Manual de Ensayos para Pavimentos: Agregados y Mezclas Asfálticas

UNIVERSIDAD NACIONAL DE
INGENIERÍA
FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL
Laboratorio No.2 de Mecánica de
Suelos y Pavimentos
MANUAL DE LABORATORIO
ENSAYOS PARA PAVIMENTOS
VOLUMEN I
AUTORES:
ING. SILENE MINAYA GONZALEZ (*)
[email protected]
M.I. ABEL ORDÓÑEZ HUAMAN (**)
[email protected]
(*) Asistente del Laboratorio de Mecánica de Suelos y Pavimentos
(**) Jefe del Laboratorio de Mecánica de Suelos y Pavimentos
Lima, Diciembre del 2001
Universidad Nacional de Ingeniería
Facultad de Ingeniería Civil
Laboratorio No.2 de Mecánica de Suelos y Pavimentos
Manual de Laboratorio de Ensayos para Pavimentos
Volumen I
CONTENIDO
Prólogo
PARTE I
04
ENSAYOS DE AGREGADOS PARA PAVIMENTO
Calidad de Agregados para Sub-base, Base y Afirmado
Características de los agregados
Husos Granulométricos
07
08
Ensayo de Abrasión por medio de la Máquina de
Los Ángeles ASTM C-131
13-21
Índice de Aplanamiento y Alargamiento de Agregados
para Carreteras MTC E221-1999
22-27
Porcentaje de Caras Fracturadas en los Agregados
ASTM D 5821-95
28-32
Equivalente de Arenas y Agregados Finos ASTM D-2419
33-48
Ensayo de Durabilidad ASTM C-88
49-57
PARTE II ENSAYOS PARA MEZCLAS ASFÁLTICAS
Calidad de agregados para Mezclas Asfálticas en Caliente
Mineralogía
Propiedades Físicas de los Agregados
59
60
Asfaltos
Antecedentes Históricos
Refinamiento del asfalto
Tipos de Asfaltos y Usos
62
63
65
Ensayo de Adherencia de los Ligantes Bituminosos a los
Agregados Gruesos ASTM D-1664
76-83
Adhesividad de los Ligantes Bituminosos a los Aridos
Finos (Procedimiento Riedel Weber)
84-91
Destilación de Asfaltos Líquidos ASTM D-402
92-100
Método Marshall para el Diseño de Mezclas ASTM D-1559
Referencias Históricas
Características de Mezcla
Fundamento Teórico
Objetivo
Gravedad Específica
Gravedad Específica Seca Aparente
Gravedad Específica Seca Bulk
Gravedad Específica Saturada Superficialmente Seca Bulk
Gravedad Específica en Agregados Gruesos
101
101
103
103
103
105
105
106
106
Ing. Silene Minaya – M.I. Abel Ordóñez
2
Universidad Nacional de Ingeniería
Facultad de Ingeniería Civil
Laboratorio No.2 de Mecánica de Suelos y Pavimentos
Manual de Laboratorio de Ensayos para Pavimentos
Volumen I
Gravedad Específica en Agregados Finos
Propiedades Volumetricas de Mezclas Compactadas
Gravedad Especifica Bulk de Mezclas Compactadas
Gravedad Específica Teórico Máxima
Ejemplo aplicativo
Agregados Minerales
Granulometría
Especificaciones y Tolerancias
Combinación de agregados
Dosificación de los agregados por peso
Dosificación por métodos gráficos
Calidad
Procedimiento de Análisis y Compactación de Muestras
Aplicación
Equipos de Laboratorio
Procedimientos previos
Paso A: Evaluación de agregados
Paso B: Evaluación del cemento asfáltico
Paso C: Preparación de los Especimenes Marshall
Paso D: Densidad y vacíos de los especimenes
Paso E: Estabilidad Marshall y Ensayo de Flujo
Paso F: Tabulación y Gráfico de los Resultados de Ensayo
Paso G: Determinación del Optimo Contenido de Asfalto
Ejemplos
134
134
140
140
140
145
149
150
151
151
155-185
BIBLIOGRAFIA
186-187
Ing. Silene Minaya – M.I. Abel Ordóñez
107
108
110
110
112
120
120
129
129
132
134
3
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Laboratorio No.2 de Mecánica de Suelos y Pavimentos
Manual de Laboratorio de Ensayos para Pavimentos
Volumen I
PROLOGO
El Laboratorio de Mecánica de Suelos y Pavimentos tiene la satisfacción de poner a disposición de
estudiantes, profesores y profesionales involucrados en proyectos de pavimentos, el presente
Manual de Ensayos para Pavimentos.
Es importante y oportuno señalar la importancia que tiene el estudio, evaluación y entendimiento
de las características físicas y el comportamiento mecánico de los suelos y materiales en un
proyecto de pavimentación. Por ello, la compresibilidad, resistencia cortante,
conductividad
hidráulica y las relaciones volumétricas y gravimétricas constituyen los fundamentos de diseño de
las estructuras de pavimento y mezclas asfálticas.
Los ensayos de laboratorio, en ese sentido, permiten medir, evaluar y entender el comportamiento
mencionado. Son los resultados experimentales los que van a permitir desarrollar, perfeccionar,
verificar, validar y señalar las limitaciones de las teorías y modelos físico-matemáticos, para
finalmente ser resumidos en manuales de diseño de uso ingenieril.
El Manual de Ensayos para Pavimentos está dividido en dos partes: la Parte I comprende los
ensayos de calidad de agregados utilizados en las diferentes capas que constituye la estructura
del pavimento y la Parte II comprende una introducción sobre asfaltos, mezclas asfálticas,
mineralogía de los agregados y los ensayos relacionados con el diseño de mezclas asfálticas
incluyendo el Ensayo Marshall–ASTM D 1559.
El Manual de Ensayos para Pavimentos ha sido el resultado del esfuerzo y compromiso de la Ing.
Silene Minaya con el Area de Pavimentos por lo que el Laboratorio de Mecánica de Suelos y
Pavimentos le expresa su agradecimiento. En ese sentido, ha sido para el suscrito una gran
satisfacción haber contribuido a su materialización.
Actualmente el Laboratorio de Mecánica de Suelos y Pavimentos está realizando nuevamente
ensayos sobre mezclas asfálticas incluyendo el Ensayo Marshall, ensayos de Compresión Triaxial
y Ensayos de Permeabilidad de Pared Flexible entre otros. Igualmente, se ha vuelto a realizar y
publicar trabajos experimentales de investigaciones, participando en Congresos Nacionales e
Internacionales.
Ing. Abel Ordóñez
6 de Diciembre de 2001
Ing. Silene Minaya – M.I. Abel Ordóñez
4
PARTE I
ENSAYOS DE AGREGADOS PARA PAVIMENTOS
CALIDAD DE AGREGADOS
PARA SUB-BASE, BASE Y AFIRMADO
Ing. Silene Minaya González
M.I. Abel Ordóñez Huamán
Los agregados empleados en la construcción de carreteras, deben cumplir con requisitos de
granulometría y especificaciones técnicas, que garanticen un buen comportamiento durante su
periodo de vida.
A su llegada al laboratorio, las muestras deben ser preparadas para someterlas a diferentes
ensayos de calidad de agregados. Dependiendo de la función que van a cumplir como parte de la
estructura del pavimento se las prepara para los siguientes ensayos:
Ensayos de calidad de agregados
ENSAYOS
Análisis Granulométrico por Tamizado
Límites de Consistencia
Equivalente de Arena
Sub base
9
9
9
Base
Granular
Afirmado
9
9
9
9
9
9
Peso específico y Absorción
Peso unitario varillado
Proctor Modificado
CBR
Porcentaje de caras fracturadas
Porcentaje de partículas chatas y alargadas
Contenido de impurezas orgánicas
Contenido de sales solubles totales
Adherencia (entre mallas Nº3/8" y 1/4")
Piedra
Arena
9
9
Nº40 y 200
9
9
9
9
9
9
9
9
9
9
9
9
9
9
9
9
9
9
9
9
9
9
9
Riedel Weber (según norma a emplear)
Durabilidad
9
9
9
9
9
9
9
Peso unitario suelto
Abrasión
Asfalto
9
9
9
9
9
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Volumen I
Características de los Agregados
Para verificar la calidad de un determinado banco de materiales, estos deben ser sometidos a
ensayos de suelos, debiendo cumplir con las especificaciones técnicas siguientes:
Especificaciones Técnicas para Materiales empleados en
Construcción de Carreteras
SUB BASE
GRANULAR
ENSAYO
AFIRMADO
<3000
msnm
Límite Líquido (%)
ASTM D-4318
Indice Plástico (%)
Abrasión (%)
ASTM C-131
Equivalente de arena (%)
ASTM D-2419
CBR al 100% de la M.D.S.
y 0.1” de penetración
ASTM D-1883
BASE
GRANULAR
<3000 msnm
≥3000 msnm
≥3000
msnm AGREGADO AGREGADO AGREGADO AGREGADO
GRUESO
FINO
GRUESO
FINO
35% máx 25% máx 25% máx
4a9
4% máx
6% máx 4% máx
50% máx 50% máx 50% máx
20% mIn
25% mIn 35% mIn
40% mín
40% mín 40% mín
40% máx
2% máx
40% máx
35% mIn
45% mIn
-.Pérdida con Sulfato de
Sodio (%)
12% máx
-.-
Pérdida con Sulfato de
Magnesio (%)
18% máx
35% mIn
Indice de Durabilidad
Caras de fractura (%)
1 cara fracturada
2 caras fracturadas
Partículas chatas y
alargadas (%)
Relación 1/3
(espesor/longitud)
ASTM D-4791
Sales Solubles Totales (%)
80% mín
40% mín
15% máx
80% mín
50% mín
20% máx 20% máx
1% máx 1% máx
35% mIn
15% máx
0.5% máx
0.5% máx
0.5% máx
0.5% máx
Contenido de impurezas
orgánicas (%)
Especificaciones Técnicas Generales para Construcción de Carreteras EG-2000, Ministerio de Transportes,
Comunicaciones, Vivienda y Cosntrucción, Oficina de Control de Calidad
Ing. Silene Minaya – M.I. Abel Ordóñez
7
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Volumen I
Husos Granulométricos
Además los materiales deberán ajustarse a uno de los husos granulométricos, dependiendo de la
función que cumplan.
Huso Granulométrico para Afirmado
Muestra
AFIRMADO
Abertura
(mm)
A-1(1)
A-2(1)
2"
50,000
100
-.-
1 ½”
37.500
100
-.-
1"
25,000
90-100
100,0
¾”
19.000
65-100
80-100
3/8"
9,500
45-80
65-100
Nº4
4,750
30-65
50-85
Nº10
2,000
22-52
33-67
Nº40
0,425
15-35
20-45
Nº200
0,075
5-20
5-20
Tamiz
(1) Referido a los porcentajes acumulados que pasan
Especificaciones Técnicas Generales para Construcción de Carreteras EG-2000,
Ministerio de Transportes, Comunicaciones, Vivienda y Construcción, Oficina de
Control de Calidad
Ing. Silene Minaya – M.I. Abel Ordóñez
8
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Volumen I
Rango Granulométrico para Afirmados
A-1 y A-2
100
Gradación A-2
PORCENTAJE ACUMULADO QUE PASA (%
90
80
70
60
50
Gradación A-1
40
30
20
10
100
10
1
0.1
0
0.01
ABERTURA (m m )
Ing. Silene Minaya – M.I. Abel Ordóñez
9
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Volumen I
Huso para Sub Base y Base Granular
Porcentaje que pasa en peso
Abertura
(mm)
Gradación A(1)
Gradación B
Gradación C
Gradación D
2"
50,000
100
100
-.-
-.-
1"
25,000
-.-
75-95
100
100
3/8"
9,500
30-65
40-75
50-85
60-100
Nº4
4,750
25-55
30-60
35-65
50-85
Nº10
2,000
15-40
20-45
25-50
40-70
Nº40
0,425
8-20
15-30
15-30
25-45
Nº200
0,075
2-8
5-15
5-15
8-15
Tamiz
Standard Specification for Materials for Soil-Aggregate Subbase, Base and Surface Courses. ASTM
D-1241-68 (Reapproved 1994); y
Especificaciones Técnicas Generales para Construcción de Carreteras EG-2000, Ministerio de Transportes,
Comunicaciones, Vivienda y Construcción, Oficina de Control de Calidad: (1) la curva “gradación A” deberá
emplearse en zonas con altitud mayor o igual a 3000 msnm.
Ing. Silene Minaya – M.I. Abel Ordóñez
10
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Manual de Laboratorio de Ensayos para Pavimentos
Volumen I
100
90
Gradacion B
80
70
60
50
40
Gradacion A
30
20
0.1
0.074
0.149
0.25
0.426
0.59
1
1
0.84
2.00
4.76
10
6.35
12.7
19.05
25.4
38.1
50.3
100
76.2
10
PORCENTAJE ACUMULADO QUE PASA (%)
Nº200
Nº100
Nº60
Nº40
Nº30
Nº20
Nº10
Nº4
1/4"
3/8"
1/2"
3/4"
1"
1 1/2"
2"
3"
Rango Granulométrico para Sub Bases y Bases Granulares
Gradaciones A y B
0
0.01
ABERTURA (mm)
Ing. Silene Minaya – M.I. Abel Ordóñez
11
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Facultad de Ingeniería Civil
Laboratorio No.2 de Mecánica de Suelos y Pavimentos
Manual de Laboratorio de Ensayos para Pavimentos
Volumen I
100
90
Gradacion D
80
70
60
50
40
Gradacion C
30
20
0.1
0.074
0.149
0.25
0.426
0.59
1
1
0.84
2.00
4.76
10
6.35
12.7
19.05
25.4
38.1
50.3
100
76.2
10
PORCENTAJE ACUMULADO QUE PASA (%)
Nº200
Nº100
Nº60
Nº40
Nº30
Nº20
Nº10
Nº4
1/4"
3/8"
1/2"
3/4"
1"
1 1/2"
2"
3"
Rango Granulométrico para Sub Bases y Bases Granulares
Gradaciones C y D
0
0.01
ABERTURA (mm)
Ing. Silene Minaya – M.I. Abel Ordóñez
12
ENSAYO DE ABRASION POR MEDIO DE LA
MAQUINA DE LOS ANGELES
ASTM C-131 y ASTM C-535
Ing. Silene Minaya González
M.I. Abel Ordóñez Huamán
Fundamento
Los agregados deben ser capaces de resistir el desgaste irreversible y degradación durante la
producción, colocación y compactación de las obras de pavimentación, y sobre todo durante la
vida de servicio del pavimento.
Debido a las condiciones de esfuerzo-deformación, la carga de la rueda es transmitida a la
superficie del pavimento a través de la llanta como una presión vertical aproximadamente uniforme
y alta. La estructura del pavimento distribuye los esfuerzos de la carga, de una máxima intensidad
en la superficie hasta una mínima en la subrasante.
Por esta razón los agregados que están en, o cerca de la superficie, como son los materiales de
base y carpeta asfáltica, deben ser más resistentes que los agregados usados en las capas
inferiores, sub base, de la estructura del pavimento, la razón se debe a que las capas superficiales
reciben los mayores esfuerzos y el mayor desgaste por parte de cargas del tránsito.
Por otro lado, los agregados transmiten los esfuerzos a través de los puntos de contacto donde
actúan presiones altas. El Ensayo de Desgaste de Los Ángeles, ASTM C-131 ó AASHTO T-96 y
ASTM C-535, mide básicamente la resistencia de los puntos de contacto de un agregado al
desgaste y/o a la abrasión.
También se está usando el ensayo de abrasión para calificar la calidad de piedras, y bloques de
roca para obras de defensa ribereña, etc. para lo cual se deberá someter primero a un proceso de
chancado a fin de tener la muestra de ensayo.
Objetivo
Este método describe el procedimiento para determinar el porcentaje de desgaste de los
agregados de tamaños menores a 37.5 mm (1 ½”) y agregados gruesos de tamaños mayores de
19 mm(3/4”), por medio de la máquina de los Ángeles.
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Facultad de Ingeniería Civil
Laboratorio No.2 de Mecánica de Suelos y Pavimentos
Manual de Laboratorio de Ensayos para Pavimentos
Volumen I
Equipos de Laboratorio
1. Máquina de desgaste de Los Ángeles
2. Tamices. De los siguientes tamaños: 3”, 2 ½”, 2”, 1 ½”, 1”, ¾”, ½”, 3/8”, ¼”, Nº4, Nº8. Un tamiz
Nº12 para el cálculo del desgaste
3. Esferas de acero. De 46.38 a 47.63 mm de diámetro de peso equivalente entre 390 a 445 gr.
4. Horno. Capaz de mantener una temperatura de 110±5 ºC
5. Balanza. Sensibilidad de 1.0 gr.
Material y carga abrasiva a utilizar
La cantidad de material a ensayar y el número de esferas a incluir dependen de la granulometría
del agregado grueso. En las Tablas Nº1 y Nº2, se muestra el método a emplear; así como la
cantidad de material, número de esferas, número de revoluciones y tiempo de rotación, para cada
uno de ellos. La gradación que se use deberá ser representativa de la gradación original del
material suministrado para la obra.
Tabla Nº1
Peso de agregado y Número de Esferas para agregados gruesos hasta de 1 ½”
(Ensayo de Abrasión ASTM C-131)
METODO
A
DIÁMETRO
B
C
CANTIDAD DE MATERIAL A EMPLEAR (gr)
1 ½”
Retenido en
tamiz
1”
1 250±25
1”
¾”
1 250±25
¾”
½”
1 250±10
2 500±10
½”
3/8”
1 250±10
2 500±10
3/8”
¼”
2 500±10
¼”
Nº4
2 500±10
Nº4
Nº8
Pasa el tamiz
D
5 000±10
PESO TOTAL
Nº de esferas
5 000±10
12
5 000±10
11
5 000±10
8
5 000±10
6
Nº de revoluciones
500
15
500
15
500
15
500
15
Tiempo de rotación (minutos)
Ing. Silene Minaya – M.I. Abel Ordóñez
14
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Manual de Laboratorio de Ensayos para Pavimentos
Volumen I
Tabla Nº2
Peso de agregado y Número de Esferas para agregados
gruesos de tamaños mayores a 3/4”
(Ensayo de Abrasión ASTM C-535)
METODO
1
DIÁMETRO
2
3
CANTIDAD DE MATERIAL A USAR (gr)
Que pasa
Retenido
3”
2½”
2 500±50
2½”
2”
2 500±50
2”
1 ½”
5 000±50
1 ½”
1”
1”
¾”
PESO TOTAL
Nº de esferas
5 000±50
5 000±25
5 000±25
5 000±25
10 000±100
12
10 000±75
12
10 000±50
12
1 000
1 000
30
30
1 000
30
Nº de revoluciones
Tiempo de rotación (minutos)
Procedimiento de Ensayo
1. El material deberá ser lavado y secado en horno a una temperatura constante de 105-110ºC,
tamizadas según las mallas que se indican y mezcladas en las cantidades del método al que
correspondan, según la Tabla Nº1 ó Nº2.
2. Pesar la muestra con precisión de 1 gr., para el caso de agregados gruesos hasta de 1 ½” y 5
gr. para agregados gruesos de tamaños mayores a 3/4”.
3. Introducir la muestra junto con la carga abrasiva en la máquina de Los Ángeles, cerrar la
abertura del cilindro con su tapa, ésta tapa posee empaquetadura que impide la salida de
polvo fijada por medio de pernos. Accionar la máquina, regulándose el número de
revoluciones adecuado según el método.
4. Finalizado el tiempo de rotación, se saca el agregado y se tamiza por la malla Nº12.
5. El material retenido en el tamiz Nº12 se lava y seca en horno, a una temperatura constante
entre 105º a 110ºC pesar la muestra con precisión de1 gr.
Cálculos
El resultado del ensayo se expresa en porcentaje de desgaste, calculándose como la diferencia
entre el peso inicial y final de la muestra de ensayo con respecto al peso inicial.
% desgaste =
Pinicial − Pfinal
× 100
Pinicial
Ing. Silene Minaya – M.I. Abel Ordóñez
15
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Laboratorio No.2 de Mecánica de Suelos y Pavimentos
Manual de Laboratorio de Ensayos para Pavimentos
Volumen I
Observaciones
1. Si el material se encuentra libre de costras o polvo no será necesario lavarlo antes y/o
después del ensayo.
2. Para agregados gruesos de tamaños mayores a ¾” se puede determinar la pérdida después
de 200 revoluciones. Al efectuar ésta determinación no será necesario lavar el material
retenido en el tamiz Nº12. La relación de pérdida después de 200 revoluciones a pérdida
después de 1 000 revoluciones, no debería exceder en más del 20% para materiales de
dureza uniforme. Cuando se realice éste paso se evitará perder todo tipo de material, incluido
el polvo, porque éste será devuelto a la máquina para concluir con el ensayo.
Referencias Bibliográficas
Resistencia al Desgaste de los Agregados de Tamaños menores de 37.5 mm (1 ½") ASTM C-131
Resistencia al Desgaste de los Agregados Gruesos de Tamaños mayores de 19 mm ( 3 /4”) por
medio de la Máquina de Los Angeles ASTM C-535
Abrasión Los Angeles (L.A.) al Desgaste de los Agregados de Tamaños Menores de 37.5 mm
(1½”). Norma MTC E207-1999
Diseño de Espesores Pavimentos Asfálticos para Calles y Carreteras. Ingº Germán Vivar R.
Estructuración de Vías Terrestres. M. en I., I.C. Fernando Olivera Bustamante.
Ing. Silene Minaya – M.I. Abel Ordóñez
16
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Volumen I
Foto Nº1: Cilindro metálico para realizar la prueba de desgaste de “Los Angeles”
Ing. Silene Minaya – M.I. Abel Ordóñez
17
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Foto Nº2: Tamizar el material según las mallas que se indican
Ing. Silene Minaya – M.I. Abel Ordóñez
18
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Volumen I
Foto Nº3: Pesar los materiales retenidos en las cantidades del método al que corresponden
Foto Nº4: Introducir la muestra en la máquina de “Los Angeles”
Ing. Silene Minaya – M.I. Abel Ordóñez
19
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Foto Nº5: Introducir las cargas abrasivas según el método de ensayo
Ing. Silene Minaya – M.I. Abel Ordóñez
20
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Volumen I
Foto Nº6: Finalizado el tiempo de rotación, sacar el agregado y tamizarlo por la malla Nº12
Ing. Silene Minaya – M.I. Abel Ordóñez
21
INDICE DE APLANAMIENTO Y ALARGAMIENTO DE
AGREGADOS PARA CARRETERAS
MTC E221-1999
Ing. Silene Minaya González
M.I. Abel Ordóñez Huamán
Objetivo
Las partículas planas y alargadas son definidas respectivamente, como aquellas partículas cuya
dimensión última es menor que 0.6 veces su dimensión promedio y aquellas que son mayores 1.8
veces la dimensión promedio. Para el propósito de esta prueba, la dimensión promedio se define
como el tamaño medio entre las dos aberturas 1” a ¾”, ¾” a ½”, ½”a 3/8”, etc. entre las que los
agregados son retenidos al ser tamizados.
Después de haber sido cribados por la malla de abertura cuadrada y de dos mallas
respectivamente, las partículas planas y alargadas se separan usando como patrón los aparatos
que se muestran, las partículas planas pueden ser separadas rápidamente pasándolas por cribas
con ranuras, pero en este caso, se necesita un tipo de criba para cada tamaño. El porcentaje por
peso de las partículas planas y alargadas se le designa con el nombre de índice de aplanamiento
e índice de alargamiento.
Equipos
1. Calibrador de aplanamiento y alargamiento.
2. Tamices. 2 ½”; 2”, 1 ½”, 1”, ¾”; ½”;
3
8
”; ¼”.
3. Bandejas
4. Cuarteador
5. Balanza. Sensibilidad de 0.1% el peso de la muestra que se ensaya.
Preparación de la muestra
1. Separar por cuarteo una muestra representativa
2. Tamizar por las mallas indicadas y determinar el peso retenido entre dos mallas consecutivas.
Wi
3. Separar el material retenido en cada malla para ser ensayado
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Calibrador de Espesores
ESTAS MEDIDAS VAN MARCADAS EN LA PLACA
9.5
mm
8.5 4.7
mm mm
70mm
Ing. Silene Minaya – M.I. Abel Ordóñez
17.0mm
12.5mm o
2.5mm
(1/2 o 3/8)"
19.0mm o
(1 o 3/4)" 12.5mm
(3/4 o 1/2)"
(1 1/2 o 1)"
31.5mm o 25.0mm
(1 1/4 o 1)"
100mm
2.5mm o
6.3mm
(3/8 o 1/4)"
1.55mm (1/16")
30mm
40mm
50mm
70mm
25.0mm o
19.0mm
80mm
(2 1/2 Ø 2)"
37.5mm o
25.0mm
90mm
30.0mm
o
32.5mm
100mm
63.0mm
o
50.6mm
(2 o 1 1/2)"
15.2
mm
18.8mm
3.15mm
(1/8") diam.
25.3mm
31.9mm
23
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Volumen I
Calibrador de Longitud
14.2
mm
19.8
mm
28.4mm
39.5mm
56.3mm
37.5mm
(1/1/2")
75.8mm
(1/4")
45.0mm
(6.35mm)
diam.
25.0mm
PASA TAMIZ
9.5mm 12.5mm
(3/8") (1/2")
19.0mm
(3/4")
25.0mm
(1")
RETENIDO EN TAMIZ
6.3mm 9.5mm
(1/4") (3/8")
12.5mm
(1/2")
19.0mm
(3/4")
25.0mm
(1")
Ing. Silene Minaya – M.I. Abel Ordóñez
50.0mm
(2")
37.5mm
(1/1/2")
24
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Nota
Si el porcentaje retenido entre dos mallas consecutivas es inferior al 5%, no será ensayado.
Si el porcentaje retenido entre dos mallas consecutivas está entre el 5% y 15%, se separarán
un mínimo de 100 partículas. Determinar su peso con aproximación al 0.1%.
Si el porcentaje retenido entre dos mallas consecutivas es mayor al 15%, se separarán un
mínimo de 200 partículas. Determinar su peso con aproximación al 0.1%.
Procedimiento de ensayo
1. Cada una de las muestras separadas se hace pasar por el calibrador de espesores en la
ranura cuya abertura corresponda a la fracción que se ensaya.
2. Pesar la cantidad de partículas de cada fracción, que pasaron por la ranura correspondiente,
aproximación al 0.1% del peso total de la muestra de ensayo. Pi
3. Cada una de las muestras separadas se hace pasar por el calibrador de longitud por la
separación entre barras correspondiente a la fracción que se ensaya.
4. Pesar la cantidad de partículas
de cada fracción, retenida entre las dos barras
correspondientes, aproximación al 0.1% del peso total de la muestra de ensayo. Ri
Cálculos
1. Índice de aplanamiento
IAPfi (%) =
Pi
× 100
Wi
Donde:
IAPfi
Índice de aplanamiento de la fracción i, ensayada
Pi
Peso de las partículas que pasan por la ranura correspondiente
Wi
Peso inicial de ésa fracción
2. Índice de alargamiento
IAL fi (%) =
Ri
× 100
Wi
Donde:
IALfi
Índice de alargamiento de la fracción i, ensayada
Ri
Peso de las partículas retenidas entre las correspondientes barras
Wi
Peso inicial de ésa fracción
Para ambos índices, se deberá redondear los resultados al entero más próximo.
Ing. Silene Minaya – M.I. Abel Ordóñez
25
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Volumen I
Informe
1. Los índices se pueden expresar para cada fracción ensayada, de la manera que se explica en
el cálculo.
2. Además; los índices pueden ser expresados en función del total de la muestra, se calcula el
promedio ponderado de los respectivos índices de todas las fracciones ensayadas, empleando
como factores de ponderación los porcentajes retenidos, Ri, e indicando la granulometría de la
muestra.
Aplicar las siguientes expresiones:
Indice de Aplanamie nto =
∑ (IAP × R )
∑R
fi
i
Indice de Alargamie nto =
i
∑ (IAL × R )
∑R
fi
i
i
Referencia Bibliográfica
Índice de Aplanamiento y Alargamiento de Agregados para Carreteras. MTC E221-1999
Ing. Silene Minaya – M.I. Abel Ordóñez
26
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Foto Nº1: Partículas aplanadas y alargadas
Ing. Silene Minaya – M.I. Abel Ordóñez
27
PORCENTAJE DE CARAS FRACTURADAS EN LOS AGREGADOS
ASTM D 5821-95
Ing. Silene Minaya González
M.I. Abel Ordóñez Huamán
Fundamento
Algunas especificaciones técnicas contienen requisitos relacionados al porcentaje de agregado
grueso con caras fracturadas con el propósito de maximizar la resistencia al esfuerzo cortante con
el incremento de la fricción entre las partículas. Otro propósito es dar estabilidad a los agregados
empleados para carpeta o afirmado; y dar fricción y textura a agregados empleados en
pavimentación.
La forma de la partícula de los agregados puede afectar la trabajabilidad durante su colocación;
así como la cantidad de fuerza necesaria para compactarla a la densidad requerida y la resistencia
de la estructura del pavimento durante su vida de servicio.
Las partículas irregulares y angulares generalmente resisten el desplazamiento (movimiento) en el
pavimento, debido a que se entrelazan al ser compactadas. El mejor entrelazamiento se da,
generalmente, con partículas de bordes puntiagudos y de forma cúbica, producidas, casi siempre
por trituración.
Objetivo
Este método describe la determinación del porcentaje, en peso, de una muestra de agregado
grueso que presenta una, dos o más caras fracturadas.
Definiciones
Cara Fracturada
una cara angular, lisa o superficie fracturada de una partícula de
agregado formada por trituración, otros medios artificiales o por la
naturaleza.
Discusión para esta norma una cara será considerada “cara fracturada” solamente si esta tiene un
área mínima proyectada tan grande como un cuarto de la máxima
área proyectada (máxima área de la sección transversal) de la
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Volumen I
partícula y la cara tiene aristas bien definidas; esto excluye las
pequeñas irregularidades.
Partícula fracturada
una partícula de agregado es fracturada si tiene el número mínimo de
caras fracturadas especificadas (usualmente uno o dos).
Área Proyectada de la
cara fracturada
(Af)
Partícula
fracturada
Partícula máxima
Área de la sección
transversal
(Xmáx)
Una cara será considerada
como
una cara de fractura solamente
si tiene : Af ≥ 0.25 Xmax
Esquema de una partícula fracturada con
una cara fracturada
Equipos de Laboratorio
1. Balanza. De 5 Kg. y sensibilidad al gramo
2. Tamices.
3. Partidor de muestras
4. Espátula
Preparación de la muestra
1. Secar la muestra, cuartearla teniendo cuidado de obtener una masa representativa.
2. La muestra para el ensayo tendrá una cantidad mayor a los pesos mostrados en la siguiente
tabla:
Ing. Silene Minaya – M.I. Abel Ordóñez
29
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Volumen I
Tamaño Máximo
Nominal
Peso mínimo para el ensayo
(gr)
3/8”
200
½”
500
¾”
1 500
1”
3 000
1 ½”
7 500
2”
15 000
2 ½”
30 000
3”
60 000
3 ½”
90 000
3. Tamizar el material grueso y fino completamente, por la malla Nº4
4. Para muestras con tamaño máximo nominal mayor o igual a ¾”, donde el contenido de
partículas fracturadas va ser determinado por el material retenido en la malla Nº4 o mas
pequeño, la muestra puede ser separada en la malla de 3/8”, la fracción que pase la malla
Nº3/8” puede luego ser reducida, de acuerdo a ASTM C-702 hasta 200 gr. Esto reducirá el
número de partículas que serán separadas durante el procedimiento. En este caso, el
porcentaje de partículas fracturadas se determina sobre cada porción; y un porcentaje
promedio ponderado de partículas fracturadas se calcula basado en la masa de cada una de
las porciones para reflejar el porcentaje total de partículas fracturadas en toda la muestra.
Procedimiento
1. Lavar la muestra sobre la malla designada y remover cualquier fino. Secar
2. Determinar la masa de la muestra con una aproximación de 0.1%.
3. Extender la muestra seca sobre una superficie plana, limpia y lo suficientemente grande como
para permitir una inspección. Para verificar si la partícula alcanza o cumple el criterio de
fractura, sostener el agregado de tal manera que la cara sea vista directamente. Si la cara
constituye al menos ¼ de la máxima sección transversal, considerarla como cara fracturada.
4. Usando la espátula separar en tres categorías. 1.- Partículas fracturadas dependiendo si la
partícula tiene el número requerido de caras fracturadas; 2.- Partículas que no reúnen el
criterio especificado; y 3.- Partículas cuestionables. Si el número requerido de caras
fracturadas no se consigue en las especificaciones, la determinación será hecha sobre la base
de un mínimo de una cara fracturada. Determinar el porcentaje en peso de cada una de las
categorías. Si sobre cualquiera de los porcentajes más del 15% del total es cuestionable,
repita la evaluación hasta que no más del 15% se repita en esta categoría.
Ing. Silene Minaya – M.I. Abel Ordóñez
30
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Volumen I
Informe
Reporte el porcentaje en peso del número de partículas con el número especificado de caras
fracturadas, aproximado al uno por ciento de acuerdo a la siguiente fórmula:
⎡ F + Q/2 ⎤
P=⎢
⎥ × 100
⎣F + Q + N⎦
Donde:
P
Porcentaje de partículas con el número especificado de caras fracturadas
F
Peso o cantidad de partículas fracturadas con al menos el número especificado de caras
fracturadas
Q
Peso o cantidad de partículas cuestionables
N
Peso o cantidad de partículas en la categoría de no fracturadas que no cumplen el criterio
de fractura
Reportar el criterio de fractura especificada.
Reportar el total de masa en gramos, del agregado ensayado.
Reportar la malla en el cual la muestra de suelo fue retenido al iniciar el ensayo.
Reportar si el porcentaje de caras fracturadas fue reportado por masa o cantidades
Referencias Bibliográficas
Determining the Percentage of Fractured Particles in Coarse Agregate. ASTM D-5821
Ing. Silene Minaya – M.I. Abel Ordóñez
31
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Foto Nº1: Partículas con una, dos o más caras fracturadas
Ing. Silene Minaya – M.I. Abel Ordóñez
32
EQUIVALENTE DE ARENAS Y AGREGADOS FINOS
ASTM D-2419
Ing. Silene Minaya González
M.I. Abel Ordóñez Huamán
Objetivo
Este método de ensayo asigna un valor empírico a la cantidad relativa, finura y características del
material fino presente en una muestra de ensayo formado por suelo granular que pasa el tamiz
Nº4 (4.75 mm). El término “Equivalente de Arena” transmite el concepto que la mayoría de los
suelos granulares y agregados finos son mezcla de partículas gruesas, arenas y generalmente
finos.
Para determinar el porcentaje de finos en una muestra, se incorpora una medida de suelo y
solución en una probeta plástica graduada que luego de ser agitada separa el recubrimiento de
finos de las partículas de arena; después de un período de tiempo, se pueden leer las alturas de
arcilla y arena en la probeta. El equivalente de arena es la relación de la altura de arena respecto
a la altura de arcilla, expresada en porcentaje.
Este método proporciona un manera rápida de campo para determinar cambios en la calidad de
agregados durante la producción o colocación.
Equipos de Laboratorio
1. Tubo irrigador. De acero inoxidable, cobre o bronce, de 6.35 mm de diámetro exterior, 508 mm
de longitud, cuyo extremo inferior está cerrado en forma de cuña. Tiene dos agujeros laterales
de 1 mm de diámetro en los dos planos de la cuña cerca de la punta.
2. Sistema de Sifón. Se compone de un botellón de 1 galón (3.8 lt) de capacidad con un tapón. El
tapón tiene dos orificios que lo atraviesan, uno para el tubo del sifón y el otro para entrada de
aire. El conjunto deberá ubicarse a 90 cm por encima de la mesa.
3. Probeta graduada. Con diámetro interior de 31.75±0.381 mm y 431.8 mm de altura graduada
hasta una altura de 381 mm, provista de un tapón de caucho o goma que ajuste en la boca del
cilindro.
4. Tubo flexible. De caucho o goma con 4.7 mm de diámetro, tiene una pinza que permite cortar
el paso del líquido a través del mismo. Este tubo permite conectar el tubo irrigador con el sifón.
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5. Pisón de metal. Consistente en una barra metálica de 457 mm de longitud que tiene
enroscado en su extremo inferior un disco metálico de cara inferior plana perpendicular al eje
de la barra y cara superior de forma cónica. El disco lleva tres tornillos pequeños que sirven
para centrarlo dentro del cilindro. Lleva una sobrecarga en forma cilíndrica, de tal manera que
el conjunto pese 1 kg. (barra metálica, disco y sobrecarga).
6. Recipiente metálico. De estaño aproximadamente de 57 mm de diámetro con capacidad de
85±5 ml, borde superior uniforme de modo que la muestra que se coloca en ella se pueda
enrasar para conseguir el volumen requerido.
7. Cronómetro o reloj. Lecturas en minutos y segundos
8. Embudo. De boca ancha para incorporar la muestra de ensayo en la probeta graduada.
9. Tamiz. Tamiz Nº4 según especificaciones E11
10. Recipiente para mezcla
11. Horno. Capaz de mantener temperaturas de 110±5ºC.
12. Papel filtro. Watman Nº2V o equivalente
Los materiales que forman parte del equipo de ensayo de equivalente de arena son:
Lista de Materiales
Ensamblaje
A
B
C
Parte Nº
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
Descripción
Ensamblaje de sifón
Tubo de sifón
Manguera de sifón
Manguera de purga
Tubo de purga
Tapón con dos agujeros Nº6
Tubo irrigador
Abrazadera
Probeta graduada
Tubo
Base
Ensamblaje para lectura de arena
Indicador para lectura de arena
Barra
Pesa
Pasador
Pie
Tapón sólido
Material
Cobre, puede ser niquelado
Caucho, goma pura o equivalente
Caucho, goma pura o equivalente
Cobre, puede ser niquelado
Caucho
Acrílico transparente
Acrílico transparente
Nylon 101 tipo 66 templado
Bronce, puede ser niquelado
Acero, puede ser niquelado
Metal resistente a la corrosión
Bronce
Caucho, puede ser niquelado
Sand Equivalent Value of Soils and Fine Aggregate. ASTM D 2419-91
Procedimiento de ensayo
1. Reactivos, materiales y preparación de la Solución Madre
Reactivos y materiales
Cloruro de calcio anhidro, 454 gr.
Glicerina USP, 2050 gr (1640 ml)
Formaldehído, (40% en volumen) 47 gr (45 ml)
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Preparación
Disolver 454 gr. cloruro de calcio anhidro en 0.5 gal (1.9 lt) de agua destilada. Se deja enfriar a
temperatura ambiente y se pasa por papel de filtro. A la solución filtrada se le incorpora los
2050 gr de glicerina y 47 gr. de formaldehído mezclar bien.
2. Reactivos, materiales y preparación de la Solución de Trabajo
Reactivos y materiales
Solución madre
Agua destilada
Preparación
Diluir 85±5 ml al ras de la solución madre en 1 gal (3.8 lt) de agua destilada.
3. Preparación de la muestra
1. Separar aproximadamente 1500 gr de material que pase el tamiz Nº 4 (4.75 mm)
Tener el cuidado de desmenuzar todos los terrones de material fino y limpiar cualquier cubierta
de fino que se adhiere al agregado grueso, estos finos pueden ser removidos por secado
superficial del agregado grueso y frotación entre las manos sobre un recipiente plano.
Añádase este material a la porción fina de la muestra.
2. Para determinar la cantidad del material para el cuarteo
•
Si fuera necesario humedecer el material, para evitar segregación o pérdida de finos
durante el cuarteo. Tener cuidado al adicionar agua a la muestra, para mantener una
•
condición de flujo libre de material.
Usando el recipiente metálico de 85±5 ml de capacidad, saque cuatro medidas de
muestra. Cada vez que se llene una medida golpear ligeramente, la parte inferior del
•
•
recipiente sobre una superficie dura por lo menos cuatro veces.
Registre la cantidad de material contenido en las cuatro medidas, ya sea por peso o
volumen, de la probeta de plástico.
Regrese el material a la muestra y proceda a separarla por cuarteo, haciendo los ajustes
necesarios para obtener el peso o volumen predeterminado. De este cuarteo se debe
obtener, en los siguientes cuarteos, la cantidad suficiente de muestra para llenar la
•
medida, y por lo tanto proporcione un especímen de ensayo
Secar el especímen de ensayo a peso constante de 105±5ºC y dejarlo enfriar a
temperatura ambiente antes del ensayo1.
1
Los resultados de equivalente de arena en especimenes de prueba que no están bien secos, generalmente tendrán
resultados bajos en especimenes idénticos que fueron secados.
Ing. Silene Minaya – M.I. Abel Ordóñez
35
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Volumen I
3. Manteniendo la condición de flujo libre, humedecer lo suficiente el material para evitar
segregación o pérdida de finos durante el cuarteo.
4. Separar por cuarteo entre 1000 y 1500 gr de material. Colóquelo en un recipiente y mezcle en
forma circular hacia el centro, por un minuto, hasta obtener una mezcla uniforme.
5. Verificar las condiciones de humedad del material apretando con la mano una porción de
material, si se forma una masilla que permite abrir la mano sin romperse, la mezcla tiene el
rango correcto de humedad.
•
•
Si la muestra está muy seca se desmoronará, debiendo adicionar agua; volver a mezclar y
probar si se formó la masilla plástica.
Si la muestra está muy húmeda deberá secarse al aire, mezclándola frecuentemente para
asegurar uniformidad y ensayándola nuevamente.
6. Si la humedad inicial se encuentra dentro de los límites arriba descritos, la muestra se puede
ensayar inmediatamente. Si la humedad es diferente a los límites indicados, la muestra deberá
ponerse en una vasija, cubriéndola con una toalla húmeda que no toque el material, por
espacio de 15 min. como mínimo.
7. Después de transcurrido el tiempo mínimo, remezclar por 1 min. sin agua, formando un cono
con el material, utilizando una paleta.
8. Tome el recipiente metálico en una mano y presiónese contra la base del cono mientras se
sostiene a éste con la mano libre.
9. A medida que el recipiente atraviesa el cono manténgase suficiente presión en la mano para
que el material lo llene por completo. Presiónese firmemente con la palma de la mano
compactando el material hasta que éste se consolide, el exceso debe ser retirado y
desechado, enrasando con la paleta a nivel del borde del recipiente.
4. Preparación de Aparatos
1. Ajustar el sifón a un botellón de 1.0 gal (3.8 lt) conteniendo la solución de trabajo de cloruro de
calcio. Colocarlo en un anaquel ubicado a 91±3 cm sobre la mesa de trabajo.
2. Soplar el sifón dentro del botellón con solución, por el tubo de purga y con la abrazadera
abierta.
5. Procedimiento
1. Por el sifón verter 102±3 mm. de solución de trabajo de cloruro de calcio, en la probeta.
2. Con ayuda del embudo verter en la probeta, 85±5 cm3 del suelo preparado.
3. Golpear la parte baja del cilindro varias veces con la palma de la mano para desalojar las
posibles burbujas de aire y para humedecer completamente la muestra. Dejar reposar durante
10±1 min.
Ing. Silene Minaya – M.I. Abel Ordóñez
36
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Volumen I
4. Transcurridos los 10 min., tapar la probeta con un tapón; suelte el material del fondo
invirtiendo parcialmente el cilindro y agitándolo a la vez. El material puede ser agitado con
cualquiera de los siguientes métodos:
4.1 Método mecánico
Colóquese la probeta tapada en el agitador mecánico, y permitir que lo sacuda por 45±1 s.
4.2 Método del agitador manual
•
•
Ajustar la probeta tapada con las tres pinzas de resorte, sobre el soporte del agitador
manual y ponga el contador en tiempo cero.
Párese frente al agitador y fuerce el puntero sobre la marca límite pintada en el
tablero, aplicando la fuerza horizontal sobre la biela resortada del lado derecho. Luego
retirar la mano de la biela y deje que la acción del resorte mueva el soporte y la
•
probeta en la dirección opuesta sin ayuda e impedimento alguno.
Aplique suficiente fuerza a la biela resortada, con la mano derecha, durante el
recorrido con empuje para llevar el índice hasta la marca límite del émbolo, empujando
la biela con la punta de los dedos para mantener un movimiento oscilatorio suave. El
centro del límite de carrera está colocado para prever la longitud adecuada del
movimiento y su ancho se ajusta al máximo de variación permitida. La cantidad
correcta de agitación se logra solamente cuando el extremo del índice invierte su
dirección dentro de los límites marcados. Una correcta agitación puede mantenerse
•
usando solamente el antebrazo y la muñeca para mantener el agitador.
Continúe la agitación por 100 ciclos.
4.3 Método manual
•
•
Sujetar la probeta en posición horizontal y sacudirla vigorosamente de izquierda a
derecha.
Agitar el cilindro 90 ciclos en 30 segundos, usando un recorrido de 23±3 cm. Un ciclo
se define como el movimiento completo a la derecha seguido por otro a la izquierda. El
operador deberá mover solamente los antebrazos manteniendo el cuerpo y hombros
•
relajados.
Concluida con la operación de agitación, colocar la probeta verticalmente sobre la
mesa de trabajo y quitar el tapón.
5. Proceso de irrigación.
•
•
El cilindro no deberá moverse de su posición vertical y con la base en contacto con la
superficie de trabajo.
Introduzca el tubo irrigador en la parte superior de la probeta, suelte la abrazadera de la
manguera y limpie el material de las paredes de la probeta mientras el irrigador baja.
El irrigador debe llegar hasta el fondo, aplicando suavemente una presión y giro mientras que la
solución de trabajo fluye por la boca del irrigador, esto impulsa el material fino desde el fondo
hacia arriba poniéndolo sobre las partículas gruesas de arena.
Ing. Silene Minaya – M.I. Abel Ordóñez
37
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•
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Volumen I
Cuando el nivel del líquido alcance la señal de los 38 cm, levante el tubo irrigador
despacio sin que deje de fluir la solución, de tal manera que el nivel se mantenga cerca de
38.0 cm mientras se saca el tubo. Regule el flujo justo antes que el tubo esté
completamente fuera y ajuste el nivel final a los 38.0 cm.
6. Lectura de arcilla.
•
•
Dejar reposar durante 20 min. ± 15 s. Comience a medir el tiempo luego de retirar el tubo
irrigador.
Al término de los 20 min., leer el nivel superior de la suspensión de arcilla. Este valor se
denomina lectura de arcilla. Si la línea de marca no es clara transcurridos los 20 min. del
período de sedimentación, permita que la muestra repose sin ser perturbada hasta que
una lectura de arcilla pueda ser claramente obtenida; inmediatamente, lea y anote el nivel
máximo de la suspensión arcillosa y el tiempo total de sedimentación. Si el período total
de sedimentación excede los 30 min., efectúe nuevamente el ensayo, usando tres
especimenes individuales de la misma muestra. Registre la lectura de la columna de
arcilla para la muestra que requiere el menor tiempo de sedimentación como lectura de
arcilla.
7. Lectura de arena.
•
Después de la lectura de arcilla, introduzca en la probeta el ensamblaje del pie (conjunto
del disco, varilla y sobrepeso) y baje lentamente hasta que llegue sobre la arena. No
•
permitir que el indicador golpee la boca de la probeta mientras se baja el conjunto.
Cuando el conjunto toque la arena con uno de los tornillos de ensamblaje hacia la línea de
graduación de la probeta, lea y anote. Restar 25.4 cm. del nivel indicado en el borde
superior del indicador y registrar este valor como la lectura de arena.
8. Después de tomar la lectura de arena, tenga cuidado de no presionar con el pie porque podría
dar lecturas erróneas.
9. Si las lecturas de arcilla y arena están entre 2.5 mm de graduación (0.1 pulgadas), registrar el
nivel de graduación inmediatamente superior como lectura.
Cálculo e Informe
1. Calcule el equivalente de arena con aproximación a 0.1% como sigue:
SE =
Lectura arena
× 100
Lectura arcilla
Donde:
SE
Equivalente de arena expresado en porcentaje
Ing. Silene Minaya – M.I. Abel Ordóñez
38
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Volumen I
2. Si el equivalente de arena calculado no es un número entero, considere el entero inmediato
superior. Por ejemplo, si el nivel de arcilla fue 8.0 y el nivel de arena fue 3.3, el equivalente de
arena calculado será:
SE =
3.3
× 100
8.0
SE = 41.2
El valor de equivalente de arena calculado no es un número entero y será registrado como el
número entero inmediato superior, que para el ejemplo es 42.
3. Si se desea el promedio de series de valores de equivalente de arena, promediar los valores
redondeados determinados como se describe anteriormente. Si el promedio de estos valores
no es un número entero, redondear al número entero inmediatamente superior como se
muestra en el siguiente ejemplo:
Calcular el valor de equivalente de arena: 41.2; 43.8 y 40.9
Después de redondear se tiene: 42; 44 y 41
Determinar el promedio de estos valores de la siguiente manera:
SE =
(42 + 44 + 41) = 42.3
3
El valor promedio no es un número entero, este se redondea al entero superior próximo, y el
valor de equivalente de arena es 43.
Observaciones
1. La temperatura de la solución de trabajo se debe mantener a 22±3ºC durante el ensayo, si las
condiciones de campo impiden tener este rango, las muestras deben ser ensayadas en el
laboratorio donde el control de la temperatura es posible. También es posible elaborar curvas
de corrección por temperatura para cada material a ser ensayado.
2. Realizar el ensayo en un lugar libre de vibraciones. El exceso de estas puede causar que la
relación entre el material suspendido y el sedimentado sea mayor.
3. No exponer las probetas de plástico a la luz del sol a no ser que sea necesario.
4. Será necesario limpiar el crecimiento de hongos dentro del tubo de jebe y del tubo irrigador,
con un solvente limpio de hipocloruro de sodio (blanqueador doméstico de cloro) y agua en la
misma cantidad.
5. En ocasiones los agujeros de la punta del tubo irrigador se obstruyen con partículas de arena,
estas deben liberarse con ayuda de una aguja u otro objeto similar que sea posible introducir
sin incrementar el tamaño de la abertura.
6. El recipiente de mezcla y almacenamiento para soluciones deberá estar limpio. No debe
incorporarse una solución nueva a una solución antigua.
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39
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Volumen I
7. Si las lecturas de arcilla y arena se encuentran entre líneas de graduación, se anotará la
lectura correspondiente a la graduación inmediata superior.
8. Si el valor de equivalente de arena en una muestra está por debajo de las especificaciones
para dicho material, hacer dos ensayos adicionales en la misma muestra y tomar el promedio
de los tres como el equivalente de arena.
9. Para obtener el promedio de una serie de valores de equivalente de arena, promédiese el
número de valores enteros determinados.
Referencias Bibliográficas
Sand Equivalent Value of Soils and Fine Aggregate ASTM D 2419-91
Equivalente de Arena, Suelos y Agregados Finos. Norma MTC E114-1999
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40
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Foto Nº1: Equipo de Equivalente de Arena.
Foto Nº2: Cuartear el material.
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41
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Foto Nº3: Tamizar la muestra representativa por la malla Nº4 (4.75 mm).
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42
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Foto Nº4: Por el sistema de sifón verter 102±3 mm de solución de trabajo en la probeta
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43
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Foto Nº5: Verter en la probeta, 85±5 cm3 del suelo preparado en el recipiente.
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44
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Foto Nº6: Luego que la muestra repose 10±1 min. tapar la probeta y agitar
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Foto Nº7: Dejar reposar por 20 min±15 s y definir la lectura de arcilla.
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Foto Nº8: Introduzca en la probeta el ensamblaje del pie y baje lentamente hasta
que llegue sobre la arena.
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47
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Foto Nº9: Cuando el conjunto toque la arena, lea y anote.
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48
ENSAYO DE DURABILIDAD
ASTM C-88
Ing. Silene Minaya González
M.I. Abel Ordóñez Huamán
Fundamento
Es el porcentaje de pérdida de material en una mezcla de agregados durante el ensayo de
durabilidad de los áridos sometidos al ataque con sulfato de sodio o sulfato de magnesio. Este
ensayo estima la resistencia del agregado al deterioro por acción de los agentes climáticos
durante la vida útil de la obra. Puede aplicarse tanto en agregado grueso como fino.
El ensayo se realiza exponiendo una muestra de agregado a ciclos alternativos de baño de
inmersión en una solución de sulfato de sodio o magnesio y secado en horno. Una inmersión y un
secado se consideran un ciclo de durabilidad. Durante la fase de secado, las sales precipitan en
los vacíos del agregado. En la reinmersión las sales se rehidratan y ejercen fuerzas de expansión
internas que simulan las fuerzas de expansión del agua congelada. El resultado del ensayo es el
porcentaje total de pérdida de peso sobre varios tamices para un número requerido de ciclos. Los
valores máximo de pérdida son aproximadamente de 10 a 20% para cinco ciclos de inmersiónsecado.
Objetivo
El método describe el procedimiento que debe seguirse para determinar la resistencia a la
desintegración de los agregados por la acción de soluciones de sulfato de sodio o de magnesio.
Equipos de Laboratorio
1.
2.
Tamices
Para ensayar agregado grueso
3 /8”, ½”, ¾”, 1”, 1 ½”, 2” y 2½”
Para ensayar agregado fino
Nº 50, Nº 30, Nº 16, Nº 8 y Nº 4
Recipientes.
Cestas de mallas metálicas que permiten sumergir las muestras en la
solución utilizada, facilitando el flujo de la solución e impidiendo la salida de las partículas del
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Volumen I
agregado. El volumen de la solución en la cual se sumergen las muestras será, por lo
menos, cinco veces el volumen de la muestra sumergida.
3.
Balanzas. Capacidad de 500 gr. y sensibilidad de 0.1 gr. para el caso del agregado fino y
otro de capacidad no menor a 5000 gr. y sensibilidad de 1 gr. para el caso del agregado
grueso
4.
Horno. Capaz de mantener una temperatura de 110 ± 5ºC
Preparación de las Soluciones
1. Solución de Sulfato de Sodio
Si se va emplear sulfato de sodio de forma anhidra (Na2SO 4 ) , disolver 215 gr.; en caso de utilizar
sulfato de sodio hidratado (Na 2SO 4 .10H2O ) , disolver 700 gr. en un litro de agua a la temperatura
de 25 a 30ºC. Dejar reposar la preparación por 48 horas a 21 ± 1ºC, antes de su empleo. Al
concluir el período de reposo deberá tener un peso específico entre 1.151 y 1.174 gr/cm3. La
solución que presente impurezas debe filtrarse y debe volverse a comprobar su peso específico.
Nota 1.
Para conseguir la saturación a 22°C de 1 dm 3 de agua, son suficientes 215 gr. de la sal anhidra ó
700 gr. de la hidratada. No obstante, como estas sales no son completamente estables y puesto
que es preferible que haya un exceso de cristales en la solución, se recomienda como mínimo, el
empleo de 350 g de la sal anhidra y 750 g de la sal hidratada.
2. Solución de Sulfato de Magnesio
Si se va emplear sulfato de magnesio de forma anhidra (MgSO4 ) , disolver 350 gr.; en caso de
utilizar sulfato de magnesio hidratado (MgSO 4 .7H2O ) , disolver 1230 gr. en un litro de agua a la
temperatura de 25 a 30ºC. Dejar reposar la preparación por 48 horas a 21±1ºC, antes de su
empleo. Al concluir el período de reposo deberá tener un peso específico entre 1.295 y 1.302
gr/cm3. La solución que presente impurezas debe filtrarse y debe volverse a comprobar su peso
específico.
Nota 2
Para conseguir la saturación a 22 °C de 1 dm 3 de agua, son suficientes 350 gr. de la sal anhidra ó
1230 gr. de la hidratada. No obstante, como estas sales no son completamente estables y puesto
que es preferible que haya un exceso de cristales en la solución, se recomienda como mínimo, el
empleo de 400 gr. de la sal anhidra y 1400 gr. de la sal hidratada.
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50
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Preparación de las Muestras
Agregado fino
La muestra deberá pasar el tamiz 3/8” y ser retenido en la malla Nº50. Cada fracción de la muestra
comprendida entre los tamices que se indican a continuación debe ser por lo menos de 100
gramos. Se consideran solamente las fracciones que están contenidas en 5% ó más de los
tamices indicados:
Tabla Nº1
Agregado fino
Pasa
malla
Retiene
malla
3/8"
Nº4
Nº4
Nº8
Nº8
Nº16
Nº16
Nº30
Nº30
Nº50
Lavar la muestra sobre la malla Nº50, secarlas en el horno a una temperatura de 110 ± 5ºC,
separarlos en los diferentes tamices especificados anteriormente. Tomar 120 gr. de cada una de
las fracciones, para poder obtener 100 gr. después del tamizado, colocarlas por separado en los
recipientes para ensayo.
Agregado grueso
Se ensayará el material retenido en el tamiz Nº4, cada fracción de la muestra comprendida entre
los tamices debe tener el peso indicado en la Tabla Nº2; y cada fracción de la muestra debe ser
por lo menos 5% del peso total de la misma. En el caso que alguna de las fracciones contenga
menos del 5%, no se ensayará ésta fracción, pero para el cálculo de los resultados del ensayo se
considerará que tienen la misma pérdida a la acción de los sulfatos, de sodio o magnesio, que la
media de las fracciones, inferior y superior más próximas, o bien si una de estas fracciones falta,
se considerará que tiene la misma pérdida que la fracción inferior o superior que esté presente.
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Tabla Nº2
Agregado grueso
Ensayo de Durabilidad ASTM C-88
Nº
1
2
3
4
Tamaño
%
2 1/2" a 1 1/2"
Peso retenido
(gr.)
5000±300
2 1/2" a 2"
60
3000±300
2" a 1 1/2"
40
2000±200
1 1/2" a 3/4"
1500±50
1 1/2" a 1"
67
1000±50
1" a 3/4"
33
500±30
3/4" a 3/8"
1000±10
3/4" a 1/2"
67
670±10
1/2" a 3/8"
33
330±5
3/8" a Nº4
Tamices mayores obtenidos en incrementos de 1”
300±5
7000±1000
Lavar la muestra y secarla a una temperatura de 110º ± 5ºC. Tamizarlo usando una de las
gradaciones indicadas. Tomar los pesos indicados en la Tabla Nº2 y colocarlos en recipientes
separados. En el caso de las fracciones con tamaño superior a ¾” se cuenta también el número de
partículas. Cuando son rocas deberán ser rotas en fragmentos uniformes, se pesaran 100 gr. de
cada una. La muestra de ensayo pesará 5000 gr. ± 2%. La muestra será bien lavada y secada
antes del ensayo.
Procedimiento de Ensayo
1. Sumergir las muestras preparadas en la solución de sulfato de sodio o magnesio por un
período de 16 a 18 horas, de manera que el nivel de la solución quede por lo menos 13 mm
por encima de la muestra. Tapar el recipiente para evitar la evaporación y contaminación con
sustancias extrañas. Mantener la temperatura en 21±1ºC durante el período de inmersión.
2. Retirar la muestra de la solución dejándola escurrir durante 15±5 min., secar en el horno a
110º±5ºC hasta obtener peso constante a la temperatura indicada. Para verificar el peso se
sacará la muestra a intervalos no menores de 4 horas ni mayores de 18 horas. Se considerará
que se alcanzó un peso constante cuando dos pesadas sucesivas de una muestra, no difieren
más de 0.1 gr. en el caso del agregado fino, o no difieren más de 1.0 gr. en el caso del
agregado grueso.
3. Obtenido el peso constante dejar enfriar a temperatura ambiente y volver a sumergir en la
solución para continuar con los ciclos que se especifiquen.
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Volumen I
Evaluación Cuantitativa
1. Al final de los ciclos se lava la muestra hasta eliminar los sulfatos de sodio o de magnesio, los
(BaCl2 ) .
últimos lavados deben efectuarse con agua destilada y mediante la reacción de cloruro bárico
2. Secar a peso constante a una temperatura de 110±5ºC y se pesa.
3. Tamizar el agregado fino sobre los tamices en que fue retenido antes del ensayo, y el
agregado grueso sobre los tamices indicados a continuación, según el tamaño de las
partículas.
Tamaño del
agregado
Tamiz empleado para
determinar el desgaste
2 1/2" a 1 1/2"
1 ¼”
1 1/2" a 3/4"
5/8”
¾" a 3/8"
5/16”
3/8" a Nº4
Nº5
Evaluación Cualitativa
1. En las partículas de diámetro mayor a ¾” se efectúa un exámen cualitativo después de cada
inmersión y cuantitativa al término del ensayo.
2. La evaluación cualitativa consistirá en inspeccionar partícula por partícula con el fin de eliminar
las partículas afectadas (fracturadas, fisuradas, astilladas, formación de lajas, etc.).
Resultados
Para obtener los porcentajes de pérdida, se efectuarán las siguientes anotaciones:
Agregado Fino
1. Porcentaje retenido en cada una de las mallas indicadas en la Tabla Nº1
2. Peso de cada fracción antes del ensayo
3. Porcentaje de pérdidas de cada tamaño después del ensayo
4. Porcentaje de pérdidas corregidas que se obtienen multiplicando “1” por “3” y dividiendo entre
100
5. El total de pérdidas corresponde a la suma de las partículas parciales corregidas.
Ing. Silene Minaya – M.I. Abel Ordóñez
53
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Agregado Grueso
1. Porcentaje retenido en cada una de las mallas indicadas en la Tabla Nº2
2. Peso de cada fracción antes del ensayo
3. Porcentaje de pérdidas de cada tamaño después del ensayo
4. Porcentaje de pérdidas corregidas que se obtienen multiplicando “1” por “3” y dividiendo entre
100
5. El total de pérdidas corresponde a la suma de los porcentajes de pérdidas de las dos
fracciones de cada tamaño.
Observaciones
1. Los resultados obtenidos varían según la sal que se emplee; se sugiere tener cuidado al fijar
los limites en las especificaciones en que se incluya este ensayo. Dado que su precisión es
limitada.
2. Para rechazar un agregado que no cumpla con las especificaciones pertinentes, debe
confirmarse los resultados con otros ensayos más, ligados a las características del material.
Ejemplos
En la hoja de cálculo se muestran algunos ejemplos del presente ensayo.
Referencias Bibliográficas
Soundness of Aggregates by use of Sodium Sulfate or Magnesium Sulfate ASTM C 88-76
Durabilidad al Sulfato de Sodio y Sulfato de Magnesio. MTC E209-1999
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ENSAYO DE DURABILIDAD CON SULFATO DE SODIO ASTM C-88
SOLICITADO
PROYECTO
:
POZO
:
MUESTRA
AGREGADO GRUESO
Nº
1
2
3
4
Tamaño
%
2 1/2" a 1 1/2"
Peso retenido
(gr)
TARA
Nº
PESO INICIAL
EMPLEADO1
PESO
FINAL2
(gr)
(gr)
5000+300
2 1/2" a 2"
60
2" a 1 1/2"
40
1 1/2" a 3/4"
1184,0
67
1" a 3/4"
33
3/4" a 3/8"
(gr) 3
ESCALONADO
ORIGINAL5
PERDIDAS
CORREGIDAS6
(%) 4
(%)
960,0
224,0
18,9
29,5
1184,0
960,0
224,0
18,9
29,5
1530,0
1462,0
68,0
4,4
38,1
1013,0
971,0
42,0
4,1
25,2
2000+200
TR-9
1000+50
TR-10
500+30
TR-12
1000+10
517,0
491,0
26,0
5,0
12,9
1000,0
957,0
43,0
4,3
24,9
3/4" a 1/2"
67
670+10
N-8
668,0
632,0
36,0
5,4
16,6
1/2" a 3/8"
33
330+5
N-10
332,0
325,0
7,0
2,1
8,3
300+5
N-12
301,0
297,0
4,0
1,3
3/8" a Nº4
5,58
3000+300
1500+50
1 1/2" a 1"
PERDIDAS
PESO
1,69
1,07
7,5
0,10
PERDIDAS TOTALES
8,44
AGREGADO FINO
Tamaño
3/8" a Nº4
Peso retenido
(gr)
100
TARA
Nº
PESO INICIAL
EMPLEADO1
PESO
FINAL2
(gr)
(gr)
N-21
PERDIDAS
PESO
(gr)
3
ESCALONADO
ORIGINAL5
PERDIDAS
CORREGIDAS6
(%) 4
100,0
91,0
9,0
9,0
(%)
25
2,25
Nº4 a Nº8
100
N-25
100,0
99,0
1,0
1,0
18
0,18
Nº8 a Nº16
100
N-148
100,0
98,5
1,5
1,5
17
0,26
Nº16 a Nº30
100
N-4
100,0
95,0
5,0
5,0
21
1,05
Nº30 a Nº50
100
N-5
100,0
93,5
6,5
6,5
19
1,24
PERDIDAS TOTALES
4,97
3 =(1-2)
5 =% retenido del análisis granulométrico inicial
4 =(3/1)*100
6 =(4*5)/100
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55
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Volumen I
Foto Nº1: Sumergir las muestras preparadas en la solución de sulfato de sodio o
magnesio por un período de 16 a 18 horas, de manera que el nivel de la solución
quede por lo menos 13 mm por encima de la muestra.
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Foto Nº2: Retirar la muestra de la solución déjela escurrir, secar en el horno, dejar
enfriar a temperatura ambiente y volver a sumergir en la solución para continuar con
los ciclos que se especifiquen. Al final de los ciclos lavar la muestra, secar, y tamizar.
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57
PARTE II
ENSAYOS PARA MEZCLAS ASFÁLTICAS
CALIDAD DE AGREGADOS
PARA MEZCLAS ASFÁLTICAS EN CALIENTE
Ing. Silene Minaya González
M.I. Abel Ordóñez Huamán
MINERALOGÍA
Los agregados usados en construcción de carreteras se obtienen de rocas naturales locales. Las
rocas naturales se clasifican geológicamente en tres grupos dependiendo de su origen: ígneas,
sedimentarias y metamórficas. Otro tipo de agregados, algunas veces usados en mezclas
asfálticas en caliente, son los agregados livianos, producto de arcillas calentadas a temperaturas
muy altas y escorias de altos hornos. Estos dos agregados proporcionan buena resistencia al
patinaje cuando se utilizan en mezclas asfálticas en caliente.
En la siguiente tabla se resumen propiedades deseables de rocas para agregados utilizados en
Mezclas Asfálticas en Caliente.
Tipo de Roca
Ígnea:
Granito
Sienita
Diorita
Basalto
Diabasa
Gabro
Sedimentaria:
Caliza, dolomia
Arenisca
Chert
Lutita
Metamórfica:
Gneis
Esquisto
Pizarra
Cuarcita
Mármol
Serpentina**
Dureza/Tenacidad
Resistencia al
desprendimiento*
Textura
superficial
Forma
fracturada
Regular
Bueno
Bueno
Bueno
Bueno
Bueno
Regular
Regular
Regular
Bueno
Bueno
Bueno
Regular
Regular
Regular
Bueno
Bueno
Bueno
Regular
Regular
Bueno
Bueno
Bueno
Bueno
Pobre
Regular
Bueno
Pobre
Bueno
Bueno
Regular
Pobre
Bueno
Bueno
Pobre
Regular
Regular
Bueno
Bueno
Regular
Regular
Regular
Bueno
Bueno
Pobre
Bueno
Regular
Regular
Regular
Regular
Bueno
Regular
Bueno
Bueno
Regular
Bueno
Regular
Regular
Bueno
Regular
Regular
Bueno
Regular
Regular
*Agregados hidrofílicos tienden a separar más fácilmente las películas de asfalto.
**Es un mineral que se forma por alteración de las rocas ultrabásicas
Hot Mix Asphalt Materials, Mixture Design and Construction. National Center for Asphalt Technology1996
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La mayoría de los agregados están compuestos por varios minerales. El ensayo de residuo de
ácido insoluble (ASTM D-3042) se usa como medida de la cantidad de materiales duros presentes
en los carbonatos de los agregados. Algunas departamentos de carreteras especifican un mínimo
de 10% de ácidos insolubles que aseguran propiedades aceptables de fricción. Otras agencias
usan ensayos de pulido (ASTM D-3319 ó E660 y E303) o exámenes petrográficos (ASTM C-295).
Los agregados con sustancias deletéreas no son deseables en Mezclas Asfálticas en Caliente y
no deberían usarse a menos que la cantidad de la matriz se reduzca por lavado u otro medio. Las
especificaciones para agregados normalmente enumeran una lista de materiales deletéreos
(terrones de arcilla, lutita, partículas blandas). Otras agencias especifican un mínimo de
Equivalente de Arena (ASTM D-2419) o Índice Máximo de Plasticidad (ASTM D-4318). AASHTO
M-283 sugiere que la capa en agregados después de humedecidos no deben exceder el 0.5% al
ser ensayados AASHTO T11 (ASTM C-117).
Uno de los más importantes efectos de la mineralogía de los agregados, en el comportamiento de
Mezclas Asfálticas en Caliente, es su influencia en la adhesión y perjuicio por humedad.
PROPIEDADES FÍSICAS DE LOS AGREGADOS
Los agregados para Mezclas Asfálticas en Caliente son usualmente clasificados por tamaños en
agregados gruesos, agregados finos, o filler mineral. ASTM define a los agregados gruesos como
las partículas retenidas en la malla Nº4 (4.75 mm); y filler mineral como el material que pasa la
malla Nº200 (75µm) en un porcentaje mínimo de 70%.
Las especificaciones de agregados gruesos, finos, y filler mineral se dan en ASTM D-692, D-1073
y D-242, respectivamente. Los agregados adecuados para su uso en Mezclas Asfálticas en
Caliente se determina evaluándolos para las siguientes características mecánicas:
1.
Tamaño y gradación
2.
Limpieza / materiales deletéreos
3.
Tenacidad / dureza
4.
Durabilidad / resistencia
5.
Textura superficial
6.
Forma de partículas
7.
Absorción
8.
Afinidad por el asfalto
Ing. Silene Minaya – M.I. Abel Ordóñez
60
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Limpieza
El ensayo de Equivalente de Arena, desarrollado por la California División of Highways descrito en
ASTM D-2419 es un método para determinar la proporción relativa de polvo o arcilla en la porción
de agregado que pasa la malla Nº4.
Tenacidad y Resistencia a la Abrasión
Los agregados sufren desgaste abrasivo durante su construcción, colocación y compactación de
mezclas asfálticas para pavimentos. Los agregados también están sujetos a abrasión por efecto
de la carga de tránsito. Los agregados de la superficie requieren mayor tenacidad que los
agregados de capas menores que reciben cargas disipadas.
El ensayo de abrasión de Los Ángeles mide el desgaste o resistencia a la abrasión del agregado
mineral. El equipo y procedimiento se detallan en AASHTO T-96 y ASTM C-131.
El ensayo de prueba da rangos de 10% para rocas ígneas muy duras a 60% para calizas y
areniscas. El máximo desgaste para agregados gruesos usados en carreteras de primera
categoría con Mezclas Asfálticas en Caliente se limita el porcentaje de desgaste a 40% y otras
agencias en 60%1. ASTM D-1073 no especifica el porcentaje máximo de pérdida por abrasión.
Durabilidad y Resistencia
Los agregados deben ser resistentes a la falla o desintegración por efectos del humedecimientosecado y hielo-deshielo. El ensayo ASTM C-88 es una medida empírica que pretende indicar la
durabilidad debido a variaciones del clima, no se encontraron registros históricos por ser una
nueva fuente para evaluar agregados.
1
Hot Mix Asphalt Materials, Mixture Design and Construction. National Center for Asphalt Technology 1996
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61
ASFALTOS
Ing. Silene Minaya González
M.I. Abel Ordóñez Huamán
ANTECEDENTES HISTORICOS
El cemento asfáltico y el alquitrán son considerados materiales bituminosos. Frecuente, estos dos
términos son usados intercambiando hábilmente sus conceptos resultado de su similitud en
apariencia y algunas aplicaciones. Sin embargo,
el cemento asfáltico y el alquitrán son dos
materiales diferentes; con diferentes orígenes y características químicas y físicas. El cemento
asfáltico es de color marrón oscuro a negro material cementado que se origina de manera natural
o como producto de la destilación del petróleo. El alquitrán, es primeramente fabricado por la
destilación seca del carbón bituminoso y tiene un olor muy diferente. El cemento asfáltico es usado
principalmente en los Estados Unidos en aplicaciones de pavimentos. El alquitrán es difícilmente
usado en pavimentación porque (a) algunas de sus características físicas no deseables tal como
el ser muy susceptible a altas temperaturas, y (b) significando un peligro para la salud causando
daño a los ojos e irritando la piel cuando se expone a sus gases.
Los tipos comerciales de asfalto son clasificados en dos categorías:
Asfalto Natural
Estos estuvieron almacenados bajo estratos geológicos surgiendo materiales asfálticos blandos y
duros, friable, material negro en vetas de formaciones rocosas, o impregnadas en calizas,
formaciones de areniscas y similares. El material asfáltico relativo blando, casi siempre es
semejante al petróleo pesado, y es típico del Lago Trinidad depositado en la isla Trinidad, el Lago
Bermúdez, Venezuela y en el amplio “ alquitrán de arena ” desde el extremo oeste del Canadá.
Asfalto de Petróleo
Estos son coloides dispersos en hidrocarburos en el crudo de petróleo y se obtienen por su
refinación. Con el descubrimiento del proceso de refinación en 1900 y la popularidad de los
automóviles, grandes cantidades de petróleo fueron procesados para obtener asfalto.
Gradualmente el proceso de refinamiento de asfaltos son de mejor calidad.
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REFINAMIENTO DEL ASFALTO
Casi todo el cemento asfáltico empleado en trabajos de pavimento se obtienen por procesamiento
del crudo del petróleo. Una substancial cantidad de suministro de crudo de petróleo usado en los
Estados Unidos es importado de ciudades como México, Venezuela y Canadá.
Variación del crudo del petróleo
El crudo de petróleo varia en composición de fuente a fuente, con diferente rendimiento de
cemento asfáltico residual y otras fracciones destilables. La siguiente figura muestra algunos
porcentajes en volumen de las fracciones de tres crudos.
API (grado)
SP. Gravedad
% Azufre
BOSCAN
VENEZUELA
10.1
0.999
6.4
Gasolina
3%volumen
Kerosene
6
ARABIA
PESADO
28.2
0.886
2.8
NIGERIA
LIGERO
38.1
0.834
0.2
21
Gas petróleo ligero
7
Gas petróleo pesado
33
14
20
26
10
26
Bitumen
28
16
27
30
5858
58
1
El crudo de petróleo puede ser arbitrariamente clasificado de acuerdo a su gravedad API
(American Petroleum Institute), que puede ser usado para estimar la producción de asfalto. La
gravedad API es una expresión arbitraria de la densidad o peso por unidad de volumen del
material a 60ºF y es obtenido como muestra:
Gravedad API (grado ) =
141.5
− 131.5
Gravedad específica
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La gravedad API para el agua es 10. El asfalto tiene un API de aproximadamente 5 a 10, mientras
que la gravedad API de la gasolina está cerca de 55.
La baja gravedad API del crudo (API menor de 25) representa una producción relativamente baja
de productos de evaporación y alto porcentaje de cemento asfáltico. De otra manera, una alta
gravedad API del crudo (API más de 25) representa un rendimiento relativamente alto de
productos de evaporación y bajo porcentaje de cemento asfáltico.
La baja gravedad se conoce en la industria como crudo pesado, que contienen alto contenido de
azufre. El alto grado de gravedad API se refiere a crudos ligeros, que son los que contienen bajo
porcentaje de azufre. Por tanto, un refinador elige el tipo de crudo dependiendo del tipo y cantidad
de producto producido. Los crudos se identifican por nombre o fuente con su gravedad API, en la
tabla de muestra algunos tipos de crudo con sus fuentes.
Tipo
API Fuente
A
34
32
Arabian Light, Arabia Saudita
Kuwait
B
28
26
Hawkins, USA
Tijuana, Venezuela
C
19
18
Galán, Colombia
Cyrus, Irán
D
16
15
Lloydminster, Canadá
Obeja, Venezuela
E
12
10
Panuco, México
Boscan, Venezuela
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Destilación
Los procesos de refinación para la obtención de asfaltos dependen de las características del crudo
y el rendimiento del asfalto que representa. Si este rendimiento es alto y el crudo presenta
características asfálticas, basta una etapa de destilación al vacío. Para los crudos que presentan
rendimientos medios de asfalto son necesarias dos etapas de destilación: una a presión
atmosférica y otra a vacío.
Para crudos muy livianos de bajo rendimiento de asfaltos es necesario además de las etapas
mencionadas otra final adicional de extracción.
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Estos procesos de obtención por destilación y extracción, consisten básicamente en la separación
física de los hidrocarburos componentes constituidos como mezcla en el crudo, por diferencia en
sus puntos de ebullición y de condensación1.
TIPOS DE ASFALTOS Y USOS
Los asfaltos comúnmente usados para la construcción de pavimentos flexibles se dividen en tres
tipos:
1.
Cemento de asfaltos;
2.
Emulsiones asfálticas; y
3.
Asfaltos Diluidos o Cut Back.
CEMENTOS ASFÁLTICOS
Como ya se mencionó el cemento asfáltico se obtiene, por destilación del crudo del petróleo
mediante diferentes técnicas de refinación. El producto obtenido en los fondos de la torre de vacío
luego de procesos de destilación por unidades primarias y de vacío, es el cemento asfáltico de
petróleo, de consistencia semisólida a temperatura ambiente.
A temperatura ambiente el cemento asfáltico es negro, pegajoso, semi-sólido y altamente viscoso.
Este es resistente y durable con excelente adhesividad y características a prueba de agua,
altamente resistente a la acción de ácidos, álcalis y sales. El cemento asfáltico se usa en grandes
cantidades, para la producción de Mezclas Asfálticas en Caliente (HMA), primordialmente usado
en la construcción de pavimentos flexibles en todo el mundo. El cemento asfáltico puede ser
mezclado con agregados para la producción del HMA, su propiedad de adhesividad facilita la
unión con el agregado que después de poner a temperatura ambiente, el HMA es un muy fuerte
material de pavimento que puede soportar el trafico pesado.
Tres métodos basados en su penetración, viscosidad o comportamiento se usan para clasificar el
cemento asfáltico en diferentes grados. El grado de penetración del cemento asfáltico se
especifica en ASTM D-946, con cinco penetraciones estándares, 40-50, 60-70, 85-100, 120-150,
200-300; el Perú produce cemento asfáltico de petróleo2 PEN 40/50, 60/70, 85/100, 120/150. El
ensayo de penetración mide la penetración de una aguja estándar dentro de un cemento para
pavimentación bajo cierta temperatura, tiempo y carga. Obviamente un alto valor de penetración
representa un cemento asfáltico blando. Por ejemplo, 40-50 es un grado alto, y 200-300 es un
grado blando.
1
2
Los asfaltos, tecnología y aplicaciones. Ricardo Bisso Fernández
Especificaciones Técnicas Asfaltos Petroperú S.A.. IV Congreso Nacional del Asfalto.
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El segundo método para clasificación el cemento asfáltico es por el grado de viscosidad,
especificado en ASTM D-3381. Este se basa en la viscosidad del cemento asfáltico original o por
la viscosidad del cemento asfáltico después de curado en el horno de película delgada (RTFO),.
Ambas viscosidades se miden en 140 °F (60 °C) y reportado en poises. El grado de viscosidad
basado sobre el cemento asfáltico original incluye AC-2.5, AC-5, AC-10, AC-20, AC-30y AC-40. El
grado de viscosidad del Residuo Asfáltico (AR) por el ensayo RTFO incluye AR-1000, AR-2000,
AR-4000, AR-8000, y AR-16000. El valor numérico indica viscosidades a 140 °F (60 °C) en poises.
El tercer método de clasificación asfáltica involucra el comportamiento que se fundamenta en el
Programa Estratégico de Investigación de Carreteras (SHRP).
La mayoría de las Mezclas Asfálticas en Caliente, entre los años 1940 a 1990, fueron diseñados
usando los métodos Marshall o Hveem. De acuerdo con la bibliografía consultada,
aproximadamente el 75% de los departamentos de carreteras en Estados Unidos emplean el
método Marshall, mientras que el 25% el método Hveem. Algunos estados de los Estados Unidos
usan ambos métodos para materiales similares consiguiendo un mejor entendimiento de las
características de mezcla.
En 1995, algunos estados comienzan a usar el método de diseño Superpave3 en un número
pequeño de proyectos, se espera que en los próximos años los proyectos de Mezclas Asfálticas
en Caliente sean diseñados con este método. Es importante reconocer que los tres métodos de
diseño ayudan en la tecnología del asfalto a elegir un apropiado contenido de asfalto.
Las especificaciones para Cemento Asfáltico son aquellas que cumplen con propiedades
normadas por la ASTM Requirements for Penetration Graded Asphalt Cements, tabla Nº1.1. Las
Especificaciones de Calidad Peruana, tabla Nº1.2, presenta ciertas diferencias entre las normadas
por la ASTM.
EMULSIONES ASFÁLTICAS
La emulsión asfáltica (también llamada emulsión) es una mezcla de cemento asfáltico, agua y
agente emulsificante.
3
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CEMENTO ASFÁLTICO
EN FORMAS DE
ESFERAS PERFECTAS
AGUA CON AGENTE
EMULSIFICANTE
Las emulsiones se preparan para reducir la viscosidad del asfalto pudiendo aplicarse en zonas con
bajas temperaturas. Los dos tipos comúnmente usados de emulsiones asfálticas se especifican en
ASTM D977 y ASTM D2397:
1. Aniónicas
2. Catiónicas
Los agregados minerales pueden estar cargados positiva o negativamente en su superficie. Los
agregados silicios, como las areniscas, cuarzo y gravas silíceas, están cargadas negativamente
siendo generalmente compatibles con las cargas positivas catiónicas de la emulsión asfáltica.
Algunos agregados como las calizas tienen en su superficie carga positiva, de esta manera
generalmente son compatibles con la carga negativa aniónica de la emulsión asfáltica. Esto
sucede porque las cargas opuestas se atraen entre si.
La emulsión asfáltica aniónica es de Rotura Rápida (rapid setting, RS), Rotura Medio (medium
setting, MS), y Rotura Lenta (slow setting, SS) como se especifica en ASTM D977 y se muestra en
la Tabla Nº1.3. La relación de rotura se controla por el tipo y cantidad del agente emulsificante.
Los grados aniónicos son: RS-1, HFRS-2, RS-2, MS-1, HFMS-2, MS-2, MS-2h, SS-1, y SS-1h. La
designación “h”, significa la utilización de cemento asfáltico duro usado en la emulsión. El “HF” se
refiere a un alto residuo flotante, el cual es indicador del proceso químico del residuo
emulsificante.
La emulsión asfáltica catiónica especificada en ASTM D2397, que se muestra en la Tabla 1.4,
también incluye Rotura Rápido (rapid setting, CRS), Rotura Medio (medium setting, CMS), y
Rotura Lenta (slow setting, CSS). Los grados catiónico son CRS-1, CRS-2, CMS-2, CMS-2h, CSS1, y CSS-1h.
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La elección y usos de las emulsiones asfálticas se dan en ASTM D3628. Generalmente, se
emplean como sigue:
1. Emulsión de Rotura Rápida : tratamiento superficial y macadams de penetración;
2. Emulsión de Rotura Media: mezcla asfálticas en frío de gradación abierta;
3. Emulsión de Rotura Lenta: riego de liga, fog seal, mezclas asfálticas en frío de gradación
densa, y slurry seal.
ASFALTOS DILUIDOS O CUT BACK
Los Asfaltos diluidos son producto de la adición de algún destilado del petróleo al cemento
asfáltico, resultando menos viscoso y por ello aplicable en zonas de baja temperatura. El solvente
se pierde por evaporación quedando el cemento asfáltico sobre la superficie luego de su
aplicación. Se dividen en tres tipos:
1. Curado Rápido (RC) – producto de la adición de un
diluyente ligero de alta volatilidad
(generalmente gasolina o nafta) en el cemento asfáltico. Se usa principalmente como capa
ligante y tratamiento superficial.
2. Curado Medio (MC) – producto de la adición de un diluyente medio de volatilidad intermedia
(generalmente kerosene) al cemento asfáltico.
3. Curado Lento (SC) – producto de la adición de aceites de baja volatilidad (generalmente diesel
u otros gases aceitosos) en el cemento asfáltico.
Las especificaciones para SC, MC y RC, se dan en ASTM D2026, ASTM D2027 y ASTM D2028,
respectivamente, se muestran en las Tablas Nº1.5 y 1.6. Así mismo los Cutbacks de curado medio
y rápido producidos por Petroperú están especificados en la tabla Nº1.7
En el cuadro Nº1.1 se muestran los ensayos de calidad que se realizan al cemento asfáltico,
asfalto líquido y asfalto emulsionado.
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Tabla Nº1.1
Especificaciones para Cementos Asfálticos
ASTM Requirements for Penetration Graded Asphalt Cements
Grado de Penetración
40-50
60-70
85-100
120-150
200-300
Min
Máx
Min
Máx
Min
Máx
Min
Máx
Min
Máx
Penetración a 77ºF (25C),
100 g, 5s
40
50
60
70
85
100
120
150
200
300
Punto de Inflamación, ºF
(Copa Abierta Cleveland)
450
450
450
425
350
Ductilidad a 77ºF, (25C), 5
cm/min, cm
100
100
100
100
100
Solubilidad en Tricloroetileno,
99.0
99.0
99.0
99.0
99.0
%
Penetración retenida luego
55+
52+
47+
42+
37+
del ensayo de Película
Delgada, %
Ductilidad a 77ºF (25C), 5
cm/min, luego del ensayo de
50
75
100
100*
Película Delgada, cm
* Si la ductilidad a 77ºF (25C) es menor que 100 cm, el material será aceptado si la ductilidad a 60F (15.5ºC) es como mínimo 100 cm de la razón
sacada de 5 cm/min.
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Tabla Nº1.2
Especificaciones de Calidad
Asfaltos Sólidos para Pavimentación que produce Petroperú
Características
Métodos de prueba
C.A.
20-30 PEN*
C.A.
40-50 PEN*
C.A.
60-70 PEN*
C.A.
85-100 PEN*
AASHTO
M20
Min.
Min.
Min.
Min.
Máx.
Min.
Máx.
85
100
120
150
232
0.94
1.04
218
0.94
1.04
ASTM
D 946
Máx.
Máx.
Máx.
Penetración
A 25ºC, 100 gr. 5s. 0.1 mm
T49
D5
20
30
40
50
60
70
Volatilidad
Punto de inflamación Cleveland, copa abierta, ºC
T48
D92
232
232
232
Peso específico a 15.6/15.8ºC.gr./cc
T228
D70
0.94
1.0
0.94
1.04
0.94
1.04
Ductilidad
A 25ºC, 5cm/min.cm
T51
D113
55
100
100
Solubilidad en Tricloroetileno
T44
D2042
99
99
99
% masa
Susceptibilidad Térmica
*Prueba de calentamiento sobre película fina 3.2 mm.
T179
D1754
163ºC. 5 hrs
*Pérdida por calentamiento, % masa
0.8
0.8
0.8
*Penetración retenida, % del original
T49
D5
55
55+
52+
*Ductilidad a 25ºC. 5cm./min.cm
T51
D113
25
50
50
Indice de susceptibilidad térmica
FRANCES RLB
-1.0
+1.0
-1.0
+1.0
-1.0
+1.0
Fluidez
Viscosidad Cinemática a 135ºC. CSt
T201
D2170
240
240
200
Adherencia
Revestimiento-desprendimiento, mezclado agregado bitúmen,%
D3625
>95
>95
>95
Ensayo de la mancha con solvente
T102
NEGATIVO
NEGATIVO
NEGATIVO
Heptano-Xileno 20%
Punto de ablandamiento, ºC
T53
D2398
50
59
45
55
45
55
Requerimiento General: El cemento asfáltico debe presentar un aspecto homogéneo, libre de agua y no formar espuma cuando es
calentado a la temperatura de aplicación de 175ºC. Nota:(*) Pueden ser usados para aplicaciones industriales.
100
99
C.A.
120-150 PEN*
100
99
1.0
47+
75
-1.0
+1.0
1.5
42+
100
-1.0
+1.0
170
140
>95
NEGATIVO
>95
NEGATIVO
43
35
53
45
Información recepcionada de Petroperú en el Congreso de Asfalto. Agosto del 2000
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Tabla 1.3
Requisitos para emulsiones asfálticas aniónicas
Rotura Rápida
Rotura Media
Rotura Lenta
Ensayo
RS-1
RS-2
HFRS-2
MS-1
MS-2
MS-2h
HFMS-1 HFMS-2 HFMS-2h
HFMS-2s
SS-1
SS-1h
Viscosidad, Saybolt Furol
a 77ºC
20-100
-
-
20-100
100+
100+
20-100
100+
100+
50+
20-100
20-100
Viscosidad, Saybolt Furol
a 122ºC
-
75-400
75-400
-
-
-
20-100
100+
100+
50+
20-100
20-100
55
63
63
44
65
65
55
65
65
65
57
57
40-90
200+
100-200
40-90
1200
1200
-
-
Ensayo en emulsiones
Mínimo residuo de
destilación,%
Ensayo en Residuo
Asfáltico
Penetración a 77ºC,
100g, 5s
Ensayo de flotación,
140 °F, s
100-200 100-200 100-200 100-200 100-200
-
-
1200
-
-
40-90
-
100-200 100-200
1200
1200
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71
Tabla Nº1.4
Requisitos para emulsiones asfálticas catiónicas.
Rotura Rápida
Rotura Media
Rotura Lenta
Ensayo
CRS-1
CRS-2
CMS-2
CMS-2h
CSS-1
CSS-1h
Viscosidad, Saybolt
Furol a 77ºC
-
-
-
-
20-100
20-100
Viscosidad, Saybolt
Furol a 122ºC
20-100
100-400
50-450
50-450
-
-
Destilación petróleo,
%
3
3
12
12
-
-
Mínimo residuo,
%
60
65
65
65
57
57
40-90
100-250
40-90
Ensayo en
emulsiones
Destilación
Ensayo en
Residuo destilado
Penetración a 77ºC,
100g, 5s
100-250
100-250 100-250
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Tabla 1.5
Requisitos para Cutbacks de Curado Rápido
Ensayo
RC-70
RC-250
RC-800
RC-3000
Viscosidad cinemática a 140 °F
(60 °C), cSt
70-140
250-500
800-1600
3000-6000
Punto de inflamación (copaabierta) °F (°C), mínimo
Residuo de destilación a 680°F
(360 °C), porcentaje por
volumen, mínimo
Ensayos sobre residuo de
destilación:
-
80(27)
80(27)
80(27)
55
65
75
80
Viscosidad a 140 °F (60 °C), P
600-2400
600-2400
600-2400
600-2400
Ductilidad en 77 °F (25 °C), cm,
mínimo
100
100
100
100
Hot Mix Asphalt Materials, Mixture Design and Construction. National Center for Asphalt
Technology1996
Tabla 1.6
Requisitos para Cutback de Curado Medio
MC-30
MC-70
MC-250
MC-800
MC-3000
Viscosidad cinemática a 140
°F (60 °C), cSt
30-60
70-140
250-500
800-1600
3000-6000
Punto de inflamación (copaabierta) °F (°C), mínimo
100(38)
100(38)
150(66)
150(66)
150(66)
50
55
67
75
80
300-1200
300-1200
300-1200
300-1200
300-1200
100
100
100
100
100
Ensayo
Residuo de destilación a
680°F (360 °C), porcentaje
por volumen, mínimo
Ensayos sobre residuo de
destilación:
Viscosidad a 140°F (60 °C), P
Ductilidad en 77°F (25 °C),
cm, mínimo
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Tabla Nº1.7
Especificaciones de Calidad
Para Cutbacks de Curado Medio y Rápido que produce Petroperú
Características
Fluidez
*Viscosidad Cinemática a 60ºC St
Volatilidad
Punto de inflamación TAG. Copa abierta, ºC
Destilación
% Volumen Total Destilado hasta 380ºC, % Vol.
*a 190ºC
Métodos de prueba
Especificación
AASHTO M82 y ASTM
D2027
MC-30
Especificación
AASHTO M81 y ASTM D2028
RC-70
RC-250
AASHTO
ASTM
Min.
Máx.
Min.
Máx.
Min.
Máx.
T201
D2170
30
60
70
140
250
500
T79
T78
D3143
D402
38
*a 225ºC
27
10
25
50
35
*a 260ºC
40
70
70
60
*a 316ºC
75
93
85
80
*Residuo de destilación a 360ºC, %Vol. por diferencia
50
55
65
Pruebas sobre el residuo de la destilación
Penetración a 25ºC, 100gr., 5s. 0.1 mm
T49
D5
120
250
80
120
80
120
Ductilidad a 25ºC, 5 cm/min., cm
T51
D113
100
100
100
Solubilidad en Triclororetileno, % masa
T44
D2042
99
99
99
Adherencia
Revestimiento-desprendimiento, mezcla agregado-Bitúmen, %
D3625
95
95
95
Ensayo de la mancha con solvente Heptano-Xileno 20%
T102
NEGATIVO
NEGATIVO
NEGATIVO
Contaminantes
Contenido de agua, % volumen
T55
D95
0.2
0.2
0.2
Requerimiento General Asfaltos Líquidos: El asfalto debe presentar un aspecto homogéneo y sin grumos antes de ser usado y no debe formar espuma cuando se
calienta a la temperatura de aplicación.
Información recepcionada de Petroperú en el Congreso de Asfalto. Agosto del 2000
Cuadro Nº1.1
Ensayos de Prueba de Calidad
NORMA
CEMENTO ASFALTICO
AASHTO
ASTM
Penetración
T49
Viscosidad
T201
Punto de Inflamación
T48
Prueba de Película Fina
T179
Ductilidad
T51
Solubilidad
T44
Gravedad Específica
T43
Punto de Ablandamiento
T53
ASFALTO LIQUIDO DE CURADO RAPIDO Y MEDIO
Viscosidad
T201
Punto de Inflamación
T79
Destilación
T78
Prueba sobre Residuo
Agua en Asfalto
T55
Gravedad Específica
T43
ASFALTO LIQUIDO DE CURADO LENTO
Viscosidad
T201
Punto de Inflamación
T48
Destilación
T78
Prueba de Flotación
T50
Residuo de Asfalto de 100 de Penetración
T56
Ductilidad
T51
Solubilidad
T44
Agua en Asfalto
T55
Gravedad Específica
T43
ASFALTO EMULSIONADO
Viscosidad
T59
Residuo de Destilación
T59
Asentamiento
T59
Desemulsibilidad
T59
Prueba de Tamiz
T59
Mezcla de Cemento
T59
Prueba sobre el Residuo
Prueba de Recubrimiento
Prueba de carga de Partícula
T59A
Pruba de pH
T200
Aceite Destilado
T59
Gravedad Específica
T43
Análisis de tamiz seco, agregado grueso y fino
T27
Análisis de tamiz seco, Relleno de Mineral
T37
Abrasión
T96
Prueba de Resonancia
T104
Gravedad Específica - Agregado grueso
T85
Gravedad Específica - Agregado fino
T84
Peso Unitario
T19
Humedad
D5
D1170
D92
D1754
D113
D4
D70
D36
D2170
D1310
D402
D95
D70
D2170
D92
D402
D139
D243
D113
D4
D95
D70
D244
D244
D244
D244
D244
D244
D244 - 61T
D244
E70
D244
D70
C136
D546
C131
C88
C29
C128
C29
ENSAYO DE ADHERENCIA DE LOS LIGANTES BITUMINOSOS
A LOS AGREGADOS GRUESOS
ASTM D-1664
Ing. Silene Minaya González
M.I. Abel Ordóñez Huamán
Fundamento
Todos los agregados son porosos, y algunos son más que otros. La porosidad se determina
sumergiendo los agregados en un baño y determinando la cantidad de líquido que absorbe.
La capacidad de un agregado para absorber agua (o asfalto) es un factor importante que debe
ser cuantificado en el diseño de mezclas asfálticas. Si un agregado es altamente absorbente,
entonces continuará absorbiendo asfalto después del mezclado inicial, disminuyendo la cantidad
de asfalto para ligar las demás partículas de agregado. Por ello, un agregado más poroso
requiere cantidades mayores de asfalto que las que requiere un agregado con menos porosidad.
Los agregados altamente porosos y absorbentes normalmente no son usados, a menos que
posean características que los hagan deseables. Algunos ejemplos de dichos materiales son la
escoria de alto horno y ciertos agregados sintéticos. Estos materiales son altamente porosos,
pero también son livianos en peso y poseen alta resistencia al desgaste.
El concepto de adherencia en el diseño de mezclas asfálticas está relacionado a la afinidad del
agregado por el asfalto, es la tendencia del agregado a aceptar y retener una capa de asfalto.
Las calizas y las dolomitas tienen alta afinidad con el asfalto sin embargo también son
hidrofóbicas (repelen el agua) porque resisten los esfuerzos del agua por separar el asfalto de
sus superficies.
Los agregados hidrofílicos (que atraen el agua) tienen, por otro lado, poca afinidad por el asfalto.
Por consiguiente, tienden a separarse de las películas de asfalto cuando son expuestas al agua.
Los agregados silíceos (cuarcita y algunos granitos) son ejemplos de agregados susceptibles al
desprendimiento y deben ser usados con precaución.
Como se ha explicado el concepto de adherencia no está necesariamente ligado al concepto de
porosidad.
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Manual de Laboratorio de Ensayos para Pavimentos
Volumen I
Los agregados usados en construcción de carreteras se obtiene del abastecimiento de rocas
naturales locales. Las rocas naturales son clasificadas geológicamente en tres grupos
dependiendo de su origen: ígneas, sedimentarias y metamórficas. Otro tipo de agregados usados
en mezclas asfálticas en caliente son los agregados livianos, producto de arcillas calentadas a
temperaturas muy altas, y escorias de altos hornos. Estos dos agregados proporcionan buena
resistencia al patinaje cuando se usan en mezclas asfálticas en caliente.
En la siguiente tabla se resumen propiedades deseables de rocas para agregados utilizados en
Mezclas Asfálticas en Caliente.
Tipo de Roca
Dureza/Tenacidad
Resistencia al
desprendimiento*
Textura
superficial
Ígnea:
Granito
Regular
Regular
Regular
Regular
Sienita
Bueno
Regular
Diorita
Bueno
Regular
Regular
Basalto
Bueno
Bueno
Bueno
Diabasa
Bueno
Bueno
Bueno
Gabro
Bueno
Bueno
Bueno
Sedimentaria:
Caliza, dolomia
Pobre
Bueno
Bueno
Regular
Arenisca
Bueno
Bueno
Chert
Bueno
Regular
Pobre
Lutita
Pobre
Pobre
Regular
Metamórfica:
Gneis
Regular
Bueno
Regular
Esquisto
Regular
Bueno
Regular
Regular
Regular
Pizarra
Bueno
Regular
Bueno
Cuarcita
Bueno
Mármol
Pobre
Bueno
Regular
Regular
Regular
Serpentina**
Bueno
*Agregados hidrofílicos tienden a separar más fácilmente las películas de asfalto.
** Es un mineral que se forma por alteración de las rocas ultrabásicas
Forma
fracturada
Regular
Regular
Bueno
Bueno
Bueno
Bueno
Regular
Bueno
Bueno
Regular
Bueno
Regular
Regular
Bueno
Regular
Regular
Hot Mix Asphalt Materials, Mixture Design and Construction. National Center for Asphalt Technology1996
Objetivo
Este método describe los procedimientos de revestimiento e inmersión estática para determinar
la capacidad de retención de una película bituminosa sobre una superficie de agregado en
presencia del agua.
Esto es aplicable para ambos Bitumenes: RC y Cemento Asfáltico. Donde se desee evitar el
desprendimiento, se puede agregar algún aditivo.
Ing. Silene Minaya – M.I. Abel Ordóñez
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Volumen I
Equipos de laboratorio
1. Tamices. De 3/8”, 1/4” y bandeja
2. Recipiente. De porcelana
3. Recipiente. De vidrio de 500 ml de capacidad
4. Horno. Capaz de mantener temperaturas de 60º-149º ± 1.1ºC
5. Baño maría para asfalto. con controlador automático
6. Balanza. De 200 ± 0.1 gr de precisión
7. Espátula acerada. De 1” de ancho y 4” de longitud
8. Bitúmen. Que debe ser del mismo tipo de que se va usar en obra. Si se propone algún
aditivo químico, éste debe adicionarse al Bitúmen en la cantidad especificada, y antes de
mezclar enteramente el especímen.
9. Agua destilada. Con pH entre 6 y 7
Preparación de la muestra
1. Tamizar el agregado grueso por las mallas 3/8” y 1/4”.
2. Se lava la muestra retenida en la malla ¼” con agua destilada para eliminar los finos y se
lleva a secar en horno a la temperatura 110ºC hasta que mantenga un peso constante.
Procedimiento de ensayo
1.
2.
Calentar el agregado y bitúmen a la temperatura de mezcla, Tabla Nº1
Pesar 100 ± 1gr. del agregado y verterlo en un recipiente de porcelana. Para el Caso 3 (ver
Tabla Nº2) incorporar a los agregados 2 ml de agua destilada, mezclar hasta que las
partículas estén completamente humedecidas. Pesar el recipiente con el agregado.
3.
Incorporar en el recipiente de porcelana, que aún se encuentra en la balanza, la cantidad de
material bituminoso, especificado en la Tabla Nº1 ó en la nota.
4.
Con una espátula caliente se mezcla vigorosamente hasta que el agregado quede
totalmente revestido con el material bituminoso.
5.
La mezcla se vierte en un recipiente de vidrio de 500 ml de capacidad y se lleva al horno por
espacio de 2 hr. a la temperatura indicada en la Tabla Nº1, para ser curado.
6.
Transcurrido el tiempo se retira el recipiente del horno, se remezcla con la espátula mientras
la mezcla enfría a temperatura ambiente.
7.
Incorporar aproximadamente 400 ml de agua destilada a 25ºC.
Ing. Silene Minaya – M.I. Abel Ordóñez
78
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Volumen I
Tabla Nº1
Temperatura para Mezcla del Material Bituminos
(Ensayo de Adherencia ASTM D-1664)
Material
Temperatura (ºC)
Asfalto Líquido, grados 30 y 70
T. ambiente
Asfalto Líquido 250 (RC-250)
35±3
Asfalto Líquido grado 800
52±3
Asfalto Líquido grado 3000
68±3
Alquitrán grados RT-1, RT-2, RT-3
60±3
Alquitrán grados RTCB-5, RTCB-6
60±3
Alquitrán grados RT-4, RT-5, RT-6
71±3
Alquitrán grados RT-7, RT-8, RT-9
93±3
Cementos Asfálticos 40-50 PEN, 60-70 PEN, 85-100 PEN
142±3
Si el material bituminoso no se encuentra en la tabla, la temperatura de mezclado es la Temperatura Ambiente.
Tabla Nº2
Cantidad de Material Bituminoso a incorporar
(Ensayo de Adherencia ASTM D-1664)
Caso
Condición del
agregado
Material
bituminoso
Tiempo de
mezcla
Tº de
curado
Tiempo de
curado
Tiempo de
inmersión
en agua
Asfaltos Líquidos
5.5 ± 0.2 gr.
1
2.0 min.
60ºC
2 hr.
16-18 hr.
2 hr.
16-18 hr.
No requiere
16-18 hr.
Emulsiones asfálticas
2
8.0 ± 0.2 gr.
Agregado seco
5.0 min.
135ºC
Cemento Asfáltico
5.5 ± 0.2 gr.
3
2.0-3.0 min.
-
Asfaltos Líquidos
4
Agregado húmedo
5.5 ± 0.2 gr.
5.0 min.
60ºC
Ing. Silene Minaya – M.I. Abel Ordóñez
2 hr.
16-18 hr.
79
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8.
Manual de Laboratorio de Ensayos para Pavimentos
Volumen I
El frasco se lleva al baño maría que contiene agua a 25º C, hasta una altura que alcance las
¾ partes de la altura del vaso de vidrio. Es importante indicar que la temperatura debe
mantenerse constante.
9.
El frasco se tendrá en el baño maría por un período de 16 a 18 horas.
10. Retirar la muestra y sin agitar o alterar el agregado revestido, quitar alguna película que
flota en la superficie del agua. Determinar por observación el porcentaje del área total visible
del agregado que queda revestido sobre o debajo del 95%, algunas áreas o aristas
traslúcidas o parduzcas se consideran como totalmente revestidas.
11. En el informe se mencionará si el porcentaje de área revestida es mayor o menor a 95%,
consignándose como (+ 95) ó (– 95), respectivamente.
Nota del procedimiento de ensayo
Para el caso de agregados secos revestidos con asfalto semisólidos: 40-50 PEN, 60-70 PEN y
85-100 PEN y alquitranes: RT-10, RT-11 y RT-12. El procedimiento es similar salvo en los
siguientes ítems:
1. En el ítem 1:
Si la mezcla es agregado seco y asfalto:
Calentar por separado el agregado y asfalto en horno a temperatura constante de 135-149ºC
por espacio de una hora.
Si la mezcla es agregado seco y alquitrán:
Calentar por separado el agregado en horno a temperatura constante de 79-107ºC y el
alquitrán a temperatura constante de 93-121ºC.
2. En el ítem 3:
Colocar el recipiente de mezcla sobre una malla de asbesto o material aislante para retardar
el enfriamiento, incorporar al agregado 5.5± 0.2 gr. de bitumen calentado. Mezclar por 2.0
min. y dejar que la mezcla se enfríe a temperatura ambiente.
3. En el ítem 5:
No requiere de curado
4. Todos los demás pasos son similares.
Observaciones al ensayo
1. Los resultados del ensayos son subjetivos, esto limita el alcance que tiene a porcentajes
mayores al 95%. No se intentará conocer, por éste método, el porcentaje de asfalto retenido
por el agregado por debajo del 95%.
Ing. Silene Minaya – M.I. Abel Ordóñez
80
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Manual de Laboratorio de Ensayos para Pavimentos
Volumen I
Ejemplo de informe técnico
INFORME Nº………
Proyecto
:CARRETERA AYACUCHO-SAN FRANCISCO
Sector
:DESVIO HUANTA-SAN FRANCISCO
Fecha
:23 de Noviembre de 1999
ENSAYO DE ADHERENCIA ASTM D-1664
CANTERA
:
CHACCO, BANCO 1(MUYURINA)
ASFALTO
:
PEN 120/150
ADHERENCIA
:
+95%
Lo que representa que luego de realizado el ensayo más del 95% del agregado quedó revestido
con el ligante.
Referencias Bibliográficas
Test Coating and Stripping of Bitúmen-Aggregate Mixtures. ASTM D 1664-80
Cubrimiento de los Agregados con Materiales Asfálticos (incluye emulsiones) en presencia del
agua (Stripping) Mezclas Abiertas y/o T.S. MTC E517-1999
Ing. Silene Minaya – M.I. Abel Ordóñez
81
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Volumen I
Foto Nº1: Calentar el bitúmen a la temperatura de mezcla
Foto Nº2: Incorporar en el recipiente con el agregado, la cantidad de material
bituminoso especificado
Ing. Silene Minaya – M.I. Abel Ordóñez
82
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Volumen I
Foto Nº3: Con una espátula caliente se mezcla vigorosamente hasta que el agregado
quede totalmente revestido con el material bituminoso
Foto Nº4: Determinar por observación el porcentaje del área total visible del agregado
que queda revestido sobre o debajo del 95%
Ing. Silene Minaya – M.I. Abel Ordóñez
83
ADHESIVIDAD DE LOS LIGANTES BITUMINOSOS A LOS ARIDOS FINOS
(PROCEDIMIENTO RIEDEL WEBER)
Ing. Silene Minaya González
M.I. Abel Ordóñez Huamán
Fundamento
La arena que forma parte de una mezcla asfáltica debe tener propiedades químicas adecuadas
que permitan la elaboración de una mezcla uniforme, que cumpla con todos los requisitos de
durabilidad; una de ellas es medir la adhesividad de los ligantes bituminosos respecto de una
arena, natural o de machaqueo, cuando la mezcla árido-ligante se somete a la acción de
soluciones de carbonato de sodio a concentraciones crecientes.
Objetivo
El ensayo de Riedel Weber tiene por finalidad determinar el grado de adhesividad del agregado
fino con el asfalto. Se describirán los métodos de ensayo en el siguiente orden: Norma Francesa
D.E.E. MA8-1938, Norma Española NLT-355/74, Norma Chilena No. LNV10-86 y Norma MTC
220-1999 en forma paralela y se hará hincapié en caso los procedimientos sean diferente.
El ensayo emplea material que pasa las siguientes mallas:
Norma
Pasa el tamiz
Retiene en el tamiz
Francesa D.E.E. MA8-1938
Nº30
Nº80
Española NLT-355/74
Nº30
Nº70
Chilena No. LNV10-86
Nº30
Nº100
MTC 220-1999
Nº30
Nº70
Este material se mezcla con asfalto y se ensaya con carbonato de sodio a diferentes
concentraciones molares. Todas las normas pueden aplicarse a todos los ligantes bituminosos,
betunes de penetración, betunes fluidificados, alquitranes y emulsiones bituminosas.
Equipos de Laboratorio
1. Tamices. De abertura cuadrada correspondiente a la norma de ensayo y bandeja. La norma
española emplea dos tamices de abertura cuadrada que estén de acuerdo con las normas
UNE 7.050 (ASTM D:E11-70) de los siguientes tamaños: Tamiz 0.63 UNE (ASTM Nº30) y
Tamiz 0.20 UNE (ASTM Nº70)
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Manual de Laboratorio de Ensayos para Pavimentos
Volumen I
2. Estufa. Que alcance y mantenga temperaturas de 145 ±5ºC
3. Cápsula. De porcelana de 300 ml de capacidad
4. Balanza. De 1 kg de capacidad, sensibilidad de 0.1 gr.
5. Balanza. De 200 gr. de capacidad, sensibilidad de 0.01 gr.
6. Tubos de ensayo. De 1.3 cm de diámetro y 15 cm de altura1, resistentes al calor (pirex)
7. Soporte para tubos de ensayo
8. Fiola. de 500 ml de capacidad resistente al calor (pirex)
9. Vaso de pirex. De 400 ml de capacidad
10. Espátula
11. Mechero
12. Cronómetro. De 10 minutos
13. Chisguete de agua
Preparación de la Solución
El carbonato sódico puro (Na2CO3) anhidro y agua, H2O, destilada forman la solución de
carbonato de sodio. Para preparar la disolución a diferentes concentraciones, se debe disolver el
peso de Carbonato de Sodio indicado en la Tabla Nº1, según la concentración que se desee
obtener, hasta completar un litro de agua destilada.
Tabla Nº1
Peso de Na2CO3 por litro de disolución
CONCENTRACIÓN DE
DISOLUCIONES MOLARES
H2O destilada
CO3Na2
gr/lt
M/256
0.414
1
M/128
0.828
2
m/64
1.656
3
m/32
3.313
4
m/16
6.625
5
m/8
13.250
6
m/4
26.500
7
m/2
53.000
8
m/1
106.000
9
GRADO
0
Nota.- Preferentemente las disoluciones se prepararán de nuevo para cada ensayo o tandas de
2
ensayo a realizar, y no se utilizarán aquellas que lleven elaboradas más de 4 días .
Procedimiento de ensayo
1. Extraer una muestra representativa por cuarteo.
1
2
La norma española emplea tubos de ensayo de 2.0 cm de diámetro y 20.0 cm de altura
Adhesividad de los Agregados Bituminosos a los áridos Finos (Procedimiento Riedel-Weber) MTC E220-1999
Ing. Silene Minaya – M.I. Abel Ordóñez
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Manual de Laboratorio de Ensayos para Pavimentos
Volumen I
2. En el caso de la Norma Española y del MTC, si la muestra de árido recibido en el laboratorio
proceda de piedra de cantera o de gravera, se procede a su cuarteo y posterior machaqueo
hasta obtener una arena; si la muestra de árido recibida es una arena natural o arena de
machaqueo se separa por sucesivos cuarteos el material necesario para el ensayo.
3. Tamizar aproximadamente 200 gr de agregado fino por las requeridas según norma de
ensayo.
Norma Francesa, se tamiza el material por la mallas Nº30 y Nº80, usando la porción
retenida en el tamiz inferior.
Norma Española y MTC, la fracción del material obtenida por cuarteo se lava para eliminar
totalmente el polvo que pueda contener, seguidamente se seca en estufa a la temperatura de
145±5ºC durante 1 hora.
Norma Chilena, la muestra se tamiza por vía húmeda por la malla Nº200, se secar a
110±5ºC y se deja enfriar a temperatura ambiente, luego se procede a tamizar por las mallas
Nº30 y Nº100.
4. Si el ligante a emplear es: betún asfáltico de penetración, fluidificado o fluxado, o alquitrán, la
proporción de mezcla árido-ligante es de 71 volúmenes del árido seco con 29 volúmenes de
ligante (la relación correspondiente de masas se calcula a partir de las densidades
respectivas). Además las normas Española, MTC y Chilena incorporan como ligante a la
emulsión bituminosa de la siguiente manera:
Norma Española y MTC, la proporción de mezcla árido-ligante es de 71 volúmenes del árido
seco con 95 volúmenes de ligante al 50%.
La norma Chilena, la proporción de mezcla árido-ligante es de 71 volúmenes del árido seco
con 29 volúmenes de emulsión.
5. En la cápsula de porcelana precalentada a la temperatura de mezcla, se incorpora con una
espátula caliente el árido con el ligante, debiendo lograr una mezcla homogénea y
revestimiento total de las partículas. La temperatura de mezcla será de acuerdo a la Tabla
Nº2.
6. Dejar enfriar a temperatura ambiente aproximadamente por 1 hora. Para el caso de mezcla
con emulsión las normas consideran:
Norma Española y MTC, luego del período de enfriamiento, se decanta el líquido en exceso
que acompaña la muestra y se deja reposar durante 24 horas.
Norma Chilena, Una hora después de efectuada la mezcla se cura en horno durante 24
horas a la temperatura de 35±3ºC.
7. Preparar 10 esferas de 0.50 gr. de la mezcla, pesadas en una balanza con precisión de
0.01gr.
8. En 10 tubos de ensayo se introducen las esferas preparadas con la mezcla, enumerándolas
de 0 a 9. En el tubo marcado con “0”, se incorpora 2.0 ml de agua destilada para la norma
Francesa, y 6 ml en el caso de las normas Española y MTC, marcar en el tubo la superficie
libre que alcanza el agua. Colocarlo sobre el mechero con ayuda de una pinza.
Ing. Silene Minaya – M.I. Abel Ordóñez
86
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Volumen I
9. En el momento en que entra en ebullición se controla 1 minuto con el cronómetro, retirar el
tubo de ensayo y añadir agua destilada con chisguete hasta el nivel inicial. Agitar
vigorosamente por 10 segundos y observar si existe desprendimiento del asfalto en el
agregado fino.
10. Si no se observa desprendimiento alguno, se repiten los pasos 9 y 10 con el tubo 1,
incorporando el volumen (según punto 9) de carbonato de sodio a la concentración m/256;
así sucesivamente hasta que se observe algún desprendimiento entre el ligante y la arena,
para el caso de la norma Francesa. En las normas Española, MTC y Chilena se continúa con
el ensayo hasta que se produzca el desplazamiento total, si el desprendimiento es parcial
continuar con mayores concentraciones molares.
11. Se asignará el índice de adhesividad correspondiente a la concentración empleada, según la
Tabla Nº1. Si no hay desprendimiento se asignará el grado 10.
Tabla Nº2
Temperatura de mezcla según norma de ensayo
Norma
Francesa
D.E.E. MA81938
Mezcla con:
Española
NLT-355/74
MTC220-1999
(orientativo)
Chilena No.
LNV10-86
Temperatura ºC
Betún
Según el
Betún fluidificado
150ºC
140 – 175
70ºC
25 – 110
110±5ºC
asfalto a
Betún fluxado
50 – 110
utilizar
Alquitrán
Emulsión bituminosa
70ºC
70 – 110
Ambiente
Ambiente
20±3ºC
Evaluación
1.
Norma Francesa: Como Indice de Adhesividad se le asignará al número correspondiente a
la menor de las concentraciones ensayadas con la que se produce algún
desprendimiento.
2.
Norma Española y MTC definen los siguientes términos:
Desplazamiento total, cuando prácticamente todos los granos de la arena aparecen
limpios, pudiendo comprobarse porque los granos están sueltos o porque al hacer rodar
entre los dedos el tubo de ensayo, los granos de arena siguen libremente la rotación
imprimida al tubo ( para ello se puede utilizar como referencia a un tubo de ensayo sin
ligante, conteniendo de 5 a 6 ml de agua para comparar su aspecto o movimiento al rodar
el tubo de ensayo entre los dedos.
Desplazamiento parcial, cuando los granos de la arena aparecen semi-limpios
manteniendo una liga o cohesión entre ellos, en este caso los granos de arena envueltos
por el ligante permanecen aglomerados en el fondo del tubo de ensayo.
Ing. Silene Minaya – M.I. Abel Ordóñez
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Volumen I
Para apreciar la adherencia entre el árido-ligante después del ensayo, no se considera el
ligante que aparezca en la superficie del tubo de ensayo, solo debe tenerse en cuenta el
aspecto que ofrezca la masa de mezcla que queda en el fondo del tubo.
Informe
Norma Francesa
En el informe se menciona el tipo de asfalto y como índice de adhesividad el número
correspondiente a la menor de las concentraciones ensayadas con la que se produce algún
desplazamiento del ligante bituminoso en la superficie del árido, de acuerdo con la Tabla Nº1.
Normas Española, MTC y Chilena
•
En el informe se menciona el tipo de asfalto y como índice de adhesividad el número
correspondiente a la menor de las concentraciones ensayadas con la que se produce un
desplazamiento total del ligante bituminoso de la superficie del árido, de acuerdo con la
•
Tabla Nº1.
Si con alguna concentración inferior a la que produjo el desplazamiento total, se observó
desplazamiento parcial, se expresará la adhesividad con dos números: el correspondiente
a la concentración menor con la que se produce algún desplazamiento y el que produce el
•
desplazamiento total.
•
el Indice 0 de Adhesividad.
Si se produjese desplazamiento total del ligante con solamente agua destilada, se asignará
Si la solución molar de carbonato de sodio M/1 no produce desplazamiento del ligante
bituminoso, el indice de adhesividad de la mezcla es 10.
Observaciones
1.- La evaluación se hará observando el desprendimiento que se produce por efecto de la
ebullición de la solución. El grado de adhesividad se determina en función de la concentración de
la solución para la cual se produce el desprendimiento.
2.- La arena que será usada como agregado para mezclas asfálticas deberá tener un Índice de
Adhesividad mayor de 4. Para el caso que tenga índice de adhesividad menor, se podrá ensayar
con aditivos mejoradores de adherencia.
Referencias Bibliográficas
Comission Technigur Rile M 17 BM “Bitumes et Materiaux Bitumineux”
Norma Española NLT-355/74
Adhesividad de los Agregados Bituminosos a los Áridos Finos (Procedimiento Riedel-Weber).
MTC E220-1999
Adhesividad a los Aridos Finos de los Ligantes Bituminosos (Procedimiento Riedel-Weber),
Norma NLT-355/74. Ing. Pablo Del Aguila
Ing. Silene Minaya – M.I. Abel Ordóñez
88
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Volumen I
Foto Nº1: Calentar el ligante que será mezclado con el árido
Ing. Silene Minaya – M.I. Abel Ordóñez
89
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Volumen I
Foto Nº2: Preparar 10 esferas de 0.50 gr. de la mezcla. En 10 tubos de ensayo se introducen las
esferas preparadas con la mezcla, enumerándolas de 0 a 9. Colocarlo sobre el mechero con
ayuda de una pinza.
Ing. Silene Minaya – M.I. Abel Ordóñez
90
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Volumen I
Foto Nº3: En el momento en que entra en ebullición se controla 1 minuto con el cronómetro,
retirar el tubo de ensayo y añadir agua destilada con chisguete hasta el nivel inicial. Agitar
vigorosamente por 10 segundos y observar si existe desprendimiento del asfalto en el agregado
fino.
Ing. Silene Minaya – M.I. Abel Ordóñez
91
DESTILACIÓN DE ASFALTOS LIQUIDOS
ASTM D-402
Ing. Silene Minaya González
M.I. Abel Ordóñez Huamán
Finalidad
El ensayo de destilación se emplea para determinar las proporciones relativas de cemento
asfáltico y disolventes presentes en el asfalto líquido. Durante el proceso de ensayo se podrá
medir las cantidades de disolvente que destilan a diversas temperaturas, dando un indicativo de
las características de evaporación del mismo. Estas, a su vez, indican la velocidad a que el
material curará después de su aplicación.
Objetivo
El proceso de ensayo consiste en la destilación de una muestra de 200 cm3 de asfalto líquido en
un matraz de 500 cm3, elevando la temperatura y midiendo los volúmenes de disolvente que se
recepcionan en una probeta, a temperaturas especificadas. El material que queda en el matraz
será el residuo de destilación.
Equipos de Laboratorio
1. Matraz. De 500 cm3 mostrado en la Fig. Nº1
2. Condensador recto de vidrio. De 200 a 300 mm de largo
3. Alargadera. De 1 mm de espesor de pared y borde reforzado, con ángulo de 105º y 18 mm
de diámetro en su extremo superior y 5 mm en el inferior
4. Pantalla metálica. De hierro galvanizado forrado interiormente con amianto de 3 mm de
grosor y provisto de ventanas rectangulares cubiertas de mica transparente.
5. Mechero de gas graduable
6. Chimenea de hierro
7. Probetas. De 100 cm3 de capacidad
8. Termómetro de destilación. ASTM E-1, de -2ºC a 400º C de 1ºC de error máximo
9. Balanza. De 5 kg. de capacidad y 1.0 gramo de aproximación
10. Sujetadores
En la Figura Nº2 se muestra el Equipo de Destilación
25 + 1.2 mm
75 + 3°
1.0 a 1.5 mm
de pared
102 + 2.0 mm
105 + 3 mm
135 + 5 mm
diámetro interno
10 + 0.5 mm
220
+ 5 .0
mm
Termómetro
Tapón de corcho
600 a 700
75± 5
Protector
Ventana de mica
475± 2.5
Matraz
6.5
Chimenea
Dos mallas
metálicas
Tapón de
corcho
Mechero
Alargadera
Camisa
No menos
de 25.4
Papel secante
Probeta
Soporte
Cotas en mm
Procedimientos de Ensayo
1. Armar el equipo de destilación según la Figura Nº2, teniendo el cuidado de que todas las
conexiones del equipo de destilación queden herméticamente cerradas para evitar fuga de
vapores, que el termómetro quede fijado en posición vertical y alineado con el eje del matraz.
2. Agitar la muestra que será ensayada para conseguir homogeneidad, calentarla si fuera
necesario. Si la muestra contiene más del 2% de agua, deshidrátese el material antes de la
destilación para que no produzca espuma1.
3. Pesar el matraz lavado, secado al horno y frío con el protector.
4. Incorporar al matraz el peso equivalente a 200 cm3 de la muestra, con aproximación a 0.5
gr., calculado según su Peso Específico.
5. Montar el matraz, colocar el termómetro y hacer circular el agua para que condense el vapor.
6. Prender el mechero y regularlo de tal manera que, luego de iniciado el proceso de ebullición,
la primera gota caiga en la probeta entre los 5 y 15 minutos,
7. La velocidad de destilación debe ser controlada durante todo el ensayo, debiendo cumplir las
siguientes especificaciones2:
Temperatura
(ºC)
Velocidad de Destilación
(gotas/min)
Desde
Hasta
0
225
50 a 70
226
260
50 a 70
261
315
20 a 70
316
360
10 minutos
8. Si la muestra produce espuma se reduce la velocidad de destilación, normalizándola tan
pronto como sea posible. Si el exceso de espuma persiste, se puede controlar la destilación
aplicando la llama cerca del borde del matraz, en vez de hacerlo hacia el centro.
9. Cuando la lectura en el termómetro sea de 360ºC se saca y apaga el mechero, al terminar el
goteo se hace la lectura.
10. Las lecturas de volumen en la probeta son a las siguientes temperaturas: 225ºC, 260ºC,
315ºC y 360ºC, con aproximación de 0.5 cm3. Anotar, si lo hubiera, el volumen de agua
destilada.
11. El residuo se deja enfriar en un lugar sin corrientes de aire, luego se agita y se vierte en los
moldes apropiados para los ensayos que requiera.
1
Destilación de Asfaltos líquidos MTC E313-1999
“Si la muestra produce espuma, se reduce la velocidad de destilación, normalizándola tan pronto como sea
posible”.......”Si el exceso de espuma persiste, aplicar la llama . MTC E313-1999
2
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Volumen I
Cálculos
1. Residuo
El porcentaje de residuo con respecto a la muestra original es de:
R(%) =
R(%) =
Volumen que queda
× 100
Volumen inicial
200 − VD
× 100
200
(1)
Donde:
R
Residuo asfáltico (%)
VD
Volumen destilado a 360ºC
2. Porcentaje total destilado
El porcentaje destilado a 360ºC es:
VD(%) =
VD(%) =
Volumen destilado
× 100
Volumen inicial
Volumen destilado
× 100
200
(2)
3. Porcentaje de las fracciones destiladas
El porcentaje de las fracciones destiladas es con respecto al 100% destilado:
VPD Tº C (%) =
Volumen parcial destilado a Tº C
× 100
Volumen destilado a 360º C
(3)
Donde:
VPDTºC
Volumen destilado a la temperatura TºC
Observaciones
1. Mediante éste proceso de destilación se obtiene el disolvente y asfalto que el refinador
empleó en la fabricación del cut back.
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97
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Volumen I
2. Los ensayos sobre el residuo asfáltico no son necesariamente características del asfalto
básico empleado originalmente para la obtención del producto, ni del residuo que pueda
quedar al cabo de un tiempo dado después de la aplicación3
3. Se deben corregir las temperaturas de destilación si la altura del laboratorio se encuentra a
partir de 150 m.s.n.m., según la siguiente tabla:
Tabla Nº1
Corrección de temperatura por altitud
Destilación de Asfalto Líquido ASTM D-402
Altitud
m.s.n.m.
Temperaturas de lectura a diferentes altitudes
(ºC)
-305
192
227
263
318
362
-152
191
226
261
317
361
0
190
225
260
316
360
152
189
224
259
315
359
305
189
224
258
314
358
457
188
223
258
313
357
610
187
222
257
312
356
762
186
221
256
312
355
914
186
220
255
311
354
1067
185
220
254
310
353
1219
184
219
254
309
352
1372
184
218
253
309
351
1524
183
218
252
307
350
1676
182
217
251
306
349
1829
182
216
250
305
349
1981
181
215
250
305
348
2134
180
215
249
304
347
2286
180
214
248
303
346
2438
179
213
248
302
345
Ejemplo 1
Se ensayó una muestra de RC-250 con 0.958 gr/cm3 de Peso Específico
1. Peso del matraz con protector (A) = 430 gr.
2. Cálculo del peso de la muestra:
Si Pe = 0.958 gr/cm 3 , entonces:
Pe =
3
Peso de muestra
Volumen inicial
Destilación de Asfaltos Líquidos MTC E313-1999
Ing. Silene Minaya – M.I. Abel Ordóñez
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Volumen I
Se requiere de 200 cm3 para el ensayo, despejando:
Peso de muestra = Pe × Volumen
Peso de muestra = 0.958 × 200
Peso de muestra = 191.6 gr
3. Peso de (A)+Peso de muestra = 621.6 gr.
4. Durante el ensayo las lecturas fueron:
Temperatura
(ºC)
Volumen destilado
(ml)
225
20.2
260
29.8
315
36.6
360
41.0
5. Cálculo del porcentaje de residuo con respecto a la muestra original, aplicando la
ecuación(1)
R(%) =
200 − 41
× 100
200
R(%) = 79.5%
6. Cálculo del porcentaje total destilado a 360ºC aplicando la ecuación (2)
VD(%) =
41
× 100
200
VD(%) = 20.5%
7. Cálculo porcentual de las fracciones destiladas a diferentes temperaturas, aplicando la
ecuación (3)
Temperatura
(ºC)
Fracciones destiladas
(%)
225
20.2/41*100=49.3
260
29.8/41*100=72.7
315
36.6/41*100=89.3
Ing. Silene Minaya – M.I. Abel Ordóñez
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Volumen I
Ejemplo 2
Se ensayó una muestra de MC con 0.923 gr/cm3 de Peso Específico
1. Peso del matraz con protector (A) = 430 gr.
2. Cálculo del peso de la muestra:
Si Pe = 0.923 gr/cm 3 , entonces:
Pe =
Peso de muestra
Volumen inicial
Se requiere de 200 cm3 para el ensayo, despejando:
Peso de muestra = Pe × Volumen
Peso de muestra = 0.923 × 200
Peso de muestra = 184.6 gr
3. Peso de (A)+Peso de muestra = 614.6 gr.
4. Durante el ensayo las lecturas fueron:
Temperatura
(ºC)
Volumen destilado
(ml)
225
30.5
260
44.2
315
56.1
360
70.5
5. Cálculo del porcentaje de residuo con respecto a la muestra original, aplicando la ecuación1
R(%) =
200 − 70.5
× 100
200
R(%) = 64.8%
6. Cálculo del porcentaje total destilado a 360ºC aplicando la ecuación 2
VD(%) =
70.5
× 100
200
VD(%) = 35.2%
Ing. Silene Minaya – M.I. Abel Ordóñez
100
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Volumen I
7. Cálculo porcentual de las fracciones destiladas a diferentes temperaturas, aplicando la
ecuación (3)
Temperatura
(ºC)
Fracciones destiladas
(%)
225
30.5/70.5*100=43.3
260
44.2/70.5*100=62.7
315
56.1/70.5*100=79.6
Referencias Bibliográficas
Carreteras, Calles y Aeropistas. Ing. Raúl Valle Rodas
Destilación de Asfaltos Líquidos. ASTM D 402
Destilación de Asfaltos Líquidos. MTC E313-1999
Ing. Silene Minaya – M.I. Abel Ordóñez
101
METODO MARSHALL PARA EL DISEÑO DE MEZCLAS
ASTM D-1559
Ing. Silene Minaya González
M.I. Abel Ordóñez Huamán
Una mezcla asfáltica en caliente consiste en la combinación uniforme de agregados con cemento
asfáltico.
El Concreto Asfáltico es un tipo de mezcla en caliente que cumple con estrictos requisitos de
control de calidad, resultando una carpeta de alta calidad, con buena calidad de agregados y bien
compactada.
Referencias Históricas
El Método Marshall para el diseño de mezclas fue desarrollado por Bruce Marshall, del Mississipi
Highway Department1 alrededor de 1939. El ensayo Marshall, en su forma actual, surgió de una
investigación iniciada por The Corps of Engineers Waterways (WES) de los Estados Unidos en
1943.
Este método fue normalizado por la ASTM D-1559, denominado Resistencia al Flujo Plástico de
Mezcla Bituminosa usando el equipo Marshall (el método AASHTO T-245 es similar a la Norma
ASTM D-1559, excepto en lo referente al martillo operado mecánicamente, en lugar de un martillo
operado manualmente), sin embargo, actualmente la norma ASTM D-1559 ha sido reemplazado
por otro procedimiento denominado Superpave.
Características de Mezcla
Al realizar el diseño de mezclas asfálticas en caliente, se deben obtener las siguientes
características:
Resistencia a la Deformación Permanente
La resistencia a la deformación permanente es crítica al elevarse la temperatura durante los
meses de verano cuando la viscosidad del cemento asfáltico baja y la carga del tráfico es
soportada por la estructura del agregado en mayor proporción. La resistencia a la deformación
1
Principios de Construcción de Pavimentos de Mezcla Asfáltica en Caliente. Asphalt Institute MS-22
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Volumen I
permanente se controla seleccionando la calidad de agregados con gradación apropiada y
seleccionando el contenido asfáltico y vacíos adecuados para la mezcla.
Resistencia a la Fatiga
La mezcla no se agrietará por causa de la repetición de las cargas en un período de tiempo
(período de diseño)
Resistencia al agrietamiento por bajas temperaturas
Esta propiedad es importante en regiones frías que experimentan bajas temperaturas. Sin
embargo, para ello se utilizan aditivos diversos.
Durabilidad
La mezcla contiene suficiente cemento asfáltico asegurando un adecuada espesor de película
rodeando las partículas de agregados, así se minimiza el endurecimiento del cemento asfáltico. El
curando durante la producción y la puesta en servicio también contribuye a esta característica. Por
otro lado, la mezcla compactada no debería tener altos porcentajes de vacíos que aceleren el
proceso de curado.
Resistencia a la Humedad
Algunas mezclas expuestas a humedad pierden adhesión entre el agregado y el cemento asfáltico.
Las propiedades del agregados son los primeros responsables de este fenómeno, aunque algunos
cementos asfálticos son más propensos a separarse que otros.
Resistencia al Patinaje
Este requisito es solamente aplicable a mezclas superficiales que sean diseñados para
proporcionar la suficiente resistencia al patinaje.
Trabajabilidad
La mezcla debe ser capaz de ser colocada y compactada con razonable esfuerzo. Los problemas
de trabajabilidad se presentan frecuentemente durante los trabajos de pavimentación.
Ing. Silene Minaya – M.I. Abel Ordóñez
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Volumen I
Fundamento Teórico
El contenido óptimo de asfalto para un material de carpeta es la cantidad de asfalto que forma una
membrana alrededor de las partículas, de espesor suficiente para resistir los elementos del
intemperismo evitando que el asfalto se oxide con rapidez. Por otro lado, no debe ser tan gruesa
como para que la mezcla pierda estabilidad, es decir, deformación excesiva por flujo plástico o
resistencia y no soporte las cargas de los vehículos.
Objetivo
Determinar el contenido óptimo de asfalto para una mezcla específica de agregados; así como
también proporcionar información sobre las características físicas y mecánicas de mezcla asfáltica
en caliente, de tal manera que sea posible establecer si cumple en lo referente al establecimiento
de densidades y contenidos óptimos de vacío durante la construcción de la capa del pavimento.
El método consiste en ensayar una serie de probetas, cada una preparada con la misma
granulometria y con diferentes contenidos de asfalto. El tamaño de las probetas es de 2.5
pulgadas de espesor y 4 pulgadas de diámetro. Dichas probetas se preparan siguiendo un
procedimiento específico para calentar el asfalto y los agregados, mezclar y compactar.
Las probetas preparadas con el método se rompen en la prensa Marshall, determinado su
estabilidad (resistencia) y deformación. Si se desean conocer los porcentajes de vacíos de las
mezclas así fabricadas, se determinarán previamente los pesos específicos de los materiales
empleados y de las probetas compactadas, antes del ensayo de rotura.
GRAVEDAD ESPECIFICA
La gravedad específica de un agregado es útil para determinar la relación peso-volumen del
agregado compactado y así calcular el contenido de vacíos de la mezclas asfálticas en caliente
compactado. Por definición, la gravedad específica de un agregado es la relación del peso por
unidad de volumen de un material respecto del mismo volumen de agua a aproximadamente 23C
(73.4F). La ecuación usada es:
Gravedad Específica =
Peso
Volumen × peso especifico del agua
Cuando se trabaja en el SI, el peso especifico del agua es 1.0gr/cm3,convirtiendo la ecuación de
gravedad específica en:
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103
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Gravedad Específica =
Peso
Volumen
Además, existen tres diferentes gravedades específicas relacionadas al diseño del mezclas
asfálticas en caliente que definen el volumen de las partículas de agregados:
Gravedad Específica Seca Aparente
Gravedad Específica Seca Bulk (Base Seca) y Saturada Superficialmente Seca Bulk2
Gravedad Específica Efectiva
Para ilustrar los conceptos listados utilizaremos el esquema peso-volumen de la partícula de
agregado
Vpp
Vap
Vpp-Vap
Vs (Ws)
Esquema de Relaciones entre las Diferentes Gravedades Específicas
de una partícula de agregado
Donde:
Vs
Volumen del agregado seco incluyendo los vacíos impermeables
Vpp
Volumen de poros permeables al agua
Vap
Volumen de poros que absorbieron asfalto
Vpp-Vap
Volumen de poros permeables al agua menos los poros que absorbieron asfalto
Ws
Peso de agregado secado al horno
Nota:- El agregado contiene poros impermeables que no se detallarán en las ecuaciones pero que
es implícito que se están considerando.
2
Hot Mix Asphalt Materials, Mixture Design and Construction. National Center for Asphalt Technology 1996
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104
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Gravedad Específica Seca Aparente
Vacíos impermeables
Vacíos permeables
Gravedad específica seca aparente =
Peso del agregado seco
Volumen del agregado
Gravedad específica seca aparente = Gsa =
Ws
Vsγ w
La gravedad específica seca aparente incluye solamente el volumen de las partículas de agregado
mas los poros interiores que no han sido llenados con agua después de 24 horas de inmersión.
Gravedad Específica Seca Bulk (Base Seca)
Vacíos impermeables
Vacíos permeables
Gravedad específica Seca Bulk =
Peso del agregado seco
Volumen del agregado mas los vacíos permeables
Gravedad específica Seca Bulk = Gsb =
(Vs + V pp )γ w
Ws
Incluye volumen total de las partículas de agregados, así como el volumen de poros llenos con
agua luego de 24 horas de inmersión.
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Gravedad Específica Saturada Superficialmente Seca Bulk
Vacíos impermeables
Vacíos permeables
Grav. Esp. Saturada Superficialmente Seca Bulk =
Peso del agregado saturado superficialmente seco
Volumen del agregado mas los vacíos permeables
Gravedad específica Saturada Superfici almente Seca Bulk = GSSS b =
(Vs + V pp )γ w
Wsss
Donde:
WSSS
Peso del Suelo Saturado Superficialmente Seco
La gravedad específica saturada superficialmente seca bulk define la relación entre el peso del
agregado en su condición saturada superficialmente seca, que se obtiene secando las partículas
con un paño luego de la inmersión, y el volumen del agregado más los vacíos permeables.
La gravedad específica Saturada Superficialmente Seca Bulk es usada por la U.S. Corps of
Engineers para el diseño y control de Mezclas Asfálticas en Caliente cuando se usan agregados
con porcentajes de absorción mayores que 2.5%.
La gravedad específica Seca Bulk y Seca Aparente de agregados gruesos y finos se pueden
determinar con las normas ASTM C-127 y C-128, respectivamente.
Gravedad Específica en Agregados Gruesos, ASTM C-127
Los equipos y procedimientos para determinar la gravedad específica en agregados gruesos se
encuentran en AASHTO T-85 y ASTM C-127. El método es brevemente como sigue:
1.
Más o menos 5 kg lavados y retenidos en la malla Nº4 (4.75 mm), se secan a peso constante.
2.
La muestra seca se sumerge por 24 horas en agua
3.
Los agregados se sacan del agua
4.
Se obtiene el peso de la muestra en su condición superficialmente seca
5.
La muestra saturada superficialmente seca se coloca en una cesta de alambre y se
determina el peso sumergido en agua
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6.
La muestra se seca al horno hasta obtener peso constante
7.
La gravedad específica se calcula según:
A
peso en el aire del agregado seco al horno, gr.,
B
peso en el aire del agregado saturado superficialmente seco, gr.
C
peso del agregado saturado superficialmente seco sumergido en agua, gr.
Gravedad específica seca aparente, Gsa =
Gravedad específica seca Bulk, Gsb
A
A−C
A
=
B−C
Gravedad específica saturada superficialmente seca Bulk, Gsssb =
Absorción(%) =
(B − A)100
B
B−C
A
Gravedad Específica en Agregados Finos, ASTM C-128
Los equipos y procedimientos para determinar la gravedad específica aparente y Bulk de los
agregados finos se detallan en AASHTO T-84 y ASTM C-128. El método es brevemente como
sigue:
1.
Aproximadamente 1000 gr. de agregado fino se seca a peso constante.
2.
Se sumerge el material por 24 horas en agua
3.
La muestra se extiende en una superficie plana y se expone a una corriente de aire caliente
4.
La condición saturada superficialmente seca se alcanza cuando el material cae al invertirse el
cono en el que la muestra del material fue suavemente compactada
5.
Aproximadamente 500 gr. del material en la condición saturada superficialmente seca se
colocan en un matraz que se llena con agua
6.
El agregado se saca del matraz, se seca al horno a peso constante
7.
La gravedad específica se calcula de la siguiente manera:
A
peso en el aire del agregado seco al horno, gr.,
B
peso del matraz (picnómetro) con agua, gr.
C
peso del matraz (picnómetro) con el agregado y agua hasta la marca, gr.
D
Peso del material saturado superficialmente seco (500+10 gr)
Gravedad específica seca aparente, Gsa =
Gravedad específica seca Bulk, Gsb
A
B+ A−C
A
=
B + D−C
Gravedad específica saturada superficialmente seca Bulk, Gsssb =
⎛ D − A⎞
Absorción(%) = ⎜
⎟100
⎝ A ⎠
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D
B + D−C
107
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Volumen I
PROPIEDADES VOLUMÉTRICAS DE MEZCLAS COMPACTADAS
Las propiedades volumétricas de las mezclas compactadas proporcionan algún indicativo del
probable comportamiento del pavimento en servicio, estas propiedades volumétricas son vacíos
de aire (Va), vacíos en el agregado mineral (VMA), vacíos llenos con asfalto (VFA), y contenido de
asfalto efectivo (Pbe). Figura 1.
Es necesario entender las definiciones y procedimientos analíticos para la determinación de éstas
propiedades, de tal manera que seamos capaces de seleccionar adecuadamente el diseño de
mezclas. Estos conceptos se aplican tanto a mezclas compactadas como a especimenes no
disturbados extraídos de campo.
Las propiedades volumétricas se aplican en todos los diseños de mezclas como Superpave, SMA
y las mezclas convencionales.
Ligante
asfáltico
efectivo
Agregado
Vacíos Permeables al Agua que no
se llenaron con asfalto (Parte del
volumen de agregado para Gs
efectiva)
Vacíos Permeables al Agua
(Parte del volumen de
agregado para Gs bulk, no
para Gs aparente)
Vacíos Permeables
al Asfalto (es decir,
asfalto absorbido)
Vacíos
de aire
Figura No. 1: Ilustración de gravedades específicas bulk, efectiva y aparente; vacíos de aire; y
contenido de asfalto efectivo en mezclas compactadas
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Definiciones
Vacíos en el Agregado Mineral (VMA)
Es el volumen ocupado por el asfalto efectivo y los vacíos atrapados entre los agregados
recubiertos, se expresa como un porcentaje del volumen total de la muestra. Ver figura 2.
Asfalto efectivo (Pbe)
Es el contenido de asfalto total de la mezcla menos la porción de asfalto que se pierde por
absorción dentro de la partícula de agregado. Ver figura 2.
Va
Aire
Vfa
Asfalto
Vma
Vb
Vba
Vmb
Vsb
Agregado
Vse Vm
Vma = Volumen de vacios en el agregado mineral
Vmb = Volumen bulk de la mezcla compactada
Vmm = Volumen de la mezcla suelta
Vfa = Volumen de vacíos llenos con asfalto
Va
= Volumen de vacíos de aire
Vb
= Volumen de asfalto
Vba = Volumen de asfalto absorbido
Vsb = Volumen de agregado mineral (para gravedad específica bulk)
Vse = Volumen de agregado mineral (para gravedad específica efectiva)
Figura 2: Representación de volúmenes en especimenes
de mezclas compactadas
Vacíos de aire (Va)
Es el volumen de aire atrapado, entre las partículas de agregado recubierto por asfalto, luego de la
compactación. Ver figura 2.
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Vacíos llenos con asfalto (VFA)
Es el volumen ocupado por el asfalto efectivo ó el porcentaje de vacíos en el agregado mineral,
VMA, ocupado por asfalto. Ver figura 2.
Gravedad Específica Bulk de Mezclas Asfálticas Compactadas, ASTM D1188
Parte importante del diseño de mezclas es la determinación de la gravedad específica bulk de la
mezcla asfáltica compactada. Este método es útil para calcular el porcentaje de vacíos de aire en
el diseño Marshall.
Los especímenes utilizados en este ensayo pueden ser mezclas asfálticas compactadas en el
laboratorio o extraídos de campo.
El ensayo consiste en pesar el especímen seco después que haya permanecido al aire por lo
menos durante una hora, a la temperatura ambiente. El especimen se lleva a su condición
saturada superficialmente seca y se sumerge en agua y pesa.
La gravedad Específica bulk (Gmb) de la mezcla asfáltica compactada es igual a:
G mb =
WD
W SSD − W sumergido
Donde:
Gmb
Gravedad Específica Bulk de mezcla compactada
WD
Peso al aire del especímen seco
WSSD
Peso al aire del espécimen saturado superficialmente seco
Wsumergido
Peso del espécimen saturado superficialmente seco sumergido
Gravedad Específica Teórica Máxima, ASTM D 2041
La gravedad especifica Teórica Máxima es también llamada Gravedad Especifica Rice debido a
que James Rice desarrolló el procedimiento de ensayo.
Este método de laboratorio determina la Gravedad Especifica Teórica Máxima de mezclas
asfálticas en su estado suelto. Para el ensayo las partículas de la muestra se separan teniendo
cuidado de no fracturarlas. La muestra suelta se coloca en un recipiente y pesa, se le añade agua
hasta cubrir la muestra y remover el aire atrapado con la bomba de vacíos. Se vierte con cuidado
el agua y se seca la muestra ensayada.
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Por definición la gravedad especifica Teórica Máxima es:
Gravedad Específica Teorica Maxima =
Peso del agregado mas peso del asfalto
Volumen del agregado mas vacios permeables no llenados con asfalto mas asfalto total
Volumen del agregado
Vacíos impermeables
Volumen de vacíos
llenos con asfalto
Vacíos que no se
llenaron de asfalto
G mm =
Pmm
PS
P
+ b
Gse Gb
Donde:
Gmm
Gravedad específica teórica máxima, RICE
Pmm
Peso total de la mezcla
Ps
Peso del agregado
Pb
Peso del asfalto
Gse
Gravedad especifica efectiva del agregado impregnado con asfalto
Gb
Gravedad especifica del asfalto
Procedimiento de Análisis de Mezclas Compactadas
Se listan todas las mediciones y cálculos necesarios para el análisis de vacíos:
(a) Medir la gravedad específica bulk del agregado grueso (AASHTO T85 ó ASTM C127) y del
agregado fino (AASHTO T84 ó ASTM C128).
(b) Medir la gravedad específica del cemento asfáltico (AASHTO T228 ó ASTM D70) y del filler
mineral (AASHTO T100 ó ASTM D854).
(c) Calcular la gravedad específica bulk de la combinación de agregados en la mezcla.
(d) Medir la Gravedad Específica Teórica Máxima de la mezcla suelta (ASTM D2041), también es
conocida como RICE.
(e) Medir la Gravedad Específica Bulk de la mezcla compactada (ASTM D1188 ó ASTM D2726)
(f) Calcular la Gravedad Específica Efectiva del Agregado.
(g) Calcular la Gravedad Específica Teórica Máxima de la mezcla para otros contenidos de asfalto
(h) Calcular el porcentaje de asfalto absorbido por el agregado, Pba.
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(i) Calcular el contenido de asfalto efectivo de la mezcla, Pbe.
(j) Calcular el porcentaje de vacíos de la mezcla compactada, VMA.
(k) Calcular el porcentaje de vacíos de aire en la mezcla compactada, Va
(l) Calcular el porcentaje de vacíos llenos con asfalto.
Las ecuaciones y métodos necesarios para determinar los parámetros se detallan a continuación.
La siguiente tabla ilustra los datos básicos para una muestra de mezcla asfáltica. Estos datos de
diseño se usarán como ejemplo para un mejor entendimiento del lector.
Datos Básicos para Muestras de Mezclas Asfálticas
(a)Constituyentes:
Material
Cemento asfáltico
Agregado grueso
Agregado fino
Filler mineral
(b) Mezcla asfáltica
Gravedad Específica
Bulk
1.030 (Gb)
2.716 (G1)
2.689 (G2)
AASHTO
ASTM
T 228
T 85
T 84
T 100
D 70
C 127
C 128
D 854
Composición de Mezcla
% por peso
% por peso
del total de
del total de
mezcla
agregado
5.3 (Pb)
5.6 (Pb)
47.4 (P1)
50.0 (P1)
47.3 (P2)
50.0 (P2)
-.-.-
Gravedad especifica bulk de la mezcla compactada, Gmb
(ASTM D 2726)
Gravedad especifica teórica máxima de la mezcla, Gmm
(ASTM D 2041)
2.442
2.535
1. Gravedad específica bulk de la combinación de agregados.
Cuando la muestra se ensaya en fracciones separadas (por ejemplo, grueso y fino), el valor de la
gravedad específica promedio se calcula con la siguiente ecuación:
G=
P1 + P2 + ....... + Pn
P
P1
P
+ 2 + ..... + n
Gn
G1 G 2
Donde:
G
Gravedad específica promedio
G1, G2, ......., Gn
Valores de gravedad específica por fracción 1, 2, ....., n
P1, P2, ......., Pn
Porcentaje en pesos de la fracción 1, 2, ....., n
La gravedad específica bulk del filler mineral es difícil de determinar. Sin embargo, si se sustituye
por la gravedad específica aparente del filler, el error es despreciable. Esta ecuación se puede
aplicar para determinar la gravedad específica bulk y aparente de la combinación de agregados.
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Usando los datos del ejemplo:
G sb =
50.0 + 50.0
100
=
= 2.703
50.0
50.0
18.41 + 18.59
+
2.716 2.689
2. Gravedad Específica Efectiva del Agregado, Gse
El procedimiento para determinar la gravedad específica efectiva no está normado por AASHTO o
ASTM. Los valores se obtienen a partir del cálculo de la gravedad específica teórica máxima de
mezclas asfálticas (Gmm) ASTM D-2041, éste ensayo se realiza sobre mezclas sueltas, de esa
manera se eliminan los vacíos de aire.
En general
Gsa > Gse > Gsb
Por definición:
G se =
Ws
Vefec
El volumen efectivo es el volumen del agregado mas los vacíos permeables al agua que no se
llenaron de asfalto. En el ensayo de gravedad específica teórica máxima (Gmm), se mide el
volumen de la mezcla suelta y el volumen del cemento asfáltico se calcula con su peso y su
gravedad específica. El volumen efectivo del agregado se determina sustrayendo el volumen del
G se =
WT − Pb (W T )
VTV − VAC
G se =
WT − Pb (WT )
W
WT
− AC
G mm
Gb
cemento asfáltico del volumen total.
sustituyendo los volúmenes,
simplificando,
G se =
1 − Pb
P
1
− b
G mm G b
Donde:
Ws = Peso del agregado
VAC = Volumen del cemento asfáltico total
Vefec = Volumen efectivo
WT = Peso total de la mezcla
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VTV = Volumen total de la mezcla suelta
Pb
= contenido de asfalto del ASTM D2041, porcentaje del peso total de la mezcla
WAC = Peso total del cemento asfáltico
Gb
= Gravedad específica del cemento asfáltico
Gmm = Gravedad especifica teórica máxima de la mezcla (ASTM D2041), no incluye los
vacíos de aire
Usando la ecuación en el ejemplo:
G se =
1 − 0.053
0.947
=
= 2.761
1
0.053 0.3945 − 0.0515
−
2.535 1.030
3. Gravedad Específica Teórica Máxima de la mezcla para otros contenidos de asfalto
En el diseño de mezclas con un agregado dado, se requiere conocer la gravedad específica
teórica máxima, para cada contenido de asfalto, y de esta manera calcular el porcentaje de vacíos
de aire para cada contenido de asfalto. Aunque la gravedad específica teórica máxima se puede
determinar para cada contenido de asfalto empleando la norma, la precisión del ensayo es mejor
cuando la mezcla es cerrada. Además, es más conveniente realizar el ensayo por duplicado o
triplicado.
La gravedad específica teórica máxima para otros contenidos de asfalto puede determinarse con
la siguiente ecuación. Para efectos prácticos la gravedad específica efectiva del agregado es
constante porque el asfalto absorbido no varía apreciablemente con las variaciones del contenido
de asfalto.
Por definición:
G mm =
Ws + W AC
Vefectivo + VAC
Sustituyendo,
G mm =
G mm =
WT
Ws WAC
+
G se
Gb
WT
WT (1 − Pb ) WT Pb
+
G se
Gb
simplificando, y asumiendo que el peso total es el 100%
G mm =
1 − Pb Pb
+
G se
Gb
1
Donde:
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Ws = Peso del agregado
VAC = Volumen del cemento asfáltico total
Vefec = Volumen efectivo
WT = Peso total de la mezcla
Pb
= contenido de asfalto del ASTM D2041, porcentaje del peso total de la mezcla
WAC = Peso total del cemento asfáltico
Gb
= Gravedad específica del cemento asfáltico
Gse = Gravedad especifica efectiva del agregado
Usando los datos de la tabla y la gravedad especifica efectiva, Gse, para 4% de contenido de
asfalto (Pb):
G mm =
1
1
=
= 2.587
1 − 0.04 0.04
0.3477 + 0.0388
+
2.761 1.030
4. Porcentaje de Asfalto Absorbido, Pba
El porcentaje de asfalto absorbido del agregado mineral usualmente se expresa por peso del
agregado mas que por peso de la mezcla total. La ecuación para calcular el asfalto absorbido
puede obtenerse a partir de:
⎛W
Pba = ⎜⎜ ba
⎝ Ws
sustituyendo, peso = volumen x gravedad especifica
⎞
⎟ × 100
⎟
⎠
⎛ V ×Gb
Pba = ⎜⎜ ba
Ws
⎝
⎞
⎟ × 100
⎟
⎠
El volumen de asfalto absorbido es la diferencia entre el volumen bulk del agregado y su volumen
efectivo. Por lo tanto,
Pba =
(Vsb − Vse )× G b
Ws
sustituyendo, volumen = peso/ gravedad especifica
⎛ Ws
Ws
⎜
⎜G − G
se
⎝ sb
Pba =
Ws
simplificando,
Pba =
× 100
⎞
⎟×Gb
⎟
⎠
× 100
G se − G sb
× G b × 100
G sb G se
Donde:
Pba = porcentaje de asfalto absorbido por peso del agregado
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Wba = peso de asfalto absorbido
Ws = peso del agregado
Vba = peso de asfalto absorbido
Vsb = volumen bulk del agregado
Vse = volumen efectivo del agregado
Gb = gravedad especifica del cemento asfáltico
Gse = gravedad especifica efectiva del agregado
Gsb = gravedad especifica bulk del agregado
Reemplazando los datos del ejemplo:
Pba =
2.761 − 2.703
⎛ 0.058 ⎞
× 1.030 × 100 = ⎜
⎟ × 1.030 × 100 = 0.8%
2.703 × 2.761
⎝ 7.463 ⎠
5. Porcentaje de Asfalto Efectivo, Pbe
El contenido de asfalto efectivo, Pbe, de la mezcla es el contenido total de asfalto menos la
cantidad de asfalto que absorbió el agregado. Esta es la capa de asfalto que recubre
exteriormente el agregado y es el contenido de asfalto que gobierna el comportamiento de la
mezcla asfáltica.
P P
Pbe = Pb − ba s
100
Donde:
Pbe = contenido de asfalto efectivo, porcentaje por peso total de la mezcla
Pb = contenido de asfalto, porcentaje del peso total de la mezcla
Ps = contenido de agregado, porcentaje por peso total de la mezcla
Pba = asfalto absorbido, porcentaje por peso del agregado
De los datos del ejemplo:
El porcentaje en peso de la mezcla es 5.3% y el porcentaje en peso del agregado es 0.8%,
reemplazando:
Pbe = 5.3% −
0.8% × 94.7%
= 5.3% − 0.758% = 4.5%
100
6. Porcentaje VMA en Mezcla Compactada
Como ya se indicó el volumen de vacíos en el agregado mineral VMA es un factor importante para
el diseño de mezclas.
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La fórmula para VMA puede obtenerse considerando la relación peso-volumen de la figura 2. Se
recomienda que el cálculo sea realizado con la gravedad específica bulk del agregado:
VMA =
VT − Vsb
× 100
VT
simplificando,
V
VMA = 100 − sb × 100
VT
sustituyendo volumen con el peso dividido entre la gravedad específica
VMA = 100 −
sustituyendo,
Ws
G sb
WT
G mb
× 100
Ws = W T − Pb × W T
⎛ G (1 − Pb ) ⎞
⎟
VMA = 100⎜⎜ 1 − mb
⎟
G sb
⎠
⎝
y simplificando
Donde:
Vsb = volumen bulk del agregado
VT = volumen total de mezcla compactada
Ws = peso del agregado
WT = peso total de la mezcla
Gsb = gravedad especifica bulk del agregado
Gmb = gravedad especifica bulk de la mezcla compactada
Pb = contenido de asfalto, porcentaje del peso total de la mezcla
Para el ejemplo:
⎛ 2.442(1 − 0.053) ⎞
VMA = 100⎜ 1 −
⎟ = 100(1 − 0.855) = 14.4%
2.703
⎠
⎝
7. Porcentaje de Vacíos de Aire en la Mezcla Compactada, Va
La fórmula para calcular el porcentaje de vacíos de aire puede obtenerse a partir de:
Por definición,
Va =
Vv
× 100
VT
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sustituyendo,
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V v = V T − Vfa − Vs b
⎛ V − Vfa − Vsb
Va = ⎜⎜ T
VT
⎝
⎛ V + Vsb
Va = ⎜⎜ 1 − fa
VT
⎝
⎞
⎟⎟ × 100
⎠
⎞
⎟⎟ × 100
⎠
multiplicando el numerador y denominador por WT y simplificando,
WT
⎛
⎞
⎜
⎟
V
⎜
⎟ × 100
T
Va = ⎜ 1 −
⎟
WT
⎜⎜
⎟
(Vfa + Vsb ) ⎟⎠
⎝
sustituyendo,
⎛
G
Va = ⎜⎜ 1 − mb
⎝ G mm
⎞
⎟⎟ × 100
⎠
Donde:
Va = vacíos de aire en la mezcla compactada, porcentaje del volumen total
Vv = Volumen de vacíos de aire
VT = Volumen total del especímen compactado
Vfa = Volumen de vacíos llenos con cemento asfáltico
Vsb = volumen bulk del agregado
WT = Peso total del especímen compactado
Gmb = Gravedad específica bulk del especímen compactado
Gmm = Gravedad específica teórica máxima de la mezcla
Nota.- En mucha bibliografía se identifica al porcentaje de vacíos de aire en la mezcla compactada
como VTM.
Para el ejemplo:
⎛
G
VTM = ⎜⎜ 1 − mb
⎝ G mm
⎞
⎟⎟ × 100
⎠
⎛ 2.442 ⎞
VTM = ⎜ 1 −
⎟ × 100 = 3.7%
⎝ 2.535 ⎠
8. Vacíos Llenos con Asfalto, VFA
VFA es simplemente el porcentaje de VMA llenado con cemento asfáltico. La siguiente fórmula se
usa para calcular el VFA:
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VFA =
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VMA − VTM
× 100
VMA
Donde:
VFA = vacios llenos con asfalto, porcentaje de VMA
VMA = vacios en el agregado mineral, porcentaje del volumen bulk
Va ó VTM = vacios de aire en la mezcla compactada, porcentaje del volumen total
Para el ejemplo:
VFA =
14.4 − 3.7
× 100 = 74.3%
14.4
Los Métodos de Laboratorio ASTM D2041 de Gravedad Específica Teórica Máxima y ASTM
D1188 Gravedad Específica Bulk de la Mezcla Compactada se desarrollarán teóricamente a
continuación.
CONCLUSIÓN
Una revisión de las gravedades especificas mencionadas indican lo siguiente:
1. La diferencia entre gravedad especifica seca bulk y la gravedad especifica seca aparente
es el volumen del agregado usado en los cálculos. La diferencia entre estos volúmenes es
igual al volumen del agua absorbida en los vacíos permeables (diferencia entre los peso
saturado superficialmente seco y seco al horno cuando son pesados en gramos). Ambas
gravedades especificas usan el peso seco al horno del agregado.
2. La diferencia en los cálculos entre la gravedad especifica seca bulk y la gravedad
especifica saturado superficialmente seco es el peso del agregado. El volumen del
agregado es idéntico para ambas gravedades especificas. La diferencia en los pesos es
igual al agua absorbida en los vacíos permeables (diferencia entre los pesos del os
agregados saturados superficialmente seco y secado en el horno).
3.
Las diferencias en los cálculos entre la gravedad aparente, seca bulk y efectiva es el
volumen del agregado. Las tres gravedades especificas usan los pesos del agregado
secado al horno.
4. La diferencia entre la gravedad especifica bulk de la mezcla compactada y la gravedad
especifica teórica máxima es el volumen. La diferencia de volúmenes es porque están
asociados con el volumen del aire en la mezcla compactada.
5. Los valores medidos de a gravedad especifica compactada pueden ser verificados para
una primera aproximación usando lo siguiente: a) la gravedad especifica aparente siempre
era igual o mayor que la gravedad especifica efectiva el cual será siempre igual o mayor
que la gravedad especifica seca bulk, b) la gravedad específica saturada superficialmente
seco bulk siempre será igual o mayor que la gravedad específica seca bulk, c) la gravedad
específica teórica máxima será siempre igual o mayor que la gravedad especifica
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compactada de la mezcla, d) la gravedad específica del agregado (aparente, efectiva,
seca bulk, saturado superficialmente seca bulk) será siempre mayor que la gravedad
específica teórica máxima de la mezcla.
AGREGADOS MINERALES
Granulometría
Los tamaños típicos usados en el análisis granulométrico para mezclas asfálticas en caliente son:
2”; 1 ½”; 1”; ¾”; ½”; 3/8”; Nº4; Nº8; Nº16; Nº 30; Nº50; Nº100 y Nº200 (50.8 mm; 38.0 mm; 25.4
mm; 19.0 mm; 12.5 mm; 9.5 mm; 4.75 mm; 2.36 mm; 1.18 mm; 0.6 mm; 0.3 mm; 0.15 mm; y 0.075
mm, respectivamente). La gradación de agregados algunas veces se describen como densas o
bien gradadas, uniformemente gradadas (abierta), y gradación gruesa.
La gradación es una de las mas importantes propiedades de los agregados. Este afecta casi todas
las propiedades importantes de una mezcla asfáltica en caliente, incluyendo dureza, estabilidad,
durabilidad, permeabilidad, trabajabilidad, resistencia a la fatiga, resistencia al rozamiento, y
resistencia a la humedad. De esta manera, la gradación es la primera consideración en un
diseño de mezclas asfálticas. Teóricamente, es razonable que la mejor gradación es la densa o
bien gradada.
Especificaciones y Tolerancias
El texto de Carreteras, Calles y Aeropistas, de 1976 presenta ocho tipos de mezclas asfálticas en
caliente recomendados por el Instituto de Asfalto de los EE.UU. sin especificar el año, en el que el
tamaño máximo varía desde 2 ½” para el tipo Macadam a Nº4 para láminas asfálticas. El
Ministerio de Transportes, Comunicaciones, Vivienda y Construcción en su Oficina de Control de
Calidad, emplea las mencionadas especificaciones en los diseños de mezclas que realiza. Tabla
Nº1
Se define los términos Tamaño Máximo Nominal como el tamiz inmediatamente superior al primer
tamiz que retiene el 10% de material durante el tamizado; y Tamaño Máximo como el tamiz
inmediatamente superior al tamaño máximo nominal.
Una mezcla para pavimentación se clasifica de acuerdo a su tamaño máximo o tamaño máximo
nominal. The Asphalt Handbook, del Asphalt Institute (MS-4), considera que los tamaños máximos
nominales mas usados en mezclas de pavimento asfáltico son 1 ½”; 1”; ¾”; ½” y 3/8”, cuya
gradación se puede conseguir por combinación o mezcla de husos granulométricos normalizados
en los Estados Unidos y que aún no se emplean en el Perú.
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120
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Los Husos Granulométricos son especificaciones para los productores de agregados y es
empleado por diseñadores y constructores en proyectos de edificaciones, para diseño de mezclas
del concreto, filtros, etc. En las tablas Nº2 y Nº3 se muestran los Husos Granulométricos y las
Especificaciones Granulométricas para mezclas asfálticas en calientes según The Asphalt
Institute.
El libro Hot Mix Asphalt Materials, Mixture Design and Construction de la NAPA Research and
Education Foundation, especifica que para la mayoría de las mezclas asfálticas en caliente se
requieren gradaciones densas para agregados. En las tablas Nº4 y Nº5 se muestran los límites
recomendados por ASTM D-3515 y las tolerancias.
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121
Tabla Nº1: REQUISITO DE GRADACION PARA TIPOS DE MEZCLAS ASFALTICAS
Nº
Usos
Espesor compactado
para capas individuales
Mallas
I-A
II-A
Base
Sello
3" - 4"
3/8" - 3/4"
Tipo Macadam
II-B
II-C
II-D
II-E
Capa
Capa ligante Capa
Sello o Capa
o Base
ligante o
Superficial Superficial o
capa ligante
Base
3/4" - 1/2"
1" - 2"
1 1/2" - 3"
3" - 4"
III-A
Capa
Superficial
3/4" - 1 1/2"
graduación abierta
III-B
C. Sup.de
Nivelación o
C. ligante
1" - 2"
III-C
Capa
ligante
III-D
Capa ligante o
Base
III-E
Capa
ligante o
Base
1" - 2"
1 1/2" - 3"
3" - 4"
Graduación gruesa
Porcentaje que pasa en peso
2 ½"
1 ½"
1"
3/4"
1/2"
3/8"
Nº 4
Nº 8
Nº 30
Nº 50
Nº 100
Nº 200
Cont. Normal
de asfalto
Limitaciones
del tránsito
100
35-70
0-15
0-5
0-3
3,0 a 4,5% p.t. de
mez. El lím. sup. se
aumenta si agreg.
Absorb.
100
75 - 100
60 - 85
100
100
100
75 - 100
100
100
75 - 100
75 - 100
100
70-100
35 -60
25 - 50
75 - 100
60 - 85
60 – 85
45 - 70
40 - 65
40-85
20-40
15 - 35
10 - 30
35 - 55
35 - 55
30 – 50
30 - 50
30 - 50
5-20
5-20
5 - 20
5 - 20
20 - 35
20 - 35
20 – 35
20 - 35
20 - 35
10 - 22
10 - 22
5 – 20
5 - 20
5 - 20
6 - 16
6 - 16
3 – 12
3 - 12
3 - 12
4 - 12
4 - 12
2–8
2-8
2-8
0-4
0-4
0-4
0-4
0-4
2-8
2-8
0–4
0-4
0-4
3,0 a 6,0% por peso del total de la mezcla. El límite superior 3,0 a 6,0% por peso del total de la mezcla. El límite superior podrá
podrá aumentarse si se usa agregado absorbente
aumentarse si se usa agregado absorbente
100
70 - 100
45 - 75
20 - 40
5 - 20
100
70 - 100
100
70 - 100
50 - 80
Ninguna
Ninguna
Ninguna
Textura
superficial
Muy abierta y porosa
(nec. capa superf.)
Abierta
Abierta, mediana a gruesa
Agregadorequerido
La piedra, grava o
escoria, debe ser dura,
sana y fracturada
La piedra, grava o escoria que se emplee, debe ser dura, sana La piedra, grava o escoria que se emplee, debe ser dura, sana y
y fracturada
fracturada
Carreteras, Calles y Aeropuertos. Raúl Valle Rodas, 1976. Pág. 203 a 210
Continua......
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Manual de Laboratorio de Ensayos para Pavimentos
Volumen I
REQUISITO DE GRADACION PARA TIPOS DE MEZCLAS ASFÁLTICAS
Nº
Usos
Espesor compactado
para capas individuales
Mallas
2 1/2"
1 1/2"
1"
3/4"
1/2"
3/8"
Nº 4
Nº 8
Nº 30
Nº 50
Nº 100
Nº 200
Cont. Normal
de asfalto
Limitaciones
del tránsito
Textura superficial
Agregadorequerido
IV-A
IV-B
Capa Superficial Capa Superficial
3/4" - 1 1/2"
1" - 2"
Capa Superficial o
capa ligante
IV-C
IV-D
Capa ligante o
Base
1 1/2" - 2 1/2"
2" - 3"
graduación cerrada
Porcentaje que pasa en peso
V-A
V-B
Capa Superficial Capa Superficial o
de nivelación
3/4" - 1 1/2"
gradación fina
100
80 - 100
70 - 90
100
100
80 - 100
100
80 - 100
80 – 100
70 - 90
60 - 80
55 - 75
55 – 75
50 - 70
48 - 65
45 - 62
35 – 50
35 - 50
35 - 50
35 - 50
18 - 29
18 - 29
19 - 30
19 - 30
13 - 23
13 - 23
13 - 23
13 - 23
8 - 10
8 - 10
7 - 15
7 - 15
4 - 10
4 - 10
0-8
0-8
3,5 a 7,0% por peso del total de la mezcla. El límite superior podrá
aumentarse si se usa agregado absorbente
Ninguna
Mediana a fina
La piedra, grava o escoria de altos hornos que se emplee, debe ser dura,
sana y fracturada
Carreteras, Calles y Aeropuertos. Raúl Valle Rodas, 1976. Pág. 203 a 210
Ing. Silene Minaya – M.I. Abel Ordóñez
1" - 2"
100
85-100
65-80
50-65
25-40
100
85-100
65-80
50-65
25-40
10-20
10-20
3-10
3-10
4,0 a 7,5% por peso del total de la
mezcla. El límite superior podrá
aumentarse si se usa agregado
absorbente
Para tránsito muy pesado las variaciones
en los porcentajes de los materiales
tienden a afectar sensiblemente las
mezclas. Por tanto, controlar bien el diseño
en laboratorio antes de indicar la mezcla
Densa y arenosa
La piedra, grava o escoria de altos
hornos que se emplee, debe ser dura,
sana y fracturada
Continua.....
123
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Volumen I
REQUISITO DE GRADACION PARA TIPOS DE MEZCLAS ASFÁLTICAS
Nº
Usos
Espesor compactado para capas
individuales
VI-A
Capa Superficial
1" - 2"
Limitaciones del tránsito
1" – 2"
lámina de piedra
Mallas
1/2"
3/8"
Nº 4
Nº 8
Nº 16
Nº 30
Nº 50
Nº 100
Nº 200
Cont. Normal
de asfalto
VI-B
VII-A
VII-A
Capa Superficial o de nivelación,
Capa Superficial
Capa Superficial
puede usarse como base cuando el
puede usarse como base
puede usarse como base
agregado grueso es muy costoso cuando el agregados grueso es
muy costoso
1/2" - 1"
1/2" - 1"
Lámina de arena
lámina fina
Porcentaje que pasa en peso
100
85-100
100
85-100
65-80
65-80
50-70
47-68
35-60
30-55
25-48
20-40
15-30
10-25
6-12
3-8
4,5 a 8,5% por peso del total de la mezcla. El límite superior podrá
aumentarse si se usa agregado absorbente
100
85-100
80-95
70-89
55-80
30-60
10-35
4-14
7,0 a 11,0% por peso del total
de la mezcla. El límite superior
podrá aumentarse si se usa
agregado absorbente
100
95-100
85-98
70-95
40-75
20-40
8-16
7,5 a 12,0% por peso del
total de la mezcla. El límite
superior podrá aumentarse si
se usa agregado absorbente
Ninguna
Textura superficial
Densa y arenosa
Agregadorequerido
Bien gradado, se prefiere arenas moderadamente angulosas
Densa y arenosa
Densa y arenosa
Bien gradado, se prefiere que Bien gradado, arena
sea ligeramente anguloso
angulosa con estabilidad
natural
Aplicaciones sugeridas
Capa superficial: para calles, campos deportivos, canchas de tenis y pisos Como capa superficial en
Para calles
de fábricas. Es empleado en carreteras cuando el agregado grueso
calles. En carreteras se usa
escasea o es muy costoso
cuando los agregado son muy
Además se emplea como capa niveladora
costosos
Carreteras, Calles y Aeropuertos. Raúl Valle Rodas, 1976. Pág. 203 a 210
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124
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Tabla Nº2: Husos Granulométricos para Agregados Gruesos en USA
Número
de Tamiz
1
2
24
3
357
4
467
5
56
57
6
67
68
7
78
8
89
9
10
a
Tamaño Nominal,
Abertura cuadrada
90 a 37,5 mm
(3 1/2" a 1 1/2")
63 a 37,5 mm
(2 1/2" a 1 1/2")
63 a 19,0 mm
(2 1/2" a 3/4")
50 a 25,0 mm
(2" a 1")
50 a 4,75 mm
(2" a Nº4)
37,5 a 19,0 mm
(1 1/2" a 3/4")
37,5 a 4,75 mm
(1 1/2" a Nº4")
25 a 12,5 mm
(1" a 1/2")
25 a 9,5 mm
(1" a 3/8")
25 a 4,75 mm
(1" a Nº4)
19 a 9,5 mm
(3/4" a 3/8")
19 a 4,5 mm
(3/4" a Nº4)
19 a 2,36 mm
(3/4" a Nº8)
12,5 a 4,75 mm
(1/2" a Nº4)
12,5 a 2,36 mm
(1/2" a Nº8)
9,5 a 2,36 mm
(3/8" a Nº8)
9,5 a 1,18 mm
(3/8" a Nº16)
4,75 a 1,18 mm
(Nº4 a Nº16)
4,5 mm
(Nº4 a Oa)
Cantidad que pasa por tamices de abertura cuadrada, en porcentaje de peso
100 mm
(4")
90 mm
(3 1/2")
100
90-100
75 mm
(3")
63 mm
(2 1/2")
50 mm
(2")
25-60
100
90-100
100
90-100
35-70
100
90-100
100
95-100
37,5 mm
(1 1/2")
25,0 mm
(1")
19,0 mm
(3/4")
0-15
0-5
0-15
0-5
25-60
0-10
35-70
12,5 mm
(1/2")
9,5 mm
(3/8")
4,75 mm
(Nº4)
0-5
35-70
10-30
0-5
0-15
0-5
90-100
20-55
100
95-100
35-70
10-30
100
90-100
20-55
0-10
0-5
100
90-100
40-75
15-35
0-15
100
95-100
25-60
100
90-100
100
100
1,18 mm
(Nº16)
300 umm 150 umm
(Nº50)
(Nº100)
0-5
0-15
100
2,36 mm
(Nº8)
20-55
0-5
0-5
0-10
0-5
0-15
0-5
90-100
20-55
0-10
0-5
90-100
30-65
5-25
0-10
0-5
100
90-100
40-70
0-15
0-5
100
90-100
40-75
5-25
0-10
0-5
100
85-100
10-30
0-10
0-5
100
90-100
20-55
5-30
0-10
0-5
100
85-100
10-40
0-10
0-5
100
85-100
10-30
cribado
The Asphalt Institute MS-4, 1989. Página 94
Ing. Silene Minaya – M.I. Abel Ordóñez
125
Tabla Nº3
Composición Típica del Concreto Asfáltico
Tamaño máximo nominal del agregado
Tamiz
37,5 mm
(1 1/2")
25,0 mm
(1")
19,0 mm
(3/4")
12,5 mm
(1/2")
9,5 mm
(3/8")
Porcentaje acumulado que pasa (por peso)
50 mm (2")
37,5 mm (1 ½")
25,0 mm (1")
19,0 mm (3/4")
12,5 mm (1/2")
9,5 mm (3/8")
4,75 mm (Nº 4)
2,36 mm (Nº 8)*
1,18 mm (Nº 16)
0,60 mm (Nº 30)
0,30 mm (Nº 50)
0,15 mm (Nº 100)
0,075 mm (Nº 200)**
Cemento asfáltico, porcentaje en
peso de la mezcla total***
100
90-100
100
90-100
56-80
100
90-100
56-80
100
90-100
44-74
28-58
100
90-100
55-85
32-67
23-53
15-41
29-59
19-45
56-80
35-65
23-49
4-16
5-17
5-19
5-21
7-23
0-5
1-7
2-8
2-10
2-10
3-8
3-9
4-10
4-11
5-12
Se sugiere los números de husos para la combinación de
agregados gruesos (ver tabla Nº2)
4 y 67
o
4 y 68
5y7
o
57
67 o 68
o
6y8
7
o
78
8
* Las características de la gradación total de una mezcla de asfalto para pavimentos la cantidad que pasa el
tamiz 2,36 mm (Nº8) es un significativo y conveniente control de campo de agregado fino y grueso. La
cantidad máxima permitida que pase el tamiz 2,36 mm (Nº8) resultaría en superficies de pavimentos de
textura fina, mientras que las cantidades mínimas que pasan por el tamiz 2,36 mm (Nº8) resultaría en
superficies de textura gruesa.
** El material que pasa el tamiz 0,075 mm (Nº200) consiste de partículas finas de agregados o filler, o ambos.
Este debe estar libre de materia orgánica y partículas de arcilla y con índice de plasticidad no mayor de 4
ensayado según ASTM D 423 y D 424
*** La cantidad de cemento asfáltico se da en términos de porcentaje en peso del total de la mezcla. La
diferencia de gravedades específicas en diferentes agregados, así como una considerable diferencia en
absorción, resulta en un rango amplio de contenido de cemento asfáltico. La cantidad de asfalto que se
requiere para una mezcla se debe determinar por ensayos de laboratorio apropiados o en base a experiencias
con mezclas similares, o por combinación de ambos.
The Asphalt Handbook. The Asphalt Institute, Manual de Series Nº4 (MS-4) 1989, pág. 93
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Manual de Laboratorio de Ensayos para Pavimentos
Volumen I
Tabla Nº4
Especificaciones para Gradaciones Densas
ASTM D3515
Mezcla Densa
Tamiz
Tamaño máximo nominal de agregados
2”
1 ½”
1”
¾”
½”
3/8”
Nº4
Nº8
Nº16
Gradación de agregados (grava; fino y filler si se requiere)
Porcentaje en peso
2 ½” (63mm)
100
-
-
-
-
-
-
-
-
90-100
100
-
-
-
-
-
-
-
-
90-100
100
-
-
-
-
-
-
1” (25.0mm)
60-80
-
90-100
100
-
-
-
-
-
¾” (19.0mm)
-
56-80
-
90-100
100
-
-
-
-
1/2” (12.5mm)
35-65
-
56-80
-
90-100
100
-
-
-
3/8” (9.5mm)
-
-
-
56-80
-
90-100
100
-
-
Nº4 (4.75mm)
17-47
23-53
29-59
35-65
44-74
55-85
80-100
-
100
Nº8 (2.36mm)
10-36
15-41
19-45
23-49
28-58
32-67
65-100
-
95-100
Nº16 (1.18mm)
-
-
-
-
-
-
40-80
-
85-100
Nº30 (600µm)
-
-
-
-
-
-
25-65
-
70-95
Nº50 (300µm)
3-15
4-16
5-17
5-19
5-21
7-23
7-40
-
45-75
Nº100 (150µm)
-
-
-
-
-
-
3-20
-
20-40
Nº200 (75µm)
0-5
0-6
1-7
2-8
2-10
2-10
2-10
-
9-20
2” (50mm)
1 ½” (37.5mm)
Hot Mix Asphalt Materials, Mixture Design and Construction. NAPA Research and Education Foundation 1996
Ing. Silene Minaya – M.I. Abel Ordóñez
128
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Volumen I
Tabla Nº5
Tolerancias de Gradación
ASTM D3515
Tamiz
Tolerancia
(%)
1/2” (12.5mm) y mayor
±8
3/8” (9.5mm)
±7
Nº4 (4.75mm)
±7
Nº8 (2.36mm)
±6
Nº16 (1.18mm)
±6
Nº30 (600µm)
±5
Nº50 (300µm)
±5
Nº200 (75µm)
±3
Contenido de bitúmen, porcentaje en
peso del total de la mezcla
± 0.5
Hot Mix Asphalt Materials, Mixture Design and Construction. NAPA
Research and Education Foundation 1996
Combinación de agregados
Por diferentes razones se deben realizar combinaciones de agregados, de manera que cumplan
con las especificaciones de gradación. Son diferentes los métodos que se puedan emplear para tal
fin, entre ellos está la dosificación de los agregados por peso y por métodos gráficos.
1. Dosificación de los agregados por peso
La fórmula básica es:
P = Aa + Bb + Cc etc.
Donde:
P
Porcentaje promedio de las especificaciones en un tamiz
A, B, C, etc
Porcentaje de material que pasa un tamiz para la granulometría A, B, C, etc
a, b, c, etc
Proporción de agregados A, B, C, etc. usado en la combinación y donde el total es 1
Ing. Silene Minaya – M.I. Abel Ordóñez
129
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Combinación de dos agregados
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Volumen I
P = Aa + Bb
Sabiendo que a+b=1, a=1-b; y reemplazando en la ecuación, se tiene:
b=
P-A
B - A .................(1)
P−B
a=
A −B
Ejemplo 1
Determinar la dosificación de los dos agregados mostrados en la siguiente tabla, para que
cumplan con la granulometría especificada.
Tamiz Nº
Agregado A
Agregado B
Especificaciones
3/4"
100
100
100
1/2"
90
100
80-100
Porcentaje que pasa
3/8"
Nº4
Nº8
59
16
3,2
100
96
82
70-90
50-70 35-50
Nº30
1,1
51
18-29
Nº50
0
36
13-23
Nº100
0
21
8-16
Nº200
0
9,2
4-10
Solución
Elija el tamiz que en cuyo porcentaje pasante sea mayor la diferencia de los agregados A y B,
para el problema es el tamiz Nº8
Usando los porcentajes del tamiz Nº8 y reemplazando en la ecuación (1), se obtienen las
proporciones:
b=
P-A
B-A
42.5 − 3.2
= 0.50
b=
82 − 3.2
a + b = 1 ⇒ a = 0.50
Combinar los agregados en las proporciones encontradas para a y b.
Tamiz Nº
0,50*A
0,50*B
Total
Promedio deseado
3/4"
50
50
100
100
1/2"
45
50
95
90
Porcentaje que pasa
3/8"
Nº4
Nº8
29,5
8
1,6
50
48
41
79,5
56
42,6
80
60
42,5
Nº30
0,55
25,5
26,05
23,5
Ing. Silene Minaya – M.I. Abel Ordóñez
Nº50
0
18
18
18
Nº100
0
10,5
10,5
12
Nº200
0
4,6
4,6
7
130
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Volumen I
El porcentaje en el tamiz Nº200 está en el límite inferior, razón por la que debemos incrementar
la proporción del agregado B a 0.55 y volver a calcular los valores combinados.
Tamiz Nº
0,45*A
0,55*B
Total
Especificaciones
3/4"
45,0
55,0
100
100
1/2"
40,5
55,0
95,5
80-100
Porcentaje que pasa
3/8"
Nº4
Nº8
26,6
7,2
1,4
55,0
52,8
45,1
81,6
60,0
46,5
70-90 50-70 35-50
Nº30
0,5
28,1
28,5
18-29
Nº50
0
19,8
19,8
13-23
Nº100
0
11,6
11,6
8-16
Nº200
0
5,1
5,1
4-10
Se observa que el tamiz Nº30 está cerca del límite superior, debiendo reducir la proporción de B
a 0.52 ó 0.53.
Combinación de tres agregados
Ejemplo 2
Asumiendo que se debe incorporar filler en la combinación, C, combinar los agregados
presentados en la tabla.
Tamiz Nº
Agregado A
Agregado B
Agregado C
Especificaciones
3/4"
100
100
100
100
1/2"
90
100
100
80-100
Porcentaje que pasa
3/8"
Nº4
Nº8
59
16
3,2
100
96
82
100
100
100
70-90 50-70 35-50
Nº30
1,1
51
100
18-29
Nº50
0
36
98
13-23
Nº100
0
21
93
8-16
Nº200
0
9,2
82
4-10
Solución
De la observación, el tamiz en cuyo porcentaje pasante sea mayor la diferencia de los
agregados A y B, es el Nº8. El agregado A tendrá que incrementarse en porcentaje en la Nº8.
Calcular la proporción aproximada del agregado A, empleando la siguiente ecuación:
P −B
A −B
42.5 − 82
a=
3.2 − 82
a = 0.50
a=
Se examina el porcentaje que pasa en el tamiz Nº200 cuyos valores se sustituyen en la
ecuación principal.
P = Aa + Bb + Cc
7 = 0.50 + 9.2b + 82c
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131
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b + c = 1 - 0.50
b + c = 0.50
y
reemplazando y despejando, se obtiene:
c = 0.03
⇒
b = 0.47
la dosificación resultante es:
2. Dosificación por métodos gráficos
Combinación de dos agregados
Ejemplo3
Dosificar los dos agregados según las especificaciones:
Porcentaje que pasa
Tamiz Nº
Agregado A
Agregado B
Especificaciones
9
9
9
3/4"
100
100
100
3/8"
48
75
52-67
Nº4
31
58
40-54
Nº10
25
43
30-41
Nº40
22
15
14-23
Nº80
15
5
7-16
Nº200
8
1
2-8
Se traza un cuadrado ABCD, sobre cuyos lados se marcan los porcentajes de 0 a 100
de izquierda a derecha en el lado AB y viceversa en el lado CD
Sobre AD se marcan los porcentajes de uno de los agregados y sobre BC los
porcentajes del otro.
Se unen con una línea continua los extremos correspondientes a un mismo tamiz,
escribiendo sobre esta línea el tamiz al que corresponde. Sobre estas líneas se grafican
pequeños cuadrados que representan los límites superior e inferior de las
9
9
9
especificaciones
Se unen los cuadrados de los límites superiores (a, b, c, ......) y luego los cuadrados de
los límites inferiores (a´, b´, c´, ...).
El espacio que une los cuadrados más cercanos (a y b´)representa el margen de
porcentajes entre los cuales se puede hacer la combinación de los dos materiales.
Para el ejemplo puede variar (a) entre 70% del agregado B más 30% del agregado A; y
(b´) de 35% del agregado B más 65% del agregado A.
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132
Combinación Gráfica de dos agregados
100%
90%
Granulometría Agregado A
Granulometría Agregado B
80%
a
70%
3/8"
60%
b
a´
50%
Nº4
c
b´
40%
Nº10
c´
30%
Nº40
20%
d´
Nº80
10%
d
Nº200
0%
0
10
20
30
40
50
Porcentajes
60
70
80
90
100
Calidad
La combinación de agregados para obtener la gradación exigida por las especificaciones es,
principalmente un trabajo de tanteo. Además de este requisito, los agregados como capa de base
y capa de superficie, deben cumplir ciertos requisitos de calidad de agregados
Requisitos de Calidad de Agregados para
Mezclas Asfálticas
ENSAYO
CAPA DE
SUPERFICIE
CAPA DE
BASE
12%
15%
Abrasión
máx 40%
máx 50%
Partículas Chatas y Alargadas
máx 15%
máx 15%
Porcentaje de absorción de agua
máx 1%
máx 1%
Equivalente de arena
mín 50%
mín 40%
+95
+95
grado 4
grado 4
Durabilidad
Adherencia (% ret)
Riedel Weber
PROCEDIMIENTO DE ANÁLISIS Y COMPACTACION
DE MUESTRAS
Aplicación
El siguiente procedimiento es aplicable solamente a mezclas asfálticas en caliente, usando
cemento asfáltico con agregados no mayores de 2.54 cm (1 pulg.), el tamaño del molde Marshall
no debe exceder el diámetro de 101.6 mm (4 pulg.). Cuando el tamaño de la partícula excede los
2.5 cm (1 pulg.) se emplean moldes de 152.4 mm (6pulg.) realizándose modificaciones al
procedimiento que aquí se describe.
Este método es usado tanto en el diseño de mezclas en laboratorio y en el control de producción
de mezclas asfálticas.
Equipos de Laboratorio
El conjunto básico está formado por:
1.
Molde de Compactación. Consiste de una placa de base plana, molde y collar de extensión
cilíndricos. El molde tiene un diámetro interior de 101.6 mm (4”) y altura aproximada de 76.2
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mm (3”); la placa de base plana y el collar son ser intercambiables. Es conveniente que el
molde esté provisto de agarraderas. Ver Figura Nº01
2.
Martillo de compactación con base plana circular de apisonado de 98.4 mm (3 7/8”) de
diámetro, equipado con un pisón de 4.54 kg (10 lb.) de peso total, cuya altura es de caída
de 457.2 mm (18“). Ver Figura Nº02
3.
Pedestal de compactación. Pieza de madera de base cuadrada de 200.3 mm de lado y 457.2
mm de altura (8”x8”x18”), provista en su cara superior de una platina cuadrada de acero de
304.8 mm de lado por 25.4 mm de espesor (12”x12”x1”), firmemente sujeta en la misma. El
conjunto se deberá fijar firmemente a una superficie de concreto, de tal manera que la platina
de acero quede horizontal.
4.
Extractor de Muestras de Asfaltos. Para extraer la probeta compactada del molde, es de
acero, en forma de disco con diámetro de 100 mm (3.95”) y 12.7 mm (1/2”) de espesor.
5.
Soporte para molde o portamolde. Dispositivo con resorte de tensión diseñado para sostener
rígidamente el molde de compactación sobre el pedestal.
6.
Mordaza. Consiste en dos segmentos cilíndricos, con un radio de curvatura interior de 50.8
mm (2”) de acero enchapado para facilitar su fácil limpieza. El segmento inferior que
terminará en una base plana, ira provisto de dos varillas perpendiculares a la base y que
sirven de guía al segmento superior. El movimiento de este segmento se efectuará sin
rozamiento apreciable. Ver Figura Nº03 y 04
7.
Medidor de deformación. Consiste en un deformímetro de lectura final fija y dividido en
centésimas de milímetro, firmemente sujeto al segmento superior y cuyo vástago se apoyará,
cuando se realiza el ensayo, en una palanca ajustable acoplada al segmento inferior. Ver
Figura Nº04
8.
Prensa. Para la rotura de las probetas será mecánica con una velocidad uniforme de
desplazamiento de 50.8 mm/min. Puede tener un motor eléctrico unido al mecanismo del
pistón de carga.
9.
Medidor de Estabilidad. La resistencia de la probeta en el ensayo se medirá con un anillo
dinamométrico acoplado a la prensa, de 20 kN (2039 kgf) de capacidad, con una sensibilidad
de 50 N (5 kgf) hasta 5 kN (510 kgf) y 100 N (10 kgf) hasta 20 kN (2 039 kgf). Las
deformaciones del anillo se medirán con un deformímetro graduado en 0.001 mm
10. Discos de Papel Filtrante de 4 pulg.
11. Horno. El horno deberá estar provisto de control termostático, capaz de mantener la
temperatura requerida con un error menor de 3 ºC (5 ºF) se emplea para calentar los
agregados, material asfáltico, conjunto de compactación y muestra.
12. Baño. El baño para agua, de 150 mm (6”) de profundidad mínima y controlado
termostáticamente para mantener la temperatura a 60º ± 1 ºC (140º ± 1.8 ºF), deberá tener
un falso fondo perforado o estar equipado con un estante para mantener las probetas por lo
menos a 50.8 mm (2”) sobre el fondo del tanque.
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135
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39.8
114.3
104.8
COLLAR
109.1
108.7
4.8
MOLDE de
COMPACTACION
87.3
114.3
PLACA de
BASE
6.4
101.60 ± 0.13
3.2
Detalle A
101.2
120.6
Detalle A
Ø 108.7
7.1
6.4
Ø 109.1
COTAS EN m m
Figura 1: Dispositivo para moldear probetas
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136
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Ø 98.4
15.9
44.4
9.5
PASADOR ROSCADO
3.7
3.6
19
6.3
Ø 34.1
12.7
(2d)
CASQUILLO
12.7
15.9
36.1
75.9
44.4
10.0
46.9
12.7
(2d)
BASE
(2e)
GUIAS DE MUELLE
15.9
PARTES ROSCADO
57.1
57.1
15.8
Ø 44.9
15.9
5.0
75.9
816
(2f)
PROTECTOR DE DEDOS
TUERCA BIEN APRETADA Y REMACHADA
(2b)
63.5
VARILLA DE GUIA
19
304.8
Ø 75.9
(2c)
PISON
Peso 605 g.
17.5
Ø 63.5
12.7
9.5
50.8
44.4
190.5
739.7
114.3
(2g)
MANGO
Peso 605 g.
Figura 2: Martillo de compactación para el aparato Marshall
Ing. Silene Minaya – M.I. Abel Ordóñez
137
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4
76.4
20
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13
11.5
.3
1.3
63
9.5
45°
50
.8
28.7
7.3
8.2
6
PLANTA
6
50
.8
27
64
63 .
3
20
81
10
11
Figura 3: Mordaza para Marshall
Ing. Silene Minaya – M.I. Abel Ordóñez
138
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50
6
1
4
12
5 5
15
Figura 4: Dispositivo de ensayos de la probeta y mordazas
Ing. Silene Minaya – M.I. Abel Ordóñez
139
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13. 2 Recipientes de dos litros de capacidad para calentar los agregados y para mezclar el
asfalto y agregado.
14. Tamices. Conformado por: 50 mm (2”), 37.5 mm (1 1/2”), 25 mm (1”), 19.0 mm (3/4”), 12.5
mm (1/2”), 9.5 mm (3/8”), 4.75 mm (Nº 4), 2.36 mm (Nº 8), 300 µm (Nº 50), 75 µm (Nº 200).
15. Termómetros blindados. De 10ºC a 232ºC (50ºF a 450ºF) para determinar las temperaturas
del asfalto, agregados y mezcla, con sensibilidad de 3ºC. Para la temperatura del baño de
agua se utilizará termómetro con escala de 20ºC a 70ºC y sensibilidad de 0.2ºC (68ºF a
158ºF + 0.4ºF).
16. Balanza.
Para pesar agregados y asfalto
de 5 kg. de capacidad, y sensibilidad de un 1 gr.
Para pesar probetas compactadas
de 2 kg. de capacidad y sensibilidad de 0.1 gr.
17. Parafina
18. Pirex de 500 cm3
19. Guantes de cuero. Para poder manipular el equipo caliente
20. Crayolas para identificar las probetas
21. Bandejas taradas
22. Espátulas
Las fotos de la 1 a la 5 muestran el equipo básico que se necesita para el ensayo Marshall.
Procedimientos previos
Se deben realizar los siguientes pasos antes de iniciar la mezcla:
Paso A: Evaluación de agregados
A.1 Realice los ensayos de abrasión en la Máquina de Los Ángeles, resistencia a los sulfatos,
equivalente de arena, presencia de sustancias deletéreas, caras de fractura y partículas
alargadas.
A.2 Si el agregado pasó los controles de calidad del paso A.1, se debe realizar la combinación de
agregados, gravedad específica y absorción. El diseño de mezcla debe proporcionar la
granulometría que se encuentra dentro de los rangos de diseño.
A.3 Gravedad específica bulk del agregado grueso (AASHTO T85 ó ASTM C127) y del agregado
fino
(AASHTO T84 ó ASTM C128). Calcule la gravedad especifica de la combinación de
agregados.
Paso B: Evaluación del cemento asfáltico
B.1 Determine el grado apropiado de cemento asfáltico a emplear, según el tipo y ubicación
geográfica del proyecto, verificar que las propiedades especificadas sean aceptables.
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140
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Foto Nº1 Máquina de estabilidad Marshall con anillo de carga
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141
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Foto Nº2 Este conjunto muestra la placa de base plana, molde y collar de extensión
del molde de compactación, Martillo de compactación y Pedestal de compactación.
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142
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Foto Nº3 Para extraer la probeta compactada del molde se requiere el extractor de
muestras de asfaltos.
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143
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Foto Nº4 Martillo de compactación
Foto Nº5 Mordaza para rotura de especimenes Marshall
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B.2 Calcular la gravedad especifica del cemento asfáltico (AASHTO T228 ó ASTM D70) y del filler
(AASHTO T100 ó ASTM D854) y grafique la viscosidad versus temperatura (Carta de Viscosidad)
B.3 Determinar la temperatura de mezcla y compactación de la Carta de Viscosidad.
1. La temperatura a la cual se calentará el cemento asfáltico para la mezcla, se selecciona
en el rango del viscosidad de 170±20 centistokes (1 centistoke =1 mm2/s).
2. La temperatura de compactación se encuentra en el rango del viscosidad de 280±30
centistokes
Paso C: Preparación de los Especimenes Marshall
C.1 Secar los agregados los agregados hasta obtener peso constante entre 105ºC y 110ºC,
separarlos por tamizado en las mallas sugeridas:
1” a ¾”
¾” a 3/8”
3/8” a Nº4
Nº4 a Nº8
Pasa Nº8
Fijada la composición en tanto por ciento de cada árido para obtener la granulometría total de la
mezcla que se desea, se calcula el peso necesario de cada uno de ellos para realizar el amasado
de 18 especimenes, aproximadamente 1150 gr. en cada uno, un total de 22 kg y un galón de
cemento asfáltico.
C.2 Pese los agregados para cada especímen por separado y caliéntelos a la temperatura de
mezcla, según paso B.4. El peso total de agregado se determinará en el paso C.3.
C.3 Generalmente se prepara un especímen de prueba, mida la altura del mismo (h1) y verifique la
altura requerida del especímen Marshall: 63.5 ± 5.1 mm (2.5 ± 0.20 pulg.). Si el especímen está
fuera del rango, ajuste la cantidad de agregados con la siguiente fórmula:
Q=
h
× 1150 gr
h1
Donde:
Q
Peso del agregado para un especímen de 63.5 mm (2.5 pulg.) de altura, gr.
h
Altura requerida, que será 63.5 mm ó 2.5 pulg.
h1
Altura del especímen de prueba, mm (pulg)
C.4 Calentar a la temperatura de mezcla la suficiente cantidad de asfalto para preparar 18
especimenes; tres especimenes compactados por cada porcentaje de contenido de asfalto, los
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incrementos porcentuales de asfalto son de 0.5% con por lo menos dos contenidos antes y
después del Optimo Contenido de Asfalto. A tres mezclas cerca al óptimo contenido de humedad
se les mide la gravedad específica Rice o Máxima Densidad Teórica (TMD). (Nota.- algunas
agencias en los Estados Unidos solicitan gravedades específicas Rice para todos los contenidos
de asfalto. A pesar de todo, la precisión del ensayo es mejor cuando la mezcla está cerca de l
óptimo contenido de asfalto. Es preferible medir la gravedad específica Rice por triplicado. Luego
de promediar los resultados de los tres ensayos, y calcular la gravedad específica efectiva de los
agregados, la máxima gravedad específica para todos los contenidos de asfalto se calculan
usando las fórmulas sencillas ya explicadas).
Nota.- No mantener el ligante por más de una hora a la temperatura de mezcla ni emplear ligante
bituminoso recalentado. Durante el período de calentamiento del ligante se debe agitar
frecuentemente dentro del recipiente para evitar los sobrecalentamientos.
C.5 De acuerdo a las especificaciones se determina el número de golpes por cara para la
compactación Marshall
C.6 El recipiente en el que se realizará la mezcla será manchado con una mezcla de prueba para
evitar la pérdida de ligante y finos adheridos al recipiente, se limpiará solamente arrastrando con
una espátula todo el material posible. Colocar la cantidad de agregado requerido en esa vasija y
añada la cantidad de asfalto caliente necesario por peso, para el porcentaje de cemento asfáltico
de la mezcla deseada.
% Cemento asfáltico =
Peso cemento asfáltico
Peso árido + Peso cemento asfáltico
C.7 Mezclar el cemento asfáltico y agregados hasta que éstos estén totalmente cubiertos. La
mezcla puede hacerse manual o mecánicamente. Cuando la mezcla requiera filler, éste se
agregará luego que los agregados estén cubiertos por el ligante.
C.8 Verificar la temperatura de los materiales recién mezclados, si está sobre la temperatura de
compactación, deje enfriar; si está por debajo, elimine el material y prepare una nueva muestra.
C.9 Se coloca dentro del conjunto del molde y la base del martillo compactador limpios, un disco
de papel filtrante de 10 cm de diámetro. Se calientan en el horno o en un baño de agua a una
temperatura comprendida entre los 93º a 149ºC. Verter la mezcla y emparejarla con una espátula
caliente 15 veces alrededor del perímetro y 10 veces en el interior. Limpiar el material del collar y
montura dentro del molde de tal manera que el medio sea ligeramente mas alto que los bordes.
Fijar el molde y base en el pedestal. Coloque el martillo precalentado dentro del molde, y aplique
el número de golpes según las especificaciones, la altura de caída del martillo es de 18” (457 mm).
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Mantener el eje del martillo de compactación perpendicular a la base del molde durante la
compactación.
C.10 Retire el molde de la base. Coloque un papel filtrante en la superficie e inviértalo de tal
manera que la cara superficial se encuentre abajo. Reemplace el collar del molde y fíjelo junto con
la base en el pedestal. Aplicar el número de golpes especificados.
C.11 Después de la compactación remover la base y colocar el molde y collar sobre el extractor de
muestras. Con el molde y el collar de extensión hacia arriba en la máquina de ensayo, aplicar
presión y forzar el espécimen dentro del collar de extensión, levantar el collar del espécimen.
Cuidadosamente transferir el espécimen a una superficie plana, dejarlo de pie para que repose de
12 a 24 horas a temperatura ambiente, identificarlos con códigos alfanuméricos usando Crayolas.
C.12 Determine la gravedad especifica bulk de cada especímen tan pronto como las probetas
compactadas se han enfriado a la temperatura ambiente, según AASHTO T166. Se determina
calculando la relación entre su peso al aire y su volumen.
Pesar el especímen al aire; y
Sumerja la muestra en agua, dejar saturar por unos minutos, pesar la muestra en su
condición saturada superficialmente seca (SSD) en el agua.
Sacar la muestra del agua, secar el exceso de agua y pesar en su condición SSD en el
aire
Calcular el volumen restando el peso del especímen SSD en el aire y el peso del
especímen SSD sumergida. La fórmula empleada será:
Gmb =
WD
WSSD − Wsub
Donde:
Gmb
Gravedad Específica Bulk de la muestra compactada
WD
Peso del especímen al aire
WSSD
Peso del especímen en su condición SSD en el aire
Wsub
Peso del especímen sumergido
Se determina el peso específico bulk promedio de todas las probetas hechas con el mismo
contenido asfáltico. Los valores dispares no se incluyen en el cálculo para lo cual se tendrá en
cuenta el siguiente rango de variación con respecto al valor medio
Peso Específico Bulk ± 1%
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147
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Los valores calculados del peso específico bulk, así ensayados, dan resultados mas reales, pero
existe otro procedimiento de laboratorio que cabe destacar, es el que podemos encontrar en las
nuevas normas emitidas por el ministerio de Transportes, Comunicaciones, Vivienda y
Construcción.
El primer método se emplea cuando la textura superficial de las probetas es cerrada e
impermeable. El volumen de la probeta se obtiene restando el peso de la probeta en el aire y el
peso de la probeta sumergida en agua sin haber recubierto su superficie parafinada. La fórmula
empleada será:
Gmb =
WD
WD − Wsub
Donde:
Gmb
Gravedad Específica Bulk de la muestra compactada
WD
Peso del especímen al aire
Wsub
Peso del especímen sumergido
El segundo método se aplica a mezclas cuya superficie es abierta y permeable. El volumen
aparente se determina restando el peso de la probeta en el aire y el peso de la probeta en el agua
pero habiéndola recubierto previamente de una capa de parafina. El peso específico bulk viene
dado por la fórmula:
Gmb =
WD
WpD - Wppsub -
WpD − WD
γp
Donde:
Gmb
Gravedad Específica Bulk de la muestra compactada
WD
Peso del especímen al aire
WpD
Peso del especímen parafinado en al aire
Wppsub Peso del especímen parafinado en el agua
γp
Peso específico de la parafina
Los especimenes deben pesarse antes de ser parafinados, a continuación se sumergen en un
recipiente con parafina caliente. Si es necesario, se da pinceladas de parafina en los puntos mal
cubiertos. Dejar enfriar la parafina durante media hora y determinar el peso en el aire a la
temperatura ambiente e inmediatamente se pesa en agua3.
C.13 Calcule la gravedad especifica Rice en las mezclas asfálticas en caliente (Gmm) de acuerdo a
la norma AASHTO T209, su valor se emplea en el cálculo de los vacíos. Si la mezcla contiene
3
Gravedad Especifica Aparente y Peso Unitario de Mezclas Asfálticas Compactadas Empleando Especimenes
Parafinados. MTC E506-1999
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148
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agregados absorbentes se recomienda colocarla en el horno (manteniéndola a la temperatura de
mezcla) por cuatro horas de tal manera que el cemento asfáltico sea absorbido completamente por
el agregado entes del ensayo. Mantener la mezcla en un recipiente tapado mientras se encuentra
en el horno. Si el ensayo se hace por triplicado en la mezcla que contiene un porcentaje cerca al
óptimo contenido de asfalto, promediar los tres resultados; calcule la gravedad específica efectiva
de los agregados.
Si se realiza el cálculo de la gravedad específica Rice en cada una de las muestras a diferentes
contenidos de asfalto, calcular la gravedad específica efectiva de agregados en cada caso.
Calcule el promedio de las gravedades específicas efectivas y el promedio de las gravedades
específicas Rice.
En ausencia de datos proporcionados por el Método Rice, la gravedad específica puede calcularse
con una relación matemática que considera las gravedades específicas bulk y aparente de los
componentes de la mezcla:
Gmm =
Siendo:
A=
B=
C=
Gsb + Gsa
2
Gsb + Gsa
2
Gsb + Gsa
2
100
% asfalto
% grueso % fino % filler
+
+
+
Gsaasfalto
A
B
C
, para el agregado grueso
, para el agregado fino
, para el filler
Donde:
Gsb
Gravedad específica bulk
Gsa
Gravedad específica aparente
Paso D: Densidad y vacíos de los especimenes
Se refiere a las relaciones peso-volumen, completando los cálculos con los siguientes pasos:
D.1 Para cada especímen, use la gravedad específica bulk (Gmb) del paso C.12 y gravedad
específica Rice de la mezcla (Gmm) para C.13. Calcular el porcentaje de vacíos en el total de la
mezcla, VTM.
⎛ G ⎞
VTM = ⎜⎜1 - mb ⎟⎟ × 100
⎝ Gmm ⎠
Ing. Silene Minaya – M.I. Abel Ordóñez
149
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D.2 Calcular la densidad de cada especímen Marshall como sigue:
Densidad (g/cm3 ) = Gmb × δ w
D.3 Calcule el porcentaje de vacíos en el agregado mineral, VMA, para cada especímen Marshall
usando la gravedad específica bulk en los agregados (Gsb) para los pasos A.2, la gravedad
específica bulk de la mezcla compactada (Gmb) para el paso C.12, y el contenido de asfalto por
peso de mezcla total (Pb)
⎛ G (1 − Pb ) ⎞
⎟ × 100
VMA = ⎜⎜1 - mb
⎟
Gsb
⎠
⎝
D.4 Calcule el porcentaje de vacíos llenos de asfalto para cada especimen Marshall usando el
VTM y VMA como sigue:
⎛ VMA - VTM ⎞
VFA = ⎜
⎟ × 100
VMA
⎠
⎝
Paso E: Estabilidad Marshall y Ensayo de Flujo
E.1 Calentar el agua del baño a 140ºF (60ºC) y colocar los especimenes a ser ensayados por un
período de 30 a 40 minutos. Los especimenes se ubicarán de manera escalonada para que todos
los especimenes sean calentados el tiempo especificado antes de ser ensayados.
E.2 Se limpian perfectamente las superficies interiores de las mordazas de rotura y se engrasan
las barras guía con una película de aceite de manera que las mordaza superior se deslice
libremente. Luego de calentarlos el tiempo necesario, se irán sacando uno a la vez, quitarles el
exceso de agua con una toalla y colocarlo rápidamente en la mordaza Marshall.
E.3 Colocar el medidor de flujo sobre la barra guía marcada y compruebe la lectura inicial. Aplicar
la carga a una velocidad de deformación de 2 pulg/min (50.8 mm/minuto) hasta que ocurra la falla,
es decir cuando se alcanza la máxima carga y luego disminuye según se lea en el dial respectivo.
El punto de rotura se define como la carga máxima obtenida y se registra como el valor de
estabilidad Marshall, expresado en Newtons (lbf). Mientras se está determinando la estabilidad se
mantiene firmemente el medidor de deformación en su posición sobre la barra guía; libérese
cuando comience a decrecer la carga y anote la lectura. Este será el valor del “flujo” para la
muestra expresado en centésimas de pulgada. Por ejemplo si la muestra se deformó 3.8
mm(0.15”) el valor de flujo será de 15. Este valor expresa la disminución de diámetro que sufre la
probeta entre la carga cero y el instante de la rotura.flujo en 0.01 pulgadas (0.25 mm). El ensayo
se realiza en un minuto contados desde que se saca el especímen del baño.
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150
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E.4 Repita los pasos E.2 y E.3 hasta que todos los especimenes sean ensayados.
1. El tiempo total transcurrido entre sacar el especímen del baño y aplicar la carga es de
60 segundos como máximo.
2. El tiempo total en el agua de baño para cada juego de tres especimenes es entre 30 a
40 minutos.
Paso F: Tabulación y Gráfico de los Resultados de Ensayo
F.1 Tabule los resultados de ensayo, corrija los valores de estabilidad para cada especímen
(ASTM D1559), y calcule el promedio de cada tres juegos de especimenes.
F.2 Grafique:
1. Contenido de asfalto Vs. Densidad (por unidad de peso)
2. Contenido de asfalto Vs. Estabilidad Marshall
3. Contenido de asfalto Vs. Flujo
4. Contenido de asfalto Vs. Porcentaje de vacíos, VTM
5. Contenido de asfalto Vs. Porcentaje de vacíos del agregado mineral, VMA
6. Contenido de asfalto Vs. Porcentaje de vacíos llenos de asfalto, VFA
F.3 Revise la tendencia de cada gráfico:
1. La estabilidad versus el contenido de asfalto puede tener dos tendencias:
1.1
La estabilidad crece a medida que el contenido de asfalto se aumenta,
alcanza un pico y luego decrecer.
1.2
La estabilidad decrece a medida que el contenido de asfalto se aumenta y no
presenta un pico. Esta curva es común en mezclas asfálticas en caliente
recicladas.
2. El flujo crece con el incremento del contenido de asfalto.
3. La densidad crece con el incremento de asfalto, alcanzo un pico, y luego decrece. La
densidad pico usualmente ocurre a un contenido de asfalto mayor que la estabilidad
pico.
4. El porcentaje de vacios de aire decrecerá con el crecimiento del contenido de asfalto.
5. El porcentaje de vacíos del agregado mineral, VMA, decrece con el crecimiento del
contenido de cemento asfáltico, alcanza un mínimo, y luego crece.
6. El porcentaje de vacíos llenos de asfalto, VFA, crece con el incremento de asfalto.
Paso G: Determinación del Optimo Contenido de Asfalto
G.1 Los siguientes dos métodos son comúnmente empleados para determinar el óptimo contenido
de asfalto de los gráficos:
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Método 1.- El procedimiento NAPA, en TAS 14
1. Determine el contenido de asfalto correspondiente a la medida especificada del
contenido de vacíos (4% típicamente). Este es el óptimo contenido de asfalto.
2. Determine las siguientes propiedades en el óptimo contenido de asfalto de los
gráficos:
2.1
Estabilidad Marshall
2.2
Flujo
2.3
Porcentaje de vacíos del agregado mineral, VMA
2.4
Porcentaje de vacíos llenos de asfalto, VFA
3. Compare cada uno de estos valores de especimenes y si todos tiene el rango
especificado, entonces el óptimo contenido de asfalto determinado es satisfactorio. Si
algunas de estas propiedades está fuera del rango de especificaciones, la mezcla
debe ser rediseñada.
Método 2.- Método del Instituto del Asfalto en MS-2
1. Determine: (a) contenido de asfalto en la estabilidad máxima
(b) contenido de asfalto en la densidad máxima
(c) contenido de asfalto en el punto medio del rango de volúmenes de aire
especificado (4% típicamente)
2. Promediar los tres contenidos de asfaltos seleccionados
3. Para el promedio del contenido de asfalto, vea la curva ploteada y determine las
siguientes propiedades:
3.1.Estabilidad Marshall
3.2.Flujo
3.3.Porcentaje de vacíos del agregado mineral, VMA
3.4.Porcentaje de vacíos llenos de asfalto, VFA
4. Comparar los valores del paso 3con criterio para ser aceptado según el siguiente
cuadro:
Criterio
Mezclas
Método
Marshall
Compactación
Nº golpes/cara
Estabilidad, lb(N)
Flujo
0.01 Pulg
(0.25mm)
Vacíos de aire, %
Vacíos en el
agregado mineral
Criterio de Diseño Marshall para Superficies
y Bases
Tráfico
Ligero
Mínimo
Medio
Máximo
Mínimo
Pesado
Máximo
Mínimo
Máximo
35
50
75
750 (333)
1200 (5333)
1800 (8000)
8
18
8
16
8
14
3
5
3
5
3
5
Ver el gráfico siguiente
Mix Design Methods for Asphalt Concrete and Other Hot Mix Tipes. The Asphalt Institute, MS-2, May 1984
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1
Standard Specifications for Wire Cloth Sieves for Testing Purposes, ASTM Designation EII
(AASHTO Designation M92).
2
For processed aggregate, the nominal maximum particle size is the largest sieve size listed in
the applicable specification upon which any material is retained.
3
Mixture in the 1% tolerance band shall be permitted only when experience indicates that the
mixture will perform satisfactorily and when all other criteria are met.
Mix Design Methods for Asphalt Concrete and Other Hot Mix Types, The Asphalt Institute,
MS-2, May 1984
Relaciones entre Vacíos en el Agregado Mineral y Tamaño Máximo
con el criterio de carga sobrepuesta
G.2 Encontrar el criterio de falla para alguna propiedad requerida es un trabajo especial para
determinar la mezcla que será empleada en la construcción. Si el criterio VMA no puede hallarse,
la gradación del agregados debe modificarse y volver a diseñar la mezcla.
Observaciones
1. Este método está limitado al proyecto y control de mezclas asfálticas elaboradas en planta
estacionaria, en caliente, empleando cemento asfáltico.
2. Con la prueba Marshall se determinan valores de estabilidad y de flujo en especimenes
cilíndricos, compactados axialmente con un sistema determinado y probados a sesenta grados
centígrados (60º C).
3. El valor de estabilidad se determina midiendo la carga necesaria para producir la falla del
espécimen, aplicada en sentido normal al eje.
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4. La deformación vertical producida en el espécimen por dicha carga será el valor del flujo. El
valor de estabilidad expresa la resistencia estructural de la mezcla compactada, y está afectado
principalmente por el contenido de asfalto, la composición granulométrica y el tipo de agregado.
5. El valor de flujo representa la deformación requerida, en el sentido del diámetro del espécimen,
para producir la fractura. Este valor es una indicación de la tendencia de la mezcla para alcanzar
una condición plástica, y consecuentemente de la resistencia que ofrecerá la carpeta asfáltica a
deformarse bajo la acción de las cargas impuestas por los vehículos.
Referencias Bibliográficas
Los Asfaltos, Tecnología y Aplicaciones. Ingº Ricardo E. Bisso Fernández. Editado por Petróleos
del Perú – Petroperú S.A., Noviembre 1998
Standard Test Method for Resistance to Plastic Flow of Bituminous Mixtures Using Marshall
Apparatus. ASTM D1559-89
Resistencia de Mezclas Bituminosas empelando el Aparato Marshall. MTC E504-1999
Mix Design Methods for Asphalt Concrete and Other Hot Mix Tipes. The Asphalt Institute, MS-2,
May 1984
Hot Mix Asphalt Materials, Mixture Design and Construction. NAPA Research and Education
Foundation 1996
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Ejemplo 1 de Diseño de Mezclas
Agregados
Tamizar los agregados
9
Las gradaciones de los cuatro agregados con las respectivas especificaciones para la
gradación del total de agregado se muestra en la siguiente tabla:
Tamiz Nº
Agregado Número 1
Agregado Número 2
Agregado Número 3
Agregado Número 4
Especificaciones
9
Porcentaje que pasa
3/8"
Nº4
Nº8
Nº16
89
3
1
1
100
58
10
8
100
99
81
71
100
100
99
94
95-100 47-77 52-70 46-63
1/2"
100
100
100
100
100
Nº30
1
5
46
86
37-57
Nº50
1
4
26
68
24-39
Nº100
1
3
15
18
8-25
Nº200
0.1
2.2
10.0
2.5
2-8
Determinar el porcentaje de cada agregado a ser usado para que cumpla con las
especificaciones. El cálculo se muestra en la siguiente tabla:
Porcentaje
Tamaño del tamiz
1/2"
3/8"
Nº4
Nº8
Nº16
Nº30
Nº50
Nº100
Nº200
Combinación 1
Nº 1
(25%)
25
22
1
0
0
0
0
0
0,0
Nº 2
(25%)
25
25
15
3
2
1
1
1
0,6
Nº 3
(25%)
25
25
25
20
18
12
7
4
2,5
Nº 4
(25%)
25
25
25
25
24
22
17
5
0,6
Total
Especificaciones
100
97
65
48
44
35
25
9
3,7
100
95-100
47-77
52-70
46-63
37-57
24-39
8-25
2-8
Combinación 2
Nº 1
(25%)
25
22
1
0
0
0
0
0
0,0
Nº 2
(15%)
15
15
9
2
1
1
1
0
0,3
Nº 3
(35%)
35
35
35
28
25
16
9
5
3,5
Nº 4
(25%)
25
25
25
25
24
22
17
5
0,6
Total
Especificaciones
100
97
69
55
50
39
27
10
4,5
100
95-100
47-77
52-70
46-63
37-57
24-39
8-25
2-8
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9
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Volumen I
La combinación de agregados se determina por cualquiera de los métodos conocidos,
resultando 25% del agregado Nº1; 15% del agregado Nº2; 35% del agregado Nº3; y 25%
9
9
9
9
del agregado Nº4.
La gravedad específica bulk de la combinación de agregados (Gsb) es 2.620
La gravedad específica del cemento asfáltico se calculo y es 1.030
Aproximadamente 20 especimenes de agregados fueron preparados usando las
proporciones calculadas
La combinación de agregados fueron calculados a la temperatura especificada en ASTM
D1559 para el método Marshall. El peso total de cada especímen será suficiente para
preparar especimenes con 4” de diámetro y 2 ½” de altura.
Diseño de mezclas Marshall
9
9
9
9
Las muestras calientes de agregados se mezclan con una cantidad de cemento asfáltico
por encima y debajo del óptimo contenido de asfalto
Los especimenes se compactan con 75 golpes en cada lado con el martillo Marshall
Se preparan tres muestras para cada porcentaje de cemento asfáltico. Se preparan un
total de 18 especimenes
Luego de compactar las muestras se extraen los moldes y se dejan enfriar. Las muestras
se pesan secadas al aire (WD), dejar empapar por tres minutos en agua y pesarlas
9
sumergidas en agua (Wsub), retirarlas del agua, secarlas y pesar en el aire (WSSD)
La gravedad especifica bulks de la muestra Gmb se determina por:
Gmb =
WD
WSSD − Wsub
El volumen de la muestra en ml es igual a WSSD-Wsub cuando el peso está en gramos. La
densidad bulk (γ) de la muestra en pcf es:
γ = Gmb × δ w
Los siguientes cálculos se hacen para la muestra 1 de 5.0% de contenido de asfalto
Gmb =
La densidad del especímen es:
1167.8
= 2.253
1169.0 − 650.7
γ = 2.253 × 1 = 2.253 gr/cm 3
Los vacíos totales de la mezcla (VTM) se determinaron para cada muestra comparando el
promedio de la densidad bulk para cada contenido de asfalto de la densidad teórica
máxima (TMD). El método más común para determinar el TMD es el método Rice
especificado en ASTM D2041. El VTM se determinó con la siguiente ecuación:
⎛ G ⎞
VTM = ⎜⎜1 - mb ⎟⎟ × 100 , ó
⎝ Gmm ⎠
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⎛ densidad bulk del especimen ⎞
VTM = ⎜ 1 ⎟ × 100
TMD
⎠
⎝
Para este problema, el promedio de tres muestras para el contenido de asfalto de 5.0%
tuvo una densidad bulk de 2.252 gr/cm3 y el TMD para esta muestra fue determinada en
2.454 gr/cm3. La VTM es entonces:
⎛ 2.252 ⎞
VTM = ⎜ 1 ⎟ × 100 = 8.2%
⎝ 2.454 ⎠
Los vacíos del agregado mineral (VMA) se determinan por las siguientes ecuaciones para
el contenido de asfalto del 5%:
⎛ G (1 − Pb ) ⎞
⎛ 2.252(1 − 0.05 ) ⎞
⎟ × 100 = ⎜1 VMA = ⎜⎜1 - mb
⎟ × 100 = 18.3%
⎟
G
2.620
⎝
⎠
sb
⎠
⎝
Los vacíos llenos con asfalto (VFA) ser determinaron:
⎛ 18.3 - 8.2 ⎞
⎛ VMA - VTM ⎞
VFA = ⎜
⎟ × 100 = 55.2%
⎟ × 100 = ⎜
VMA
⎝ 18.3 ⎠
⎠
⎝
Luego que las muestras fueron pesadas en el aire y agua y todos los cálculos hechos, las
muestras fueron entonces ensayadas para estabilidad y flujo. La carga de falla (libra) se
ensaya en el equipo estándar Marshall. El flujo se determina para 0.01 pulgadas (0.25
mm) para el primer pico de carga.
La medida de estabilidad es la actual carga medida, y la estabilidad corregida incluye una
corrección por volumen de especímen. Para este diseño todos los volúmenes estuvieron
en el rango requerido (ASTM D1559), sin necesitar corrección.
Luego de llenar todos los datos, graficar las relaciones para las diferentes relaciones de
propiedades y contenidos de asfalto. Las propiedades comúnmente graficadas son: peso
unitario, estabilidad Marshall, flujo, vacíos en la mezcla total, vacíos llenos con cemento
asfáltico, y vacíos en el agregado mineral.
Ahora se selecciona el óptimo contenido de asfalto para las especificaciones del proyecto.
Para este diseño de mezcla las especificaciones se muestran en el siguiente cuadro:
Propiedades de ensayo
Especificaciones del proyecto
Estabilidad Marshall lbs (N)
1500 (6667) min
Flujo 0.01” (0.25 mm)
8 – 16
Vacios totales en la mezcla (%)
3–5
Vacios llenos de asfalto (%)
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70 – 80
157
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Volumen I
Evaluaremos el contenido de asfalto de acuerdo a los dos métodos planteados en el paso G:
Método 1
Un procedimiento usado es el recomendado por la NAPA. De las gráficas que se mostrarán, se
considera el óptimo contenido de asfalto a la media del porcentaje de vacios de la mezcla total de
las especificaciones (4%). Este contenido de asfalto se usa para determinar los valores de
estabilidad Marshall, VMA, flujo y porcentaje de vacios llenos. Cada uno de estos valores se
compara con los valores especificados; si todos están en el rango se acepta el contenido de
asfalto como el óptimo al 4% de vacios, en caso contrario. Si algunos de estos valores están fuera
del rango de especificaciones, la mezcla tiene que ser rediseñada. En el ejemplo, para 4% de
vacios se tiene 6.9% de contenido de asfalto, con este valor se comparan los datos sacados de
cada gráfico.
Propiedades de ensayo
Estabilidad Marshall
lbs (N)
Especificaciones del
Resultado
Condición
1500 (6667) min
2750 lbs (12222 N)
Aceptado
8 – 16
14
Aceptado
No se requiere
18.6
------
70 – 80
79
Aceptado
proyecto
Flujo 0.01” (0.25 mm)
VMA (%)
Vacios llenos de
asfalto (%)
Método 2
El segundo método usado considera como óptimo contenido de asfalto al que proporciona la
máxima estabilidad Marshall, máximo peso unitario, y 4% de vacios en el total de la mezcla (media
de las especificaciones). Por lo tanto, para los datos encontrados los siguientes contenidos de
asfalto son seleccionados:
Propiedades
Contenido de asfalto
seleccionado
Pico de la curva de estabilidad
6.5
Pico de la curva de peso unitario
6.8
4% Volumen total de mezcla
6.9
Promedio
6.7
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Los tres contenidos de asfalto se promedian para determinar el óptimo contenido de asfalto. Las
propiedades de la mezcla deben ser evaluadas para asegurar que las especificaciones requeridas
se encuentran en 6.7% del contenido de asfalto.
Propiedades
Estabilidad Marshall
lbs (N)
Flujo 0.01” (0.25 mm)
VTM (%)
Especificaciones del
Resultado
Condición
1500 (6667) min
2775 lbs (12333 N)
Aceptado
8 – 16
13.6
Aceptado
3-5
4.2
Aceptado
proyecto
De acuerdo a los resultados anteriores el óptimo contenido de asfalto seleccionado es de 6.7%.
Una dificultad con este segundo método para diferentes contenidos de asfalto es que no todas las
muestras tiene los gráficos como los del ejemplo. De hecho, algunas mezclas que contienen 75100% de partículas fracturadas no muestran picos en la curva de densidad, haciendo imposible
aplicar ésta metodología.
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159
RESULTADOS DE ENSAYO PARA EL DISEÑO DE
MEZCLAS POR EL METODO MARSHALL
Ejemplo Nº1
BRIQUETA N°
1 % C.A. EN PESO DE LA MEZCLA
1A
1B
5.00
1C
5.00
2A
5.00
2B
5.50
2.620
2 PESO ESPECIFICO BULK DE LA COMBINACION DE AGREGADOS
2C
5.50
3A
5.50
3B
6.00
2.620
3C
6.00
4A
6.00
4B
6.50
2.620
4C
6.50
5A
6.50
5B
7.00
2.620
5C
7.00
6A
7.00
7.50
2.620
3 PESO DE LA BRIQUETA AL AIRE (gr) W D
1167.80
1164.90
1165.10
1166.40
1179.00
1169.40
1170.40
1181.10
1187.30
1174.20
1185.30
1182.30
1177.50
1183.40
1192.80
1181.90
PESO DE LA BRIQUETA EN EL AIRE (gr)
4 condición Saturada Superficialmente Seca W SSD
1169.00
1166.20
1167.00
1167.50
1180.60
1171.00
1171.00
1181.90
1189.00
1174.70
1186.00
1182.90
1177.90
1183.60
1193.30
1182.30
PESO DE LA BRIQUETA EN EL AGUA (gr)
5 condición Saturada Superficialmente Seca W sub
650.70
647.00
651.00
652.40
661.40
650.90
656.70
664.70
670.90
661.60
667.70
667.70
663.00
665.40
675.70
663.30
6 VOLUMEN DE LA BRIQUETA (gr)
518.30
519.20
516.00
515.10
519.20
520.10
514.30
517.20
518.10
513.10
518.30
515.20
514.90
518.20
517.60
519.00
7 PESO ESPECIFICO BULK DE LA BRIQUETA gr/cm3 Gmb
2.253
2.244
2.258
2.264
2.271
2.248
2.276
2.284
2.292
2.288
2.287
2.295
2.287
2.284
2.304
2.277
8 PESO ESPECIFICO TEORICA MAXIMA, RICE
2.454
2.454
2.454
2.444
2.444
2.444
2.425
2.425
2.425
2.402
2.402
2.402
2.380
2.380
2.380
2.357
8.2
8.6
8.0
7.3
7.1
8.0
6.1
5.8
5.5
4.7
4.8
4.5
3.9
4.0
3.2
3.4
18.3
18.6
18.1
18.3
18.1
18.9
18.4
18.1
17.8
18.3
18.4
18.1
18.8
18.9
18.2
19.6
9 % VACIOS TOTALES EN LA MEZCLA(VTM)
10 % VACIOS EN AGREGADO MINERAL (V.M.A.)
11 % ASFALTO ABSORBIDO POR EL AGREGADO TOTAL (VFA)
55.4
54.1
56.0
59.9
60.9
57.7
66.5
67.8
69.1
74.2
73.9
75.3
79.3
78.7
82.6
82.7
12 ESTABILIDAD SIN CORREGIR
2400
2630
2560
2520
2690
2650
2620
2710
2980
2800
2730
2900
2820
2730
2790
2650
13 ESTABILIDAD CORREGIDA
2530
2620
2770
2810
2780
14 Peso Unitario (gr/cm3)
2.252
2.261
2.284
2.290
2.292
15 Flujo (0.001 Pulg.)
16 Flujo (0.001 Pulg.) promedio
11.00
11.00
11
12.00
11
12.00
12
13
13.00
13
13
12.00
12
13
13
14
14
14
14
17 % VACIOS TOTALES DE LA MEZCLA (VTM)
8.2
7.5
5.8
4.7
3.7
18 % VACIOS EN AGREGADO MINERAL (V.M.A.)
18.4
18.4
18.1
18.3
18.7
19 % ASF. ABSORBIDO POR EL AGREGADO TOTAL (VFA) Prom
55.2
59.5
67.8
74.4
80.2
15
16
DISEÑO DE MEZCLA ASFALTICA
METODO DE LA NAPA
FLUJO VS. % DE ASFALTO
ESTABILIDAD VS. % DE ASFALTO
PESO ESPECIFICO VS. % DE ASFALTO
17
2900
2850
16
2800
2.280
2.270
2.260
2.250
2750
15
2750
FLUJO (0.01")
2.290
ESTABILIDAD (Lb)
PESO ESPECIFICO (gr/cm3)
2.300
2700
2650
2600
2550
13
12
2500
2.240
11
6,9
2450
2.230
6,9
2400
4.5
5.0
5.5
6.0
6.5
7.0
7.5
8.0
10
4.5
5.0
5.5
ASFALTO (%)
VOLUMEN LLENO CON ASFALTO VFA
(%)
8.0
7.0
6.0
4,0
4.0
3.0
2.0
1.0
6,9
0.0
4.5
5.0
5.5
6.0
6.5
7.0
7.5
8.0
4.5
5.0
5.5
6.0
6.5
ASFALTO (%)
7.0
7.5
8.0
6.5
7.0
7.5
8.0
ASFALTO (%)
% VOLUMEN DE AGREGADO GRUESO MINERAL
VS. % DE ASFALTO
% VACIOS LLENOS DE CON ASFALTO VS. % DE
ASFALTO
9.0
5.0
6.0
ASFALTO (%)
% VACIOS VS. % DE ASFALTO
VACIO S VTM (%)
14
14
21.0
100.0
20.0
90.0
79
80.0
19.0
70.0
18.0
60.0
17.0
18,6
16.0
50.0
6,9
6,9
15.0
40.0
4.5
5.0
5.5
6.0
6.5
ASFALTO (%)
7.0
7.5
8.0
4.5
5.0
5.5
6.0
6.5
ASFALTO (%)
7.0
7.5
8.0
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Laboratorio No.2 de Mecánica de Suelos y Pavimentos
Manual de Laboratorio de Ensayos para Pavimentos
Volumen I
DISEÑO DE MEZCLA ASFALTICA
METODO DE L INSTITUTO DEL ASFALTO
PESO ESPECIFICO VS. % DE ASFALTO
2.300
2900
17
2850
2.290
2775
2800
2.270
2.260
2.250
16
2750
FLUJO (0.01")
2.280
ESTABILIDAD (Lb)
PESO ESPECIFICO (gr/cm3)
FLUJO VS. % DE ASFALTO
ESTABILIDAD VS. % DE ASFALTO
2700
2650
2600
2550
15
13,6
14
13
12
2500
2.240
11
2450
2.230
6,7
2400
4.5
5.0
5.5
6.0
6.5
7.0
7.5
4.5
8.0
5.0
5.5
6.0
6.5
6,7
10
7.0
7.5
8.0
4.5
5.0
5.5
ASFALTO (%)
ASFALTO (%)
% VACIOS VS. % DE ASFALTO
6.5
7.0
7.5
8.0
ASFALTO (%)
% VACIOS LLENOS DE CON ASFALTO VS. % DE
ASFALTO
9.0
6.0
% VOLUMEN DE AGREGADO GRUESO MINERAL
VS. % DE ASFALTO
100.0
21.0
90.0
20.0
8.0
VACIOS VTM (%)
7.0
6.0
77
80.0
19.0
18,5
4,2
5.0
70.0
18.0
60.0
17.0
4.0
3.0
2.0
16.0
50.0
1.0
6,7
6,7
6,7
15.0
40.0
0.0
4.5
5.0
5.5
6.0
6.5
ASFALTO (%)
7.0
7.5
8.0
4.5
5.0
5.5
6.0
6.5
7.0
ASFALTO (%)
Ing. Silene Minaya – M.I. Abel Ordóñez
7.5
8.0
4.5
5.0
5.5
6.0
6.5
7.0
7.5
ASFALTO (%)
162
8.0
Ejemplo 2 Diseño de Mezclas
Paso A: Evaluación de Agregados
A.1 Requisitos de calidad de agregados para Mezclas Asfálticas
Ensayo
Datos
Durabilidad
8.6%
Abrasión
18.6%
Partículas Chatas y Alargadas
1.9%
Equivalente de arena
68%
Adherencia (% retenido)
+95
Riedel Weber
Grado 4
A.2 Si cumple con el control de calidad realizar la combinación de agregados, que cumpla con las
especificaciones técnicas del proyecto. De la combinación se emplearán 45% de agregado grueso
y 55% de agregado fino, de una cantera que cumple con las especificaciones del The Asphalt
Institute MS-4, 1989, Tabla Nº3
A.3 Calcular la gravedad específica bulk del agregado grueso (ASTM C127); agregado fino (ASTM
C128). Calcular la gravedad específica de la combinación de agregados
Datos: Gravedad específica bulk (Gsb)
Agregado grueso
2.692
Agregado Fino
2.712
De la combinación de agregados
G=
0.45 + 0.55
= 2.703
0.45
0.55
+
2.692 2.712
A.4 Calcular la gravedad específica aparente del agregado grueso (ASTM C127); agregado fino
(ASTM C128). Calcular la gravedad específica aparente de la combinación de agregados
Datos: Gravedad específica aparente (Gsa)
Agregado grueso
2.765
Agregado Fino
2.752
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Volumen I
De la combinación de agregados
G=
0.45 + 0.55
= 2.758
0.45
0.55
+
2.765 2.752
Paso B: Evaluación del Cemento Asfáltico
B.1 El cemento asfáltico a emplear tiene penetración 60-70, elegido por el tipo y ubicación
geográfica del proyecto. Verificar que sus propiedades serán aceptables.
B.2 La gravedad específica del cemento asfáltico (ASTM D70) es 1.000
B.3 Determinar la temperatura de mezcla y compactación según la carta de viscosidad
Paso C: Preparación de los Especimenes Marshall
C.1 Cálculo del peso de los agregados.
Agregado grueso: 45% x 1150 gr. = 517.5 gr.
Nota.- Calcular el peso de cada tamiz de
acuerdo al porcentaje retenido del análisis
granulométrico. Todos esos pesos deben
sumar 517.5 gr.
Agregado fino
: 55% x 1150 gr. = 632.5 gr.
Nota.- El agregado fino se peso en
conjunto.
C.2 Cálculo del peso de asfalto
Los especimenes serán ensayados con los siguientes porcentajes de asfalto: 4.0; 4.5; 5.0; 5.5; 6.0
y 6.5. El peso de asfalto para cada uno de los porcentajes en especimenes de 1150 gr., es:
% Cemento asfáltico =
Peso cemento asfáltico
Peso árido + Peso cemento asfáltico
Para 4.0%
Peso cemento asfáltico
=
4.0 × 1150
= 47.9 gr
96.0
Peso cemento asfáltico
=
4.5 × 1150
= 54.2 gr
95.5
Para 4.5%
Ing. Silene Minaya – M.I. Abel Ordóñez
164
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Para 5.0%
Peso cemento asfáltico
=
5.0 × 1150
= 60.50 gr
95.0
Peso cemento asfáltico
=
5.5 × 1150
= 66.90 gr
94.5
Peso cemento asfáltico
=
6.0 × 1150
= 73.40 gr
94.0
Peso cemento asfáltico
=
6.5 × 1150
= 79.9 gr
93.5
Para 5.5%
Para 6.0%
Para 6.5%
C.3 Realizar el ensayo de acuerdo a las especificaciones y método. Completar la información
solicitada de la Hoja 1: Información Básica
C.4 Determine la gravedad específica bulk de cada especímen, una vez enfriadas a la temperatura
ambiente, según AASHTO T 166. Los especimenes fueron de textura abierta y permeable. Se
empleará el segundo método para determinar Gmb (ver paso C.12 de la Preparación de
Especimenes Marshall)
Gmb =
WD
WpD - Wppsub -
WpD − WD
γp
Donde:
Gmb
Gravedad Específica Bulk de la muestra compactada
WD
Peso del especímen al aire
WpD
Peso del especímen parafinado en al aire
Wppsub
γp
Peso del especímen parafinado en el agua
WpD- Wppsub
Volumen del especímen parafinado
WpD- WD
Peso de la parafina
Peso específico de la parafina, 0.85
WpD − WD
γp
Volumen de la parafina
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165
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Ejemplo, especímen Nº1
Gmb =
Gmb
Gmb
Gmb
1207.30
1216.10 − 1207.30
1216.10 - 684.80 0.85
1207.30
=
1216.10 − 1207.30
531.30 0.85
1207.30
1207.30
1207.30
=
=
=
8.8
531.30 - 10.35
520.95
531.30 0.85
= 2.317
C.5 Calcular la gravedad específica Rice o Máxima Densidad Teórica, según la norma AASHTO
T209. Empleando la fórmula se obtendrá para el especímen Nº1, lo siguiente:
Gmm =
Agregado grueso
A=
Agregado fino
B=
100
%asfalto
%grueso %fino %filler
+
+
+
B
C
Gsa asfalto
A
Gsb + Gsa 2.692 + 2.765
=
= 2.728
2
2
Gsb + Gsa 2.712 + 2.752
=
= 2.732
2
2
Gmm =
100
= 2.554
4.0 43.20 52.80
+
+
1.0 2.728 2.732
Verificaciones
Se deberán cumplir todas las consideraciones, ver hoja Nº3
1º Gravedad específica aparente > Gravedad específica efectiva > Gravedad específica bulk
Gse =
Ps
P
Pmix
− b
Gmm Gb
Para los especimenes 1; 2 y 3, con 4% de cemento asfáltico
Gse =
100 − 4
= 2.730
100
4
−
2.553 1.0
Gsa = 2.758
Gsb = 2.703
Gsa > Gse > Gsb
2.758 > 2.730 > 2.703
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166
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2º Calcular la gravedad específica teórica máxima con la siguiente ecuación:
Gmm =
Gmb
× 100
100 − VTM
2.317
× 100
Gmm =
100 − 9.24
Gmm = 2.554
3º Calcular los vacíos en el agregado mineral, VMA
VMA = 100 −
VMA = 100 −
%agreg × Gmb
Gsb
(43.2 + 52.8 ) × 2.317
VMA = 17.70
2.703
Paso D: Densidad y Vacío de los Especimenes
D.1 Calcular para cada especímen el porcentaje de vacíos del total de la mezcla, VMA
⎛ G
⎞
VTM = ⎜⎜1 - mb ⎟⎟ × 100
G
mm ⎠
⎝
⎛ 2.317 ⎞
VTM = ⎜⎜1 ⎟⎟ × 100
⎝ 2.553 ⎠
VTM = 9.25
D.2 Calcular la densidad de cada especímen Marshall como sigue:
γ = Gmb × δ w
γ = 2.317 × 1
γ = 2.317
D.3 Calcular el porcentaje de vacíos en el agregado mineral, VMA
⎛ G (1 − Pb ) ⎞
⎟ × 100
VMA = ⎜⎜1 - mb
⎟
Gsb
⎝
⎠
⎛ 2.317(1 − 0.04 ) ⎞
VMA = ⎜⎜1 ⎟⎟ × 100
2.703
⎝
⎠
VMA = 17.7%
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167
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D.4 Calcular el porcentaje de vacíos llenos con asfalto
⎛ VMA - VTM ⎞
VFA = ⎜⎜
⎟⎟ × 100
VMA
⎝
⎠
⎛ 17.7 - 9.24 ⎞
VFA = ⎜⎜
⎟⎟ × 100
⎝ 17.7
⎠
VFA = 47.8%
Paso E: Estabilidad Marshall y Ensayo de Flujo
Ejecutar el ensayo de acuerdo a lo especificado, ver Hoja Nº4. El factor de estabilidad es el
número que corrige la estabilidad en especimenes con alturas diferentes de 2.5”. Este factor se
obtiene del siguiente cuadro:
Volumen de
la muestra
cm3
200-213
214-225
226-237
238-250
251-264
265-276
277-289
290-301
302-316
317-328
329-340
341-353
354-367
368-379
380-392
393-405
406-420
421-431
432-443
444-456
457-470
471-482
483-495
496-508
509-522
523-535
536-546
547-559
560-573
574-585
586-598
299-610
611-625
Altura aproximada
de la muestra
cm
2.54
2.70
2.86
3.02
3.18
3.34
3.49
3.65
3.81
3.97
4.13
4.29
4.45
4.61
4.76
4.92
5.08
5.24
5.40
5.56
5.72
5.87
6.03
6.19
6.35
6.51
6.67
6.83
6.99
7.14
7.30
7.46
7.62
Factor de
corrección
5.56
5.00
4.55
4.17
3.85
3.57
3.33
3.03
2.78
2.50
2.27
2.08
1.92
1.79
1.67
1.56
1.47
1.39
1.32
1.25
1.19
1.14
1.09
1.04
1.00
0.96
0.93
0.89
0.86
0.83
0.81
0.78
0.76
Ing. Silene Minaya – M.I. Abel Ordóñez
168
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Paso F: Estabilidad Marshall y Ensayo de Flujo
Graficar las curvas:
1. Contenido de asfalto Vs. Densidad (por unidad de peso)
2. Contenido de asfalto Vs. Estabilidad Marshall
3. Contenido de asfalto Vs. Flujo
4. Contenido de asfalto Vs. Porcentaje de vacíos, VTM
5. Contenido de asfalto Vs. Porcentaje de vacíos del agregado mineral, VMA
6. Contenido de asfalto Vs. Porcentaje de vacíos llenos de asfalto, VFA
Paso G: Determinación del Optimo Contenido de Asfalto
G.1 Los siguientes dos métodos son comúnmente empleados para determinar el óptimo contenido
de asfalto de los gráficos:
Método 1.- El procedimiento NAPA, en TAS 14
1. Determine el contenido de asfalto correspondiente a la medida especificada del
contenido de vacíos (4% típicamente). Este es el óptimo contenido de asfalto.
2. Determine las siguientes propiedades en el óptimo contenido de asfalto de los
gráficos:
2.1 Estabilidad Marshall
2.2 Flujo
2.3 Porcentaje de vacíos del agregado mineral, VMA
2.4 Porcentaje de vacíos llenos de asfalto, VFA
3. Compare cada uno de estos valores de especimenes y si todos tiene el rango
especificado, entonces el óptimo contenido de asfalto determinado es satisfactorio. Si
algunas de estas propiedades está fuera del rango de especificaciones, la mezcla
debe ser rediseñada.
Ing. Silene Minaya – M.I. Abel Ordóñez
169
Hoja1 : Información Básica
% asfalto en la mezcla
% agregado grueso
% agregado fino
% filler
Nº
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
Nº de Especímen
% Cemento Asfáltico en peso de la mezcla (Pb)
% Agregado grueso en peso de la mezcla (Ps)
% Agregado fino en peso de la mezcla (Ps)
% filler en peso de la mezcla (Ps)
Gravedad Específica Aparente (Gsa) Cemento Asfáltico
Gravedad Específica Seca Bulk (Gsb) agregado grueso
Gravedad Específica Seca Bulk (Gsb) agregado fino
Gravedad Específica Seca Bulk (Gsb) filler
Gravedad Específica Seca Aparente (Gsa) agregado grueso
Gravedad Específica Seca Aparente (Gsa) agregado fino
Gravedad Específica Seca Aparente (Gsa) filler
Promedio A=(Gsa+Gsb)/2 del agregado grueso.
A=(6+9)/2
Promedio B=(Gsa+Gsb)/2 del agregado fino.
B=(7+10)/2
Promedio C=(Gsa+Gsb)/2 del filler. C=(8+11)/2
Altura promedio del especimen (cm)
Gravedad Específica Seca Bulk de la combinación de agregados
G=2+3+4
2+ 3+4
6 7 8
agregados
G=2 + 3 + 4
2+3+4
9 10 11
4.00
45% (100-4,0)
55% (100-4,0)
0% (100-4,0)
1
2
4.00
4.00
43.2
43.2
52.8
52.8
0.0
0.0
1.000
1.000
2.692
2.692
2.712
2.712
0.000
0.000
2.765
2.765
2.752
2.752
0.000
0.000
4.0
43.2
52.8
0.0
4.00
43.2
52.8
0.0
1.000
2.692
2.712
0.000
2.765
2.752
0.000
4
4.50
43.0
52.5
0.0
1.000
2.692
2.712
0.000
2.765
2.752
0.000
5
4.50
43.0
52.5
0.0
1.000
2.692
2.712
0.000
2.765
2.752
0.000
4.50
43.0
52.5
0.0
1.000
2.692
2.712
0.000
2.765
2.752
0.000
7
5.00
42.8
52.3
0.0
1.000
2.692
2.712
0.000
2.765
2.752
0.000
8
5.00
42.8
52.3
0.0
1.000
2.692
2.712
0.000
2.765
2.752
0.000
5.00
42.8
52.3
0.0
1.000
2.692
2.712
0.000
2.765
2.752
0.000
2.729
2.729
2.729
2.729
2.729
2.729
2.729
2.729
2.729
2.732
0.000
6.50
2.732
0.000
6.51
2.732
0.000
6.48
2.732
0.000
6.47
2.732
0.000
6.51
2.732
0.000
6.50
2.732
0.000
6.41
2.732
0.000
6.42
2.732
0.000
6.31
2.703
2.703
2.703
2.703
2.703
2.703
2.703
2.703
2.703
2.758
2.758
2.758
2.758
2.758
2.758
2.758
2.758
2.758
3
4.5
43.0
52.5
0.0
6
5.0
42.8
52.3
0.0
9
Hoja1 : Información Básica
Nº
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
Nº de Especímen
% Cemento Asfáltico en peso de la mezcla (Pb)
% Agregado grueso en peso de la mezcla (Ps)
% Agregado fino en peso de la mezcla (Ps)
% filler en peso de la mezcla (Ps)
Gravedad Específica Aparente (Gsa) Cemento Asfáltico
Gravedad Específica Seca Bulk (Gsb) agregado grueso
Gravedad Específica Seca Bulk (Gsb) agregado fino
Gravedad Específica Seca Bulk (Gsb) filler
Gravedad Específica Seca Aparente (Gsa) agregado grueso
Gravedad Específica Seca Aparente (Gsa) agregado fino
Gravedad Específica Seca Aparente (Gsa) filler
Promedio A=(Gsa+Gsb)/2 del agregado grueso.
A=(6+9)/2
Promedio B=(Gsa+Gsb)/2 del agregado fino.
B=(7+10)/2
Promedio C=(Gsa+Gsb)/2 del filler. C=(8+11)/2
Altura promedio del especimen (cm)
Gravedad Específica Seca Bulk de la combinación de agregados
G=2+3+4
2+ 3+4
6 7 8
agregados
G=2 + 3 + 4
2+3+4
9 10 11
10
5.50
42.5
52.0
0.0
1.000
2.692
2.712
0.000
2.765
2.752
0.000
11
5.50
42.5
52.0
0.0
1.000
2.692
2.712
0.000
2.765
2.752
0.000
5.5
42.5
52.0
0.0
12
5.50
42.5
52.0
0.0
1.000
2.692
2.712
0.000
2.765
2.752
0.000
2.729
2.729
2.729
2.729
2.729
2.729
2.729
2.729
2.729
2.732
0.000
6.32
2.732
0.000
6.32
2.732
0.000
6.31
2.732
0.000
6.29
2.732
0.000
6.25
2.732
0.000
6.29
2.732
0.000
6.37
2.732
0.000
6.31
2.732
0.000
6.32
2.703
2.703
2.703
2.703
2.703
2.703
2.703
2.703
2.703
2.758
2.758
2.758
2.758
2.758
2.758
2.758
2.758
2.758
13
6.00
42.3
51.7
0.0
1.000
2.692
2.712
0.000
2.765
2.752
0.000
14
6.00
42.3
51.7
0.0
1.000
2.692
2.712
0.000
2.765
2.752
0.000
6.0
42.3
51.7
0.0
15
6.00
42.3
51.7
0.0
1.000
2.692
2.712
0.000
2.765
2.752
0.000
16
6.50
42.1
51.4
0.0
1.000
2.692
2.712
0.000
2.765
2.752
0.000
17
6.50
42.1
51.4
0.0
1.000
2.692
2.712
0.000
2.765
2.752
0.000
6.5
42.1
51.4
0.0
18
6.50
42.1
51.4
0.0
1.000
2.692
2.712
0.000
2.765
2.752
0.000
γ p 0.85
Hoja2 : Gravedades Específicas
Nº
18
19
20
21
22
Nº de Especímen
Peso del especímen al aire, gr. W D
Peso en el aire del especímen parafinado, gr. W pD
Peso en el agua del especímen parafinado, gr. W ppsub
Volumen del especímen parafinado, W pD-W ppsub. (19-20)
Peso de la parafina, W pD-WD. (19-18)
23 Volumen de la parafina (22/ γ p )
24 Volumen del especímen por deslizamiento (21-23)
25 Gravedad específica seca bulk del especímen
G mb =
18
24
1
1207.3
1216.1
684.8
531.3
8.8
2
1209.4
1217.7
688.5
529.2
8.3
3
1203.0
1213.2
681.5
531.7
10.2
4
1203.7
1211.6
688.2
523.4
7.9
5
1204.8
1213.9
685.4
528.5
9.1
6
1203.3
1211.2
685.1
526.1
7.9
7
1208.5
1218.6
700.5
518.1
10.1
8
1208.0
1211.2
693.1
518.1
3.2
9
1207.0
1214.8
699.1
515.7
7.8
10.35
520.95
9.76
519.44
12.00
519.70
9.29
514.11
10.71
517.79
9.29
516.81
11.88
506.22
3.76
514.34
9.18
506.52
2.318
2.328
2.315
2.341
2.327
2.328
2.387
2.349
2.383
2.554
2.554
2.554
2.533
2.533
2.533
2.513
2.513
2.513
9.25
2.318
8.83
2.328
9.35
2.315
7.57
2.341
8.15
2.327
8.09
2.328
5.00
2.387
6.54
2.349
5.18
2.383
17.7
17.3
17.8
17.3
17.8
17.7
16.1
17.5
16.2
47.7
49.0
47.4
56.2
54.2
54.4
68.9
62.5
68.1
26 Gravedad específica teórica máxima, Rice
G mm =
100
2
3
4
1
+
+
+
5 12 13 14
27 Porcentaje de vacios del total de la mezcla
⎛ 25 ⎞
VTM = ⎜⎜ 1 ⎟⎟ × 100
⎝ 26 ⎠
28 Densidad de cada especimen Marshall
29 % de vacíos del agregado mineral, VMA
⎛ 25 × (1 − 1/100 ) ⎞
VMA = ⎜⎜ 1 ⎟⎟ × 100
16
⎝
⎠
γ = Gmb × δ w = 25 × 1
30 % de vacios llenos con asfalto
⎛ 29 - 27 ⎞
VFA = ⎜⎜
⎟⎟ × 100
⎝ 29 ⎠
Hoja2 : Gravedades Específicas
Nº
18
19
20
21
22
Nº de Especímen
Peso del especímen al aire, gr. W D
Peso en el aire del especímen parafinado, gr. W pD
Peso en el agua del especímen parafinado, gr. W ppsub
Volumen del especímen parafinado, W pD-Wppsub. (19-20)
Peso de la parafina, W pD-W D. (19-18)
23 Volumen de la parafina (22/ γ p )
24 Volumen del especímen por deslizamiento (21-23)
25 Gravedad específica seca bulk del especímen
Gmb =
18
24
10
1204.1
1211.3
699.9
511.4
7.2
11
1207.1
1213.1
702.0
511.1
6.0
12
1207.4
1214.0
702.3
511.7
6.6
13
1205.6
1211.8
704.8
507.0
6.2
14
1204.5
1210.3
704.1
506.2
5.8
15
1201.8
1208.1
702.0
506.1
6.3
16
1205.5
1211.4
703.1
508.3
5.9
17
1202.2
1206.0
700.4
505.6
3.8
18
1201.5
1207.5
700.6
506.9
6.0
8.47
502.93
7.06
504.04
7.76
503.94
7.29
499.71
6.82
499.38
7.41
498.69
6.94
501.36
4.47
501.13
7.06
499.84
2.394
2.395
2.396
2.413
2.412
2.410
2.404
2.399
2.404
2.493
2.493
2.493
2.474
2.474
2.474
2.454
2.454
2.454
3.97
2.394
3.94
2.395
3.90
2.396
2.47
2.413
2.49
2.412
2.57
2.410
2.03
2.404
2.26
2.399
2.06
2.404
16.3
16.3
16.2
16.1
16.1
16.2
16.8
17.0
16.8
75.6
75.8
76.0
84.7
84.6
84.1
87.9
86.7
87.8
26 Gravedad específica teórica máxima, Rice
G mm =
100
2
3
4
1
+
+
+
5 12 13 14
27 Porcentaje de vacios del total de la mezcla
⎛ 25 ⎞
VTM = ⎜⎜ 1 ⎟⎟ × 100
⎝ 26 ⎠
28 Densidad de cada especimen Marshall
29 % de vacíos del agregado mineral, VMA
⎛ 25 × (1 − 1/100 ) ⎞
VMA = ⎜⎜ 1 ⎟⎟ × 100
16
⎝
⎠
γ = Gmb × δ w = 25 × 1
30 % de vacios llenos con asfalto
⎛ 29 - 27 ⎞
VFA = ⎜⎜
⎟⎟ × 100
⎝ 29 ⎠
Hoja3 : Verificaciones
Nº
Nº de Especímen
31 Gravedad específica efectiva
G se =
100 - 1
100 1
−
26
5
32 Gravedad específica aparente de la combinación de agregados
(Gsa), 17
33 Gravedad específca bulk de la combinación de agregados
(Gsb),16
34 Si Gsa>Gse>Gsb, continuar con la verificación
35 Gravedad específica teórica máxima, Rice, 26
36 Gravedad específica teórica máxima, Rice
Gmm =
25
× 100
100 − 27
37 Si 35=36, continuar con la verificación
38 % de vacíos del agregado mineral, VMA, 29
39 % de vacíos del agregado mineral
VMA = 100 -
(2 + 3 + 4 )× 25
16
40 Si 38=39, concluye la verificación
1
2
3
4
5
6
7
8
9
2.730
2.730
2.730
2.730
2.730
2.730
2.730
2.730
2.730
2.758
2.758
2.758
2.758
2.758
2.758
2.758
2.758
2.758
2.703
OK!
2.703
OK!
2.703
OK!
2.703
OK!
2.703
OK!
2.703
OK!
2.703
OK!
2.703
OK!
2.703
OK!
2.554
2.554
2.554
2.533
2.533
2.533
2.513
2.513
2.513
2.554
OK!
17.7
2.554
OK!
17.3
2.554
OK!
17.8
2.533
OK!
17.3
2.533
OK!
17.8
2.533
OK!
17.7
2.513
OK!
16.1
2.513
OK!
17.5
2.513
OK!
16.2
17.7
OK!
17.3
OK!
17.8
OK!
17.3
OK!
17.8
OK!
17.7
OK!
16.1
OK!
17.5
OK!
16.2
OK!
Hoja3 : Verificaciones
Nº
Nº de Especímen
31 Gravedad específica efectiva
G se =
100 - 1
100 1
−
26
5
32 Gravedad específica aparente de la combinación de agregados
(Gsa), 17
33 Gravedad específca bulk de la combinación de agregados
(Gsb),16
34 Si Gsa>Gse>Gsb, continuar con la verificación
35 Gravedad específica teórica máxima, Rice, 26
36 Gravedad específica teórica máxima, Rice
Gmm =
25
× 100
100 − 27
37 Si 35=36, continuar con la verificación
38 % de vacíos del agregado mineral, VMA, 29
39 % de vacíos del agregado mineral
VMA = 100 -
(2 + 3 + 4 )× 25
16
40 Si 38=39, concluye la verificación
10
11
12
13
14
15
16
17
18
2.730
2.730
2.730
2.730
2.730
2.730
2.730
2.730
2.730
2.758
2.758
2.758
2.758
2.758
2.758
2.758
2.758
2.758
2.703
OK!
2.703
OK!
2.703
OK!
2.703
OK!
2.703
OK!
2.703
OK!
2.703
OK!
2.703
OK!
2.703
OK!
2.493
2.493
2.493
2.474
2.474
2.474
2.454
2.454
2.454
2.493
OK!
16.3
2.493
OK!
16.3
2.493
OK!
16.2
2.474
OK!
16.1
2.474
OK!
16.1
2.474
OK!
16.2
2.454
OK!
16.8
2.454
OK!
17.0
2.454
OK!
16.8
16.3
OK!
16.3
OK!
16.2
OK!
16.1
OK!
16.1
OK!
16.2
OK!
16.8
OK!
17.0
OK!
16.8
OK!
Hoja4 : Estabilidad marshall y Ensayo de Flujo
Nº
Nº de Especímen
41 Estabilidad sin corregir
42 Factor de Estabilidad
43 Estabilidad corregida (41x42)
1
2
3
4
5
6
7
8
9
1,745.00
1,844.00
1,690.00
1,745.00
1,755.00
1,775.00
1,895.00
1,895.00
1,906.00
1.00
1.00
1.00
1.00
1.00
1.00
1.04
1.04
1.04
1,745.00
1,844.00
1,690.00
1,745.00
1,755.00
1,775.00
1,970.80
1,970.80
1,982.24
1,759.67
44 Estabilidad corregida promedio
45 Flujo
7.00
6.50
1,758.33
6.50
8.50
8.00
1,974.61
8.00
11.50
12.00
46 Flujo promedio
6.67
8.17
11.67
47 Densidad de cada especimen Marshall, promedio
2.320
2.332
2.373
48 Porcentaje de vacios del total de la mezcla, VTM
9.14
7.94
5.57
49 Porcentaje de vacíos del agregado mineral, VMA
17.59
17.60
16.60
50 Porcentaje de vacios llenos con asfalto, VFA
48.05
54.93
66.53
11.50
Hoja4 : Estabilidad marshall y Ensayo de Flujo
Nº
Nº de Especímen
41 Estabilidad sin corregir
42 Factor de Estabilidad
43 Estabilidad corregida (41x42)
10
11
12
13
14
15
16
17
18
2,106.00
2,097.00
2,097.00
1,996.00
1,996.00
1,996.00
1,745.00
1,696.00
1,698.00
1.04
1.04
1.04
1.04
1.04
1.04
1.04
1.04
1.04
2,190.24
2,180.88
2,180.88
2,075.84
2,075.84
2,075.84
1,814.80
1,763.84
1,765.92
2,184.00
44 Estabilidad corregida promedio
45 Flujo
13.50
12.50
2,075.84
13.00
14.50
15.50
1,781.52
15.50
17.50
17.50
46 Flujo promedio
13.00
15.17
17.67
47 Densidad de cada especimen Marshall, promedio
2.395
2.412
2.402
48 Porcentaje de vacios del total de la mezcla, VTM
3.94
2.51
2.12
49 Porcentaje de vacíos del agregado mineral, VMA
16.27
16.14
16.90
50 Porcentaje de vacios llenos con asfalto, VFA
75.80
84.45
87.47
18.00
Universidad Nacional de Ingeniería
Facultad de Ingeniería Civil
Laboratorio No.2 de Mecánica de Suelos y Pavimentos
Manual de Laboratorio de Ensayos para Pavimentos
Volumen I
DISEÑO DE MEZCLA ASFALTICA
METODO DE LA NAPA
PESO ESPECIFICO VS. % DE ASFALTO
ESTABILIDAD VS. % DE ASFALTO
FLUJO VS. % DE ASFALTO
2.430
18.00
17.00
2,150.00
2151
2.390
2.350
2.330
2.310
2.290
16.00
15.00
2,050.00
FLUJO (0.01")
ESTABILIDAD (Lb)
2.370
1,950.00
1,850.00
13,6
14.00
13.00
12.00
11.00
10.00
9.00
2.270
1,750.00
8.00
2.250
5,6
2.230
7.00
1,650.00
3.5
4.0
4.5
5.0
5.5
6.0
6.5
7.0
3.5
4.0
4.5
VOLUMEN LLENO CON ASFALTO VFA
(%)
9.00
8.00
7.00
6.00
4,0
4.00
3.00
5,6
1.00
3.5
4.0
4.5
5.0
5.5
ASFALTO (%)
5.5
6.0
6.5
7.0
3.5
4.0
4.5
6.0
6.5
7.0
5.0
5.5
6.0
6.5
7.0
ASFALTO (%)
% VACIOS LLENOS DE CON ASFALTO VS. % DE
ASFALTO
10.00
2.00
5.0
ASFALTO (%)
% VACIOS VS. % DE ASFALTO
5.00
5,6
6.00
ASFALTO (%)
VACIOS VTM (%)
PESO ESPECIFICO (gr/cm3)
2.410
% VOLUMEN DE AGREGADO GRUESO MINERAL
VS. % DE ASFALTO
100.00
18.00
17.80
90.00
17.60
78
80.00
17.40
17.20
70.00
17.00
16.80
60.00
16.60
50.00
16,38
16.40
5,6
40.00
3.5
4.0
4.5
5.0
5.5
6.0
5,6
16.20
6.5
7.0
ASFALTO (%)
16.00
3.5
4.0
4.5
5.0
5.5
6.0
6.5
7.0
ASFALTO (%)
Ing. Silene Minaya – M.I. Abel Ordóñez
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18. Resistencia al Desgaste de los Agregados de Tamaños menores de 37.5 mm (1 ½") ASTM C131
19. Resistencia al Desgaste de los Agregados Gruesos de Tamaños mayores de 19 mm ( 3 /4”)
por medio de la Máquina de Los Angeles ASTM C-535
20. Abrasión Los Angeles (L.A.) al Desgaste de los Agregados de Tamaños Menores de 37.5 mm
(1 ½”). Norma MTC E207-1999
21. Índice de Aplanamiento y Alargamiento de Agregados para Carreteras. MTC E221-1999
22. Determining the Percentage of Fractured Particles in Coarse Agregate. ASTM D-5821
23. Sand Equivalent Value of Soils and Fine Aggregate. ASTM D 2419-91
24. Equivalente de Arena, Suelos y Agregados Finos. Norma MTC E114-1999
25. Standard Test Method for Resistance to Plastic Flow of Bituminous Mixtures Using Marshall
Apparatus. ASTM D1559-89
26. Soundness of Aggregates by use of Sodium Sulfate or Magnesium Sulfate. ASTM C-88-76
27. Durabilidad al Sulfato de Sodio y Sulfato de Magnesio. MTC E209-1999
28. Test Coating and Stripping of Bitúmen-Aggregate Mixtures. ASTM D-1664-80
29. Cubrimiento de los Agregados con Materiales Asfálticos (incluye emulsiones) en presencia del
agua (Stripping) Mezclas Abiertas y/o T.S. MTC E517-1999
30. Comission Technigur Rile M 17 BM “Bitumes et Materiaux Bitumineux”
31. Norma Española NLT-355/74
32. Adhesividad de los Agregados Bituminosos a los áridos Finos (Procedimiento Riedel-Weber).
MTC E220-1999
33. Destilación de Asfaltos Líquidos. ASTM D-402
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Ing. Silene Minaya – M.I. Abel Ordóñez
187