MATERIALES DE PAVIMENTACIÓN

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Maestría en Ingeniería Estructural MATERIALES DE PAVIMENTACIÓN Prof. Adj. Leonardo Behak

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Maestría en Ingeniería Estructural

MATERIALES DE PAVIMENTACIÓN

Prof. Adj. Leonardo Behak

MATERIALES DE PAVIMENTACIÓN

Prof. Adj. Leonardo Behak 2

NaturalesSuelosGranulares

Mezclas AsfálticasAgregadosLigante Asfáltico

HormigónAgregadosCemento Portland

Suelos CementadosCalCementoCenizas

No Ligados

Cementados

SUELOS

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Volumen

Líquido

Sólido

Gas

Peso

VT

Vs

Vv

Vw

Va Pa≈0

Pw

Ps

PT

Peso/Volumen = Peso Específico

s

v

V

Ve =

( )T

v

V

Vn =%

( )v

w

V

VS =%

( )s

w

P

Pw =%

T

T

V

P=γ

T

sd

V

P=γ

s

ss

V

P=γ

w

ssG

γ

γ=

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Especificaciones Granulométricas y Plásticas(AASHTO M147)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

1 10 100 1000 10000 100000Diámetro de los Granos (µm)

Por

cent

aje

Pas

ante

(%

)

arcilla limo gruesa gravafinaarena

media

#200Finos Tamaño Máximo

Graduación

Límite Líquido (LL) ≤ 25%Índice Plástico ≤ 6% 2” – 1”

Curvas de Fuller(AASHTO M147)

Tamiz Abertura(µm)

Pasa (%)

A B C D E F

2” 50000 100 100 --- --- --- ---

1” 25000 --- 75-95 100 100 100 100

3/8” 9500 30-65 40-75 50-85 60-100 --- ---

#4 4750 25-55 30-60 35-65 50-85 55-100 70-100

#10 2000 15-40 20-45 25-60 40-70 40-100 55-100

#40 425 8-20 15-30 15-30 25-45 20-50 30-70

#200 74 2-8 5-20 5-15 5-20 6-20 8-25

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Sistema Unificado de Clasificación de Suelos (SUCS)(ASTM D2487)

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Sistema de Clasificación de Suelos AASHTO(ASTM D3282)

Clasificación General

Materiales Granulares (35% o menos pasa el tamiz Nº200)

Materiales limo-arcillosos (más de 35% pasa el tamiz Nº200)

A-1 A-2 A-7 Clasificación de

Grupo A-1-a A-1-b A-3

A-2-4 A-2-5 A-2-6 A-2-7 A-4 A-5 A-6 A-7-5

A-7-6

Análisis de tamizado (% pasa)

2.00 mm (# Nº10) 50 máx ---- ---- ---- ---- ---- ---- ---- ---- ---- ---- 0.425 mm (# Nº40) 30 máx 50 máx 51 min ---- ---- ---- ---- ---- ---- ---- ---- 0.075 mm (# Nº200) 15 máx 25 máx 10 máx 35 máx 35 máx 35 máx 35 máx 36 min 36 min 36 min 36 min

Características de fracción pasa # Nº40

Límite Líquido (LL) ---- ---- 40 máx 41 min 40 máx 41 min 40 máx 41 min 40 máx 41 min Índice Plástico (IP) 6 máx NP 10 máx 10 máx 11 min 11 min 10 máx 10 máx 11 min 11 min

Materiales constituyentes significativos

Fragmentos de piedra, grava y

arena

Arena fina Grava y arena limosa o arcillosa Suelos limosos Suelos arcillosos

Clasificación general como subrasante Excelente a buena Regular a pobre

El IP del subgrupo A-7-5 es igual o menor que LL menos 30. El IP del subgrupo A-7-6 es mayor que LL menos 30 (ver Gráfico siguiente). La casilla A-3 antes de la A-2 es debido al proceso de eliminación de izquierda a derecha. No indica superioridad de A-3 sobre A-2.

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100(%)"1,0

"1,0 ⋅=

patrón

muestra

q

qCBR

Material PatrónPiedra triturada de California de la que se conoce tensión

necesaria para producir penetración preestablecida

Índice Soporte de California (CBR)(Porter, 1929)

703,0100

kg/cm 3,70(%) "1,0"1,0

2muestramuestra

qqCBR =⋅=

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Ensayo CBR(ASTM D1883; AASHTO T193)

Compactación de 3 Probetas con Diferentes Energías a igual

Humedad Óptima de Ensayo Proctor

12 golpes/capa

wópt

25 golpes/capa

wópt

56 golpes/capa

wópt

6 in (152,4 mm)

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Ensayo CBR

Saturación de Probeta

4 díasMedida de Expansión

Penetración

CargaVástago

3 in2 (19,4 cm2)

Carga por Punzonado

Expansión Máxima AdmisibleSubrasante: 2-3%

Subbase y Base: 0,5%

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0,000 0,050 0,100 0,150 0,200 0,250 0,300 0,350 0,400 0,450 0,500

Penetración (in)

Ten

sión

(kg

/cm

2)

12 Golpes

25 Golpes

56 Golpes

Valor Mayor

Relación Tensión-Penetración

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( )

( )055,1

%

703,0%

"2,0

"1,0

muestra

muestra

qCBR

qCBR

=

=

Relación CBR–Peso Unitario Seco (PUS)

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0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

17,5 18,0 18,5 19,0 19,5 20,0 20,5

PUS (kN/m3)

CB

R (

%) PUSM

GC

GC

CBR

Relación CBR–PUS

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CBR in Situ(ASTM 4429)

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Condición de Humedad de Campo (No Saturado)CBRin situ > CBRlaboratorio

Masa de 8 kg

575 mm

Penetrómetro de Cono Dinámico (DCP)

NIP

∆=

∆: Penetración del ConoN: Número de Golpes

Resistencia a la penetración de cono por impacto de masa

Índice de Penetración

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DCP

Función del Tipo de Suelo

IP = 3,0

IP = 5,0

0123456789

1011121314151617181920

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40 42 44 46 48 50 52 54

Golpes (N)

z (c

m)

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Relación DCP-CBR

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Arena Limosa (SM) – Villa del Carmen

Crítica del Ensayo CBR

Se comparan materiales ensayados en condiciones diferentes

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MaterialCondición de Ensayo

Saturación Drenado

Gruesos (Arenas y Gravas) Saturado Drenado

Finos (Arcillas y Limos) No Saturado No Drenado

Condiciones de laboratorio y campo diferentes

Condición Laboratorio Campo Resultado

Compactación Impacto AmasadoEstructura diferente

(Finos)

Carga Estático TránsitoRespuesta

mecánica diferente

• No es medida directa de capacidad soporte de materiales (Porter,1950)

• Es un ensayo de corte, siendo indicador de resistencia al corte de suelos (Turnbull, 1950)

• Debe considerarse como ensayo indicativo de resistencia al corte... principios de diseño de pavimentos están basados en prevención de falla al corte de subrasantes de pavimentos

(Simposio de la ASCE, 1950)

• Parámetro de caracterización sencillo y rápido pero que conduce a pavimentos sobredimensionados

• No permite evaluación de desempeño

Crítica del Ensayo CBR

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AGREGADOS

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Mezcla de grava, arena, piedra partida, escoria u otros materiales minerales usada en combinación con un

ligante para formar hormigones o morteros (ASTM D8)

Clasificación

Naturaleza Tamaño Graduación

Natural Grueso > #10 Densa

Artificial Fabricado #200 < Medio < #10 Abierta

Artificial Residuo Filler (65% < #200) Uniforme

Reciclado Polvo < #200 Discontinua

Densidad Específica de Agregados(ASTM C127; ASTM C128)

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aparente

ssa V

P=G

masivo

ssb V

P=G

efectivo

sse V

P=G

Densidad AparenteDensidad Bulk

Densidad Efectiva

Equivalente de Arena(ASTM D2419)

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Medida de proporción relativa de polvo o arcilla en agregados medios

Solución Floculada

Arcilla en Suspensión

Agregado Sedimentado

h1

h2

( )1

2%h

hEA = EA > 45%

Ensayo de Desgaste Los Ángeles(ASTM C131)

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Resistencia a la abrasión de agregados gruesos menores de 1y1/2”

( )i

fi

m

mmLA

−=%

mi: Peso inicial (5000 g)mf: Peso final retenido en #12 (1,7 mm)

LA < 40%

Pliego de Condiciones Generales del MTOP(Materiales Bituminos)

(Áridos Gruesos de Hormigones)

Caracterización de Agregados

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Propiedad Ensayo

Tamaño y Graduación Granulometría

Forma y Textura Índice de Forma (ASTM D3398)

Absorción (porosidad) ASTM C128 y C127

Adhesividad al Ligante Asfáltico ASTM D1075

Sanidad Sulfato de Sodio (ASTM C88)

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Volumen

Asfalto Efectivo

Agregado

Aire (Vacío)

Peso

Vm

Vsb

VMA

VFA

Vv Mv= 0

Mbe

Ms

Mm

Asfalto AbsorbidoVba

Vb

Vse

Mba

Mb

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MEZCLAS ASFÁLTICAS

Material conformado por agregados ligados por asfalto

Relaciones Peso-Volumen

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vefb

m

m

mmb V+V+V

P=

V

P=G

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Densidad Bulk(ASTM D1188; ASTM D2726)

Densidad Máxima Medida (Densidad Rice)(ASTM D2041)

efb

mmm V+V

P=G

Tipos de Mezclas Asfálticas

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Mezcla Asfáltica en Calienta (MAC)

Agregados y Asfalto Calentados(140-170ºC)

Mezcla Asfáltica en Frío (MAF)

Agregados y Emulsiones Asfálticas(oCambinete)

Mezcla Asfáltica Tibia (WMA)

Agregados y Asfalto Calentados (105-135ºC)

Mezcla Asfáltica en Caliente (MAC)

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DensaContinua y bien graduada (Concreto Asfáltico, CA)

AbiertaUniforme sin finos

(Mezcla Asfáltica Drenante, MAD)

DiscontinuaTamaños gruesos y

mástic asfáltico(Stone Matrix Asphalt,

SMA)

MezclaAsfalto

(%)Vacíos

(%)

CA 3-8 4,5-6

MAD 4-6 18-25

SMA 6-7,5 4-6

Mezcla Asfáltica en Frío (MAF)

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Densa

MezclaAsfalto

(%)Vacíos

(%)

Densa 4-6 9-15

Abierta 4-6 22-34

Abierta

Premezclados en Frío

• Carreteras de Bajo Volumen de Tránsito• Capas intermedias

• Conservación y Mantenimiento

Mezcla Asfáltica Tibia (WMA)

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• Adición Tensoactivos: Reducen tensión interfacial asfalto-agregado

• Arena Húmeda: Agua se evapora haciendo espuma

• Adición de Agua (Asfalto Espumado): Vapor de agua reduce

viscosidad de asfalto

• Polímeros orgánicos: Reduce Viscosidad

Compactación

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50-75 golpes/cara

Tasfalto de mezclado → Viscosidad (µ) = 170 cSt (centiStokes)

Tasfalto de compactación → µ = 280 cSt

5 contenidos de asfalto

10 cm

45,7 cm

Se miden Densidades

Se calcula Volumen de Aire (Vacíos)

6,35 cm

Método Marshall de Dosificación y Caracterización de MAC (AASHTO T245)

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60ºC

Estabilidad y Fluencia Marshall

Estabilidad

Fluencia

Car

ga (

kg)

Deformación (mm)

30-40 min

Curvas Marshall

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Especificaciones de Selección (MTOP)

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Mezcla CapaVaire

(%)

Estabilidadmin

(kg)

Fluencia

(mm)

Est/Flu

(kg/mm)

I Base 3-8 --- --- ---

II Base 3-8 --- --- ---

III Base 3-8 500Tránsito:Liviano

2-5

Mediano

2-4,5

Pesado

2-4

Tránsito:Liviano

100

Mediano

150

Pesado

200

IV Base 3-8 500

IV Rodadura 3-5 550

V Base 3-8 500

V Rodadura 3-5 550

VI Rodadura 3-5 550

VII Rodadura 4-6 500

VIII Rodadura 4-6 450

Compactador Giratorio (CGS)

Método Superpave (Superior Performing Asphalt Pavements)

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Tenor de Asfalto: Vv = 4% para Ndiseño

Granulometría de Agregados

Strategic Highway Research Program (SHRP)

Ensayo de Resistencia a la Tracción Indirecta(ASTM D6931)

Resistencia a la Tracción de Mezclas Asfálticas

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D = 10 cm

6,25 cm

Curado a Tcontrolada (25ºC) por tdeterminado (4 h)

D

PRT

π

2=

P

( )yxx

Eµσσε −=

1