ENSAYOS DE MATERIALES, DE LABORATORIO Y ANÁLISIS PARA EL DISEÑO Y EJECUCCIÓN EN OBRAS VIALES a) SUELO SUELOS S Y AGRE AGREGAD GADOS OS Ensayos destinados a clasifcación de suelos Ensayos de calidad de agregados para mezclas asálticas y de concreto de cemento portland. • •
b) MEZCLAS MEZCLAS ASFAL ASFALTICA TICAS S Ensayos de calidad de materiales bituminosos: cemento asaltico, asaltos diluidos y emulsiones asálticas. Diseños de mezclas en caliente o en rio (Mtodo Mars!all" •
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c) COMP COMPACTACI ACTACION ON Y CBR CBR #roctor Modifcado y Estándar as$ como ensayo de %apacidad de &oporte (%'" %ontrol de %ompactación en campo ()orma *&+M D -- / Densidad de %ampo" •
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d) ANALIS ANALISIS IS UIMIC UIMICOS OS %alidad de agua para mezclas de concreto !idráulico, calidad de cal (fller", calidad de cementos. %ontenido de sales en agregados •
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!) ENSA ENSAYOS YOS ESPECI ESPECIALE ALES S Ensayos de consolidación de suelos *nálisis +ria0ial Módulo esilente • • •
") MEZCLA MEZCLAS S DE CONC CONCRET RETO O #IDRA #IDRAULIC ULICO O Diseño de mezcla de concreto #ortland Ensayos de %ompresión &imple Ensayos de %ompresión por +racción +racción Diametral %ompresión a Muestras de ocas • • • •
$) PINTURAS PINTURAS Y SEÑALES SEÑALES DE TRANSITO TRANSITO Ensayos de calidad a pinturas empleadas en señalización de carreteras. Ensayos de calidad a materiales retro re1ectantes (micro eseras, cintas de seguridad" %ontroles de campo •
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%& ANALISIS GRANULOMETRICO
#or medio de este ensayo podemos determinar la distribución de tamaños de las part$culas, el cual consiste en !acer pasar una cierta cantidad de muestra de agregado por una serie de tamices normalizados, en un orden sucesi2o de mayor a menor abertura del tamiz, 3uedando retenida parte de la muestra en cada tamiz. &e representan en una gráfca el porcenta4e 3ue pasa en cada uno de ellos, pudindose obser2ar si la cur2a granulomtrica es contin5a, o sea 3ue contenga todos los tamaños o si es discontinua un solo tamaño. &i se 3uiere conocer con e0actitud el contenido de $ller (#ol2o Mineral" 3ue pasa por el tamiz 6.67 mm 8)E se !ace el ensayo con el agregado la2ado y secado en la estua.
'& ESTUDIO PETROGRAFICO (AGREG GRUESO)
En este ensayo se determina la composición mineralógica y las caracter$sticas de la naturaleza de los agregados ptreos, !aciendo primero una descripción macroscópica del agregado, analizando su aspecto
y
determinando
las
caracter$sticas
$sicas
como
!omogeneidad, dureza y tenacidad, enseguida se lle2a a cabo el estudio
propiamente
petrográfco,
mediante
un
microscopio
polarizante 3ue permite identifcar los constituyentes minerales del agregado por su color, orma, e0oliación y relie2e, por 5ltimo se determina el tamaño de los cristales y su posición. 9a muestra es una sección delgada de agregado de un espesor uniorme apro0imado a 76. Este estudio permite identifcar los tamaños de grano, el grado de alteración del agregado y la presencia de componentes no deseables.
& DESGASTE DE LOS ANGELES (AGREG& GRUESO)
Este ensayo caracteriza la resistencia 3ue presentan los agregados al desgaste. 9a má3uina de los ;ngeles consiste en un cilindro !ueco de acero, con sus e0tremos cerrados y una abertura para introducir los áridos, 3ue puede girar en posición !orizontal. &e introducen en el cilindro unas bolas de acero como la carga abrasi2a y se !ace girar un determinado n5mero de 2ueltas. 9uego se separa la parte de la muestra 3ue pasa por el tamiz . 8)E. &e determina el coefciente de desgaste de los ángeles 3ue es la dierencia entre el peso original de la muestra y el peso despus del ensayo e0presada en porcenta4e del peso inicial. &i el desgaste es mayor de -6<, se asume 3ue el agregado es de mala calidad, si el desgaste es menor de =6<, el agregado es e0celente
*& ENSAYO DE PENDULO FRICCIÓN (AGREG& GRUESO)
9a má3uina de pulido acelerado simula la acción de una rueda llena de pol2o sobre las muestras de agregado ptreo colocadas sobre una lámina de resina de polister y montadas en moldes normalizados sobre una pista rotatoria. El pulido de las muestras se mide posteriormente utilizando un pndulo de ricción normalizado. #rimero se introducen los agregados a analizar en una probeta de mortero !idráulico y se someten a ciclos de pulido mediante abrasi2os introducidos en !5medo entre las probetas colocadas periricamente en una rueda de ensayo (má3uina de pulimento acelerado", durante tres !oras en arena sil$cea normalizada y 7 !oras con palo de esmeril. El grado de pulimento conseguido para cada muestra se mide mediante el ensayo de ricción con un pndulo, calculando la prdida de energ$a del mismo por un ángulo suplementario de oscilación. 9os 2alores !abituales del coefciente de rozamiento oscilan entre 6.>6 y 6.-6
+& EUIVALENTE DE ARENA (AGREG& FINOS)
%on este ensayo podemos e2aluar la limpieza y plasticidad de los agregados fnos. El ensayo consiste en introducir una muestra de agregado en una probeta 3ue contiene una solución 1oculante, se mezcla el agregado con la solución y se añade agua, de4ando reposar el con4unto durante =6 minutos. Despus de este tiempo se puede obser2ar el agregado limpio en la parte inerior, en la zona intermedia las part$culas contaminantes en suspensión y en la superfcie el l$3uido relati2amente limpio. %on la relación de alturas de estas zonas se determina el e3ui2alente de arena. &e defne como agregado muy contaminado el 3ue tiene un E3ui2alente de *rena menor de =6 y como agregado muy limpio el 3ue tiene un e3ui2alente de arena mayor 3ue -6.
& LIMITES DE ATTERBERG (AGREG& FINOS)
El $ndice de plasticidad es la dierencia entre los l$mites l$3uido y plástico obtenidos mediante dos ensayos, 3ue consisten en determinar el porcenta4e de !umedad e0istente en la muestra a partir del cual esta cambia de estado, pasando del 1uido al semisólido para el primer caso y del semisólido al sólido en el segundo caso. El ensayo para determinar el l$mite l$3uido se realiza mediante la cuc!ara de %asagrande y el ensayo del l$mite plástico se realiza abricando unos cilindros de 7mm de diámetro. 8n ensayo espec$fco 3ue se utiliza para e2aluar la ad!esi2idad del agregado fno con los ligantes asálticos, es el procedimiento denominado iedel?@eber: consiste en introducir el agregado en2uelto por el ligante en di2ersas soluciones de carbonato sódico con concentraciones crecientes, obser2ando cuál de ellas produce el desplazamiento del ligante.
-& PRUEBAS DE CALIDAD A LAS EMULSIONES ASFALTICAS
%onsisten en una serie de ensayos 3ue se realizan sobre la emulsión para determinar si cumple con las especifcaciones re3ueridas en un uso particular. Estas pruebas se aplican para el control de calidad tanto en su abricación como en su aplicación.
D!.!/012ac132 d!4 P# Esta prueba permite 2erifcar la acidez o alcalinidad de la solución acuosa del suractante mediante un potenciómetro (2er fgura >". El pA de la emulsión es di$cil de determinar, debido a 3ue sta se ad!iere a las paredes de los electrodos del e3uipo de medición, y no se obtienen resultados e0actosB sin embargo, se puede tener un 2alor apro0imado, por cuanto el pA de las emulsiones 2ar$a entre 6.- y 6.C con respecto al pA de la solución acuosa.
D!5.14ac132 (A&S&T&M D '**) %on esta prueba se determinan las proporciones de agua y residuo asáltico de la emulsión (y sol2ente, en caso de un asalto reba4ado". El residuo asáltico se utiliza posteriormente en las pruebas de penetración, ductilidad y solubilidad.
R!51d67 87/ !9a87/ac132 (A&S&T&M '**:M7d1;cad7) El ob4eto de esa prueba es determinar el residuo de las emulsiones asálticas, mediante e2aporación rápida, 2er fgura -?'. esulta 5til para determinar el contenido de asalto en el menor tiempo posible, principalmente cuando se trata de analizar el residuo asáltico procedente de una planta en operación. El ensayo consiste en determinar, por dierencia de pesada, el contenido de asalto de una muestra
de
calentamiento
emulsión directo
3ue
se
somete
a
de
un
recipiente
e2aporación de
por
dimensiones
normalizadas (=6 cm de diámetro por - cm de altura". El residuo
obtenido en este ensayo tiende a dar 2alores de penetración y ductilidad ineriores a los 3ue se obtienen en el residuo por destilación, por esto no puede usarse este residuo para tales ensayos.
A5!2.a01!2.7 (A&S&T&M D '** '<=') El ob4eto de la prueba es obtener un $ndice de la tendencia de las gotas de asalto al sedimentarse durante el almacenamiento prolongado de la emulsión. El e3uipo t$pico utiliza dos cilindros de -66 ml de capacidad con tapón de corc!o o 2idrio, 2er fgura ?*. &e coloca en cada cilindro una muestra de -66 ml de emulsión y se de4an en reposo durante cierto tiempo a temperatura ambiente. +ranscurrido ese tiempo, se destapan los cilindros y se toman >6 ml de la parte inerior y superior de cada uno, tratando de no alterar el resto de la muestra, y se e0amina el residuo asáltico por e2aporación. El asentamiento se reporta como la dierencia de los promedios porcentuales de asalto de la parte inerior y superior. El 2alor má0imo permisible de asentamiento es de -< para cual3uier tipo de emulsión.
D1>0!./7 d! $7.a d! 4a !0645132 El tamaño de gota es un actor 3ue tiene gran in1uencia, tanto en la 2iscosidad como en la estabilidad de una emulsión. E0isten 2arios mtodos de análisis de tamaño de gota, basados en di2ersos parámetros: bser2ación con un microscopio. e1ectancia, en el cual la intensidad de la coloración de una emulsión 6F@, cuya ase interna contiene un colorante, decrece con el diámetro de gota. +urbidez, donde la cantidad de luz dispersada de un !az de luz monocromática 3ue pasa a tra2s de una emulsión mono?dispersa diluida es proporcional al cuadrado del diámetro de la gota y a una undón llamada Gcoefciente de dispersiónG, Mtodos basados en el uso de un contador del tipo %oulter,
Mtodos 3ue se basan en la diracción de un !az de luz co!erente láser
Ad?!5191dad ( A&S&T&M& D '** +@=++) Esta prueba se realiza con el propósito de determinar la acilidad con la 3ue una emulsión puede recubrir completamente un material determinado (agregado", soportar una acción de mezclado al permanecer como una pel$cula sobre el agregado, y resistir la acción del agua de la2ado, despus de completar el mezclado, 2er fgura H. El ensayo, 5til en las emulsiones de rotura media y lenta, tambin permite determinar la estabilidad 3u$mica de la emulsión, mediante la e2aluación de la capacidad de cubrir uniormemente a un tipo de árido considerado, o a un árido 3ue se desea ensayar en una determinada obra.
INDICE DE ROTURA
Este ensayo se basa en la acti2idad de una emulsión en presencia de materiales fnos, y permite medir la 2elocidad de rotura de una emulsión en condiciones normalizadas, empleando un material de reerencia 3ue puede ser cemento #ortland o pol2o de s$lice, seg5n el tipo de emulsión a estudiar. En determinada cantidad de emulsión se introduce el relleno a cierta 2elocidad (gFs" y con agitación constante para asegurar la !omogeneidad, 2er fgura 6B el relleno se añade !asta la rotura de la emulsión, y el $ndice de rotura se e0presa como una relación entre la cantidad de relleno añadido y la cantidad de emulsión ensayada.
P!2!./ac132
Esta prueba se realiza al asalto residual despus de 3ue se !a roto la emulsión, y se !a eliminado la ase acuosa. El procedimiento es similar al realizado al asalto solo, antes de ser emulsifcado (2er fgura ". E0isten además otros ensayos para las emulsiones asálticas y para el residuo asáltico: Demulsibilidad (*.&.+.M D =>> =-F=C". Miscibilidad con cemento #ortland (*.&.+.M D =>> 77F7I". Miscibilidad con agua (*.&.+.M. D =>>". Ductilidad del asalto residual.
& PROCTOR MODIFICADO ASTM D:%++9a compactación de un suelo se realiza con la fnalidad de obtener el contenido de !umedad óptima al cual el suelo alcanzara la má0ima densidad seca. 9a !umedad es un actor muy importante, pues su aumento o disminución, puede causar eectos en el suelo, teniendo mayores o menores densidades del mismo, esto se produce ya 3ue el agua ocupa los espacios de4ados por el aire cuando el suelo es saturado. &in embargo un e0ceso de agua, podr$a pro2ocar eecto contrario, es
decir,
al
!aber
demasiada
agua,
las
part$culas
están
completamente llenas por la misma, y el agua sobrante comienza a separar dic!as part$culas, lo 3ue resulta en una diminución de la compacidad. El ensayo de compactación es de 2ital importancia, ya 3ue al aplicarse en obras ci2iles, como carreteras y estructuras, necesitan tener una base de apoyo
de má0ima resistencia, para 3ue sea
capaz de soportar el peso de la estructura y de su uncionamiento, ya 3ue una obra mal compactada, puede causar el colapso de la estructura.
OBJETIVO El presente ensayo, tiene por ob4eti2o, determinar la densidad seca má0ima y la !umedad optima de un material de me4oramiento. Determinar la granulometr$a del material, l$mite l$3uido, l$mite plástico y porcenta4e de abrasión.
Este ensayo abarca los procedimientos de compactación usados en 9aboratorio, para determinar la relación entre el %ontenido de *gua y #eso 8nitario &eco de los suelos (cur2a de compactación" compactados en un molde de > ó pulgadas (6, ó -=,> mm" de diámetro con un pisón de 6 lb (>>,- )" 3ue cae de una altura de C pulgadas (>-I mm", produciendo una Energ$a de %ompactación de - 666 lb?pieFpie7 (= I66 J)?mFm7". Este ensayo se aplica sólo para suelos 3ue tienen 76< ó menos en peso de sus part$culas retenidas en el tamiz de 7F>K pulg (H,6 mm". &e proporciona 7 mtodos alternati2os. El mtodo usado debe ser indicado en las especifcaciones del material a ser ensayado. &i el mtodo no está especifcado, la elección se basará en la gradación del material.
<& ENSAYO DE CBR (Ca41"7/21a B!a/12$ Ra.17) ASTM D:% Es un mtodo emp$rico basado en parámetros de los materiales, creado en el año H=H .El %' de un suelo es la carga unitaria correspondiente a 6.K o 6.=K de penetración e0presada en por ciento en su respecti2o 2alor estándar. •
+ambin mide la resistencia al corte de un suelo ba4o condiciones de !umedad y densidad controlada.
•
El ensayo permite obtener un n5mero de la relación de soporte, 3ue no es constante para un suelo dado sino 3ue se aplica solo al estado en el cual se encontraba el suelo durante el ensayo.
•
&e obtiene como un porcenta4e del esuerzo re3uerido para !acer penetrar un pistón una proundidad de 6. pulgadas en una muestra de suelo y el esuerzo re3uerido para !acer penetrar el mismo pistón, la misma proundidad de 6. pulgadas, en una muestra patrón de piedra triturada.
•
9a relación %.'. generalmente se determina para 6.K y 6=K de penetración, es decir, para un esuerzo de 666 y -666 libras por pulgada cuadrada en el patrón respecti2amente.
•
%on el fn de duplicar en el laboratorio la condición más cr$tica 3ue se presenta en el terreno, las muestras para el ensayo del %.'. se sumergen en agua !asta obtener su saturación.
•
9os ensayos %.'. se puede eectuar tambin sobre muestras inalteradas obtenidas en el terreno y sobre suelos en el sitio.
%@&
ENSAYO DE CONSOLIDACION DEL SUELO
*l aplicar a un incremento de carga a un suelo co!esi2o saturado, la energ$a 3ue produce esta carga se traspasa a la estructura del suelo en un inter2alo de tiempo.
El ensayo de consolidación, consiste en comprimir 2erticalmente una muestra confnada en un anillo r$gido, ba4o la acción de un 1uido incompresible, como lo es el agua. En este caso, el agua recibe toda la carga de presión, y al cabo de un determinado tiempo, se transfere esa carga a la muestra de suelo, el resultado de las presiones son los asentamientos. 9os tipos de consolidación 3ue se pueden presentar en el suelo son: %onsolidación inicial: educción instantánea en el 2olumen de una masa de un suelo ba4o una carga aplicada en una consolidación primaria y 3ue comprime y e0pulsa el aire contenido en los 2ac$os del suelo. %onsolidación primaria: educción del 2olumen de una masa de un suelo por la aplicación de una carga permanente y la e0pulsión del agua de los 2ac$os, acompañada por transerencia de carga del agua a las part$culas sólidas del suelo. %onsolidación secundaria: educción del 2olumen de la masa del suelo, causada por la aplicación de una carga permanente y el acomodo de la estructura interna de su masa, luego de 3ue la mayor parte de la carga !a sido transerida a las part$culas sólidas del suelo. En el presente inorme se detalla el e3uipo y metodolog$a aplicados al consolidar una muestra de arcilla. 9a arcilla puede encontrarse normalmente consolidada o sobre consolidada. De igual orma, el ensayo permitirá determinar las cur2as de consolidación para las dierentes cargas a las 3ue será sometida la muestra. &e podrá determinar el $ndice de compresión, $ndice de e0pansión, coefciente de compresibilidad, relación de 2ac$os, y el coefciente de permeabilidad, para la muestra obtenida en el campo. El ob4eti2o del presente inorme es determinar el procedimiento y magnitud de consolidación de muestras de suelos cuando se confnan lateralmente y se cargan y drenan a0ialmente.
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MODULO RESILIENTE DE SUELOS DE SUBRASANTE
%uando los materiales 3ue conorman la sección estructural de un pa2imento se 2en sometidos a un gran n5mero de aplicaciones de
carga, es decir son aectados por esuerzos de atiga, debido a repetidas solicitaciones, estos materiales empiezan a racturarse o bien a acumular deormaciones dependiendo de su rigidez inicial, y esta es la principal causa del deterioro obser2ado en la superfcie de los pa2imentos. De !ec!o, podemos mencionar 3ue dic!os agrietamientos y deormaciones aparecen para esuerzos muy por deba4o de los 3ue se supone deber$a resistir el material por si mismo. Debido al paso por de los 2e!$culos por la superfcie de rodamiento de un pa2imento, esta empieza a distribuir los esuerzos !acia las capas ineriores, las cuales, por esta razón se 2en su4etas a esuerzos c$clicos de compresión
c y luego de tensión
t los
cuales 2an pro2ocando deormaciones en toda la estructura del pa2imento.
9a cur2a esuerzo?deormación
obtenida
en un
espcimen de material de los 3ue constituyen generalmente un pa2imento , ya sea concreto asáltico o !idráulico, alg5n material granular o un suelo co!esi2o es cualitati2amente la representada en la fgura . En dic!a gráfca podemos obser2ar 3ue despus de descargar gradualmente el espcimen casi toda la deormación a 3ue se 2io sometida la muestra se recupera, sin embargo e0iste una pe3ueña deormación permanente, la cual al someter la muestra a un numero ) de ciclos de carga y descarga se 2a acumulando, aun3ue dic!a deormación permanente es cada ciclo consecuti2o cada 2ez 2a siendo menor !asta llegar al ciclo ) donde prácticamente se recupera toda la deormación. *5n as$ debido a 3ue el material describe prácticamente la misma cur2a y 3ue la deormación permanente es muy pe3ueña, se considera para fnes de análisis 3ue el comportamiento de los materiales es undamentalmente elástico durante cada ciclo de carga y por lo tanto se le puede caracterizar con el denominado módulo de resiliencia. El módulo de resiliencia 3ueda defnido entonces en orma análoga al módulo de young y se e0presa con la siguiente ecuación:
Donde: L es el esuerzo principal mayor L= es el esuerzo principal mayor Ld es el esuerzo principal mayor r es la deormación recuperable.
M1
Mi
Mr
r o d a i v s e d o z r e u f s E
deformación permanente después de 1 ciclo
deformación acumulada después de N ciclos
Figura 1. Curva esfuerzo-deformación representativa del comportamiento de materiales sometidos a carga cíclica
