Informe de Laboratorio Pavimentos 1

UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSÉ DE CALDAS FACULTAD TECNOLÓGICA INGENIERÍA CIVIL CIVIL

INFORME DE LABORATORIO

PRESENTADO POR: ANDERSON MUÑOZ PAEZ BYRON YESID RABA GÓMEZ

PRESENTADO A: INGENIERO VICTOR HUGO DIAZ ORTIZ

BOGOTÁ D.C., 20 DE OCTU O CTUBRE BRE DE 2016

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INFORME DE LABORATORIO ESTABILIZACIÓN FISICA DE AGREGADOS

1. OBJETIVOS 1.1 OBJETIVO GENERAL Estabilizar físicamente una muestra de tres materiales con el fin de obtener la gradación granulométrica establecida para usar en una mezcla de nsa en calien calie nte tipo ti po 19 (MDC-19 (MDC-19)) según las especificaciones INVIAS 2013.

1.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS 

 

Obtener los porcentajes pasa de cada material a combinar para lle var a cabo el análi sis del del aporte que cada agregado puede proporcionar a la mezcla def initiva. ini tiva. Realizar Reali zar el cálculo de las l as curvas granulométricas granulométricas de cada material y sus re respectivas spectivas gráfic gráfi cas. Emplear los métodos gráfico y analítico para realizar la e stabilización stabili zación física de la muestra y obtener una mezcla de los tres materiales que cumpla con las especificaciones de granulometría INVIAS 2013 para una MDC-19.

2. DATOS Los datos proporcionados proporcionados en el laboratorio se relacionan en la sigui ente tabla: Tabla 1. Pesos retenidos para los materiales A, B, C y franja granulométrica MDC-19 INVIAS 2013.

Tamiz

Peso Retenido (g) Material Material A Material Material B Material Material C

Franja granulométrica MDC-19 MDC- 19 Límite Inferior Limite Superior

3/4" 1/2"

0,00 322,40

0,00 0,00

0,00 0,00

100 80

100 95

3/8"

318,30

1,00

0,00

70

88

No. 4 No. No . 10

169,40 1,60

41,10 167,60

0,00 25,40

49 29

65 45

No. No . 40

0,20

125,60

101,20

14

25

No. No . 80 No. 200

0,00 0,00

24,20 8,10 8, 10

163,40 101,30

8 4

17 8

Pesos de los materiales:







3. CALCULOS 3.1 CACULO DEL PORCENTAJE PASA. Para calcular el porcentaje que pasa correspondiente a cada tamiz, se procede como se indi ca en la tabla 2. Donde  es el tamiz de la l a serie utilizada para para el ensayo; ensayo;  el peso retenido ret enido de cada materia materiall en el tamiz  ; es la sumatoria sumatoria de los pesos retenidos retenidos en todos los tamices tamices y el f ondo;  es el porcentaje retenido en cada tamiz con respecto al peso total ;  es el porcentaje retenido acumulado de todos los tamices de diámetro superior;  es el porcentaje pasa de cada tamiz.

  





 



Tabla 2. Cálculo del porcenta porcentaje je pasa.

Tamiz ( )

   

% Retenido Peso Retenido  (  ) ( ) 

.

.



.

Fondo

 

Total

       

   

  ∑  =

×  ×100   ×100   ×100 

% Retenido Acumulado (  )



% Pasa (

 )

      +     + 

  100%     100%     100%  

.

.

.

.

.

.

   ×100   − +    100%    ∑   100% =

En la tabla tabl a 3 se muestra el resumen de los porcentajes pasa de los materiales material es A, B y C, calculados mediante e l procedimiento descrito. descrito. Tabla 3. Porcentajes pasa de los materiales A, B y C.

Tamiz

Diámetro (mm)

Material A

Material B

Material C

3/4"

19,000

100,00

100,00

100,00

1/2"

12,500

60,49

100,00

100,00 100,00

3/8"

9,500

21,48

99,74

100,00

No. 4

4,750

0,72

89,21

100,00

% Pasa







En la l a figura fi gura 2 del apartado 4 ( Gráfi Gráficos) cos) se pue den apreciar las curvas de distribución granulomét granulométrrica ica correspondientes para cada material. Para los materiales A y B se calculan los siguie ntes parámetros: Material A: A: Coeficiente de unif ormidad: ormidad:

 1.81     .. Coeficiente de graduación graduación o coeficiente de curvatur curvatura: a:

  ∗  .(.∗ .)  1.20 Donde  ,  y  son los di ámetros correspondientes correspondientes al porcentaje que pasa 10%, 10%, 30% y 60% 60%

respectivamente.

Material B: Coeficiente de unif ormidad: ormidad:

    ..   10.83 Coeficiente de curvatura:

) 1.90   ∗  .(.  ∗ . 







3.2 ESTABILIZACIÓN GRANULOMÉTRICA 3.2.1 ESTABILIZACIÓN GRANULOMÉTRICA MEDIANTE EL MÉTODO GRÁFICO.

En el s iguie nte gráfico se il ustra ustra el procedimiento utilizado utilizado para la estabilización granulométrica granulométrica de los materiales A, B y C: Figura 1. Estabilización granulométrica de los materiales A, B y C, mediante el Método Gráfico. % PASA C

% PASA B 0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

0

100

100

100

100

90

90

90

80

80

80

70

70

60

60

70

" 1/ 2 "

60

% PASA B

% PASA A 50 40

8 " 3 /

30

. 4 N o

20

1 0 . 1 N o

10

20

30

40

50

60

70

80

100 100

1/ 2 "

90

3/ 8 "

0 1 . N o

4 . 4 N o

80

70

0 4 . 4 N o

60

50

50

50

40

% PASA A+B 40

40

30

30

20

20

10

10

0

0

% PASA C

8 0 N o. 8

30

20

4 0 No. 4 10

90

No. 2 0 0

10

No.80 0

No.200

1/2" 100

90

80

70

60

50

% PASA A

40

30

20

10

0

0 100

90

80

70

60

50

% PASA A+B

40

30

20

10

0



En el e l desarrollo de sarrollo del método gráfico se realiza real iza la mezcla ini cial cial de los materiales A y B, obteniend obte niendo o como resultado el 33 % para el material A y el e l 67 % para el material B. Posteri ormente se ejecut ejecuta a la la mezcla de (A+B) + C, de donde los porcentajes logrados son 90 % para la combinación de los materiales ( A+B) y 10 % para el material C. Así, se obtienen los siguientes porcentajes para cada material:   

Material A: 0.33 x 0.90 = 0.297 = 29.7 %. Material B: 0.67 x 0.90 = 0.603 0.603 = 60.3 %. Material Ma terial C: 10 %.

Mediante l os cuales se logra la combinación que se muestra en la tabl a 4 y la curva granulométric granulométrica a correspondiente dentro de la especificación como se evidencia en la figura 3 (Apartado 4). Tabla 4. Cálculo de la mezcla de los tres materiales según las proporciones obtenidas con el método gráfico.

Especificación Deseada

% Pasa

Tamiz

Diámetro en mm

3/4"

19,000

29,70

60,30

10,00

100,00

100

100

1/2"

12,500

17,97

60,30

10,00

88,27

80

95

3/8"

9,500

6,38

60,15

10,00

76,53

70

88

No. 4

4,750

0,21

53,79

10,00

64,01

49

65

No. 10

2,000 2,000

0,16

27,88

9,46

37,49

29

45

No. 40

0,425

0,15

8,46

7,29

15,90

14

25

No. 80

0,180

0,15

4,72

3,80

8,67

8

17

No. 200

0,075

0,15

3,46

1,64

5,25

4

8

A B C Mezcla Límite Inferior Limite Superior (29,7%) (60,3%) (10,0%)

Por medio de la observación de los porcentajes porcentaje s obtenidos con con respecto a las especificacio especi ficacione nes, s, se se puede apreciar que aunque todos los porcentajes se ubican dentro de los límites deseados, la combinación resultante del tamiz No. 4 se encuentra muy próxima próx ima al al límite superior de la especif icación, icación, algo simil ar ocurre en el tamiz No. 80 en donde l a resultante se encuentra muy cercana cercana al l ímite inferior. No obstante, las proporciones provenientes del análisis gráfico son una buena aproximación a porcentajes más ideales que pueden puede n ser alcanzados alcanzados por medio del método mé todo de tanteo y error. De la distribución granulométrica obtenida, se calculan los siguientes parámetros:

Coeficiente de unif ormidad: ormidad:









 

  (. ) 2.17 ∗  .  ∗ . 

3.2.2 ESTABILIZACIÓN GRANULOMÉTRICA MEDIANTE EL MÉTODO ARITMÉTICOANALÍTICO (TANTEO Y ERROR). Para determinar d eterminar los porcentajes de proporción correspondientes correspondientes a cada materi al para el primer primer tanteo, se tomaron los porcentajes pasa del material materi al grueso (A) y el material fino (C), para dos enomin aron “tamices críticos”. críticos”. Estos, Estos, corresponden a los tamices tamice s para tamices. Tales tamices se d enominaron los cuales l a dif erencia entre la me dia del porcentaje que debe pasar (e specificación) specificación) y el porcent porcentaje que pasa para tal material, es mayor. Lo anterior, con el ánimo de ajustar a las condiciones requeridas, los valores más alejados del huso granulométrico.

3/8 y No. 80. Los tamices que cumplen la condición descrita anteriormente, son los tamices 3/8 De este modo, se tiene, para cada tamiz:

  +   +    Donde:

 , ,  , Son los porcentajes porcentajes que que pasan pasan de los materiales materiales A, B y C, respectivamente respectivamente en e l tamiz tamiz i . , ,   , son los porcentajes de participación de los materiales A, B y C. , semisuma de las especificaciones del porcentaje porcentaje que debe pasar en el tamiz i. Adicionalmente, se debe cumplir cumplir l a condición: condición:

++1







Sustituyendo los valores correspondientes, correspondientes, se obtiene:

21.48 .48 + 99.7 9.74 + 100  79 0.50 .50 + 7.82 + 38.03 .03  12.5 ++1

Resolviendo para

, ,   , se tiene:

0.266→26.6% 0.515→51.5%   0.219 → 21.9% De acuerdo a lo anterior, ante rior, el primer tanteo se hará con las proporciones: 26.6% del material A, 51.5 51.5% del material materi al B y 21.9% 21.9% del material C. Esto se reseña en la tabla 5. Tabla 5. Primer tanteo.

TANTEO 1

Especificaciones

% Pasa

Tamiz

A

3/4" 100,00 1/2" 60,49 60,49 3/8" 21,48 No. 4 0,72 No. 10 0,53 No. 40 0,50 No. 80 0,50 No. 200 0,50

A*26,6%

B

B*51,5%

C

26,60 16,09 5,71 0,19 0,14 0,13 0,13 0,13

100,00 100,00 99,74 89,21 46,23 14,03 7,82 5,74

51,50 51,50 51,37 45,94 23,81 7,22 4,03 2,96 2,96

100,00 100,00 100,00 100,00 94,57 72,95 38,03 16,39

C*21,9% Mezcla Mez cla 21,90 21,90 21,90 21,90 20,71 15,98 8,33 3,59

100,00 89,49 78,98 68,03 44,66 23,33 12,49 6,68

Satisface Especificación

Si Si Si No Si Si Si Si

100 80-95 70-88 49-65 29-45 14-25 8-17 4-8

P 100 87,5 79 57 37 19,5 12,5 6







Tabla 6. Segundo tanteo.

TANTEO 2

Tamiz

Especificaciones

% Pasa

A

A*28%

B

B*51,5%

C

C*20,5% Mezcla Mez cla

3/4"

100,00

28,00

100,00

51,50

100,00

20,50

100,00

Si

100

100

1/2"

60,49

16,94

100,00

51,50

100,00

20,50

88,94

Si

80-95

87,5 87,5

3/8"

21,48 21,48

6,02

99,74

51,37

100,00

20,50

77,88

Si

70-88

79

No. 4

0,72

0,20

89,21

45,94

100,00

20,50

66,64

No

49-65

57

No. 10

0,53

0,15

46,23

23,81

94,57

19,39

43,34

Si

29-45

37

No. 40

0,50

0,14

14,03

7,22

72,95

14,95

22,32 22,32

Si

14-25

19,5

No. 80

0,50

0,14

7,82

4,03

38,03

7,80

11,97

Si

8-17

12,5 12, 5

No. 200

0,50

0,14

5,74

2,96

16,39

3,36

6,46

Si

4-8

6


P

Se observa, de la segunda iteración, i teración, que continúa continúa un dé ficit del porcentaje porcentaje que pasa en el tamiz No. No. 4: pasa más material del que sugiere sugie re la especifi espe cificaci cación. ón. Por su parte, para el tamiz No. 10, el el porcentaje que pasa de l os materiales me zclados, se ha ajustado un poco mejor mejor a la especificaci especi ficación ón.. De acuerdo a lo anterior, es menester reali realizar zar un tercer tanteo, tanteo, en el cual se aumentará la proporción del material A y se disminuirá dismin uirá la proporción del material B. Lo Lo último, úl timo, obedece a que que para tales tale s tamices, tamices, el porcentaje que pasa del material material C es mayor (el 100%) 100%) comparado con el el material A (0.72 ( 0.72%). %). De este e ste modo, el porcentaje porcentaje de l a combinación, será menor. Las proporcio proporciones nes utilizadas util izadas ahora ahora son: 30.0 30.0% % del material A, 51.5% del material B y 18.5% 18.5% del material C. Esto se reseña en la tabla 7. Tabla 7. Tercer tanteo.

TANTEO 3 % Pasa

Especificaciones







del material materi al A y se disminuirán dismi nuirán las proporciones de participación de los agregados intermedio (B) (B) y fino (C). Esto, obede ce a que para tal tamiz, tami z, el porcentaje que pasa pasa del material C es mayor (el (el 100%) comparado con el material A (0.72%) y B (89.21%). De este modo, el porcentaje de la combinación, será se rá menor. Las proporciones utilizadas ahora son: 33.17% 33.17% del material A, 50.27% 50.27% del material B y 16.56% 16.56% del material C. Esto se reseña rese ña en la tabla 8. Tabla 8. Cuarto tanteo.

TANTEO 4

Tamiz

Especificaciones

% Pasa

A

3/4" 100,00 1/2" 60,49 3/8" 21,48 No. 4 0,72 No. No . 10 0,53 No. No . 40 0,50 No. No . 80 0,50 No. 200 0,50

A*33,17%

B

B*50,27%

C

33,17 20,06 7,13 0,24 0,17 0,17 0,17 0,17

100,00 100,00 99,74 89,21 46,23 14,03 7,82 5,74

50,27 50,27 50,14 44,84 23,24 7,05 3,93 2,89

100,00 100,00 100,00 100,00 94,57 94,57 72,95 38,03 16,39 16,39

C*16,56% Mezcla Mez cla 16,56 16,56 16,56 16,56 15,66 12,08 6,30 6, 30 2,71

100,00 86,89 73,83 61,64 39,08 19,30 10,40 5,77


Si Si Si Si Si Si Si Si Si

100 80-95 70-88 49-65 29-45 14-25 8-17 4-8

En defi de finitiva, nitiva, los porcentajes porcentajes que pasan de material mezclado mezclado se han ajustado satisfactoriament satisfactoriamente ea las especifi esp ecifi caciones caciones que sugiere el artículo artículo 450 450 de la Norma INVIAS INVI AS para los agregados que deben deben usarse en una mezcl a Densa en caliente MDC-19. Lo Lo anterior ante rior se verif ica en las curva de di stribución stribución granulométrica (f igura 4, apartado apartado 4).

De la combinación resul tante calculamos calculamos los si guientes guientes parámetros: parámetros: Coeficiente de unif ormidad: ormidad:

    ..   26.61

P 100 87,5 79 57 37 19,5 12,5 6







4. GRÁFICOS En la f igura 2 se prese ntan las granulometrías granulometrías de los materiales A, B y C, y las franjas granulométricas de la especi ficación ficación INVIAS 2013 2013 para para una mezcla densa en calie nte MDC-19. MDC-19. Figura 2. Granulometría Granulometría de los materiales materiales A, B, C y franja franja granulométrica para mezcla asfáltica en caliente de gradación continua MDC-19 .

CURVA DE DISTRIBUCIÓN DIST RIBUCIÓN GRANULOMÉTRICA MATERIALES A, B Y C " 4 /

100,00

3

" 2 / 1

" 8 / 3

4 0 #

0 1 #

0 4 #

0 0 2 #

0 8 #

90,00 80,00

) % (

70,00

A S A60,00 P E U50,00 Q E J40,00 A T N30,00 E C R20,00 O P10,00

0,00 100,00

10,00

1,00

DIÁMETRO (mm)

0,10 Ma te ria l C Límite Su pe rio r Material B

0,01 Límite In fe rio r Ma te ria l A







En la f igura 3 se muestra la curva de di stribución granulométrica granulométrica de la mezcla lograda mediante el Método Gráfico. Gráfico. Figura 3. Granulometría Granulometría de la combinación resultante de los materiales materiales A, B y C mediante el Método Gráfico.

CURVA DE DISTRIBUCIÓN D ISTRIBUCIÓN GRANULOM GRANULOMÉTRICA ÉTRICA - RESULTADO DEL MÉTODO GRÁFICO " 4 /

100,00

3

" 2 / 1

" 8 / 3

4 0 #

0 4 #

0 1 #

0 8 #

0 0 2 #

90,00 ) % ( A S A P E U Q E J A T N E C R O P

80,00

70,00 60,00

50,00 40,00

30,00 20,00

10,00 0,00 100,00

10,00

DIÁMETRO (mm)

1,00

0,10 Mezcla de los tres materiales (A, B y C) Límite Inferior Límite Superior

0,01







En la figura 4 s e presenta la curva de distribución granulométrica granulométrica de la mezcla lograda mediante el método Aritmético – Analítico (Tanteo y error). Figura 4. Granulometría Granulometría de la combinación resultante de los materiales materiales A, B y C mediante el Método Aritmético

Analítico. – Analítico.

CURVA DE DISTRIBUCIÓN GRANULOMÉTRICA GRANULOMÉTRICA - RESULTADO DEL MÉTODO MÉTODO ARITMÉTICO - ANALÍTICO 100,00

" 4 / 3

" " 8 2 / / 1 3

4 0 #

0 4 #

0 1 #

0 0 2 #

0 8 #

90,00 ) % ( A S A P E U Q E J A T N E C R O P

80,00 70,00 60,00 50,00 40,00

30,00 20,00

10,00 0,00 100,00

10,00

DIÁMETRO (mm) (mm)

1,00

0,10 Mezcla de los tres materiales (A, B y C) Límite Inferior Límite Superior

0,01







5. CONCLUSIONES

Los valores calculados del coefi ciente de Unif Uniformidad ormidad (C u), son, para la estabilización estabil ización realizada po por el método gráfi co y el método aritmético, 19.26 19.26 y 26.61, 26.61, respectivamente. Para ambas proporciones, Cu >6, >6, lo que indica indi ca que l a mezcla defi nitiva niti va es bien gradada, es decir, deci r, existe una una buena distribución de tamaños. Tal condición se visual iza en la gráfica, e n que l a curva se extiende extiende horizontalmente en gran forma por todos los tamices que contemplan el huso granulométrico. Ahora bien, el Cu de la distri di stribución bución granulométrica para el método mét odo aritmético aritm ético es mucho más grande, grande, por lo tanto es un material con mayor cantidad de tamaños intermedios intermedios entre D 60 y D10 , lo l o cual indic indica a que el resultado resultado óptimo es el obtenido por este método. método. Los valores del coeficie coefi ciente nte de Curvatura (C c) hallados, hal lados, para la estabil ización realizada por e l mét mé todo odo gráfico y el método mé todo aritmético son 2.17 y 2.10, 2.10, respectivamente. En ambos casos, casos, el valor está está dispuesto entre 1 y 3, l o cual i ndica que l os materiale materialess son bien graduados, con amplio margen de tamaños de partículas partículas y cantidades apreciables de cada tamaño intermedio. Para la combinación de agregados con e l ánimo de realizar reali zar un ajuste granulométrico, el métod método aritmético o analítico es eficiente, conforme la prueba de inicio (primer tanteo) aproxime los porcentajes que pasan pasan en e n los dife rentes rentes tami ces a las especif icaciones. icaciones. En el caso opuesto, los los esfuerzos esfue rzos de cálculo pueden resultar re sultar innecesarios. Ahora bien, bie n, cuando se logra un acercamien acercamientto preciso de partida, las posteriores iteraciones están guiadas por la participación de los diversos







La insuficiencia granulométrica que presenta un agregado puede ser resuelta mediante la adición, o combinación, combi nación, de uno o más agregados adicionales, e n forma que la mezcla que de ellos result resulte e cumple con los límites que tales especificaciones establezca. Tal combinación, a su vez, es susceptib suscep tible le de modificar otras propiedades, propie dades, como reducir su plasti cidad, increme in crementar ntar el porcenta porcentaje de las caras producidas por fractura, fractura, modifi car su tamaño tamaño máximo, mejorar la textura superficia superficial del agregado original. Generalmente los agregados disponibles no cumplen por si solos para la construcción construcción de mezclas mezcl as asfálticas con l as espe cificaciones, cificaciones, en lo que a la granulometría se refiere, refiere, por lo cual se hace necesario hacer una combinación de agregados naturales y procesados, con diferentes gradaciones granulométricas Los agregados en una mezcla asfáltica asfálti ca constituye constituyen n aproximadamente aproximadamente el 95% 95% del peso total de la mezcla, o el 85% 85% del volumen total de la mezcla; de aquí l a necesida necesi dad d de e legir buenos agregad agregados os pues de ell os depende un buen diseñ di seño o de mezcla asfáltica, por ser los que soportan y transmiten la las cargas cargas en un alto porcentaje. El agregado A presenta una granulometría uniforme (tamaños de grano simil ares) ares) o mal gradado gradado,, que se evi dencia con el valor del c oeficiente de curvatura curvatura Cc= 1.81, 1.81, lo cual indica indi ca que la curva de distribución granulométrica tiende a ser vertical, como se aprecia en la gráfica. El tamaño del porcentaje mayoritario de sus partículas (retenidas entre los tamices tamice s ¾ y No. 4), lo clasifica clasif ica como como un material grueso. Por su parte, el material B presenta prese nta una granulometría intermedia entre los tr tres agregados y l os valores val ores para el coeficiente de curvatura y coeficiente coef iciente de uniformidadson aceptable aceptabless (1.90 y 10.83 10.83 respectivamente), por ende, este es e s un material bi en gradado, pero como se observa observa en la gráfica, no se encuentra dentro de la especificación deseada. De ahí, su participación

Informe de Laboratorio Pavimentos 1

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