Diseño de Mezcla Final. 20
Transcript of Diseño de Mezcla Final. 20
2
PAVIMENTOS
INTRODUCCIÓN
La presente investigación se refiere al estudio de mezclas asfálticas en frío y en caliente que
se emplean en la construcción de firmes, ya sea en capas de rodadura o en capas inferiores
y su función es proporcionar una superficie de rodamiento cómoda, segura y económica a
los usuarios de las vías de comunicación, facilitando la circulación de vehículos, aparte de
transmitir suficientemente las cargas debidas al tráfico a la explanada para que sean
soportadas por ésta.
Las mezclas asfálticas en frío se vuelven atractivas, como una alternativa en contraposición
con el uso de las mezclas asfálticas en caliente, debido a la creciente necesidad de
enmcontrar soluciones que representen una economía en las inversiones, y que al mismo
tiempo permitan un desarrollo sostenible.
Las mezclas asfálticas en caliente constituye el tipo más generalizado de mezcla asfáltica y
se define como mezcla asfáltica en caliente a la combinacion de un ligante hidrocarbonado,
agregados incluyendo el polvo mineral y, eventualmente aditivos, de manera que todas las
partículas del agregado queden muy bien recubiertas por una película homogénea de
ligante.
Como futuros profesionales es importante abordar estos temas de interés para nosotros ya
que es responsabilidad del ingeniero brindar una mejor calidad de vida para la comunidad.
INFORME MONOGRAFICO
2
3
PAVIMENTOS
INDICEINTRODUCCION……………………………………………………………………………………….I
1. DEFINICIÓN…………………………………………………………………………………….…3
2. ASPECTOS GENERALES…………………………………………………………….…………4
2.1.OBJETIVOS………………………………………………………………………….………..4
2.2.OBJETIVO GENERAL…………………………………………………………….…………4
2.3.MEZCLAS ASFÁLTICAS EN CALIENTE…………………………….…………………..11
3. DISEÑO DE MEZCLAS ASFÁLTICAS…………………………………………………………18
3.1.MÉTODO MARSHALL………………………………………………………………….…..18
4. DISEÑO DE MEZCLAS ASFÁLTICAS CON LA METODOLOGÍA SUPERPAVE……..…..29
IMPACTO AMBIENTAL EN OBRAS VIALES……………………………………………………..47
1. IMPACTOS DIRECTOS DE LAS TECNOLOGÍAS DE CONSTRUCCIÓN DE CARRETERAS EN EL MEDIO AMBIENTE NATURAL……………………………………..47
2. IMPACTOS DIRECTOS DE LAS TECNOLOGÍAS DE CONSTRUCTIVAS SOBRE EL MEDIO AMBIENTE NATURAL……………………………………………………………...….49
3. PRINCIPALES MEDIDAS PARA MINIMIZAR EL IMPACTO MEDIO-AMBIENTAL EN LA FASE DE EJECUCIÓN DE LAS VÍAS DE COMUNICACIÓN TERRESTRES……………..51
4. BIBLIOGRAFIA……...………………………………………………………………………...…55
INFORME MONOGRAFICO
3
4
PAVIMENTOS
1. DEFINICIÓN
Una mezcla asfáltica en general es una combinación de asfalto y agregados minerales
pétreos en proporciones exactas que se utiliza para construir firmes. Las proporciones
relativas de estos minerales determinan las propiedades físicas de la mezcla y
eventualmente, el rendimiento de la misma como mezcla terminada para un determinado
uso.
Las mezclas asfálticas, también reciben el nombre de aglomerados, están formadas por
una combinación de agregados pétreos y un ligante hidrocarbonato, de manera que
aquellos quedan cubiertos por una película continua éste. Se fabrican en unas centrales
fijas o móviles, se transportan después a la obra y allí se extienden y se compactan.
Las mezclas asfálticas se utilizan en la construcción de carreteras, aeropuertos,
pavimentos industriales, entre otros. Sin olvidar que se utilizan en las capas inferiores de
los firmes para tráficos pesados intensos.
Las mezclas asfálticas están constituidas aproximadamente por un 90 % de agregados
pétreos grueso y fino, un 5% de polvo mineral (filler) y otro 5% de ligante asfáltico. Los
componentes mencionados anteriormente son de gran importancia para el correcto
funcionamiento del pavimento y la falta de calidad en alguno de ellos afecta el conjunto. El
ligante asfáltico y el polvo mineral son los dos elementos que más influyen tanto en la
calidad de la mezcla asfáltica como en su costo total.
INFORME MONOGRAFICO
4
5
PAVIMENTOS
2. ASPECTOS GENERALES
OBJETIVOS
OBJETIVO GENERAL:
El objetivo principal de esta investigación es brindar información con los conceptos
teóricos de mezclas asfálticas.
OBJETIVOS ESPECÍFICOS:
Definir las mezclas asfálticas en frío y las diferentes formas de clasificarlas.
Definir las mezclas asfálticas en caliente y sus aplicaciones
Exponer en clase de manera clara y ordenada todo sobre las mezclas asfálticas.
2.1 MEZCLAS ASFÁLTICAS EN FRIO
La mezcla asfáltica en frío es una mezcla de agregado mineral con o sin relleno
mineral, con asfalto emulsionado o rebajado, todo el proceso se lleva a cabo a
temperatura ambiente.
Son las mezclas fabricadas con emulsiones asfálticas, y su principal campo de
aplicación es en la construcción y en la conservación de carreteras secundarias.
Para retrasar el envejecimiento de las mezclas abiertas en frío se suele recomendar
el sellado por medio de lechadas asfálticas. Se caracterizan por su trabajabilidad
tras la fabricación incluso durante semanas.
En general, las mezclas en frío se clasifican dependiendo del ligante que se utilice,
la manera de mezclado, por su granulometría, si se utiliza material reciclado y
finalmente, por periodo de almacenamiento.
INFORME MONOGRAFICO
5
6
PAVIMENTOS
Clasificación según el ligante utilizado
La mezcla asfáltica en frío con emulsión es producida con asfalto que ha sido
emulsionado en agua antes de mezclarlo con el agregado. En este estado de
emulsión el asfalto es menos viscoso y la mezcla es más fácil de trabajar y
compactar. Se utiliza comúnmente como material para bacheo en rutas de bajo
tránsito.
La mezcla con asfalto rebajado o diluido es producida con asfalto que ha sido
disuelto con keroseno u otra fracción más liviana del petróleo, antes de mezclarlo
con el agregado, es muy utilizado especialmente para el reciclado de pavimentos ya
oxidados.
Recomendación de uso de asfaltos emulsificados y rebajados.
INFORME MONOGRAFICO
6
7
PAVIMENTOS
Clasificación según el método de mezclado
Las mezclas en frío se clasifican según el método de mezclado, en dos tipos:
mezclado en planta y mezclado en el sitio de pavimentación.
Las mezclas en frío mezcladas en planta se producen en plantas estacionarias, que
permiten un control más estricto desde la producción de los materiales hasta el
proporcionamiento durante el mezclado. La colocación y la compactación se hacen
con los equipos convencionales de pavimentación.
Las mezclas en frío mezcladas en el sitio, se producen en el lugar de pavimentación
por medio de plantas móviles, niveladoras, o equipo especial de mezclado en sitio.
CLASIFICACION DE LA MEZCLA SEGÚN EL PORCENTAJE DE VACIOS.
Existen dos tipos de mezclas asfálticas en frío: cerradas (o densas) y abiertas.
Cerradas
INFORME MONOGRAFICO
7
8
PAVIMENTOS
Su relación de vacíos es menor al 6% y se fabrican con emulsiones de rotura lenta
sin ningún tipo de fluidificante, no conviene ponerlas en obra si no son
suficientemente trabajables, tampoco pueden ponerse abrirse al tráfico hasta que
han alcanzado una resistencia suficiente.
Permite el empleo de granulometría de áridos análogas a las prescritas para las
mezclas densas en caliente. Por ello, el campo de utilización de las emulsiones se
amplía hacia todo tipo de pavimentos y soluciones.
Su campo de aplicación comprende en lo que respecta a mantenimiento (baches).
También pueden aplicarse para construir carpetas de rodadura de calles de bajo
tráfico debido a los tiempos de apertura.
USOS: Bases negras
Bases estabilizadas con emulsión
Reciclados en general
Carpetas de nivelación
Carpetas de rodadura
Estabilización de materiales marginales
Porcentajes en volumen 6% - 12%
AbiertasLas abiertas también se conceptualizan partiendo de su porcentaje de vacíos, el cual
debe ser mayor al 12%. Consiste en la combinación de un agregado pétreo
predominantemente grueso y de granulometría uniforme, con un ligante bituminoso,
constituyendo un producto que puede ser elaborado, extendido y compactado a
temperatura ambiente y que presenta un elevado contenido de vacíos con aire
siendo éstas las más empleadas. Se caracterizan por su trabajabilidad se basa en
que el ligante permanece con baja viscosidad, debido a que se emplean emulsiones
de betún fluidificado.
Puede ser colocada en obra inmediatamente después de su fabricación o tras un
período de almacenamiento más o menos largo.
INFORME MONOGRAFICO
8
9
PAVIMENTOS
USOS: Bases negras
Carpetas de nivelación
Carpetas de rodadura
Mezclas de acopio
Porcentajes de volumen 3 – 8
Sus ventajas consisten en:
Mayor tiempo de vida útil
No se pierde si está lloviendo
Es más barata
Fácil aplicación
USOS DE MEZCLAS ASFÁLTICAS
Las mezclas asfálticas en frío se utilizan primordialmente para:
Bacheo
Carpetas
Capas intermedias de refuerzo
VIRTUDES DE LAS MEZCLAS ASFÁLTICAS EN FRÍO
Se fabrican y colocan a temperatura ambiente
Se pueden almacenar a temperatura ambiente por períodos de hasta 5 ó 6
meses, dependiendo de las condiciones de almacenamiento.
Tiene más vida útil, pues no se calienta. El asfalto entre más se caliente,
menos vive
Es seguro para los operarios que lo aplican, pues minimizan los riesgos
operacionales.
No contaminan el medio ambiente, pues no emiten vapores al colocarlas
Ahorra combustible y nergóa, ya que se fabrica en frío completamente.
INFORME MONOGRAFICO
9
10
PAVIMENTOS
INFORME MONOGRAFICO
10
11
PAVIMENTOS
2.3 MEZCLAS ASFÁLTICAS EN CALIENTE
Constituye el tipo más generalizado de mezcla asfáltica y se define como mezcla asfáltica
en caliente la combinación de un ligante hidrocarbonado, agregados incluyendo el polvo
mineral y, eventualmente, aditivos, de manera que todas las partículas del agregado
queden muy bien recubiertas por una película homogénea de ligante. Su proceso de
fabricación implica calentar el ligante y los agregados (excepto, eventualmente, el polvo
mineral de aportación) y su puesta en obra debe realizarse a una temperatura muy
superior a la ambiente.
Se emplean tanto en la construcción de carreteras, como de vías urbanas y aeropuertos,
y se utilizan tanto para capas de rodadura como para capas inferiores de los firmes.
Existen a su vez subtipos dentro de esta familia de mezclas con diferentes
características. Se fabrican con asfaltos aunque en ocasiones se recurre al empleo de
asfaltos modificados, las proporciones pueden variar desde el 3% al 6% de asfalto en
volumen de agregados pétreos.
CARACTERÍSTICAS
Una muestra de mezcla de pavimentación preparada en el laboratorio puede ser
analizada para determinar su posible desempeño en la estructura del pavimento. El
análisis está enfocado hacia cuatro características de la mezcla, y la influencia que estas
puedan tener en el comportamiento de la mezcla. Las cuatro características son:
Densidad de la mezcla
Vacíos de aire, o simplemente vacíos.
Vacíos en el agregado mineral.
Contenido de asfalto.
INFORME MONOGRAFICO
11
12
PAVIMENTOS
DENSIDAD
La densidad de la mezcla compactada está definida como su peso unitario (el peso de un
volumen específico de la mezcla). La densidad es una característica muy importante
debido a que es esencial tener una alta densidad en el pavimento terminado para obtener
un rendimiento duradero.
En las pruebas y el análisis del diseño de mezclas, la densidad de la mezcla compactada
se expresa, generalmente, en kilogramos por metro cúbico
VACIOS DE AIRE
Los vacíos de aire son espacios pequeños de aire, o bolsas de aire, que están presentes
entre los agregados revestidos en la mezcla final compactada. Es necesario que todas
las mezclas densamente graduadas contengan cierto porcentaje de vacíos para permitir
alguna compactación adicional bajo el tráfico, y proporcionar espacios adonde pueda fluir
el asfalto durante su compactación adicional.. El porcentaje permitido de vacíos (en
muestras de laboratorio) para capas de base y capas superficiales está entre 3 y 5 por
ciento, dependiendo del diseño específico.
La durabilidad de un pavimento asfáltico es función del contenido de vacíos. La razón de
esto es que entre menor sea la cantidad de vacíos, menor va a ser la permeabilidad de la
mezcla. Un contenido demasiado alto de vacíos proporciona pasajes, a través de la
mezcla, por los cuales puede entrar el agua y el aire, y causar deterioro. Por otro lado, un
contenido demasiado bajo de vacíos puede producir exudación de asfalto; una condición
en donde el exceso de asfalto es exprimido fuera de la mezcla hacia la superficie.
VACIOS EN EL AGREGADO MINERAL
Los vacíos en el agregado mineral (VMA) son los espacios de aire que existen entre las
partículas de agregado en una mezcla compactada de pavimentación, incluyendo los
espacios que están llenos de asfalto. El VMA representa el espacio disponible para
acomodar el volumen efectivo de asfalto y el volumen de vacíos necesario en la mezcla.
Cuando mayor sea el VMA más espacio habrá disponible para las películas de asfalto.
Existen valores mínimos para VMA los cuales están recomendados y especificados como
función del tamaño del agregado.
INFORME MONOGRAFICO
12
13
PAVIMENTOS
PROPIEDADES CONSIDERADAS EN EL DISEÑO DE MEZCLAS
Las buenas mezclas asfálticas en caliente trabajan bien debido a que son diseñadas,
producidas y colocadas de tal manera que se logra obtener las propiedades deseadas.
Hay varias propiedades que contribuyen a la buena calidad de pavimentos de mezclas en
caliente. Estas incluyen la estabilidad, la durabilidad, la impermeabilidad, la trabajabilidad,
la flexibilidad, la resistencia a la fatiga y la resistencia al deslizamiento.
El objetivo primordial del procedimiento de diseño de mezclar es el de garantizar que la
mezcla de pavimentación posea cada una de estas propiedades. Por lo tanto, hay que
saber que significa cada una de estas propiedades, cómo es evaluada, y que representa
en términos de rendimiento del pavimento.
ESTABILIDAD
La estabilidad de un asfalto es su capacidad de resistir desplazamientos y deformación
bajo las cargas del tránsito. Un pavimento estable es capaz de mantener su forma y lisura
bajo cargas repetidas, un pavimento inestable desarrolla ahuellamientos (canales),
ondulaciones (corrugación) y otras señas que indican cambios en la mezcla.
Los requisitos de estabilidad solo pueden establecerse después de un análisis completo
del tránsito, debido a que las especificaciones de estabilidad para un pavimento
dependen del tránsito esperado.
CAUSAS Y EFECTOS DE INESTABILIDAD EN EL PAVIMENTO
INFORME MONOGRAFICO
13
14
PAVIMENTOS
DURABILIDAD
La durabilidad de un pavimento es su habilidad para resistir factores tales como la
desintegración del agregado, cambios en las propiedades de asfalto (polimerización y
oxidación), y separación de las películas de asfalto. Estos factores pueden ser el
resultado de la acción del clima, el tránsito, o una combinación de ambos.
Generalmente, la durabilidad de una mezcla puede ser mejorada en tres formas. Estas
son: usando la mayor cantidad posible de asfalto, usando una graduación densa de
agregado resistente a la separación, y diseñando y compactando la mezcla para obtener
la máxima impermeabilidad.
CAUSAS Y EFECTOS DE UNA POCA DURABILIDAD
IMPERMEABILIDAD
La impermeabilidad de un pavimento es la resistencia al paso de aire y agua hacia su
interior, o a través de él. Esta característica está relacionada con el contenido de vacíos
de la mezcla compactada, y es así como gran parte de las discusiones sobre vacíos en
las secciones de diseño de mezcla se relaciona con impermeabilidad. Aunque el
contenido de vacíos es una indicación del paso potencial de aire y agua a través de un
pavimento, la naturaleza de estos vacíos es muy importante que su cantidad.
El grado de impermeabilidad está determinado por el tamaño de los vacíos, sin importar
si están o no conectados, y por el acceso que tienen a la superficie del pavimento.
.INFORME MONOGRAFICO
14
15
PAVIMENTOS
CAUSAS Y EFECTOS DE LA PERMEABILIDAD
TRABAJABILIDAD
La trabajabilidad está descrita por la facilidad con que una mezcla de pavimentación
puede ser colocada y compactada. Las mezclas que poseen buena trabajabilidad son
fáciles de colocar y compactar; aquellas con mala trabajabilidad son difíciles de colocar y
compactar. La trabajabilidad puede ser mejorada modificando los parámetros de la
mezcla, el tipo de agregado, y/o la granulometría.
Las mezclas gruesas (mezclas que contienen un alto porcentaje de agregado grueso)
tienen una tendencia a segregarse durante su manejo, y también pueden ser difíciles de
compactar.
CAUSAS Y EFECTOS DE PROBLEMAS EN LA TRABAJABILDAD
INFORME MONOGRAFICO
15
16
PAVIMENTOS
FLEXIBILIDAD
Flexibilidad es la capacidad de un pavimento asfáltico para acomodarse, sin que se
agriete, a movimientos y asentamientos graduales de la subrasante. La flexibilidad es una
característica deseable en todo pavimento asfáltico debido a que virtualmente todas las
subrasantes se asientan (bajo cargas) o se expanden (por expansión del suelo).
Una mezcla de granulometría abierta con alto contenido de asfalto es, generalmente, más
flexible que una mezcla densamente graduada e bajo contenido de asfalto.
RESISTENCIA A LA FATIGA
La resistencia a la fatiga de un pavimento es la resistencia a la flexión repetida bajo las
cargas de tránsito. Se ha demostrado, por medio de la investigación, que los vacíos
(relacionados con el contenido de asfalto) y la viscosidad del asfalto tienen un efecto
considerable sobre la resistencia a la fatiga. A medida que el porcentaje de vacíos en un
pavimento aumenta, ya sea por diseño o por falta de compactación, la resistencia a la
fatiga del pavimento. (El periodo de tiempo durante el cual un pavimento en servicio es
adecuadamente resistente a la fatiga) disminuye. Así mismo, un pavimento que contiene
asfalto que se ha envejecido y endurecido considerablemente tiene menor resistencia a la
fatiga.
CAUSAS Y EFECTOS DE UNA MALA RESISTENCIA A LA FATIGAINFORME MONOGRAFICO
16
17
PAVIMENTOS
RESISTENCIA AL DESLIZAMIENTO
Resistencia al deslizamiento es la habilidad de una superficie de pavimento de minimizar
el deslizamiento o resbalamiento de las ruedas de los vehículos, particularmente cuando
la superficie este mojada. Para obtener buena resistencia al deslizamiento, el neumático
debe ser capaz de mantener contacto con las partículas de agregado en vez de rodar
sobre una película de agua en la superficie del pavimento (hidroplaneo). La resistencia al
deslizamiento se mide en terreno con una rueda normalizada bajo condiciones
controladas de humedad en la superficie del pavimento, y a una velocidad de 65 km/hr
(40 mi/hr).
Una superficie áspera y rugosa de pavimento tendrá mayor resistencia al deslizamiento
que una superficie lisa.
CAUSAS Y EFECTOS DE POCA RESISTENCIA AL DESLIZAMIENTO
INFORME MONOGRAFICO
17
18
PAVIMENTOS
3. DISEÑO DE MEZCLAS ASFÁLTICAS 3.1 MÉTODO MARSHALL
A continuación se presenta una descripción general de los procedimientos seguidos en el
Diseño Marshall de Mezclas.
PREPARACIÓN PARA EFECTUAR LOS PROCEDIMIENTOS MARSHALL
El primer paso en el método de diseño, entonces, es determinar las cualidades (estabilidad,
durabilidad, trabajabilidad, resistencia al deslizamiento, etc.) que debe tener la mezcla de
pavimentación y seleccionar un tipo de agregado y un tipo compatible de asfalto que puedan
combinarse para producir esas cualidades. Una vez hecho esto, se puede empezar con la
preparación de los ensayos.
Es uno de los métodos de diseño de mezclas mas usado en la actualidad. Diseñada por
Bruce Marshall. ´ Este método es un experimento de laboratorio dirigido al diseño de una
adecuada mezcla asfáltica por medio de análisis de su estabilidad, fluencia, densidad y
vacios.
Este análisis garantiza que las importantes proporciones volumétricas de los componentes
de la mezcla estén dentro de los rangos adecuados para asegurar una mezcla durable. ´
Desafortunadamente una de sus grandes desventajas es el método de compactación de
laboratorio por impacto el cual no simula la densificación de la mezcla que ocurre bajo
tránsito en un pavimento real.
OBJETIVO:
Conocer el porcentaje óptimo de asfalto que requiere una carpeta de asfalto (asfalto y
combinación específica de agregados) para tener la resistencia, flexibilidad y durabilidad
adecuada, sin sufrir deformaciones, basados principalmente en 5 gráficos que se obtendrán
de la prueba.
GRÁFICOS:
Peso volumétrico
Estabilidad
Flujo
Porcentaje de vacíos en la mezcla
INFORME MONOGRAFICO
18
19
PAVIMENTOS
Porcentaje de vacíos en agregado mineral
EQUIPO:
Tres moldes con base y extensión con diámetro de 103 mm y altura de 64 mm.
Pisón deslizante con una altura de caída de 45cm y un peso de 4.5kg.
Una base de madera para compactar
Mallas (3/4µ, ½µ, 3/8µ, ¼µ, N°4, N°10, N°20, N°40, N°60, N°100, N°200)
Papel Filtro ´ Tres charolas redondas de 30cm de diámetro
Cuchara
Un baño de agua
Picnómetro
Balanzas
Máquina para aplicar presión
Mordazas ´ Probeta
Tres muestras de 1100 gr de material pétreo cada una con la granulometría
indicada (25.0 mm o menos)
INFORME MONOGRAFICO
19
20
PAVIMENTOS
PROCEDIMIENTO DE REALIZACIÓN
PASO 1: ´ Realizar el cribado de las muestras (todas a la vez) y calcular el peso retenido en las mallas.
Ejemplo:
INFORME MONOGRAFICO
20
21
PAVIMENTOS
PASO 2:
Calentar el material pétreo a una temperatura de entre 120° - 140° C para que pierda
humedad.
PASO 3:
Calentar el cemento asfaltico a una temperatura de entre 110° -130° C hasta que el
cemento este fluido.
PASO 4:
- Colocar el material pétreo sobre una balanza y se le adiciona el porcentaje de
asfalto mencionado (5%, 6%, 7%) con respecto del peso del material pétreo.
PASO 5:
-Homogenizar la mezcla en la estufa.
PASO 6:
-Se tendrán en el baño de agua a 90° C el molde, la base, la extensión y el pisón.
PASO 7:
-Se coloca el molde, la base y la extensión sobre la base para compactar, en el fondo
se pone una hoja de papel filtro, se vacía la muestra en el molde, se acomoda con la
cuchara y se coloca otra hoja de papel filtro en la parte superior del cilindro esta
teniendo un diámetro un poco menor que el molde. Se compacta aplicándole 75
golpes en la cara superior, se voltea y se aplica la misma cantidad en la cara inferior.
PASO 8:
-Se deja fraguar en el molde durante 24 horas se extrae, se pesa, se mide su altura
compacta, se cubre con estearato de zinc para impermeabilizarla y se sumerge en un
picnómetro que estará lleno hasta el borde con agua, frente a la nariz del picnómetro
se coloca una probeta la cual medirá el agua desplazada por la mezcla y con esto
tendremos la primer grafica de peso volumétrico.
PASO 9:
-Antes de poner en el equipo de compresión, las pastillas tendrán que pasar por un
baño a una temperatura de 60° C y montar las mordazas en la tina para
posteriormente practicarles la presión.
INFORME MONOGRAFICO
21
22
PAVIMENTOS
NORMA
OBTENCIÓN DE GRAFICAS DE CALIDAD: N-MCT-4-05-003108
1.- Grafica de pesos volumétricos PESO VOLUMETRICO [kg/m3]
INFORME MONOGRAFICO
22
23
PAVIMENTOS
2.- Gráfica de estabilidad
3.- Gráfica de flujo FLUJO
INFORME MONOGRAFICO
23
24
PAVIMENTOS
4.- Gráfica de porcentajes de vacíos en la mezcla
INFORME MONOGRAFICO
24
25
PAVIMENTOS
5.- Gráfica de porcentaje de vacíos en agregado mineral
DONDE: V.A.M .- Proporción de vacíos del agregado mineral
RESULTADO: INFORME MONOGRAFICO
25
26
PAVIMENTOS
Para obtener el resultado del porcentaje óptimo de asfalto, bastara con obtener el promedio de los porcentajes óptimos de cada una de las gráficas.
MÉTODO HVEEM
Con el procedimiento propuesto por F.N. HVEEM se puede realizar el proyecto y verificación
de mezclas elaboradas con materiales pétreos de hasta 25 milímetros y cemento asfáltico en
caliente o emulsiones asfálticas. ´ El objetivo del método de Hveem es el determinar el
contenido óptimo de asfalto para una combinación específica de agregados. El método
también provee información sobre las propiedades de la mezcla asfáltica final.
Es el método más usado y surgió de investigaciones realizadas en california, este método
abarca la determinación de un contenido aproximado de asfalto y luego del sometimiento de
probetas con este contenido de asfalto (y con contenidos mayores y menores ) a un ensayo
de estabilidad, y también se efectúa un ensayo de expansión sobre una probeta que ha sido
expuesta al agua ´ Consiste en preparar dos series de especímenes con variaciones
similares en sus contenidos de producto asfáltico, utilizando el compactador de HVEEM, que
somete a la muestra a ciertas presiones repetidas, aplicadas en forma gradual mediante un
pisón.
PROCEDIMIENTO
El Procedimiento se basa en 4 pruebas: Exudación Expansión Estabilidad cohesión
INFORME MONOGRAFICO
26
27
PAVIMENTOS
1.-Se Preparan las probetas con el contenido aproximado de asfalto (y con contenidos mayores y menores) Esto mediante el compactador de HVEEM
2.- Con los especímenes elaborados, se realiza la prueba de expansión
3.- Ensayo de estab ilidad: para evaluar la resistencia a la deformación.
INFORME MONOGRAFICO
27
EXPANSIÓMETRO
28
PAVIMENTOS
Mediante los datos obtenidos con el estabilómetro, obtenemos el valor de resistencia R
4.-El valor de la cohesión también es necesario para determinar espesores y se hace mediante: Cohesiómetro de Hveem
INFORME MONOGRAFICO
28
ESTABILÓMETRO
29
PAVIMENTOS
De los resultados de proyecto obtenidos mediante el Método de Hveem se gráfica: Peso Volumétrico % Vacíos de la Mezcla Valor del Cohesiometro Estabilidad Relativa % de Vacíos en Agregados
INFORME MONOGRAFICO
29
30
PAVIMENTOS
4.- Diseño de mezclas asfálticas con la metodología Superpave
1.- INTRODUCCIÓN
En 1987 se inicia el desarrollo de un nuevo sistema para especificar materiales asfálticos, el producto final del programa es un nuevo sistema llamado Superpave (Superior Performing Asphalt Pavement). Representa una tecnología provista de tal manera que pueda especificar cemento asfáltico y agregado mineral, desarrollar diseños de mezclas asfálticas; analizar y establecer predicciones del desempeño del pavimento. Este método evalúa los componentes de la mezcla asfáltica en forma individual (agregado mineral y asfaltos) y su interacción cuando están mezclados. Esto debido a que el desempeño de la mezcla es afectado tanto por las propiedades individuales de los componentes, como su reacción combinada en el sistema. El cemento asfáltico actúa como un agente ligante que aglutina las partículas de agregado convirtiéndola en una masa densa e impermeable al agua. Cuando los materiales son ligados, el agregado mineral actúa como un marco de piedra que imparte fuerza y resistencia al sistema.
2.-PRUEBAS A LOS MATERIALES
Los métodos de diseño de laboratorio usualmente utilizados Marshall y Hveem, no incorporaban criterios sobre agregados en sus procedimientos, a la inversa, el criterio de agregados está directamente incorporado dentro del procedimiento Superpave.
INFORME MONOGRAFICO
30
31
PAVIMENTOS
Pruebas al agregado mineral
Las pruebas a los agregados están clasificadas en dos grupos: de consenso y de origen
De consenso
Angularidad del agregado grueso
Angularidad del agregado fino (AASHTO TP 33)
Partículas alargadas y aplanadas (ASTM D4791)
Equivalente de arena (ASTM D2419)
De origen
La prueba de desgaste de Los Ángeles (ASTM C131)
Intemperismo acelerado (ASTM C88)
Materiales deletéreos (AASHTO T 11)
Pruebas al ligante asfáltico
Existe una amplia gama de equipo y pruebas para evaluar a los ligantes asfálticos, para el caso del diseño volumétrico en laboratorio (Nivel 1), solamente se necesitará realizar pruebas en el viscosímetro rotacional para determinar las temperaturas de mezclado y compactación, por medio de la elaboración de la carta de viscosidad.
3.- PARÁMETROS VOLUMÉTRICOS
Las propiedades volumétricas de la mezcla asfáltica compactada forman parte fundamental en la selección del contenido óptimo de asfalto. Los parámetros más importantes son; los vacíos de aire (Va), vacíos en el agregado mineral (VMA), vacíos llenados con asfalto (VFA), y contenido de asfalto efectivo (Pbe), e s t o s proporcionan una indicación del probable funcionamiento de la mezcla asfáltica.
Proporcionan una indicación del probable funcionamiento de la mezcla asfáltica.
INFORME MONOGRAFICO
31
32
PAVIMENTOS
En la Figura 1 se presenta un diagrama de componentes de una mezcla asfáltica compactada.
INFORME MONOGRAFICO
32
33
PAVIMENTOS
4 SELECCIÓN DE LA GRANULOMETRÍA
Para especificar la granulometría, Superpave ha modificado el enfoque de la granulometría Marshall. Emplea el exponente 0.45 en la carta de granulometría (gráfica de Fuller). Esta carta usa una técnica gráfica única para juzgar la distribución de tamaños acumulados de partículas de una mezcla de agregados. Las ordenadas de la carta son los porcentajes que pasan; las abcisas, en escala aritmética, representan las aberturas de los tamices en mm, elevadas a la potencia 0.45. Un rango importante de esta carta es la línea de máxima densidad; corresponde a una línea recta extendida desde la abcisa de tamaño máximo de agregado y ordenada 100% hasta el origen (0 %, 0 mm).
INFORME MONOGRAFICO
33
34
PAVIMENTOS
5.- DETERMINACIÓN DEL PORCENTAJE DE ASFALTO INICIAL
Después de haber determinado las propiedades del agregado y la granulometría de diseño, se calcula el porcentaje de asfalto inicial mediante las fórmulas siguientes
INFORME MONOGRAFICO
34
35
PAVIMENTOS
Como se pudo observar en las fórmulas anteriores, los Parámetros de mayor influencia en la selección del contenido inicial de asfalto, son las densidades del agregado (Gsb, Gsa y Gse) y los porcentaje de asfalto y de agregado mineral utilizados. En La Figura 3 se exhibe una representación de estos valores en la mezcla asfáltica compactada.
6.- DEFINIR EL ESFUERZO DE COMPACTACIÓN
Una de las grandes diferencias del Superpave con respecto a las metodologías antiguas (Marshall) es el tipo de compactación. El compactador giratorio es posiblemente la mayor aportación del Superpave, este equipo simula de mejor forma las densidades y acomodo de partículas de la mezcla asfáltica encontradas en el campo. Los parámetros de compactación son la presión vertical (600 kPa), ángulo de giro (1,25 °), la velocidad de rotación (30 rev/min) y el número de giros. En la Figura 4 se puede observar una representación de la compactación giratoria.
El esfuerzo de compactación esta en función de los ejes equivalentes (ESALs). Los ESALs de diseño es el nivel de tránsito esperado para el carril de diseño en un periodo de 20 años.
INFORME MONOGRAFICO
35
36
PAVIMENTOS
Se debe determinar los ESALs de diseño a los 20 años para seleccionar un valor correcto de Ndiseño. la Tabla 1 se presentan los diferentes rangos de esfuerzos de compactación
Se pueden observar que para un ESALs de diseño existen tres valores de compactación
Ninicial = es el número de giros que produce la mínima compactación que se debe presentar en el campo
Ndiseño = es el número de giros que se necesitan para producir la compactación de diseño en campo
Nmáximo = es el número de giros que produce la máxima compactación que se debe presentar en el campo.
Los requerimientos que debe cumplir cada valor de N, se pueden observar en la Tabla 2.
7.- PROCEDIMIENTO
INFORME MONOGRAFICO
36
37
PAVIMENTOS
Se deberán elaborar 12 probetas, cuatro porcentajes de asfalto (Pbi 0,5% +1,0%) con tres réplicas.
La densificación de la mezcla asfáltica se deberá realizar de acuerdo con el número de giros establecidos en el Ndiseño para el ESALs determinado. Los parámetros de compactador giratorio son: Presión vertical – 600 kPa; ángulo de giro-1,25;
Velocidad de rotación-30rev/min.
De acuerdo con la gráfica de viscosidad-temperatura, se determinarán las temperaturas de mezclado y compactación, que correspondan a los rangos de viscosidades de 0,28 0,03 Pa.s y 0,17 0,02 Pa.s, respectivamente.
Se deberán realizar dos pruebas a la mezcla asfáltica con el fin de conocer sus propiedades volumétricas:
Gravedad específica teórica máxima, esta prueba se realiza en la mezcla asfáltica en forma suelta, mediante la Norma ASTM D2041
INFORME MONOGRAFICO
37
38
PAVIMENTOS
Se deberá calcular los parámetros volumétricos; vacíos en el agregado mineral (VAM), vacíos llenos de asfalto (VFA) y vacíos de aire (Va), a continuación se presentan las fórmulas de cada parámetro volumétrico y la especificación de cada parámetro.
INFORME MONOGRAFICO
38
39
PAVIMENTOS
Susceptibilidad a la humedad:
Se deberá realizar la prueba de susceptibilidad a la humedad de la mezcla asfáltica,
mediante la Norma AASHTO T283, Susceptibilidad a la humedad por mediodel ensayo
de tensión indirecta (TSR). Esta prueba tiene como finalidad determinar la pérdida de
resistencia que sufre la mezcla asfáltica después de ser acondicionada en un baño
María a 60 °C durante 24 h. La susceptibilidad a la humedad es la relación entre el
promedio de las probetas acondicionadas entre el promedio de las probetas
de control (sin acondicionamiento), se debe tener una relación mínima de 80 %. Las
probetas deberán tener un porcentaje de vacíos aire de 7%.
INFORME MONOGRAFICO
39
40
PAVIMENTOS
IMPACTO AMBIENTAL EN OBRAS VIALES
1.- Impactos Directos de las Tecnologías de Construcción de Carreteras en el Medio Ambiente Natural
Ante el creciente y preocupante incremento del impacto al medio ambiente por al accionar de la
humanidad, se hace indispensable la realización de construcciones civiles sustentables para
garantizar el desarrollo social y económico de los países.
INFORME MONOGRAFICO
40
41
PAVIMENTOS
Los movimientos de tierras y en particular la construcción de explanaciones (terraplenes,
explanadas o plataformas), la pavimentación de las carreteras y la construcción de las obras de
fábrica mayores y menores (puentes y alcantarillas) necesarias para ejecutar las carreteras y
otras vías de comunicación terrestres, impactan negativamente y en gran magnitud el medio
ambiente natural, por tales razones los ingenieros civiles deben conocer tanto en la fase de
definición del proyecto como en la de su ejecución los factores del MA (Medio Ambiente) que
usualmente se afectan, cuáles son las principales acciones impactantes que se originan a
ejecutar estos trabajos con las maquinarias de movimiento de tierras, los efectos fundamentales
de dichos impactos y aquellas medidas que pueden adoptarse para minimizar los impactos
medio ambientales, incidiendo en la elevación de la sustentabilidad de tales obras.
Los impactos positivos que generan los proyectos de obras viales son principalmente en
comunicar pueblos, otorgándoles vías de comunicación (pistas y veredas) el cual aumenta en
gran medida la calidad de vida de las personas.
INFORME MONOGRAFICO
41
42
PAVIMENTOS
2.- Impactos Directos de las Tecnologías de Constructivas sobre el Medio Ambiente Natural.
Factores del Medio ambiente afectados
Acciones impactantes Impactos directos
1. Suelos
-Movimiento de tierras-Usos de equipos pesados de construcción-Toma de muestras para las investigaciones Ingeniero-Geológicas.-Apertura y explotación de préstamos o canteras.-Empleo de las Plantas de Asfalto.
-Destrucción de la capa vegetal-Compactación de los suelos naturales.-Contaminación del suelo por el polvo, derrame de combustibles y lubricantes, etc.-Erosión de suelos.-Creación de barraras físicas que entorpecen el drenaje, dividen propiedades, los cultivos, etc.-Ocupación de grandes áreas de terreno.
2. Vegetación
-Movimiento de tierras-Uso de los equipos pesados de movimiento de tierras y de pavimentación.-Explotación de plantas de asfalto.-Explotación de préstamos o canteras.
-Destrucción de árboles y de la vegetación.-Afectaciones a las especies de plantas endémicas y protegidas.-Contaminación y daño a la biodiversidad en las zonas aledañas a las plantas de asfalto, las canteras, etc.
3. Agua
-Rellenos, desvíos y otras afectaciones a los acuíferos.-Modificaciones al drenaje natural.-Vertido de sustancias nocivas y aguas albañales a lagunas, ríos, etc.-Creación de barreras físicas (diques,canales,etc)
-Destrucción de acuíferos.-Contaminación de las aguas superficiales y subterráneas.-Inundaciones perjudiciales.-Disminución del nivel de la napa freática.-Desvíos o disminución de las corrientes de aguas superficiales y/o subterráneas.
4. Paisaje
- Apertura de préstamos o canteras-Construcción de explanaciones.-Construcción de fábrica menores y mayores (alcantarillas y puentes)
-Afectaciones al paisaje natural y la vida silvestre.-Afectaciones al patrimonio natural y cultural.-Cambios negativos en al estructura paisajística de la zona
-Uso de las máquinas de movimientos de tierras.
-Contaminación por gases, polvo y ruido.
INFORME MONOGRAFICO
42
43
PAVIMENTOS
5. Atmósfera-Construcción de explanaciones, pavimentos y obras de fábrica.--Apertura y explotación de préstamos o canteras-Realización de voladuras
-Modificación del microclima de la zona-Alteración de la dinámica eólica de las costas-Afectación al bienestar y la salud humana.
6. Socio-Culturales
-Construcción de carreteras y aeropistas en zonas donde se afectan el hábitat de los pobladores y sitios de interés histórico.-Creación del efecto barrera-Uso y aplicación de modelos de desarrollo inadecuados.
-Alteración y pérdida de la identidad cultural, de las costumbres y modos de vida tradicionales de los pobladores de la zona.-Modificaciones en la accesibilidad a determinadas áreas o zonas.-Efectos negativos sobre el patrimonio cultural construido.
Como puede apreciarse, la construcción de carreteras y otras vías de comunicación terrestres,
tienen un significativo impacto medio ambiental, ya que:
1- Crean el efecto barrera (dividen propiedades, varían la permeabilidad del suelo, afectan al drenaje
natural, el modo de vida de los pobladores, etc.)
2- Ocupan un área considerable de terrenos (toda el área que ocupa la faja de la vía, la que ocupan
los préstamos o canteras, la que ocupan las explanadas o plataformas, las Plantas de Asfalto, etc.).
3- Producen ruidos indeseables o dañinos durante su construcción y después durante la explotación
de la obra, afectando la biodiversidad de la zona.
4- Pueden destruirse o afectarse sitios de interés histórico, propiciar cambios climáticos, afectar
costumbres de pobladores, etc.
INFORME MONOGRAFICO
43
44
PAVIMENTOS
3.- Principales medidas para minimizar el Impacto Medio-Ambiental en la Fase de Ejecución de las Vías de Comunicación Terrestres
Las medidas para reducir en la mayor medida posible el impacto MA en cada uno de los factores
componentes del Medio Ambiente son las siguientes:
1- Suelos:
Realizar el descortezado solo de la base de las explanaciones, para evitar la eliminación
innecesaria de la capa vegetal y minimizar los volúmenes de tierra a descortezar.
Distribuir racionalmente las masas de los suelos a mover, es decir, asegurando el máximo de
compensación de tierras posible, así como ubicando convenientemente el material sobrante de
los tramos o zonas en corte o excavación: "a caballero" y cuando no sea posible en vertederos.
Emplear únicamente el área de la faja de emplazamiento establecida en el proyecto ejecutivo
de la obra
Minimizar la construcción de los desvíos en la obra y los caminos provisionales hasta la obra
y hasta los préstamos.
Evitar la construcción de explanaciones sobre las dunas y en especial en las dunas litorales.
Usar racionalmente el suelo vegetal extraído para recubrir y proteger los taludes, para la
construcción de las áreas verdes, etc.
2- Vegetación:
Realizar el desmonte o tala de árboles y el desbroce de la vegetación imprescindible, solo
dentro de los límites de la faja o el área de emplazamiento establecida en el proyecto ejecutivo de
la obra.
Minimizar la apertura de trochas o caminos de acceso provisionales hasta la obra y hacia los
préstamos.
Recubrir siempre que sea factible los taludes de las explanaciones con capa vegetal para que
la hierba los proteja de la erosión pluvial.
Hacer un racional acarreo, disposición de los árboles talados.
Propiciar el empleo de los árboles maderables talados.
INFORME MONOGRAFICO
44
45
PAVIMENTOS3- Agua:
Evitar la contaminación de las aguas superficiales y subterráneas mediante la explotación de
las maquinarias de movimiento de tierras y de pavimentación.
Construir correctamente los dispositivos del sistema de drenaje proyectados y mejorarlo
siempre que sea posible durante su construcción.
Evitar la destrucción y desvíos de los acuíferos mediante la ejecución de los trabajos de
movimiento de tierras.
4- Paisaje:
Ubicar correctamente los préstamos laterales, no tan cercanos que afecten el entorno y el
paisaje de manera evidente y a la vez no tan distante de la obra para no elevar los costos de
transportación y construcción.
Explotar correctamente los préstamos laterales y cuando se concluya hacerle los arreglos
necesarios para minimizar la afectación ambiental
Adoptar cuanta medida contribuye al cuidado del paisaje durante la fase constructiva.
5- Atmósfera:
Usar las técnicas de voladuras de tierra y/o roca solo en casos que sean estrictamente
necesarias.
Mantener un buen estado técnico de funcionamiento el parque de máquinas disponible para
ejecutar los diferentes trabajos, para reducir así en la mayor medida posible el escape de gases,
derrame de combustibles y lubricantes, así como la generación de ruidos innecesarios.
Evitar o disminuir el mínimo de creación de nubes de polvo (polvaredas) al construir
explanaciones, mediante riego de agua, riegos asfálticos u otras medidas, en evitación
de accidentes y de afectaciones a la salud humana.
INFORME MONOGRAFICO
45
46
PAVIMENTOS
IMPORTANCIA DE LA LEY 28611
Esta ley tiene como objetivo al mejoramiento continuo de la calidad de vida de las
personas, mediante la protección y recuperación del ambiente y el aprovechamiento
sostenible del os recursos naturales, garantizando la existencia de ecosistemas viables y
funcionales en el largo plazo
La finalidad de esta ley es garantizar el cuidado del ambiente, regular el uso de los
recursos naturales, al igual que supervisar la producción, extracción, empleo y disposición
final de diferentes sustancias y productos.
En el Perú existen áreas naturales protegidas gracias a reglamentos específicos que
regulan las actividades productivas y cuentan con un programa de manejo que orientan a
los habitantes para establecer sistemas de producción y responsables.
De esta manera preservar el equilibrio ecológico para facilitar el acceso de la
sustentabilidad y agilizar la transferencia de tecnologías racionalmente ecológicas.
INFORME MONOGRAFICO
46
47
PAVIMENTOS
LINCOGRAFIA
http://catarina.udlap.mx/u_dl_a/tales/documentos/lic/caceres_m_ca/capitulo1.pdf
http://www.asamblea.go.cr/Lanamme%20UCR/Informes%202009/2009/LM-AT-41- 09%20Evaluacion%20dise%C3%B1os%20de%20MAC/ANEXOS/LM-AT-41-09%20Evaluacion%20dise%C3%B1os%20de%20MAC%20Anexo%20C.pdf
http://es.slideshare.net/EDUARDOFRANCO13/diseno-demezclasasfalticas
http://www.biblioteca.udep.edu.pe/bibvirudep/tesis/pdf/1_130_181_83_1181.pdf
http://www.asfalca.com/joom02/images/pdfproductos/mezclaenfrio.pdf
http://165.98.12.83/518/1/UCANI3500.PDF
http://www.lanamme.ucr.ac.cr/banco-de-informacion-digital-on-line/07-02- 13/2009/mezclas-asfalticas-en-frio-en-costa-rica.pdf
INFORME MONOGRAFICO
47