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  • UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERA

    FACULTAD DE INGENIERA CIVIL Laboratorio No.2 de Mecnica de

    Suelos y Pavimentos

    MANUAL DE LABORATORIO ENSAYOS PARA PAVIMENTOS

    VOLUMEN I

    AUTORES:

    ING. SILENE MINAYA GONZALEZ (*) [email protected]

    M.I. ABEL ORDEZ HUAMAN (**) [email protected]

    (*) Asistente del Laboratorio de Mecnica de Suelos y Pavimentos (**) Jefe del Laboratorio de Mecnica de Suelos y Pavimentos

    Lima, Diciembre del 2001

  • Universidad Nacional de Ingeniera Manual de Laboratorio de Ensayos para Pavimentos Facultad de Ingeniera Civil Volumen I Laboratorio No.2 de Mecnica de Suelos y Pavimentos

    CONTENIDO Prlogo 04 PARTE I ENSAYOS DE AGREGADOS PARA PAVIMENTO

    Calidad de Agregados para Sub-base, Base y Afirmado

    Caractersticas de los agregados 07 Husos Granulomtricos 08

    Ensayo de Abrasin por medio de la Mquina de Los ngeles ASTM C-131 13-21 ndice de Aplanamiento y Alargamiento de Agregados para Carreteras MTC E221-1999 22-27 Porcentaje de Caras Fracturadas en los Agregados ASTM D 5821-95 28-32 Equivalente de Arenas y Agregados Finos ASTM D-2419 33-48 Ensayo de Durabilidad ASTM C-88 49-57

    PARTE II ENSAYOS PARA MEZCLAS ASFLTICAS

    Calidad de agregados para Mezclas Asflticas en Caliente Mineraloga 59 Propiedades Fsicas de los Agregados 60 Asfaltos Antecedentes Histricos 62 Refinamiento del asfalto 63 Tipos de Asfaltos y Usos 65 Ensayo de Adherencia de los Ligantes Bituminosos a los Agregados Gruesos ASTM D-1664 76-83 Adhesividad de los Ligantes Bituminosos a los Aridos Finos (Procedimiento Riedel Weber) 84-91 Destilacin de Asfaltos Lquidos ASTM D-402 92-100 Mtodo Marshall para el Diseo de Mezclas ASTM D-1559 Referencias Histricas 101 Caractersticas de Mezcla 101 Fundamento Terico 103 Objetivo 103 Gravedad Especfica 103

    Gravedad Especfica Seca Aparente 105 Gravedad Especfica Seca Bulk 105 Gravedad Especfica Saturada Superficialmente Seca Bulk 106 Gravedad Especfica en Agregados Gruesos 106

    Ing. Silene Minaya M.I. Abel Ordez 2

  • Universidad Nacional de Ingeniera Manual de Laboratorio de Ensayos para Pavimentos Facultad de Ingeniera Civil Volumen I Laboratorio No.2 de Mecnica de Suelos y Pavimentos

    Gravedad Especfica en Agregados Finos 107 Propiedades Volumetricas de Mezclas Compactadas 108 Gravedad Especifica Bulk de Mezclas Compactadas 110 Gravedad Especfica Terico Mxima 110 Ejemplo aplicativo 112

    Agregados Minerales Granulometra 120 Especificaciones y Tolerancias 120 Combinacin de agregados 129

    Dosificacin de los agregados por peso 129 Dosificacin por mtodos grficos 132

    Calidad 134 Procedimiento de Anlisis y Compactacin de Muestras

    Aplicacin 134 Equipos de Laboratorio 134 Procedimientos previos 140

    Paso A: Evaluacin de agregados 140 Paso B: Evaluacin del cemento asfltico 140 Paso C: Preparacin de los Especimenes Marshall 145 Paso D: Densidad y vacos de los especimenes 149 Paso E: Estabilidad Marshall y Ensayo de Flujo 150 Paso F: Tabulacin y Grfico de los Resultados de Ensayo 151 Paso G: Determinacin del Optimo Contenido de Asfalto 151

    Ejemplos 155-185

    BIBLIOGRAFIA 186-187

    Ing. Silene Minaya M.I. Abel Ordez 3

  • Universidad Nacional de Ingeniera Manual de Laboratorio de Ensayos para Pavimentos Facultad de Ingeniera Civil Volumen I Laboratorio No.2 de Mecnica de Suelos y Pavimentos

    PROLOGO El Laboratorio de Mecnica de Suelos y Pavimentos tiene la satisfaccin de poner a disposicin de

    estudiantes, profesores y profesionales involucrados en proyectos de pavimentos, el presente

    Manual de Ensayos para Pavimentos.

    Es importante y oportuno sealar la importancia que tiene el estudio, evaluacin y entendimiento

    de las caractersticas fsicas y el comportamiento mecnico de los suelos y materiales en un

    proyecto de pavimentacin. Por ello, la compresibilidad, resistencia cortante, conductividad

    hidrulica y las relaciones volumtricas y gravimtricas constituyen los fundamentos de diseo de

    las estructuras de pavimento y mezclas asflticas.

    Los ensayos de laboratorio, en ese sentido, permiten medir, evaluar y entender el comportamiento

    mencionado. Son los resultados experimentales los que van a permitir desarrollar, perfeccionar,

    verificar, validar y sealar las limitaciones de las teoras y modelos fsico-matemticos, para

    finalmente ser resumidos en manuales de diseo de uso ingenieril.

    El Manual de Ensayos para Pavimentos est dividido en dos partes: la Parte I comprende los

    ensayos de calidad de agregados utilizados en las diferentes capas que constituye la estructura

    del pavimento y la Parte II comprende una introduccin sobre asfaltos, mezclas asflticas,

    mineraloga de los agregados y los ensayos relacionados con el diseo de mezclas asflticas

    incluyendo el Ensayo MarshallASTM D 1559.

    El Manual de Ensayos para Pavimentos ha sido el resultado del esfuerzo y compromiso de la Ing.

    Silene Minaya con el Area de Pavimentos por lo que el Laboratorio de Mecnica de Suelos y

    Pavimentos le expresa su agradecimiento. En ese sentido, ha sido para el suscrito una gran

    satisfaccin haber contribuido a su materializacin.

    Actualmente el Laboratorio de Mecnica de Suelos y Pavimentos est realizando nuevamente

    ensayos sobre mezclas asflticas incluyendo el Ensayo Marshall, ensayos de Compresin Triaxial

    y Ensayos de Permeabilidad de Pared Flexible entre otros. Igualmente, se ha vuelto a realizar y

    publicar trabajos experimentales de investigaciones, participando en Congresos Nacionales e

    Internacionales.

    Ing. Abel Ordez 6 de Diciembre de 2001

    Ing. Silene Minaya M.I. Abel Ordez 4

  • PARTE I ENSAYOS DE AGREGADOS PARA PAVIMENTOS

  • CALIDAD DE AGREGADOS PARA SUB-BASE, BASE Y AFIRMADO

    Ing. Silene Minaya Gonzlez M.I. Abel Ordez Huamn

    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.

    A su llegada al laboratorio, las muestras deben ser preparadas para someterlas a diferentes

    ensayos de calidad de agregados. Dependiendo de la funcin que van a cumplir como parte de la

    estructura del pavimento se las prepara para los siguientes ensayos:

    Ensayos de calidad de agregados

    Asfalto ENSAYOS

    Sub base

    Base

    Granular

    Afirmado

    Piedra Arena

    Anlisis Granulomtrico por Tamizado 9 9 9 9 9 Lmites de Consistencia 9 9 9 N40 y 200Equivalente de Arena 9 9 9 9 Peso especfico y Absorcin 9 9 Peso unitario suelto 9 9 Peso unitario varillado 9 9 Abrasin 9 9 9 9 Proctor Modificado 9 9 9 CBR 9 9 9 Porcentaje de caras fracturadas 9 9 9 Porcentaje de partculas chatas y alargadas 9 9 9 Contenido de impurezas orgnicas 9 9 9 Contenido de sales solubles totales 9 9 9 9 9 Adherencia (entre mallas N3/8" y 1/4") 9 Riedel Weber (segn norma a emplear) 9 Durabilidad 9 9

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    Caractersticas de los 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 siguientes:

    Especificaciones Tcnicas para Materiales empleados en Construccin de Carreteras

    SUB BASE GRANULAR

    BASE GRANULAR

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    Husos Granulomtricos

    Adems los materiales debern ajustarse a uno de los husos granulomtricos, dependiendo de la

    funcin que cumplan.

    Huso Granulomtrico para Afirmado

    Muestra AFIRMADO

    Tamiz Abertura (mm) A-1(1) A-2(1)

    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

    (1) Referido a los porcentajes acumulados que pasan Especificaciones Tcnicas Generales para Construccin de Carreteras EG-2000, Ministerio de Transportes, Comunicaciones, Vivienda y Construccin, Oficina de Control de Calidad

    Ing. Silene Minaya M.I. Abel Ordez 8

  • Rango Granulomtrico para AfirmadosA-1 y A-2

    0

    10

    20

    30

    40

    50

    60

    70

    80

    90

    100

    0.010.1110100

    ABERTURA (mm)

    P

    O

    R

    C

    E

    N

    T

    A

    J

    E

    A

    C

    U

    M

    U

    L

    A

    D

    O

    Q

    U

    E

    P

    A

    S

    A

    (

    %

    Gradacin A-2

    Gradacin A-1

    Universidad Nacional de Ingeniera Manual de Laboratorio de Ensayos para Pavimentos Facultad de Ingeniera Civil Volumen I Laboratorio No.2 de Mecnica de Suelos y Pavimentos

    Ing. Silene Minaya M.I. Abel Ordez 9

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    Huso para Sub Base y Base Granular

    Porcentaje que pasa en peso

    Tamiz Abertura (mm) Gradacin A(1) Gradacin B Gradacin C Gradacin D

    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 msnm.

    Ing. Silene Minaya M.I. Abel Ordez 10

  • Rango Granulomtrico para Sub Bases y Bases GranularesGradaciones A y B

    5

    0

    .

    3

    7

    6

    .

    2

    3

    "

    2

    "

    1

    1

    /

    2

    "

    3

    8

    .

    1

    1

    "

    2

    5

    .

    4

    3

    /

    4

    "

    1

    9

    .

    0

    5

    1

    /

    2

    "

    1

    2

    .

    7

    3

    /

    8

    "

    1

    /

    4

    "

    6

    .

    3

    5

    N

    4

    4

    .

    7

    6

    N

    1

    0

    2

    .

    0

    0

    N

    2

    0

    0

    .

    8

    4

    N

    3

    0

    0

    .

    5

    9

    N

    4

    0

    0

    .

    4

    2

    6

    N

    6

    0

    0

    .

    2

    5

    N

    1

    0

    0

    0

    .

    1

    4

    9

    N

    2

    0

    0

    0

    .

    0

    7

    4

    1 1

    0

    10

    20

    30

    40

    50

    60

    70

    80

    90

    100

    0.010.1110100

    P

    O

    R

    C

    E

    N

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    A

    J

    E

    A

    C

    U

    M

    U

    L

    A

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    O

    Q

    U

    E

    P

    A

    S

    A

    (

    %

    )

    Gradacion B

    Universidad Nacional de Ingeniera Manual de Laboratorio de Ensayos para Pavimentos Facultad de Ingeniera Civil Volumen I Laboratorio No.2 de Mecnica de Suelos y Pavimentos

    Gradacion A ABERTURA (mm)

    Ing. Silene Minaya M.I. Abel Ordez 11

  • Universidad Nacional de Ingeniera Manual de Laboratorio de Ensayos para Pavimentos Facultad de Ingeniera Civil Volumen I Laboratorio No.2 de Mecnica de Suelos y Pavimentos

    Rango Granulomtrico para Sub Bases y Bases GranularesGradaciones C y D

    5

    0

    .

    3

    7

    6

    .

    2

    3

    "

    2

    "

    1

    1

    /

    2

    "

    3

    8

    .

    1

    1

    "

    2

    5

    .

    4

    3

    /

    4

    "

    1

    9

    .

    0

    5

    1

    /

    2

    "

    1

    2

    .

    7

    3

    /

    8

    "

    1

    /

    4

    "

    6

    .

    3

    5

    N

    4

    4

    .

    7

    6

    N

    1

    0

    2

    .

    0

    0

    N

    2

    0

    0

    .

    8

    4

    N

    3

    0

    0

    .

    5

    9

    N

    4

    0

    0

    .

    4

    2

    6

    N

    6

    0

    0

    .

    2

    5

    N

    1

    0

    0

    0

    .

    1

    4

    9

    N

    2

    0

    0

    0

    .

    0

    7

    4

    1 1

    0

    10

    20

    30

    40

    50

    60

    70

    80

    90

    100

    0.010.1110100

    ABERTURA (mm)

    P

    O

    R

    C

    E

    N

    T

    A

    J

    E

    A

    C

    U

    M

    U

    L

    A

    D

    O

    Q

    U

    E

    P

    A

    S

    A

    (

    %

    )

    Gradacion D

    Gradacion C

    Ing. Silene Minaya M.I. Abel Ordez 12

  • ENSAYO DE ABRASION POR MEDIO DE LA MAQUINA DE LOS ANGELES

    ASTM C-131 y ASTM C-535 Ing. Silene Minaya Gonzlez

    M.I. Abel Ordez Huamn

    Fundamento 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 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 Desgaste de Los ngeles, ASTM C-131 AASHTO T-96 y

    ASTM C-535, mide bsicamente la resistencia de los puntos de contacto de un agregado al

    desgaste y/o a la abrasin.

    Tambin se est usando el ensayo de abrasin para calificar la calidad de piedras, y bloques de

    roca para obras de defensa riberea, etc. para lo cual se deber someter primero a un proceso de

    chancado a fin de tener la muestra de ensayo.

    Objetivo Este mtodo describe el procedimiento para determinar el porcentaje de desgaste de los

    agregados de tamaos menores a 37.5 mm (1 ) y agregados gruesos de tamaos mayores de

    19 mm(3/4), por medio de la mquina de los ngeles.

  • Universidad Nacional de Ingeniera Manual de Laboratorio de Ensayos para Pavimentos Facultad de Ingeniera Civil Volumen I Laboratorio No.2 de Mecnica de Suelos y Pavimentos

    Equipos de Laboratorio

    1. Mquina de desgaste de Los ngeles

    2. Tamices. De los siguientes tamaos: 3, 2 , 2, 1 , 1, , , 3/8, , N4, N8. Un tamiz

    N12 para el clculo del desgaste

    3. Esferas de acero. De 46.38 a 47.63 mm de dimetro de peso equivalente entre 390 a 445 gr.

    4. Horno. Capaz de mantener una temperatura de 1105 C 5. Balanza. Sensibilidad de 1.0 gr.

    Material y carga abrasiva a utilizar

    La cantidad de material a ensayar y el nmero de esferas a incluir dependen de la granulometra

    del agregado grueso. En las Tablas N1 y N2, se muestra el mtodo a emplear; as como la

    cantidad de material, nmero de esferas, nmero de revoluciones y tiempo de rotacin, para cada uno de ellos. La gradacin que se use deber ser representativa de la gradacin original del

    material suministrado para la obra.

    Tabla N1 Peso de agregado y Nmero de Esferas para agregados gruesos hasta de 1

    (Ensayo de Abrasin ASTM C-131)

    METODO A B C D

    DIMETRO CANTIDAD DE MATERIAL A EMPLEAR (gr)

    Pasa el tamiz Retenido en tamiz

    1 1 1 25025 1 1 25025 1 25010 2 50010 3/8 1 25010 2 50010

    3/8 2 50010 N4 2 50010 N4 N8 5 00010

    PESO TOTAL 5 00010 5 00010 5 00010 5 00010 N de esferas 12 11 8 6

    N de revoluciones 500 500 500 500 Tiempo de rotacin (minutos) 15 15 15 15

    Ing. Silene Minaya M.I. Abel Ordez 14

  • Universidad Nacional de Ingeniera Manual de Laboratorio de Ensayos para Pavimentos Facultad de Ingeniera Civil Volumen I Laboratorio No.2 de Mecnica de Suelos y Pavimentos

    Tabla N2

    Peso de agregado y Nmero de Esferas para agregados gruesos de tamaos mayores a 3/4

    (Ensayo de Abrasin ASTM C-535)

    METODO 1 2 3

    DIMETRO CANTIDAD DE MATERIAL A USAR (gr)

    Que pasa Retenido

    3 2 2 50050 2 2 2 50050

    2 1 5 00050 5 00050 1 1 5 00025 5 00025 1 5 00025

    PESO TOTAL 10 000100 10 00075 10 00050 N de esferas 12 12 12

    N de revoluciones 1 000 1 000 1 000 Tiempo de rotacin (minutos) 30 30 30

    Procedimiento de Ensayo

    1. El material deber ser lavado y secado en horno a una temperatura constante de 105-110C,

    tamizadas segn las mallas que se indican y mezcladas en las cantidades del mtodo al que

    correspondan, segn la Tabla N1 N2.

    2. Pesar la muestra con precisin de 1 gr., para el caso de agregados gruesos hasta de 1 y 5

    gr. para agregados gruesos de tamaos mayores a 3/4.

    3. Introducir la muestra junto con la carga abrasiva en la mquina de Los ngeles, cerrar la

    abertura del cilindro con su tapa, sta tapa posee empaquetadura que impide la salida de

    polvo fijada por medio de pernos. Accionar la mquina, regulndose el nmero de

    revoluciones adecuado segn el mtodo.

    4. Finalizado el tiempo de rotacin, se saca el agregado y se tamiza por la malla N12.

    5. El material retenido en el tamiz N12 se lava y seca en horno, a una temperatura constante

    entre 105 a 110C pesar la muestra con precisin de1 gr.

    Clculos

    El resultado del ensayo se expresa en porcentaje de desgaste, calculndose como la diferencia

    entre el peso inicial y final de la muestra de ensayo con respecto al peso inicial.

    100P

    PPdesgaste %inicial

    finalinicial =

    Ing. Silene Minaya M.I. Abel Ordez 15

  • Universidad Nacional de Ingeniera Manual de Laboratorio de Ensayos para Pavimentos Facultad de Ingeniera Civil Volumen I Laboratorio No.2 de Mecnica de Suelos y Pavimentos

    Observaciones

    1. Si el material se encuentra libre de costras o polvo no ser necesario lavarlo antes y/o despus del ensayo.

    2. Para agregados gruesos de tamaos mayores a se puede determinar la prdida despus

    de 200 revoluciones. Al efectuar sta determinacin no ser necesario lavar el material

    retenido en el tamiz N12. La relacin de prdida despus de 200 revoluciones a prdida

    despus de 1 000 revoluciones, no debera exceder en ms del 20% para materiales de

    dureza uniforme. Cuando se realice ste paso se evitar perder todo tipo de material, incluido

    el polvo, porque ste ser devuelto a la mquina para concluir con el ensayo.

    Referencias Bibliogrficas Resistencia al Desgaste de los Agregados de Tamaos menores de 37.5 mm (1 ") ASTM C-131 Resistencia al Desgaste de los Agregados Gruesos de Tamaos mayores de 19 mm ( 3 /4) por

    medio de la Mquina de Los Angeles ASTM C-535

    Abrasin Los Angeles (L.A.) al Desgaste de los Agregados de Tamaos Menores de 37.5 mm

    (1). Norma MTC E207-1999

    Diseo de Espesores Pavimentos Asflticos para Calles y Carreteras. Ing Germn Vivar R.

    Estructuracin de Vas Terrestres. M. en I., I.C. Fernando Olivera Bustamante.

    Ing. Silene Minaya M.I. Abel Ordez 16

  • Universidad Nacional de Ingeniera Manual de Laboratorio de Ensayos para Pavimentos Facultad de Ingeniera Civil Volumen I Laboratorio No.2 de Mecnica de Suelos y Pavimentos

    Foto N1: Cilindro metlico para realizar la prueba de desgaste de Los Angeles

    Ing. Silene Minaya M.I. Abel Ordez 17

  • Universidad Nacional de Ingeniera Manual de Laboratorio de Ensayos para Pavimentos Facultad de Ingeniera Civil Volumen I Laboratorio No.2 de Mecnica de Suelos y Pavimentos

    Foto N2: Tamizar el material segn las mallas que se indican

    Ing. Silene Minaya M.I. Abel Ordez 18

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    Foto N3: Pesar los materiales retenidos en las cantidades del mtodo al que corresponden

    Foto N4: Introducir la muestra en la mquina de Los Angeles

    Ing. Silene Minaya M.I. Abel Ordez 19

  • Universidad Nacional de Ingeniera Manual de Laboratorio de Ensayos para Pavimentos Facultad de Ingeniera Civil Volumen I Laboratorio No.2 de Mecnica de Suelos y Pavimentos

    Foto N5: Introducir las cargas abrasivas segn el mtodo de ensayo

    Ing. Silene Minaya M.I. Abel Ordez 20

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    Foto N6: Finalizado el tiempo de rotacin, sacar el agregado y tamizarlo por la malla N12

    Ing. Silene Minaya M.I. Abel Ordez 21

  • INDICE DE APLANAMIENTO Y ALARGAMIENTO DE AGREGADOS PARA CARRETERAS

    MTC E221-1999 Ing. Silene Minaya Gonzlez

    M.I. Abel Ordez Huamn

    Objetivo

    Las partculas planas y alargadas son definidas respectivamente, como aquellas partculas cuya

    dimensin ltima es menor que 0.6 veces su dimensin promedio y aquellas que son mayores 1.8

    veces la dimensin promedio. Para el propsito de esta prueba, la dimensin promedio se define

    como el tamao medio entre las dos aberturas 1 a , a , a 3/8, etc. entre las que los

    agregados son retenidos al ser tamizados.

    Despus de haber sido cribados por la malla de abertura cuadrada y de dos mallas

    respectivamente, las partculas planas y alargadas se separan usando como patrn los aparatos

    que se muestran, las partculas planas pueden ser separadas rpidamente pasndolas por cribas

    con ranuras, pero en este caso, se necesita un tipo de criba para cada tamao. El porcentaje por

    peso de las partculas planas y alargadas se le designa con el nombre de ndice de aplanamiento

    e ndice de alargamiento.

    Equipos

    1. Calibrador de aplanamiento y alargamiento.

    2. Tamices. 2 ; 2, 1 , 1, ; ; 83 ; .

    3. Bandejas

    4. Cuarteador

    5. Balanza. Sensibilidad de 0.1% el peso de la muestra que se ensaya.

    Preparacin de la muestra

    1. Separar por cuarteo una muestra representativa

    2. Tamizar por las mallas indicadas y determinar el peso retenido entre dos mallas consecutivas.

    Wi

    3. Separar el material retenido en cada malla para ser ensayado

  • Universidad Nacional de Ingeniera Manual de Laboratorio de Ensayos para Pavimentos Facultad de Ingeniera Civil Volumen I Laboratorio No.2 de Mecnica de Suelos y Pavimentos

    Calibrador de Espesores

    100mm

    3.15mm

    (1/8") diam.

    1.55mm

    (1/16")

    ESTAS MEDIDAS VAN MARCADAS EN LA PLACA

    63.0mm

    o50.6m

    m

    100mm

    31.9mm

    (2 1/2 2)"

    (2 o 1 1/2)"

    30.0mm

    o32.5m

    m

    25.3mm

    90mm

    (1 1/2 o 1)"

    80mm

    70mm

    50mm

    40mm

    30mm

    70mm37.5m

    m o

    25.0mm

    18.8mm

    17.0mm

    25.0mm

    o 19.0m

    m(1 o 3/4)"

    15.2mm

    9.5mm

    8.5mm mm

    4.7

    31.5mm o 25.0mm(1 1/4 o 1)"

    19.0mm o 12.5mm

    (3/4 o 1/2)"

    (1/2 o 3/8)"2.5mm 12.5mm o

    (3/8 o 1/4)"6.3mm 2.5mm o

    Ing. Silene Minaya M.I. Abel Ordez 23

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    Calibrador de Longitud

    75.8mm

    45.0mm

    39.5mm

    14.2mm

    19.8mm 28.4mm

    56.3mm

    (1/4")(6.35mm)

    diam.

    25.0mm

    PASA TAMIZ

    RETENIDO EN TAMIZ

    (3/8")9.5mm

    6.3mm(1/4")

    12.5mm(1/2")

    9.5mm(3/8") (1/2")

    12.5mm

    19.0mm(3/4")

    (3/4")19.0mm

    (1")25.0mm

    25.0mm(1")

    (1/1/2")37.5mm

    (1/1/2")37.5mm

    (2")50.0mm

    Ing. Silene Minaya M.I. Abel Ordez 24

  • Universidad Nacional de Ingeniera Manual de Laboratorio de Ensayos para Pavimentos Facultad de Ingeniera Civil Volumen ILaboratorio No.2 de Mecnica de Suelos y Pavimentos

    Nota Si el porcentaje retenido entre dos mallas consecutivas es inferior al 5%, no ser ensayado.

    Si el porcentaje retenido entre dos mallas consecutivas est entre el 5% y 15%, se separarn

    un mnimo de 100 partculas. Determinar su peso con aproximacin al 0.1%.

    Si el porcentaje retenido entre dos mallas consecutivas es mayor al 15%, se separarn un

    mnimo de 200 partculas. Determinar su peso con aproximacin al 0.1%.

    Procedimiento de ensayo 1. Cada una de las muestras separadas se hace pasar por el calibrador de espesores en la

    ranura cuya abertura corresponda a la fraccin que se ensaya.

    2. Pesar la cantidad de partculas de cada fraccin, que pasaron por la ranura correspondiente,

    aproximacin al 0.1% del peso total de la muestra de ensayo. Pi

    3. Cada una de las muestras separadas se hace pasar por el calibrador de longitud por la

    separacin entre barras correspondiente a la fraccin que se ensaya.

    4. Pesar la cantidad de partculas de cada fraccin, retenida entre las dos barras

    correspondientes, aproximacin al 0.1% del peso total de la muestra de ensayo. Ri

    Clculos 1. ndice de aplanamiento

    ( ) 100WP % IAP

    i

    ifi =

    Donde:

    IAPfi ndice de aplanamiento de la fraccin i, ensayada

    Pi Peso de las partculas que pasan por la ranura correspondiente

    Wi Peso inicial de sa fraccin

    2. ndice de alargamiento

    ( ) 100WR% IAL

    i

    ifi =

    Donde:

    IALfi ndice de alargamiento de la fraccin i, ensayada

    Ri Peso de las partculas retenidas entre las correspondientes barras

    Wi Peso inicial de sa fraccin

    Para ambos ndices, se deber redondear los resultados al entero ms prximo.

    Ing. Silene Minaya M.I. Abel Ordez 25

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    Informe

    1. Los ndices se pueden expresar para cada fraccin ensayada, de la manera que se explica en el clculo.

    2. Adems; los ndices pueden ser expresados en funcin del total de la muestra, se calcula el

    promedio ponderado de los respectivos ndices de todas las fracciones ensayadas, empleando

    como factores de ponderacin los porcentajes retenidos, Ri, e indicando la granulometra de la

    muestra.

    Aplicar las siguientes expresiones:

    ( )

    =i

    ifi

    R

    RIAP nto Aplanamiede Indice

    ( )

    =i

    ifi

    R

    RIAL nto Alargamiede Indice

    Referencia Bibliogrfica ndice de Aplanamiento y Alargamiento de Agregados para Carreteras. MTC E221-1999

    Ing. Silene Minaya M.I. Abel Ordez 26

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    Foto N1: Partculas aplanadas y alargadas

    Ing. Silene Minaya M.I. Abel Ordez 27

  • PORCENTAJE DE CARAS FRACTURADAS EN LOS AGREGADOS ASTM D 5821-95

    Ing. Silene Minaya Gonzlez M.I. Abel Ordez Huamn

    Fundamento

    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.

    Objetivo

    Este mtodo describe la determinacin del porcentaje, en peso, de una muestra de agregado

    grueso que presenta una, dos o ms caras fracturadas.

    Definiciones

    Cara Fracturada una cara angular, lisa o superficie fracturada de una partcula de

    agregado formada por trituracin, otros medios artificiales o por la

    naturaleza.

    Discusin para esta norma una cara ser considerada cara fracturada solamente si esta tiene un

    rea mnima proyectada tan grande como un cuarto de la mxima

    rea proyectada (mxima rea de la seccin transversal) de la

  • Universidad Nacional de Ingeniera Manual de Laboratorio de Ensayos para Pavimentos Facultad de Ingeniera Civil Volumen I Laboratorio No.2 de Mecnica de Suelos y Pavimentos

    partcula y la cara tiene aristas bien definidas; esto excluye las

    pequeas irregularidades.

    Partcula fracturada una partcula de agregado es fracturada si tiene el nmero mnimo de

    caras fracturadas especificadas (usualmente uno o dos).

    Partcula mxima rea de la seccin

    transversal (Xmx)

    Partcula fracturada

    rea Proyectada de la cara fracturada

    (Af)

    Una cara ser considerada como

    una cara de fractura solamente si tiene : Af 0.25 Xmax

    Esquema de una partcula fracturada con una cara fracturada

    Equipos de Laboratorio

    1. Balanza. De 5 Kg. y sensibilidad al gramo

    2. Tamices.

    3. Partidor de muestras

    4. Esptula

    Preparacin de la muestra

    1. Secar la muestra, cuartearla teniendo cuidado de obtener una masa representativa.

    2. La muestra para el ensayo tendr una cantidad mayor a los pesos mostrados en la siguiente

    tabla:

    Ing. Silene Minaya M.I. Abel Ordez 29

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    Tamao Mximo Nominal

    Peso mnimo para el ensayo (gr)

    3/8 200

    500

    1 500

    1 3 000

    1 7 500

    2 15 000

    2 30 000

    3 60 000

    3 90 000

    3. Tamizar el material grueso y fino completamente, por la malla N4

    4. Para muestras con tamao mximo nominal mayor o igual a , donde el contenido de

    partculas fracturadas va ser determinado por el material retenido en la malla N4 o mas

    pequeo, la muestra puede ser separada en la malla de 3/8, la fraccin que pase la malla

    N3/8 puede luego ser reducida, de acuerdo a ASTM C-702 hasta 200 gr. Esto reducir el

    nmero de partculas que sern separadas durante el procedimiento. En este caso, el

    porcentaje de partculas fracturadas se determina sobre cada porcin; y un porcentaje

    promedio ponderado de partculas fracturadas se calcula basado en la masa de cada una de

    las porciones para reflejar el porcentaje total de partculas fracturadas en toda la muestra.

    Procedimiento

    1. Lavar la muestra sobre la malla designada y remover cualquier fino. Secar

    2. Determinar la masa de la muestra con una aproximacin de 0.1%.

    3. Extender la muestra seca sobre una superficie plana, limpia y lo suficientemente grande como

    para permitir una inspeccin. Para verificar si la partcula alcanza o cumple el criterio de

    fractura, sostener el agregado de tal manera que la cara sea vista directamente. Si la cara

    constituye al menos de la mxima seccin transversal, considerarla como cara fracturada.

    4. Usando la esptula separar en tres categoras. 1.- Partculas fracturadas dependiendo si la partcula tiene el nmero requerido de caras fracturadas; 2.- Partculas que no renen el criterio especificado; y 3.- Partculas cuestionables. Si el nmero requerido de caras fracturadas no se consigue en las especificaciones, la determinacin ser hecha sobre la base

    de un mnimo de una cara fracturada. Determinar el porcentaje en peso de cada una de las

    categoras. Si sobre cualquiera de los porcentajes ms del 15% del total es cuestionable,

    repita la evaluacin hasta que no ms del 15% se repita en esta categora.

    Ing. Silene Minaya M.I. Abel Ordez 30

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    Informe

    Reporte el porcentaje en peso del nmero de partculas con el nmero especificado de caras

    fracturadas, aproximado al uno por ciento de acuerdo a la siguiente frmula:

    100NQF

    Q/2FP

    ++

    +=

    Donde:

    P Porcentaje de partculas con el nmero especificado de caras fracturadas

    F Peso o cantidad de partculas fracturadas con al menos el nmero especificado de caras

    fracturadas

    Q Peso o cantidad de partculas cuestionables

    N Peso o cantidad de partculas en la categora de no fracturadas que no cumplen el criterio

    de fractura

    Reportar el criterio de fractura especificada.

    Reportar el total de masa en gramos, del agregado ensayado.

    Reportar la malla en el cual la muestra de suelo fue retenido al iniciar el ensayo.

    Reportar si el porcentaje de caras fracturadas fue reportado por masa o cantidades

    Referencias Bibliogrficas

    Determining the Percentage of Fractured Particles in Coarse Agregate. ASTM D-5821

    Ing. Silene Minaya M.I. Abel Ordez 31

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    Foto N1: Partculas con una, dos o ms caras fracturadas

    Ing. Silene Minaya M.I. Abel Ordez 32

  • EQUIVALENTE DE ARENAS Y AGREGADOS FINOS ASTM D-2419

    Ing. Silene Minaya Gonzlez M.I. Abel Ordez Huamn

    Objetivo

    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 un manera rpida de campo para determinar cambios en la calidad de

    agregados durante la produccin o colocacin.

    Equipos de Laboratorio

    1. Tubo irrigador. De acero inoxidable, cobre o bronce, de 6.35 mm de dimetro exterior, 508 mm

    de longitud, cuyo extremo inferior est cerrado en forma de cua. Tiene dos agujeros laterales

    de 1 mm de dimetro en los dos planos de la cua cerca de la punta.

    2. Sistema de Sifn. Se compone de un botelln de 1 galn (3.8 lt) de capacidad con un tapn. El

    tapn tiene dos orificios que lo atraviesan, uno para el tubo del sifn y el otro para entrada de

    aire. El conjunto deber ubicarse a 90 cm por encima de la mesa.

    3. Probeta graduada. Con dimetro interior de 31.750.381 mm y 431.8 mm de altura graduada hasta una altura de 381 mm, provista de un tapn de caucho o goma que ajuste en la boca del

    cilindro.

    4. Tubo flexible. De caucho o goma con 4.7 mm de dimetro, tiene una pinza que permite cortar

    el paso del lquido a travs del mismo. Este tubo permite conectar el tubo irrigador con el sifn.

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    5. Pisn de metal. Consistente en una barra metlica de 457 mm de longitud que tiene

    enroscado en su extremo inferior un disco metlico de cara inferior plana perpendicular al eje

    de la barra y cara superior de forma cnica. El disco lleva tres tornillos pequeos que sirven

    para centrarlo dentro del cilindro. Lleva una sobrecarga en forma cilndrica, de tal manera que

    el conjunto pese 1 kg. (barra metlica, disco y sobrecarga).

    6. Recipiente metlico. De estao aproximadamente de 57 mm de dimetro con capacidad de

    855 ml, borde superior uniforme de modo que la muestra que se coloca en ella se pueda enrasar para conseguir el volumen requerido.

    7. Cronmetro o reloj. Lecturas en minutos y segundos

    8. Embudo. De boca ancha para incorporar la muestra de ensayo en la probeta graduada.

    9. Tamiz. Tamiz N4 segn especificaciones E11

    10. Recipiente para mezcla

    11. Horno. Capaz de mantener temperaturas de 1105C. 12. Papel filtro. Watman N2V o equivalente

    Los materiales que forman parte del equipo de ensayo de equivalente de arena son:

    Lista de MaterialesEnsamblaje Parte N Descripcin Material

    A

    1 2 3 4 5 6 7

    Ensamblaje de sifn Tubo de sifn Manguera de sifn Manguera de purga Tubo de purga Tapn con dos agujeros N6 Tubo irrigador Abrazadera

    Cobre, puede ser niquelado Caucho, goma pura o equivalente Caucho, goma pura o equivalente Cobre, puede ser niquelado Caucho

    B 8 9

    Probeta graduada Tubo Base

    Acrlico transparente Acrlico transparente

    C

    10 11 12 13 14 15

    Ensamblaje para lectura de arena Indicador para lectura de arena Barra Pesa Pasador Pie Tapn slido

    Nylon 101 tipo 66 templado Bronce, puede ser niquelado Acero, puede ser niquelado Metal resistente a la corrosin Bronce Caucho, puede ser niquelado

    Sand Equivalent Value of Soils and Fine Aggregate. ASTM D 2419-91

    Procedimiento de ensayo

    1. Reactivos, materiales y preparacin de la Solucin Madre

    Reactivos y materiales

    Cloruro de calcio anhidro, 454 gr.

    Glicerina USP, 2050 gr (1640 ml)

    Formaldehdo, (40% en volumen) 47 gr (45 ml)

    Ing. Silene Minaya M.I. Abel Ordez 34

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    Preparacin Disolver 454 gr. cloruro de calcio anhidro en 0.5 gal (1.9 lt) de agua destilada. Se deja enfriar a

    temperatura ambiente y se pasa por papel de filtro. A la solucin filtrada se le incorpora los

    2050 gr de glicerina y 47 gr. de formaldehdo mezclar bien.

    2. Reactivos, materiales y preparacin de la Solucin de Trabajo Reactivos y materiales

    Solucin madre

    Agua destilada

    Preparacin

    Diluir 855 ml al ras de la solucin madre en 1 gal (3.8 lt) de agua destilada.

    3. Preparacin de la muestra

    1. Separar aproximadamente 1500 gr de material que pase el tamiz N 4 (4.75 mm)

    Tener el cuidado de desmenuzar todos los terrones de material fino y limpiar cualquier cubierta

    de fino que se adhiere al agregado grueso, estos finos pueden ser removidos por secado

    superficial del agregado grueso y frotacin entre las manos sobre un recipiente plano.

    Adase este material a la porcin fina de la muestra.

    2. Para determinar la cantidad del material para el cuarteo

    Si fuera necesario humedecer el material, para evitar segregacin o prdida de finos durante el cuarteo. Tener cuidado al adicionar agua a la muestra, para mantener una

    condicin de flujo libre de material.

    Usando el recipiente metlico de 855 ml de capacidad, saque cuatro medidas de muestra. Cada vez que se llene una medida golpear ligeramente, la parte inferior del

    recipiente sobre una superficie dura por lo menos cuatro veces.

    Registre la cantidad de material contenido en las cuatro medidas, ya sea por peso o volumen, de la probeta de plstico.

    Regrese el material a la muestra y proceda a separarla por cuarteo, haciendo los ajustes necesarios para obtener el peso o volumen predeterminado. De este cuarteo se debe

    obtener, en los siguientes cuarteos, la cantidad suficiente de muestra para llenar la

    medida, y por lo tanto proporcione un especmen de ensayo

    Secar el especmen de ensayo a peso constante de 1055C y dejarlo enfriar a temperatura ambiente antes del ensayo1.

    1Los resultados de equivalente de arena en especimenes de prueba que no estn bien secos, generalmente tendrn resultados bajos en especimenes idnticos que fueron secados.

    Ing. Silene Minaya M.I. Abel Ordez 35

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    3. Manteniendo la condicin de flujo libre, humedecer lo suficiente el material para evitar

    segregacin o prdida de finos durante el cuarteo.

    4. Separar por cuarteo entre 1000 y 1500 gr de material. Colquelo en un recipiente y mezcle en

    forma circular hacia el centro, por un minuto, hasta obtener una mezcla uniforme.

    5. Verificar las condiciones de humedad del material apretando con la mano una porcin de

    material, si se forma una masilla que permite abrir la mano sin romperse, la mezcla tiene el

    rango correcto de humedad.

    Si la muestra est muy seca se desmoronar, debiendo adicionar agua; volver a mezclar y probar si se form la masilla plstica.

    Si la muestra est muy hmeda deber secarse al aire, mezclndola frecuentemente para asegurar uniformidad y ensayndola nuevamente.

    6. Si la humedad inicial se encuentra dentro de los lmites arriba descritos, la muestra se puede

    ensayar inmediatamente. Si la humedad es diferente a los lmites indicados, la muestra deber

    ponerse en una vasija, cubrindola con una toalla hmeda que no toque el material, por

    espacio de 15 min. como mnimo.

    7. Despus de transcurrido el tiempo mnimo, remezclar por 1 min. sin agua, formando un cono

    con el material, utilizando una paleta.

    8. Tome el recipiente metlico en una mano y presinese contra la base del cono mientras se

    sostiene a ste con la mano libre.

    9. A medida que el recipiente atraviesa el cono mantngase suficiente presin en la mano para

    que el material lo llene por completo. Presinese firmemente con la palma de la mano

    compactando el material hasta que ste se consolide, el exceso debe ser retirado y

    desechado, enrasando con la paleta a nivel del borde del recipiente.

    4. Preparacin de Aparatos

    1. Ajustar el sifn a un botelln de 1.0 gal (3.8 lt) conteniendo la solucin de trabajo de cloruro de

    calcio. Colocarlo en un anaquel ubicado a 913 cm sobre la mesa de trabajo. 2. Soplar el sifn dentro del botelln con solucin, por el tubo de purga y con la abrazadera

    abierta.

    5. Procedimiento

    1. Por el sifn verter 1023 mm. de solucin de trabajo de cloruro de calcio, en la probeta. 2. Con ayuda del embudo verter en la probeta, 855 cm3 del suelo preparado. 3. Golpear la parte baja del cilindro varias veces con la palma de la mano para desalojar las

    posibles burbujas de aire y para humedecer completamente la muestra. Dejar reposar durante

    101 min.

    Ing. Silene Minaya M.I. Abel Ordez 36

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    4. Transcurridos los 10 min., tapar la probeta con un tapn; suelte el material del fondo

    invirtiendo parcialmente el cilindro y agitndolo a la vez. El material puede ser agitado con

    cualquiera de los siguientes mtodos:

    4.1 Mtodo mecnico

    Colquese la probeta tapada en el agitador mecnico, y permitir que lo sacuda por 451 s. 4.2 Mtodo del agitador manual

    Ajustar la probeta tapada con las tres pinzas de resorte, sobre el soporte del agitador manual y ponga el contador en tiempo cero.

    Prese frente al agitador y fuerce el puntero sobre la marca lmite pintada en el tablero, aplicando la fuerza horizontal sobre la biela resortada del lado derecho. Luego

    retirar la mano de la biela y deje que la accin del resorte mueva el soporte y la

    probeta en la direccin opuesta sin ayuda e impedimento alguno.

    Aplique suficiente fuerza a la biela resortada, con la mano derecha, durante el recorrido con empuje para llevar el ndice hasta la marca lmite del mbolo, empujando

    la biela con la punta de los dedos para mantener un movimiento oscilatorio suave. El

    centro del lmite de carrera est colocado para prever la longitud adecuada del

    movimiento y su ancho se ajusta al mximo de variacin permitida. La cantidad

    correcta de agitacin se logra solamente cuando el extremo del ndice invierte su

    direccin dentro de los lmites marcados. Una correcta agitacin puede mantenerse

    usando solamente el antebrazo y la mueca para mantener el agitador.

    Contine la agitacin por 100 ciclos. 4.3 Mtodo manual

    Sujetar la probeta en posicin horizontal y sacudirla vigorosamente de izquierda a derecha.

    Agitar el cilindro 90 ciclos en 30 segundos, usando un recorrido de 233 cm. Un ciclo se define como el movimiento completo a la derecha seguido por otro a la izquierda. El

    operador deber mover solamente los antebrazos manteniendo el cuerpo y hombros

    relajados.

    Concluida con la operacin de agitacin, colocar la probeta verticalmente sobre la mesa de trabajo y quitar el tapn.

    5. Proceso de irrigacin.

    El cilindro no deber moverse de su posicin vertical y con la base en contacto con la superficie de trabajo.

    Introduzca el tubo irrigador en la parte superior de la probeta, suelte la abrazadera de la manguera y limpie el material de las paredes de la probeta mientras el irrigador baja.

    El irrigador debe llegar hasta el fondo, aplicando suavemente una presin y giro mientras que la

    solucin de trabajo fluye por la boca del irrigador, esto impulsa el material fino desde el fondo

    hacia arriba ponindolo sobre las partculas gruesas de arena.

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    Cuando el nivel del lquido alcance la seal de los 38 cm, levante el tubo irrigador despacio sin que deje de fluir la solucin, de tal manera que el nivel se mantenga cerca de

    38.0 cm mientras se saca el tubo. Regule el flujo justo antes que el tubo est

    completamente fuera y ajuste el nivel final a los 38.0 cm.

    6. Lectura de arcilla.

    Dejar reposar durante 20 min. 15 s. Comience a medir el tiempo luego de retirar el tubo irrigador.

    Al trmino de los 20 min., leer el nivel superior de la suspensin de arcilla. Este valor se denomina lectura de arcilla. Si la lnea de marca no es clara transcurridos los 20 min. del

    perodo de sedimentacin, permita que la muestra repose sin ser perturbada hasta que

    una lectura de arcilla pueda ser claramente obtenida; inmediatamente, lea y anote el nivel

    mximo de la suspensin arcillosa y el tiempo total de sedimentacin. Si el perodo total

    de sedimentacin excede los 30 min., efecte nuevamente el ensayo, usando tres

    especimenes individuales de la misma muestra. Registre la lectura de la columna de

    arcilla para la muestra que requiere el menor tiempo de sedimentacin como lectura de

    arcilla.

    7. Lectura de arena.

    Despus de la lectura de arcilla, introduzca en la probeta el ensamblaje del pie (conjunto del disco, varilla y sobrepeso) y baje lentamente hasta que llegue sobre la arena. No

    permitir que el indicador golpee la boca de la probeta mientras se baja el conjunto.

    Cuando el conjunto toque la arena con uno de los tornillos de ensamblaje hacia la lnea de graduacin de la probeta, lea y anote. Restar 25.4 cm. del nivel indicado en el borde

    superior del indicador y registrar este valor como la lectura de arena.

    8. Despus de tomar la lectura de arena, tenga cuidado de no presionar con el pie porque podra

    dar lecturas errneas.

    9. Si las lecturas de arcilla y arena estn entre 2.5 mm de graduacin (0.1 pulgadas), registrar el

    nivel de graduacin inmediatamente superior como lectura.

    Clculo e Informe

    1. Calcule el equivalente de arena con aproximacin a 0.1% como sigue:

    100arcilla Lecturaarena LecturaSE =

    Donde:

    SE Equivalente de arena expresado en porcentaje

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    2. Si el equivalente de arena calculado no es un nmero entero, considere el entero inmediato

    superior. Por ejemplo, si el nivel de arcilla fue 8.0 y el nivel de arena fue 3.3, el equivalente de

    arena calculado ser:

    2.41SE

    1008.03.3SE

    ==

    El valor de equivalente de arena calculado no es un nmero entero y ser registrado como el

    nmero entero inmediato superior, que para el ejemplo es 42.

    3. Si se desea el promedio de series de valores de equivalente de arena, promediar los valores

    redondeados determinados como se describe anteriormente. Si el promedio de estos valores

    no es un nmero entero, redondear al nmero entero inmediatamente superior como se

    muestra en el siguiente ejemplo:

    Calcular el valor de equivalente de arena: 41.2; 43.8 y 40.9

    Despus de redondear se tiene: 42; 44 y 41

    Determinar el promedio de estos valores de la siguiente manera:

    ( ) 3.423

    414442SE =++= El valor promedio no es un nmero entero, este se redondea al entero superior prximo, y el

    valor de equivalente de arena es 43.

    Observaciones

    1. La temperatura de la solucin de trabajo se debe mantener a 223C durante el ensayo, si las condiciones de campo impiden tener este rango, las muestras deben ser ensayadas en el

    laboratorio donde el control de la temperatura es posible. Tambin es posible elaborar curvas

    de correccin por temperatura para cada material a ser ensayado.

    2. Realizar el ensayo en un lugar libre de vibraciones. El exceso de estas puede causar que la

    relacin entre el material suspendido y el sedimentado sea mayor.

    3. No exponer las probetas de plstico a la luz del sol a no ser que sea necesario.

    4. Ser necesario limpiar el crecimiento de hongos dentro del tubo de jebe y del tubo irrigador,

    con un solvente limpio de hipocloruro de sodio (blanqueador domstico de cloro) y agua en la

    misma cantidad.

    5. En ocasiones los agujeros de la punta del tubo irrigador se obstruyen con partculas de arena,

    estas deben liberarse con ayuda de una aguja u otro objeto similar que sea posible introducir

    sin incrementar el tamao de la abertura.

    6. El recipiente de mezcla y almacenamiento para soluciones deber estar limpio. No debe

    incorporarse una solucin nueva a una solucin antigua.

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    7. Si las lecturas de arcilla y arena se encuentran entre lneas de graduacin, se anotar la

    lectura correspondiente a la graduacin inmediata superior.

    8. Si el valor de equivalente de arena en una muestra est por debajo de las especificaciones

    para dicho material, hacer dos ensayos adicionales en la misma muestra y tomar el promedio

    de los tres como el equivalente de arena.

    9. Para obtener el promedio de una serie de valores de equivalente de arena, promdiese el

    nmero de valores enteros determinados.

    Referencias Bibliogrficas

    Sand Equivalent Value of Soils and Fine Aggregate ASTM D 2419-91

    Equivalente de Arena, Suelos y Agregados Finos. Norma MTC E114-1999

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    Foto N1: Equipo de Equivalente de Arena.

    Foto N2: Cuartear el material.

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    Foto N3: Tamizar la muestra representativa por la malla N4 (4.75 mm).

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    Foto N4: Por el sistema de sifn verter 1023 mm de solucin de trabajo en la probeta

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    Foto N5: Verter en la probeta, 855 cm3 del suelo preparado en el recipiente.

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    Foto N6: Luego que la muestra repose 101 min. tapar la probeta y agitar

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    Foto N7: Dejar reposar por 20 min15 s y definir la lectura de arcilla.

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    Foto N8: Introduzca en la probeta el ensamblaje del pie y baje lentamente hasta

    que llegue sobre la arena.

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  • Universidad Nacional de Ingeniera Manual de Laboratorio de Ensayos para Pavimentos Facultad de Ingeniera Civil Volumen I Laboratorio No.2 de Mecnica de Suelos y Pavimentos

    Foto N9: Cuando el conjunto toque la arena, lea y anote.

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  • ENSAYO DE DURABILIDAD ASTM C-88

    Ing. Silene Minaya Gonzlez M.I. Abel Ordez Huamn

    Fundamento

    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.

    Objetivo

    El mtodo describe el procedimiento que debe seguirse para determinar la resistencia a la

    desintegracin de los agregados por la accin de soluciones de sulfato de sodio o de magnesio.

    Equipos de Laboratorio

    1. Tamices

    Para ensayar agregado grueso 3 /8, , , 1, 1 , 2 y 2

    Para ensayar agregado fino N 50, N 30, N 16, N 8 y N 4

    2. Recipientes. Cestas de mallas metlicas que permiten sumergir las muestras en la

    solucin utilizada, facilitando el flujo de la solucin e impidiendo la salida de las partculas del

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    agregado. El volumen de la solucin en la cual se sumergen las muestras ser, por lo

    menos, cinco veces el volumen de la muestra sumergida.

    3. Balanzas. Capacidad de 500 gr. y sensibilidad de 0.1 gr. para el caso del agregado fino y

    otro de capacidad no menor a 5000 gr. y sensibilidad de 1 gr. para el caso del agregado

    grueso

    4. Horno. Capaz de mantener una temperatura de 110 5C

    Preparacin de las Soluciones

    1. Solucin de Sulfato de Sodio

    Si se va emplear sulfato de sodio de forma anhidra ( )42SONa , disolver 215 gr.; en caso de utilizar sulfato de sodio hidratado , disolver 700 gr. en un litro de agua a la temperatura

    de 25 a 30C. Dejar reposar la preparacin por 48 horas a 21 1C, antes de su empleo. Al concluir el perodo de reposo deber tener un peso especfico entre 1.151 y 1.174 gr/cm

    ( O.10HSONa 242 )3. La

    solucin que presente impurezas debe filtrarse y debe volverse a comprobar su peso especfico.

    Nota 1.

    Para conseguir la saturacin a 22C de 1 dm3 de agua, son suficientes 215 gr. de la sal anhidra

    700 gr. de la hidratada. No obstante, como estas sales no son completamente estables y puesto

    que es preferible que haya un exceso de cristales en la solucin, se recomienda como mnimo, el

    empleo de 350 g de la sal anhidra y 750 g de la sal hidratada.

    2. Solucin de Sulfato de Magnesio

    Si se va emplear sulfato de magnesio de forma anhidra ( )4MgSO , disolver 350 gr.; en caso de utilizar sulfato de magnesio hidratado ( )O.7HMgSO 24 , disolver 1230 gr. en un litro de agua a la temperatura de 25 a 30C. Dejar reposar la preparacin por 48 horas a 211C, antes de su empleo. Al concluir el perodo de reposo deber tener un peso especfico entre 1.295 y 1.302

    gr/cm3. La solucin que presente impurezas debe filtrarse y debe volverse a comprobar su peso

    especfico.

    Nota 2

    Para conseguir la saturacin a 22 C de 1 dm3 de agua, son suficientes 350 gr. de la sal anhidra

    1230 gr. de la hidratada. No obstante, como estas sales no son completamente estables y puesto

    que es preferible que haya un exceso de cristales en la solucin, se recomienda como mnimo, el

    empleo de 400 gr. de la sal anhidra y 1400 gr. de la sal hidratada.

    Ing. Silene Minaya M.I. Abel Ordez 50

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    Preparacin de las Muestras

    Agregado fino

    La muestra deber pasar el tamiz 3/8 y ser retenido en la malla N50. Cada fraccin de la muestra

    comprendida entre los tamices que se indican a continuacin debe ser por lo menos de 100

    gramos. Se consideran solamente las fracciones que estn contenidas en 5% ms de los

    tamices indicados:

    Tabla N1 Agregado fino

    Pasa malla

    Retiene malla

    3/8" N4

    N4 N8

    N8 N16

    N16 N30

    N30 N50

    Lavar la muestra sobre la malla N50, secarlas en el horno a una temperatura de 110 5C, separarlos en los diferentes tamices especificados anteriormente. Tomar 120 gr. de cada una de

    las fracciones, para poder obtener 100 gr. despus del tamizado, colocarlas por separado en los

    recipientes para ensayo.

    Agregado grueso

    Se ensayar el material retenido en el tamiz N4, cada fraccin de la muestra comprendida entre

    los tamices debe tener el peso indicado en la Tabla N2; y cada fraccin de la muestra debe ser

    por lo menos 5% del peso total de la misma. En el caso que alguna de las fracciones contenga

    menos del 5%, no se ensayar sta fraccin, pero para el clculo de los resultados del ensayo se

    considerar que tienen la misma prdida a la accin de los sulfatos, de sodio o magnesio, que la

    media de las fracciones, inferior y superior ms prximas, o bien si una de estas fracciones falta,

    se considerar que tiene la misma prdida que la fraccin inferior o superior que est presente.

    Ing. Silene Minaya M.I. Abel Ordez 51

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    Tabla N2 Agregado grueso

    Ensayo de Durabilidad ASTM C-88

    N Tamao % Peso retenido (gr.)

    1 2 1/2" a 1 1/2" 5000300 2 1/2" a 2" 60 3000300 2" a 1 1/2" 40 2000200

    2 1 1/2" a 3/4" 150050 1 1/2" a 1" 67 100050 1" a 3/4" 33 50030

    3 3/4" a 3/8" 100010 3/4" a 1/2" 67 67010 1/2" a 3/8" 33 3305

    4 3/8" a N4 3005 Tamices mayores obtenidos en incrementos de 1 70001000

    Lavar la muestra y secarla a una temperatura de 110 5C. Tamizarlo usando una de las gradaciones indicadas. Tomar los pesos indicados en la Tabla N2 y colocarlos en recipientes

    separados. En el caso de las fracciones con tamao superior a se cuenta tambin el nmero de

    partculas. Cuando son rocas debern ser rotas en fragmentos uniformes, se pesaran 100 gr. de

    cada una. La muestra de ensayo pesar 5000 gr. 2%. La muestra ser bien lavada y secada

    antes del ensayo.

    Procedimiento de Ensayo

    1. Sumergir las muestras preparadas en la solucin de sulfato de sodio o magnesio por un

    perodo de 16 a 18 horas, de manera que el nivel de la solucin quede por lo menos 13 mm

    por encima de la muestra. Tapar el recipiente para evitar la evaporacin y contaminacin con

    sustancias extraas. Mantener la temperatura en 211C durante el perodo de inmersin. 2. Retirar la muestra de la solucin dejndola escurrir durante 155 min., secar en el horno a

    1105C hasta obtener peso constante a la temperatura indicada. Para verificar el peso se sacar la muestra a intervalos no menores de 4 horas ni mayores de 18 horas. Se considerar

    que se alcanz un peso constante cuando dos pesadas sucesivas de una muestra, no difieren

    ms de 0.1 gr. en el caso del agregado fino, o no difieren ms de 1.0 gr. en el caso del

    agregado grueso.

    3. Obtenido el peso constante dejar enfriar a temperatura ambiente y volver a sumergir en la

    solucin para continuar con los ciclos que se especifiquen.

    Ing. Silene Minaya M.I. Abel Ordez 52

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    Evaluacin Cuantitativa

    1. Al final de los ciclos se lava la muestra hasta eliminar los sulfatos de sodio o de magnesio, los

    ltimos lavados deben efectuarse con agua destilada y mediante la reaccin de cloruro brico

    . ( )2BaCl2. Secar a peso constante a una temperatura de 1105C y se pesa. 3. Tamizar el agregado fino sobre los tamices en que fue retenido antes del ensayo, y el

    agregado grueso sobre los tamices indicados a continuacin, segn el tamao de las

    partculas.

    Tamao del agregado

    Tamiz empleado para determinar el desgaste

    2 1/2" a 1 1/2" 1

    1 1/2" a 3/4" 5/8

    " a 3/8" 5/16

    3/8" a N4 N5

    Evaluacin Cualitativa

    1. En las partculas de dimetro mayor a se efecta un exmen cualitativo despus de cada

    inmersin y cuantitativa al trmino del ensayo.

    2. La evaluacin cualitativa consistir en inspeccionar partcula por partcula con el fin de eliminar

    las partculas afectadas (fracturadas, fisuradas, astilladas, formacin de lajas, etc.).

    Resultados

    Para obtener los porcentajes de prdida, se efectuarn las siguientes anotaciones:

    Agregado Fino

    1. Porcentaje retenido en cada una de las mallas indicadas en la Tabla N1

    2. Peso de cada fraccin antes del ensayo

    3. Porcentaje de prdidas de cada tamao despus del ensayo

    4. Porcentaje de prdidas corregidas que se obtienen multiplicando 1 por 3 y dividiendo entre

    100

    5. El total de prdidas corresponde a la suma de las partculas parciales corregidas.

    Ing. Silene Minaya M.I. Abel Ordez 53

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    Agregado Grueso

    1. Porcentaje retenido en cada una de las mallas indicadas en la Tabla N2

    2. Peso de cada fraccin antes del ensayo

    3. Porcentaje de prdidas de cada tamao despus del ensayo

    4. Porcentaje de prdidas corregidas que se obtienen multiplicando 1 por 3 y dividiendo entre

    100

    5. El total de prdidas corresponde a la suma de los porcentajes de prdidas de las dos

    fracciones de cada tamao.

    Observaciones 1. Los resultados obtenidos varan segn la sal que se emplee; se sugiere tener cuidado al fijar

    los limites en las especificaciones en que se incluya este ensayo. Dado que su precisin es

    limitada.

    2. Para rechazar un agregado que no cumpla con las especificaciones pertinentes, debe

    confirmarse los resultados con otros ensayos ms, ligados a las caractersticas del material.

    Ejemplos

    En la hoja de clculo se muestran algunos ejemplos del presente ensayo.

    Referencias Bibliogrficas

    Soundness of Aggregates by use of Sodium Sulfate or Magnesium Sulfate ASTM C 88-76

    Durabilidad al Sulfato de Sodio y Sulfato de Magnesio. MTC E209-1999

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    ENSAYO DE DURABILIDAD CON SULFATO DE SODIO ASTM C-88

    SOLICITADO : POZOPROYECTO : MUESTRA AGREGADO GRUESO

    N Tamao % Peso retenido(gr) TARA

    N PESO INICIAL EMPLEADO1

    PESO FINAL2

    PERDIDAS PESO

    ESCALONADO ORIGINAL5

    PERDIDAS CORREGIDAS6

    (gr) (gr) (gr) 3 (%) 4 (%) 1 2 1/2" a 1 1/2" 5000+300 1184,0 960,0 224,0 18,9 29,5 5,58 2 1/2" a 2" 60 3000+300 2" a 1 1/2" 40 2000+200 TR-9 1184,0 960,0 224,0 18,9 29,52 1 1/2" a 3/4" 1500+50 1530,0 1462,0 68,0 4,4 38,1 1,69 1 1/2" a 1" 67 1000+50 TR-10 1013,0 971,0 42,0 4,1 25,2 1" a 3/4" 33 500+30 TR-12 517,0 491,0 26,0 5,0 12,9 3 3/4" a 3/8" 1000+10 1000,0 957,0 43,0 4,3 24,9 1,07 3/4" a 1/2" 67 670+10 N-8 668,0 632,0 36,0 5,4 16,6 1/2" a 3/8" 33 330+5 N-10 332,0 325,0 7,0 2,1 8,3 4 3/8" a N4 300+5 N-12 301,0 297,0 4,0 1,3 7,5 0,10

    PERDIDAS TOTALES 8,44 AGREGADO FINO

    Tamao Peso retenido(gr) TARA

    N PESO INICIAL EMPLEADO1

    PESO FINAL2

    PERDIDAS PESO

    ESCALONADO ORIGINAL5

    PERDIDAS CORREGIDAS6

    (gr) (gr) (gr) 3 (%) 4 (%) 3/8" a N4 100 N-21 100,0 91,0 9,0 9,0 25 2,25N4 a N8 100 N-25 100,0 99,0 1,0 1,0 18 0,18N8 a N16 100 N-148 100,0 98,5 1,5 1,5 17 0,26

    N16 a N30 100 N-4 100,0 95,0 5,0 5,0 21 1,05N30 a N50 100 N-5 100,0 93,5 6,5 6,5 19 1,24

    PERDIDAS TOTALES 4,97 3 =(1-2) 5 =% retenido del anlisis granulomtrico inicial 4 =(3/1)*100 6 =(4*5)/100

    Ing. Silene Minaya M.I. Abel Ordez 55

  • Universidad Nacional de Ingeniera Manual de Laboratorio de Ensayos para PavimentosFacultad de Ingeniera Civil Volumen I Laboratorio No.2 de Mecnica de Suelos y Pavimentos

    Foto N1: Sumergir las muestras preparadas en la solucin de sulfato de sodio o

    magnesio por un perodo de 16 a 18 horas, de manera que el nivel de la solucin

    quede por lo menos 13 mm por encima de la muestra.

    Ing. Silene Minaya M.I. Abel Ordez 56

  • Universidad Nacional de Ingeniera Manual de Laboratorio de Ensayos para Pavimentos Facultad de Ingeniera Civil Volumen I Laboratorio No.2 de Mecnica de Suelos y Pavimentos

    Foto N2: Retirar la muestra de la solucin djela escurrir, secar en el horno, dejar

    enfriar a temperatura ambiente y volver a sumergir en la solucin para continuar con

    los ciclos que se especifiquen. Al final de los ciclos lavar la muestra, secar, y tamizar.

    Ing. Silene Minaya M.I. Abel Ordez 57

  • PARTE II ENSAYOS PARA MEZCLAS ASFLTICAS

  • CALIDAD DE AGREGADOS PARA MEZCLAS ASFLTICAS EN CALIENTE

    Ing. Silene Minaya Gonzlez M.I. Abel Ordez Huamn

    MINERALOGA

    Los agregados usados en construccin de carreteras se obtienen de rocas naturales locales. Las

    rocas naturales se clasifican geolgicamente en tres grupos dependiendo de su origen: gneas,

    sedimentarias y metamrficas. Otro tipo de agregados, algunas veces usados en mezclas

    asflticas en caliente, son los agregados livianos, producto de arcillas calentadas a temperaturas

    muy altas y escorias de altos hornos. Estos dos agregados proporcionan buena resistencia al

    patinaje cuando se utilizan en mezclas asflticas en caliente.

    En la siguiente tabla se resumen propiedades deseables de rocas para agregados utilizados en

    Mezclas Asflticas en Caliente.

    *Agregados hidroflicos tienden a separar ms fcilmente las pelculas de asfalto.

    Tipo de Roca Dureza/Tenacidad Resistencia al desprendimiento*Textura

    superficial Forma

    fracturada

    gnea: Granito Sienita Diorita Basalto Diabasa Gabro

    Regular Bueno Bueno Bueno Bueno Bueno

    Regular Regular Regular Bueno Bueno Bueno

    Regular Regular Regular Bueno Bueno Bueno

    Regular Regular Bueno Bueno Bueno Bueno

    Sedimentaria: Caliza, dolomia Arenisca Chert Lutita

    Pobre

    Regular Bueno Pobre

    Bueno Bueno

    Regular Pobre

    Bueno Bueno Pobre

    Regular

    Regular Bueno Bueno

    Regular Metamrfica: Gneis Esquisto Pizarra Cuarcita Mrmol Serpentina**

    Regular Regular Bueno Bueno Pobre Bueno

    Regular Regular Regular Regular Bueno

    Regular

    Bueno Bueno

    Regular Bueno

    Regular Regular

    Bueno

    Regular Regular Bueno

    Regular Regular

    **Es un mineral que se forma por alteracin de las rocas ultrabsicas Hot Mix Asphalt Materials, Mixture Design and Construction. National Center for Asphalt Technology1996

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    La mayora de los agregados estn compuestos por varios minerales. El ensayo de residuo de

    cido insoluble (ASTM D-3042) se usa como medida de la cantidad de materiales duros presentes

    en los carbonatos de los agregados. Algunas departamentos de carreteras especifican un mnimo

    de 10% de cidos insolubles que aseguran propiedades aceptables de friccin. Otras agencias

    usan ensayos de pulido (ASTM D-3319 E660 y E303) o exmenes petrogrficos (ASTM C-295).

    Los agregados con sustancias deletreas no son deseables en Mezclas Asflticas en Caliente y

    no deberan usarse a menos que la cantidad de la matriz se reduzca por lavado u otro medio. Las

    especificaciones para agregados normalmente enumeran una lista de materiales deletreos

    (terrones de arcilla, lutita, partculas blandas). Otras agencias especifican un mnimo de

    Equivalente de Arena (ASTM D-2419) o ndice Mximo de Plasticidad (ASTM D-4318). AASHTO

    M-283 sugiere que la capa en agregados despus de humedecidos no deben exceder el 0.5% al

    ser ensayados AASHTO T11 (ASTM C-117).

    Uno de los ms importantes efectos de la mineraloga de los agregados, en el comportamiento de

    Mezclas Asflticas en Caliente, es su influencia en la adhesin y perjuicio por humedad.

    PROPIEDADES FSICAS DE LOS AGREGADOS

    Los agregados para Mezclas Asflticas en Caliente son usualmente clasificados por tamaos en

    agregados gruesos, agregados finos, o filler mineral. ASTM define a los agregados gruesos como

    las partculas retenidas en la malla N4 (4.75 mm); y filler mineral como el material que pasa la

    malla N200 (75m) en un porcentaje mnimo de 70%.

    Las especificaciones de agregados gruesos, finos, y filler mineral se dan en ASTM D-692, D-1073

    y D-242, respectivamente. Los agregados adecuados para su uso en Mezclas Asflticas en

    Caliente se determina evalundolos para las siguientes caractersticas mecnicas:

    1. Tamao y gradacin

    2. Limpieza / materiales deletreos

    3. Tenacidad / dureza

    4. Durabilidad / resistencia

    5. Textura superficial

    6. Forma de partculas

    7. Absorcin

    8. Afinidad por el asfalto

    Ing. Silene Minaya M.I. Abel Ordez 60

  • Universidad Nacional de Ingeniera Manual de Laboratorio de Ensayos para Pavimentos Facultad de Ingeniera Civil Volumen I Laboratorio No.2 de Mecnica de Suelos y Pavimentos

    Limpieza

    El ensayo de Equivalente de Arena, desarrollado por la California Divisin of Highways descrito en

    ASTM D-2419 es un mtodo para determinar la proporcin relativa de polvo o arcilla en la porcin

    de agregado que pasa la malla N4.

    Tenacidad y Resistencia a la Abrasin

    Los agregados sufren desgaste abrasivo durante su construccin, colocacin y compactacin de

    mezclas asflticas para pavimentos. Los agregados tambin estn sujetos a abrasin por efecto

    de la carga de trnsito. Los agregados de la superficie requieren mayor tenacidad que los

    agregados de capas menores que reciben cargas disipadas.

    El ensayo de abrasin de Los ngeles mide el desgaste o resistencia a la abrasin del agregado

    mineral. El equipo y procedimiento se detallan en AASHTO T-96 y ASTM C-131.

    El ensayo de prueba da rangos de 10% para rocas gneas muy duras a 60% para calizas y

    areniscas. El mximo desgaste para agregados gruesos usados en carreteras de primera

    categora con Mezclas Asflticas en Caliente se limita el porcentaje de desgaste a 40% y otras

    agencias en 60%1. ASTM D-1073 no especifica el porcentaje mximo de prdida por abrasin.

    Durabilidad y Resistencia

    Los agregados deben ser resistentes a la falla o desintegracin por efectos del humedecimiento-

    secado y hielo-deshielo. El ensayo ASTM C-88 es una medida emprica que pretende indicar la

    durabilidad debido a variaciones del clima, no se encontraron registros histricos por ser una

    nueva fuente para evaluar agregados.

    1 Hot Mix Asphalt Materials, Mixture Design and Construction. National Center for Asphalt Technology 1996

    Ing. Silene Minaya M.I. Abel Ordez 61

  • ASFALTOS Ing. Silene Minaya Gonzlez

    M.I. Abel Ordez Huamn

    ANTECEDENTES HISTORICOS El cemento asfltico y el alquitrn son considerados materiales bituminosos. Frecuente, estos dos

    trminos son usados intercambiando hbilmente sus conceptos resultado de su similitud en

    apariencia y algunas aplicaciones. Sin embargo, el cemento asfltico y el alquitrn son dos

    materiales diferentes; con diferentes orgenes y caractersticas qumicas y fsicas. El cemento

    asfltico es de color marrn oscuro a negro material cementado que se origina de manera natural

    o como producto de la destilacin del petrleo. El alquitrn, es primeramente fabricado por la

    destilacin seca del carbn bituminoso y tiene un olor muy diferente. El cemento asfltico es usado

    principalmente en los Estados Unidos en aplicaciones de pavimentos. El alquitrn es difcilmente

    usado en pavimentacin porque (a) algunas de sus caractersticas fsicas no deseables tal como

    el ser muy susceptible a altas temperaturas, y (b) significando un peligro para la salud causando

    dao a los ojos e irritando la piel cuando se expone a sus gases.

    Los tipos comerciales de asfalto son clasificados en dos categoras:

    Asfalto Natural

    Estos estuvieron almacenados bajo estratos geolgicos surgiendo materiales asflticos blandos y

    duros, friable, material negro en vetas de formaciones rocosas, o impregnadas en calizas,

    formaciones de areniscas y similares. El material asfltico relativo blando, casi siempre es

    semejante al petrleo pesado, y es tpico del Lago Trinidad depositado en la isla Trinidad, el Lago

    Bermdez, Venezuela y en el amplio alquitrn de arena desde el extremo oeste del Canad.

    Asfalto de Petrleo

    Estos son coloides dispersos en hidrocarburos en el crudo de petrleo y se obtienen por su

    refinacin. Con el descubrimiento del proceso de refinacin en 1900 y la popularidad de los

    automviles, grandes cantidades de petrleo fueron procesados para obtener asfalto.

    Gradualmente el proceso de refinamiento de asfaltos son de mejor calidad.

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    REFINAMIENTO DEL ASFALTO

    Casi todo el cemento asfltico empleado en trabajos de pavimento se obtienen por procesamiento

    del crudo del petrleo. Una substancial cantidad de suministro de crudo de petrleo usado en los

    Estados Unidos es importado de ciudades como Mxico, Venezuela y Canad.

    Variacin del crudo del petrleo

    El crudo de petrleo varia en composicin de fuente a fuente, con diferente rendimiento de

    cemento asfltico residual y otras fracciones destilables. La siguiente figura muestra algunos

    porcentajes en volumen de las fracciones de tres crudos.

    BOSCAN ARABIA NIGERIA VENEZUELA PESADO LIGERO

    API (grado) 10.1 28.2 38.1 SP. Gravedad 0.999 0.886 0.834 % Azufre 6.4 2.8 0.2

    Bitumen

    Gas petrleo pesado

    Gas petrleo ligero

    Gasolina 3%volumen

    6

    7

    26 26

    5858 58

    21

    14

    10

    28

    27

    33

    20

    16

    30

    Kerosene

    1

    El crudo de petrleo puede ser arbitrariamente clasificado de acuerdo a su gravedad API

    (American Petroleum Institute), que puede ser usado para estimar la produccin de asfalto. La

    gravedad API es una expresin arbitraria de la densidad o peso por unidad de volumen del

    material a 60F y es obtenido como muestra:

    5.131especfica Gravedad

    5.141)grado( API Gravedad =

    Ing. Silene Minaya M.I. Abel Ordez 63

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    La gravedad API para el agua es 10. El asfalto tiene un API de aproximadamente 5 a 10, mientras

    que la gravedad API de la gasolina est cerca de 55.

    La baja gravedad API del crudo (API menor de 25) representa una produccin relativamente baja

    de productos de evaporacin y alto porcentaje de cemento asfltico. De otra manera, una alta

    gravedad API del crudo (API ms de 25) representa un rendimiento relativamente alto de

    productos de evaporacin y bajo porcentaje de cemento asfltico.

    La baja gravedad se conoce en la industria como crudo pesado, que contienen alto contenido de

    azufre. El alto grado de gravedad API se refiere a crudos ligeros, que son los que contienen bajo

    porcentaje de azufre. Por tanto, un refinador elige el tipo de crudo dependiendo del tipo y cantidad

    de producto producido. Los crudos se identifican por nombre o fuente con su gravedad API, en la

    tabla de muestra algunos tipos de crudo con sus fuentes.

    Tipo API Fuente A 34 Arabian Light, Arabia Saudita 32 Kuwait B 28 Hawkins, USA 26 Tijuana, Venezuela C 19 Galn, Colombia 18 Cyrus, Irn D 16 Lloydminster, Canad 15 Obeja, Venezuela E 12 Panuco, Mxico 10 Boscan, Venezuela

    Hot Mix Asphalt Materials, Mixture Design and Construction. National Center for Asphalt Technology 1996

    Destilacin

    Los procesos de refinacin para la obtencin de asfaltos dependen de las caractersticas del crudo

    y el rendimiento del asfalto que representa. Si este rendimiento es alto y el crudo presenta

    caractersticas asflticas, basta una etapa de destilacin al vaco. Para los crudos que presentan

    rendimientos medios de asfalto son necesarias dos etapas de destilacin: una a presin

    atmosfrica y otra a vaco.

    Para crudos muy livianos de bajo rendimiento de asfaltos es necesario adems de las etapas

    mencionadas otra final adicional de extraccin.

    Ing. Silene Minaya M.I. Abel Ordez 64

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    Estos procesos de obtencin por destilacin y extraccin, consisten bsicamente en la separacin

    fsica de los hidrocarburos componentes constituidos como mezcla en el crudo, por diferencia en

    sus puntos de ebullicin y de condensacin1.

    TIPOS DE ASFALTOS Y USOS

    Los asfaltos comnmente usados para la construccin de pavimentos flexibles se dividen en tres

    tipos:

    1. Cemento de asfaltos;

    2. Emulsiones asflticas; y

    3. Asfaltos Diluidos o Cut Back.

    CEMENTOS ASFLTICOS Como ya se mencion el cemento asfltico se obtiene, por destilacin del crudo del petrleo

    mediante diferentes tcnicas de refinacin. El producto obtenido en los fondos de la torre de vaco

    luego de procesos de destilacin por unidades primarias y de vaco, es el cemento asfltico de

    petrleo, de consistencia semislida a temperatura ambiente.

    A temperatura ambiente el cemento asfltico es negro, pegajoso, semi-slido y altamente viscoso.

    Este es resistente y durable con excelente adhesividad y caractersticas a prueba de agua,

    altamente resistente a la accin de cidos, lcalis y sales. El cemento asfltico se usa en grandes

    cantidades, para la produccin de Mezclas Asflticas en Caliente (HMA), primordialmente usado

    en la construccin de pavimentos flexibles en todo el mundo. El cemento asfltico puede ser

    mezclado con agregados para la produccin del HMA, su propiedad de adhesividad facilita la

    unin con el agregado que despus de poner a temperatura ambiente, el HMA es un muy fuerte

    material de pavimento que puede soportar el trafico pesado.

    Tres mtodos basados en su penetracin, viscosidad o comportamiento se usan para clasificar el

    cemento asfltico en diferentes grados. El grado de penetracin del cemento asfltico se

    especifica en ASTM D-946, con cinco penetraciones estndares, 40-50, 60-70, 85-100, 120-150,

    200-300; el Per produce cemento asfltico de petrleo2 PEN 40/50, 60/70, 85/100, 120/150. El

    ensayo de penetracin mide la penetracin de una aguja estndar dentro de un cemento para

    pavimentacin bajo cierta temperatura, tiempo y carga. Obviamente un alto valor de penetracin

    representa un cemento asfltico blando. Por ejemplo, 40-50 es un grado alto, y 200-300 es un

    grado blando.

    1 Los asfaltos, tecnologa y aplicaciones. Ricardo Bisso Fernndez 2 Especificaciones Tcnicas Asfaltos Petroper S.A.. IV Congreso Nacional del Asfalto.

    Ing. Silene Minaya M.I. Abel Ordez 65

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    El segundo mtodo para clasificacin el cemento asfltico es por el grado de viscosidad,

    especificado en ASTM D-3381. Este se basa en la viscosidad del cemento asfltico original o por

    la viscosidad del cemento asfltico despus de curado en el horno de pelcula delgada (RTFO),.

    Ambas viscosidades se miden en 140 F (60 C) y reportado en poises. El grado de viscosidad

    basado sobre el cemento asfltico original incluye AC-2.5, AC-5, AC-10, AC-20, AC-30y AC-40. El

    grado de viscosidad del Residuo Asfltico (AR) por el ensayo RTFO incluye AR-1000, AR-2000,

    AR-4000, AR-8000, y AR-16000. El valor numrico indica viscosidades a 140 F (60 C) en poises.

    El tercer mtodo de clasificacin asfltica involucra el comportamiento que se fundamenta en el

    Programa Estratgico de Investigacin de Carreteras (SHRP).

    La mayora de las Mezclas Asflticas en Caliente, entre los aos 1940 a 1990, fueron diseados

    usando los mtodos Marshall o Hveem. De acuerdo con la bibliografa consultada,

    aproximadamente el 75% de los departamentos de carreteras en Estados Unidos emplean el

    mtodo Marshall, mientras que el 25% el mtodo Hveem. Alg