica cumple un papel muy importante. El asfalto solo es el aglutinante. Por definicin, la viscosidad es la caracterstica fsica del material que describe la resistencia de los lquidos a fluir. Si el flujo del cemento asfltico en caliente es lento puede ser observado microscpicamente como capas adyacentes de molculas deslizndose unas sobre otras. La resistencia o friccin entre capas se relaciona a la velocidad relativa de deslizamiento.

-50 0 50 100 150

T [C] Tiempo de carga [s] 10

-s10

10

FrgilFrgil

Dctil

Dctil




La viscosidad es una caracterstica que ayuda a diferenciar a los lquidos y se define como el esfuerzo de corte entre la velocidad de deformacin por corte. La figura 4.4 muestra un juego de cartas que tienen una lnea 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.

Direccin del flujo de

las capas

Esfuerzo de corte W, entre capas

n

2

1

pavimentos icg

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