Curso de Laboratorio de Pavimentos UniCauca - Invias

INTRODUCCION
La publicación de· este libro busca llenar un vacío advertido por el autor en sus años de
experiencia profesional y docente.
Las nonnas publicadas hace ya quince (15) años por el Ministerio de Obras Públicas y en
las que se hace amplia referencia a los temas aquí tratados no sólo son de difícil adquisición, sino que en ciertos aspectos son incompletas, mientras que las de las entidades viales norteamericanas presentan inconvenfentes de idioma y de costo que no las hacen
accesibles a todos los interesados,a más de que omiten ciertos aspectos de los ensayos
que es preciso tener en cuenta cuando estos se realizan en áreas tropicales.
El texto está concebido básicamente para la enseñanza como puede deducirse por la sencillez de su redacción, las abundantes ilustraciones y los comentarios sobre la utilidad de
los ensayos que se describen.
Aunque el alcance del folleto es muy limitado, pues tan sólo se refiere a las prácticas rutinarias de un curso de pregrado de Pavimentos, se considera que puede ser útil no sólo
como documento de enseñanza, sino también como comprensible fuente de consulta
para cualquier técnico de pavimentos.
Asimismo, expresa su reconocimiento de gratitud a quienes leyeron y comentaron partes
del manuscrito y en especial al Ingeniero Victor M. Osorio M., cuyas sugerencias fueron
particularmente benéficas. También a la Señora Myriam de Quintana quien realizó todos
los dibujos originales y al Ingeniero Hemán Otoniel Fernández. Director del Instituto
de Vías de la Universidad del Cauca a quien esta obra le debe el haber visto la luz pública, gracias al interés que demostró para ello.
Femando Sánchez S.
Marzo de 1983
s
- INDICE GENERAL
PAG.
INTRODUCCION
l. ENSAYOS DE COMPACTACION DE SUELOS
5
1.
GENERALIDADES
5
2.
FACTORES QUE AFECTAN EL PROCESO DE COMPACTACION DE UN SUELO.
5
3.
LOS ENSAYOS DE COMPACTACION NORMAL Y MODIFICADO.
7
4.
EL ENSAYO DE COMPACTACION HARVARD O PROCTOR MINIATURA.
11
5.
OBSERVACIONES SOBRE LOS ENSAYOS DE COMPACTACION.
11
ENSAYO DE COMPACTACION DE LABORATORIO.
13
II. ENSAYOS DE DENSIDAD EN EL TERRENO.
15
1.
GENERALIDADES.
15
2.
EL METODO DEL CONO Y LA ARENA.
15
3.
ESPECIFICACIONES DE CONSTRUCCION.
20
4.
CONSTRUCCION DE TRAMOS DE PRUEBA.
5.
EL CASO DE LAS ARCILLAS EXPANSIVAS.
21
21
6.
SELECCION DEL EQUIPO PARA COMPACTACION EN EL TERRENO.
22
7.
OTROS METO DOS PARA LA DETERMINACION DE LA DENSIDAD EN EL
TERRENO. METODO DEL BALON CON AGUA.
23
METO DOS NUCLEARES PARA LA DETERMINACION DE LA DENSIDAD.
26
III. DETERMINACION DE LA RESISTENCIA DE LOS SUELOS MEDIANTE
EL ENSAYO C.B.R.
31
8.
1.
GENERALIDADES.
31
2.
CONDICIONES DE ENSAYO
31
3.
VARIANTES DEL ENSAYO C.B.R.
31
4.
ENSAYO C.B.R. SOBRE MUESTRAS COMPACTADAS EN EL LABORATORIO.
32
5. ENSAYO C.B.R. SOBRE MUESTRAS INALTERADAS
. 6.
40
ENSAYO C.B.R. DE _CAMPO.
42
7.
OBSERVACIONES SOBRE EL ENSAYO C.B.R.
43
8.
SELECCION DEL VALOR DE C.B.R. DE DISEÑO.
44
IV. ENSAYOS SOBRE PRODUCTOS ASFALTICOS UTILIZADOS EN PAVIMENTOS.
53
1.
GENERALIDADES.
53
2.
ENSAYOS SOBRE CEMENTOS ASFALTICOS.
53
3.
ENSAYOS SOBRE ASFALTOS LIQUIDOS.
61
4.
ENSAYOS SOBRE EMULSIONES ASFALTICAS.
69
5.
UTILIZACION DE LOS PRODUCTOS ASFALTICOS EN OBRAS DE PAVIMENTACION.
75
-
6.
ENSAYOS PARA DETERMINAR LA ADHERENCIA DE PELICULAS ASFALTICAS EN AGREGADOS PETREOS PARA MEZCLAS ASFALTICAS.
75
V. METODO MARSHALL PARA DISEÑO DE MEZCLAS DE AGREGADOS
CON CEMENTO ASF ALTICO.
81
l.
GENERALIDADES.
$1
2.
BOSQUEJO DEL METODO.
81
3.
EQUIPO PARA EL ENSAYO.
81
4.
PROCEDIMIENTO DE ENSAYO.
81
5.
INTERPRETACION DE LOS RESULTADOS.
90
6.
APLICACION DE LOS RESULTADOS OBTENIDOS.
92
7.
ALGUNAS OBSERVACIONES ADICIONALES SOBRE EL EFECTO DE LAS CARACTERISTICAS DE LOS MATERIALES EN LOS RESULTADOS DEL ENSAYO
MARSHALL.
93
CAUSAS DEL ERROR EN EL ENSAYO
94
8.
:.
APENDICE. DETERMINACION DEL PESO ESPECIFICO MAXIMO DE UNA MEZCLA
ASFAL TICA.
94
VI. DETERMINACION DEL CONTENIDO DE BITUMEN EN MEZCLAS DE
PAVIMENTACION MEDIANTE EL EMPLEO DE CENTRIFUGA.
99
l.
OBJETO DEL ENSAYO.
99
2.
EQUIPO PARA EL ENSAYO.
99
3.
REACTIVO PARA EL ENSAYO.
99
4.
PREP ARACION DE LA MUESTRA PARA ENSAYO.
99
5.
PROCEDIMIENTO DE ENSAYO.
100
6.
CALCULOS.
101
7.
INTERPRETACION DEL RESULTADO.
101
REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS.
101
ENSAYOS DE COMPACTACION DE SUELOS
l. GENERALIDADES
siempre posible alcanzar mayores densidades a
medida que el tamaño de las partículas del suelo
que se compacta es mayor.
La compactación de un suelo es un proceso mecánico destinado a aumentar su peso por unidad de
volumen, lo que trae como consecuencia un incremento de su resistencia al esfuerzo cortan te y una
disminución de su compresibilidad y su permeabilidad.
2.2 El método de Compactación
El método que se emplee para compactar un
suelo es determinante en el resultado que se obtenga. Así, por ejemplo, la compactación de tipo
estático ha demostrado ser muy eficiente en suelos
granulares al igual que la de tipo vibratorio, mientras que el sistema ,de amasado es particularmente
efiéiente para la compactación de suelos cohesivos.
Por su parte la compactación por medio de impactos es adecuada para la mayoría de los suelos, siendo posiblemente esta la razón por la cual el sistema
dinámico de compactación es el de mayor aceptación en nuestros laboratorios.
La compactación produce en el suelo una reducción en su volúmen de vacíos con aire, más como no es posible eliminarlos todos, el suelo compactado tendrá la condición de parcialmente saturado.
La eficiencia del trabajo de compactación de
un suelo depende de muchos factores y para poder
analizar la influencia de cada uno de ellos, es necesario establecer procedimientos normalizados de laboratorio que reproduzcan allí las probables condiciones de compactación del suelo en la obra.
2.3 La energía de compactación
Es la energía que se entrega al suelo por unidad
de volumen durante el proceso de compactación.
En las pruebas dinámicas de laboratorio, en las que
el suelo se somete a cierto número de impactos de
un pisón normalizado dicha energía se determina
mediante la expresión.
2. FACTORES QUE AFECTAN EL PROCESO
DE COMP ACTACION DE UN SUELO
Si se compacta un suelo por diversos métodos,
la densidad obtenida será posiblemente diferente
para cada uno; del mismo modo, si distintos suelos
se compactan empleando el mismo método es de
esperar que los resultados obtenidos sean también
diferentes. Esto indica que el proceso de compactación de un suelo se encuentra afectado por una serie de factores, de los cuales los más determinantes
son:
_WhNn
E c-
v
Donde
2.1 El tipo de suelo
La experiencia ha demostrado que tanto el equipo adecuado para compactar el suelo, como los niveles de densidad que pueden alcanzarse, varían
notablemente de acuerdo al tipo de suelo que se esté procesando. Puede decirse de hecho, que será
5
W=
Peso del pisón compactador
h =
Altura de caída libre del pisón
N=
Número de capas en que se coloca el suelo
dentro del molde de compactación
n =
Número de golpes que se aplica a cada capa
de suelo con el pisón compactador
V=
Volumen del suelo compactado el cual debe
ser igual al del molde de compactación.
cado de compactación (Proctor Modificado). L2
energía de compactación para los dos ensayos y los
parámetros que intervienen en su determinación, se
indican en la Tabla 1.1.
Existen dos procedimientos de compactación
dinámica corrientemente empleados en el laborato:
río, los cuales se conocen como Ensayo normal de
compactación (Proctor Estándar) y Ensayo modifi-
TABLA 1.1
Energías de Compactación en los Ensayos Normal y Modificado
Ensayo Normal
Método 1
Características del
pisón
Número de capas
Golpes por capa
Molde de
compactación
Energía de
compactación
Ensayo Modificado
Método 2
Método 1
Método 2
W(16)
h (pie)
(N)
(n)
<P (pg)
Alt (pg)
V (pie 3 )
5.5
1
3
25
4
4.59
1/30
5.5
1
3
56
6
4.59
1/13.33
10
1.5
5
25
4
4.59
1/30
10
1.5
5
56
6
4.59
1/13.33
lb - pie
pie 3
12375
12317
56250
55986
Puede apreciarse en la tabla que existen dos posibilidades para realizar cada uno de los ensayos.
Como práctica general en nuestro medio, se acostumbra utilizar el método l (con el molde 1/30
pies cúbicos) cuando el suelo a compactar pasa en
su totalidad por el tamiz No. 4, mientras que el método 2 (con el molde de 1/13.33 pies cúbicos) se
utiliza para compactar suelos con partículas de tamaño inferior a-3/4".
han intentado establecer muchas explicaciones a
este fenómeno, pero una suficientemente sencilla
y satisfactoria consiste en considerar que a bajas
humedades la fricción entre partículas, en el caso
de suelos granulares y la tensión capilar en suelos
finos dificultan la compactación, mientras que lá
eficiencia del proceso se hace más notoria con una
mayor cantidad de agua, sea porque se produce una
adecuada lubricación entre partículas, sea porque
disminuye la tensión capilar. Sin embargo, si se supera cierto límite de humedad, habrá exceso de
agua libre, la cual ocupará casi totalmente los vacíos del suelo impidiendo una buena compactación, por cuanto al recibir el esfuerzo se crearán
fuerzas hidrostáticas que tratarán de separar las
partículas del suelo.
El ensayo normal corresponde en esencia al
ideado por R.R. Proctor en 1933 con motivo de la
construcción de unas presas de tierra en los Estados
Unidos, mientras que el modificado se desarrolló
posteriormente con el objeto de establecer una
compactación normalizada más elevada con destino
a la construcción de aeropuertos durante la Segunda Guerra Mundial.
2.5 La recompactación del suelo
2.4 El contenido de agua del suelo
Durante sus primeros estudios, Proctor encontró que el contenido de agua del suelo durante el
proceso de compactación era un factor fundamental en la densidad alcanzada. En efecto, para una
determinada energía de compactación, la densidad
obtenida aumenta a medida que se incrementa el
contenido de agua del suelo, pero esta tendencia no
es indefinida, sino que a partir de cierto contenido
las densidades comienzan a decrecer, o sea que
existe un contenido de agua conocido como "óptimo" con el cual se alcanza la máxima densidad. Se
Es costumbre en muchos laboratorios emplear
la misma muestra de suelo para obtener los diversos
puntos durante un ensayo de compactación. Este
procedimiento no es, sin embargo, muy recomendable, en especial con suelos finos, por cuanto las
sucesivas compactaciones causan en el suelo una
deformación volumétrica de tipo plástico que
transforma las características del suelo original, trayendo como consecuencia la obtención de densidades secas mayores a las que se podrían obtener con
muestras no recompactadas, lo que se traduce en
falta de representatividad del ensayo.
6
J.
LOS ENSAYOS DE COMPACTACION NORMAL Y MODIFICADO
3.3 Procedimiento de Ensayo
La ejecución del ensayo es similar para los ensayos normal y modificado, variando tan solo los parámetros indicados en la Tabla 1.1 (características
del pisón y número de capas en que se coloca el
suelo dentro del molde). Los pasos a seguir son los
siguientes:
3.1 Objetivo
Determinar la humedad óptima de compactación y la densidad seca máxima que puede obtenerse al aplicar al suelo una energía determinada.
3.2 Equipo para el ensayo
- Moldes de compactación, con sus b&ses y collares de extensión (Figura 1.1)
- Pisones de compactación
- Dos balanzas, una de 12 Kg de capacidad y 5
gr de aproximación y otra de 1 Kg de capacidad y 0.5 gr. de aproximación
a) Se toma una muestra del suelo a ensayar, convenientemente secada al aire. La cantidad ·depende del molde a emplear y deberá ser de aproxi. madamente 2 1/ 2 o 6 kilogramos, por cada probeta a
compactar, según se utilice el molde pequeño o el
grande.
b) Se disgregan con un mortero de madera los terrones que tenga el material (Figura 1.2), descartando los que tengan tamaño mayor al especificado. En el caso de emplear el molde grande, si
existen partículas de tamaño superior a 3/4", podrán reemplazarse por una cantidad igual en peso
de material que pase dicho tamiz y quede retenido
en el No. 4. Deberá registrarse el porcentaje de material que retenga este último tamiz.
- Tamices de 3/4" y No. 4
- Horno eléctrico
- Bandejas metálicas, cucharones, regla enrasadora, mortero de madera, probeta, etc.
- Gato hidráulico (opcional)
'
..
PI SONES
w=IOlb.;
h
=
18 pg
-.w= 5.5 lb.
h=12pg_
...
Collar de
extensión
FIG. 1.2 - Preparación de la muestra de suelo seco para el ensayo de compactaCión
'
c) Se agrega agua a la muestra en una cantidad lo
suficientemente pequeña como para que al
mezclarla uniformemente con el suelo, la mezcla se
desmenuce al soltarla luego de estrujarla con lamano (Figuras 1.3 y 1.4). Para suelos finos esta humedad puede ser del orden de lOºh y para los granulares será bastante menor.
FIG. 1.1 - Molde y pisones de compactación
7
·~---~~---
FIG. 1.3 - Adición de agua a la muestra de suelo.
---------
FIG. 1.4 - Se mezclan agua y suelo uniformemente.
d) Se pesa el molde de compactación con aproximación de 5 gramos y se le unen luego la placa
de base y el collar 'de extensión y se coloca sobre
un apoyo firme.
e) Se coloca una porción de la mezcla húmeda
dentro del molde (Figuras 1.5 y 1.6), tal que al
compactar el suelo este alcance un espesor aproximado de l y 3/4 ó l pulgada según si el material se
va a compactar en 3 ó 5 capas.
FIG. 1.5 - Colocación de una porción de la mezcla dentro del molde, para
someterla a compactación.
';FIG. 1.6 - Corte longitudinal en el que se aprecia una capa
de suelo lista para compactar.
repartirse uniformemente en.toda la superficie de
la capa, elevando el mazo del pisón hasta la partt..
superior de la guía y soltándolo libremente, de modo que la altura de caída sea siempre la misma.
Se compacta la porc1on de suelo introducida
dentro del molde, con el pisón y número de
golpes correspondientes, de acuerdo al ensayo que
se está realizando (Figura 1.7). Los golpes deben
f)
8
i)
Se retira la placa de base del molde, se limpia
éste exteriormente y se pesa con aproximación
de 5 gramos (Figura 1.9). Este valor es el peso del
molde más la muestra húmeda compactada.
Pisón
Guía del
---- pisón
FIG. l. 7 - Disminución del espesor de la capa por la acción del pisón de
compactación.
FIG. 1.9 - La muestra compactada debe pesarse.
g) Luego de compactada la primera capa, se colocan las restantes porciones del suelo dentro del
molde y se compacta cada una siguiendo el mismo
procedimiento.
j)
Si al peso rec1en determinado se le descuenta
el peso del molde vacío (aparte 3.3d), se obtiene el peso de la muestra húmeda compactada.
h) Al terminar de compactar todas las capas requeridas, la muestra deberá tener una altura tal
iue al menos 1/2 pulgada de ella ocupe el collar de
extensión. A continuación, se retirará éste cuidadosamente y con una regla metálica se enrasa la ·
muestra compactada al nivel superior del molde de
compactación (Figura 1.8).
k) Se toma una porción de la muestra compactada (Figura 1.10) se coloca sobre una cápsula
previamente tarada y se pesa con aproximación de
0.1 gramo.
FIG. 1.1 O - Extracción de una porción de la muestra compactada para la determinación de la humedad.
FIG. 1.8 - Tras retirar el collar de extensión, se enrasa la muestra compactada.
9
1)
Se extrae la muestra del molde, preferiblemente con ayuda de un gato (Figura 1.11).
vas densidades secas obtenidas, se determinan de la
siguiente manera:
a) Humedades de compactación
Con los datos obtenidos en los apartes 3.3 k) y
3.3 o), se halla la humedad de cada muestra compactada mediante la expresión:
Humed ad=
(Peso cápsula + suelo húmedo)
,
·
(Peso cápsula+ suelo seco)
- (Peso cápsula + suelo seco)
- (Peso cápsula)
lOO
A manera de ilustración, s~ calcula la humedad
de la primera muestra, para los datos indicados en
el formato:
Peso cápsula + suelo húmedo
Peso cápsula + suelo seco
Peso cápsula
= 292.6 gr
280.9 gr
94.0 gr
Por lo tanto:
H ed d = 292.6- 280.9
um ª
280.9 - 94.0
b) Densidad seca
FIG. 1.11 -Extracción de la muestra del molde con ayuda de un gato.
El cálculo de la densidad seca para la misma
muestra se realiza como se indica a continuación,
utilizando como guía el mismo formato 1.1:
m) Se toma otra muestra del material, en la cantidad mencionada en el aparte 3.3 a) y se le añade agua suficiente como para que su humedad sea
entre 2 y 3º/o superior a la de la muestra compactada inicialmente.
Peso molde+
muestra compactada = 8220 gr (aparte 3.3. i)
n) Se repiten los pasos e) a m) inclusive, hasta que
el peso de la muestra húmeda (determinando
como se indica en el aparte 3.3 j) prácticamente no
aumente más o comience a decrecer.
o) Las cápsulas con las muestras mencionadas en
el aparte 3.3 k) se llevan a un horno a l lOºC
por un lapso de cuando menos 18 horas y luego se
pesan.
Peso molde
= 4175 gr (aparte 3.3. d)
Peso muestra
compactada
= 4045 gr (aparte 3.3. j)
Peso muestra
compactada
= 4045/454 = 8.91 lb
Volumen muestra
compactada
= 1/13.33 pie 3 (Vol. molde)
Densidad húmeda
3.4 Cálculos
Los cálculos por efectuar se facilitan con el empleo de un formato como el 1.1 adjunto.
Peso muestra compactada
Volumen muestra compactada
91
= 8·
-118.8 lb/ ie3
1/13.33
.
p
+
Las humedades de compactación y las respecti-
10
)
(
-
sentar la energía del ensayo modificado, el material
debe colocarse en cinco capas dentro del molde,
aplicando 25 veces el émbolo sobre cada capa, con
una fuerza de 80 libras.
Densidad húmeda
Densidad s e c a = - - - - - - Humedad
1 + 100
Densidad seca
=
118.8
=
l l 1.8 lb/pie 3
En lo restante, el ensayo se realiza de manera
similar a los convencionales, es decir, compactando
el suelo con contenidos crecientes de agua y determinando las respectivas densidades secas. Las pesadas que deben hacerse durante el ensayo son también similares y por lo tanto el mismo tipo de formato es utilizable.
1 + 0.063
El procedimiento se repite para cada una de las
muestras compactadas, obteniéndose al final una
serie d~ pares de valores ''humedad de compactación" y "densidad seca".
Quizás deba añadirse tan solo que la humedad
de cada muestra determina pesándola en su totalidad e introduciéndola posteriormente en el horno
para su secado.
3.5 Representación gráfica de los resultados
Los resultados obtenidos se representan en un
- gráfico aritmético, colocando las humedades en las
abscisas y las densidades secas en las ordenadas .. Al
unir los puntos con una línea suave, se obtiene una
curva que generalmente es de forma parabólica. La
humedad correspondiente al vértice se denomina
"humedad óptima" y la ordenada de dicho punto
es la "densidad seca máxima" para la energía de
compactación con la que se ha realizado el ensayo.
El objetivo del ensayo, al igual que en los ensayos reseñados anteriormente, es obtener la curva
de compactación y determinar allí la humedad óptima de compactación y la densidad seca máxima.
5. OBSERVACIONES SOBRE LOS ENSAYOS
DE COMP ACTACION
Para el caso del ejemplo del Formato 1.1, la humedad óptima de compactación resulta ser 10.7º/o,
obteniéndose con ella una densidad seca máxima
de 119.3 lb/pie 3 .
Un aspecto que debe tenerse en cuenta al reali-
4. EL ENSAYO DE COMPACTACION HARVARD O PROCTOR MINIATURA.
Otra prueba de compactación de empleo corriente, es el ensayo por amasado desarrollado por
S. D. Wilson, conocido como ensayo miniatura de
compactación o ensayo Harvard. En esta prueba,
el amasado se logra cuando un émbolo de 1/2 pulgada de diámetro ejerce presión sobre cada una de
las capas en que el suelo se ha colocado en un molde cuyo volúmenes 1/454 pies 3 (Figura 1.12).
El ensayo aplicable a suelos finos plásticos, permite la obtención de energías de compactación similares a las aplicadas en los ensayos de compactación normal y modificado, mediante la adecuada
calibración del resorte que gobierna al émbolo de
compactación. Para representar las condiciones de
--. energía del Proctor Estándar, por ejemplo, el suelo
(que debe pasar en su totalidad el tamiz No. 10) se
coloca en tres capas dentro del molde, aplicando
el émbolo 25 veces sobre cada capa, ejerciendo unª
fuerza de 40 libras en cada aplicación. Para repre-
FIG. 1.12 - Equipo para la ejecución del ensayo de compactación
Harvaxd.
a) Placa de base del molde
b) Molde de compactación y collar de extensión
c) Aplicador de carga
d) Removedor de collar
e) Extractor de la muestra compactada
11
zar los ensayos de compactación y al que generalmente no se le da mucha importancia, es el relacionado con las modificaciones que los suelos tropicales pueden sufrir a causa del manipuleo y precalentamiento a que usualmente son sometidos en
el laboratorio antes de los ensayos.
irreversibles. La figura l.13 ilustra un caso ocurrido
durante la construcción del Aeropuerto de San José de Costa Rica. El contratista no lograba obtener
los niveles de densidad requeridos de acuerdo al ensayo de compactación de laboratorio efectuado sobre una muestra secada previamente a la ejecución
del ensayo (parte izquierda de la figura). Un estt:
dio especial en el campo empleando el material tai
como se encontraba allí, permitió obtener la curva
de compactación que se muestra a la derecha. La
humedad natural de la subrasante era del orden de
70º/o y de allí la dificultad de obtener la densidad
exigida por el ensayo de laboratorio.
Los suelos de las zonas templadas donde han
sido ideados los procedimientos de ensayo, no son
afectados por dicho tratamiento y por tal motivo
se le recomienda; sin embargo, aplicar este procedimiento de manera indiscriminada a ciertos suelos
tropicales, puede p~oducir en ellos cambios en sus
propiedades ingenieriles que a menudo resultan
Muestra
secada
1.40
,.,
1.30
previamente
I
Muestra sin secado
1 previo
L.L= 56
IP = 19
L.L = 81
IP= 29
- 200
90%
- 200
97%
CBR=6º/o
CBR = 6°/o
.....ee:
.e
<C
o
....
U)
o
~
iii
z
....o
9o
80
HUMEDAD,
o/o
FIG. 1.13 - Comparación de curvas de compactación con y sin secado previo del material - Aeropuerto San José de Costa Rica.
cercanías de la ciudad de Pereira.
En la figura 1.14 se muestra un comportamiento similar, correspondiente a un suelo ensayado en
1
1
1
<i
Muestra preví amente
secada
u
UJ
U)
~
e
L. L
50
=
IP =46
57
Ul
1
1
Muestra sin secado
previo
L L
= 115
1 p = 73
1
z
UJ
o
1
1
40
40
50
so
70
90
80
HUMEDAD,
100
º/o
12
110
FIG. 1.14 - Comparación de curvas de
compactación con y sin secado. previo de
material - Pereira (Risaralda).
De esto se concluye la importancia de aprender
a identificar estos suelos sensitivos con el fin de
efectuar los ajustes que correspondan al ensayo de
compactación, evitando así demoras y discusiones
durante la fase de construcción. Algunos autores
recomiendan como medio de identificación de di,chos suelos, la determinación del "indice de agre-
ENSAYO
AGUAS
Proyecto
Descripcion
Ensayo
DE
CLARAS - SAN
del material
Arena
gación", el cual se define como la relación entre el
equivalente de arena del suelo secado al horno y el
que presenta una muestra en estado natural.
Un valor de dicho índice superior a 2 es indicativo de que el suelo es suceptible a modificación de
sus propiedades ingenieriles cuando se seca.
COMPACTACION
ALBERTO
arcillosa
K.96 • 500
------
Muestro
amorillo
DENSIDAD
Molde
LABORATORIO
A bscíso
Modificodo
realizado
DE
No
23
Profundidad
o 00 - o. 40
fecha
6 - 12-72
m.
SECA
No.
Peso molde ... muestro compactado
gr
8220
8650
8665
>-------------------+---·--+-----+-----+-----+---------j
gr.
Peso molde
417!5
417!5
417!5
!---------------+-----+-----+--------~---
or.
Peso muestra compactado
44 7!5
404!5
r - - - - - - - - - - - - ---------- -- - - ---
Peso
muestra
Volumen
mu estro
Densid-Od
lb
6-91
pie 3
'/13 33
compactada
compactado
9 86
---1----------j
4 490
-------- --
--------1------+-----1-------1---1 31 4
131 .8
11 e. e
lb/píe 3
húmeda
0
Humedad
/o
10. 2
6 3
14.0
!---------------+-----+-----+-----+--·---~
Densidad
--- - - - - ;
9.89
lb/pie3
seca
119. 2
'11. 8
---------
11 !5 .o
HUMEDAD
Molde
No
! - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - ; - - - - - - - f - - - - - - - - - - - -----~
Cápsula No
4
11
-Peso cápsula + suelo húmedo
or.
292 6
2 64.0
312.4
> - - - - - - - - - - - - - - - - + - - -----+-------+---~------f------------ -------<
gr.
200.s
247 4
Peso cápsula
gr.
94
o
84.5
94.0
Humedad
0
63
'o .2
14
Peso cápsula + suelo
seco
/o
2 85. 5
o
~------------~----~-------·~~·----------'--------'-------'
Closi ficociÓn
120
,._
.,
,,,
-
_J
116
U)
/
o
<(
o
¡¡;
z
~
1
1
/
¡
~
....
;.'""!-
/
118
·c.
~
-
-
-
114
1
1
/
\
AASHTO
USC
\
1
1
del
10. 7
Densidad seco
119.
/0
Observaciones
\
1
1
1
:
11
HUMEDAD
12
13
14
1!5
%
Loborotoristo
FORMATO 1 1
13
máx.
retenido en tamiz No.4
1
10
ensayo
Humedad Óptimo
0
\
1
1
_j
"º
\
1
1
/
Sistema
Sistema
Resultados
1
)
112
"'
del suelo
°/o
3
lb¡\¡ie
17
º/o
3
ENSAYOS DE DENSIDAD EN EL TERRENO
l. GENERALIDADES
válvula con orificio de 1/2 pulgada que ·termina
en un embudo pequeño en uno de sus extremos, el cual se enrosca en el frasco y otro embudo de mayor diámetro en el lado opuesto.
Placa metálica de base para apoyar el aparato.
Esta placa tiene un agujero en el centro, en el
cual encaja el embudo mayor del cono.
Arena de Ottawa o una equivalente.
Una balanza con sensibilidad de 1 gr. y otra de
0.1 gr.
Horno eléctrico
Tamiz No. 4, martillo, cincel, brocha, cucharón, bandeja metálica, frascos para determinación de densidades, etc.
El control de compactación de capas de suelo
en el campo se realiza comunmente mediante la verificación de la relación existente entre la densidad
alcanzada por el suelo en el terreno al ser sometido
a la acción del equipo de compactación y la máxima que sobre el mismo suelo se ha obtenido en el
ensayo normalizado de laboratorio.
La obtención en el terreno de la densidad exigida por las especificaciones de construcción, se logra
mediante el paso repetido sobre el suelo a compactar, de un equipo adecuado para ello. La comprobación de la densidad así alcanzada se puede efectuar por muchos métodos, de los cuales los de más
corriente uso en nuestro medio son el del cono y la
arena, el del balón con agua y el de los densímetros
nucleares.
2. EL METODO DEL CONO Y LA ARENA
Arena de
2.1 Objeto del ensayo
Este método de ensayo consiste en la determinación del peso seco de cierta cantidad de suelo de
la capa cuya densidad se desea conocer, así como
el volumen del orificio excavado para recoger el
suelo, el cual se mide empleando una arena de características especiales, tal como se indica en el numeral 2.3.1 La relación entre el peso seco del material y el volumen del orificio del cual se extrajo,
es la densidad seca de la capa cuya compactación se
verifica.
FIG. 2.1 - Frasco, cono y placa de base para determinación de la densidad en el terreno.
2.2 Equipo para el ensayo
2.3 Procedimiento de ensayo
Frasco de vidrio o plástico de aproximadamente 1 galón de capacidad.
Una pieza metálica (cono) formada por una
Antes de la ejecución del ensayo mismo, debe
establecerse el valor de ciertas constantes necesarias
para el cálculo de las densidades, a saber:
15
2.3.1
Determinación de la densidad de la arena empleada
2.3.2
Determinación de la constante del cono
Se denomina constante del cono a la cantidad
de arena en gramos que cabe en el espacio ocupado
por el embudo grande del cono y en el espacio que
deja la placa de base cuando está dispuesta para el
ensayo.
La arena a utilizar debe ser limpia y seca, de
grano redondeado y cuyo tamaño se encuentre
comprendido entre los tamices No. 10 y No. 30.
Debe además poseer la característica de alcanzar
densidad constante cuando cae desde cierta altura
'
por lo que se prefiere la de Ottawa o alguna equivalente (del Guamo, por ejemplo).
Para determinarla, se atornilla el cono en el
frasco, se llena éste con arena y se pesa el conjunto.
A continuación se coloca la placa de base sobre una
superficie plana y lisa, se voltea el frasco de modo
que el embudo grande del cono encaje en el orificio
de la placa se abre la válvula y se permite la salida
de la arena hasta que deje de fluir, instante en el
cual se cierra la válvula, se retira el frasco y se pesa
nuevamente.
Para hallar su densidad, se atornilla el cono al
frasco y luego se llena éste hasta el embudo pequeño inclusive, manteniendo durante esta operación
el embudo grande con arena hasta su parte media
aproximadamente. Debe evitarse todo tipo de vibración mientras fluye la arena dentro del frasco.
Una vez llenos el frasco y el embudo pequeño, se
cierra la válvula del cono, se retira el exceso de arena que permanezca en el émbudo grande y se pesa
el conjunto. Se saca la arena y se pesa el frasco con
el cono, obteniéndose por diferencia el peso de la
arena que ocupó el frasco y el embudo pequeño.
La diferencia entre el peso inicial y este último,
corresponde al peso de la arena que cupo en el embudo grande y en el espacio dejado por la placa, valor que de acuerdo a la definición es la constante
del cono.
2.3.3
Se llenan a continuación el frasco y el embudo
pequeño con agua hasta el nivel de la válvula y se
pesa el conjunto. Al restar de este valor el peso del
frasco con el cono se obtiene el peso del agua, el
cual dividido por su densidad -que depende de la
temperatura- da como resultado el volumen del
frasco y el embudo pequeño.
Procedimiento de ensayo en el terreno
a) Se limpia y empareja el sitio elegido para la determinación de la densidad, se coloca la placa
·de base de modo que su agujero quede ubicado
exactamente sobre el punto de ensayo y se excava
con ayuda de cincel y martillo, un orificio de diámetro algo inferior al de la placa de base hasta una
profundidad igual al espesor de la "Capa cuya densidad se está determinando (Figura 2.2). El volúmen
mínimo del orificio depende principalmente del tamaño máximo de las partículas del material cuya
densidad se determina, como se muestra en la tabla
2.2. (Ver tabla pág. sgte.)
Dividiendo el peso de la arena que ocupó ese
espacio por el volumen recién hallado, se obtiene la
densidad de la arena.
TABLA 2.1
Durante la excavación deberá procederse con
especial cuidado, de manera que pueda recuperarse
absolutamente todo el material excavado.
V ARIACION DE LA DENSIDAD DEL AGUA
CON LA TEMPERATURA
Temperatura
- ºC-
Densidad
2r/c.c
15
17
19
21
23
25
27
29
0.99913
0.99880
0.99843
0.99802
0.99757
0.99708
0.99655
0.99598
(Ver fig. 2.2, pág. sgte.}
b) Se pesa el material excavado y se lleva parte de
él (ver tabla 2.2) al horno para la determinación de su humedad.
.
c) El frasco con su cono se llena de arena y se
pesa.
d) Se invierte el frasco sobre el orificio excavado y
luego de .que se encuentre asentado debidamen-
16
TABLA 2.2
VOLUMEN MINIMO DEL ORIFICIO EXCAVADO Y CANTIDAD DE MUESTRA
MINIMA PARA LA DETERMINACION DE LA HUMEDAD
Tamaño máximo
de partículas
2"
l"
1/2,,
No.4
Volumen mínimo
del orificio
oie$
0.100
0.075
0.050
0.025
Cantidad mínima de
muestra para humedad
e.e.
2.800
2.100
1.400
700
1000 gr
500 gr
250 gr
100 gr
e) Se levanta el frasco con el cono y la arena restante (Fig. 2.4) y se pesa.
~
,::
j)¡
-
_;;:e~
/
11'
FIG. 2.2 - Excavación del orificio.
te, se abre la válvula permitiendo la salida de la arena (Fig. 2.3) hasta que deje de fluir, instante en el
cual se cierra la válvula.
FIG. 2.4 - Se levanta el frasco con la arena restante.
La parte del material que se ha llevado al horno
(aparte 2.3.3 b), se mantiene allí a llOºC du- ·
rante 18 horas como mínimo y luego se 'Saca de él,
se pesa y se criba a través del tamiz No. 4, determinándose el porcentaje retenido en él.
f)
2.4 Cálculos
Les cálculos por realizar se facilitan empleando
un foJmato como el 2.1.
aj Cálculo de la humedad de la capa compactada
FIG. 2.3 - Se acciona la válvula para permitir el flujo de
arena.
Se determina mediante la expresión:
17.
(Peso cápsula + suelo húmedo)
Humedad=-----------(Peso cápsula + suelo seéo)
e) Material retenido en el tamiz No. 4
Debe reportarse el porcentaje de material retenido en el tamiz No. 4 (Aparte 2.3.3 f).
- (Peso cápsula+ sueJo seco)
X 100
- (Peso cápsula)
Para los datos del formato se tiene que:
409.0 - 400.4
Humedad=
x 100 = 3.5º/0
400.4 - 154.4
Supóngase que en este caso fue 29º,b
2.5 Aplicación del resultado obtenido
El valor de densidad obtenido en el ensayo en
el terreno, se comparará con el máximo que se alcanza con el mismo material en la prueba especificada de laboratorio, aplicando el criterio del "porcentaje de compactación", el cual se expresa como:
b) Cálculo de la densidad seca de la capa compactada
Siguiendo el orden establecido en la parte superior del Formato 2.1, la densidad seca se calcula así:
% compactación =
Peso frasco + cono
+ arena inicial
= 7063 gr (aparte 2.3.3. e)
Peso frasco + cono
+ arena final
= 3841 gr (aparte 2.3.3. e)
Peso arena total
usada
= 7063 - 3841
Constante del cono
= 1587 gr (aparte 2.3.2)
Peso arena en el
hueco
= 3222 - 1587
Densidad de la
arena
= 1.33 (aparte 2.3.1)
Volumen del
hueco
=
=
Humedad
Peso material
extraído seco
Fórmula que es aplicable de manera directa sólo en el caso de que tanto el suelo obtenido en el
ensayo en el terreno como el compactado en el laboratorio tengan el mismo porcentaje de partículas
retenidas en el tamiz No. 4.
3222 gr.
1635 gr.
En caso de no ser así, deberá aplicarse una corrección al resultado del ensayo de laboratorio (Figura 2.5 ó 2.6). La primera de estas figuras se emplea en el caso de que el ensayo de laboratorio se
haya efectuado sobre material que pase en su tota-.
lidad el tamiz No. 4 y la segunda cuando el material ensayado pase a través del tamiz 3/4".
_Peso arena en el hueco
Densidad de la arena
= 2447 gr (aparte 2.3.3. b)
(Ver fig. 2.5 ó 2.6, pág. sgte.)
= 3.5º,b (aparte 2.4. a)
Peso material
húmedo
Para el caso del ejemplo de ilustración que se
adelanta en el presente capítulo, supóngase que el
ensayo de compactación de laboratorio se ha realizado .sobre material que pasa el tamiz No. 4 y que
la densidad seca máxima obtenida allí fue de 114.0
lbs./pie 3 .
1 +Humedad
2447
1 + 0.035
Densidad seca
(gr/ce)
= 2364 gr
Al realizar el ensayo de densidad en el terreno
sobre el que aparentemente es el mismo suelo, se
ha encontrado, sin embargo, que existe un 29º,b de
partículas retenidas en el tamiz No. 4 (aparte 2.4.c),
motivo por el cual se hace necesaria una corrección
con ayuda de la figura 2.5, previamente a la aplicación de la fórmula de porcentaje de compactación.
Dicha corrección se hace de acuerdo a las siguientes
instrucciones:
Peso material extraído seco
Volumen del hueco
=
Densidad seca
(lb/pie 3 )
Densidad seca máxima de
ensayo en el terreno X 100
laboratorio
= 1635/1.33 = 1229 cm 3
Peso material
extraído húmedo
Densidad seca medida en el
2364
- - = 1.924 gr/e.e
1229
= 1.924 X 62.4 = 120.1
lb/pie 3
18
""º
:::> UJ
_J U)
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150
m
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J
1,
1
2 8
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2 7
o<!>
~o
1
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-
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2 6
(.)<!>
~ UJ
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140
UJ <!>
o
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U)
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UJ UJ
a. o
--2.5
B
24
<(
:i;:
130
.
X
:i;:
<(
(.)
UJ
(/)
o
o
<(
UJ
Densidad
el tom1z
to A)
1
.~
~
~
A
110
Peso
seco máxima del material que posa
de 4. 76 mm. = Dt = 114.0 lb/pie3. ( Pun.
específico bu lk del
1
1
\
de 4. 76 mm. en el ensayo en el terreno= 29.0 (PuntoC)
1
Trozar
j
.
'
l
t
90
o
t
'
¡
t
f
¡
10
grueso =
1
Porcentaje
¡·
agregado
(PuntoB)
2.so
o
100
A Ó B - EJEMPLO
f'
IE
F
120
(/)
z
METODO
e--
<(
1
20
.
30
40
líneo
en el tamiz
A B.
Localizar lo inlersecci6n de lo vertical trozado
desde C con lo líneo AB (Punto E)
!l l 1
Trozo r líneo E F.
Punto F = 121.6 lb/pie3 es lo densidad seco m~­
11
11
xima corregido del material total,
0
1
c
de partículas retenidas
50
PORCENTAJE DE PARTICULAS DE AGREGADO GRUESO
fig. 2.5-GRAFICO
DE
PRESENCIA
<(
:i;:
x
CORRECCION
DE PARTICULAS
LA
DE
DENSIDAD
AGREGADO
A
POR
GRUESO
METO DO C Ó D - EJEMPLO
Densidad seco máximo del material que
el tamiz ae 19.0 mm= 130 lb/pie3 (Punto
¿
H<D'-H--_,....4--+--t+--r-tt>-Wt
U)
Porcentaje de
en el ensayo
o
~
¡¡:;
z
Peso es pe ciÍico del material
mm. ' 2. 65
(Punto E).
(.)•
UJ
LA
130~tJ::Hi+ttt-tttt'.";1ttttHiit-:-:l-M~ttr-:tt:::::rtt:fttt::I
<(
<(
DE
120+-++~-l-i++-+!<A~-l-t+H-!'+-r+--+~-t~~t--~r-,-7-~
Colocar
el
poso
A)
material de más de 4 76 mm.
MOPT E IOB - 60 = 45
punto B y
localizar el punto C.
de
más de
4.76
UJ
o
Trozar líneo CE y prolongarlo
los abscisas.
hocio
Porcentaje de material de mÓs
el ensayo en el terreno = 20.
e1 cero de
de' 4.76 mm. en
Colocar F y trazar una vertical desde olli'
hasta intersectar lo prolongación de CE (G)
Trazar lo linea G H
30
10
H = 122 lb/pie3 = densidad seca
gida del material total, "D"
50
40
máxima
PORCENTAJE DE PARTICULAS DE AGREGADO GRUESO
F1g.2 6- GRAFICO
DE
PRESENCIA
CORRECCION
DE
DE PARTICULAS
19
LA
DEL
DENSIDAD
AGREGADO
POR
GRUESO
LA
corre -
a) Se ubica en las ordenadas la densidad seca máxima de laboratorio (punto A) = 114.0 lbs/pie 3 .
densidad de laboratorio, el porcentaje calculado
hubiese sido:
b) En la escala de la parte derecha de la figura, se
localiza el valor correspondiente al peso específico bulk. del material retenido .en el tamiz No. 4, el
cual debe determinarse mediante ensayo especial
de laboratorio. Supóngase que en este ejemplo dicho valor es 2.50 (punto B).
ºh de compactación=
d) Se localiza en las abscisas el punto correspondiente al porcentaje de partículas retenido en el
tamiz No. 4 en el ensayo en el terreno (punto C) y
a partir de él se levanta una vertical hasta intersectar la recta A B en el punto E.
100 = 105.40h
En caso de que el ensayo de compactación de
laboratorio se realice sobre material con tamaño
máximo de 3/4'', la corrección de la densidad se
hace con ayuda de la figura 2.6, siguiendo el procedimiento indicado en ella.
e) Se proyecta el punto E en las ordenadas (punto
F). La densidad correspondiente a este punto
(121.6 lbs/pie 3 ) es la máxima de laboratorio corregida por el efecto del material retenido en el tamiz
No. 4 y por lo tanto el valor que debe utilizarse para compararlo con la densidad en el terreno.
3. ESPECIFICACIONES DE CONSTRUCCION
Las normas de construcción de carreteras establecen requisitos sobre porcentajes de compactación, cuyo rigor depende de la necesidad de establecer mayor densificación a las capas que van a
estar más exigidas por los esfuerzos del tránsito
Las normas vigentes del MOPT establecen los requisitos mínimos de compactación indicados en
1
la tabla 2.3.
El porcentaje de compactación verdadero será,
por lo tanto:
~~~:~
X
114.0
Es decir, que si por ejemplo, la especificación
de construcción hubiere exigido un mínimo de
100º/o de compactación en el terreno, la capa compactada hubiera sido aceptada de no hacerse la corrección correspondiente, lo que obviamente se hubiera derivado en perjuicios contra la calidad de la
obra.
c) Se unen los puntos A y B por medio de una línea recta.
ºlo de compactación =
120.1
x 100 = 98.8ºh
De no haberse efectuado la corrección de la
TABLA 2.3
REQUISITOS MINTh10S DE COMPACTACION SEGUN LAS NORMAS DEL MOPT
º/o de compactación mínimo admisible en el terreno
Capa
compactada
Cuerpo terraplén
Subrasante
Sub-base
granular
Base granular
Base suelo-cemento
Normas de
construcción
(1966)
95 Proctor Est.
Plan de
pavimentación
(1970)
90 Proctor Mod.
95 Proctor Mod.
Plan de
recuperación
(1979)
90 Proctor Mod.
95 Proctor Mod.
95 Proctor Mod.
100 Proctor Mod.
98 Proctor Est.
95 Proctor Mod.
100 Proctor Mod.
95 Proctor Mod.
100 Proctor Mod.
nam por el Cuerpo de Ingenieros del Ejército de los
Estados Unidos dió como resultado los valores deseables de compactación de un suelo con la profundidad, los cuales pueden sintetizarse en la tabla 2.4.
Estas especificaciones han sido en su mayoría
adoptadas de las vigentes en los Estados Unidos,
por lo que cabe preguntarse si son también las más
adecuadas para el control de compactación de suelos en el trópico. Un estudio realizado en el Viet-
20
TABLA 2.4
~-+---~w
VALORES DE COMP ACTACION DE SUELOS
SUGERIDOS PARA ZONAS TROPICALES
(U.S, Engineering Corps)
Cuerpo de Terraplén
Subrasante
Sub-base granular
Base gran ulfir
95 100 95 100 -
12.2º/o
--1---r-
--+---¡---¡-
% de compactación
Capa compactada
=
W
= 9. 2 °/o
w = 7.5 ºk
mínimo aceptable
Proctor Estándar
Proctor Estándar
Proctor Modificado
Proctor Modificado
4. CONSTRUCCION DE TRAMOS DE PRUEBA
.e,
La obtención en el terreno de las densidades
mínimas exigidas por las especificaciones de construcción, se logra mediante el paso repetido de un
equipo de compactación adecuado sobre el suelo al
compactar.
Suelo :
Equipo:
Arena
Neumático de
12
too.
Espesor capa suelta = 23 cm.
U5'"--"---'----'---'-------------'
o
4
12
NUMERO
Para determinar cuál es el menor número de pasadas del equipo que son necesarias para alcanzar la
densidad exigida y minimizar de este modo sus costos, el constructor deberá construir un pequeño
tramo experimental en el cual va determinando la
densidad que alcanza el suelo a medida que se aumenta el número de pasadas del equipo de compac'ación sobre él.
16
DE
20
24
20
!32
PASADAS
FIG. 2.7 - Relaciones entre densidades secas y número de pasadas para diversas humedades de compactación.
Finalmente, si con ninguna combinación de humedad y número de pasadas razonable, es posible
obtener en el terreno la densidad seca requerida
por la especificación, deberá cambiarse el equipo
de compactación por otro más pesado u otro más
adecuado para compactar el suelo, o bien reducir el
espesor de la capa por compactar.
Podrá observarse en todos los casos, que la densidad del suelo se incrementa notablemente con las
primeras pasadas, pero a partir de las 12 ó 15 pasadas ya no ocurren aumentos de consideración, tal
como puede observarse en la Figura 2. 7 tomada de
una investigación realizada por Transport and Road
Research Laboratory de la Gran Bretaña.
5. EL CASO DE LAS ARCILLAS EXPANSIVAS
Consideración especial en la construcción de
pavimentos merece el tratamiento de las llamadas
arcillas expansivas, cuya principal característica es
la notable variación de su volumen cuando se modifica su contenido de agua. Estas arcillas, generalmente del tipo de la montmorilonita y cuya identificación no es muy difícil a través de algunos ensayos de Mecánica de Suelos, no pueden tratarse desde el punto de vista de la compactación como los
demás suelos, por cuanto se ha comprobado suficientemente que su poder expansivo crece cuando
se intenta obtener con ellos elevadas densidades
(Figura 2.8), lo que se traduce inevitablemente en
deterioros futuros en la superficie del pavimento'
principalmente del tipo deformaciones y agrietamientos longitudinales.
En dicha figura puede apreciarse además, la importancia de la humedad de compactación en la eficiencia del equipo, la cual es tan determinante, que
con cierta humedad y un número reducido de pasadas del equipo se pueden lograr densidades imposibles de obtener con otras humedades, aunque el
·número de pasadas fuese muy elevado. De aquí que
la humedad de compactación en el terreno no pueda fijarse en base a un criterio tan simple como el
de la humedad óptima de laboratorio, por cuanto
ésta, aunque es una guía aceptable, se refiere a determinada energía de compactación que casi nunca
es reproducida de manera exacta en el terreno.
21
la exigencia de un nivel mínimo de compactación
como lo señala la Tabla 2.3, sino la elección de la
combinación de humedad y densidad que garantice que los movimientos del suelo permanezcan
dentro de límites tolerables durante la vida del pavimento. Sobre el procedimiento de selección de la
humedad y la densidad, se hará referencia en el capítulo siguiente.
35
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Q.
--
o
1.0
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/
6. SELECCION DEL EQUIPO PARA COMP ACTACION EN EL TERRENO
Como se mencionó en el primer capítulo, no
todos los sistemas de compactación producen el
mismo efecto sobre los diversos suelos, por lo que
se hace necesario seleccionar cuidadosamente el
equipo a emplear en el campo como medio único
de garantizar la obtención de las densidades adecuadas durante el proceso de compactación.
,.._/
1.2
DENSIDAD
1.4
1.6
1.8
SECA (t/m3)
FIG. 2.8 - Efecto de la densidad seca· inicial de
un suelo expansivo sobre su presión de expansión
Existe una gran cantidad de tablas, obtenidas
en base a muchas experiencias, en las cuales se recomiendan los equipos a utilizar de preferencia para compactar cada tipo de suelo. Acá solo se presenta una que, dentro de la bibliografía conocida
por el autor, parece ser la de más simple comprensión, au~que se advierte que las tablas de este tipo
sólo pueden considerarse como buenas guías, las
cuales deben complementarse con la experiencia y
buen criterio del Ingeniero encargado de la obra.
Puede concluirse, por lo tanto, que el criterio
generalizado de compactar los suelos a mayores
densidades con el fin de obtener resistencias más altas, constituye un serio peligro en el caso de las arcillas expansivas, las cuales por el contrario, deberán alterarse al mínimo durante el proceso de construcción.
El procedimiento a seguir en este caso será, no
TABLA 2.5
GUIA PARA SELECCION DE EQUIPOS DE COMPACTACION
Clasificación
u.s.c.
GW
GP
GM
GC
Equipo de
compactación
más adecuado
Descripción
del Suelo
Densidad seca máxima
(Proctor Modificado)
lb/pie 3
Grava o grava
arenosa bien
gradada
Rodillo neumático
Rodillos lisos y
lisos vibratorios
125 - 140
Grava o grava
arenosa pobremente gradada
Rodillo neumático.
Rodillos lisos y
vibratorios
110 - 130
Gravas limosas o
limo-arenosas
Rodillos neumát.
o pata de cabra
livianos. Pisones
120-145
Rodillos neumát.
o pata de cabra.
Pisones
120 - 140
Grava arcillosa
o arena arcillosa
22
tlasificación
u. s. c.
sw
SP
SM
se
ML
CL
OL
MH
CH
OH
Pt
Descripción
del Suelo
Equipo de
compactación
más adecuado
Arenas o arenas
gravillosas bien
gradadas
Rodillos neumat.
o lisos vibratorios
Arenas o arenas
gravillosas mal
gradadas
Rodillos neumat. o
lisos vibratorios
Arenas limosas o
limo-gravillosas
Rodillos neumat.
o pata de cabra
(debe controlarse
cuidadosamente
la humedad).
Pisones.
105 - 135
Rodillos neumat.,
pata de cabra y
pisones
105-130
Limos en general
de baja compresibilidad.· Suelos
diatomáceos.
Polvo de roca
Rodillos neumat.
o pata de cabra
con gran control
de la humedad.
Pisones
100- 125
Arcillas arenosas
o limo arenosas
Rodillos neumat.,
pata de cabra y
pisones
100 - 125
Arenas arcillosas
o arcillo limosas
Limos orgánicos
110 - 130
110 - 120
Rodillos pata de
cabra, neumat.
Pisones
Arcillas micáceas
o suelos diatomáceos. Limos
elásticos
Rodillos pata de
cabra y pisones
Arcillas inorgánicos de alta
plasticidad
Rodillos pata de
cabra. Pisones
Arcillas orgánicas
Rodillo pata de
cabra
Turba
Densidad seca máxima
(Proctor Modificado)
lb/pie3
90 - 105
50- 100
90 - 110
Imposible de
compactar
80 - 105
--
corrección alguna.
7. OTROS METODOS PARA LA DETERMINACION DE LA DENSIDAD EN EL TERRENO,
METODO DEL BALON CON AGUA
La excavación del orificio en el suelo para la extracción del materiª1 compactado es idéntica a la
del caso del método del cono y la arena y tan solo
la manera de determinar el volumen del orificio es
diferente.
El aparato que emplea un balón de caucho para
la deternúnación de la densidad (Figura 2.9) es de
lectura directa, sencillo manejo y no requiere de
23
b) En la boquilla de aire que tiene el aparato se inserta una pequeña bomba de goma de manera
que produzca presión dentro del cilindro del aparato cuando se accione. Se abre la válvula de control
y se bombea para que el balón descienda hasta quedar en contacto con la superficie de la capa a ensayar, lo que se advierte porque el agua dentro del
aparato alcanza su nivel más bajo. Este nivel se toma como lectura inicial.
c) Se suelta la bomba y se invierte para que al accionarse ejerza succión y por tanto haga regresar el balón dentro del cilindro. Conseguido esto se
cierra la válvula de control.
d) Se retira el aparato y se procede a excavar el
hueco hasta la profundidad deseada (Figura
2.11), recuperando todo el material excavado, el
cual debe pesarse, estableciéndose además su humedad para el posterior cálculo del peso seco.
FIG. 2.9 - Aparato de balón con agua
para determinación de densidades.
7 .1 Procedimiento de ensayo
a) Sobre la superficie de la capa de suelo cuya
densidad se desea conocer y la cual debe encontrarse debidamente nivelada, se coloca la placa de
base del aparato (Figura 2.10), fijando luego éste
sobre el agujero de aquella de modo que quede correctamente encajado. En este instante, el aparato
deberá tener suficiente cantidad de agua en su interior.
FIG. 2.11 · Se excava cuidadosamente
el material.
e) Una vez hecho el orificio, se coloca el aparato
en el encaje de la placa de base, se coloca la
bomba en la boquilla de manera que al accionarse
ejerza presión, se abre la válvula de control y se
bombea el balón dentro del agujero (Figura 2.12)
hasta que no se observe mayor descenso de agua
dentro de él, anotándose como lectura final en la
escala del aparato, el nivel más bajo alcanzado por
el agua. (Ver fig. pág. sgte.)
FIG. 2.10 · Se coloca la placa de base
sobre el sitio de ensayo.
f)
24
La diferencia entre las lecturas final e inicial es
el volumen del orificio excavado. La mayoría
de los aparatos trae una escala que da las lecturas
directamente en pies cúbicos.
7.2.2
El volúmen del hueco en pies cúbicos se
determina como la diferencia entre -la
lectura final en el aparato (aparte 7 .l.e) y la inicial
(aparte 7.1.b).
Volumen
del hueco = Lectura final - Lectura inicial
7.2.3
El peso unitario seco del material compactado se calcula así:
Peso unitario
seco
Peso material extraído seco
volumen del hueco
Para los datos indicados entre el Formato 2.2,
el cálculo de la densidad seca se realiza de la siguiente manera:
FIG. 2.12 - Se bombea el balón y
se toma la lectura final.
a) Humedad
g) Se invierte la bomba presión-succión y se acciona para que el balón regrese dentro del aparato
(Figura 2.13). Se cierra la válvula y el aparato queda listo para un nuevo ensayo.
Peso cápsula + suelo húmedo = 281.0 gr
Peso cápsula + suelo seco
= 271.0 gr
Peso cápsula
= 155.6 gr
Humedad=
281.0 - 271.0
271.0 - 155.6
x 100 = 8.7º/o
b) Densidad seca
7 .2 Cálculos
Conocido el peso del material excavado
húmedo y determinada su humedad
(aparte 7.1.d), se determina su peso seco.
Peso material
extraído seco
= 0.013
Lectura final en el
aparato
= 0.046
Volumen del hueco
(diferencia)
= 0.033 pies 3
Peso material extraído
húmedo
FIG. 2.13 - Se introduce el balón
dentro del cilindro.
7.2.1
Lectura inicial en el
aparato
Peso material extraído húmedo
1 +Humedad /100
25
= 1780 gr
(aparte 7.1 d)
Peso material extraído seco
= 1 780/1.087
= 1638 gr.
Peso material extraído seco
= 1638/454
= 3.61 lbs.
Densidad seca _
= 3.61/0.033
= 109.3 lb/
pie 3
8. METODOS NUCLEARES PARA LA DETERMINACION DE LA DENSIDAD
Para la medida de humedades, el equipo dispone de una fuente emisora de neutrones rápidos
(americio-berilio o radio-berilio) un detector de los
neutrones que pierden velocidad al chocar con
otros de masa semejante tal el caso del núcleo de
hidrógeno y un contador automático que registra la
velocidad con que los neutrones lentos llegan al detector. Como en el caso de las densidades, esta velocidad se convierte a humedad (expresada como
masa de agua por unidad de volumen del suelo) ya
sea directamente en el aparato o con ayuda de curvas de calibración.
8.1 Generalidades
En la actualidad existen equipos de tipo nuclear con los cuales es posible determinar las densidades y humedades de los suelos de manera rápida
y razonablemente aproximada (Figura 2.14). Dichos aparatos poseen, para la determinación de la
densidad, una fuente emisora de rayos gamma (radio-berilio o cesio 137), un detector sensible a estos rayos cuando son modificados al atravesar el
suelo que se ensaya y un contador automático que
registra la velocidad con que los rayos modificados
arriban al detector. Esta velocidad depende en parte de la densidad del suelo y se mide generalmente
en cuentas atómicas por minuto (CPM). La conversión de dicha velocidad a densidad húmeda la puede realizar directamente el aparato si posee memoria para ello, o puede efectuarse con ayuda de curvas de calibración suministradas por el fabricante.
Estos aparatos son básicamente de tres clases
que difieren según la colocación de la fuente emisora de rayos: de "retrodispersión" si la fuente está apoyada directamente sobre el suelo; de "transmisión directa" si la fuente se coloca dentro del
suelo (Figura 2.15) y de colchón de aire si existe
un vacío entre la fuente y el suelo que se ensaya.
FUENTE
NUCLEAR
TUBOS
SENSORES-----
PROTECCION. / ;
DE PLOMO/
''~\////\\\~ \
~'/\\\\
I
,~
t;1 i/tt•1~
/
~""'
RADIACION
RETRODISPERSADA
PROTECCION
DE PLOMO
""'~
""'-._
;lf
'-.\
·~
;!1f
...,_-~
-.:::- "" /,e.---? .TRANSMISION
DIRECTA DE
RAOIACION
__,,
-ll"'
4-----;
;/;;¡¡\~ :::- -.,.
~
l/1 \\
-:=- //;¡
11
\ \""" "'-.~
A.
~/!¡¡\\"'':o\
FIG. 2.14 - Vista de un densímetro nuclear con escala d-e lectura
de humedades y densidades.
~
., ...
~
( b)
(a)
FIG. 2.15 - Sistema de retrodispersión (a) y transmisión directa (b)
8.2.1
8.2 Medida de la densidad húmeda
Previa verificación de. su normalidad, labor que
debe realizarse conforme a las instrucciones del catálogo, se lleva el aparato al sitio escogido para el
ensayo, el cual debe estar correctamente nivelado,
y se procede de la siguiente manera, de acuerdo al
sistema de funcionamiento del aparato.
Sistema de retrodispersión
Se asienta el aparáto sobre el suelo y se pone en
funcionamiento accionando el botón destinado a
permitir la emisión de rayos gamma. Transcurrido
un lapso de cuando menos un minuto, se lee la velocidad registrada en el contador, la cual se convierj:e en densidad húmeda con ayuda de la curva de
26
calibración. Si eI aparato posee memoria, se lee la
densidad húmeda directamente en la escala.
8.2.2
con un dispositivo proporcionado por el fabricante
(Figura 2.16). A continuación se coloca el aparato
en el sitio escogido y el vástago de prueba, donde
se encuentra el emisor de rayos gamma, se introduce en la perforación previamente hecha, hasta la
profundidad deseada de ensayo.
Sistema de Transmisión directa
En el sitio elegido para el ensayo, deberá hacerse una perforación vertical de pequeño diámetro
VÓs tago de prueba
.----- del
densímetro.
Dispositivo para
hacer una perfora ción en el suelo q.¡e
se ensaya.
Base para
normalidad
verificacion de
de 1 aparato.
la
FIG. 2.16 - Densímetro nuclear de transmisión directa con sus accesorios
Se asienta firmemente el aparato, se pone en
funcionamiento el emisor y tras un tiempo no inferior a un minuto se registra la densidad húmeda de
manera similar a la empleada en el sistema anterior.
8.2.3
Sistema de colchón de aire (air-gap)
En un primer paso, el procedimiento es similar
al del sistema de retrodispersión, o sea que el aparato se coloca sobre el suelo a ensayar, se pone en
funcionamiento y se registra la velocidad en el contador (CPM). A continuación se apaga el aparato,
se levanta y en el sitio de ensayo se coloca un soporte metálico sobre el cual se pone el aparato nuevamente. La geometría del soporte es tal (Figura
2.17) que entre el aparato y suelo quede un espacio
vacío (colchón de aire).
FIG. 2.17 - Soporte metálico para ensayo por el sistema
de colchón de aire.
27
Ensamblando el dispositivo de esta manera, se
pone de nuevo en funcionamiento el emisor de rayos gamma y se detecta la velocidad.
método es indirecta. En efecto, hasta la fecha no se
ha desarrollado ningún procedimiento que permita
predecir el número de cuentas por minuto (CPM)
para un equipo, material, densidad y humedad dados y por lo tanto las relaciones entre densidades y
humedades y el CPM se han establecido mediante
pruebas de correlación con materiales de densidades y humedades conocidas. Además, aunque los
fabricantes suministran curvas de calibración para
cada aparato, éstas no se acomodan de manera precisa a todos los suelos a causa de las diferencias en
su composición química.
Se hace la relación entre el número de cuentas
registrado con el aparato sobre el soporte y el registrado cuando el aparato se colocó directamente sobre el suelo. Con dicha relación se va a la curva de
calibración donde se determina la densidad húmeda.
8.3 Medida de la humedad
El procedimiento para la determinación de la
humedad en estos tres sistemas es sÚnilar al empleado para hallar las densidades. La única diferencia
importante consiste en que en este caso se pone en
funcionamiento la fuente emisora de neutrones rápidos y su correspondiente receptor.
Por otra parte, el volumen de suelo involucrado
en las medidas de humedad y densidad es indeter- ....
minado y varía con la geometría del aparato y las características del suelo que se ensaya. Por lo general, a igualdad de otros parámetros, entre mayores
sean la densidad y la humedad, menor será el volúmen de suelo involucrado en la medida.
Las gráficas de calibración o la escala del aparato permiten la obtención de la humedad expresada·
como masa de agua por unidad de volumen del suelo (lb./pie 3 o Kg/m 3 ).
La densidad y la humedad determinadas con estos aparatos no son tampoco necesariamente las
promedio del volúmen involucrado en la medida
ya que se ha podido determinar que en los aparatos'
retrodispersión, por ejemplo, el 50% de las cuentas
registradas durante la deterrTiinación de la densidad
se deben a la pulgada superior de la capa que se ensaya.
8.4 Cálculos
a) Conocidas la densidad húmeda y la humedad
(apartes 8.2 y 8.3), la densidad seca se determina mediante la expresión:
Densidad seca= Densidad húmeda - Humedad
A pesar ·de estos inconvenientes, los equipos
nucleares presentan evidentes ventajas sobre los
métodos convencionales, tales como la facilidad de
manejo, el corto tiempo de ejecución del ensayo y
el hecho de que se evita la fatiga que para el operador produce la tarea de perforar orificios. También
.es posible detectar de manera casi inmediata las
mediciones erráticas y por lo tanto se pueden efectuar rápidamente las correcciones.
b) La humedad en porcentaje se determina con la
fórmula;
Humedad {º/o) =
Humedad
X
100
Densidad seca
8.5 Observaciones sobre el empleo de los densímetros nucleares
Sin embargo, quienes no requieren medir densidades con demasiada frecuencia, aducen que estas
ventajas se. ven contrarrestadas por el alto costo del
aparato y de sus reparaciones, la necesi.dad de cargar periódicamente sus baterías, los peligros de exposición a la radiación de los operarios, etc.
La utilización de estos aparatos presenta algunas ventajas y desventajas que es necesario considerar adecuadamente antes de tomar una decisión sobre su aceptación o rechazo. como elemento de
control de la compactación. Ante todo, la determinación de las densidades y las humedades por este
28
DETERMINACION DE LA RESISTENCIA
DE LOS SUELOS MEDIANTE EL ENSAYO
C. B. R.
l. GENERALIDADES
de él de 0.1y0.2 pulgadas, eligiéndose el mayor de
los dos como valor representativo de la muestra.
La relación de soporte de California (California
Bearing Ratio), conocida comúnmente como C.B.R.
es una medida de la resistencia al esfuerzo cortante
de un suelo bajo condiciones de humedad y densidad cuidadosamente controladas, que tiene aplicación principalmente en el diseño de pavimentos flexibles. El C.B.R. se define como la relación entre el
esfuerzo requerido para introducir un pistón normalizado dentro del suelo que se ensaya y el esfuerzo requerido para introducir el mismo pistón hasta
la misma profundidad en una muestra patrón de
piedra triturada_. Esta relación se expresa en porcentaje.
Esfuerzo en el suelo ensayado
C.B.R.
X
2. CONDICIONES DE ENSAYO
La resistencia de un suelo varía con su densidad, su contenido de agua cuando se compacta y el
que tiene en el momento de ser ensayado. Por lo
tanto, para reproducir las condiciones de la obra en
el laboratorio, estos factores deben controlarse cuidadosamente al preparar y penetrar las muestras.
Por lo general, y con el fin de representar en el
laboratorio la condición más crítica que pudiera
presentarse en el terreno, los ensayos CBR se realizan sobre muestras previamente empapadas, condición que es evidentemente representativa en zonas
sujetas a la penetración de las heladas durante el invierno y la consecuente posterior acumulación de
agua en las capas del pavimento durante el deshielo
a comienzos de la primavera.
100
Esfuerzo en la muestra patrón
.Los valores de esfuerzo para las diferentes profundidades de penetración dentro de la muestra patrón, son los indicados en la Tabla 3.1
Sin embargo, existen numerosas investigaciones
en áreas tropicales las cuales han demostrado que
en ellas la posibilidad de saturació_n de las capas
granulares y la subrasante es escasa y cuando esto
ocurre es generalmente por deficiencias en los sistemas de construcción y en los dispositivos de drenaje, que permiten la acumulación de agua en las capas del pavimento. Por lo tanto, si se construye el
pavimento correctamente, con buenos materiales y
un adecuado sistema de drenaje superficial ,Y subterráneo, _manteniendo el nivel freático cuando menos 60 centímetrcs bajo la superficie subrasante, la
práctica de sumergir la~ probetas antes del ensayo,
puede obviarse en la gran mayoría de los casos.
TABLA 3.1
RELACIONES ESFUERZO~PENETRACION
PARA LA MUESTRA P ATRON
1
Penetración
(pulgadas)
.
0.1 .L.:'i.J
0.2 s-.oi
0.3 ~,b2.
0.4 ¡o.u.
0.5 ~·1,... }
Esfuerzo ~~kr;J
lb/pg2 ~
1000 ?<>·1
1500 /e6. 4'
1900 133.S~
2300 ¡C.Lt~
2600 ;~.z..7~
3. VARIANTES DEL ENSAYO C. B. R.
El C.B.R. de una muestra de suelo se determina
generalmente para penetraciones del pistón dentro
El ensayo C.B.R., puede efectuarse tanto en el
31
terreno, ensayando el suelo con su humedad natural o sometiéndolo a saturación previa, como en el
laboratorio sobre muestras inalteradas o compactadas allí. Las muestras inalteradas deberán ensayarse con su contenido natural de humedad, mientras que las compactadas en el laboratorio pueden
probarse luego de inmersión o no, de acuerdo a las
condiciones esperadas en el terreno, como se indica
más adelante.
Collar de extensión
Molde C.B.R.
/
.........___ Placa de base perforada
Si en la obra, durante la construcción, las condiciones de humedad y densidad llegan a diferir en
mucho de las asumidas en la etapa del proyecto,
deberán hacerse ensayos "in situ" o con muestras
inalteradas a fin de hacer oportunamente los ajustes convenientes.
Falso
-z ..
FIG. 3.2 - Vista del molde C. B. R. con su collar de extensión y placa de base perforada.
4. ENSAYO C.B.R. SOBRE MUESTRAS COMPACTADAS EN EL LABORATORIO
4.1 Equipo para la prueba
Moldes para ensayo C.B.R. (6" de diámetro por
7" de altura) con sus collares de extensión, falsos fondos y placas de base.
ANILLO
PI STON -HH-+---
Pisón compactador de 10 libras de peso y 18
pulgadas de caída.
Pesas de sobrecarga de 5 libras cada una.
Discos perforados con vástago ajustable.
Trípode con dial medidor de deformaciones.
Máquina para aplicar carga a velocidad controlada.
Balanzas, regla metálica, recipientes para mezcla, horno, alberca, cámara húmeda, cronómetro, frascos, papeles de filtro, etc.
FIG. 3.3 - Máquina de carga para el
ensayo C. B. R.
<-~
FALSO
V
FONDO
4.2 Métodos de ensay() en laboratorio
01SCO
PERFORAOO
CON
VA.STAGO
TR!POOE
CON DIAL
PESAS
r··.-1,!l
,
J
J.¡__
'~ -
~I
&.._____
r
_mt"" : ,
Se han ideado diferentes procedimientos para
preparar muestras de laboratorio con diversos
tipos de suelos, cuyo fin es representar allí las condiciones que verosímilmente se· pueden producir
durante y después de la construcción. Para las condiciones imperantes en la República de Colombia,
se considera que pueden establecerse tres procedimientos de preparación, ensayo y selección de resistencia de los suelos de acuerdo fundamentalmentalmente con las características de los mismos a saber:
'
DE
SOBRECARGA
COLLA" DE
EXTEMSION
MOLDE
OE
COMPACTACIOH
_.-PLACA DE
·~BASE
FIG. 3.1 - Accesorios para el ensayo C. B. R.
32
Método
I
Método ll
Método IU
Ensayo sobre gravas, arenas y suelos
sin cohesión. En general, suelos que
en el método unificado clasifiquen
como GW; GP; SW; y SP. También
los delos gruposGW-GM, GP-GM,
SW- SM, SP-SM, GM y SM, siempre que la fracción fina no posea
plasticidad.
Con este ensayo se determina la humedad óptima de compactación para la energía aplicada.
c) El material sobrante, no empleado en el ensayo
de compactación, se mezcla con una cantidad
de agua suficiente para obtener la humedad óptima
determinada en el aparte 4.3.1.b.
Ensayo sobre suelos de plasticidad
baja y media y que no posean características expansivas. En este grupo
pueden considerarse los suelos GM,
GC, SM y SC, ML, OL y CL, no expansivos así como combinaciones
de ellos.
d) Se pesan tres moldes de ensayo CBR, se les colocan sus collares de extensión y se unen a las
placas de base perforadas sobre las cuales se ha colocado previamente un fondo falso y un papel filtro.
Ensayo sobre suelos de características generalmente expansivas, tal el
caso de algunos CL y los MH, OH y
CH.
4.3 El Método
4.3.1
gadas de caída y la muestra se compacta en 5 capas, golpeando cada una 55 veces con el pisón.
e) Se compactan tres muestras, tomando de las capas inferior y superior de cada una, antes de
compactar las porciones de suelo para verificar su
humedad. Una de las muestras se compacta aplicando 55 golpes a cada una de las 5 capas, otra 26 y
12.
1
Preparación de las muestras
NOTA:. Si la humedad de alguna muestra varía
en más de 0.5º/o con respecto al óptimo hallado en el aparte 4.3.1.b., deberá descartarse y
elaborarse una nueva.
a) Se pulverizan aproximadamente 45 kilogramos
de material, el cual se criba a través del tamiz
de 3/4", desechando la parte retenida en él. Este
material desechado se reemplaza por una cantidad
igual en peso de muestra representativa del mismo
material que pase el tamiz de 3/4" y quede retenida en el tamiz No. 4 (Figura 3.4).
Se retira el collar de extensión de cada molde y
con ayuda de una regla se enrasa la parte superior de la muestra (Figura 3.5).
f)
el material de desecho se
reemplaza por una cantidad igual de este material.
FIG. 3.4 'Reemplazo de la fracción de material retenida en el tamiz de 3/4"
FIG. 3.5 - Se retira el collar de extensión y se
enrasa la muestra.
b) Se realiza un ensayo de compactación similar a
los mencionados en el capítulo I, tan sólo con
la diferencia de que en este se emplea el molde de
ensayo C.B.R., cuyo volumen es 1/12.22 pies 3 • El
pisón a utilizar es el de 10 libras de peso y 18 pul-
g) Se retiran las placas de base y los fondos falsos
y a continuación se pesan los moldes con las
muestras.
33
evitarse, salvo que se considere inevitable que el
suelo pueda alcanzar dicho estado durante determinadas épocas del período de servicio del pavimento. Esto sería aceptable, por ejemplo, en zonas bajas inundables y áreas de régimen de lluvias muy intenso en donde no sólo no se pueda garantizar que
el nivel freático permanecerá a la profundidad mencionada en el numeral 2, sino que además existe la
posibilidad de infiltración de importantes cantidades de agua a través, tanto de la capa de rodadura,
como del contacto de ésta con las bermas. Si esta
agua de infiltración no puede evacuarse adecuadamente por medio del sistema de drenaje interno de
la estructura, es efectivamente probable que las ca-·
pas del pavimento queden sujetas a saturación por
algún tiempo, siendo por lo tanto necesario considerar dicha situación en la etapa de diseño. En términos generales, y en base a investigaciones realizadas en áreas tropicales del Brasil puede sugerirse de
manera tentativa, que la inmersión de las muestras
de los suelos a ensayar según el método I, los cuales
se emplearán usualmente en la construcción de bases y sub-bases, es aconsejable en zonas en las que
la precipitación media anual sea superior a los 1500
milímetros.
h) Para cada una de las tres muestras se coloca un
papel de filtro sobre su placa de base, se voltean los moldes de modo que la que fue parte superior durante la compactación quede ahora hacia
abajo y se fijan a sus placas de base.
i)
Sobre la que ahora es la superficie superior de
cada muestra se colocan unas pesas de sobrecarga cuyo fin es tratar de representar el peso producido por las capas de pavimento que descansarán sobre el material ensayado una vez construída la estructura (Figura 3.6).
Cada pesa de 5 libras representa aproximadamente 3 pulgadas (7:5 cm) de material situado sobre el ensayado.
Para determinar el número de pesas por colocar,
se estima aproximadamente el espesor total por colocar y se divide por tres. Sin embargo, la sobrecarga total no deberá ser inferior a 10 libras.
V
Pesas de sobrecarga
Placa de base perforada
con un vástago ajustable
Papel de filtro
Si se decide la inmersión de las probetas, el
aparte 4.3.1.i, deberá modificarse en el sentido de
que antes de ponerse las sobrecargas, deberá colocarse un disco perforado con un vástago ajustable,
como se muestra en la Figura 3.6.
---.--:-:. . :-•
~
~-
:..i:. ;.::_,:r¡
a....
-~•el'
\
Al sumergir las muestras, se coloca sobre cada
molde un trípode con un dial, de modo que el vástago de éste haga contacto con el del disco perforado (Figura 3. 7) y se toma una lectura inicial.
FIG. 3.6 - Se colocan pesas de sobrecarga sobre la muestra.
Si el peso de sobrecarga estimado varía en más
de 10 libras con relación al que se debería usar según el espesor de diseño de pavimento finalmente
obtenido, deberá repetirse el ensayo usando una sobrecarga correcta.
4.3.2
A continuación se retira el trípode y vuelve a
colocarse al día siguiente cuando se toma una nueva lectura. Si la aguja del dial marca el mismo valor
del día anterior, se sacan las muestras de la alberca.
De lo contrario, se dejarán en ella el número de
días necesario para que la lectura se estabilice, lo
que ocurre en un lapso máximo de 4 días, aunque
en suelos granulares las 24 horas suelen ser suficientes. (Ver fig. 3.7, pág. sgte.)
Curado de las muestras
Antes de ser ensayadas, las muestras deberán
someterse a curado durante 24 horas en una cámara húmeda con el fin de permitir que se disipen los
posibles excesos de presiones de poros producidos
durante el proceso de compactación.
4.3.3
Ensayo de penetración
a) Si las muestras han sido sumergidas, se sacan de
la alberca al cabo del período de inmersión, se
La costumbre de sumergirlas en agua por 24 o
más horas, tratando de obtener su saturación debe
34
vierte el exceso de agua de la superficie y se dejan
escurrir por 15 minutos.
La velocidad de aplicación de carga se controla
con ayuda de un cronómetro.
e) Se descarga el gato, se retira el molde del soporte de carga, se le quitan las pesas y la placa de
base.
/
Se toma una pequeña muestra en vecindades
del orificio dejado por el pistón, con el fin de
hallar la humedad de penetración en el caso de que
la muestra haya sido sumergida.
f)
Dial medidor
de carga.
Pistón de
penetracion de 3 1>11z
FIG. 3. 7 - Inmersión de la muestra en agua y
colocación del trípode con el dial sobre ella.
Pesas de
sobrecarga
Si las muestr?S no han sido sumergidas, estepaso no se considera.
Mu estro
b) Se coloca uno de los moldes sobre el soporte de
carga de la máquina de ensayo y se ajusta de
manera que el pistón de ésta quede centrado con la
muestra. Se eleva el gato de la máquina de ensayo
hasta que el pistón esté aplicando una carga de 10
libras. Como esta carga es demasiado pequeña para
que pueda leerse en el dial, se estima dando una ligera rotación al émbolo con la mano, a medida que
se eleva el gato. I,.uego se coloca en cero el dial medidor de carga.
/
Soporte de
la máquina
de ensayo
FIG. 3.8 - Disposición de la muestra en el ensayo de penetración.
g) Se extrae la muestra del molde.
h) Se repiteñ los pasos b) a g) inclusive con las
otras 2 muestras preparadas según se indicó en
el aparte 4.3.1.
En este instante la muestra debe tener el mismo
número de pesas de sobrecarga que tenía durante el
período de curado (aparte 4.3.2).
4.3.4
Cálculos
a) La curva de compactación mencionada en el
aparte 4.3.1 b, y la selección de la humedad óptima de compactación se hacen siguiendo el mismo
procedimiento indicado en el capítulo I por lo que
no se considera necesario repetirlo, aunque en el
Formato 3.1, que es similar al 1.1, se muestran los
valores correspondientes para el ejemplo que ilustra
este capítulo y se dibuja, además, la curva de
compactación obtenida.
c) Se ajusta también en cero el dial medidor de
deformaciones, en el instante en que su vástago
hace contacto con el borde del molde.
d) Se da manivela al gato de modo que el pistón
penetre dentro del suelo a velocidad aproximada de 0.05 pulgadas/minuto, registrando las lecturas correspondientes en el dial de carga cuando la
penetración sea 0.005, 0.025, 0.050, 0.075, 0.lÓO,
0.150, 0.200, 0.250, 0.300, 0.400 y 0.500 pulgadas. Los valores obtenidos se anotan en un formato
como el 3.2.
b) Se determina la densidad seca de las muestras
compactadas co_n la humedad óptima y con 55,
26 y 12 golpes por capa (aparte 4.3.1. e). Los valores obtenidos se presentan en la parte derecha del
mismo Formato 3.1.
35
A manera de ejemplo, el cálculo correspondiente a la muestra compactada con 55 golpes por capa
es el siguiente:
Peso molde+
muestra compactada
= 9567 gr (aparte 4.3.lg) ·
Peso molde
= 4236 gr (aparte 4.3.l.d)
Peso muestra
compactada
= 5331 gr
Peso muestra
compactada
Volumen muestra
compactada
Es decir:
Constante del anillo
Esfuerzo = Lectura del dial x - - - - - - - 3
e) Se dibuja en papel milimetrado una curva es··
fuerzo-penetración para cada muestra con los
esfuerzos recién calculados y las penetraciones correspondientes.
f)
=
5331
454
Si la curva es uniforme, manteniendo siempre
su curvatura hacia abajo, se calculan los valorres de CBR con los esfuerzos que en ·la curva correspondan a las penetraciones de 0.1 y 0.2 pulgadas, aplicando la fórmula del numeral 1 de este capítulo.
= ll.74lbs
= 1/12.22 pies 3
Por ejemplo, la curva corresponq.iente al molde
compactado con 55 golpes por capa cumple el requisito de uniformidad y por consiguiente los valores de CBR para ella son:
Peso muestra
compactada
Densidad húmeda
Humedad de
compactación
Densidad seca
Volumen muestra
compactada
11.74
=
= 143.46 l~s/
1112 ·22
p1e 3
1310
CBRo.l
= 7.9º/o (aparte 4.3.l. e)
Densidad húmeda
CBRo. 2 =
1 + Humedad/-100
143.46
= 132.96
1 + 0.079
lbs/pie3
X
100 = 1310,6
1000
1750
1500
X
100=1170,ó
Tomándose el mayor de los dos (131 %) como
valor representativo de resistencia para esta muestra.
Las densidades secas de ias muestras compactadas con 26 y 12 golpes por capa se calculan de manera similar.
Si por el contrario; la curva esfuer.zo deformación presenta un punto .de inflexión (como la correspondiente. a la muestra compactada con 26 gol~
pes por capa), el cero en las abscisas deberá corregirse para compensar los posibles errores debidos a.
las irregularidades de la superficie de la muestra, los
cuales han alterado las lecturas del dial de carga.
Esto se logra trazando a la curva una tangente en su
punto ?e mayor pendiente, y prolongándola hasta
intersectar el eje de las abscisas. Este punto de corte se toma como nuevo cero y a partir de él se determinan las nuevas posiciones de los valores 0.1 y
0.2 pulgadas para los cuales deben hallarse los esfuerzos correspondientes, A manera de ejemplo, los
valores de CBR para la muestra compactada con 26
golpes por capa serán:
c) En el dibujo del Formato 3.1 se representan las
3 densidades secas obtenidas en función de la
humedad de cada muestra y empleando las convenciones indicadas en el mismo formato.
d) Se determinan los valores de esfuerzo correspondientes a las cargas aplicadas (aparte 4.3.
3. d). Para convertir las lecturas del dial de carga a
valores de esfuerzo, debe multiplicarse cada lectura
por la llamada constante del anillo de carga (valor
que debe ser conocido), con lo que se obtiene la
magnitud de la carga. Dividiendo dicho valor por el
área del pistón (3 pulgadas 2 ), se ol:ítiené el esfuerzo
aplicado.
36
980
1000
CBRo.l
CBRo.2 =
1400
1500
X
X
la muestra se colocan unas pesas de sobrecarga
siguiendo el mismo criterio mencionado para el método I (aparte 4.3.1. i).
100 = 980h
100 = 93ºh.
Si las probetas van a ser sometidas a curado con
inmersión, deberá colocarse el disco perforado con
vástago ajustable antes de poner las sobrecar9as.
Debiéndose tomar como ya se ha dicho, el mayor de los dos.
4.4.2
Para el caso. de la curva correspondiente a la
muestra compactada con 12 golpes por capa, el
CBRo.1 es 63ºh y el CBRo.2 es 61 %.
Se procede igual que en el método I (aparte 4.3
2), con todas las muestras compactadas según se ha
indicado en el aparte 4.4.1. b.
4.4.3
, g) Obtenidos los valores de CBR para las tres
muestras se dibuja en el mismo Formato 3.1
· una curva a la derecha de la de compactación, con
coordenadas "CBR corregic;lo vs densidad sec~",
.con ayuda de la cual se puede. o btenel' el valor de
CBR p~ra cualquier densidad seca.
Ensayo de penetración
Se realiza de manera igual a la mencionada en
el aparte 4.3.3 (método I). Se recuerda tan sólo
que en este caso deberán efectuarse cuando menos
9 ensayos de penetración (uno por cada muestra
compactada).
Por ejemplo, si el porcentaje de compactación
es 95º/o (equivalente a una densidad seca de 126.4
lbs/pie 3 ), el CBR correspondiente es 75º/o.
4.4.4
Cálculos
a) Se determinan las densidades secas y humedades de compactación para los tres juegos de
muestras, siguiendo el procedimiento suficientemente explicado en el Capítulo I. El Formato 3.3
indica los datos correspondientes al ejemplo de
ilustración de este método y en el Formato 3.4 se
present.an las curvas dibujadas con base en los resultados obtenidos.
4.4 El Método U
4.4.1
Curado de las muestras
l'reparación de las muestras
a) Se pulverizan cuando menos 75 K9 del material
a ensayar y se criban por el tamiz de 3/4", desechando Ja parte retenida en él y reemplazándola
por una cantidad igual de una muestra representativa del mi,smo material cuyo tamaño oscile entre
los ta.mices de 3/4" y el No. 4.
· b) Se dibujan en un gráficó aritmético las curvas
esfuerzo-penetración correspondientes . a las
muestras ensayadas y se determina el valor de C. B.
R. de cada una de ellas. Generalmente y por comodidad se dibujan por separado las curvas correspon•
dientes a 55,26 y 12 golpes por capa (ver Formato
3.5).
b) A ·diferenéia de lo indicado para el Método I,
en el cual debe hacerse sólo una curva de compactación (aparte 4.3.1. b), en este método deben
elaborarse tres: una· compactando el material con
55 golpes por capa, otra con 26 y otra con 12. Esto
implica que se requieren como mínimo 9 muestras
compactadas (3 por cada curva de compactación).
c) Obtenidos los valores correspondientes de CBR
de cada una de las muestras compactadas, se
coloca sobre el punto correspondiente a cada muestra en el Formato 3.4, el valÓr de resistencia respectivo.
c) Luego dé compactadas las muestras, se retira la
placa de base y el falso fondo de cada molde, se
coloca un papel filtro sobre la placa de base y se
.voltea el molde de manera que la que fue parte' superior durante la cornp<:lctación quede ahora contra
la placa de base y se fija el molde a ésta.
Hecho esto, se interpolan entre dichos valores y
a criterio del proyectista, curvas representativas de
CBR constante. Para el case;> que ilustra la figura, se
han dibujado curv~ de CBR = 5, 1O, 15, 20 y 250/o.
d) S,ebre la que ahora es la superficie superior de
d) .Se selecciona el CBR de disefio para las condi37
ciones de densidad y humedad que se esperan
obtener en la obra.
TABLA 3.2
RELACIONES HUMEDAD/LIMITE PLASTICO
RECOMENDADAS PARA LA SELECCION
DEL C.B.R. DE DISEÑO DE SUBRASANTES
En este caso, la densidad es generalmente la fijada por las especificaciones ('fabla 2.3), mientras
que la elección de la humedad requiere algo de criterio por parte del proyectista. Como guía, puede
señalarse que se ha observado que para una zona
climática dada, la relación entre la humedad natural y el límite plástico tiende a ser constante para
los diversos suelos existentes sobre un nivel freático
dado (Humedad/Límite plástico= constante).
Humedad/LP
<800
800 - 1500
> 1500
0.4- 0.6
0.7 - 1.2
0.9 - 1.5
Escogida la humedad de diseño y conocido el
·nivel de densidad por alcanzar, .se halla el CBR del
suelo para diseño en el gráfico correspondiente.
Por lo tanto, la investigación de las condiciones
de humedad existentes bajo pavimentos construidos cuando menos tres años antes en la misma región, puede ayudar en la determinación de la humedad de diseño, en especial si los suelos son similares. En zonas en las que no haya pavimentos
construidos, la humedad de la subrasante puede inferirse a partir de medidas de ella por debajo de la
zona afectada por los cambios estacionales de humedad (aproximadamente 1 metro por debajo de la
superficie) y utilizando la ya mencionada relación
entre la humedad y el límite plástico.
A manera de ejemplo, para los resultados que
se presentan en el Formato 3.4, supóngase que las
normas exigen una compactación mínima igual al
95º/o de la máxima de laboratorio, lo que equivale
a una densidad de 126.5 x 0.95 = 120.2 lb/pie 3 , y
que las investigaciones en la región han indicado
que la subrasante de un pavimento cercano al proyecto en estudio, consistente en una arcilla plástica, tiene una humedad natural de· 33ºh y un límite
plástico de 27º/o, por lo que la relación entre ellas
es 1.22.
Cabe advertir que en suelos con apreciable contenido de material retenido en el tamiz No. 40, la
relación a emplear para la determinación de la humedad debe ser
Por lo tanto, para la arena arcillosa de este proyecto, que tiene un 43ºh de su peso retenido en el
tamiz No. 40, la humedad para diseño, según los
datos del Formato 3.4, será:
Humedad
(X. LP)
Precipitación anual
en la región (m.m)
f
Humedad = 1.22 (X LP + Y.S)
= 1.22 (0.57 X 17 + 0.43
+ (Y . S)
X
1) = 12.30,Q
Para esta humedad y la densidad atrás indicada,
se encuentra que el CBR es aproximadamente 12%
Donde:
X
= Fracción de material que pasa el tamiz No.
40 y cuyo límite plástico es L.P.
y
Fracción de material retenida en el tamiz
No. 40 y cuyo valor S representa la humedad de este material cuando se encuentra saturado con la superficie seca (absorción).
Este método de ensayo, básicamente igual en
su desarrollo al método II cuando deben sumergirse las probetas durante el curado, es aplicable a
suelos de características expansivas.
Un estudio llevado a cabo en el Brasil sobre
suelos de subrasante bajo una gran cantidad de pavimentos, permitió obtener los valores de la relación entre la humedad y ~l límite plástico que se
indican en la Tabla 3.2, los cuales pueden servir como guía para la selección de la humedad de diseño.
El que un suelo sea potencialmente expansivo o
no depende de sus características propias y si bien
los suelos MH, OH, CH y algunos CL pueden considerarse en términos generales dentro de dicha categoría, es conveniente establecer alguna definición
más concreta sobre la clase de suelos que presentan
4.5 El Método III
38
esta posibilidad y por lo tanto deben ensayarse según el Método III, cuando se requiera conocer su
resistencia. Las Tablas 3.3 y 3.4, tomadas de algu-
nos libros que tratan el tema, permiten identificar
cuándo un suelo es potencialmente expansivo en
función de algunos parámetros elementales:
TABLA 3.3
CLASIFICACION DE SUELOS EXPANSIVOS SEGUN HOLTZ Y GIBBS
Potencial de
expansión
Expansión en
consolidómetro
bajo presión de
0.07 Kg/cm 2 (°lo)
Límite de
contracción °/0
Indice
plástico °lo
Muy alto
Alto
Medio
Bajo
30 +
20- 30
10- 20
10-
106- 12
8- 18
13 +
32 +
23- 45
12- 34
20-
TABLA 3.4
0.75
0.7 - 1.25
1.25 +
1
menores de
1 micra
37 +.
18 - 37
12- 27
17-
Expansión
libre °lo
100 +
100 +
50- 100
50-
la inmersión, se coloca el trípode con dial sobre el
borde de cada molde, siempre en la misma posición, registrando la lectura en el dial, cuando el vástago de éste se encuentre en contacto con el del
disco perforado.
CLASIFICACION.DE LOS SUELOS DE ACUERDO
A SU TENDENCIA A LA EXPANSION
SEGUN SKEMPTON
Actividad
°lo Partículas
·
Categoría
Inactivo
Normal
Activo
b) Al término del lapso de saturación, se sacan los
moldes de la alberca, se vierte el exceso de agua
de su interior y se permite el libre escurrimiento de
las muestras durante 15 minutos.
4. 5.1 Preparación de las muestras para ensayo
c) Se quitan las pesas de sobrecarga, el disco perforado y el papel filtro, quedando la muestra
lista para el ensayo.
a), b), c). Estos pasos se efectúan de manera similar a la indicada en el aparte 4.4.1 (Preparación
de muestras Método 11). Quizás valga la pena agregar tan sólo que e:h el caso de los suelos sensitivos
mencionados en el numeral 5 del Capítulo I, la
compactación debe efectuarse sin el secado previo
del material.
4.5.3
a) Se coloca la pesa anular de sobrecarga sobre la
muestra, se lleva ésta al soporte de carga del
gato y se ubica de manera que el pistón de carga
quede perfectamente centrado en ella. Se eleva el
gato hasta que el pistón esté ejerciendo una carga
de 10 libras y se pone en cero el dial medidor de
carga. A continuación se colocan las pesas de sobrecarga restantes.
d) Sobre la que ahora es la superficie superior de
cada muestra, se coloca un disco perforado con
vástago ajustable y sobre el se pone el número requerido de pesas de sobrecarga.
4.5.2
Ensayo de penetración
Curado de las muestras
b) Se procede luego como se indica en los pasos c),
d), e), f), y g) del aparte 4.3.3.
a) Se sumergen las muestras en agua dentro de
una alberca (sobre una parrilla de madera o metálica para permitir la entrada de agua por los agujeros de la placa de base) y se les deja empapar hasta el instante en que se cese su expansión, lo que
ocurre generalmente en un término de 4 días.
c) Se repite el procedimiento con todas las demás
muestras preparadas.
4.5.4
Cálculos
a) Se determinan las densidades secas y humedades de las diversas muestras de modo idéntico
Una vez al día comenzando desde el instante de
39
al indicado para los Métodos I y II (ver Formato
3.6) y se dibujan las respectivas curvas de compactación (ver Formato 3.7).
La humedad puede escogerse aplicando el criterio señalado en el aparte 4.4.4 d) y una vez escogida y teniendo en cuenta la limitante de la expansión máxima admisible se determina en el Formato
3.7 la densidad i:nás aconsejable para el suelo en el
campo y el valor de CBR correspondiente.
b) Se calculan los esfuerzos córrespondientes a las
lecturas del dial del anillo de carga y se dibujan
las curvas esfuerzo-penetración (f'ormato 3.8).
Como ejemplo, para los valores de dicho formato, supóngase que la relación humedad/límite plástico representativa para las subrasantes de la región
del proyecto en estudio oscila entre 0.9 y 1.5 según
la Tabla 3.2.
c) Se calcula el C.B.R. para cada muestra ensayada y los valores obtenidos se colocan junto a
los puntos representativos de cada muestra en las
curvas de compactación del gráfico del Formato
3.7.
Con base en esta relación y' conociendo las humedades naturales del suelo, se selecciona un valor
aceptable que garantice una expansión inferior al
2ºh para las densidades que razonablemente se
puedan alcanzar durante la compactación o para
una densidad igual o muy cercana a la del terreno si
se trata de un suelo sensitivo que pueda sufrir pérdidas de resistencia por la acción perturbadora dé
los equipos de construcción.
d) De modo similar al indicado en el aparte 4.4.4
c) se dibujan en el gráfico varias curvas de CBR
constante.
Para el ejemplo del Formato 3.7 se han incluido las curvas de 1, 2, 3, 4, 5 y 6º/o.
e) Se calcula la expansión ·sufrida por cada muestra a causa de la inmersión en la alberca, mediante la expresión:
E . (Ofo) =
Lf- L·1
H¡
Si se escoge, por ejemplo, una humedad de
20.8% y una densidad de 104 lb/pie 3 , se obtiene
una expansión del orden de l 1h ºh para un GBR
de 2º.ó. Nótese que en este caso el criterio de expansión prima sobre el de compactación.
x 100
E (Ofo )= expansión en porcentaje
5. ENSAYO C.B.R. SOBRE MUESTRAS INALTERADAS
lectura final en el dial del trípode
Lf
=
Li
H¡
= lectura incial en el dial del trípode
Cuando se desee realizar el ensayo sobre una
muestra con la densidad y la humedad exactas que
el suelo tiene en el terreno, conviene efectuar el ensayo sobre una muestra inalterada, como se indica
a continuación:
= altura inicial de la muestra
Para la muestra compactada en el molde No.
14; por ejemplo, la expansión, para los datos que se
muestran en el Formato 3.6, será:
Expansión =
5.1 Equipo necesario para: la prueba
Molde CBR con su collar de extensión y un anillo toma muestras con borde cortante (Figura
O. 927 - 0.466
x 100 = 9 .2%
5
3.9).
f)
Obtenidos los valores de expansión para las
muestras ensayadas, se colocan dichos valores
sobre los puntos representativos de cada muestra
en el Formato 3.7 y se dibujan curvas de igual expansión mediante una metodología idéntica a la seguida para el trazo de las curvas equi CBR.
Barra metálica o de madera para aplicar carga.
Balanzas, horno, cronómetro, parafina, pesas
de sobre-carga, pala, etc.
Máquina para aplicar carga en el ensayo C.B.R.
g) Se elige el CBR de diseño para unas condiciones de humedad y densidad tales que la expansión no supere un límite máximo aceptable que generalmente se ha establecido en 2%.
Este tipo de ensayo, aplicable básicamente a
suelos finos y blandos se efectúa así:
5.2 Preparación de la muestra
a) Se alisa la superficie del terreno en el lugar do!!-
40
sario y con gran cuidado se va recortando con un
cuchillo el suelo vecino al C!-nillo, cortando hacia
abajo y hacia afuera para no afectar la muestra (Figura 3.11).
de se desea tomar la muestra y se aprieta el
molde con el anillo de borde cortante contra el suelo ejerciendo una presión moderada.
b) Se excava una zanja alrededor del cilindro (Figura 3.10).
d) Se va profundizando la zanja alrededor del cilindro hasta que la muestra haya penetrado totalmente dentro del molde CBR, abarcando inclusive parte del collar de extensión (Figura 3.12).
c) Se presiona firmemente el molde contra el suelo, empleando una barra de carga si fuese nece-
Collar de
extensión
..::;.__
Anillo tomomuestr~
con oorde
Molde de C.B.R.
cortante
FIG. 3.? - Mold.e C. B. R. para toma de muestras inalteradas de suelo.
FIG. 3.11 - Se profundiza la excavación alrededor del molde y se continúa presionando éste
dentro del suelo.
FIG. 3.10 - Se aprieta el molde contra el suelo y
se excava a su alrededor.
FIG. 3.12 - Se continúa el proceso hasta que
el suelo ocupe el molde y el collar de exten-
sión.
e) Con una pala o una sierra de alambre se corta la
muestra por la parte baja del molde (Figura
3.13) y se saca de la excavación.
h) Se vierte parafina líquida sobre la superficie de
las caras expuestas de la muestra con el fin de
evitar pérdidas de humedad por evaporación (Figura 3.14).
f) Se quita el collar de extensión y se enrasa la
muestra.
La muestra queda lista para llevar al laboratorio.
5.3 Ensayo de penetración en laboratorio
g) Se gira el molde, se quita el anillo toma muestras y se enrasa también por la parte inferior.
a) Se quitan las cubiertas de parafina y se pesa el
molde con la muestra.
41
b) Sobre una de las superficies de la muestra secoloca un papel filtro y se monta la placa de base
perforada.
indicada en el numeral 4.3.3.
e) Se toma una muestra del suelo en cercanías del
orificio dejado por el pistón, se pesa, se lleva al
horno a l lOºC por 18 horas y se pesa nuevamente
con el fin de hallar su humedad.
c) Se invierte el molde, se le ajusta el collar de extensión y se le colocan luego las pesas de sobrecarga necesarias, de acuerdo al peso de la cubierta
de suelo que había sobre la muestra en el terreno.
5.4 Cálculos
a) Se calcula la densidad seca de la muestra ensayada, dividiendo su peso seco por el volúmen
del molde C.B.R.
d) Se lleva el molde a la máquina de carga y se
procede a la penetración de la misma manera
FIG. 3.13 - Se corta la muestra por la parte inferior del molde.
FIG. 3.15 - Ejecución del C. B. R. de campo.
FIG. 3.14 - Se vierte parafina sobre las superficies expuestas de la muestra.
esfuerzos y se dibuja un gráfico esfuerzo penetración, con ayuda del cual se determinan los valores de CBR para penetraciones de 0.1 y 0.2 pulgadas. El mayor valor de los dos se toma como CBR
de la muestra ensayada.
Para hallar el peso seco deberá restarse el peso
del molde del peso de éste más la muestra húmeda
(aparte 5.3. a), dividiendo la diferencia por (1 +humedad del suelo), valor este que se determina como
se indicó en el aparte 5.3. e).
6. ENSAYO CBR DE CAMPO
En muchas ocasiones es deseable verificar los
b) Se convierten las lecturas del dial de carga en
42
valores de CBR obtenidos en el laboratorio con los
que se están alcanzando durante la construcción lo
que puede hacerse con una prueba de campo.
rio y en el campo, presentándose esta situación con
mayor frecuencia en el ensayo de suelos granulares
debido a la importancia que en el resultado del ensayo de laboratorio ejerce el efecto confinante del
molde, mientras que en suelos finos el efecto puede
ser despreciable.
6.1 Equipo necesario
Vehículo de carga, gato hidráulico, pistón de 3
pg2 de área, platina, dial medidor de deformaciones, cronómetro, pesas de sobrecarga, etc.
Debe tenerse en mente sin embargo, que los valores sólo serán comparables si las condiciones de
humedad y densidad del suelo son semejantes en el
campo y en el laboratorio.
6.2 Procedimiento de ensayo
a) Se elige para el ensayo un lugar en el que no haya partículas de tamaño mayor a 3/4", alisándose y nivelándose una zona circular de unos 30
centímetros de diámetro sobre el terreno.
7. OBSERVACIONES
C.B.R.
SOBRE
EL ENSAYO
En el desarrollo de los Métodos I y II se ha indicado que no siempre es necesario sumergir las
probetas en agua antes de someterlas a penetración.
b) Se colocan las pesas de sobrecarga y se coloca
el dispositivo para realizar el ensayo (Figura 3.
15). El peso de los aparatos hará que el pistón quede asentado firmemente sobre el suelo.
Si bien es cierto que una causa muy común de
las fallas de los pavimentos construídos en el trópico es la infiltración de agua superficial en sus capas
inferiores, también es cierto que en buena parte de
los casos el problema puede evitarse _empleando
materiales y procedimientos constructivos de buena calidad, así como proporcionando adecuados
sistemas de drenaje superficial y subterráneo a la
estructura.
c) Se aplica carga a la velocidad indicada en el
aparte 4.3.3. d. anotándose las lecturas del dial
de carga para las penetraciones citadas allí -mismo.
d) Se descarga el gato y se retiran los elementos
utilizados.
e) Se efectúa un ensayo de densidad en el terreno,
con el fin de determinar la densidad y humedad
para las cuales es representativo el ensayo.
El Manual de Diseño de Pavimentos Flexibles
del MOPT hace algunos comentarios sobre el particular y brinda dos posibilidades de construcción
para contrarrestar los efectos del agua de acuerdo a
si el material de base es de gradación abierta o cerrada (Figura 3.16). En el primer caso, la base debe
extenderse a través de las bermas hasta las cunetas
para que el agua drene de manera libre. En este tipo de construcción, la sub-base puede encontrarse
expuesta a grandes cantidades de agua y por lo tanto debe tener una buena resistencia aunque se encuentre saturada.
6.3 Cálculos
a) Se determinan los esfuerzos correspondientes a
las lecturas del dial de carga, multiplicando éstas por la constante del anillo de carga.
b) Se dibuja la curva esfuerzo-penetración y se
calculan los valores de CBR corregidos para O.1
y 0.2 pulgadas de penetración, adoptándose el mayor como representativo.
En el caso de que la base tenga gradación cerrada o sea construida con un suelo estabilizado, la
sub-base probablemente no se saturará y el diseño
podrá basarse en la hipótesis de que el agua superficial no se infiltrai:á en _ella y por lo tanto no reducirá su resistencia; sin embargo, la base sí se humedecerá y deberá ser capaz de mantener la suya en
tales condiciones.
c) Se calculan la humedad y la densidad del suelo
con base en los datos obtenidos en el aparte 6.
2. e.
6.4 Análisis del resultado
En ocasiones no existe una correlación precisa
entre los valores de CBR obtenidos en el laborato43
t
BASE
t
PERMEABLE
BASE
1
1
asfáltica
IMPERMEABLE
Construír lo base
ples) más ancho.
30-50 cm. ( t-t,5
I
El aguo penetro la base y
dreno hacia la berma
osfoltico
El ao'ua
~&1miWim. neta o
H
corre hacia lo cudisperaa fácilmente
Sub- base
Sub-base
Impermeable
FIG. 3.16 - Sistemas de construcción para el buen drenaje interno del pavimento.
(1)
~
topografía como de suelos, materiales y procedimientos de construcción, hace que tan sólo el buen
juicio del Ingeniero sea la gran herramienta de selección en cada caso particular.
100
<I
;:)
~
o
so
(1)
llJ
e:
~
<I
Sin embargo, a manera de guía, pueden tenerse
en cuenta las indicaciones de la Tabla 3.5 para la
escogencia del procedimiento más adecuado de ensayo.
60
::i:
t
(1)
llJ
11::
o
1
40
1
..J
<I
w
>
laJ
1
20
o
8. SELECCION DEL VALOR DE C.B.R. DE DISEÑO
1
'(/!.
t
o
6
7
a
9
C BR,
10
11
Es evidente que una sola prueba de C.B.R. sobre un material de subrasante que aparece en la vía
por centenares o miles de metros o sobre un material de una fuente de miles de metros cúbicos de
volumen no proporciona la confianza suficiente
con respecto a la resistencia real del su~lo. Es por
esto aconsejable realizar varias pruebas sobre muestras del mismo material elegidas al azar (mínimo 6)
cuyos resultados es de esperar que no sean idénticos por la gran cantidad de variables, tanto por la
heterogeneidad del material como por la ejecución
del ensayo mismo.
12
ºfo
FIG. 3.1 7 - Selección del C. B. R. de diseño
Se concluye, por lo tanto, que la práctica corriente de sumergir las muestras para hallar su CBR,
puede conducir a valores muy bajos de la resistencia de los suelos en buena parte de las situaciones
reales. En la mayoría de los casos, la subrasante no
llega a saturarse y la sub-base sólo alcanzará tal
punto cuando sea cubierta por bases permeables no
protegidas o en circunstancias en que la calidad de
la construcción sea muy deficiente. De esto puede
deducirse que pocos ensayos en la Ingeniería de Pavimentos como el CBR, requieran tanto del criterio
del proyectista para lá selección del procedimiento
más adecuado de ensayo. Si bien en el presente capítulo se ha intentado fijar algun~ pautas para su
ejecución, la gran cantidad de situaciones que se
pueden presentar tanto en los aspectos de clima y_
Una vez determinada la resistencia de cada una
de las muestras elegidas, se encuentra el CBR de diseño, el cual según el criterio del Instituto del Asfalto se define como aquel valor que es igualado o
superado por un determinado porcentaje de los valores de las pruebas efectuadas.
Este CBR de diseño se determina así:
44
a) Se ordenan los valores de CBR obtenidos de
menor a mayor.
o iguales que él.
b) Para cada valor numérico diferente de CBR, comenzando desde el menor, se calcula el número
y el porcentaje de valores de CBR que son mayores
c) Se dibujan los resultados en un gráfico "CBR vs
% de valores mayores o iguales" y se unen con
una curva los valores dibujados en él.
TABLA3.5
RECOMENDACIONES GENERALES SOBRE EL PROCEDIMIENTO DE ENSAYO
PARA EL C. B. R. DE LABORATORIO
Método 1
Situaciones Consideradas
Sin sumergir
Materiales para base
Drenaje superficial y
subterráneo adecuados,
Bermas impermeabilizadas.
Precipitación promedio
anual no mayor a 1500 mm
Método 11
Sumergido
Sin sumergir
Método III
Sumergido
Sumergido
X
Como en el caso anterior
pero con precipitación
anual superior a 1500 mm.
X
Bermas y taludes del
pavimento sin
impermeabilizar tanto si el
material de base es de alta
. como de baja permeabilidad
X
Materiales para Sub-Base
Drenaje superficial y
subterráneo adecuados,
Bermas impermeabilizadas
y fracción fina de la sub base
no plástica
Precipitación anual menor
a 1500mm.
X
Precipitación anual mayor
a 1500 mm.
X
La base es de textura abierta
y la impermeabilización de
las bermas es inadecuada:
Si la sub base no tiene finos
plásticos
X
Si Ja subbase tiene finos
plásticos
X
La base es de textura
cerrada o impermeabi!izada cop aditivos:
Si la sub-base no tiene
fmos plásticos
X
Si la sub-base tiene
finos plásticos
Suelos de Subbrasante
Granulares
Finos no expansivos
Expansivos
X
X
X
X
NOTA: _Debe garantizarse que el nivel freático .J?ermanezca como mínimo 60 centímetros bajo la
superficie subrasante;instalando los dispositivos necesarios de drenaje superficial y ~ubterráneo.
45
d) El CBR de diseño es el correspondiente a un valor en las ordenadas de 60, 75 u 87.5º/0 , según
si el tránsito de la vía objeto del estudio se espera
que sea liviano, medio o pesado, respectivamente.
TABLA 3.6
CALCULO DEL C.B.R. DE DISEÑO
DE UN SUELO
Por ejemplo, si en un tramo de carretera de
tránsito pesado se han obtenido sobre un suelo típico de subrasante valores de CBR de 7, 9, 11, 6, 8,
8, 1O y 11, el valor de diseño se determina así:
Valores de
CBR obtenidos
(ordenados de
menor a mayor)
Número de
valores de CBR
iguales o
o mayores
Porcentaje de
valores de CBR
CBR iguales o
6
7
8
8
8
7
6
(8/8) X 100 - 100
(7/8) X 100 · 88
(6/8) X 100 - 75
9
4
3
2
(4/8) X 100 = 50
(3/8) X 100 = 38
(2/8) X 100 = 25
a) Se elabora una tabla como la 3.6 y en ella seordenan los valores y se efectúan los cálculos de
acuerdo a las instrucciones recién indicadas.
b) Se dibuja el gráfico "CBR vs º/o de valores mayores o iguales" (Figura 3.17) y para un 87.5%
en las ordenadas, se halla que el CBR de diseño es
7º/o.
ENSAYO
GUATEQUE - GARAGOA
Proyecto
Descripción
del
Molde
por c~p-~-----
J
)(. 76 .. 000
DE
METODO I
LABORATORIO
de río
ENSAYO
Numero de gol~tis
11
11
C B.R. DE
Abscisa
Gravo arenoso
material
10
compoctodo
Peso molde
Profundidad
Fecho
Loborotorista _ _ __
COMPACTACION
MUESTRAS
-
"
9 !5 25
95 72
9570
9587
9452
4236
4236
4236
4Z36
4250
11.42
11.08
42 36
4236
5153
!5289
Peso
compactado
lb
11 35
11.65
pie3
1/12.22
l/IZ 22-
11. 75
5030
11 74
11 75
¡-------~-
lb/oi.'
138 70
1/12.22
---------!------<
1/12. 22
1 /12 22
143. 59
142 36
1/12. 22
~---
.&-
Peso
+ suelo
cápsula
suelo
h Úmedo
gr
157 1
seco
gr
150.6
------i
!.~~~-:.:~~~~-1~------ Humedad
gr
%
4!5.0
~-=~-
- - - - - --·
9.2
167 2
~~~
-
1'85
----40 o
--
1372
-~-
41
-
73
-
o
-
__ !
-
125.25
185
o
159. 8
161 1
151.0
155
., o
41.0
79
• o
92
..
••
1630
--53 o
---
-
...
12.9. 2.1
•
196.1
- - -
e.o
. ----- --+-----!
COMPACTACION
173 1
81
----
DE
135.40
139.55
-~_J
LA HUMEDAD
DÉ
1/12.22
------+----·--!
7. 9
'f . j,,_J
DETERMINACION
Peso cápsula
143 46
143 59
0
Humedad
/o
6. Z
7.3
8.1
!-------------_...,,¡ f-------1------+-----132.80
lb/pie
130 60
l 3Z 67
Densidad
seco
Cápsula No.
9280
5331
1--------
h~medo
7
93 89
gr
Densidad
12
gr
gr
compactado
.
26
f---------~·-
compactado
Volumen muestro
e.e. R.
PARA
55
_
Peso muestro
muestro
_ _ _m
Muestro No
No.
Peso molde + muestro
~ayo..,es
.
"'º
'
-------·--
- -
-~~~-------------
l-t--+--t--+--+-+-+-+-+--+--+--+---t---+--+-1 L L
"!.
.$
.
~
1---t--+--t--+--+-+-+-+--+--+--+-o>"F-
131
..+----1-4 ---< Densidad
_..,..._-+--+---~-+--+---< Humedad
129
________ __L_--'--t--+.,..._ __
~
z
TI
-+--.-.---+---+--+-+-+-+
IZ7
0
·-
a
---'-----'- .--+~~~~-~=i~~ __-~~~A-
12S
10
HúMEDAD (o/o)
60
70
80
90
C 9 R
FORMATO - 3 1
46
100
máximo
Óptimo
~
---1!JL_
lb/pie 3
0/
0
J +--+~--t-l=c=oN=VE=N=C=IO=N=E=s=,=======1
~
"'o
~N~P_ _
1P
AASHTO
use~
o
!?
_ __ll!!o_ _
f--t--+--t--+--+-+-+-+-+-·-+--+-·+---t---+.....-1 Closificoci Ón
110
CORREGIDO
120
130
55 golpe•/copo
26 golpes/copo
12
o
oolpes/ c o p a - - - - -
RELACIONES
GARA~OA
GUATEQUE -
Proyecto
Descripción
del material
Abscisa
EL
ENSAYO
Muestro N2
C.B.R
4 11 8
m.
Profundidad
C.B.R.
2. 50
...
v""
~
EN
orengsa de río __ ~----- Método de ensayo _ _I_ _ Factor del anillo poro
Gravo
..,.
ESFUERZO - DEFORMACION
,/'
~ 1500f---+--+/~f--+-/~-+,·~,,.f"-'-t-f---+--J
N
I
~
,,
----1---~7
!OOOf---lf--+-d-f--+---*'=!-+--+--l'---j
~
/~
llJ
.. / · · -
/ ,,, /
500>-t-+-...+-T--+--+-r--+--+-r-~
¡y
O f
O.I
0.2
PENETRACION ípg.)
0.1
0.4
01
05
0.2
03
PENETRACION (pg.)
M
PENETRACIO N ( Pt 1
Molde N!?
N!?Golpes/copc
Oías inmersión
1
..a~l:~;);.~t-,2+cL•-:7::..a~lbE~,:7n··2---h-L~,,:=:~;o~,:'-¡•,r-1a'2
Penet. (pi;¡) t,-L-o:¡~.~u!SO
125
10
zs
100
200
352
880
100
2:50
375
450
112:5
...
0.005
o
02:5
o
050
o
100
o
150
o
o
1560
2.50
!000
850
2000
...
300
o. 400
o
760
1~¡~2
i...•curo
dial
zo
...
300
750
52.0
1300
368
576
1440
400
15'40
416
810
r---+--f----+---+---t-~
1040
!650
"ºº
~.100~-"-"°--+-·-6_0~----l
500
CBR CORR.O.I~
e
131.0
~--·----+-----+------;
CBR CORR.0.2."
FORMATO~
116.T
3.2.
ENSAYO
C.B.R. DE
_§_UASCA - GACHETA~------
·Proyecto
~---+---~-~--~,/
~---~----~---~
DescrlpeiÓn del material
Areno
arcillosa
LABORATORIO
K. 5"" 500
Abscisa
----~----
Número de oolpes por copa
Muestro No.
habana
L L
ENSAYO
~~--
METODOS lI y ll.I
...---------55
DE
__
2_3__
_2Q__
f .P _1_3_
Profundidad
0.10 - 0.50
m,
CloslflcaclÓn USC _SC
_ __
COMPACTACION
---~---
s5
55
26
Molde No.
Peso molde .. muestra
11401
102.65
compoctoda
9060
102.67
'1456
422.0
52.45
6560
4840
5022.
%
Densidad seco
7.9
3
lb/pie
!25 6
12.4 1
HUMEDAD
DE
4785
! 1.06
t/12..2.2.
1/12..2.2.
1/12.2.2
130.2.6
135-15
131.2.4
81
11 6
147
'9
IU
15.9
119 S
12.1 1
114.4
112..0
tl6 1
!111
2.2.9.3
231. 3
t0.74
f------·+-·-
117.5
9010
1066
r----rHumedad
9695
1/12..2:2.
1/12..2.2.
131.73
!/12..22
12.6.80
COMPACTACION
57
Peso
cápsula +.suelo húmedo
196 '
Peso
cápsula+ suelo
185.
º'
~P_e_•_o_cá~o_•u_lo_________~-~
º/o
iiumedad
o
•• o
79
2.30. 9
213 4
50.0
230.3
188 6
2.06.5
! 73 3
·-f-------1
10 1
PRUEBA
470
DE
EXPANSION
~----------~
-~
Lectura
en el dial
2° día en el dial
Lectura
3º
día en el d1ot
pg
Lectura
4
°
dio en el dial
PO
Lectura
mictal
pQ.
Expansión total
pg
EJ;pons!Ón total= fa total (pg)/5K100
°/o
~---"----~-~
OBSERVACIONES
FORMATO~
41
14.7
13 5
3 3
47
22.0. I
2.06.6
2.16 o
200.0
'96.8
--l----1 ----·-o
52. o
r--•-1_0_+---~-~--- ---~
12. 9
15 9
C.B.R. DE
ENSAYO
METODOS 11 y Ill
LABORATORIO
GUASCA - GACH-ETA
Proyecto
Descripción del material
Closifi coción
Areno
orci llosa
se
u se
AASHTO
GRAFICO
--~
habano
A-2-6
--
----~--
--
--·
----1--
---
--
-
..__.
-·
-
---
K.5t500
Profund idod
0.1 O - O. 5 O
-
-
DE
RESISTENCIA
-
-------------
•
'
55
26
12
golpes /capa
golpes/capa
golpes/capa
O - - Curvos
---"··---f---
---- - - - - - -
CONVENCIONES
•
--
~--
m.
22
Muestro N Q.
DETERMINACION
PARA
Abscisa
igual expansión
O-- Curvos igual C B. R.
CD Valor de C.B.R. escogido
130
--
-
--
--
-
---
---~
--
---
·-
128
"'¡:;_
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126
124
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118
I
7
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I
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110
7
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12
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I
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I
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1
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I
f
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~ 7f
116
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-;(
~
14
15
16
'
~---
~-·--
1
~-
1
1
--~
·".
17
HUMEDAD (°lo)
- - - - ----·-·-···---------------,
L. L --2.Q__
Humedad
xLP •y S
L P
l. 22
17
1P
Gs
13
º/0
ret. tamiz 40
-----·--------- - -
OBSERVACIONES
F0~"1ATO
Absorción ret. tamiz
2.65 Humedad elegida 12. 3 ºlo Densidad seca elegida
Humedad de saturación poro la densidad elegida
~------
4 3
3.4
48
14.2º/o C B.R
escogido
1 20 · 2
40
1 °/o
lb/pie
3
_1_2~%~-----
RELACIONES
ESFUERZO - DEFORMACION
GUASCA - GACH"'EocT'-CA_ _ _ _ _ __
Proyecto
Descripción
del material
Areno arcillosa
EN
K 5,. 500
Abscisa
EL
ENSAYO
Moostro N11
C.B.R.
_2_3__
Profundidad 0.10 - 0.50 m.
M~todo de ensayo _I_I_ _ Factor del anillo poro
habana
z_ 42
C.B.R
ºººt--+--+-1---+-·-+-·-+-+--+c~~·~"'I
--
•ool--+--l---+---+----+-l----l----1--~"'+:o-'':;'--l
N' 2$
,
/
1/
/
/
,'I/
/
I~ -~
..
Molde No_
~::º~=
0.1
0.2
0.4
0.2
0-5
PEJllETRAC10ll
IZ
os
0.4
f•eJ
,.
'
>------+----+----•e:
L•ctuq
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41al
..
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0.025
o. 050
'º'
075
200
666
317
105
,..
170
C BR CORR.0.1"
18.6
....o
200
484
110
ZZ4
!54Z
141
..
90
..
!O.O
Z6.6
44.4
.. ...
29
182
...
...
1
...
104
390
'º
1
1 767
348
15
,.
232
O. 400 ~,
º-~º:
..
41
300
o. 300
•7
41
...
0. J !10
o.
..
0.2
0.3
PENETRACION fi>-.1
28
Ponet_ {pg)
o.
/I/
N'll 29
_l-- -
13.3
4
zo
16
108
•04
"
...
o
208
25
......
..
FORMATO- 3.5
ENSAYO
TUNJA
Proyecto
C.B.R. DE
PAIPA
Abscisa
..
No.
o<
compactado
••
~:
1-Pe~s=o~mue~=''~~~'~º=º~m~po~c=to~d=o_____
~~
Peso muestro compactado
lb
3
muestra compactada
p1e
______
__,
Densidad
ENSAYO
húmedo
lb/t>te3
~----
Profundidad
0.30 -1,00 m.
l.P _l_B_ CtoslficociÓn USC
_C_L_ _
12
8802
9262
9122
9451
8970
4229
4247
4290
4805
4244
4573
4832
10 07
I0.64
12
IZ
10
16
8676
6839
4179
4215
4 273
4402
10 41
!/12
29 _. . , _1/12.02:
1/12.26
,_
__
_ _ _ _ .j...
_ _ __,
12:3 76
130.45
>----~---~----<
!b/pie' _'_1_10_00
_ _ _1_1•_10_ _ _ _ ___;
HUMEDAD
O'E
.
!/ 11 99
1/!2 19
12:2:.66
,.
'º' 36
10.29
1/12:.2:0
107
,.
104 68
:
.
112 46
12690
9.70
9.13
!/12."~2
1/12 31
!21.00
t/ lZ.14
'17.37
18.
102 02
COMPACTACION
N!?
Peso
cápsula +. suelo húmedo
Peso
cápsula ... suelo seco
Peso
cÓpsula
º'·
225 1
214. 2
224.I
208.4
! 92.3
197.1
223.6
o
40.0
'41.0
53.0
45
%
Humedad
inicial
Lectura
2° ,dio en el dlal
Lectura
3º -dio en el dial
Lectura
4 ° -,¡ día en el dial
11.6
...
en el dial
Lectura
...
486
o.
0.280
0.345
o
927
PIJ
o
461
Expansión total::: Ex total (PQ)/5x100
o/0
OBSERVACIONES
~
El
100º/0
del
230
700
PO-
DE
pas_".I__
201 .3
196.4
176.2
'ªº
41.0
o. 270
0.112
50.0
0.007
O. 146
Q, '32
o
063
o. 211
0.204
o.
1 33
.!!
o 06'4
o 40~
283.0
61.0
21.7
102
o
-~-IJ:liz_~N~•~2~0~0~.----
3.4
49
0 . .534
0.267
0.051
0.086
7.5
O ITZ
0.211
0.235
o.
2
material
219.2
200.0
EXPANSION
O. 145
P<l-
o
229.6
17.3
PRUEBA
o.
Expansión total
f'OR JU TO
____±,q_
COMPACTACION
·--~ ~- -~---~----1
Densidad 'eco
Cápsula
DE
~
Muestro No.
••
14
Peso molde
Volumen
K. !99t 000
LL
Numero de 9olpes por capa
Peso molde ... muestro
METODOS II y 111
Arcillo amorillo
Descripción del material
Molde
LABORA TORIO
5
•
10
.•
ENSAYO
C.B.R.
TUNJA - PAIPA
Proyecto
Clasificación
omarilla
GRAFICO
@\
~
t})
'
<t
u
~
\
'
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~
' /..
108
\
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~
/i
106
V
il
1
' \1
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~----
[fil
UJ
1
1
a
100
'-
1
--
---·
~
e------ --- -
RESISTENCIA
--
94
'-
\
" '\
\
.
ilf1 '
'
0
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L
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expansi6n
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igual
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\
1
'•
- - Curvas
-- Curvas igual C. B. R.
Valor de C.B.R. escogido
~\
""
"'\ --··' \ ':"\
1
1
0'
1
12
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I
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"'
golpes /capa
golpes/ capa
golpes/ capa
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DETERMINACION
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Descripción
Proyecto
RELACIONES
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ENSAYOS SOBRE PRODUCTOS ASFALTICOS
UTILIZADOS EN PAVIMENTOS
Los ensayos de control de calidad de más corriente uso para cementos asfálticos son el de penetración, el de punto de inflamación, el de ductilidad, la prueba al horno en lámina delgada y el de
solubilidad en tricloroetileno.
l. GENERALIDADES
En este capítulo se trata lo referente a los ensayos corrientes de control de calidad sobre cementos asfálticos, asfaltos líquidos y emulsiones asfálticas que se emplean en la ejecución de riegos y mezclas asfálticas.
2.2 Ensayo de penetración
2.2.1. Objeto del ensayo
2. ENSAYOS SOBRE CEMENTOS ASF ALTICOS
El ensayo, aplicable tanto a cementos asfálticos
como a residuos de destilación de asfaltos líquidos,
tiene por objeto determinar la consistencia del producto bituminoso, mediante el procedimiento que
se indica más adelante.
2.1 Definición
Los cementos asfálticos son hidrocarburos semisólidos que se obtienen durante la destilación del
petróleo luego de que los aceites lubricantes han sido removidos.
2.2.2
Equipo para el ensayo
Una caja metálica de forma cilíndrica de aproximadamente 55 mm. de diámetro y 35 de altura.
Para uso en pavimentación existen los cementos asfálticos en grado 40-50, 60-70, 85-100, 120150 y 200-300, de los cuales en el país sólo se producen el 60-70 y el 85-100. Los valores que identifican a un cemento asfáltico indican la distancia
que una aguja normalizada penetra dentro de una
muestra del producto, bajo condiciones conocidas
de temperatura, carga y tiempo.
Una aguja de penetración de acero, cilíndrica
de 1 a 1.02 mm. de diámetro, con punta tronco-cónica. cuyo peso,incluído el vástago de soporte, de be ser 100 gramos.
Un aparato de penetración con una escala que
permita leer el desplazamiento de la aguja en
décimos de milímetro (Figura4.l).<verpág.sigte.)
El grado de penetración determina la dureza de
un cemento asfáltico y por lo tanto, entre más
blando sea, mayor será su penetración.
Un baño de agua con temperatura controlable.
Calentador, termómetro, cronómetro, etc.
2.2.3 Procedimiento de ensayo
a) Se calienta la muestra a ensayar hasta que sea
lo suficienteme_nte fluída para poderla vaciar en
la caja metálica, teniendo cuidado en esta última
operación de que no queden burbujas de aire atrapadas.
El empleo de uno u otro de los cementos asfálticos producidos en el país, depende principalmente del tránsito previsto en la vía por pavimentar y
las condiciones climáticas, prefiriéndose el de mayor dureza para vías de tránsito pesado y en climas
cálidos.
53
100 G
mn:
FIG. 4.1 - Aparato para el ensayo de penetración.
b) Se deja enfriar la muestra hasta que alcance la
temperatura ambiente y se coloca luego en el
baño de agua a 25ºC durante un lapso de una hora
y media de modo que quede completamente sumergida en él.
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Principio
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5 segundos
Fin
FIG. 4.2 - Representación esquemática del ensayo de penetración.
c} Se lleva la caja con la muestra al aparato de penetración y se coloca allí dentro de otro recipiente con agua a 25°C.
f)
Se hacen otras dos medidas en otros puntos de
la muestra, separados entre sí y del borde de la
caja, cuando menos un centímetro. Antes de efectuar cada prueba, deberá limpiarse la aguja perfectamente, empleando algún disolvente.
d) Se pone en contacto la punta de la aguja con la
superficie de la muestra y se ajusta en cero la
escala del aparato.
2.2.4 Cálculos
Se promedian las lecturas obtenidas y se reporta dicho promedio como grado de penetración del
asfalto. Para efectos de cálculo, los valores individuales de penetración no deben discrepar entre sí
más de la cantidad indicada en la Tabla 4.1.
e) Se suelta el seguro de la aguja y se permite que
ésta penetre dentro de la muestra durante 5 segundos, deteniendo de nuevo la aguja y midiendo
la distancia que ha penetrado en décimas de milímetro (Figura 4.2).
TABLA 4.1
V ARIACION ADMISIBLE EN LOS VALORES DE PENETRACION
Penetración (1/10 mm)
Diferencia máxima entre la mayor
y la menor lectura
o -49
50 -149
150 - 249
250+
2
4
6
8
2.2.5 Interpretación del resultado
Este ensayo, como ya se mencionó, es una determinación de la consistencia del producto asfáltico y permite ante todo, seleccionar los cementos asfálticos de acuerdo a la naturaleza del tránsito y clima que deba soportar la mezcla o tratamiento.
2.2.6
Causas de error en el ensayo
Las más frecuentes son las siguientes:
a) Presencia de aire atrapado en la masa del asfalto, lo que trae como resultado penetraciones
mayores a las reales.
54
b) Temperatura distinta a la especificada para el
ensayo.
c) Que la aguja no esté en contacto con la muestra
al comenzar la prueba.
_ _ Termometro
d) Peso incorrecto de la aguja.
e) Que el tiempo de penetración sea diferente al
especificado.
f)
Que la aguja no se encuentre limpia al realizar
la penetración.
__
g) Que la aguja toque el fondo de la caja antes de
los 5 segundos, lo que se comprueba si la lectura es igual ~l espesor de la muestra.
Mechero de -.--colentamienfo
_.
Soporte
2.3 Ensayo de puntos de inflamación e ignición con la copa abierta de Cleveland.
2.3.1
Objeto del ensayo
Determinar la temperatura a la cual los vapores
del material asfáltico se encienden al ser sometido a
calentamiento en presencia de una pequeña llama
(punto de inflamación) así como determinar la
temperatura a la cual la presencia de la llama produce el encendido del asfalto cuando menos por 5
segundos (punto de ignición).
2.3.2
FIG. 4.3 ·Copa abierta de Cleveland.
c) Se prende el mechero de calentamiento y se
aplica a la parte inferior de la copa de manera
que la temperatura del asfalto se incremente entre
14 y 15°C por minuto. Cuando la temperatura sea
aproximadamente 56ºC por debajo del punto de
inflamación estimado, se disminuye la intensidad
del calentamiento de manera que el incremento sea
de 5 a 6ºC por minuto.
Equipo para el ensayo
Copa abierta de Cleveland provista de un soporte y un mechero de calentamiento y otro de ensayo (Figura 4.3).
d) Cuando la temperatura sea del orden de 28ºC
por debajo del punto de inflamación estimado,
se comienza a aplicar el mechero de ensayo sobre la
superficie de la muestra cada vez que la temperatura suba 2°C. Este mechero debe pasarse por el centro de la copa, no más arriba de 2 mm. sobre el
borde de la misma y con un movimiento en línea
recta o en forma circular con un radio no menor de
6 pulgadas y teniendo cuidado de que el barrido de
la llama haga ángulo recto con el diámetro que pasa
por el termómetro. El tiempo que debe permanecer
la llama sobre la copa es del orden de 1 segundo.
Termómetro con escala hasta 400° C.
2.3.3
Procedimiento de prueba
a) Se coloca el termómetro en posición vertical de
modo que la parte inferior del bulbo quede 1/4
de pulgada sobre el fondo de la copa y de manera
que quede en el punto medio entre el centro y el
borde de la copa y sobre un diámetro perpendicular a la línea de barrido de la llama de prueba.
b) Se calienta la muestra que se va a ensayar hasta
que sea lo suficientemente fluida para poderla
vaciar en la copa hasta la marca que ésta tiene en su
interior, cuidando que no vayan a quedar burbujas
en la superficie de la muestra.
e) Se anota como punto de inflamación la temperatura que marque el termómetro cuando por
primera vez se enciendan los vapores desprendidos
del producto asfáltico.
55
f)
Para determinar el punto de ignición, se continúa calentado la muestra a la misma velocidad,
aplicando el mechero de ensayo con la misma frecuencia, hasta que el producto asfáltico se encienda y continúe ardiendo por lo -menos durante 5 segundos. La temperatura alcanzada en este instante
se anota como punto de ignición.
2.3.4
2.4.2
Equipo para el ensayo
Moldes para la elaboración de las briquetas y láminas de cobre (Figura 4.5).
Mercurio y ácido clorhídrico o nítrico
Un baño de agua dentro del cual debe haber un
dispositivo que permita separar las mordazas de
la briqueta a una velocidad de 5 cm/minuto.
Correcciones
Si la presión barométrica en el instante del ensayo es inferior a 715 mm. de mercurio, deberá
añadirse un valor de corrección a los puntos de inflamación y de ignición, como se indica en la Tabla
o
TermÓm«Jtro
Punto de
inflamación
4.2.
TABLA 4.2
CORRECCIONES POR PRESION BAROMETRICA
Presión barométrica
(mm. de mercurio)
Corrección
715 a 665
664 a 610
609 a 550
2
("C)
Producto
2.3.5
4
6
Principio
Interpretación del resultado
El punto de inflamación indica la temperatura
hasta la cual puede calentarse el producto ¡:lsfáltico
sin peligro para su aplicación, mientras que el punto de ignición indica la temperatura a la cuall el material arde inevitablemente en presencia de fuego.
2.3.6
osf~ltico Llama
/
Fin
Tem pe rotura en
ºe
FIG. 4.4 - Representación esquemática de la determinación del punto de inflamación.
Causas de error en el ensayo
a) Presencia de corrientes de aire que impidan la
formación de chispas en los vapores del material asfáltico.
b) Pasar la llama de prueba a intervalos mayores
de 2° C cuando el material se encuentra cerca
de sus puntos de inflamación e ignición.
Lamina
cobre
2.4 Ensayo de ductilidad
2.4.1
Objeto del ensayo
Medir la distancia, en centímetros que una briqueta de cemento asfáltico o de residuo de destilación de un asfalto líquido, puede estirarse sin romperse, cuando uno de sus extremos se desplaza con
respecto al otro a una velocidad definida y a una
temperatura determinada.
FIG. 4.5 - Molde para elaboración de briquetas.
56
de
2.4.3
Procedimiento de prueba
f)
La distancia en centímetros que se ha estirado
la muestra en el instante en que se rompe, se reporta como ductilidad de la muestra asfáltica ensayada (Figura 4.7).
a) Se amalgaman la lámina de cobre y las dos piezas removibles del molde con el que se formará
la briqueta, para evitar que se adhiera el asfalto. Para ello, debe aplicarse con una estopa una solución
formada por tres partes de ácido clorhídrico o nítrico y una de mercurio.
Ductilídad
b) Se coloca el molde sobre la lámina de cobre en
posición horizontal y luego se vacía el producto asfáltico dentro de él. Este debe haber sido calentado previamente hasta una temperatura lo suficientemente elevada como para hacerlo fluído.
en
cm.
-----1
1
1
1
Principio
Ruptura
c) Se deja enfriar la muestra dentro del molde hasta que alcance la temperatura ambiente (30 a
40 minutos) y se coloca luego dentro del baño de.
agua a 25°C por media hora. En seguida se saca el
molde del baño y con una espátula caliente se retira el exceso de asfalto.
Fin
FIG. 4. 7 - Representación esquemática del ensay~ de ductilidad.
d} Se coloca de nuevo el molde con la lámina dentro del baño de agua a 25°C durante un lapso
de 90 minutos, retirando en seguida la lámina de
cobre y las dos piezas removibles del molde, quedando la muestra lista para el ensayo.
2.4.4
Interpretación del resultado obtenido
Según el Instituto del Asfalto, la presencia o
ausencia de ductilidad tiene mayor importancia
que el valor numérico de la misma y los asfaltos
con mayor ductilidad presentan mejores propiedades ligantes que aquellos a los que les falta esta característica.
e) Se coloca la briqueta en el aparato de prueba,
cuidando que el nivel de agua se encuentre
cuando menos 21h cm. por encima del nivel superior de la muestra y se pone en marcha el aparato,
el cual comenzará a estirar la briqueta a razón de 5
cm. por minuto (Figura 4.6).
No parece, sin embargo, que la ductilidad pueda ser una buena medida de la adherencia, ya que
esta depende tanto del asfalto como del agregado
y en especial de este último, el cual no interviene
en el ensayo.
___-_-_-______
-~~
Se ha encontrado, no obstante, que los productos asfálticos de alta ductilidad tienen mayor susceptibilidad térmica, por lo que tales asfaltos pueden usarse en mezclas para pavimentación, mientras que en usos tales como inyecciones bajo losas
de concreto y sellado de grietas, la propiedad esencial del asfalto debe ser una baja susceptibilidad
térmica.
O!
-----~------------'
--------- -
-
-
-----
-
-----~----1
En general, puede considerarse que este ensayo
es más de identificación que cuantitativo. Los asfaltos provenientes de destilación del petróleo al vapor o al vacío, por ejemplo, muestran gran ducti-
FIG. 4.6 - Aspecto de la briqueta durante el ensayo de ductilidad.
57
lidad, mientras que si el proceso de refinación es
por oxidación o soplado, la ductilidad es baja.
2.4.5
Un termómetro cuya escala permita leer hasta
170ºC.
Un recipiente metálico. de forma cilíndrica de
14 cm, de diámetro y 0.95 cm. de altura.
Causas de error en el ensayo
a) Presencia de burbujas de aire dentro del asfalto de la briqueta.
Equipo para realizar el ensayo de penetración.
b) Que el asfalto al estirarse toque el fondo del
tanque de ensayo. En este caso, la densidad del
agua debe ajustarse añadiéndole alcohol metílico o
cloruro de sodio.
2.5.3
a) Se calienta la muestra del cemento asfáltico a
ensa'Yar hasta que alcance suficiente fluidez para verterla en un recipiente. De la muestra se tomarán 50 centímetros cúbicos para el ensayo de lámina delgada y el resto para el ensayo de penetración
normal.·· Esta última se somete a prueba como se
indica en el numeral 2.2 del presente capítulo.
2.5 Prueba al horno en lámina delgada
2.5.1
Objeto de la prueba
Determinar el endurecimiento que puede esperarse que sufra un cemento asfáltico durante las
operaciones de mezclado en la planta asfáltica. Esta
tendencia al endurecimiento se mide por ensayos
de penetración y después del calentamiento del asfalto.
b) La parte de la muestra destinada al ensayo de
lámina delgada se vierte en el recipiente metálico de 14 x 0.95 cm, con lo que se obtiene una capa de aproximadamente 3 mm. de espesor.
c) Se pone en funcionamiento el horno de manera
que alcance un temperatura de 163ºC y se verifica que su estánte giratorio quede en un plano horizontal.
Este ensayo ha reemplazado al de pérdida de
peso por calentamiento que figuraba anteriormente
en la mayoría de las especificaciones.
2.5.2
Procedimiento de ensayo
d) Se coloca el recipiente metálico con la muestra
sobre el estante y se som~te a éste a rotación
durante 5 horas, a una rata de 5.5 ± l rpm.
Equipo para el ensayo
Un horno con sistema interno de ventilación y
un estante giratorio (Figura 4.8 ).
e) Al término de las 5 horas se retira la muestra
del horno y se vierte en la cápsula para el ensayo de penetración, procediendo luego como se indica en el numeral 2.2.
2.5.4
Cálculos
Se efectúa la relación entre la penetración obtenida sobre la muestra sometida a calentamiento
(aparte 2.5.3 e) y la obtenida sobre la muestra no
calentada (aparte 2.5.3 a) y se expresa dicha relación como porcentaje.
Term~etro --
2.5.5 Interpretación del resultado
El resultado indica el efecto del calor y el aire
sobre el cemento asfáltico y puede usarse como
guía para evaluar el grado de endurecimiento producido en el asfalto durante su calentamiento y
mezclado en la planta asfáltica.
Estante .
9irotorio
(5.5 d rpm)
2.5.6
Causas de error en el ensayo
a) Las mencionadas en el ensayo de penetración
(aparte 2.2.6).
FIG. 4.8 - Horno para la prueba de lámina delgada
58
:~
b) Temperatura incorrecta en el horno o falta de
horizontalidad del estante giratorio.
2.6.4
a) Se colocan algunos filamentos de asbesto en
agua destilada y se agita el recipiente de modo
que se forme una delgada suspensión en la cual los
filamentos de asbesto queden uniformemente dispersos.
2.6 Ensayo para determinar la solubilidad en
tricloroetileno
2.6.1
Objeto del ensayo
b) Se coloca el crisol sobre el tapón y se tapa con
éste el matraz de filtrado.
Este método de ensayo se refiere a la determinación del grado de solubilidad de materiales bituminosos en solventes orgánicos, mediante la disolución de una muestra del material en un solvente determinado y filtrándolo a través de una malla de asbesto.
2.6.2
e) Se vierte la suspensión sobre el crisol y se ejerce una ligera succión con la bomba a fin de sacar el agua y dejar sólo una fina malla de asbesto.
d) Se lava el crisol, se seca en el horno y se lleva a
una mufla a una temperatura de 600 a 650°C.
Equipo para el ensayo
e) Se deja enfriar el crisol y se pesa (Pe).
Un crisol Gooch
Asbesto (variedad anfíbola) cortado en filamentos no mayores de 1 cm.
2.6.5
Procedimiento de ensayo
a) Se colocan aproximadamente 2 gramos de la .
muestra a ensayar dentro de un matraz Erlenmeyer de unos 150 inililitros de capacidad con peso conocido (Pm) y se pesa el conjunto (P1 ).
Un matraz de filtrado con conexión a una bomba de vacío.
Un matraz Erlenmeyer.
Un tapón perforado de caucho para acoplar el
crisol al matraz.
b) Se añaden al matraz 100 mililitros del solvente
especificado en pequeñas proporciones y con
agitación continua hasta que desaparezcan todos
los grumos y no quede parte alguna de la muestra
sin disolver. En seguida se tapa el matraz y se deja
en reposo por 15 minutos en un sitio en que no
quede expuesto a la luz.
Bomba de succión, horno, desecador, balanza,
etc.
2.6.3
Preparación del crisol
Solvente
Se usa de preferencia el tricloroetileno. Pueden
emplearse también el tetracloruro de carbono, el
benceno o el bisulfuro de carbono.
c) El crisol Gooch previamente preparado y pesado (Pe), se coloca sobre el matraz de filtración.
Se humedece la malla de asbesto con una pequeña
cantidad de solvente limpio y se decanta la solución mencionada en el aparte 2.6.5 b, a través de la
malla ejerciendo una ligera succión (Figura 4.9).
Debido a que los solventes orgánicos son tóxicos, la ventilación debe ser adecuada durante la ejecución del ensayo.
Crisol
Gooch
Motraz de
filtración !----~-~--~---¡
a lo bomba
Filtrado-
/de
vacío
FIG. 4.9 - Determinación de la solubilidad de un cemento asfáltico.
59
d) Se lava el matraz Erlenmeyer con una cantidad
adicional de solvente y se repite el proceso de
decantación a través del crisol, repitiéndose el procedimiento hasta que el filtrado sea incoloro.
uno de los factores para el cálculo de vacíos en
mezclas compactadas para pavimentación.
El peso específico es la relación entre el peso
de un determinado volumen del material y el peso
del mismo volumen de agua a igual temperatura
(generalmente se mide a 25ºC).
e) Se aplica una succión fuerte para eliminar todo
el solvente retenido en el crisol.
f)
Se retira el crisol del dispositivo de filtración,
se limpia su parte inferior externa para eliminar
el material disuelto que se encuentre allí y se lleva
al vapor hasta que el olor del solvente haya desaparecido.
2.7.2
Balanza de precisión, hilo, elemento metálico
de lastre, frascos, baño de agua, termómetro,
etc.
2. 7.3
g) Se lleva el crisol al horno a llOºC durante 20
minutos, se enfría en un desecador y se pesa
Cálculos
El material soluble en el solvente se expresa como porcentaje de la muestra asfáltica utilizada, mediante la expresión:
Asfalto utilizado - Material insoluble
Asfalto utilizado
Donde
Asfalto utilizado = P1 - Pm
Material insoluble = P2 - Pe
2.6. 7
X
b) Se coloca la balanza en una posición tal que bajo ella se pueda suspender un hilo y colocarse
un frasco con agua.
100
c) Se ata el lastre al hilo y se cuelga el conjunto
del plato de la balanza de manera que el lastre
quede sumergido dentro del agua a 25°C y se anota
el peso que registre la balanza (B).
y
Interpretación del resultado
d) Se retiran los hilos y el lastre, se adhiere la
muestra al lastre y se sumerge el conjunto en
un baño de agua a 25°C durante media hora.
La presencia de material insoluble en un asfalto
indica que éste ha sido sometido a temperaturas demasiado altas durante su elaboración, lo que alter~
su calidad para usarlo en obras de pavimentación.
2.6.8
e) Se lleva el conjunto a la balanza y-se suspende
el hilo de modo que el lastre y la muestra queden sumergidos en el agua a 25ºC y se registra el
peso (C).
Causas de error
La principal causa de error consiste en cometer
imprecisiones durante las pesadas.
2. 7 Determinación del peso específico de un
cemento asfáltico (método por desplazamiento)
2.7.1
Procedimiento de prueba
a) Se toma una pequeña muestra del cemento as- :
fáltico a ensayar (entre 5 y 20 gramos), asegurándose que no presente agrietamientos ni otros defectos superficiales y se pesa con aproximación de
milígramo (A).
(P2).
2.6.6
Equipo para el ensayo
f)
Se repite el procedimiento empleando otra
muestra de cemento asfáltico.
2. 7.4
Objeto del ensayo
Cálculo
El peso específico del cemento asfáltico se determina mediante la expresión.
Aunque el valor del peso específico no hace
parte de las especificaciones de calidad de los asf altos, su conocimiento es de utilidad para hacer las
correcciones de su volumen cuando se mide a temperaturas elevadas. Asimismo, el peso específico es
A
A - (C-B)
60
FIG. 4.10 - Determinación del peso específico de un cemento
asfáltico.
FIG. 4.11 - Viscosímetro Saybolt - Furo! y matraz aforado.
Los valores obtenidos para las dos muestras se
promedian salvo que los valores individuales difieran en más de 0.005, caso en el cual deberán ensayarse otras dos muestras y tomarse como peso específico el promedio de los tres valores mayores.
2.7.5
2.8 Especificaciones de calidad para los cementos asfálticos
Las especificaciones de calidad vigentes para los
cementos asfálticos que se producen en el país, de
acuerdo a las recomendaciones del ICONTEC, se
indican e.n la Tabla 4.3.
Causas de error en el ensayo
3. ENSAYOS SOBRE ASFALTOS LIQUIDOS
a) Pesadas incorrectas
3.1 Definición de asfaltos líquidos
b) Fisuras en la muestra o presencia de burbujas
en su interior.
Son asfaltos obtenidos al mezclar un cemento
TABLA 4.3
ESPECIFICACIONES PARA CEMENTOS ASF ALTICOS
ENSAYO
-
Penetración, 25°C, 100 gr, 5 seg, 1/10 mm.
- Punto de inflamación ºC
-
-
Ductilidad, Cm
70
85
Mín
Máx
Mín
100
Máx
60
70
85
100
60
-
232
232
100
100
°lo de penetración en el residuo respecto
a la original después de la prueba al horno
de lámina delgada
52
47
Solubilidad en tricloroetileno, º/o
99
99
-
61
-
asfáltico con un destilado liviano y volátil del petróleo para volverlo líquido. Existen, dentro de este tipo de asfaltos, los llamados de curado rápido
(RC) cuyo solvente es gasolina, los de curado medio (MC) cuyo solvente es kerosene y los de curado lento (SC) cuyo solvente es un aceite liviano.
3.2.2
- Un viscosímetro Saybolt con su baño y un orificio Furol.
-Un matraz aforado de 60 centímetros cúbicos
-Un termómetro graduado de O a lOOºC.
-Un cronómetro
Además, dentro de cada clase existen las siguientes variedades: RC 70, 250, 800 y 3000; MC
30, 70, 250, 800 y 3000; se 70, 250, soo y 3000,
números que indican la viscosidad cinemática, medida en centistokes que el asfalto puede tener a 60º
e, siendo la máxima admisible el doble del número
que lo identifica.
3.2.3
Procedimiento de ensayo
a) Se llena el baño del viscosímetro con aceite y
se calienta hasta una temperatura ligeramente
superior a la de ensayo. Para los asfaltos MC 70, la
temperatura de ensayo es 50° C y la máxima admisible para el baño es 50. l 9ºC, mientras que para
el RC 250 son 60 y 60. 56°C, respectivamente.
De todos los asfaltos líquidos en el país se producen sólo dos: el MC 70 y el RC 250.
b) Se coloca un tapón de corcho en el orificio inferior del aparato.
Los ensayos de control de calidad más utilizados para los asfaltos líquidos (cut-backs) son el de
viscosidad Saybolt-Furol, el de punto de inflamación e ignición, el de destilación y el de contenido
de agua.
e) Se vierten aproximadamente 150 gramos del asfalto a ensayar dentro de la copa del viscosímetro a la temperatura ambiente.
Al residuo de la destilación se le realizan los en sayos de penetración, ductilidad y solubilidad, de
idéntico modo al empleado para los cementos asfálticos. Si bien sería deseable determinar siempre
la viscosidad cinemática de los asfaltos líquidos, la
AASHTO y la ASTM aceptan la prueba SayboltFurol como sustituto de aquella por su mayor sencillez y rapidez de ejecución, teniendo en cuenta,
además, que entre las dos existe la siguiente relación aproximada, a igual temperatura.
Si el material es demasiado viscoso para ser vertido a esta temperatura, se colocará en su recipiente original dentro de un baño de agua a 50°C por
unos minutos antes de llevarlo al viscosímetro.
Como la temperatura de ensayo para los asfal-.
tos producidos en el país es generalmente superior
a la ambiente, se permiten temperaturas en el baño
de aceite algo superiores a las mencionadas en el
aparte 3.2.3 a) para el calentamiento, pero la temperatura deberá ajustarse dentro de los límites exigidos antes del minuto final de agitadq durante el
cual la temperatura del asfalto debe permanecer
constante (ver el aparte siguiente).
. say b olt-F uro1 =Vise. cinemática (centistokes)
.
.
Visc.
2
3.2 Ensayo de viscosidad Saybolt-Furol
3.2.1
Equipo para el ensayo
Objeto del ensayo
d) Se agita la muestra de asfalto hasta que su temperatura permanezca constante durante un minuto continuo y con el valor mencionado en el
aparte 3.2.3. a). Se admite una variación no mayor
a 0.03ºC.
Determinar el grado de fluidez del asfalto líquido a cierta temperatura, pudiéndose estimar de este
modo su grado de manejabilidad.
La viscosidad Saybolt-Furol corresponde al número de segundos que necesitan 60 centímetros
cúbicos del asfalto para fluir a través de un orificio
calibrado Furol bajo condiciones específicadas.
e) Se remueve parte del aceite del baño rápidamente hasta que su nivel quede ligeramente por
debajo del nivel de derrame de la copa.
La palabra Furol es en inglés la contracción de
'!fuel and road oils".
f)
62
Se coloca el matraz aforado bajo la abertura inferior del viscosímetro, se retira el corcho que
lo tapa y se determina el número de segundos
transcurridos hasta que el fondo del menisco del asfalto alcance la marca de graduación del matraz (60
e.e) fluyendo a través del orificio Furol (Figura 4.
12).
e) Que la copa del viscosímetro o la abertura del
orificio se encuentren sucios.
3.3 Ensayos de puntos de inflamación e ignición en la copa abierta de Tag.
3.3.1
Producto
asfáltico
Producto
Objeto del ensayo
El mismo que para el ensayo de la copa de Cleveland (aparte 2.3.1). La copa de Tag se emplea para asfaltos líquidos cuyo punto de inflamación es
inferior a 93.3ºC. Si el asfalto tiene un punto de inflamación mayor debe emplearse la copa de Cleveland.
osfciltíco
I
3.3.2
Equipo para el ensayo
Una copa abierta de Tag que consta de un vaso
de cristal y un recipiente exterior de cobre dentro del cual ya un baño de agua .o glicerina. (Figura
4.13).
Principio
Fin
Tiempo en segundo•
--~-·---_...._
FIG. 4.12 - Representación esquemática del ensayo de viscosidad
Saybolt • FuroL
3.2.4
_ _Termo'metro
Informe
Mechero de
/ensayo
El valor obtenido, aproximado al segundo entero, se reporta como viscosidad Saybolt-Furol del
asfalto a la temperatura a la cual se ha realizado el
ensayo.
3.2.5
Interpretación del resultado
El valor de la viscosidad del asfalto sirve de
guía para determinar sus características de flujo en.
el rango de temperaturas utilizado durante la construcción.
Por otra parte; sirve para tener una idea de la
manejabilidad del producto, pues entre varios asfaltos, aquel cuya viscosidad sea inferior a determinada temperatura es el más manejable.
3.2.6
Causas de error en el ensayo
a) Variaciones de temperatura durante la ejecución del ensayo
b) Imprecisión en la medida del tiempo o en la
cantidad de asfalto caído en el matraz.
FIG. 4.13 - Copa abierta de Tag.
63
El baño de la copa debe ser de agua si el punto
de inflamación es menor a 79.5ºC y una solución
l: l de agua y glicerina si es mayor.
dos, anotándose como punto de ignición la temperatura alcanzada en dicho instante.
3.3.4
Termómetro graduado de O_a lOOºC con su soporte. Mecheros de calentamiento y ensayo y
blindaje contra corrientes de aire.
-
3.3.3
Interpretación del resultado
El punto de inflamación indica la temperatura
que puede alcanzar el asfalto sin peligro de inflamación, mientras que el de ignición indica la temperatura a la cual el material arde inevitablemente
en presencia de fuego. Esto no implica en modo alguno que el asfalto no pueda calentarse a temperaturas más elevadas ya que de hecho hay que hacerlo para poder aplicarlo durante la construcción,
más sin embargo, debe evitarse a toda costa la presencia de fuego cuando se realice dicho calentamiento.
Procedimiento de ensayo
a) Se coloca la copa de prueba en el baño metálico y se ajusta el termómetro en posición vertical en un punto medio entre el centro y el borde
de la copa y sobre la línea que pasa por el centro
de la misma y el pivote del mechero de ensayo.
La parte inferior del bulbo del termómetro debe quedar 1/4 de pulgada sobre el fondo de la copa.
3.3.5
Causas de error en el ensayo
a) Corrientes de aire que impidan la formación del
destello luminoso en el instante adecuado.
b) Se lleva el baño con agua o con la solución aguaglicerina a una temperatura del orden de 16.5°
e por debajo del probable punto de inflamación
del asfalto que se ensaya. El baño debe llenarse hasta un nivel 3.2 mm. por debajo de su borde superior cuando la copa de ensayo se encuentra en su
lugar.
b) Pasar la llama de ensayo a intervalos superiores
al especificado cuando el material se encuentra
cerca del punto de inflamación o de ignición.
3.4 Ensayo de destilación de asfaltos líquidos
3.4.1
c) Se llena la copa de ensayo con el asfalto hasta
el nivel indicado en ella (el asfalto debe estar a
una temperatura de 10 o más grados por debajo del
punto de inflamación esperado).
Objeto del ensayo
Determinar la cantidad de solventes del asfalto
y conocer sus características en lo que se refiere a
volatilización.
Al residuo de la destilación se le realizan las
pruebas de penetración, ductilidad y solubilidad.
d) Se prenden el mechero de ensayo y el de calentamiento, de manera que este último haga aumentar la temperatura del baño a razón de l ± O.3°'
e por minuto.
3.4.2
Equipo para el ensayo
Un matraz de destilación de 500 cm 3 .
e) A intervalos sucesivos de l ºC se pasa el mechero de ensayo sobre la muestra, con un movimiento tal que el tiempo consumido en cada pasada sea l segundo.
Un condensador de 25 cm. de longitud.
Una extensión de vidrio con curvatura en su
parte inferior.
Una camisa revestida de asbesto con mirilla de
mica y tapa seccionada.
f)
Se registra como punto de inflamación la temperatura leída en el termómetro en el instante
en que la llama de ensayo produce un destello evidente en el interior de la copa.
Una probeta de 100 cm 3 con graduaciones cada cm 3 .
Un recipiente de 240 cm 3 para recibir el residuo de la destilación.
g) Se continúa calentando la muestra a la misma
velocidad y aplicando el mechero de ensayo
con la misma frecuencia hasta que la muestra se encienda y continúe ardiendo al menos por 5 segun-
Un termómetro con divisiones de un grado y
escala hasta 400ºC.
64
Una parrilla de calentamiento y un mechero
b) Se coloca el matraz de 500 cm 3 sobr.e una balanza y dentro de él se vierten 200 gramos del
asfalto a ensayar .
Una balanza
3.4.3
Procedimiento
c) Se ajusta el termómetro dentro del matraz de
modo que la parte inferior del bulbo quede
1/4" sobre el fondo del matraz
a) Se ensambla el equipo para la ejecución del ensayo (Figura 4.14)
_Termómetro
Condensador
Camisa de
asbesto que
cubre el
matraz
/
,...,-Sale agua
Extensión de
--=-.el''""
Mechero de ~· ~
calentamiento
~vidrio
Entra agua
~: --Probeta
FIG. 4.14 - Dispositivo para el ensayo de destilación de asfaltos líquidos.
d) Se hace circular agua fría por el condensador y
se aplica calor al matraz para que los solventes
volátiles del asfalto se desprendan, condensen y
sean recibidos en la probeta graduada en forma tal
que la primera gota producida por la condensación
de los solventes aparezca a la salida del tubo de extensión del matraz entre 5 y 15 minutos después de
iniciarse la prueba, y se anota la temperatura alcanzada en dicho instante.
destilación deben corregirse por el efecto de la altura sobre el nivel del mar a la que se encuentre el
laboratorio en que se realiza el ensayo, mediante la
expresión:
e= 0.00012
(760 - p) (273 + t)
Siendo
e) Se continúa el proceso de destilación de manera que por el extremo de la extensión de vidrio
caigan de 50 a 70 gotas por minuto del solvente
condensado hasta una temperatura de 260ºC y de
20 a 70 gotas por minuto desde 260 hasta 316°C.
C
Corrección que debe añadirse algebraicamente a la temperatura leída (t en grados centígrados)
P
Presión barométrica en milímetros de mercurio, en el sitio donde se realiza el ensayo.
g) Al alcanzarse la temperatura de 360°C se retira
la fuente de calor, se desconecta el matraz del
condensador y se procede a vaciar inmediatamente
el residuo dentro del recipiente metálico, procurando que no queden burbujas de aire atrapado, para
efectuar posteriormente la prueba de penetración.
A partir de esta temperatura y hasta alcanzar
360° e, instante en que termina el ensayo' no deben transcurrir más de 10 minutos.
f)
Deben anotarse los volúmenes del destilado obtenido a las temperaturas de 190, 225, 260,
316 y 360ºC.
El tiempo transcurrido entre la suspensión del
calor y el comienzo del vaciado del residuo dentro
Las temperaturas leídas durante la prueba de
65
í
del recipiente, no debe ser superior a 15 segundos.
tilado ya que éste al caer en forma de gotas agita el líquido. Esto se puede evitar haciendo escurrir
el destilado por la pared de la probeta.
h) Todo solvente que quede en el condensador se
une con el residuo de la destilación.
3.4.4
d) Conexión defectuosa entre el matraz y el condensador
Cálculos e informe
a) Se calcula el volumen inicial de la muestra como la relación entre su peso (200 gramos) y su
peso específico
e) Que la temperatura del agua que circula por el
condensador sea muy alta.
3.5 Ensayo para determinar el contenido de
agua del asfalto líquido
b) Se determina el residuo de la destilación 360ºC,
como la diferencia entre el volumen original
de la muestra y el destilado a 360ºC.
3.5.1
Objeto del ensayo
c) Se calculan también los porcentajes de destilación con respecto al total destilado a las temperaturas mencionadas en el aparte 3.4.3 f, efectuándose el ajuste por temperatura a que haya lugar.
Determinar la cantidad de agua presente en el
asfalto líquido la cual da origen a la formación de
espuma que dificulta su manejo al calentarlo.
d) Se dibuja un gráfico de destilación en papel milimetrado con coordenadas "ºlo de destilado vs.
temperatura" (Figura 4.15).
Un matraz de destilación de 500 a 1000 centímetros cúbicos de capacidad, de cuello corto y
fondo esférico
3.5.2
Equipo y materiales para el ensayo
Una trampa de vidrio graduado y con capacidad de 10 a 25 centímetros cúbicos.
Un tubo condensador con refrigeración de agua
y una camisa de por lo menos 40 centímetros
de longitud
80
oo
<
¡:
...l
60
Una probeta graduada de.100 cm 3
CI)
w
o
w
o
o~
Una fuente de calor que puede ser a gas o eléctrica
40
un disolvente que para el ensayo sobre asfaltos
líquidos debe ser un destilado de petróleo en el
cual un 5ºh deben hervir entre 90 .y lOOºC y
un 90º/o por debajo de 210ºC.
20
o
150
200
250
300
350
400
TEMPERATURA (ºC)
3.5.3
Muestra para el ensayo
FIG. 4.15 - Gráfico de destilación.
3.4.5
Debe ser representativa de la muestra total y
deberá agitarse, calentándola si fuese necesario, para asegurar su uniformidad.
Causas de error en el ensayo
a) Que el producto asfáltico luego de ser muestrado sea calentado antes del ensayo, con lo cual
pierde p,arte de sus solventes
El tamaño de la muestra dependerá del contenido de agua que se estima tenga la muestra, de modo que el agua resultante no exceda la capacidad de
la trampa.
b) Elevación demasiado rápida de la temperatura
durante el ensayo
3.5.4
Procedimiento de ensayo
a) Se mide en la probeta una cantidad adecuada
c) Imprecisión en la lectura de volúmenes del des-
66
del asfalto con aproximación de l ºh (generalmente 100 centímetros cúbicos) y se transfiere al
matraz de destilación, junto con 100 cm 3 del disolvente elegido.
3.5.5
Cálculos
La cantidad de agua en la muestra se informa
como porcentaje en peso o volumen de la muestra
inicial, mediante la expresión:
b) Se arma el equipo de ensayo como se indica en
la figura 4.16, verificando que todas las conexiones queden herméticas al vapor y al líquido. El
tubo del condensador y la trampa deben haberse
limpiado previamente por medios químicos para
asegurar el drenaje libre en el fondo de la trampa.
Debe colocarse también un tapón de algodón en la
parte superior del condensador para evitar la condensación de la humedad atmosférica dentro de él.
A continuación, se hace circular agua fría a través
del condensador.
% agua= Volumen de agua en la trampa
x 100
Volumen (o peso) de la muestra
El material volátil soluble en agua, si existe, se
mide también como agua.
3.5.6
Causas de error en el ensayo
a) Falta de hermetismo en las conexiones que facilite fugas de líquido o vapor
b) Temperatura muy alta del agua que circula por
el condensador.
3.6 Determinación del peso específico de los
asfaltos líquidos
3.6.1
Sale agua
Objeto del ensayo
Hallar el peso específico del producto asfáltico
con el fin de efectuar las correcciones de volumen
a que haya lugar cuando el asfalto se maneje a temperaturas elevadas. El peso específico se determina
por costumbre a 25°C.
3.6.2
Trampa de agua -
Equipo para el ensayo
Un picnómetro de vidrio de 24 a 30 centímetros cúbicos de capacidad, con una boca de tamaño
tal que permita que en ella ajuste perfectamente un
tapón de 22 a 26 mm. de diámetro, el cual tiene un
orificio de 1 a 2 mm. de diámetro en su eje central
(Figura 4.17).
Fuente de
t-----,color
FIG. 4.16 - Dispositivo para determinación del contenido de agua
de un así alto líquido.
c) Se aplica calor al matraz, ajustando la velocidad
de ebullición de modo que el destilado condensado se descargue en el condensador a una rata de 2
a 5 gotas por segundo, continuando la destilación
hasta que no se vea agua en ninguna parte del aparato, excepto en la trampa y el volumen de ella permanezca constante por 5 minutos.
e) Cuando se considere que el agua ha salido totalmente, se apaga la fuente de calor, se deja enfriar la trampa con su contenido a temperatura ambiente y se lee en ella el volumen de agua con aproximación a la división más cercana de la escala.
FIG. 4.1 7 - Pícnómetro para determinación del peso específico de asfaltos líquidos.
67
3.6.3
Calibración del picnómetro
3.6.5
Cálculo
a) Se limpia y seca el picnómetro con su tapón y
luego se pesa (A)
El peso específico del asfalto a 25ºC se calcula
mediante la expresión:
b) Se llena el picnómetro con agua destilada recientemente hervida, se inserta firmemente el
tapón y se sumerge completamente el conjunto en
un baño de agua a 25ºC por media hora cuando
menos.
Peso específico =
O sea
Peso específico
c) Estando el picnómetro con su contenido a 25°
C., se expone al aire la parte superior del tapón,
la cual debe secarse cuidando que el menisco de
agua en el orificio del tapón se encuentre a ras con
la superficie superior de éste.
C -
A
B
A--
0" - -
El ensayo debe hacerse por duplicado, debiéndose promediar los dos valores obtenidos.
3.6.6
Causas de error en el ensayo
a) Inclusión de burbujas de aire al verter el asfalto
dentro del picnómetro.
d) Se saca el picnómetro del agua, se seca y se pesa (B).
3.6.4
Peso del asfalto a 25°C
Peso de igual volumen de agua
a 25ºC
b) Temperaturas de calibración y ensayo incorrectas.
Procedimiento de ensayo
a) Se llena el picnómetro con el asfalto a ensayar
a 25°C, evitando que queden incluidas burbujas
de aire.
c) Pesadas incorrectas
3.7 Especificaciones de calidad para asfaltos
líquidos
b) Se coloca el tapón forzando al exceso de asfalto a salir por el agujero.
La Tabla 4.4, indica las normas de ICONTEC
para los asfaltos líquidos que se producen en el
país, en función del resultado de los ensayos descritos en este numeral.
c) Se limpia cuidadosamente el picnómetro y se
pesa (C).
TABLA 4-4
ESPECIFICACIONES PARA ASFALTOS LIQUIDOS
MC -
ENSAYO
RC - 250
70
Mín.
Máx.
Mín.
Máx.
Viscosidad cinemática a 6(l°C, centistokcs
70
140
250
500
Punto de inflamaciñn copa ahierta de Tag. °C
JR
27
Prueba de destilación:
Destilación °lo por volumen del total destilado, a
190°C
225°C
260°C
316°C
Residuo de destilación a 360ºC. º/n pnr volumen
por diferencia
Prueba en el residuo de destilación:
Penetración a 25°C, 100 g., 5 seg.
Ductilidad a
.2s c,
0
cm·
20
20
60
65
ºº
35
60
RO
55
65
120
RO
100
100
Solubilidad en tricloroctilenn º/n
Agua 1o
99.0
Vi<;cosidad Sayhnlt ·furo! a 50º(', seg.
60
Q9_0
0.2
0.2
Viscosidad Saybolt ~ Furol a 60°C. seg.
120
125
68
120
250
la emulsión deberá pasarse por el tamiz No. 20 an~
tes de ser vertida dentro de la copa de viscosímetro.
4. ENSAYOS SOBRE EMULSIONES ASFAL TICAS
4.1 GENERALIDADES
4.3 Ensayo de sedimentación
Las emulsiones asfálticas son suspensiones de
muy pequeñas gotas de cemento asfáltico dentro
de agua adicionada de un producto químico llamado emulsificante. Las emulsiones contienen generalmente entre 50 y 70ºh de cemento asfáltico y
de 30 a 50º/o de agua y son líquidas a temperatura
anbiente.
4.3.1
Objeto del ensayo
Determinar la estabilidad de la emulsión cuando se somete a un almacenamiento prolongado.
4.3.2
Equipo para el ensayo
- Dos probetas de vidrio de 500 centímetros cúbicos de capacidad cada una, con tapa de vidrio o
corcho, diámetro exterior de 5 cm. y graduaciones
cada 5 cm 3 .
Dependiendo de la naturaleza iónica del emulsificante, las emulsiones pueden ser aniónicas o básicas, caso en el cual los glóbulos de asfalto quedan
cargados negativamente y catiónicas o ácidas en las
cuales los glóbulos están cargados positivamente.
- Una pipeta de 60 cm 3
- Vasos de precipitados de 600 cm 3 y varillas de
vidrio.
El uso de una u otras depende de la naturaleza de
los agregados pétreos, aunque se ha comprobado
que las catiónicas se adaptan a casi todos los materiales, por lo que la técnica se ha orientado cada
vez más hacia su producción. Entre éstas, existen
las de rompimiento rápido (CRR-1 y CRR-2), las
de rompimiento medio (CRM 2 y CRM 2 h) y las
de rompimiento lento (CRL-1 y CRL-lh), entendiéndose por rompimiento el instante en que las
fases de la emulsión se disocian completamente, o
sea el momento en que los glóbulos de asfalto se
aglomeran entre sí o sobre el material pétreo, separándose netamente de la fase acuosa.
- Balanza con capacidad de 1 kg y sensibilidad de
0.1 gramo.
4.3.3
Procedimiento de ensayo
a) Se coloca una muestra de 500 cm 3 de emulsión
en cada una de las probetas, las cuales se tapan
y dejan en reposo a temperatura ambiente por 5
días.
b) Al término de este lapso, se toma cuidadosamente con la pipeta 55 cm 3 de la parte superior de la emulsión de cada probeta (Figura 4.18).
Las emulsiones asfálticas presentan en general
ciertas ventajas de empleo sobre los asfaltos líquidos, como pueden ser la aplicación a temperatura
ambiente sin necesidad alguna de calentamiento, su
utilización con materiales húmedos, la supresión
· · . del período de curado que requieren los asfaltos líquidos y el ahorro del consumo de los solventes
que tienen estos asfaltos.
Pipeta
Los ensayos usuales de control para determinar
la calidad de una emulsión asfáltica son los siguientes
Probeta
-
~---------!
4.2 Ensayo de viscosidad Saybolt-Furol
Tiene la misma finalidad y se realiza de igual
manera que para el caso de los asfaltos líquidos.
Tan sólo las temperaturas de ensayo son algo diferentes como se muestra en la Tabla 4.5 y además
FIG. 4.18 - Se toman con la pipeta 55 cm3 de
emulsión.
69
c) En dos vasos de precipitados con sus varillas de
vidrio, de peso conocido, se colocan 50 gramos
de cada una de las muestras (Figura 4.19) y se llevan al horno por 2 horas a 163ºC, luego de lo cual
se sacan, se agita el residuo en-eada vaso y se llevan
de nuevo al horno por 1 hora.
El promedio de los porcentajes de las dos muestras se toma como contenido de asfalto de la parte
superior (Y).
b) De manera idéntica se calcula el contenido de
asfalto de cada una de las muestras tomadas de
la parte inferior y se determina su promedio (X).
c) La sedimentación en 5 días, se calcula mediante la expresión:
Sedimentación (º/o)
=
X- Y
NOTA: El ensayo puede reálizarse también sometiendo la emulsión a almacenamiento únicamente durante 24 horas. El procedimiento es
por lo demás el mismo y en este caso el ensayo
se conoce por lo general como prueba de estabilidad durante el almacenamiento por 1 día.
4.3.5
Dada la pequeña diferencia en el peso específico del medio de dispersión, con respecto a la fase
dispersa, existe una tendencia a la separación del
asfalto con respecto al agua, debido a la acción de
la gravedad. El ensayo tiene entonces valor para conocer el comportamiento de una emulsión que deba almacenarse cierto tiempo antes de ser utilizada.
FIG. 4.19 - Se vierten 50 gramos de emulsión en el vaso de
precipitados.
d) Se sacan los vasos del horno, se permite que alcancen la temperatura ambiente y se pesan con
el residuo y las varillas de vidrio.
4.4 Ensayo de demulsibilidad (rompimiento
de la emulsión)
e) Luego de tomada la muestra de la parte superior, se retiran con la pipeta y se desechan aproximadamente los siguientes 390 cm 3 de emulsión
de cada probeta. Las fracciones restantes de emulsión se agitan, pesándose luego en vasos de precipitados 50 gramos de cada una de las muestras y repi~
tiéndase los pasos c) y d).
4.3.4
Interpretación del resultado
4.4.1
Objeto del ensayo
Tener una idea de la estabilidad química de la
emulsión. Las especificaciones sólo presentan requisitos de este ensayo para las emulsiones de rompimiento rápido.
4.4.2
Cálculos
Equipo para el ensayo
.
Contenido de asfalto (ºh)
=
Tres vasos metálicos de precipitados de 600
cm 3
2 (A-B)
Tres varillas metálicas de pinta redondeada y 8.
mm. de diámetro.
Siendo
A = peso del vaso con la varilla y el residuo luego
del secado en el horno, en gramos (aparte 4.
3.3 d)
B
'·
Tres mallas de tamiz No. 14, cuadradas de 12.5 ·
cm. de lado.
a) Se calcula el contenido de asfalto de cada una
de las muestras tomadas de la parte superior de
las probetas, así:
Una bureta de 50 cm 3 , graduada en 1/10 cm 3
Solución de dioctisulfosucinato de sodio (8 gr.
de sulfosucinato diluidos en agua hasta completar un litro.)
peso inicial del vaso con la varilla (aparte 4.
3. 3 c)
Balanza de 500 grs. y aproximación de 0.1 gr.
70
4.4.3
Procedimiento de ensayo
se añade el reactivo, se agita la emulsión vigorosamente con el fin de asegurar que haya una mezcla
perfecta. El agitado debe prolongarse otros dos minutos después de terminar la adición del reactivo.
a) Se determina el porcentaje de residuo de la
emulsión mediante el ensayo de destilación, el
cual se describe en el numeral 4.8
d) Se tamiza el contenido de cada vaso a través de
la respectiva malla (Figura 4.21), se enjuaga
luego cada vaso con agua destilada, amasando y
fragrr:entando con la varilla metálica los grumos
que se formen; luego se tamiza su contenido y se
repite el procedimiento hasta que el agua salga
transparente.
b) Se hacen tres conjuntos de malla, vaso y varilla
y se pesa cada uno.
c) Se pesan 100 gramos de la emulsión en cada va·
so y durante un período de 2 minutos se añaden con la bureta, a cada vaso, 35 cm 3 de la solución de dioctisulfosucinato. (Figura 4.20). Mientras
Bureta con
solución
_:--
--~--==-=:-----:::=.
"--.::-~-~~--
~----=--
FIG. 4.21 · Se tamiza el contenido de cada vaso
FIG. 4.20 - Se añade la solución a la emulsión.
e) Se coloca cada malla con la solución ~etenida
en ella, dentro de su vaso de precipitado con la
respectiva varilla y se lleva cada conjunto al horno
a 163ºC hasta peso constante.
4.4.4
-
Siendo
B =
Cálculos
a) Al peso de cada conjunto luego de la prueba
(aparte 4.4.3 e) se le resta el peso de los elementos antes del ensayo (aparte 4.4.3 b), obteniéndose el residuo del ensayo de demulsibilidad.
Los valores obtenidos para cada conjunto se promedian (J~).
peso del residuo de la destilación por cada
100 gramos de emulsión (se determina en el
ensayo de destilación).
4.4.5
Interpretación del resultado
Este ensayo sirve para determinar la estabilidad
química de la emulsión, pero no da una información exacta sobre la velocidad de rompimiento de
la emulsión luego de ser aplicada, contrariamente
a lo que comúnmente se cree, porque el rompimiento de la emulsión no depende sólo de sus características propias, sino además de los agregados
pétreos, condiciones atmosféricas, acciones mecánicas, etc.
b) El porcentaje de demulsibilidad se calcula como:
Demulsibilidad (ºh) =A x 100
B
71
asfalto coagulado que puedan entorpecer el funcionamiento de los distribuidores de presión de los camiones irrigadores.
4.5 Ensayo de carga de glóbulos
4.5.1
Objeto del ensayo
Identificar la emulsión catiónica, mediante la
comprobación de que las partíeulas están cargadas
positivamente.
4.5.2
4.6.2
Equipo para el ensayo
Un tamiz No. 20 con una tapa inferior
Equipo para el ensayo
Horno
Una batería de 12 voltios, un miliamperímetro
y una resistencia variable.
Balanzas con sensibilidad de 0.1 y 0.01 gramos.
Dos placas de acero inoxidable de 2.5 x 10 centímetros (electrodos), aisladas una de la otra y
mantenidas paralelamente a una separación de
12.5 milímetros.
4.6.3
a) Se pesa el tamiz junto con su tapa inferior, con
aproximación al centésimo de gramo (A).
Un vaso de precipitados de 250 cm 3 .
b) Se humedece la malla del tamiz con agua destilada
Un cronómetro
4.5.3
c) Se toman 1000 gramos de la emulsión y sepasan por el tamiz No. 20
Procedimiento de prueba
a) Se coloca la emulsión a ensayar dentrc del vaso
de precipitados en cantidad tal que permita que
los electrodos queden sumergidos 1 pulgada (2.5
cm.) dentro de ella cuando se coloquen allí.
d) Se añade más agua destilada hasta que el líquido tamizado salga de color claro.
e) Se le coloca la tapa inferior al tamiz y se lleva
al horno durante 2 horas a 105 ± 5°C, al término de este período se saca, se deja enfriar a temperatura ambiente y se pesa (B).
b) Los electrodos que deben estar limpios y secos,
se conectan a la batería y se sumergen dentro
de la emulsión.
c) Se ajusta la corriente con la resistencia variable
a 8 mA cuando menos y se comienza a contar
tiempo en un cronómetro.
4.6.4
Material retenido = B - A
10
Donde
A = peso del tamiz más la tapa (aparte 4.6.3 a)
e) Se observa el asfalto depositado en los electrodos. Debe haber una capa apreciable en el cátodo (electrodo), mientras que el ánodo debe permanecer relativamente limpio.
B = peso del tamiz más la tapa más el residuo
(aparte 4.6.3 c).
4. 7 Ensayo de mezcla con cemento
Informe
El resultado de la prueba se expresa en términos de polaridad. Para las emulsiones catiónicas d.eberá ser positiva.
4. 7.1
Objeto del ensayo
Este ensayo es aplicable únicamente a emulsiones de rompimiento lento y sirve para determinar
su resistencia a la coagulación por adición de electrolitos, deshidratación y fricción o mezcla con
agregado fino, siendo la medida de la coagulación,
la que resulta pcr estas tres causas combinadas.
4.6 Ensayo de tamizado
4.6.1
Cálculos
Se calcula el material retenido en el tamiz No.
20 como porcentaje de la muestra ensayada:
d) Cuando la corriente ha bajado a 2mA o luego
de media hora (lo que ocurra primero), se desconecta la batería y se lavan cuidadosamente los
electrodos con agua corriente.
4.5.4
Procedimiento de ensayo
Objeto del ensayo
Determinar si la emulsión contiene grumos de
72
4.7.2
Equipo para el ensayo
Tamices No. 14 y 80
Varilla de hierro de 1/2" de diámetro
Probeta de 100 cm 3
Plato metálico de 500 cm 3 de capacidad
mezcla cemento y
emulsión dllufda.
Balanza con aproximación de 0.01 gramo
Cemento Portland tipo III
4.7.3
Procedimiento de ensayo
a) Se diluye la emulsión en agua hasta que el residuo sea 55<1'o, en base a los resultados del ensayo de destilación (numeral 4.8).
b) Se criba una fracción del cemento Portland por
el tamiZ No. 80 y se toman 50 gramos del material que ha pasado este tamiz.
FIG. 4.22 - Se añade la emulsión al cemento y se agita la
mezcla.
c) Se colocan los 50 gramos en un plato metálico
y se llevan al horno hasta temperatura constante de 25°C.
4. 7.5
Este ensayo permite, principalmente, determinar la conveniencia de emplear o no una emulsión
de rompimiento lento en mezcla con agregados finos o suelos que contengan un alto porcentaje de
partículas que pasen el tamiz No. 200.
d) Se saca el plato del horno, se añaden 100 gramos de la emulsión diluida y se agita la mezcla
con una varilla metálica dando un movimiento circular a razón de 60 vueltas por minuto (Figura 4.
22).
4.8 Ensayo de destilación
e) Tras un minuto de agitado, se añaden 150 cm 3
de agua destilada y se continúa el agitado por
tres minutos.
4.8.1
Objeto del ensayo
Determinar el contenido de agua de la emulsión
asfáltica y obtener el residuo asfáltico para efectuar
sobre él, las pruebas de penetración, ductilidad y
solubilidad.
f)
Se coloca la mezcla sobre un tamiz No. 14 previamente tarado y se lava con agua destilada repetidas veces hasta que el agua que pase por él sea
clara.
El resultado del ensayo se emplea para la determinación de la demulsibilidad (numeral 4.4) y el
ensayo de mezcla con cemento (numeral 4.7).
g) Se coloca el tamiz sobre una bandeja de peso
conocido, se lleva el conjunto al horno a 163ºC
y se pesa luego de que se seque.
4.7.4
Interpretación del resultado
4.8.2
Equipo para el ensayo
El equipo necesario, esquematizado en la Figura 4.23, consta básicamente de lo siguiente:
Cálculo
El peso del material que quede retenido en el
tamiz No. 14 y en la bandeja se reporta como porcentaje de asfalto coagulado.
Un recipiente cilíndrico de aluminio que pueda
cerrarse herméticamente, con una tapa plana
del mismo metal y perforaciones para conectarlo al condensador e instalar los termómetros. El
cierre del recipiente se hace por medio de un
tornillo de presión.
(Peso final tamiz +bandeja
+residuo)
01 coagulado=-----------0
-(Peso inicial tamiz +bandeja)
73
Una probeta graduada de 100 cm 3
Un tubo de conexión que una el recipiente metálico con el condensador.
Dos termómetros con graduaciones hasta 300º
C.
Un condensador de vidrio (igual al empleado
para destilar asfaltos líquidos).
Fuentes de calor (mechero anular de gas y mechero de Bunsen).
Un adaptador que se coloca en el extremo inferior del condensador.
Además una balanza y un tamiz No. 50
----Recipiente metálico
FIG. 4.23 - Dispositivo para el ensayo de destilación de emulsiones asfálticas.
4 8.3
Procedimiento de ensayo
La destilación debe completarse en un lapso de
60 ± 15 minutos desde la primera aplicación de calor.
a) Se pesa el recipiente metálico junto con su tapa, tubo de conexión y termómetros y se colocan luego dentro de él 200 gramos de la emulsión
a ensayar.
e) Se retira inmediatamente el recipiente con el
tubo de conexión, los termómetros y el residuo
asfáltico y se pesa el conjunto.
b) Se cierra el recipiente y se coloca un termómetro de modo que la parte inferior de su bulbo
quede 1/4 de pulgada sobre el fondo del recipiente y
el otro de manera que su bulbo quede 6 1/ 2 pulgadas sobre el fondo.
f)
Se lee el volumen de aceite destilado en la probeta, con aproximación a 0.5 cm 3 •
g) Se remueve la tapa del recipiente metálico, se
agita el residuo y se vierte a través del tamiz ·
No. 50 en un recipiente adecuado para la posterior
ejecución de los ensayos de penetración, ductilidad
y solubilidad.
c) Se coloca el quemador anular a una altura de 6
pulgadas sobre el fondo del recipiente y se
prende ajustando una llama de baja intensidad. Simultáneamente se aplica con el mechero de Bunsen
una cantidad suficiente de calor al tubo de conexión, para prevenir la condensación del agua en dicho tubo.
4.8.4
Cálculos
a) Se calcula el porcentaje de residuo por destilación:
d} Cuando la temperatura pueda leerse en el termómetro inferior, lo cual ocurre aproximadamente a los 215ºC, se coloca el quemador anular
a nivel con el fondo del recipiente y se sigue aumentando la temperatura hasta alcanzar 260 ± 5º
C., valor que debe mantenerse durante 15 minutos.
ero residuo )W
.
Donde
W1
74
3 + 1.5) W2 - W1
w1
X
100
peso inicial del recipiente con sus accesorios, en gramos (aparte 4.8.3 a)
peso inicial del recipiente con sus accesorios y la muestra, en gramos (aparte 4.8.
3 a).
W3
los productos asfálticos en las diversas actividadades en que deben intervenir en un trabajo de pavi~
mentaCÍÓn. (Ver tabla 4.6, pág. sgte.)
peso final del recipiente con sus accesorios
y el residuo en gramos (aparte 4.8.3 e).
=
6. ENSAYOS PARA DETERMINAR LA ADHERENCIA DE PELICULAS ASFALTICAS EN
AGREGADOS PETREOS PARA MEZCLAS
ASFALTICAS
Puede apreciarse en la fórmula se añaden 1.5
gramos al valor W3 • Esta es una corrección que es
necesario hacer por cuanto el recipiente metálico
de destilación pesa en temperatura ambiente 1.5
gramos más que a 260ºC.
6.1 GENERALIDADES
Si bien estos no son ensayos de calidad sobre
asfaltos, se considera conveniente incluirlos en este
capítulo, por cuanto constituyen un complemento
necesario en la investigación sobre la posible utilización de los productos asfálticos en obras de pavimentación.
b) Se calcula el aceite destilado como porcentaje
en volumen del total de la emulsión.
Oh aceite destilado
=
V2 x 100
V1
Donde
V2
Estos ensayos tienen por finalidad determinar
el grado de afinidad existente entre el agregado pétreo y la película asfáltica que lo va a cubrir, grado
que es necesario determinar a priori como medio
de evitar la construcción de mezclas asfálticas que
. sean susceptibles a desintegración a corto plazo a
causa de su inadecuada estabilidad en presencia de
agua o aún sin su presencia.
volumen inicial de la emulsión, el cual se
determina como la relación entre su peso
en gramos y su peso específico.
V1
=
volumen de aceite destilado (aparte 4.8.
3 f).
4.8.5
Causas de error en el ensayo
a) Elevación demasiado rápida de la temperatura
durante el ensayo.
Existen muchas pruebas y de muy diversa índole para determinar la afinidad de par asfalto-agregado y en cada una de ellas se somete dicho par a
condiciones muy diversas, con el fin de reproducir,
en lo posible, las condiciones de trabajo más desfavorables durante el período de servicio del pavimento.
b) Conexiones defectuosas
c) Temperatura muy alta del agua en el condensador.
4.9 Determinación del peso específico
El peso específico de una emulsión asfáltica
puede hallarse siguiendo un procedimiento similar
al mencionado para los asfaltos líquidos (numeral
3.6).
En la ejecución de estos ensayos es necesario,
ante todo, emplear los mismos agregados y producto asfáltico a emplear en la obra, mezclándolos a
las temperaturas esperadas en el momento de la elaboración de la mezcla.
4.10 Especificaciones para las emulsiones asfálticas
En nuestro país, los métodos usuales para establecer la afinidad entre asfaltos y agregados son del
tipo de "inmersión estática", en los cuales se observa el comportamiento de la mezcla luego de ser sumergida en agua y estar en reposo durante cierto
tiempo. Entre éstos, los que corrientemente se ejecutan son el de inmersión estática en frasco (stripping) y el de inmersión estática en bandeja, propuesto hace algunos años por técnicos ingleses.
Los requisitos de calidad que fija la AASHTO,
en su norma M208-72 para las emulsiones catiónicas, adoptadas de manera general en la norma 1452
de ICONTEC, son las indicadas en la Tabla 4.5
5. UTILIZACION DE LOS PRODUCTOS ASF ALTICOS EN OBRAS DE PAVIMENTACION
La Tabla 4.6 presenta una guía del empleo de
75
TABLA 4.5
ESPECIFICACIONES PARA EMULSIONES CATIONICAS
Rompimiento
CRR!
-
Mío.
Máx.
Rápido
CRR-2
Mio.
Rompimiento
CRM-2
Máx.
Mío.
Máx.
Medio
CRM 2h
Mío.
Rompimiento
CRL-1
Máx.
Lento
CRL-lh
Mín.
Máx.
Mín. Máx.
20
100
20
Pruebas sobre
la emulsión
Viscosidad SayboltFuro! a 25°C (Seg)
Viscosidad SayboltFuro! a soº e (Seg)
20
100
Sedimentación.
5 días, °lo
400
100
5
Ensayos de
estabilidad durante
el almacenamiento,
1 día, °io
1
Demulsibilidad, °lo
40
Ensayo de carga de
glóbulos
50
450
50
450
5
s
5
5
5
1
1
1
1
1
40
Positivo
Tamizado
Positivo
Positivo
0.10
0.10
Positivo
Positivo
0.10
0.10
0.10
2
Destilación:
Aceite destilado por
volumen de la
emulsión, O/o
°lo
Positivo
0.10
Ensayo de mezcla
con cemento, 'Yo ( 1)
Residuo,
100
3
3
60
65
12
2
12
65
57
57
65
Ptuebas sobre el
residuo de la
destilación
Penetración, 25°C,
100 gr. 5 seg.
100
250
100
250
100
40
250
90
100
250
40
90
Ductilidad, 25°C,
5 cm. min,, cm.
Solubilidad en
tricloro-etileno,
'Yo (2)
40
40
40
40
40
40
97.5
97.5
97.5
97.5
97.5
97.5
(1) Ensayo no considerado en la norma ICONTEC 1452
(2) ICONTEC sugiere emplear el tetracloruro de carbono y fija una solubilidad mínima de 97.0
(3) La nom<?nclatura adoptada para las emulsiones es la que sugiere ICONTEC
TABLA 4.6
UTILIZACION DE LOS PRODUCTOS ASF ALTICOS
Tipo de trabajo
hnprimación
Riego de liga
Lechada asfáltica
Sello arena-asfalto
Trat-superficial
Mezcla en vía
Base estabilizada
con gradación abierta
Macadam de
penetración
Concreto asfáltico
Cemento
Asfalto
Asfáltico
Lí<1uido
60-70 85-100 MC70 RC250
CRR1 CRR2 CRM2 CRM2h
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
CRLlh
X
X
X
X
X
CRL1
X
X
X
Emulsión Catiónica
X
76
X
X
X
X
X
X
Se menciona en el presente capítulo además,
un método de inmersión dinámica en frasco el cual
si bien no es de empleo usual, si es factible de utilizar por cuanto existen dispositivos para su realización. Posiblemente este ensayo, por su forma de
ejecución, da resultados más dignos de confianza
que los de inmersión estática.
6.2.3
a) Agregados - Su tamaño debe estar comprendido entre los tamices 3/8" y No. 4. Deberán lavarse con agua destilada para remover los finos y secarse a una temperatura entre 125 y 149ºC, luego
de lo cual se guardan en recipientes cerrados hasta
que se vayan a emplear.
6.2 Ensayo de inmersión estática en frasco
(Stripping)
6.2.1
El agregado para ensayo debe ser el mismo a
utilizar en el terreno.
Objeto del ensayo
b) Producto asfáltico - Deberá ser una muestra
del producto a emplear en la obra.
Determinar la retención de una película bituminosa por un agregado en presencia de agua. El ensayo es aplicable a cementos asfálticos, asfaltos líquidos y emulsiones asfálticas.
c) Agua destilada - Su pH debe oscilar entre 6 y
7 y no podrá usarse ningún tipo de electrólito
para corregirlo.
El ensayo no debe utilizarse como medida del
comportamiento de campo, por cuanto tal correlación no ha sido establecida.
6.2.2
6.2.4
Recipientes para mezclado
Balanza con aproximación a 0.1 gr.
Tamices 3/8" y No. 4
Espátula de acero
Horno capaz de mantener cualquier temperatura entre 60 y 149ºC.
b) Se mezclan vigorosamente con la espátula los
agregados y el asfalto durante dos minutos (Figura 4.25).
Frasco de vidrio de 600 cm 3 de capacidad.
-_
/,
Procedimiento de ensayo con agregado
seco y un asfalto líquido
a) Se colocan 100 gramos de agregado seco dentro
del recipiente para mezclado, se agregan 5.5 ±
0.2 gramos del asfalto el cual debe encontrarse a la
temperatura especificada (Figura 4.24). Como en
el país el único asfalto líquido que se emplea para
mezcla es el RC250, éste por especificación deberá
encontrarse a 35 ± 2°C en el momento de añadirlo
al agregado.
Equipo para el ensayo
100 gr. de
agregado
(3/8"-#4)
Materiales
)
5.5 ! 0-2gr.
, -(T•35.t 2°C)
FIG. 4.24 - Se añade el
asfalto al agregado.
77
FIG. 4.25 - Se hace una mezcla vigorosa con la
espátula.
c) Se lleva la muestra en el mismo recipiente al
horno donde se mantiene por 2 horas a 60º e,
manteniendo abierta la puerta de ventilación del
horno.
6.2.5
Procedimiento de ensayo con agregado
seco y una emulsión asfáltica
a) Se añaden 8 ± 0.2 gramos de la emulsión asfáltica en 100 gramos del agregado seco y sin mezclado alguno se llevan al horno a 135ºC por 5 minutos.
d) Luego del curado, se hace una nueva mezcla
con la espátula hasta que se alcance la temperatura ambiente o hasta que el asfalto no se escurra
de las partículas minerales. El recubrimiento de las
partículas debe ser completo en este instante, es
decir que no se admiten puntos descubiertos en el
agregado.
b) Se sacan los materiales del horno y se mezclan
con la espátula hasta que el agregado se encuentre totalmente cubierto.
c) El agregado cubierto se lleva 2 horas al horno a
135° C, sacándolo luego y· procediendo en seguida como en el caso de los asfaltos líquidos
(apartes 6.2.4 d, e y f).
e) El agregado recubierto se transfiere a un frasco
de vidrio de 600 cm 3 y se cubre inmediatamente con 400 cm 3 de agua destilada a temperatura
ambiente, dejándolo en inmersión por un lapso de
16 a 18 horas.
6.2.6
Procedimiento de ensayo con agregado
húmedo y un asfalto líquido
a) Se toman 100 gramos de agregado seco, se le
añaden 2 cm 3 de agua destilada y se mezcla el
conjunto hasta que las partículas se encuentren
uniformemente húmedas.
Al terminar este lapso, sin agitar el frasco, se remueve cuidadosamente cualquier película del
asfalto que flote en la superficie, se observa la mezcla dentro del frasco y el porcentaje de área visible
que aún permanece cubierta por el asfalto, se estima como mayor o menor del 95<i'o. Todas la áreas
de las partículas que se encuentren oscuras o traslúcidas, se consideran totalmente cubiertas. (Figura
4.26).
f)
b) Se añaden 5.5 ± 0.2 gramos del asfalto a la temperatura indicada en el aparte 6.2.4 a) y se
mezcla vigorosamente con la espátula tratando que
el agregado quede cubierto, cuidando de no demorarse más de 5 minutos en esta operación.
c) Al término del mezclado se estima el área de
agregado cubierta por el asfalto y si es mayor al
950/o, se procede como se indica en los apartes 6.2.
4 c, d y f.
Si el área recubierta es menor al 95º/o, se suspende el ensayo.
6.2. 7
Procedimiento de ensayo con agregado
seco y un cemento asfáltico
a) Se pesan 100 gramos del agregado seco dentro
de un recipiente metálico y se llevan al horno
durante 1 hora a una temperatura entre 135 y
149ºC.
FIG. 4.26 - Se observa el área que aún permanece cubierta.
b) Se calienta el asfalto por separado a la misma
temperatura.
Para facilitar la evaluación, se recomienda iluminar el frasco con un bombillo de 75 watios, colocado de manera que ilumine el reflejo de la superficie del agua.
c) Se coloca el recipiente con el agregado sobre
una balanza y se le añaden 5.5 ± 0.2 gramos del
asfalto caliente. Durante esta operación debe colo-
78
carse sobre el plato de la balanza un papel de asbesto u otro material aislante para retardar el enfriamiento.
Dispositivos para el calentamiento del asfalto
Horno capaz de mantener temperatura de 60ºC
Tamices de 3/4, 1/2 y 3/8".
d) Con la espátúla caliente, se mezcla vigorosamente por 2 ó 3 minutos, hasta que el agregado
quede totalmente cubierto, permitiendo que la
temperatura del recipiente con su contenido disminuya de manera natural durante el mezclado. Al
terminar éste, se permite que la mezcla se enfríe
hasta que alcance la temperatura ambiente.
6.3.3
a) Agregados - Debe disponerse de 50 partículas
del agregado a emplear en la ejecución del tratamiento. Veinticinco de ellas deben tener tamaño
entre los tamices de 3/4" y 1/2" y el resto entre los
de 1/2 y 3/8"
b) Producto asfáltico - Deberá ser una muestra
del producto a emplear en la obra. El ensayo
está orientado básicamente al empleo de asfaltos líquidos, por cuanto las condiciones de curado son
adecuadas para ellos más no para las emulsiones asfálticas.
El agregado debe encontrarse totalmente cubierto de asfalto.
e) El procedimiento de inmersión en agua y evaluación es igual al mencionado en los apartes 6.
2.4 e y 6.2.4 f.
6.2.8
c) Agua destilada - Su pH deberá oscilar entre 6
y 7 y no podrá agregársele ningún tipo de electrolito para corregirlo.
Inform~
Se informa el área de agregado cubierta por el
asfalto como "mayor de 95º/o" o "menor de 95º/o".
6.3.4
6.2.9
Interpretación del resultado
b) Cuando el asfalto alcance unos 60ºC dentro de
la bandeja, se colocan dentro de él las 50 partículas de agregado y se deja que el conjunto alcance la temperatura ambiente. ·
El hecho de que se estime una superficie cubierta de más o menos del 95º/o no implica en modo alguno que un porcentaje inferior a 95º/o sea índice de comportamiento no satisfactor-io en el campo, ya que dicho nivel se ha seleccionado sólo porque se ha demostrado experimentalmente que dentro de él, puede obtenerse un grado razonable de
exactitud cuando la evaluación es efectuada por
operadores diferentes.
c) Se lleva la bandeja con su contenido al horno a
60ºC por 24 horas.
d) Se saca la bandeja del horno, se deja enfriar a
temperatura ambiente y se añade suficiente
agua destilada para cubrir todas las partículas, dejándose el conjunto en reposo por 4 días (Figura 4.
27).
6.3 Ensayo de inmersión estática en bandeja
e) A los 4 días, se retira el agua y se quitan las
partículas de una en una, observándose la cantidad de asfalto que permanezca adherida en su parte
inferior.
Objeto del ensayo
Determinar la retención de la adherencia entre
agregados y asfalto en tratamientos superficiales.
6.3.2
Procedimiento de ensayo
a) Se calienta aproximadamente 100 cm 3 del asfalto hasta la temperatura normal de distribución en el campo (unos 80ºC para el RC 250) y se
vierten en la bandeja, obteniéndose una capa de
unos 2 1/ 2 milímetros.
El ensayo sirve para tener una idea de la adherencia entre el par asfalto-agregado en presencia de
agua, sin embargo, su resultado no debe interpretarse necesariamente como causa de un deficiente
comportamiento de la mezcla en el campo, por
cuanto aún no se ha establecido una relación de este tipo.
6.3.1
Materiales
6.3.5
Equipo para el ensayo
Informe
El área total estimada de superficie de partícu-
Bandejas metálicas de 20 x 20 x 2 cm
79
'- Se
llllilllllllllllllillllllllllllllllllllllllllllll
looco ej
00
hooagzyd
¡¡¡¡¡¡¡
¡
en
Se
vierte _el
la
asfalto
bandeja
coloco~
6.4.2
los
de
Se añade
agregado
aguo
cubrir los
Equipo para el ensayo
El necesario para el ensayo de stripping, más un
aparato para someter los frascos con las muestras a
rotación, a razón de 45 r.p.m. (Figura 4.28).
50
portfculos
hasta
La muestra además de ser sumergida en agua, es
sometida a agitación dentro del frasco, con el fin
de tratar de representar el efecto abrasivo del tránsito sobre la mezcla.
destilado
portfculos
f.::. :. ·: :~·~.:·: :.,:
los y se
ti dad de
o ellos_
observo lo can os falto adherida
FIG. 4.27 - Esquema general del ensayo de inmersión estática
en bandeja.
las cubiertas aún· por el asfalto en su parte inferior
luego del ensayo, expresada como porcentaje del
área total, se informa como adherencia en el ensayo.
6.3.6
FIG. 4.28 - Aparato para el ensayo de inmer·
sión dinámica.
6.4.3
Los mismos mencionados en el numeral 6.2.3
Interpretación del resultado
Por su manera de ejecución, el ensayo intenta
determinar la retención de adherencia entre asf altos y agregados en la ejecución de tratamientos su~
perficiales. Por lo tanto, carece de sentido y constituye grueso error conceptual, ejecutar la prueba
con cementos asfálticos con la idea de aplicar sus
resultados a mezclas del tipo concreto asfáltico.
6.4.4
Procedimiento de ensayo
El procedimiento de prueba es casi idéntico al
indicado en el numeral 6.2.4 (ensayo stripping),
salvo que la muestra se cura al horno a 60ºC por 15
horas y luego al sumergirla en agua, no se deja en
reposo, sino que se coloca en el aparato de agitación donde sé somete a rotación a 45 r.p.m. durante 15 minutos, al término de los cuales se retira el
frasco del aparato y se estima el área de agregado
que aún permanece recubierta de asfalto.
6.4 Ensayo de inmersión dinámica en frasco
6.4.1
Materiales
Objeto del ensayo
Esta prueba similar al stripping y aplicable a los
mismos productos, tiene también por objeto determinar la retención de una película bituminosa por
un agregado pétreo en presencia de agua.
6.4.5
Informe
El área cubierta por el asfalto se reporta como
"mayor de 9 5ºh" o "menor de 95ºh".
80
METODO MARSHALL PARA DISEÑO
DE MEZCLAS DE AGREGADOS
CON CEMENTO ASFALTICO
l. GENERALIDADES
especificado para calentar, mezclar y compactar las
mezclas de agregados y cemento asfáltico.
El método )V.!arshall se emplea para dosificar
/'
mezclas en caliente de agregados pétreos y cemento
/
Las dos características principales del ensayo
asfáltico con o sin la adición de llenante mineral. El ,/:son un análisis de DENSIDAD-VACIOS y una
método puede utilizarse tanto para diseños en laboprueba de ESTABILIDAD-FLUJO.
ratorio como para controles de campo. El objetivo
La estabilidad es la máxima resistencia a la cardel diseño de una mezcla asfáltica es determinar la
ga que la muestra normal soporta a 60ºC cuando se
proporción adecuada. de cemento asfáltico en la
ensaya como se indica más adelante, mientras que
mezcla, que asegure que está presente:
el flujo es la deformación total que se produce en
la
muestra, desde la carga cero hasta la carga máxia) Suficiente estabilidad como para satisfacer las
ma.
exigencias del servicio sin desplazamientos o
distorsiones.
3. EQUIPO PARA EL ENSAYO
- Juego de elementos para ensayo Marshall, que
incluye molde de compactación especial de 4 pulgadas de diámetro y 3 de altura con su collar de extensión, martillo de compactación con una zapata
circular de 3 y 7 /8" de diámetro, peso de 10 libras
y altura de caída de 18 pulgadas, pedestal de compactación firmemente anclado al piso, prensa de
ensayo y mordazas para ensayo con sus guías.
b) Suficiente asfalto para asegurar la obtención de
un pavimento durable que resulte del recubrimiento completo de las partículas de agregado pétreo, impermeabilizando y ligando las mismas entre sí, bajo una compactación adecuada.
c) Suficiente trabajabilidad para permitir una eficiente colocación de la mezcla con que se pavimentará, sin que se produzca segregación.
- Otros elementos tales como calentadores, termómetros, estufa, bandejas metálicas, baño María,
balanzas, espátulas, guantes, cucharones, tamices,
extractores de muestras, etc.
d) Suficientes vacíos con aire en la mezcla compactada, para proveer una reserva de espacio
que impida exudaciones y pérdidas de estabilidad
al producirse una pequeña compactación adicional
bajo las cargas del tránsito, como los posibles aumentos de volumen del asfalto a altas temperaturas.
4. PROCEDIMIENTO DE ENSAYO
4.1 Número de muestras
Deberán prepararse tres muestras para cada
combinación de agtegados y contenido de cemento
asfáltico elegida. Tanto los agregados como el asfalto deberán cumplir individualmente las especificaciones correspondientes a ellos.
2. BOSQUEJO DEL METODO
El método emplea muestras normales para ensayos de 2 % pulgadas de altura por 4 de diámetro,
las cuales se preparan siguiendo un procedimiento
81
Generalmente se emplean para el diseño 5 porcentajes diferentes de cemento asfáltico, por lo que
se deduce que es necesario elaborar, cuando menos,
15 muestras para ensayo.
tricos exigidos, deberá hacerse una combinación de
los disponibles.
Generalmente, en la planta asfáltica se dispone
de un material del tipo grava (retenido en el tamiz
No. 4) de una arena gruesa (pasa No. 4 y retiene
No. 10 ó No. 40), de una arena fina (pasa No. 10 ó
No. 40 y retiene No. 200) y un llenante mineral
(pasa No. 200), con los cuales se trata de obtener la
granulometría especificada, por lo que parece adecuado separar en el laboratorio el material en fracciones similares, determinando la proporción en
que debe intervenir cada una de ellas, para obtener
la gradación requerida.
Se acostumbra comenzar desde 4.5 ó 5ºk> de
cemento asfáltico con respecto al peso de la mezcla total, elaborándose los juegos de probetas con
incrementos en dicho porcentaje de 0.5º/o.
Los agregados muy porosos requieren elevados
contenidos de cemento asfáltico, por lo que al ensayarlos es conveniente comenzar con porcentajes
más altos.
A manera de ejemplo, supóngase que se desea
obtener un material que cumpla la gradación IV de
la Norma C352 del MOPT y que para ello se dispone de los materiales cuyas gradaciones se presentan
en la Tabla 5.1.
4.2 Preparación de los agregados
En primer término, se secan a l lOºC hasta peso
constante. Como casi nunca es posible obtener un
agregado que cumpla con los requisitos granulomé-
TABLA 5.1
MATERIALES DISPONIBLES PARA LA ELABORACION DE LA MEZCLA
Tamiz
Grava
l"
3/4"
1/2"
3/8"
4
10
20
40
80
200
100.0
90.4
58.l
37.5
0.5
Arena gruesa
Porcentaje que pasa
Arena fina
Llenante
100.0
61.5
37.6
o
Gradación IV
Gradación deseada
100
95 - 100
75- 90
100
97.5
82.5
---
---
45 -· 60
35 - 47
52.5
41.0
--~-
100.0
49.7
10.2
100
23- 33
16- 24
6- 12
--.-
28.0
20.0
9.0
Debe determinarse, por lo tanto, la proporción
en que deben mezclarse los cuatro materiales disponibles con el fin de obtener uno que satisfaga la
gradación IV.
se aplica un porcentaje a cada una de ellas de acuerdo a la gradación deseada, la cual como se ve en la
Tabla 5.1 no es otra que aquella que va por el centro de la norma.
Para ello puede emplearse un cuadro como el
de la parte izquierda del Formato 5.1, en cuya parte superior se indican las gradaciones de los cuatro
materiales disponibles, mientras que en la inferior
Como los materiales se van a agrupar básicamente por medio de los tamices 4, 40 y 200, los
porcentajes usados que aparecen en el formato 5.1
se determinan así:
82
O/o grava = 100 - ºh pasa tamiz No. 4 en la gradación deseada= 100 - 52.5 = 47.5º,6
las especificaciones. En caso de no ser así, el proyectista deberá hacer los ajustes a que haya lugar,
debiénd0se buscar, inclusive, otros materiales hasta
que la mezcla satisfaga la especificación.
ºh arena gruesa = ºh pasa tamiz No. 4 - ºlo pasa
tamiz No. 40, en la gradación deseada.
= 52.5 - 28.0 = 24.5º1o
4.3 Determinación de las temperaturas de
mezcla y compactación
O/o arena fina= Ofo pasa tamiz No. 40 - ºlo pasa tamiz No. 200, en la gradación deseada
La temperatura a la cual debe calentarse el ce. mento asfáltico para producir viscosidades SayboltFurol de 85.± 10 y 140 ± 15 segundos, debe establecerse como la de mezcla con los agregados y
compactación respectivamente. Para ello es necesario elaborar una curva de calibración para el cemento asfáltico en la que puede apreciarse la variación de su viscosidad con la temperatura (Figura
5.3). (Ver fig. pág. sgte.)
= 28.0 - 9.0 = 19.0ºh
O/o llenante
Ofo pasa tamiz No. 200 en la gradación deseada = 9 .Oºh
Aplicando estos porcentajes a las gradaciones
de los materiales disponibles, se obtienen los valores que se indican en el cuadro de laparte inferior
izquierda· del Formato 5.1, los cuales se suman
(MEZCLA), comparándose dicha suma con la norma de diseño (gradación !Ven este caso) para verificar si la mezcla en tales proporciones cumple con
Debe evitarse un calentamiento excesivo del cemento asfáltico, el cual trae como consecuencia su
endurecimiento.
1111
1
\¡
1, i
Ir
Aro para sujetar
el molde durante
la co.mpactación.
1
¡1
1
1
'\
Martillo de
compactación
/
1; ¡ 1
1
I'·
I¡¡¡¡
JIL~
11
FIG. 5.2 · Pedestal para la compactación de las
probetas Marshall.
FIG. 5.1 - Algunos elementos para el ensayo Marshall.
4.4 Preparación de las mezclas
La experiencia ha demostrado que las mezclas
de agregados y cemento asfáltico de 1200 gramos
de peso permiten obtener muestras compactadas de
2.5 ± 0.01 pulgadas de altura. Por lo tanto para
elaborar cada probeta se mezclarán las cantidade~
La temperatura de los agregados deberá superar en 20ºC a la del cemento asfáltico durante la
mezcla. Si es mayor, puede perjudicar al asfalto
durante el mezclado, mientras que si es muy baja,
la envoltura de los agregados por el asfalto y la extensión de la mezcla serán difíciles.
83
ºlo arena gruesa con
TEMPERATURA, ºC
65
1 :soo
100
75
1
1000
900
800
700
600
500
2o
z
(!)
w
en
1000
\
-
700
\
-
\
\
150
o
ID
~
100
90
80
<(
en
o
<(
Q
2
60
------
'
300
>
en
.
=
23.3
i
19.0 X 0.95 = 18.0
O/o llenante con
respecto a la mezcla
total=
z
w
u
~
¡::
9.0 X 0.95 = 8.6
ºh cemento asfáltico
<(
~
w
200
150
\
\
ü
en
0.95
ü
\.
-·
X
g
.;
\.
70
respecto a la mezcla
te;tal =
en
w
¡::
500
24.5
°lo arena fina con
:.:
------- ~
\
"°º
200
s
respecto a la mezcla
total=
180
3000
1 500
::::>
LL
160
--·-
_J
o
a::
140
2000
400
::::>
120
50
I\
100
40
con respecto a la
mezcla total =
Total
z
o
o
<(
o
¡¡;
o
u
en
5
60
~
=
Como la cachada ha de pesar 1200 gramos la
cantidad por incluir en ella, de cada uno de los ma~
teriales disponibles se determina aplicando los anteriores porcentajes así:
80
30
5.0
100.0
~
150
175
200
225
250
275
300
325
350
Grava
Arena gruesa
Arena fina
Llenan te
Cemento asfáltico
Total
TEMPERATURA, ºF
NOTA - LA
ES
CORRELACION
SOLO
ENTRE
SEGUNDOS
Y
CENTISTOKES
APROXIMADA.
FIG. 5.3 - Variación de la viscosidad de un cemento asfáltico con la temperatura (caso típico).
necesarias de cada fracción de agregados y cemento
asfáltico para alcanzar dicho peso_
1
•
1
Se hace la mezcla entre agregados y asfalto con
un palustre o un mezclador mecánico (Figura 5.7),
tan rápido como sea posible, con el fin de evitar
disminuciones perjudiciales de temperatura.
Como en los 1200 gramos habrá un 5º/o de cemento asfáltico, es obvio que el 95% restante tendrán que componerlo los agregados minerales y por
lo tanto, de cada fracción de ellos se empleará un
950fo.
X
= 1.200 X 0.086 = 103.2 gr.
= 1.200 X 0.050 = 60.0 gr;
1.200.0 gr,
Por lo tanto, en la bandeja de mezcla deberá
colocarse la cantidad indicada de cada fracción d~
agregado a la temperatura especificada (Figuras 5.4
y 5.5), mezclándose éstas rápidamente y abriéndo~
se un cráter dentro del cual se añade la cantidad
calculada de cemento asfáltico, también a la tempe~
ratura especificada (Figura 5.6).
Para la mezcla No. 1, por ejemplo, que corresponde a un 5º/o de cemento asfáltico, las cantidades se calculan así:
47.5
= 1.200 X 0.180 = 216.0 gL
1
En el caso que ilustra el Formato 5_1, se han
seleccionado porcentajes de cemento asfáltico de 5;
5 1/ 2 , 6,6% y 7 con respecto al peso de la mezcla total.
O/o grava con respecto
a la mezcla total =
= 1.200 X 0.451 = 541.2 grl
= 1.200 X Ó.233 = 279.6 gr.
Este procedimiento se repite para las otras dos '
muestras que se van a preparar con el mismo por- '
centaje de cemento asfáltico.
Para los otros porcentajes elegidos, se procede
de manera similar, calculando las cantidades de cada fracción de agregados y el asfalto que correspon-
0.95 = 45.1
84
FIG. 5.4 - El agregado se calienta en el horno hasta la temperatura
especificada.
FIG. 5.6 - Se añade la cantidad requerida de cemento asfáltico.
FIG. 5.5 - Se coloca en el recipiente de mezcla la cantidad
calculada de cada fracción de agregado.
FIG. 5.7 - Se mezclan agregados y asfalto.
den a cada caso, tal como se indica en el Formato
J.l para 5%, 6, 61/i y 70/o de cemento asfáltico,
con respecto al peso total de la mezcla.
go de manera rápida dentro de él, la cachada de
1200 gramos, la cual debe emparejarse con una espátula o palustre caliente, aplicando 15 golpes alrededor del perímetro y 10 en su interior y nivelando
finalmente la superficie del material (Figura 5.8).
4.5 Compactación de las mezclas
a) Antes de colocar la cachada dentro del molde,
tanto éste como el pisón de compactación deben limpiarse con gasolina o kerosene y colocarse
a estufa entre 100 .y 150ºC por unos 30 minutos.
La temperatura en este instante debe encontrarse dentro de los límites mencionados en el numeral 4.3 o de lo contrario la mezcla debe descartarse, pues no se permite su recalentamiento.
b) Al retirarlo de la estufa, se arma el molde, se le
coloca su base y collar de extensión y se introduce un papel de filtro en el fondo, colocando lue-
el
c) A continuación, se ·sujeta
molde con el aro
de ajuste que tiene para tal efecto, se coloca en
85
el pedestal de compactación, se apoya sobre la
mezcla la zapata del pisón y se aplican 35, 50 ó 75
golpes según se especifique, a caída libre y cuidando que el vástago del pisón se mantenga siempre
vertical {Figura 5.9).
e) Se retira el molde del pedestal, se le quita el collar y la base y se deja enfriar a la temperatura
ambiente.
f)
Se le coloca al molde el collar de extensión y
con el extractor se saca de él la probeta compactada, la cual debe identificarse marcándola en
cada cara con una crayola.
d) Terminada la aplicación del número de golpes
requerido, se retira el molde del dispositivo de
ajuste, se le quita la placa de base y el collar de ex~
tensión, se invierte el molde y se vuelve a montar el
dispositivo, aplicando el mismo número de golpes a
la que ahora es la cara superior de la muestra.
g) Se pesa la probeta y se mide su espesor; si su altura está fuera de lo especificado, puede ajustarse la cantidad de agregado a utilizar para elaborar las siguientes probetas, aplicando la expresión:
:¡
FIG. 5.8 - Se empareja la mezcla con la espátula caliente
FIG. 5.9 - Compactación de la mezcla asfáltica
FIG. 5.1 O - Determinación del peso en el
agua de una probeta Marshall.
86
Peso ajustado
del agregado
=
= peso en el aire de la probeta parafinada
Wwp = peso en el agua de la probeta parafinada ·
Wap
2.5 x peso del agregado
usado
altura medida de la muestra
(pg)
Gp
4.6.2
h) Finalmente, se coloca la probeta sobre una superficie lisa y bien ventilada durante toda la noche.
Ensayo de estabilidad y flujo
El procedimiento que se describe a continuación, es aplicable a todas las probetas compactadas.
Este procedimiento de compactación se realiza
sobre todas las muestras que se elaboren con los diversos porcentajes de cemento asfáltico.
a) Si la probeta ha sido parafinada, deberá rasparse la parafina para dejarla lista para este ensayo.
b) Se lleva la probeta a un baño de agua a 60 ± 1°
C durante un lapso de 30 a 40 minutos (Figura
5.11).
4.6 Ensayo de probetas compactadas
En el método de ensayo Marshall, cada muestra
compactada se somete a los siguientes ensayos en el
orden indicado:
c) Se limpia cuidadosamente la superficie interior
de la mordaza de prueba y se lubrican las barras
guías con una delgada película de aceite, de manera
que el segmento superior del anillo deslice libremente. Si se usa un anillo para medir la carga aplicada,
debe controlarse que su dial esté bien fijo y en cero
cuando no haya carga.
a) Determinación del peso específico ''bulk''
b) Ensayo de estabilidad y flujo
c) Análisis de la densidad y vacíos
4.6.1
= peso específico de la parafina
Determinación del peso específico
"bulk" de las probetas compactadas
d) Estando listo el aparato de carga Marshall para
el ensayo, se saca la probeta del agua y se seca
rápida y cuidadosamente su superficie.
El peso específico "bulk" de una probeta compactada es la relación entre su peso en el aire y su
volumen incluyendo los vacíos permeables.
e) Se coloca la probeta en la mordaza inferior de
prueba y se centra. Luego se ajusta el anillo superior en posición y se centra el conjunto en el mecanismo de carga.
Si la probeta tiene una textura superficial densa
e impermeable, su peso específico "bulk" se determina sencillámente medjante la expresión:
Gb - -Wa
--Wss-Ww
f)
A continuación se coloca el medidor de flujo
sobre la barra-guía marcada y se lleva su aguja
a cero.
Siendo
Wa = peso de la probeta seca en el aire
g) Se aplica carga a la probeta a una velocidad de
2 pulgadas/minuto hasta que ocurra la falla (Figura 5.12). El punto de falla se define mediante la
máxima lectura obtenida en el dial de carga.
Ww = peso de la probeta en el agua
Wss= peso en el aire de la probeta saturada y superficialmente seca.
Si la textura superficial de la probeta es abierta
y permeable, su volumen se determina por la dif erencia entre su peso en el aire y su peso eh el agua
estando parafinada y el peso específico "bulk" se
hallará con la fórmula:
Wa
Gb =
-,_
Wap -Wwp -Wap-Wa ·
Gp
Wa
= peso en el aire de la probeta sin parafinar
El número de libras correspondiente a esta lectura se anota como ESTABILIDAD MARSHALL.
h) Mientras se está aplicando carga, se mantiene el
medidor de flujo firmemente en posición sobre
la barra-guía y se retira cuando ocurra la carga máxima. La lectura eñ el dial en este instante se denomina FLUJO y se acostumbra expresar en centésimas de pulgada.
87
~---=--~"
-
--~-----
Mordazas
para
ensayo
FIG. 5.11 - Se llevan las probetas al baño María a 60ºC.
+
FIG. 5.12- Ejecución del ensayo de estabilidad y flujo.
i)
El procedimiento completo, desde que se saca
la probeta del baño de agua hasta que falla en
la máquina, no debe tardar más de 30 segundos.
5.2). Este valor promedio, multiplicado por 62.4,
permite obtener la densidad en sistema inglés (columna p del Formato 5.2).
Análisis de densidad y vacíos
Para los datos del Formato y considerando la
mezcla No. l (50/o de cemento asfáltico), dichos
valores
4.6.3
Al terminar los ensayos de estabilidad y flujo,
debe realizarse un análisis de la densidad y vacíos
para cada serie de muestras en la forma siguiente:
serán:
Gb
a) Se promedian los pesos específicos "bulk" de
todas las probetas elabo.radas con el mismo porcentaje de asfalto, descartando las que se alejen demasiado del promedio (columna g. del formato
=
Gb =
88
2.246 + 2.235 + 2.241
3
2.241
X
62.4
=
=
2 _2 41
139 .8 lb/pie 3
Valor que se coloca en la columna h del Formato 5.2
b) Se calcula el peso específico promedio del agregado total·, mediante la expresión:
100
Gagr = - - - - - - - - -
d) Se calcula el porcentaje de absorción de asfalto
por peso del agregado seco, para cada porcentaje de cemento asfáltico utilizado, mediante la formula:
P1
-+
G1
Donde
P 1 , P2, P 3
= Porcentajes en peso de cada una
de las fracciones de material
que intervienen en el total del agregado (numeral
4.2).
G 1 , G2 , G 3
••••
Aa
Gmm
-
Gmt
X 10000
Gmm Gmt ºlo agregados
Donde
Gmm = Peso específico
apéndice)
= Pesos específicos de los materiales a los que corresponden las
:;Jracciones anteriormente mencionadas. Deberá
· emplearse el aparente para el llenante mineral y
el 1 'bulk'' para las fracciones de agregado grueso y
fino.
•••
máximo medido (ver
Gmt = Peso específico máximo teórico (aparte
4.6.3 c)
% agregados = Porcentajes de agregados con relación al peso de la mezcla total.
Para el ejemplo que ilustran los Formatos 5.1 y
5.2, el peso específico promedio del agregado es:
Para el caso de 5% de cemento asfáltico y de
acuerdo a los datos obtenidos en el problema que
se desarrolla se tiene:
100
Gagr=
2.441 - 2.431
Aa = - - - - - - - 2.441 X 2.431 X 95
2.631
47.5 +24.5 +19.0 + 9.0
2.61
2.64 2.65 2.68
10000 = 0.18º/o
Valor que se coloca en la columna j del Formato 5.2.
c) Se calcula el peso específico máximo teórico de
la muestra para cada porcentaje de asfalto, el
cual corresponde al que teóricamente se obtendría
si fuera posible comprimir la muestra hasta obtener
una masa de asfalto y agregados carente. de vacíos
con aire:
e) Se determina el porcentaje en volumen que
ocupa el agregado con respecto al volumen total de la probeta (columna K del Formato 5.2)
Ofo agregados x Gb
Vagr = - - - - - - Gagr
Este valor se calcula así:
100
Gmt
Para el 5% de cemento asfáltico en el ejemplo
del Formato 5.2, se tiene
% agregados + ºh cemento asfáltico
Gagr
Gasf
95 X 2.241
Vagr=----2.631
Para el caso del ejemplo que se adelanta en los
Formatos 5.1 y 5.2 y para el caso de un 50,.0 de cemento asfáltico, el peso específico, máximo teórico
será:
f)
Se calcula el porcentaje de vacíos con aire con
respecto al volumen total de la probeta (columna 1).
100
Gmt
2.431
~
2.631
+
Gb
Vv= (1- - ) x 100
Gm
_5_
0.996
89
Que para el 5ºh de cemento asfáltico
que no tengan exactamente la altura de 2.5 pulgadas, deben corregirse, aplicando los factores de la
Tabla 5.2.
2.241
Vv = ( 1 - - - ) x 100 = 8.2º/o
2.441
Los valores ya corregidos se anotan en la escala
r del mismo formato.
g) Se calcula el volúmen de asfalto efectivo como
porcentaje del volumen total de la probeta (columna m).
TABLA 5.2
FACTORES DE CORRECCION PARA
ESTABILIDAD MARSHALL
Vae = 100 - (Vagr + Vv)
Para el ejemplo que se adelanta y considerando
un 5% de cemento asfáltico.
Espesor de la probeta
compactada (pg)
Factor de corrección
Vae = 100 - (80.9 + 8.2) = 10.9ºh
2 /s
23/16
2%
25/16
23/s
27/16
21/2
29/16
2s/s
11
2 /16
2%
213/16
1
1.32
h) Se determina el porcentaje de vacíos en los
agregados minerales en la mezcla compactada
(columna n).
Vam = 100- Vagr
El cual, para el caso del ejemplo que se desarrolla, suponiendo un 5ºh de cemento asfáltico, será
Vam = 100- 80.9 = 19.lºh
i)
Se determina el contenido de asfalto efectivo
con respecto al peso de la mezcla (columna o
del Formato 5.2).
Los valores de estabilidad corregida para cada
grupo de muestras elaboradas con el mismo contenido de asfalto, se promedian, tornándose dicho
promedio como valor de estabilidad para ese contenido de asfalto.
Aa x ºh agregados
Ae = ºlo cem. asfált. añadido - - - - - - - 100
Debe excluirse del promedio aquel valor que se
encuentre notoriamente alejado de los demás
Valor que para un 5°/o de cemento asfálticó
añadido resulta ser
0.18 X 95
Ae=5----100
1.25
1.19
1.14
1.09
1.04
LOO
0.96
0.93
0.89
0.86
0.83
b) Los valores de flujo obtenidos para todas las
muestras elaboradas con determinado conteni-L
do de cemento asfáltico, se promedian (columnas
del Formato 5.2). Deberá también descartarse
aquel valor que difiera notablemente del promedio,
si lo hay.
= 4.83º/o
5. INTERPRETACION DE LOS RESULTADOS
5.1 Preparación de los datos
c) Se dibujan gráficos que establezcan las siguientes relaciones, tal como se ilustra en el Formato
5.1:
Los valores obtenidos en los cálculos se preparan así:
a) Las estabilidades medidas (aparte 4.6.2 f) se
anotan en la columna q del Formato 5.2.
Densidad vs
Estabilidad vs
Los valores obtenidos para aquellas muestras
Flujo vs
90
ºlo de cemento asfáltico
ºlo de cemento asfáltico
ºlo de cemento asfáltico
ºlo de vacíos con
aire en la
mezcla total
vs
ºlo de cemento asfáltico
= 6.3C}'o /
b) Para máxima estabilidad
=
5.8%
c) Para 4% de vacíos con aire (valor
medio entre 3 y 5 indicado en la
Tabla 5.3 para capas de rodadura
en concreto asfáltico)
ºlo de vacíos en
los agregados
minerales vs
a) Para máxima densidad
Ofo de cemento asfáltico
Contenido promedio de cemento
asfáltico
5.2 Pautas de comportamiento
El comportarniento normal de una mezcla asfáltica es el siguiente:
=6.4%
Con el porcentaje promedio así obtenido, se verifica si los valores de flujo, estabilidad y vacíos se
encuentran dentro de los límites especificados y
además si el porcentaje de vacíos en los agregados
minerales es superior al mínimo admisible.
a) La densidad aumenta con el contenido de asfalto hasta un máximo después del cual comienza a decrecer.
b) La curva de estabilidad es similar a la de la densidad, salvo que la máxima estabilidad ocurre
normalmente (no siempre) a un contenido de asfalto ligeramente inferior al de máxima densidad.
Para el 6.4% de cemento asfáltico, las propiedades de la mezcla son las siguientes:
a) Estabilidad (libras)
c) Los valores de flujo aumentan con los incrementos en el contenido de asfalto.
b) Flujo (l/100 pulgadas)
d) El porcentaje de vacíos con aire en la mezcla
total disminuye al incrementarse el contenido
de asfalto, tendiendo hacia un mínimo.
d) % vacíos en los agregados minerales
c) % vacíos con aire
= 2925
14.5
=
4.9
19.0
Si, por ejemplo, la vía para la cual se está diseñando la mezcla se espera que tenga un tránsito
medio, puede apreciarse en la Tabla 5.3 que la estabilidad es mayor a 500 libras, el flujo se encuentra
entre 8 y 18, los vacíos con aire entre 3 y 5% y el
porcentaje de vacíos en los agregados minerales es
superior al 14% que se requiere como mínimo según la Tabla 5.4 (este valor corresponde a 314" que
es el tamaño máximo nominal para la gradación IV
que es la que se empleó en el ejemplo de diseño).
e) El porcentaje de vacíos en los agregados minerales disminuye al incrementarse el contenido
de asfalto, hasta alcanzar un mínimo a partir del
cual comienza a aJimentar.
5.3 Selección del contenido óptimo de asfalto
en la mezcla
Con base en las curvas dibujadas, el contenido ·
óptimo de asfalto se calcula promediando los siguientes valores:
De esto se deduce que el 6 .4% puede aceptarse
como porcentaje óptimo de diseño.
a) El que corresponda a la densidad máxima
Por lo general, la mezcla de diseño a elegir debe
ser la más económica que cumpla con los criterios
establecidos. Siempre que las condiciones económicas fuesen iguales, se elegirá la mezcla de mayor estabilidad, aunque debe tenerse presente que las
mezclas con estabil!dad muy alta y flujo muy bajo
no son deseables, porque los pavimentos hechos
con tales mezclas tienden a ser muy rígidos y frágiles y pueden agrietarse bajo tránsito. Esto es parti-
b) El que corresponda a la estabilida,.d máxima
c) El que corresponda al valor medio del porcentaje de vacíos con aire permitido por las especificaciones.
Para los resultados indicados en las curvas del
Formato 5,1, el contenido óptimo de cemento asfáltico será:
91
~:
TABLA 5.3
CRITERIO DE DISEÑO SUGERIDO POR EL INSTITUTO
DEL ASFALTO PARA EL ENSAYO MARSHALL
Tránsito
.
Pesado
DTN>lOO
Medio
DTN= 10a100
Liviano
DTN<lO
75
750
8-16
50
500
8-18
35
500
8-20
3-5
3-8
5-8
3-5
3-8
5-8
3-18
Ver tabla 5.4
3-5
3-8
5-8
No. de golpes por cara
Estabilidad mínima (libras)
Flujo (l/100 pg)
º/0 de vacíos con aire:
Concreto asfáltico para rodadura
-- Concreto asfáltico para base (1)
Arena asfalto para rodadura
Arena asfalto para base (1) (2)
üfo vacíos en agregados minerales
(1) Las bases asfálticas mezcladas en caliente que se coloquen 10 o más centímetros por debajo de la superficie final y
que no cumplan el criterio de la Tabla cuando se ensayan a 60°C pueden emplearse si los cumplen al ensayarse a 38°C.
(2) Los materiales para bases de arena asfalto mezcladas en caliente, se compactarán con 50 golpes por cara independientemente del tipo de tránsito y además del requisito de vacíos con aire deberán presentar una estabilidad mayor a
200 libras y un flujo menor a 20. Además, no tienen requisito en cuanto a vacíos en los agregados minerales.
mosféricos, lo que se traduce en la desintegración
del pavimento.
TABLA 5.4
MINIMO PORCENTAJE ADMISIBLE DE V ACIOS
EN LOS AGREGADOS MINERALES
Tamaño máximo
nominal de las partículas
del agregado
No. 16
No. 8
No. 4
3/8"
1/2"
3/4"
l"
11/2"
2"
Cuando con el porcentaje de asfalto calculado
no sea posible cumplir los reqmsitos de las Tab]as
5.3 y 5.4, deberán hacerse algunos ajustes, tales como los indicados en la Tabla 5.5. Sin embargo, si
ni siquiera de ese modo se pueden satisfacer los criterios de diseño, pueden permitirse una tolerancia
de l % en los vacíos con aire, pero por ningún motivo se podrá aceptar que el valor del flujo sea mayor al permitido, ni la estabilidad inferior de la exigida. (Ver tabla 5.5 7 pág. sgte.)
°lo mínimo de vacíos
en los agregados
minerales
23.5
21
18
16
15
14
13
12
11.5
6. APLICACION DE LOS RESULTADOS OBTENIDOS
El valor óptimo obtenido en el diseño es el porcentaje de cemento asfáltico que debe intervenir en
la manufactura de la mezcla en la obra, empleando
el mismo tipo de agregados y asfalto utilizados en
el diseño de laboratorio.
cu1armente cierto cuando las características de la
base y ]a subrasante son tales que permiten deflexiones relativamente altas en el pavimento.
Es asimismo deseable que el porcentaje de vacíos con aire permanezca dentro de los límites fijados por las especificaciones, ya que si es muy bajo
habrá tendencia hacia la exudación del asfalto de la
mezc1a, mientras que si es muy alto puede producirse un envejecimiento prematuro del asfalto por
cuanto la capa queda más expuesta a los agentes at-
Sin embargo, como durante el proceso de construcción es posible que se presenten modificaciones
en ]a gradación de los agregados, el Ingeniero de
Control deberá estar atento para ordenar todos los
ajustes que considere- necesarios.
92
TABLA 5.5
GUIA GENERAL PARA AJUSTES DE MEZCLAS ASF ALTICAS
Estabilidad baja
Estabilidad satisfactoria
Vacíos con aire bajos
Reducir el contenido de asfalto
o el de llenante mineral, o ambos
Modificar la gradación y/o la
combinación de los agregados
para obtener más vacíos en
el agregado
Aumentar el llenante mineral, disminuir
el contenido de asfalto o ambas cosas
simultáneamente.
Aumentar la cantidad y/o la angulosidad
del agregado grueso.
No se requiere ajuste alguno
Disminuir el contenido de asfalto,
aumentar el llenante mineral o ambas
cosas al mismo tiempo.
Aumentar la cantidad y/o angulosidad del
agregado grueso
Vacíos con aire
satisfactorios
.····
Vacíos con aire
Altos
Aumentar el contenido de asfalto y/o el de llenante mineral.
Modificar la gradación y/o la combinación de los agregados para obtener menos vacíos
en los agregados.
Durante la producción de mezclas en planta,
además del control del porcentaje de cemento asfáltico añadido, deberá llevarse una cuidadosa investigación de la estabilidad, flujo y densidad de las
mezclas.
con la proporción de gruesos hasta valores del orden del so 0/o, por encima de los cuales la mezcla
pierde estabilidad.
7. ALGUNAS OBSERVACIONES ADICIONALES SOBRE EL EFECTO DE LAS CARACTERISTICAS DE LOS MATERIALES EN LOS
RESULTADOS DEL ENSAYO MARSHALL
c) En lo que se refiere al llenante mineral, al aumentar su cantidad se reduce el contenido necesario de asfalto (para conservar el porcentaje de
va~íos con aire) y se obtienen aumentos importantes de estabilidad, mientras las variaciones en el
flujo no son de consideración.
La tendencia en el flujo es en este caso inversa a la de la estabilidad.
Al igual que en otros ensayos mecánicos, los resultados del ensayo Marshall son afectados por las
propiedades de los agregados y las del asfalto que
interviene en la mezcla, como de manera muy resumida se indica a continuación.
7.2 Efecto de cemento asfáltico
El grado de asfalto en el ensayo Marshall tiene
gran efecto en la estabilidad, pero muy poco en el
valor de flujo. Entre más viscoso sea el asfalto, mayor será la estabilidad obtenida para un porcentaje
dado de éste.
7 .1 Efecto de los agregados
a) Al incrementarse el tamaño max1mo de los
agregados aumenta la estabilidad
7.3 Efecto de la compactación
b) Con relación al tipo de agregado, se puede predecir que un agregado con partículas sin trituración, lisas y redondas, producirá menor estabilidad que uno triturado con partículas cuya superficie sea áspera con sus bordes duros. Esto es válido
tanto para los agregados gruesos como para los finos.
El nivel de compactación de las probetas depende del número de golpes por cara que se aplique
durante el ensayo. Entre mayor sea, más altas serán
las densidades obtenidas y menores los contenidos
óptimos de asfalto requeric.os.
-
Además, el compactar a altas temperaturas produce aumentos en la densidad y la estabilidad y
menores contenidos óptimos de asfalto.
Si se mezclan agregados gruesos de textura áspera con finos de superficie lisa, la estabilidad crece
93
8. CAUSAS DE ERROR EN EL ENSAYO
- Balanza, tapones para el recipiente de· vidrio,
manguera de caucho, espátula, palustre, baño de
agua, máquina para hacer vacío, etc.
a) Errores en la dosificación de los materiales para
la mezcla.
b) Temperaturas de mezcla
decuadas.
y compactación
· Calibración del frasco
ina-
El frasco debe calibrarse para determinar exactamente el peso del agua a 25°C que pueda llenarlo. El peso del frasco más el agua a esta temperatura se llamará D.
c) Baja temperatura de las probetas en el instante
en que se cargan y /o lecturas incorrectas en los
diales de estabilidad y flujo.
Muestra para el ensayo
d) Errores en las pesadas para la determinación de
los pesos específicos. Se ha encontrado que si
los pesos no se determinan con aproximación al décimo de gramo, el error que puede cometerse en la
determinación del volumen de vacíos con aire puede llegar hasta 1.6º,6 suponiendo que el resto del
ensayo se realice en forma correcta.
Simultáneamente con la. preparac1on de las
mezclas para el ensayo Marshall (numeral 4.4 del
presente capítulo), se elabora otra muestra para esta prueba y para cada contenido de cemente. asfál- >>
tico empleado.
El tamaño de la muestra para la determinación
del peso específico depende del tamaño máximo de
las partículas del agregado que va a emplearse.
t
Si se recuerda que el porcentaje de vacíos con
aire aceptados para un concreto asfáltico puede variar en un 2º/o (entre 3 y 5º/o), se concluye que en
un caso extremo podría llegarse a cometer un error
del 80º/o.
TABLA. 5.6
TAMAÑO DE LA MUESTRA PARA
LA DETERMINACION DEL PESO ESPECIFICO
Si bien en casos normales el error es mucho menor, esto no exime el énfasis de esta recomendación.
APENDICE
DETERMINACION DEL PESO ESPECIFICO MAXIMO DE UNA MEZCLA ASF ALTICA
Objeto del ensayo
Tamaño máximo del
agregado (pg)
Tamaño mínimo de la
muestra de ensayo (gr)
l
3/4
1/2
3/8
4
2.500
2.000
1.500
1.000
500
En caso de que la muestra sea mayor a la capacidad del frasco, deberá ensayarse por partes.
El peso específico máximo de una mezcla asfáltica sin vacíos con aire (no compactada), se determina por medio del método desarrollado por James
Rice y su valor es necesario para conocer el porcentaje de asfalto absorbido por los agregados y el volumen real de los vacíos con aire que tendrá cuando se encuentre compactada. El procedimiento de
ensayo es en términos generales similar al empleado ·
para la deterninación de los pesos específicos de
los agregados finos.
Procedimiento de ensayo
a) La muestra debe desmenuzarse sin partir las
partículas, de manera que la porción de agregado fino no tenga tamaños mayores a 1/4". Si esto
no puede hacerse, se deberá calentar al horno en
una bandeja plana, pero solamente el tiempo necesario para poder desmenuzarla.
b) Se permite que la mezcla de ensayo alcance la
temperatura ambiente, se coloca dentro del
frasco y se pesa. La diferencia entre este peso y el
del frasco vacío, será el peso de la muestra en el
aire (A).
Equipo para el ensayo
Recipiente de vidrio de capacidad mínima de
1000 cm 3 , suficientemente fuerte para resistir vacío parcial.
94
e.o
01
141.5
¡f
139.5
140.0
140.5
FORMATO· 5.1
ll.
"'u
¡;¡ ~
::>
-zu
"'o
2"
j'!"
,_
::E~ 141.
'"~
".'2
"~
%
NORMA
5
95.4
100
'100
MEZCLA
1420
9.0
9.Q
9.0
'* 200
1 9.0
19.0
#40-1120C
<
24.5
24,5
MEZCLA
diseño
BITUMINOSA
paro
58.I
100
100
IDO
80.1
9.0
24.5
19.0
27.6
7.5
-
70.3
9.0
19.0
24.5
17.8
3/8"
TA MANO
1/2"
6
7
ASFALTO
100
100
100
100
100
100
9.0
19.0
15.1
2800
.,",_
"'
2600
2700
2900
o
~
5
3000
:::;
¡;;
"'
100
100
100
100
%
-
6
37.2
9.0
19.0
9.2
20
18.4
za.o
7
ASFALTO
7. 5
23-33 16- 24
9.0
9.4
9.0
eo
100
49.7
80
DE
6-12
10.9
1 .9
9.0
200
10.2
100
200
4
*~
<
#200
-*
< #
%
TOTAL
4
1200
274.8
213.6
22. 9
17.8
8.4
100
7
7,5
1200
78.0
100.8
532.8
6.S
11 40.0
1200.0
103 6.8
541.2
820.8
o
"'
o:
'"
;!;
~"
"'cr
o "'
UJ
""
> "'
-u oo
"'o"'"
z
UJ
'3 ,¡
"'UJ
1200.0
11 22.
1021. 2
807. 6
53 2 8
Pesos Po.sos Aeum.
N2
103-2
60
216.0
541.2
2 79.6
Pu os Pesos Acum.
1
44.4
%
100
. 8.6
5.0
18.0
45. I
23.3
%
N•
-
#
4
*200
22.
16
18
20
5
%
,*- 200
Asfalto
<
e
Pesos
7
1200
84.0
99.6
212.4
530.4
273.6
ASFAL.TO
6
100
7.0
8.3
1 200
66,0
102.0
538.8
2 78.4
214.8
7.5
1200.0
10 16.4
1116. o
Pesos Acum.
53 o. 4
804 ,O
1200.0
1134.0
53 8.8
817. 2
1032.0
Pesos Aoum.
MEZCLA
#200
o.
"-
::>
..J
o
',--
8
-"'
8
10
12
14
16
5
TAMAÑO
Asfalto
<
<140-#200
*4
... 4.- .-.40
1" -
TAMAÑO
BITUMINOSA
%
%
1200
72.0
102.0
Pesos
ASFALTO
6
Posos
o
o
7
1,s
Pesos Acum.
1200.
1129.
5 35.2
8 1 r.2
10 26. o
Pesos Acum.
5 - 3- 80
535.2
276.0
214. 8
N2 6
100
6.0
8. 5
44 6
23.0
1 7, 9
%
NS! !
Fecho
MARSHALL
asfalto (Gosf) O. 996
LA
Pesos
DE
2
N 9: 5
44. 2
%
100
5,5
8. 5
44,9
23.2
17.9
%
N~
#40 -# 200 17. 7
1' - # 4
.. 4 • ..-.40
TAMAÑO
Asfalto
<
#40-40200
* 4- * 40
1
del
METODO
MEZCLA
DESCRIPCION
DE
Revisó
TAMAÑO
11
EL
específico
BALSA
Peso
LA
POR
PREPARACION
de los agregados
BITUMINOSA
ASFALTO
6
200
Asfalto
1
TA MAN O
TOTAL
Asfalto
4
# 4 - # 40
#40-#200
5
7
6
5
2
N
UJ
8
9
*4
4 - # 40
-
#40-#200
jt
1º
TAMAÑO
F\"o.cedencia
MEZCLA
~ j .
~
O
-
., u
8~
z ,_
!!: "
",_
o
"'..J
ca·lculo'
2 6 31
19.0
40
MEZCLA
o
37,6
LA
PASA
10
43.1
o/o
PARA
61. 5
100
100
45-60 35-47
52.7
9.0
19.0
24.S
0-2
4
TAMIZ -
COMBINADA
Q,5
'37.S
40
(AGREGADOS)
(Gogr)
PREPARACION
PIEORABLANCA
y
GRADACION
DE
MATERIALES
PASA
TAMAND TAMIZ - ":o
10
1/2" .3/8"
4
20
95-100 75-90
24.5
19.0
42. 9
47.5
47.5
1" - 414
# 4-lt40
3/4"
1"
%
Tamaño
Tamiz
-
agregados
MARTA
GRADACION
100
100
100
90.4
3/4"
DE
los
Usado
100
100
100
100
100
100
#4-•40
e 40.1120
< #200
if. 4
1"
100
-
Usado
/o
0
100
1
11
Tamaño
Tamiz
de
SANTA
DISEÑO
específico
Ensayó
Peso
Proyecto
DISEÑO
~
O")
agrega dos
=
Gagr
e 39. s
1146. o
1198. 6
2. 58
1166.8
1 143. 1
1164.3
113 9.1
2. 56
2.5 5
11 70.6
1175 1
116 7. 2
2. 5 1
2. 53
662.2
2. 2 48
2.273
¿. 27 6
2. 2 74
2 273
2. 2 71
2. 274
2. 2 74
2. 255
2. 25 6
2. 2 55
2 2 53
2. 2 41
2. 241
FORtriATO
Ensayó
Pr9medio
9. 2
7.0
1169.0
1149 5
1137.0
2. 58
2.61
2. 51
1 171.1
1139.8
1152.2
6 3 7.8
646.5
6 56 .4
2. 270
2.265
2.273
2.360
1
2 378
Calculo'
1
1
1
1
2. 395
2. 413
2.43 1
h
teórico
1
1
!
b5
2. 370
2. 3 87
2 4
2. 423
2. 441
i
Máximo
medido
0.19
0.17
0.18
0.18
o. 1a
ao.2
a o.e
81. 2
01 .o
80.9
Tii11<50-b) GOgr
( 100-b)g
(i-hl 1 4
o
k
j
ºlo
Asfalto
absorbido
EL
4. 2
4.7
5. 5
6. 9
a. 2
(1-f) 100
1
aire
Reviso'
15. 6
14. 5
13. 3
12. I
10.9
100-k-1
m
Asfalto
efectivo
Peso
19. e
19. 2
18.8
1 9.0
19. I
100-k
n
minerales
6. 8 2
6. 34
5. 83
5 33
4. 83
b-j (100-b)
100
o
efectivo
141.6
141. 9
141.8
1 4 o .7
-
139.8
62..4 g
p
Peso
un i torio
lb/pie 3
2600
2e 00
2800
2 9 so
3 1 50
2760
3 1 30
3000
3090
3 4 00
4640
28 20
3 1 1o
2820
5 11 o
q
Medida
2640
2600
2 632
2688
2892
2 891
3024
2 760
3011
3067
3000
2 96 6
2986
3264
2707
2 a 31
2955
2 707
r
Corregida
16
17.
16
16
15
14
16
16
13
12
13
14
11
11
11
11
8
9
8
8
s
0:01"
Flujo
Gasf:0.996
60 - 70
ESTABILIDAD - lb,
=
asfáltico
del asfalto
del cemento
específico
Gro do
MARSHALL
Vacíos en ºlo de
agregados asfalto
ME TODO
TOTAL
Vacíos can
º/o
BALSA
VOLUMEN •
LA
POR
Agregados
BITUMINOSA
de los agregados
ESPECIFICO
Máximo
PESO
Procedencia
MEZCLA
2. 2 35
2.2 71
1179.2
1175.I
2.53
657. B
659. 3
656.6
66 2.9
6 56. I
638. 2
650. 5
64 3. 7
6 69.2
11
e:T
d
g
Buik
631
s
1170.1
1171.1
1166.0
2. 49
2. 55
1174.3
1179.6
1160.4
2. 55
1166.5
1 154.7
1151. 2
2. 55
1204.0
1148. 7.
1143. 9
1142. 6
2.58
2 55
6 3 4. e
f
e
d
11
= 2..
En agua
c
Probeta
- pg-
s.s.s
GRAMOS
en aire
EN
diseño
aire
PESO
para
Seca en
Espesor
PIEDRABLANCA
2.274
e.5
8.0
de
SANTA - MARTA -
DE
Promedio
4
Promedio
3
Promedio
2
Promedio
5. s
5. o
1
b
a
de
asfalto
ºlo
N'2
Mezcla
Peso específico
Proyecto
DISEÑO
c) Se añade una cantidad de agua a 25ºC, tal que
alcance a 9ubrir la muestra de ensayo.
una temperatura de 25°C y luego se pesa. Llámase E a dicho peso.
d) Se remueven las burbujas de aire atrapadas, exponiendo el contenido del frasco a vacío parcial durante 15 ± 2 minutos. El frasco debe agitarse
a intervalos de 2 minutos con el fin de ayudar en la
remoción de las burbujas.
Cálculos
El peso específico máximo medido se determi- ·
na mediante la expresión:
Gmm=
e) Se llena el frasco con agua, se lleva a un baño a
97
A
A- (E-D)
DETERMINACION DEL CONTENIDO DE BITUMEN
EN MEZCLAS DE P AVIMENT ACION
MEDIANTE EL EMPLEO DE CENTRIFUGA
1. Objeto. del ensayo
En el país por motivos económicos, se acostumbra emplear el disolvente 1125 de la Esso, con
el cual se ha encontrado que se obtiene una razonable aproximación.
Determinar por extracción en frío con un solvente, el porcentaje de bitumen en una mezcla asfáltica de pavimentos. El agregado recuperado en
este ensayo puede usarse para análisis granulométrico.
4. Preparación de la muestra para ensayo
El ensayo puede efectuarse sobre muestras extraídas de la vía o sobre muestras tomadas de la
planta donde se elabora el concreto asfáltico.
2. Equipo para el ensayo
Aparato de extracción, que contiene una taza
giratoria que puede girar a una velocidad controlada hasta de 3600 r.p.m (Figura 6.1). Deberá estar provisto dé una campana para retener el solvente escapado de la taza y un desagüe para remover dicho solvente. El aparato
también deberá tener accesorios protectores
contra explosiones y se instalará en una cámara
con buena ventilación.
En el caso de ensayar las primeras, deberán calentarse a 110 ± 5°C tanto para hacerlas más manejables como para eliminar el agua que pueden contener. Este tratamiento no se requiere para el ensayo de muestras tomadas de la planta.
El tamaño de la muestra depende del tamaño
máximo nominal del agregado en la mezcla, de
acuerdo con lo que indica la Tabla 6.1.
Filtros anulares de papel de diámetro externo
mayor al de la taza y diámetro interno una pulgada menor que el de ella.
TABLA 6.1
Horno capaz de mantener una temperatura de
110 ± 5ºC.
TAMAÑO DE LA MUESTRA PARA
EL ENSAYO DE EXTRACCION
Recipientes metálicos, balanzas, probeta, desecador, etc.
3. Reactivo para el ensayo
Aunque el bitumen por definición es el material soluble en bisulfuro de carbono, por razones de
seguridad se recomienda el uso de tricloroetileno.
También es aceptable el empleo del benceno o el
tricloroetano 1-1-1
Tamaño máximo
nominal del agregado (pg)
Cantidad mínima de
material (Kg)
No.4
3/8
0.5
1.0
1.5
2.0
1/2
3/4
1
1
1 /2
99
-
3.0
4.0
Cuando la cantidad necesaria de material sea
mayor que la capacidad de la taza del extractor, la
muestra deberá dividirse en porciones de igual tamaño para ensayo.
Se pone ~ rotar la máquina suavemente, incrementando la velocidad hasta un máximo de
3.600 r .p.m. o hasta que el solvente deje de fluir
por el desagüe.
5. Procedimiento de ensayo
g) Se detiene la máquina, se le agregan otros 200
cm 3 del reactivo y se repite el procedimiento.
Deberán añadirse sucesivamente suficientes porciones de 200 cm 3 (no menos de tres) hasta que el extracto sea claro o no más oscuro que color pajizo.
a) Se coloca una muestra representativa de la mezcla, de peso conocido, dentro de la taza del
aparato.
b) Se agrega una cantidad de reactivo suficiente
para que cubra la mezcla y se permite el tiempo suficiente (no más de 1 hora) para que el solvente desfütegre la muestra (Figura 6.2).
c) Se coloca la taza con la muestra y el solvente
en el aparato de extracción. ·
d) El papel de filtro seco y previamente pesado se
coloca sobre el borde de la taza.
e) Se ajusta la cubierta de la taza herméticamente
y se coloca un vaso de precipitados bajo el desagüe del aparato para recolectar el extracto.
f)
h) Se quita la cubierta de la taza se retira el filtro
y se seca al aire, removiendo toda la cantidad
de partículas minerales que hayan quedado adheridas a él y añadiéndolas al material contenido en la
taza (Figura 6.3). Luego se lleva el filtro al horno a
110 ± 5°C donde se seca hasta peso constante y se
registra dicho peso.
i)
El contenido de la taza debe secarse también
hasta 110 ± 5°C hasta peso constante. En caso
de que se haya empleado el benceno como solvente, el material debe someterse a un baño María por
30 minutos, antes de llevarlo al horno.
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interior
_
Mono11ero de
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FIG. 6.1 - Aparato para el ensayo
de extracción.
FIG. 6.3 - El material adherido al filtro se vierte dentro de la taza.
FIG. 6.2 - Se coloca la mezcla en la taza y
se cubre con el solvente.
100
6. Cálculos
peso del filtro luego de la prueba (aparte 5.h)
El porcentaje de bitumen en la muestra ensayada, se determina mediante la expresión
7. Interpretación del resultado
ºlo bitumen =
w1 - w2 - (W4 - w3)
----------
X
100
El resultado obtenido en el ensayo se compara
con el óptimo de asfalto que debe tener la muestra
según el diseño, a fin de hacer los ajustes a que haya lugar en la dosificación.
W1
Siendo
peso inicial de la muestra (aparte 5.a)
W1
El material mineral recuperado, se emplea en la
verificación de la granulometría del agregado utilizado en la manufactura de la mezcla.
peso de la muestra luego de la prueba
(aparte 5.i)
=
peso inicial del filtro (aparte 5.d)
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