INSTITUTO TECNOLÓGICO DE SONORA Dirección de Ingeniería y Tecnología Departamento de Ingeniería Civil
MANUAL DE LABORATORIO DE PAVIMENTOS
Elaboró: M. I. Raúl Antonio Gutiérrez Durán M. I. Luis Gerardo Herrera Meléndez Cd. Obregón, Sonora.
Mayo de 2014
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INSTITUTO TECNOLÓGICO DE SONORA
Rector Dr. Isidro Roberto Cruz Medina Vicerrector Académico Dr. Jesús Héctor Hernández López Director Académico del Área de Ingeniería y Tecnología Dr. Joaquín Cortez González Jefe del Depto. de Ingeniería Civil M.I. Luis Alonso Islas Escalante
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CONTENIDO I. INTRODUCCIÓN 1.1 Presentación 1.2 Relación de normas de prueba de la SCT a usar en el Laboratorio de Pavimentos 1.3 Reporte de medio término 1.4 Reporte de fin de curso.
4 4 5 6 7
II. PRUEBAS A LOS AGREGADOS PÉTREOS ................................................................................................................ 8
2.1 Muestreo alterado del agregado pétreo 2.2 Granulometría. 2.3 Límite Líquido, Límite Plástico y Contracción lineal 2.4 Peso volumétrico seco máximo. 2.5 Prueba del equivalente de arena 2.6 Partículas Alargadas y Lajeadas de Materiales Pétreos para Mezclas Asfálticas 2.7 Desgaste. Mediante la Prueba de Los Ángeles 2.8 Valor Soporte de California (CBR) y Expansión (Exp) 2.9 Afinidad entre el material pétreo y el asfalto. Prueba de pérdida de estabilidad por inmersión en agua.
8 9 11 14 16 20 25 29 39
III. PRUEBAS DE CLASIFICACIÓN Y CALIDAD A UN CEMENTO ASFÁLTICO .................. ........... .......... ....... 42
3.1 Densidad o peso específico relativo del asfalto 3.2 Penetración en Cementos y Residuos Asfálticos 3.3 Ductilidad de Cementos y Residuos Asfálticos 3.4 Punto de Reblandecimiento en Cementos Asfálticos
42 44 47 50
IV. DISEÑO DE UNA MEZCLA ASFALTICA ................................................................................................................. 54
4.1 Determinación del contenido óptimo de Cemento Asfáltico (AC). Método de Marshall
54
BIBLIOGRAFIA .............. .............. .............. .............. .............. .............. .............. .............. .............. ............... .............. ........ 68
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I. INTRODUCCIÓN 1.1 Presentación El objetivo fundamental de este Manual es que sea utilizado como una guía de información y apoyo tanto al maestro como al alumno para la realización de las prácticas, contenidas en el programa del laboratorio de Pavimentos. Pretende además servir como cuaderno de trabajo, en donde el alumno pueda realizar sus cálculos y obtener sus resultados de los ensayos ejecutados en el laboratorio, y todavía más, servir como libro de consulta en la clase de teoría de la asignatura. Cabe aclarar que las pruebas de laboratorio que muestra el manual, son las más importantes que se realizan a los agregados pétreos, asfaltos y mezclas asfálticas para definir su posible utilización en la formación de la estructura de un pavimento preferentemente flexible o asfáltico, lo anterior según especificaciones de la Secretaría de Comunicaciones y Transportes (SCT). Fundamentalmente el manual está estructurado de la siguiente manera: primeramente presenta la nomenclatura de las especificaciones mínimas de los materiales según SCT, posteriormente describen el muestreo y la preparación a realizar a los materiales antes de ejecutar los ensayos, la descripción de cada una de las pruebas del laboratorio y por último los formatos de cálculo, para condensar los resultados obtenidos de los materiales ensayados y definir así, el uso que se deberá a estos (calidad) o en el caso de las mezclas asfálticas su diseño.
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1.2 Relación de normas de prueba de la SCT a usar en el Laboratorio de Pavimentos Prueba a realizar Pruebas para la clasificación y calidad de un agregado pétreo de Banco Muestreo alterado de agregado pétreo de Banco Granulometría Plasticidad (LL, LP) Equivalente en Arena Partículas alargadas y lajeadas (Forma de las partículas) Desgaste Los Ángeles Valor Soporte de California (CBR) y % de expansión
Agregados pétreos para mezcla asfáltica Muestreo alterado Granulometría Desgaste Los Ángeles Partículas alargadas y lajeadas Estabilidad por inmersión en agua
Pruebas de calidad a un cemento asfáltico para mezcla asfáltica Muestreo Densidad Penetración Ductilidad Punto de reblandecimiento
Diseño de mezcla asfáltica Contenido mínimo y óptimo de asfalto (Prueba Marshall)
Título
Nomenclatura NIT-SCT
Muestreo de materiales para terracería Granulometría de materiales compactables para terracerías Límites de consistencia
M-MMP-1-01
Equivalente de Arena Partículas alargadas y lajeadas
M-MMP-4-04-004 M-MMP-4-04-005
Desgaste mediante la prueba de Los Ángeles Valor soporte de california (CBR) y expansión (exp) en el laboratorio
M-MMP-4-04-006
Muestreo de Materiales pétreos para mezclas asfálticas Granulometría de materiales pétreos para mezclas asfálticas Desgaste mediante la prueba de Los Ángeles Partículas alargadas y lajeadas Pérdida de estabilidad por inmersión en agua de mezclas asfálticas
M-MMP-4-04-001
Muestreo de materiales asfálticos
M-MMP-4-05-001
Penetración en cementos y residuos asfálticos Ductilidad de cementos y residuos asfálticos Punto de reblandecimiento en cementos asfálticos
M-MMP-4-05-006
Método Marshall para mezclas asfálticas de granulometría densa
M-MMP-4-05-034
M-MMP-1-07 M-MMP-1-08
M-MMP-1-10
M-MMP-4-04-002 M-MMP-4-04-006 M-MMP-4-04-005 M-MMP-4-05-042
M-MMP-4-05-011 M-MMP-4-05-009
Los procedimientos de prueba se pueden descargar de la siguiente liga: http://normas.imt.mx/
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1.3 Reporte de medio término Contenido del reporte:
Portada, deberá tener: Datos generales del alumno. o o Nombre del estudio: “Estudio de la Calidad de los agregados pétreos de un Banco de materiales“ Índice Objetivo del estudio Dibujo del croquis de localización del muestreo. Resumen de resultados de pruebas de laboratorio. Ver Tabla 1. Tabla para definir la calidad del material. Ver Tabla 2 Anexos. Reporte de cada una de las pruebas en el orden realizadas.
Tabla 1. Resumen de resultados Granulometría Malla Porcentaje pasa
Característica
que
Resultado (%)
Limite Liquido Índice Plástico Equivalente en Arena Valor Relativo de Soporte VRS o CBR Desgaste Los Ángeles Partículas Alargadas Partículas Lajeadas
11/2” 1” ¾” 3/8”
No. 4 10 20 40 60 100 No.200
Clasificación SUCS____________ Clasificación AASHTO____________ Tabla 2. Calidad del material Banco______________________________________
Calidad máxima ____________________________ S/B cuando: ΣL ≤
Propiedad del material
C.T.
S/Y
S/R
106
ΣL >
106
Base para pavimento de: Concreto Carpeta Asfáltica Hidráulico cuando: ΣL ≤
106
ΣL >
106
Límite líquido (%) Índice plástico (%) CBR (%) Expansión (%) Equivalente de arena (%) Desgaste Los Ángeles (%) Partículas alargadas y lajeadas (%) TMA (mm) Granulometría
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1.4 Reporte de fin de curso. Nombre del reporte: “Diseño de un concreto asfaltico por el método Marshall” Objetivo: Diseñar una mezcla asfáltica (Concreto Asfáltico) de granulometría densa por el Método Marshall, para cualquier valor de ejes equivalentes (L) utilizando agregados pétreos y Cemento Asfáltico (AC) muestreados en la Planta de asfaltos ICSA. Contenido: 1. Diseño granulométrico a) Granulometría de los agregados pétreos: Grava , Arena y Sello b) Calculo de las Proporciones más óptimas (a, b y c) de los agregado (Grava), (Arena) y (Sello) c) resultante de combinación. (Granulometría de diseño)granulométricas d) Granulometría de diseño comparada con rangos de especificaciones 2. Determinación del contenido mínimo de AC a) Cálculos del contenido mínimo 3. Determinación del contenido óptimo de AC. Método de Marshall a) Tablas de cálculo: Elaboración de los especímenes, P.V., Estabilidad y Flujo, % VMC, %VAM y %VFA b) Elaboración de gráficas c) Cálculo del contenido óptimo de AC 4. Prueba a los agregados pétreos para verificar si cumplen especificaciones SCT en cuanto: a) Equivalente en arena b) Desgaste. Los Ángeles c) Partículas alargadas y lajeadas d) Afinidad con el asfalto. Pérdida de estabilidad por inmersión en agua 5. Prueba al Cemento Asfaltico AC-20 para verificar si cumple especificaciones SCT en cuanto: a) Densidad b) Penetración c) Punto de Reblandecimiento d) Ductilidad
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II. PRUEBAS A LOS AGREGADOS PÉTREOS. 2.1 Muestreo alterado del agregado pétreo Objetivo. Realizar un muestreo de agregado pétreo proveniente de un banco de materiales para clasificar y determinar la calidad del material. Cantidad de material a muestrear: 2 cubetas de 19 lts. El reporte deberá tener: Croquis de localización del banco de materiales o de la obra Civil a construir, y ubicación del muestreo Descripción de la técnica de muestreo del material (ver manual de práctica del Laboratorio Mecánica de Suelos I) Investigar el uso o la calidad del material muestreado Si es el caso indicar las características generales de la Obra civil en construcción Evidencias: Reporte fotográfico del muestreo
Descripción general. Se describe el procedimiento para la obtención de muestras de los suelos a que se refieren las Normas N·CMT·1·01, Materiales para Terraplén, N·CMT·1·02, Materiales para Subyacente y N·CMT·1·03, Materiales para Subrasante, a fin de determinar las características de esos materiales o verificar que cumplan con los requisitos de calidad descritos en dichas Normas o en las especificaciones particulares del proyecto. El muestreo consiste en obtener una porción representativa del material con el que se pretende construir una terracería o bien del material que ya forma parte de la misma. El muestreo incluye además las operaciones de envase, identificación y transporte de las muestras, las que se clasifican como sigue: MUESTRAS CÚBICAS INALTERADAS. Son aquellas en las que se conserva la estructura y el contenido de agua natural del suelo en el lugar donde se toma la muestra, por lo que su obtención, envase y transporte, requieren cuidados especiales a fin de no alterarlas. Son generalmente cúbicas, de aproximadamente 40 cm por lado, que se recubren con una membrana impermeable hecha de manta de cielo, parafina y brea para protegerlas y evitar la pérdida de agua durante el transporte y almacenamiento. MUESTRAS REPRESENTATIVAS. Son aquellas que están constituidas por el material disgregado o fragmentado, en las que se toman precauciones especiales para conservar el contenido de agua, envasándolas en bolsas de plástico u otros recipientes impermeables para impedir la pérdida de agua durante el transporte y almacenamiento. MUESTRAS INTEGRALES. Son aquellas que están constituidas por el material disgregado o fragmentado de diversos estratos, en las que quedan representados cada uno de los diferentes materiales en la proporción en la que participan. Equipo y materiales. Seguir las indicaciones del manual del laboratorio de Mecánica de Suelos I. Procedimiento. Seguir las indicaciones del manual del laboratorio de Mecánica de Suelos I.
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2.2 Granulometría. Objetivo. Mostrar al estudiante un método para determinar la composición granulométrica de los agregados usados para las capas de un pavimento. Descripción general. Se describe el procedimiento de prueba para obtener la granulometría de los materiales compactables para terracerías a que se refieren las Normas de Calidad de Materiales (N-CMT) de la SCT. Esta prueba permite determinar la composición por tamaños (granulometría) de las partículas que integran los materiales empleados para terracerías, mediante su paso por una serie de mallas con aberturas determinadas. El paso del material se hace primero a través de las mallas con la abertura más grande, hasta llegar a las más cerradas, de tal forma que los tamaños mayores se van reteniendo, para así obtener la masa que se retiene en cada malla, calcular su porcentaje respecto al total y determinar el porcentaje de la masa que pasa. Materiales y equipo. Seguir lo indicado en el Manual del Laboratorio de Mecánica de Suelos I. Procedimiento. Seguir lo indicado en el Manual del laboratorio de Mecánica de Suelos I. Cálculos y Resultados. Los formatos a utilizar serán los siguientes:
TARA
PESO BRUTO
PESO NETO
________ gr
DESPERDICIO (% RET. EN _____ ") COMPOSICIÓN GRANULOMÉTRICA DE MATERIAL RETENIDO EN MALLA NUM. 4
MALLA
PESO RETENIDO
% RETENIDO
% RETENIDO
% QUE PASA
PARCIAL (Gr.)
PARCIAL
ACUMULADO
LA MALLA
2" 1 1/2" 1" 3/4" 1/2" 3/8" 1/4" NUM. 4 PASA NUM. 4 SUMA
COMPOSICIÓN GRANULOMÉTRICA DEL MATERIAL TAMIZADO POR LA MALLA NUM. 4 MALLA
PESO RETENIDO PARCIAL Gr.
% RETENIDO
% RETENIDO
% QUE PASA
PARCIAL
ACUMULADO
LA MALLA
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NÚM.
10
NÚM.
20
NÚM.
40
NÚM.
60
NÚM.
100
NÚM.
200
PASA NÚM. 200 SUMA
Tabla 1. Composición granulométrica
Figura 1. Curva granulométrica
Conclusiones.
___________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________
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2.3 Límite Líquido, Límite Plástico y Contracción lineal Objetivo. Mostrar al estudiante los métodos para determinar los límites de consistencia de los agregados usados para las capas de un pavimento. Descripción general. Este Manual describe los procedimientos de prueba para determinar los límites de consistencia de los materiales para terracerías a que se refieren las Normas N·CMT. Estas pruebas permiten conocer las características de plasticidad de la porción de los materiales para terracerías que pasan la malla N°40 (0.425 mm), cuyos resultados se utilizan principalmente para la identificación y clasificación de los suelos. Las pruebas consisten en determinar el límite líquido, es decir, el contenido de agua para el cual un suelo plástico adquiere una resistencia al corte de 2.45 kPa (25 g/cm 2); éste se considera como la frontera entre los estados semilíquido y plástico. El límite plástico o el contenido de agua para el cual un rollito se rompe en tres partes al alcanzar un diámetro de 3 mm; éste se considera como la frontera entre los estados plástico y semisólido. El índice plástico se calcula como la diferencia entre los límites líquido y plástico. Materiales y equipo. Seguir lo indicado en el Manual del Laboratorio de Mecánica de Suelos I. Procedimiento. Seguir lo indicado en el Manual del Laboratorio de Mecánica de Suelos I. Cálculos y Resultados. Los formatos a utilizar serán los siguientes:
TARA No.
PESO TARA
TARA + MUESTRA HÚMEDA
TARA + MUESTRA SECA
PESO AGUA
PESO SECO
CONTENIDO DE AGUA EN %
PENETRA CIÓN PROM.
Tabla 1. Límite líquido. (Aparato de cono) Límite líquido (L.L.)= __________ %
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Figura 1. Grafica del Límite líquido (Contenido de humedad-Penetración)
TARA No.
PESO TARA
TARA + MUESTRA HÚMEDA
Tabla 2. Límite plástico
Índice plástico (IP)
IP = (LL - LP)
TARA + MUESTRA SECA
PESO AGUA
PESO SECO
CONTENIDO DE AGUA EN %
PROMEDIO
IP = ______________%
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CÁPSULA No.
LONGITUD INICIAL cm
LONGITUD FINAL cm
CONTRACCIÓN LINEAL (CL) %
1 2 Tabla 3. Contracciónlineal
PROMEDIO
i f C.L. = L -L X 1001 Li
Conclusiones.
___________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________
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2.4 Peso volumétrico seco máximo. Objetivo. Tiene por objeto determinar la relación entre el peso volumétrico y el contenido de agua en los suelos, cuando se compactan con la metodología de la Prueba Proctor estándar o Proctor Modificada. Descripción general. Según la norma M-MMP-1-09-06 (Compactación AASHTO) las pruebas permiten determinar la curva de compactación de los materiales para terracerías y a partir de ésta inferir su masa volumétrica seca máxima y su contenido de agua óptimo. Consisten en determinar las masas volumétricas secas de un material compactado con diferentes contenidos de agua, mediante la aplicación de una misma energía de compactación en prueba dinámica y, graficando los puntos correspondientes a cada determinación, trazar la curva de compactación del material. La curva de compactación puede obtenerse mediante la siguiente fórmula de sencilla obtención, para un suelo parcialmente saturado, que es la condición de nuestro suelo compactado:
En donde: γd γ w
= peso volumétrico seco, en kg/m 3 = peso volumétrico de la muestra húmeda, en kg/m 3 = contenido de humedad en fracción, no en porcentaje
La curva de 100% de saturación o de cero vacíos de aire se obtiene calculando los pesos específicos secos del mismo suelo, supuesto saturado con el contenido de agua considerado, aplicando la fórmula:
En donde: Ss γ0
= peso específico relativo o densidad de los sólidos = peso volumétrico del agua
Materiales y equipo. Seguir lo indicado en el Manual del laboratorio de Mecánica de Suelos II. Procedimiento. Seguir lo indicado en el Manual del laboratorio de Mecánica de Suelos II. Cálculos y Resultados. Los formatos a utilizar serán los siguientes:
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Figura 1. Contenido de humedad- Pesos volumétricos secos
Conclusión. ___________________________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________________________
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2.5 Prueba del equivalente de arena Objetivo. Investigar la presencia o ausencia de finos activos, que pueden ser perjudiciales para los agregados pétreos utilizados para la estructura de unpavimento. Descripción general. Este Manual describe el procedimiento de prueba para determinar el equivalente de arena de los materiales pétreos a que se refiere la Norma de Calidad de los Materiales (N·CMT) de la SCT. Esta prueba permite determinar el contenido y actividad de los materiales finos o arcillosos presentes en los materiales pétreos empleados en pavimentos. La prueba consiste en agitar un cilindro, que contiene una muestra del material pétreo que pasa la malla N°4, mezclada con una solución que permite separar la arena de la arcilla. Materiales y equipo. Un cilindro transparente de plástico, generalmente de lucita, graduado para medir volúmenes con un diámetro interior de 31.75 mm (1 1/4 pulg.) y una altura aproximada de 43.18 cm (17 pulg.), con graduaciones cada 2.54 mm (1/10 pulg.) a partir del fondo, hasta una altura de 38.10 cm (15 pulg.). Un tubo irrigador hecho de cobre o latón, con un diámetro exterior de 6.35 cm (1/4 Pulg.). Uno de los extremos del tubo estará cerrado para formar una punta en forma de cuña, con dos perforaciones laterales (broca No. 60). Una botella con capacidad aproximada de 4 litros con un aditamento de sifón, que consiste en un tapón de hule o corcho con dos orificios y un tubo doblado de cobre. La botella se coloca a una altura de 0.90 a 1.0 metros sobre de la mesa de trabajo. Un tramo de manguera de hule con un diámetro de 4.76 mm (3/16 Pulg.), con una pinza para poder obturarla. Esta tubería se usa para conectar el irritador con el sifón dela botella. Un pisón debidamente tarado, consistente en una varilla metálica de 45.72 cm (18 pulg.) de longitud, con una base cónica de 2.54 mm (1 pulg.) de diámetro en su extremo inferior. Esta base cónica debe estar provista de tres tornillos para centrarla holgadamente dentro de la probeta de plástico. Una tapa que ajuste a la parte superior del cilindro y permita pasar por el centro holgadamente a la varilla; también servirá para centrar la parte superior de ésta con respecto al cilindro. En el extremo superior, la varilla lleva adaptado un lastre para obtener un peso total del dispositivo de 1.0 kg. (Verfigura). Una cápsula con capacidad de 85g. Un embudo de boca ancha para introducir la muestra en el cilindro. Solución concentrada, compuesta de:
Cloruro de calcio anhidro Glicerina U.S.P. Formaldehído (solución volumétricaa 40 vol.) Agua pura
75.72 g. 341.62 g. 7.81 g. 630.85 g. 1000.00 g.
- 7.17% - 32.35% - 0.74% - 59.74% - 100.00%
El cloruro de calcio se disuelve en 300cm3 de agua purificada a una temperatura de 50C. Después de que se enfríe, se filtra la solución a través depapel filtro tipo Whatman No. 12. Yafiltrada, se agrega la glicerina y el formaldehido y se mezclan perfectamente todos los componentes. Al final, se agrega agua hasta completar 1000 g. de solución. Solución de trabajo; se diluyen 23.20 ml de solución concentrada para cada litro de agua purificada. Cuando existan dudas respecto a lacalidad de agua, ésta puedeprobarse comparando los resultados de muestras idénticas, en las que se utilicen soluciones hechas con el agua dudosa y con aguadestilada.
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Figura 1. Equipo para la prueba de equivalente de arena
Procedimiento de la prueba: 1.
2. 3. 4.
5.
6.
Preparación de la muestra: el material para la prueba deberá ser la porción de la muestra que pase la malla No. 4. Por lo tanto, si la muestra contiene partículas gruesas de grava, debe cribarse por la malla No. 4 y disgregar los terrones de material más fino. Si la muestra srcinal no está humeda, ésta deberá humedecerse antes del tamizado. Cuando el agregado grueso lleva un recubrimiento que no sedesprende en la operación de tamizado, se seca el agregado grueso, se frota entre las manos y seañade el polvo resultante al material fino. El funcionamiento del sifón se inicia soplando dentro de la botella por la parte superior, a través de un pequeño tubo con la pinza abierta. Hecho esto, el aparato queda listo para usarse. Por medio del sifón se introduce la solución de trabajo dentro del cilindro, hasta una altura de 10 cm (4 pulg.) Se vacía dentro del cilindro elcontenido de una cápsula llena de lamuestra preparada del suelo. La cápsula llena contiene aproximadamente 110 g., de material suelto (como promedio). Se golpea firmemente varias veces el fondo del cilindro contra la palma de la mano para hacer que salga cualquier burbuja de aire, así como para acelerar la saturación de la muestra. Se deja reposar la mezcla por espacio deiez d minutos. Transcurridos los diez minutos, se tapa con un tapón la probeta y se le agita vigorosamente en forma longitudinal, de un lado a otro, manteniéndose en posición horizontal. Hágase 90 ciclos en aproximadamente 30 segundos con una carrera aproximada de 20 cm (8 pulg.). Un ciclo consiste en un movimiento completo de oscilación. Para agitar satisfactoriamente la muestra a esta frecuencia, será necesario que el operador agite solamente con los antebrazos, relajando el cuerpo y los hombros. Ya hay aparatos que hacen esta operación mecánicamente. Se quita el tapón y se empieza a meter el tubo del irrigador, se enjuagan los lados hacia abajo y después se introduce el tubo hasta el fondo del cilindro. Una vez hecho esto, se separa el material arcilloso del arenoso, para lo que es necesario suspenderlo en la solución mediante un movimiento suave de picado con el tubo irrigador y agitando simultáneamente el cilindro. Cuando elnivel del líquido llegue a 37.5cm (15 pulg.), se sube lentamente el tubo del sin cortar el chorro, de completamente manera que el nivel se mantenga en losamismos mientras seirrigador saca el tubo. El chorro se regula fueradel y ellíquido nivel final debe ajustarse los mismos37.5 37.5cm cm. Después se deja la probeta en reposo absoluto durante exactamente 20 minutos. Cualquier vibración o movimiento del cilindro durante este tiempo alterará el asentamiento normal de la arcilla en suspensión, lo que provocará resultados erróneos.
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7.
Transcurrido el período de 20 minutos, se anota la lectura del nivel total superior con la arcilla en suspensión, con una aproximación de 0.1pulgada. 8. Se introduce lentamente el pisón tarado dentro delcilindro, hasta que éste descanse sobre la arena. Segira la varilla ligeramente sin empujar hacia abajo, hasta que pueda verse uno de los tornillos insertados para centrar. Anote el nivel correspondiente de apoyo al centro del tornillo. 9. El equivalente de arena se calcula con la siguiente fórmula:
10.
Si el valor del equivalente de arena es menor que el valor especificado, se ejecutan dos pruebas adicionales con el mismo material y se toma elpromedio de las tres como el valor del equivalente de arena. 11. Para vaciar la probeta, se tapa y seagita hacia arriba y hacia abajo en posición invertida, hasta desintegrar el tapón de arena; debe vaciarse y lavarse dos veces cilindroscomienza de plásticoa perder no deben exponerse a la luz directa del inmediatamente sol más tiempo del necesario, porquecon esteagua. tipo Los de plásticos su transparencia y se estrella cuando queda expuesto a la luz.
Figura 2. Vista del conjunto
Precauciones para evitar errores Para evitar errores durante la ejecución de la prueba, se observan las siguientes precauciones:
Realizar la prueba en un lugar cerrado, bien ventilado, limpio y libre de corrientes de aire, de cambios de temperatura y de partículas que provoquen la contaminación de las muestras de material. Que todo el equipo esté perfectamente limpio, para que al hacer la prueba los materiales no se mezclen con agentes extraños que alteren el resultado. En forma especial, el cilindro estará limpio y sin residuos de material de pruebas anteriores.
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Verificar que los reactivos y soluciones correspondan a las características de los materiales indicados en el procedimiento de prueba. Cuidar que el operario de laboratorio esté capacitado para aplicar la irrigación y mantener el nivel de la solución dentro de los parámetros de prueba. Cuidar que el periodo de agitación, los ciclos y carrera del mismo, así como el tiempo de reposo del material y la solución, correspondan a lo indicado en este Manual. Cuidar que las lecturas se tomen inmediatamente después de terminado el periodo de reposo del material, sin realizar movimientos bruscos para no alterar las partículas, asimismo, que la iluminación sea adecuada y que el ángulo de visión sea el especificado. De no cumplirse lo indicado en esta Fracción, la lectura será considerada incorrecta y se repetirá la prueba.
Cálculos y Resultados. ENSAYO
LECTURA NIVEL SUPERIOR ARENA (PULG.)
LECTURA NIVEL SUPERIOR ARCILLA (PULG.)
EQUIVALENTE DE ARENA (%)
1 2* 3* PROMEDIO (E.A.)
*Ensayos adicionales Tabla 1. Formato de cálculos
Conclusión.
___________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________ Calidad del material según la normatividad SCT: ___________________________________________________________________________
________________________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________________________
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2.6 Partículas Alargadas y Lajeadas de Materi ales Pétreos para Mezclas Asfálticas Objetivo Determinar el contenido de partículas de formas alargada y lajeada presentes en los materiales pétreos empleados en la estructura de un pavimento. Descripción general Según Norma SCT M·MMP·4·04·005 la prueba consiste en separar el retenido en la malla N° 4 de una muestra de materiales pétreos, para determinar la forma de cada partícula, empleando calibradores de espesor y de longitud. Material y equipo.
Juego de mallas (cribas).
Tabla 1. Juego de mallas para material pétreo grueso
Balanza. Con capacidad de 20 kg y aproximación de 1,0 g.
Máquina agitadora para las mallas
Calibrador de espesores. Con la forma y dimensiones que se muestran en la Figura 1 de este Manual.
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Figura 1. Calibrador de espesores
Calibrador de longitudes. Con la forma y dimensiones que se muestran en la Figura 2 de este Manual.
Figura 2. Calibrador de longitudes
Cucharón Charolas
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Procedimiento. 1. Preparación de la muestra Si la muestra del material envasado que se recibe en laboratorio está saturada, se extiende sobre una superficie limpia para dejar que se escurra hasta contenido de agua constante o en condición de saturado y superficialmente seco, para posteriormente disgregar de forma manual aquel material que presente grumos, teniendo la precaución de no fragmentarlo por la presión aplicada. Hecho lo anterior, se cuartea el material hasta obtener una muestra de 25 kg aproximadamente, como se describe a continuación: Una vez que el material está disgregado, saturado y superficialmente seco, se apila hasta formar un cono. Desde el eje del cono y hacia la periferia se extiende el material hasta formar un cono truncado de 15 a 20 cm de altura. Se divide el cono truncado en cuatro partes iguales, de las cuales se toman dos cuartos opuestos para formar una muestra de aproximadamente 25 kg; en caso de exceder esta masa, se procede a reducir la cantidad de material mediante cuarteos sucesivos. Una vez separados los 25 kg se criba la muestra a través de la malla N°4 (4,75 mm) ya sea con equipo mecánico o de forma manual, colocando en una charola el material retenido y eliminando el material que pase por la malla.
2. Obtención de las muestras de prueba Esta prueba se realiza por duplicado, por lo cual se requieren dos muestras. Para la obtención de cada una de éstas se aplicarán cuarteos sucesivos siguiendo el procedimiento indicado anteriormente. No se permitirá el ajuste de la masa ni la inclusión o exclusión de tamaños para obtener la masa más próxima a la determinada, considerando lo siguiente:
Se selecciona una porción del material retenido en la malla N°4 que contenga más de 200 piezas, la cual se somete a un proceso de cribado considerando el arreglo de mallas indicado en la Tabla 1 de este Manual. Se registra el número de partículas retenido en cada malla verificando que al final el total de partículas retenidas por todas las mallas sea de 200 piezas como mínimo. Si el número de piezas es menor, se repetirá el procedimiento indicado en el Inciso anterior, aumentando el tamaño de la muestra hasta obtener el número de piezas mencionado. La masa total de cada una de las dos muestras obtenidas, se designará como M1 y M2 respectivamente, en gr.
3. Determinación del porcentaje de partículas con forma alargada: Para cada porción clasificada de cada una de las dos muestras de prueba, es decir, del número de partículas retenido en cada malla, se verifica que cada pieza pase por la ranura correspondiente del calibrador de longitudes, buscando la posición tal que su dimensión mayor sea paralela al eje del calibrador. Se reúnen todas las partículas que no hayan pasado por las ranuras del calibrador de longitudes y se determina su masa, designándola como ma, en gr. 4. Determinación del porcentaje de partículas con forma de laja (aplanada): Para cada porción clasificada de cada una de las dos muestras de prueba, es decir, del número de partículas retenido en cada malla, se verifica que cada pieza pase por la ranura correspondiente del calibrador de espesores, buscando la posición más adecuada. Se reúnen todas las partículas que hayan pasado por las ranuras del calibrador de espesores y se determina su masa, designándola como me, en g. Precauciones para evitar errores Para evitar errores durante la ejecución de la prueba, se observan las siguientes precauciones: Realizar la prueba en un lugar cerrado, con ventilación indirecta, limpio y libre de corrientes de aire que puedan provocar la contaminación de la muestra de prueba con otras partículas.
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Verificar que la muestra esté perfectamente seca al momento de efectuar su cribado. Que todo el equipo esté perfectamente limpio y funcional. Especialmente las mallas estarán limpias y sin indicios de falla, es decir, que los hilos presenten aberturas uniformes y no estén dañados ni rotos. Verificar que la balanza esté limpia en todas sus partes, bien calibrada y colocada en una
Cálculos y resultados Se calcula el porcentaje de las partículas con forma alargada, con relación a la masa de la muestra de prueba utilizada, empleando la siguiente expresión:
Donde: Ca = Por ciento en masa de partículas con forma alargada, (%) ma = Masa de las partículas con forma alargada, determinada en cada una de las muestras de prueba, según corresponda, (g) M = Masa total de la muestra para cada una de las muestras de prueba, es decir, M1 ó M2, según corresponda,
(g) Se calcula el porcentaje de las partículas con forma de laja, con relación a la masa de la muestra de prueba utilizada, empleando la siguiente expresión:
Donde: CP = Por ciento en masa de partículas con forma de laja, (%) me = Masa de las partículas con forma de laja, determinada en cada una de las muestras de prueba, según
corresponda, (g)
M = Masa total de la muestra para cada una de las muestras de prueba, es decir, M1 ó M2, según corresponda,
(g) En caso de que se presente una variación entre los cálculos del contenido de partículas con forma alargada (Ca) igual al 20% o mayor entre una muestra y otra, se considerará para el cálculo del resultado de la prueba el promedio de ambas; en caso contrario se considerará el valor que resulte mayor; lo mismo se hará para el contenido de partículas en forma de laja ( Cp). Se reportan los contenidos de partículas alargadas ( Ca) y lajeadas ( Cp), considerando lo indicado en la Fracción anterior. Asimismo se reporta como resultado de la prueba, el por ciento en masa de partículas alargadas y lajeadas, como la suma de Ca más CP.
23
M___________ gr 1
M
2
=____________ gr
Mallas
Mayor 2” 2” a 1½” 1 ½” a 1” 1” a ¾” ¾” a ½” ½” a 3/8” 3/8” a ¼”
(63 a 50mm)* (50 a 37.5mm) (37.5 a 28mm) (28 a 20mm) (20 a 14mm) ( 14 a 10mm) (10 a 6.3mm)
Masa de las partículas con forma alargada (gr)
--------
Masa de las partículas con forma de laja (gr)
---------
Total *Asignación en los calibradores Tabla 2. Formato de Cálculos
Para la muestra M1 = ___________ gr = ____________gr
____________%
Para la muestra M2 = ___________ gr = ____________gr
____________%
Resultado:
Conclusiones. ________________________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________________________ Calidad del material según la normatividad SCT: ________________________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________________________
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2.7 Desgaste. Mediante la Prueba de Los Ángeles Objetivo Determinar la resistencia a la trituración de los materiales pétreos. Descripción general Según la norma SCT M-MMP-4-04-006, la prueba consiste en colocar una muestra del material con características granulométricas específicas dentro de un cilindro giratorio, en donde es sometida al impacto de esferas metálicas durante un tiempo determinado, midiendo la variación granulométrica de la muestra como la diferencia entre la masa que pasa la malla N°12 (1,7 mm de abertura), antes y después de haber sido sometida a este tratamiento. Equipo y materiales Máquina de los ángeles Como la mostrada en la Figura 1 de este Manual, constituida por un cilindro de acero, hueco y cerrado en ambos extremos, con diámetro interior de 710 ± 5 mm y largo de 510 ± 5 mm, montado sobre dos soportes ubicados al centro de sus caras paralelas, que le permitan girar sobre su eje de simetría en posición horizontal con una velocidad angular de 30 a 33 rpm. El cilindro tendrá una abertura que permita introducir la muestra de prueba y las esferas metálicas, con una tapa de cierre hermético diseñada con la misma curvatura del cilindro para que la superficie interior del mismo sea continua y uniforme; además tendrá en su parte interior
una placa de acero removible de 2,5 cm (1”) de espesor, que se proyecte radialmente 8,9 cm (3½”) en toda la
longitud del cilindro y contará con un dispositivo para registrar el número de revoluciones que dé el cilindro.
Figura 1. Máquina de Los Ángeles
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Carga abrasiva. Esferas de hierro fundido o acero, con un diámetro promedio de 47 mm y una masa de entre 390 y 445 g cada una. Juego de mallas (cribas). Con abertura determinada conforme a lo indicado en la tabla de este manual. Horno. A temperatura constante de 110 ± 5°c.
Balanza. Con capacidad de 20 kg y aproximación de 0,1 g. Máquina agitadora para las mallas Cucharón Charolas Agua potable.
Procedimiento de la prueba 1. Preparación de la muestra De la muestra del material envasado que se recibe en laboratorio, se disgrega de forma manual el material que presente grumos, teniendo la precaución de no fragmentarlo por la presión aplicada. Hecho lo anterior, se cuartea el material hasta obtener una muestra de aproximadamente 40 kg, como se describe a continuación:
Una vez que el material está disgregado, se apila hasta formar un cono.
Desde el eje del cono y hacia la periferia se extiende el material hasta formar un cono truncado de 15 a 20 cm de altura.
Se divide el cono truncado en cuatro partes iguales, de las cuales se toman dos cuartos opuestos para formar una muestra de aproximadamente 40 kg; en caso de exceder esta masa, se procede a reducir la cantidad de material mediante cuarteos sucesivos.
La muestra resultante se lava mediante un chorro de agua para eliminar el polvo adherido y posteriormente se seca en el horno a una temperatura de 110 ± 5°C hasta masa constante.
Considerando el arreglo de mallas indicado en la Tabla 1 de este Manual, el material de la muestra se separa y clasifica obteniendo su granulometría, de acuerdo con el procedimiento establecido en el Manual M·MMP·4·04·002, Granulometría de Materiales Pétreos para Mezclas Asfálticas, eliminando el material que pase por la malla N°10.
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2. Una vez separado y clasificado el material de la muestra, de la Tabla 2 se elige el tipo de composición que se utilizará para integrar la muestra de prueba, que mejor se asemeje a las características granulométricas obtenidas. 3. Se integra la muestra de prueba con las proporciones correspondientes a cada rango de tamaños, de acuerdo con las cantidades indicadas en la Tabla 2 de este Manual. 4. Se obtiene la masa de la muestra de prueba integrada, registrándola como Pi, con aproximación de 1 g y se introduce a la máquina de Los Ángeles. 5. De acuerdo con lo indicado en la Tabla 2 de este Manual, se define la cantidad de esferas requeridas y se verifica que su masa total cumpla con lo establecido en dicha Tabla. Hecho lo anterior, se introducen las esferas a la máquina de Los Ángeles y se hace funcionar a una velocidad angular de 30 a 33 rpm, durante 500 revoluciones. 6. Se retira el material del interior de la máquina depositándolo en una charola. Se desecha la fracción de la muestra de prueba que pase la malla N°12 (1,7 mm de abertura), para lo que se puede hacer pasar el material por todas las mallas indicadas en la Tabla 1 de este Manual. Una vez desechado el material menor de 1,7 mm, se lava la muestra de prueba con un chorro de agua y se seca en el horno a una temperatura de 110 ± 5°C hasta masa constante. 7. Finalmente se deja enfriar la muestra de prueba a temperatura ambiente, para determinar su masa con aproximación de 0,1 g, registrándola como Pf.
Tabla 2. Composición de la muestra de prueba y cargas abrasivas
Precauciones para evitar errores. Para evitar errores durante la ejecución de la prueba, se observarán las siguientes precauciones:
Realizar la prueba en un lugar cerrado, con ventilación indirecta, limpio y libre de corrientes de aire que puedan provocar la contaminación de la muestra de prueba con otras partículas.
Verificar que la muestra esté perfectamente seca al momento de efectuar los cribados. Que todo el equipo esté perfectamente limpio y funcional. Especialmente las mallas estarán limpias y sin indicios de falla, es decir, que los hilos presenten aberturas uniformes y no estén dañados ni rotos.
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Que la máquina de Los Ángeles esté perfectamente limpia y libre de residuos de material en su interior, que el mecanismo de control de revoluciones trabaje correctamente y que la placa radial cumpla con las dimensiones indicadas en la Fracción D.1. de este Manual.
Verificar que las esferas cumplan con las dimensiones y masas indicadas en la Tabla 2 y la Fracción D.2. de este Manual, respectivamente.
Verificar que la balanza esté limpia en todas sus partes, bien calibrada y colocada en una superficie horizontal, sin vibraciones que alteren las lecturas.
Verificar que el horno esté limpio y completo en todas sus partes y que su termostato trabaje correctamente.
Cuidar que la muestra de prueba esté integrada conforme a alguna de las composiciones indicadas en la Tabla 2 de este Manual.
Cálculos y resultados Se calcula y reporta como resultado de la prueba, el desgaste por trituración, utilizando la siguiente expresión:
Pa = Desgaste por trituración Los Ángeles, (%) Pi = Masa inicial de la muestra de prueba, (g) Pf = Masa final del material de la muestra de prueba mayor de 1,7 mm (malla N°12), (g) Pa = ___________ gr Pi = ___________ gr Pf = ___________ %
Conclusiones. ________________________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________________________ Calidad del material según la normativa SCT: ________________________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________________________
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2.8 Valor Soporte de California (CBR) y Expansión (Exp) Objetivo Determinar el Valor Soporte de California ( CBR) así como la expansión ( Exp) srcinada por saturación de los materiales, en especímenes compactados dinámicamente. Descripción general Según la norma SCT M-MMP-1-10 la prueba consiste en compactar dinámicamente especímenes del material bajo estudio, con un contenido de agua igual al óptimo; someter a cada espécimen a un proceso de saturación para obtener su cambio volumétrico, y una vez saturado, introducir en él un pistón de penetración de acero, con el propósito de cuantificar las cargas necesarias para lograr magnitudes de penetración específicas. La expansión (Exp) de cada espécimen es la relación en porcentaje del incremento de su altura debido a la saturación, entre su altura srcinal y la menor relación en porcentaje de las cargas aplicadas para producir penetraciones de 2.54 mm y 5,08 mm, entre las cargas de referencia de 13 .34 kN (1 360 kg) y 20.01 kN (2 040 kg) respectivamente, es su correspondiente Valor Soporte de California ( CBR). Con los datos obtenidos de los tres especímenes, se estiman la expansión ( Exp) y el Valor Soporte de California ( CBR) que tendría el material compactado al grado de compactación especificado
Materiales y equipo. Equipo de carga. Como el mostrado en la Figura 1 de este Manual, compuesto por:
Figura 1. Equipo de carga Un gato de carga, mecánico o hidráulico, capaz de proveer un desplazamiento constante de 1.27 mm/min y con la capacidad mínima que se indica en la Tabla 1 de este Manual, de acuerdo con el máximo CBR que se espere determinar, provisto con un plato de apoyo donde se colocará el espécimen por probar.
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Tabla 1. Capacidad mínima del equipo de carga Un marco de carga adosado al gato de carga y adaptado para sujetar el anillo de medición y el pistón de penetración. Anillos de medición de carga calibrados, con una capacidad acorde al nivel de carga que se indica en la Tabla 1 de este Manual, provistos con un extensómetro de 5 mm de carrera, con graduaciones a cada 0,001 mm y carátula ajustable a ceros. Los anillos con capacidad de 10 y 30 kN (1 020 y 3 060 kg, respectivamente), con aproximación de lectura de 44 N (4.54 kg), han dado buenos resultados. Un pistón de penetración de acero, con sección circular de 49.63 ± 0,13 mm de diámetro y aproximadamente 100 mm de longitud. Un extensómetro para medir la penetración, de 25 mm de carrera mínima, con aproximación de 0.01 mm y carátula ajustable a ceros; provisto de una abrazadera con varillas de extensión y dispositivo giratorio, para acoplarlo al pistón de penetración y acomodarlo para apoyar su vástago sobre las paredes de los moldes Un cronómetro o reloj con aproximación de 1 s. Opcionalmente, en lugar del equipo de carga descrito se puede utilizar una prensa mecánica, hidráulica o neumática, con capacidad de 29.42 kN (3 t); aproximación de lectura mínima de 44 N (4.54 kg); control de velocidad de aplicación de cargas que permita un desplazamiento constante de 1.27 mm/min, sin producir impactos o pérdida de carga, y que cuente con el pistón, el extensómetro y el cronómetro.
Figura 2. Dispositivo de medición de expansión
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Dispositivos de medición de expansión Tres dispositivos de medición de expansión como el mostrado en la figura 2 de este manual, compuestos por: una placa de expansión circular de 149.23 a 150.81 mm de diámetro, con al menos 42 orificios de 1.6 mm de diámetro distribuidos uniformemente, provista de un vástago de altura ajustable. Un trípode para soportar un extensómetro de 5 mm de carrera mínima, con aproximación de 0.01 mm y carátula ajustable a ceros, para medir la expansión ( exp) del material.
Moldes Tres moldes cilíndricos de acero, de 152.4 ± 0,66 mm de diámetro interior y 177.8 ± 0,46 mm de altura, provistos cada uno de un collarín de extensión de 50.8 mm de altura mínima, con el mismo diámetro interior del molde y de una placa de base perforada con al menos 28 orificios de 1.6 mm de diámetro, distribuidos uniformemente, así como de una placa de base sin perforaciones por cada grupo de moldes. Los moldes tendrán un volumen de 2 124 ± 25 cm 3. Tanto las placas de base como el collarín estarán fabricados de tal manera que se puedan acoplar en cualquier extremo del molde, como se muestra en la figura 3 de este manual.
Figura 3. Molde con collarín de extensión para la determinación del valor soporte de california ( cbr)
Disco espaciador Disco de acero de 150.8 ± 0.8 mm de diámetro y 61.4 ± 0.13 mm de altura, como el mostrado en la figura 4 de este manual, provisto con un maneral desmontable para extraer el disco espaciador del molde.
Figura 4. Disco espaciador y maneral
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Pisones Dos pisones metálicos del tipo martillo deslizante, uno con masa de 2.5 ± 0,01 kg y altura de caída de 305 ± 1 mm, y otro con masa de 4.54 ± 0,01 kg y altura de caída de 457 ± 1 mm, ambos con cara inferior de apisonado circular de 50.80 ± 0,25 mm de diámetro y acoplados a sendas guías metálicas tubulares, con la forma y dimensiones mostradas en la figura 5.
Figura 5. Pisón compactador tipo martillo deslizante
Placas de carga Un juego de placas circulares de acero, como las mostradas en la figura 6 de este manual, integrado por:
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Figura 6. Placas de carga Una o dos placas anulares, con diámetro de 149.23 a 150,81 mm, con un orificio central de aproximadamente 54.0 mm de diámetro y con una masa de 4.54 ± 0.02 kg. Dos placas ranuradas, con diámetro de 149.23 ± 1,6 mm y una masa de 2.27 ± 0.02 kg cada una. La ranura que comunique el orificio central con el perímetro exterior tendrá un ancho de aproximadamente 54.0 mm.
Tanque de saturación. Con capacidad suficiente para mantener el nivel del agua 25 mm por encima de los moldes. Mallas ¾" y No. 4. Con abertura nominal de ¾” (19 mm) y N°4 (4.75 mm) respectivamente Balanza. Con capacidad mínima de 15 kg y aproximación de 1 g. Charolas Cucharón Probetas. Con capacidad de 500 cm3 y graduaciones a cada 5 cm 3. Regla. Metálica, con una arista cortante, de aproximadamente 25 cm de largo.
Aceite. Para lubricar las paredes de los moldes. Papel filtro. Paquete de papel filtro grueso, circular de 149.23 a 150.81 mm de diámetro.
Procedimiento: 1. Secar el material al aire o calentándolo a 60 OC. Disgregar los terrones existentes y tener cuidado de no romper las partículas individuales de la muestra. La muestra deberá cribarse por la malla ¾ ”. La fracción retenida en la malla ¾” deberá descartarse y reemplazarse en igual proporción por el material comprendido entre las mallas ¾” y No. 4. Luego se mezcla bien. Se necesitan por lo menos
2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10.
5 kg de material superficialmente seco (Ws). Se determina la cantidad de agua (Vw ) en cm3 que deberá incorporarse al suelo para reproducir la humedad óptima y el peso específico seco máximo. En el cilindro con su collar colocar el disco espaciador y el papel filtro Llenar el molde en 5 capas compactando con golpes 56 golpes por capa, conservar material para verificar la humedad del espécimen Quitar el collar y enrasar bien Voltear el molde Quitar el disco espaciador y el filtro Se calcula del Peso específico seco máximo ( ) y humedad óptima( w ) . Ver tablas de ayuda op d max Poner el filtro sobre la superficie enrasada y esta va a ser la parte inferior de la muestra En la parte donde estaba el espaciador colocar otro filtro y el plato con un vástago graduable Sobre este plato se colocan las sobrecargas necesarias (2 placas mínimo 4.5 Kg)
33
11. Se coloca el molde dentro de un recipiente con agua suficiente para que pueda cubrir por completo el molde, máximo 2.5 cm por arriba del molde. 12. Se monta el trípode con un extensómetro y se toma una lectura inicial (h0). Se tomará cada 24 horas 13. Después de 96 horas o antes de saturación, depende si el material es expansivo o no, se tomara la última lectura (hf) para calcular la expansión. 14. Retirar del tanque de saturación el molde con el espécimen, cuidadosamente se elimina el agua de la parte superior del molde y se deja drenar durante 15 min. 15. Se efectúan las nueve penetraciones del pistón con el equipo de carga Nota: antes de iniciar las penetraciones dar una carga inicial de 4.54Kg (10 lbs) En una gráfica como la que se muestra en la Figura 8, en la que en el eje de las abscisas se indican las penetraciones y en el de las ordenadas las cargas, se marcan los puntos correspondientes a cada una de las determinaciones, los que se unen con una línea continua que no presente cambios bruscos de pendiente. Una curva como la “F”, dibujada con línea discontinua en la Figura 7, indicará que la penetración no estuvo bien
efectuada, por lo que se desechará el espécimen, siendo necesario repetir su compactación, expansión y penetración, como se indica en este Manual.
Figura 7. Curvas típicas de carga-penetración se muestra en la Figura 7, se efectúa una corrección como se ilustra en la Figura 8 de este Manual, trazando una tangente en el punto de inflexión ( PI), hasta cortar el eje de las abscisas en el punto que se designa como O’, el cual se tomará como nuevo srcen de las penetraciones y a partir de él se marcan los puntos P2.54 y P5.08 correspondientes a las penetraciones de 2.54 y 5.08 mm, respectivamente; las ordenadas CC2.54 y CC5.08 representan las cargas corregidas para dichas penetraciones, en kN, que se tomarán como las cargas C2.54 y C5.08 correspondientes. En los casos en que el inicio de la curva presente una concavidad hacia arriba, como la curva “E” que
34
Figura 8. Corrección de la curva carga-penetración
Precauciones Para evitar errores durante la ejecución de la prueba, se observarán las siguientes precauciones para cada uno de los especímenes de prueba: Compactación Que la porción de prueba se le haya agregado uniformemente la cantidad de agua necesaria para su compactación y que el material, una vez mezclado con el agua, quede homogéneo.
Que una vez mezclado el material de la porción de prueba con el agua, ésta no se pierda durante el proceso de compactación. Que el material sobresalga del molde en un espesor promedio de 1.5 cm como máximo, una vez terminada la compactación de las tres capas de la porción de prueba. Que no queden oquedades en el material compactado después de haber sido enrasado. Que Saturación el molde con el espécimen compactado y las placas de carga quede sumergido en el tanque de saturación, en posición vertical, permitiendo el libre flujo de agua tanto en la parte inferior como en la superior del espécimen, con un tirante de aproximadamente 25 mm sobre la parte superior del molde y que este tirante se mantenga constante durante el tiempo que dure la saturación.
35
Que al iniciar la saturación el trípode del dispositivo de medición de expansión quede bien apoyado sobre el molde sumergido y que el vástago de su extensómetro quede en contacto con el vástago de la placa de expansión. Que la última lectura en el extensómetro del dispositivo de medición de expansión se tome cuando su aguja no muestre movimiento alguno en un periodo de 24 h, salvo que se trate de materiales granulares que presenten un drenaje rápido, en cuyo caso dicho periodo será de 12 h. Que al extraer el molde con el espécimen saturado se elimine el agua de su parte superior sin alterar la superficie del espécimen y que se deje drenar durante 15 min antes de determinar la masa del molde con el espécimen saturado Penetración Que el equipo de carga esté correctamente nivelado en posición vertical antes de iniciar la penetración del espécimen.
Que al instalar el extensómetro para medir la penetración del equipo de carga, su vástago quede correctamente apoyado sobre la pared del molde y que tanto su carátula como la del extensómetro del anillo de medición de carga se pongan en ceros. Que las lecturas de las cargas en el extensómetro del anillo de medición de carga, se tomen a las penetraciones establecidas en los tiempos previstos, que se indican en la Tabla 3 de este Manual.
Cálculos y Resultados.
De la prueba de compactación Proctor Modificada o AASHTO:
wop
_________ %
( d ) max ____________ Kg / m 3 Cantidad de agua en (cm3) que deberá incorporarse al suelo para desarrollar el peso especifico seco máximo
Vw Vw WS
WS ( w%) 100
Volumen de agua por agregar (cm3) Peso del material seco (g)
w% Contenido de agua optima práctica ( wop ) . WS
____________________________
Vw
____________________________
Verificación del Peso específico seco máximo ( d ) max y humedad optima ( wop ) m
Wm V
d
m
1
w% 100
36
1
Espécimen Número Peso específico seco
Peso del molde Wt (g) Peso del molde + Suelo húmedo Wi (g) Peso suelo húmedo Wm (g) Volumen del molde V (cm³) Peso volumétrico húmedo m (kg/m³) Peso volumétrico seco
d
(kg/m³)
Contenido de agua
Cápsula número Peso de capsula (g) Peso cápsula + Suelo húmedo (g) Peso de capsula + suelo seco (g) Peso de agua (g) Peso suelo seco Ws (g) Contenido de agua w (%)
Determinación de la expansión después de la saturación: 100(h)
Exp
H
Exp = Expansión del espécimen compactado en el molde (%) Δh = Diferencia entre las lecturas inicial ( h0) y final (hf) (mm) H = Altura del molde igual a la altura del suelo compactado (mm) h0= ____________________________ hf = __________________ H = ________________
Lecturas
Tiempo Penetración (min : seg) (mm) 1 0:30 0.64 2 1:00 1.27 3 1.30 1.91 4 2:00 2.54 5 3:00 3.81 6 4:00 5.08 7 6:00 7.62 8 8:00 10.16 9 10:00 12.70 Tabla 3. Penetraciones después de saturación
Exp = ______________
Carga Lbs.
Kg
37
Figura 6. Curva carga-penetración
CBR2.54
100C2.54 1360
CBR5.08
100C5.08 2040
Donde: CBR2.54 CBR5.08 C2.54 C5.08
=Valor Soporte de California determinado para una penetración de 2.54 mm =Valor Soporte de California determinado para una penetración de 5.08 mm =Carga aplicada o corregida (Kg) para una penetración de 2.54 mm =Carga aplicada o corregida (Kg) para una penetración de 5.08 mm
Se selecciona como el Valor Soporte de California (CBR) de cada espécimen compactado, al valor que resulte menor entre los CBR2.54 y CBR5.08 De grafica corregida C2.54 = __________________ C5.08 = _________________ CBR2.54 = ______________ CBR5.08 = ________________
CBR ____________ %
38
Conclusiones. ________________________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________________________ Calidad del material según la normativa SCT: ________________________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________________________
2.9 Afinidad entre el material pétreo y el asfalto. Prueba de pérdida de estabilidad por inmersión en agua. Objetivo. Determinar la afinidad entre el material pétreo y la película de asfalto que la cubre, para conocer si entre dichos materiales existe una liga que permita las condiciones de estabilidad satisfactorias. La determinación de la afinidad del material pétreo es muy importante para juzgar el comportamiento de las capas de un pavimento. Descripción general. Según la norma SCT M-MMP-4-05-042, consiste en determinar la disminución de Estabilidad Marshall que se presente en especímenes sumergidos en agua durante 4 días, en relación con sus respectivos duplicados que no se sometieron a la inmersión en agua. Materiales y Equipo. Un molde de compactación de 4" dediámetro, provisto de un collarín y una placa de base. Un sostén del molde de compactación, para sujetar firmemente el molde. Un pisón de compactación con superficie circular de apisonado de 98.4 mm, (3-7/8"), de diámetro,
equipado con una pesa deslizante de 4.536 kgs. (10lbs.) cuya altura de caída es de 45.7cm. (18"). Una máquina de compresión Un tanque de saturación Hornilla eléctrica para calentar los agregados Charola de lámina. Cucharones de lámina. Un termómetro blindado para registrar temperaturas entre 10y 200C. Una balanza con capacidad de 20kg. y sensibilidad de un gramo. Una cuchara mezcladora Una espátula
Procedimiento: 1. Elaboración de los especímenes Fijada la granulometría de mezcla asfáltica cumpliendo especificaciones:
Se fabricarán 4 especímenes, cada uno de los cuales requiere aproximadamente 1100 gramos de agregado pétreo. La de cemento asfáltico deberá agregarse calcularámínimo sobre lade base del contenido mínimo decantidad asfalto que se determina por que método explicado ense contenido asfalto (Método de fórmulas empíricas) más un pequeño exceso correspondiente al producto que quede adherido a la charola que puede ser de 0.5% de producto.
39
Se mezclarán los agregados y el cemento asfáltico, calentados previamente a las temperaturas de 175120C, respectivamente hasta obtener una distribución uniforme delasfalto. La temperatura de lamezcla no deberá ser menor de 100C, al momento de elaborar el espécimen. En ningún caso la mezcla deberá ser recalentada.
Para compactar la mezcla asfáltica se procederá en la forma siguiente: el pisón de compactación y el molde se calentarán en un baño de agua hirviendo. Una vez caliente se sacará el equipo del baño y se colocará un papel filtro en el fondo del molde y se llenará este conla mezcla caliente. Se apoyará el pisón sobre la mezcla y se aplicarán de50 ó 75 golpes con la pesa deslizante. La cara delpisón será mantenida paralelamente a la base del molde durante el proceso de compactación. Se quitará el collarín y se invertirá la posición del molde; se colocará el collarín y seaplicarán otros 50 a 75 golpes enel espécimen.
Se removerá el collarín y la placa de base, y el molde con su contenido se sumergirá en agua fría por un tiempo mínimo de 2 minutos. el espécimen del molde, se identificará y setener dejará la temperatura ambiente durante Se 12 extraerá a 24 horas. Los especímenes compactados deberán unaenfriar alturaade 63.5 mm (2 1/2"), con una tolerancia de 3.2 mm (1/8").
2.
Prueba a los especímenes La prueba de los especímenes comprende la determinación de la estabilidad de los 4 especímenes elaborados.: Dos especímenes bajo saturación en agua sumergidos por 4 días y los otros dos restantes en el aire. Terminando el período de inmersión, se sacarálos dos especímenes del tanque y se secará su superficie. Se limpiará la superficie del anillo seccionado y se lubricarán los postes guía de tal manera que la sección superior del anillo deslice libremente. Se colocará el espécimen entre las dos secciones de la cabeza de prueba y se centrará el conjunto en la máquina de compresión. Se aplicará la carga al espécimen a una velocidad constante. La carga máxima aplicada para producir la falla de los especímenes se deberá registrar como el valor de estabilidad Marshall. Lo mismo se hará para los especímenes curados al aire. Se corregirán los valores de estabilidad de los especímenes que no tengan la altura especificada de 63.5 mm,1multiplicando los valores obtenidos por los factores de corrección que se dan en la siguiente tabla No.
ALTURA DEL ESPÉCIMEN mm 55 56 57 58 59 60 61 62 63
FACTOR DE CORRECCIÓN 1.27 1.23 1.20 1.16 1.13 1.10 1.07 1.04 1.01
ALTURA DEL ESPÉCIMEN mm 63.5 64.0 65.0 66.0 67.0 68.0 69.0 70.0 71.0
FACTOR DE CORRECCIÓN 1.00 0.98 0.96 0.94 0.92 0.90 0.88 0.86 0.84
Tabla No. 1 Factores de corrección para laestabilidad.
Cálculos y Resultados. Se calcula mediante:
PE (1
R2 )100 R1
40
PE = Pérdida de Estabilidad Marshall por inmersión en agua en % R1 = Estabilidad Marshall promedio que se presente en especímenes no sumergidos en agua en Kg R2 = Estabilidad Marshall promedio que se presente en especímenes sumergidos en agua en Kg
ESPÉCIMEN NO SUMERGIDO
ALTURA cm
FACTOR DE CORRECCIÓN
ESTABILIDAD Kg
ESTABILIDAD CORREGIDA kg
1 2 R1
ESPÉCIMEN SUMERGIDO
ALTURA cm
FACTOR DE CORRECCIÓN
ESTABILIDAD Kg
ESTABILIDAD CORREGIDA kg
1 2 R2 PE = ___________ %
Conclusiones. ________________________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________________________ Calidad del material según la normatividad SCT: ________________________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________________________
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III. PRUEBAS DE CLASIFICACIÓN Y CALIDAD A UN CEMENTO ASFÁLTICO 3.1 Densidad o peso específico relativo del asfalto Objetivo. Determinar el peso específico relativo o densidad de los cementos asfálticos, con fines de clasificación del producto asfáltico y de diseño de mezclas asfálticas. Este dato también se utiliza en el cálculo de volúmenes de los cementos asfálticos y en la determinación del porcentaje de vacíos en mezclas asfálticas compactadas. Descripción general. En base a la norma SCT 6-01-03-011-C.02, se presenta un método para determinar la densidad o peso específico relativo de materiales asfálticos, que es la relación entre el peso de un volumen dado del material a veinticinco grados centígrados (25°C) y el peso de un volumen igual de agua a la misma temperatura.
Materiales y Equipo. Picnómetro de vidrio, de forma cilíndrica o cónica, de 22 a 26 mm de diámetro, con tapón de vidrio esmerilado, provisto de un orificio central de 1 a 2 mm de diámetro. El picnómetro debe tener una capacidad de 24 a 30 cm 3. termómetro de inmersión total, con escala que abarque de – 8 a 32°C y aproximación de 0.1°C. Balanza con aproximación de 1 mg. Vaso de precipitado de 500 cm3. 3 Vaso de precipitado de 250 cm . Baño de agua que permita regular la temperatura hasta 50°C, con aproximación de 0.1°C. Fuente de calor. Agua destilada. Procedimiento. 1. Se limpian y secan perfectamente el picnómetro y el tapón, y a continuación se pesan conjuntamente, anotando este peso como W f, con aproximación de 0.001 g. 2. Se llena el picnómetro con agua destilada, recientemente hervida para eliminarle el aire, se le inserta firmemente el tapón y se sumerge todo el conjunto, durante no menos de 30 minutos, en un vaso con agua destilada que se mantendrá a 25 ± 0.2°C dentro del baño de agua. A continuación se saca parcialmente el picnómetro del agua y se procede a secar la superficie exterior del tapón, cuidando que el orificio quede totalmente lleno de agua. En seguida se saca completamente el picnómetro del vaso y con un paño seco y limpio se elimina rápidamente la humedad que tenga la superficie exterior del mismo; inmediatamente después se pesa el picnómetro con su tapón y el agua que contiene, y se anota este peso como Wfw, con aproximación de 0.001 g; efectuado lo anterior, se elimina el contenido del picnómetro y se procede a limpiarlo y secarlo. 3. se fluidifican en un vaso de precipitado 100 g de cemento asfáltico aproximadamente, aplicando calor en forma lenta y evitando que haya pérdida por evaporación. Cuando la muestra esté suficientemente fluida, se calienta ligeramente el picnómetro y en seguida se vierte en éste una cantidad de cemento asfáltico, suficiente para llenarlo hasta la mitad aproximadamente, sin que el cemento asfáltico escurra por sus paredes y procurando que no se formen burbujas. A continuación, se dejan enfriar el picnómetro y su contenido a la temperatura ambiente y se pesan junto con el tapón, anotando este peso como W fa, con aproximación de 0.001 g. 4. En seguida se termina de llenar el picnómetro con agua destilada y sin aire, y se le inserta firmemente el tapón. El picnómetro y su contenido se sumergen completamente durante no menos de 30 minutos, en un vaso con agua destilada que se mantiene a 25 ± 0.2°C dentro del baño de agua. A continuación se saca parcialmente del agua el picnómetro y se seca la superficie exterior del tapón, cuidando que el orificio quede completamente lleno de agua. En seguida se saca totalmente el picnómetro del vaso y con un paño seco y limpio se elimina rápidamente toda la humedad de la superficie exterior del mismo; inmediatamente, se pesa el picnómetro con su contenido y el tapón, anotando este peso como W faw, con aproximación de 0.001 g. 5. Se calcula y reporta el peso específico relativo del cemento asfáltico con aproximación de 0.001 g, determinado con la siguiente fórmula:
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En donde: SCA Wf Wfw Wfa Wfaw Wa Ww
es el peso específico relativo o densidad del cemento asfáltico, adimensional. es el peso del picnómetro, en gramos. es el peso del picnómetro lleno de agua, en gramos. es el peso del picnómetro con asfalto, en gramos. es el peso del picnómetro con asfalto y agua, en gramos. es el peso del cemento asfáltico contenido en el picnómetro con asfalto, en gramos. es el peso del agua destilada, en gramos, correspondiente a un volumen igual al del cemento asfáltico, estando ambos a 25°C.
Cálculos y Resultados. Registro de datos Picnómetro W(g) f
W fw (g)
W (g) fa
W faw (g)
S
CA
Conclusiones. ________________________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________________________ Calidad del material según la normatividad SCT: ________________________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________________________
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3.2 Penetración en Cementos y Residuos Asfálticos Objetivo. Esta prueba permite determinar la consistencia de los cementos asfálticos, así como de los residuos por destilación de las emulsiones y asfaltos rebajados, mediante la penetración vertical de una aguja en una muestra de prueba de dichos materiales bajo condiciones establecidas de masa, tiempo y temperatura.
Descripción general. Según la norma M·MMP·4·05·006, esta prueba consiste en determinar la penetración vertical de una aguja en una muestra de los cementos asfálticos, así como de los residuos por destilación de las emulsiones y asfaltos rebajados bajo condiciones establecidas de masa, tiempo y temperatura. Materiales y equipo.
Aparato de penetración o penetrómetro para asfaltos como el mostrado en la Figura 1. Agujas de acero inoxidable, totalmente endurecidas y perfectamente pulidas, con la forma y dimensiones que se muestran en la Figura 2. Cápsula de penetración de metal o de vidrio refractario, de forma cilíndrica y con el fondo plano; con diámetro interior de 55 mm y altura interior de 35 mm, para penetraciones menores de 20 mm; o diámetro interior de 70 mm y altura interior de 45 mm para penetraciones entre 20 y 35 mm. Baño de agua con temperatura controlable hasta 50°C y aproximación de 0,1°C, con dimensiones y características tales que le permitan una capacidad mínima de 10 L. Termómetro con rango de 0 a 50°c y aproximación de 1°C. Cronómetro con aproximación de 0.2 s. Recipiente de manejo de metal, plástico o vidrio, de forma cilíndrica adecuada para manejar y mantener sumergida la cápsula de penetración que contenga la muestra de prueba; de 350 cm3 de capacidad y con relieves en el fondo para evitar que la muestra que contiene se mueva durante el proceso de ensaye. Malla número 50, d e 300 μm de abertura, cuando se prueben residuos por destilación de emulsiones asfálticas. Espátula de níquel de 20 cm de longitud, cuando se prueben residuos por destilación.
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Procedimiento de la prueba. La prueba se realiza en la forma siguiente: 1. Preparación de la muestra. La muestra de prueba, según se trate de cemento asfáltico o del residuo por destilación, se prepara como se indica a continuación:
Muestra de cemento asfáltico: De la muestra de cemento asfáltico, obtenida según se establece en el Manual M·MMP·4·05·001, Muestreo de Materiales Asfálticos, se toma una porción de volumen ligeramente mayor al de la cápsula de penetración y se calienta en un recipiente apropiado, agitándola en forma continua con el objeto de distribuir la temperatura uniformemente, hasta que adquiera la fluidez suficiente para facilitar su vaciado en dicha cápsula, cuidando que durante su calentamiento no se formen burbujas de aire, que la temperatura alcanzada no exceda de 130°C y que esta operación se realice en un lapso menor de 30 min. Hecho esto, inmediatamente se llena la cápsula con la muestra de prueba, se cubre adecuadamente para protegerla del polvo y se deja enfriar hasta que alcance la temperatura ambiente.
Muestra del residuo por destilación de una emulsión asfáltica: Inmediatamente después de obtener el residuo por destilación de la emulsión asfáltica mediante el procedimiento de prueba indicado en el Manual M·MMP·4·05·012, Destilación de Emulsiones Asfálticas, se destapa el alambique utilizado en esa prueba, se homogeneiza su contenido con la espátula y se llena la cápsula de penetración vertiendo el residuo a través de la malla N° 50, se cubre adecuadamente para protegerla del polvo y se deja enfriar hasta que alcance la temperatura ambiente.
2. Se coloca la cápsula de penetración que contiene la muestra de prueba dentro del recipiente de manejo, para introducirlos posteriormente en el baño de agua, cuando éste mantenga una temperatura de 25°C o la que se especifique para la prueba. Se sumerge dicho recipiente completamente y se mantiene así por espacio de 2 h, con objeto de que el producto asfáltico adquiera esa temperatura. 3. Se coloca el penetrómetro sobre una superficie plana, firme y sensiblemente horizontal, se le acopla la aguja y se lastra para que el elemento que se desplaza tenga una masa de 100 ± 0.1 g o la masa que se especifique para la prueba y finalmente se nivela perfectamente el penetrómetro. 4. Se saca del baño de agua el recipiente de manejo, el cual contiene la muestra de prueba en su cápsula de penetración, cuidando que tenga agua suficiente para cubrir completamente la cápsula. Se colocan el recipiente y la cápsula sobre la base del penetrómetro, de tal manera que la muestra quede bajo la
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aguja. Se ajusta la altura de la aguja hasta que haga contacto con la superficie de la muestra, lo que se logra haciendo coincidir la punta de la aguja con la de su imagen reflejada en la superficie de la muestra. Se hace coincidir la manecilla del penetrómetro con el cero de su carátula, hecho esto se oprime el sujetador para liberar la aguja únicamente durante 5 s o durante el tiempo que se especifique para la prueba, después de lo cual se toma la lectura registrándola en décimos de milímetro. Se deben hacer por lo menos tres penetraciones sobre puntos diferentes de la superficie de la muestra de prueba, separados entre sí y de la pared de la cápsula de penetración 10 mm como mínimo. Se limpiará cuidadosamente la aguja después de cada penetración sin desmontarla y, de ser necesario, para ajustar la temperatura a 25°C o a la especificada para la prueba, se regresará el recipiente de manejo con la muestra al baño de agua. Para la limpieza de la aguja se utilizará un paño humedecido con tricloroetileno, y después un paño seco y limpio. Para materiales asfálticos suaves, con penetraciones mayores de 22.5 mm, se tienen que emplear por lo menos tres agujas, las que se deben ir dejando introducidas en la muestra de prueba al hacer las penetraciones. Se reporta como resultado de la prueba, el promedio de las profundidades a las que haya entrado la aguja en por lo menos tres penetraciones, expresadas en décimos de milímetro y con aproximación a la unidad, valor conocido también como grado de penetración. Las penetraciones utilizadas para el cálculo del promedio, deben estar dentro de las diferencias permisibles mostradas en la Tabla 1, de lo contrario la prueba se repetirá. En el la reporte quedarán asentados la temperatura, la masa y el tiempo de penetración con los que se realice prueba.
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Valor de la penetración (0.1 mm) 49 0– 149 50 – 249 150 –
Diferencias permisibles (0.1 mm) 2 4 6
8 ≥ 250 Tabla 1. Diferencias permisibles entre los valores de penetración considerados para el cálculo de resultados
Precauciones para evitar errores:
Tener especial cuidado en realizar la prueba bajo las condiciones de temperatura, masa y tiempo de penetración que se especifiquen.
Cuidar queque no exista aire atrapado en la muestra Confirmar la aguja esté perfectamente limpiadeenprueba. el momento de la penetración. Verificar que la aguja esté en contacto con la superficie de la muestra de prueba al iniciar la penetración. Cuidar que la aguja no toque el fondo del recipiente antes de finalizar el tiempo especificado.
Cálculos y Resultados. Registro de la prueba de penetración Producto asfáltico probado: ____________________________ Masa del lastre de la aguja: __________ g Cápsula 1
Temperatura de prueba: ____°C Tiempo de penetración: _____ s
Penetración (0.1 mm) 2 3
Promedio
Conclusiones. ________________________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________________________ Calidad del material según la normatividad SCT: ________________________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________________________
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3.3 Ductilidad de Cementos y Residuos Asfálticos Objetivo. Esta prueba permite determinar la capacidad para deformarse sin romperse, de los cementos asfálticos, del residuo de la prueba de película delgada y de los residuos asfálticos obtenidos por destilación de emulsiones.
Descripción general. En base a la norma M-MMP-4-05-011, la prueba consiste en medir la máxima distancia a la cual una briqueta de dichos materiales, de geometría y bajo condiciones de temperatura y velocidad de deformación específicas, puede ser estirada sin romperse.
Materiales y equipo.
Ductilómetro, como el mostrado en la Figura 1 de este Manual. Molde para elaborar la briqueta, de latón, compuesto de dos mordazas y dos elementos laterales, con la forma y dimensiones mostradas en la Figura 2 de este Manual. Placa de apoyo plana, lisa y rígida, de latón o bronce, con superficie de 15 x 5 cm como mínimo y espesor de 2 mm aproximadamente. Baño de agua que permita mantener la temperatura a 25 ± 0.5°C, con una capacidad mínima de 10 L. Termómetro con rango de -8 a 32°C y aproximación de 0.1°C. Malla No. 50, de 300 μm de abertura. Espátula de níquel de borde recto y 20 cm de longitud. Cloruro de sodio de uso comercial. Antiadherente (aceite o grasa de silicón; una mezcla de glicerina y dextrina; talco o caolín, para recubrir la placa de apoyo y evitar su adherencia con el asfalto). Paño
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Procedimiento. 1. Previamente a la preparación de la muestra, se aplica con el paño el antiadherente seleccionado en los dos elementos laterales del molde de la briqueta y en la superficie de la placa de apoyo, para evitar que se les adhiera el asfalto. Hecho lo anterior se coloca el molde sobre la placa de apoyo y se ajusta dejándolo en posición horizontal. 2. La muestra de prueba, según se trate de cemento asfáltico, del residuo de la prueba de película delgada o del residuo asfáltico obtenido por destilación de una emulsión, se prepara como se indica a continuación: Muestra de cemento asfáltico o del residuo de la prueba de película delgada: De la muestra de cemento asfáltico, obtenida según se establece en el Manual M·MMP·4·05·001, Muestreo de Materiales Asfálticos o del residuo de la prueba de película delgada, obtenido como se establece en el Manual M·MMP·4·05·010, Pruebas en el Residuo de la Película Delgada de Cementos Asfálticos, según se especifique, se toma un volumen ligeramente mayor al necesario para molde decon la briqueta se calienta recipiente apropiado, agitándola en llenar formael continua el objetoy de distribuirenlauntemperatura uniformemente, hasta que adquiera la fluidez suficiente para facilitar su vaciado en el molde, cuidando que durante su calentamiento la temperatura no exceda de 130°C y que la operación se realice en un lapso menor de 30.min. Hecho esto, inmediatamente se llena el molde previamente preparado, para hacer la briqueta, pasando la muestra de prueba por la malla N° 50, agitándola perfectamente y vertiéndola cuidadosamente, mediante un chorro delgado que se mueve a lo largo del molde, hasta rebasar ligeramente el nivel de enrase y evitando la formación de burbujas de aire. Finalmente se cubre adecuadamente para protegerla del polvo y se deja enfriar durante 30 a 40.min hasta que alcance la temperatura ambiente. Muestra del residuo por destilación de una emulsión asfáltica: Inmediatamente después de obtener el residuo por destilación de la emulsión asfáltica mediante el procedimiento de prueba indicado en el Manual M·MMP·4·05·012, Destilación de Emulsiones Asfálticas, se destapa el alambique utilizado en esa prueba, se homogeneiza su contenido con la espátula y se elabora una briqueta llenando el molde previamente preparado, haciendo pasar la muestra de prueba por la malla N° 50, agitándola perfectamente y vertiéndola cuidadosamente mediante un chorro delgado que se mueve a lo largo del molde, hasta rebasar ligeramente el nivel de enrase y evitando la formación de burbujas de aire. Finalmente se cubre adecuadamente para protegerla del polvo y se deja enfriar durante 30 a 40 min hasta que alcance la temperatura ambiente. 3. El molde con la placa de apoyo, conteniendo la briqueta, se coloca dentro del baño de agua, a una temperatura de 25 ± 0.5°C, durante 30 _min; se saca del baño y se enrasa la briqueta cortando el
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exceso de material con una espátula de borde recto previamente calentada para facilitar el corte. Se vuelve a introducir en el baño a la misma temperatura durante 90 ± 5 min. 4. A continuación se retira la briqueta de la placa quitando los elementos laterales del molde y de inmediato se instala con sus mordazas en el ductilómetro previamente preparado con agua a 25 ± 0.5°C, sujetando los extremos de éstas en los postes o ganchos del aparato, debiendo quedar la cara superior de la briqueta a no menos de 2.5 cm de la superficie. Durante la prueba se mantendrá el agua a la temperatura indicada. 5. Se pone en marcha el mecanismo de prueba a una velocidad de 5_cm/min, con una variación de ±5%, hasta producir la ruptura de la briqueta; en este momento se lee el desplazamiento de la mordaza y se registra en centímetros. 6. Se reporta como resultado de la prueba la longitud que se desplazó la mordaza para lograr la ruptura de la briqueta, en centímetros con aproximación a la unidad.
Precauciones para evitar errores:
Tener especial cuidado en realizar la prueba bajo las condiciones de temperatura que se indican. Cuidar que durante el llenado del molde de la briqueta no se generen burbujas de aire en la superficie o en el interior de la muestra de prueba. Procurar que al estirarse la briqueta ésta no toque el fondo del tanque del ductilómetro o la superficie de agua, de lo contrario, se repetirá la prueba agregándole cloruro de sodio al agua del tanque para aumentar su densidad y lograr que la briqueta al ser estirada se mantenga en posición sensiblemente horizontal.
Cálculos y Resultados. Desplazamiento de la briqueta 1 en la ruptura: _______________ cm Desplazamiento de la briqueta 2 en la ruptura: _______________ cm Desplazamiento promedio de las briquetas en la ruptura: _______________ cm
Conclusiones. ________________________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________________________ Calidad del material según la normatividad SCT: ________________________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________________________
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3.4 Punto de Reblandecimiento en Cementos Asfálticos Objetivo. Esta prueba permite estimar la consistencia de los cementos asfálticos como un medio de verificar su calidad.
Descripción general. Según la norma M-MMP-4-05-009, esta prueba se basa en la determinación de la temperatura a la cual una esfera de acero produce una deformación de 25 mm, en una muestra de asfalto sostenida en un anillo horizontal, que se calienta gradualmente dentro de un baño de agua o glicerina. Materiales y Equipo.
Dos anillos de latón, con el diseño y dimensiones señalados en la Figura 1 de este Manual. Vaso de vidrio refractario con diámetro interior mínimo de 85 mm y altura de 120 mm. Un portanillos de latón, con la forma y dimensiones señaladas en la Figura 2 de este Manual, con un soporte de metal resistente a la corrosión, integrado por dos columnas que sostengan al portanillos y a una placa rectangular inferior, de forma que la distancia entre la parte inferior de aquel y la superior de ésta sea de 25 mm, y sujetas a una placa circular que sirva de tapa para el vaso refractario. El soporte debe estar dispuesto de manera que la parte inferior de la placa rectangular se ubique a 16 ± 3 mm del fondo del vaso, como se muestra en la Figura 3. Dos esferas de acero, de 9.5 mm de diámetro y de 3.5 ± 0.05 g de masa. Dos guías de latón para centrar las esferas, con la forma y dimensiones mostradas en la Figura 4 de este Manual. Placa de apoyo plana, lisa y rígida, de latón o bronce, de 5 x 10 cm como mínimo.
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Parrilla eléctrica o mechero. Termómetro de inmersión total con rango de -1 a 175°c y aproximación de 0.5°c. Pinzas adecuadas para manejar las esferas. Espátula o cuchillo de acero flexible, de 15 mm de ancho y 150 mm de largo. Agua limpia o glicerina. Agua potable cuando se prueben cementos asfálticos con punto de reblandecimiento menor de 80°C o glicerina para temperaturas mayores. Antiadherente (aceite o grasa de silicón; una mezcla de glicerina y dextrina; talco o caolín, para recubrir la placa de apoyo y evitar su adherencia con el asfalto). Paño.
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Procedimiento. 1. La muestra de cemento asfáltico, obtenida según se establece en el Manual M·MMP·4·05·001 Muestreo de Materiales Asfálticos, se prepara de la siguiente manera: se toma una porción de volumen ligeramente mayor al necesario para llenar los anillos y se calienta en un recipiente apropiado, agitándola en forma continua para distribuir la temperatura uniformemente, hasta que adquiera la fluidez que permita su vaciado en los anillos, cuidando que durante su calentamiento y vaciado no se formen burbujas de aire, que la temperatura alcanzada no exceda 130°C y que esta operación se realice en un lapso menor de 60 min. Se calientan los anillos a una temperatura aproximadamente igual a la de la muestra y se colocan sobre la placa de apoyo, la que se prepara previamente para que no se le adhiera la muestra de cemento asfáltico, aplicándole con el paño el antiadherente seleccionado. A continuación se vierte en los anillos el cemento asfáltico, se cubren adecuadamente para protegerlos del polvo y se deja enfriar durante aproximadamente 30 min para que recobre su consistencia sólida, debiendo alcanzar una temperatura de cuando menos 10°C debajo de la que corresponda al punto de reblandecimiento estimado. Enseguida se corta el exceso de material asfáltico con la espátula o el cuchillo calentados previamente para facilitar el corte. 2. Se ensambla el sistema de soporte colocando en su lugar los anillos con la muestra de prueba, las guías y el termómetro de manera que la parte inferior de su bulbo quede al mismo nivel que la parte inferior de los anillos, sin que toque las paredes del orificio central del portanillos. Se llena el vaso de vidrio hasta una altura de 10 cm, con agua potable a 5 ± 1°C si el punto de reblandecimiento esperado es menor de 80°C o glicerina a 30 ± 1°C si es mayor y con las pinzas se colocan las esferas en el fondo del vaso. Se introduce en el vaso el sistema de soporte y se deja el conjunto durante 15 min, manteniéndolo a la temperatura indicada para el líquido que se utilice, introduciendo el vaso en agua helada si es necesario. 3. Se extrae el sistema de soporte, con las pinzas se colocan las esferas en las guías e inmediatamente se vuelve a introducir en el vaso, quedando el montaje del equipo como se ilustra en la Figura 3 de este Manual. 4. Se coloca el conjunto en la parrilla eléctrica o mechero y se incrementa uniformemente la temperatura del líquido a razón de 5°C/min, con una tolerancia ±.0.5°C en lecturas hechas cada minuto después de los primeros 3.min. 5. Se registra para cada anillo la temperatura en el momento en que el material asfáltico toque la placa inferior del soporte, con aproximación de ± 0.5°C. Las temperaturas registradas no deben diferir entre sí en más de 1°C, de lo contrario se debe repetir la prueba utilizando una nueva muestra de prueba. 6. Se reporta como punto de reblandecimiento del cemento asfáltico el promedio de las temperaturas registradas, con aproximación de 0.5°C, indicando el líquido utilizado para la prueba.
Precauciones para evitar errores:
Cuidar que durante el llenado de los anillos no se formen burbujas de aire en la superficie o en el interior de la muestra de prueba. Realizar la prueba en un local libre de corrientes de aire. Cuidar que la temperatura con la que se inicie la prueba corresponda a la establecida para el líquido con el que se llene el vaso. Evitar durante la prueba que la temperatura se eleve en incrementos diferentes al especificado. Lavar los anillos con un disolvente adecuado para eliminar cualquier residuo de la prueba anterior. Si contienen partículas de carbón, removerlas con fibra de acero, lavarlos con agua fría y después acercarlos a una flama o colocarlos sobre la parrilla eléctrica para eliminar el disolvente y el agua.
Cálculos y Resultados. Se reporta como punto de reblandecimiento del cemento asfáltico el promedio de las temperaturas registradas para ambos anillos, con aproximación de 0,5°C, indicando el líquido utilizado para la prueba. Temperatura Temperatura de de reblandecimiento reblandecimiento para para el el anillo anillo 1: 2: _____________°C _____________°C Punto de reblandecimiento: _______________°C en Agua____ Glicerina_____.
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Conclusiones. ________________________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________________________ Calidad del material según la normatividad SCT: ________________________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________________________
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IV. DISEÑO DE UNA MEZCLA ASFALTICA 4.1 Determinación del contenido óptimo de Cemento Asfáltico (AC). Método de Marshall Objetivo. Determinar el contenido óptimo de cemento asfalto para una mezcla asfáltica elaborada para un volumen de tránsito y características de los agregados, cumpliendo con las especificaciones de la secretaría de Comunicaciones y Transportes. Descripción general. Apoyándose en la norma M-MMP-4-05-034, el método de Marshall está limitado al proyecto y control de elaboración de mezclas asfálticas hechas en planta estacionaria, en caliente, utilizando cemento asfáltico (AC). En prueba determinarán , además decompactados los valores de axialmente peso volumétrico y porcentajes devacíos, la estabilidad y elesta flujo en se especímenes cilíndricos, con un sistema determinado. El valor de estabilidad se determinará midiendo la carga necesaria para producir la falla del especímen, aplicada en sentido normal de su eje. La deformación vertical producida en el especímen por dicha carga, será el valor de flujo. El valor de estabilidad expresa laresistencia estructural de la mezcla compactada, y estáafectado principalmente por el contenido de asfalto, la composición granulométrica y tipo del agregado. Principalmente el valor de estabilidad es un índice de la calidad del agregado. El valor de flujo representa la deformación requerida en el sentido del diámetro del especímen, para producir su fractura. Este valor es una indicación de la tendencia de la mezcla paraalcanzar una condición plástica, y consecuentemente de laresistencia que ofrecerá la carpeta a deformarse bajo la acción de las cargas impuestas por los vehículos.
Material y Equipo. Un molde de compactación de 4" dediámetro, provisto de un collarín y una placa de base. Un sostén del molde de compactación, para sujetar firmemente el molde. Un pisón de compactación con superficie circular de apisonado de 98.4 mm, (3-7/8"), de diámetro, equipado con una pesa deslizante de 4.536 kgs. (10lbs.) cuya altura de caída es de 45.7cm. (18"). Una máquina de compresión Marshall accionada con un motor eléctrico que permite aplicar cargas, por medio de una cabeza de prueba conforma de anilloseccionada, a una velocidad de 50.8mm, sobre minuto (2 pulg/min.) Está equipada con un anillo calibrado para determinar el valor de las cargas y un extensómetro para medir lasdeformaciones del anillo. Un medidor de flujo (micrómetro). Un tanque de saturación, con dispositivo eléctrico para mantener constante la temperatura del agua. Hornilla eléctrica para calentar los agregados
Figura 1. Detalles del molde de compactación, pisón de compactación, sostén del molde y máquina de prueba Marshall para probar los especímenes.
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Charola de lámina. Cucharones de lámina. Un termómetro blindado para registrar temperaturas entre 10 y200C. Una balanza con capacidad de 20kg. y sensibilidad de un gramo. Una cuchara de albañil. Una espátula Un baño de agua para calentar el pistón de compactación y el molde. Polvo de licopodio
Procedimiento. 1. Elaboración de los especímenes
Fijada la granulometría deenmezcla asfáltica cumpliendo especificaciones (Diseño granulométrico), determinará el porcentaje peso de los siguient es tamaños en que ha sido separado previamente el se material pétreo. Material retenido en malla No. 12.7mm, (1/2"). Material retenido en malla No. 6.35 mm (1/4") y que pasala malla No. 12.7 mm (1/2"). Material retenido en malla No. 10 y que pasa la malla No. 6.35 mm (1/4"). Material retenido en malla No. 40 y que pasa malla No. 10. Material que pasa la malla No. 40
Para cada contenido de asfalto se fabricarán 3 especímenes, cada uno de los cuales requiere aproximadamente 1100 gramos de agregado pétreo. Setomará de cada uno de los tamaños mencionados, la cantidad de muestra que resulte de multiplicar el porcentaje en peso decada fracción por el peso total de la muestra. Las fracciones ya pasadas se mezclarán previamente a la adición del cemento asfáltico. La cantidad de cemento asfáltico que deberá agregarse a cada muestra se calculará sobre la base del contenido mínimo de asfalto que se determina por el método explicado más adelante, más un pequeño exceso correspondiente al producto que quede adherido a la charola que puede ser de 0.5% de producto.
Estas cantidades de cemento asfáltico deberán corresponder a los siguientes porcentajes de cemento asfáltico, expresado en relación del pesodel material pétreo. Contenido mínimo -1% Contenido mínimo -0.5% Contenido mínimo neto Contenido mínimo +0.5% Contenido mínimo +1.0% Contenido mínimo +1.5% Contenido mínimo +2.0%
Se mezclarán los agregados y el cemento asfáltico, calentados previamente a las temperaturas de 175120C, respectivamente hasta obtener una distribución uniforme del asfalto. La temperatura de la mezcla no deberá ser menor de 100C, al momento de elaborar el espécimen. En ningún caso lamezcla deberá ser recalentada.
Para compactar la mezcla asfáltica se procederá en la forma siguiente: el pisón de compactación y el molde se calentarán en un baño de agua hirviendo. Una vez caliente se sacará el equipo del baño y se colocará un papel filtro en el fondo del molde y se llenará este con la mezcla caliente. Se apoyará el pisón sobre la
mezcla y se aplicarán de 50 ó 75 golpes con la pesa deslizante, dependiendo del volumen de tránsito pesado (ver tabla 1). La cara del pisón será mantenida paralelamente a la base del molde durante el proceso de compactación. Se quitará el collarín y se invertirá la posición del molde; se colocará el collarín y se aplicarán otros 50 a 75 golpes en el espécimen. Se removerá el collarín y la placa de base, y el molde con su contenido se sumergirá en agua fría por un
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tiempo mínimo de 2 minutos. Se extraerá el espécimen del molde, se identificará y se dejará enfriar a la temperatura ambiente durante 12 a 24 horas. Los especímenes compactados deberán tener una altura de 63.5 mm (2 1/2"), con una tolerancia de 3.2 mm (1/8").
2. Determinación del peso volumétrico. El peso volumétrico para cada uno de los especímenes se determinará utilizando la siguiente expresión: PV =
Pe (1000) V
PV = Peso volumétricodel espécimen (kg/m3) Pe = Peso del espécimen (gr) V = Volumen del espécimen (cm3) 1000 = Factor de conversión
3. Determinación de estabilidad la estabilidad y flujo y de flujo se obtendrán ensayando los especímenes que a continuación se Los valores de describe: se sumergirá el espécimen en el tanque de saturación con el agua a la temperatura de (60 + 0.50C), y se mantendrá en esta condición durante 20 a 30 minutos. Mientras los especímenes se encuentran en el tanque de saturación se limpiará la superficie del anillo seccionado y se lubricarán los postes guía de tal manera que la sección superior del anillo deslice libremente: se ajustará a cero el extensómetro del anillo de carga. Terminando
el período de inmersión, se sacará el espécimen del tanque y se secará su superficie, se colocará el espécimen entre las dos secciones de la cabeza de prueba y se centrará el conjunto en la máquina de compresión. Se colocará el medidor de flujo en el poste guía y seajustará a cero su carátula. Se aplicará la carga al espécimen a una velocidad constante de 50 mm sobre minuto hasta que la falla del espécimen ocurra. La carga máxima aplicada para producir la falla del espécimen a la temperatura de 60C se deberá registrar como el valor deestabilidad Marshall.
Mientras la prueba se lleva a efecto sedeberá sostener, firmemente el medidor de flujo sobre elposte guía y
se removerá tan pronto se haya aplicado la carga máxima, anotándose la deformación sufrida por el espécimen. Esta lectura en milímetros expresa el valor de flujo. Se promediarán los valores de estabilidad y de flujo de los 3 especímenes elaborados con el mismo contenido de asfalto, debiendo desecharse para el cálculo el valor, que discrepe notablemente. La prueba anteriormente descrita deberá completarse dentro de un período de 30 segundos contando a partir del momento en que los especímenes sean sacados del tanque de saturación. Se corregirán los valores de estabilidad de los especímenes que no tengan la altura especificada de 63.5 mm,
multiplicando los valores obtenidos por los factores de corrección que se dan en la siguiente tabla No.2
ALTURA DEL ESPECIMEN mm
FACTOR DE CORRECCION
ALTURA DEL ESPECIMEN mm
FACTOR DE CORRECCION
55 56 57 58 59 60 61
1.27 1.23 1.20 1.16 1.13 1.10 1.07
63.5 64.0 65.0 66.0 67.0 68.0 69.0
1.00 0.98 0.96 0.94 0.92 0.90 0.88
62 63
1.04 1.01
70.0 71.0
0.86 0.84
Tabla No.2 Factores de corrección para la estabilidad.
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4. Determinación del porcentaje de vacíos en la mezcla, respecto al volumen del espécimen (VMC) El objeto de la prueba es determinar si el espécimen compactado en el laboratorio o bien, la muestra inalterada tomada de la carpeta contiene un porcentaje de vacíos dentro delos límites que fijan las normas, para asegurar la impermeabilización de la carpeta y a la vez prevenir una baja estabilidad de la misma por exceso deasfalto.
Deberá determinarse el peso volumétrico, (PV) del espécimen de mezcla asfáltica ya curada y compactada de acuerdo con el procedimiento indicado. En el caso de muestras tomadas en carpetas ya construidas, el peso volumétrico deberá determinarse por el método dela parafina.
Se determinará la densidad teórica que alcanzará el espécimen de mezcla asfáltica si se encontrara exento de vacíos. Para esto es necesario calcular el porcentaje de agregados pétreos retenido enla malla de 6.35 mm (1/4"), el porcentaje de agregado pétreo que pasa la malla de 6.35 mm (1/4") y el porcentaje en peso de asfalto. Referidos todos ellos al peso total de mezcla asfáltica. Deberá además determinarse
la aparenteme nte del deldensidad agregadorelativa, pétreo menor de 6.35 mmagregado (1/4") pétreo mayor de 6.35mm (1/4") y la densidad relativa La densidad del asfalto para fines prácticos, se considera de 1.0 en los rebajados y de 1.03 en los cementos asfálticos. La densidad teórica máxima de la mezcla asfáltica se calculará con la fórmula siguiente: 100 D= Pg Pf Pa + + Dg Df Da Donde: D = Densidad teórica máxima de la mezcla asfáltica. Pg = Porcentaje de material pétreo retenido en la malla de 6.35 mm (1/4"), con relación al peso de la mezcla asfáltica Pf = Porcentaje de material pétreo que pasa lamalla de 6.35 mm (1/4") con relación al peso de la mezcla asfáltica. Pa = Porcentaje de asfalto, con relación al peso dela mezcla asfáltica. Dg = Densidad relativa del material pétreo retenido en la malla de 6.35 mm, (1/4"). Df = Densidad relativa del material pétreo que pasa la malla de6.35 mm, (1/4"). Da = Densidad del asfalto (1.03) 100% = Pg + Pf + Pa
Se calculará el porciento de vacíos en lamezcla asfáltica (VMC) con la fórmula siguiente:
VMC
100( D Pv)
D
Donde: VMC = Porciento de vacíos en elespécimen de mezcla asfáltica D = Densidad teórica máxima de la mezcla asfáltica. Pv = Peso volumétrico del espécimen de mezclas asfáltica, expresado en gramos por centímetro cúbico.
5. Determinación del porciento de vacíos en el agregado mineral (VAM), respecto al volumen del espécimen de mezcla. El porcentaje de vacíos del material pétreo en la mezcla compactada, es la proporción en volumen de dicha mezcla que no está constituida por material pétreo y su valor permite juzgar si hay espacio suficiente para alojar la cantidad de asfalto que se requiere; la determinación de esta característica se realiza mediante la comparación del volumen de la mezcla y el que en la misma tiene el material pétreo.
57
Para obtener el porcentaje de vacíos del material pétreo en la mezcla compactada, se determina su peso volumétrico y la densidad aparente del material pétreo
A continuación se calcula el porcentaje de vacíos del material pétreo en la mezcla compactada, aplicando la siguientefórmula: A( Pv ) VAM 100(1 ) 1000 Dr o
En donde: VAM A Pv Dr γ0
1000
= Porcentaje de vacíos del material pétreo en la mezcla compactada. = Peso del material pétreo respecto al peso de la mezcla, en fracción = Peso volumétricode la mezcla asfáltica compactada, en Kg/m3 = Densidad relativa aparente del material pétreo. = Peso específico del agua (1 gr/m3) = Factor de conversión
6. Determinación del porciento de vacíos ocupados por el asfalto (VFA), respecto al volumen total de huecos Se calcula la relación entre el volumen ocupado por el AC y el volumen total de huecos que existiría si el material pétreo del espécimen no tuviera AC.
VFA
Dr ( Pa ) Pv VolumendeAC 100 100 100 Dr ( Da ) (100 Pa ) Da ( Pv) VolumenTotaldeHue cos
Donde: Dr = Densidad relativa aparente del material pétreo 3
Pv = = Densidad Peso volumétri co del en aproximadamente) en gr/cm Da relativa delespécim AC (1.03 Pa = Porcentaje de AC con relación al peso de la mezcla
7. Los valores obtenidos de peso volumétrico, estabilidad, flujo y porciento de vacíos para cada uno de los contenidos de asfalto especificados, se obtienen gráficasen cuanto:
Peso volumétrico vs contenidode AC Estabilidad vs contenido de AC Flujo vs contenido de AC Porcentaje de vacíos en la mezcla, respecto al volumen del espécimen (VMC) vs contenido de AC Porciento de vacíos en el agregado mineral respec to al volumen del espécimen (VAM), vs contenido de AC Porciento de vacíos ocupados por el asfalto respecto al volumen total de huecos (VFA), vs contenido de AC
Se dibujan las gráficas en forma similar como las mostradas en la siguiente figura 2
58
Fig. 2. Gráficas típicas de comportamiento del peso volumétrico estabilidad, % de vacíos y flujo al variar los contenidos de C.A.
8. De las gráficas antes descritas. Se calcularán al contenido óptimo de asfalto promediando los siguientes valores:
El contenido de asfalto que corresponde al mayor pesovolumétrico. El contenido de asfalto que corresponde a lamáxima estabilidad. El contenido de asfalto que corresponde al valor medio del flujo señalado en la tabla 1 El contenido de asfalto que corresponde al valor medio del porcentaje de vacíos señalados (VMC) señalados en la tabla 1 El contenido de asfalto que corresponde al valor medio del porcentaje de vacíos ocupados por el asfalto (VFA) señalados en la tabla 1
59
Se define el contenido óptimo de cemento asfáltico ajustando el promedio determinado como se indicó anteriormente, de tal forma que se cumplan con todos los requisitos de la tabla 1 y 2 Normativa SCT N CMT405-003 o lo que dicte el proyecto
Cálculos y Resultados. A) Cálculo del contenido mínimo decemento asfáltico. Para determinar el contenido aproximado de laasfalto una fórmula: vez que se ha definido la granulometría del material pétreo para la mezclamínimo preliminar; se aplicará siguiente
60
En donde: PRA proporción de residuo o producto asfáltico en peso que corresponde a la mezcla preliminar y que es equivalente a la suma del requerido por cada fracción del agregado en las que se consideran dividido éste, para su estudio en porciento. F proporción, expresada en porciento en peso, de cada una de las fracciones en que se divide el material pétreo para su estudio, determinada de acuerdo con las mallas que se indican en la Tabla 1. K constante de área superficial de las partículas de material pétreo estimada para cada una de las fracciones, de acuerdo con lo indicado en la Tabla 1. I índice asfáltico de la fracción considerada, el cual se elige de la Tabla 2, de acuerdo con las características del material, en kilogramos de cemento asfáltico por metro cuadrado de área superficial de partícula. Material Área superficial de partículas, K, en Pasa la Retiene en la m2/kg malla malla (mm) (mm) 37.500 19.000 0.27 19.000 4.750 0.41 4.750 0.425 2.05 0.425 0.075 15.38 0.075 53.30 Tabla 1. Áreas superficiales de partículas para diferentes fracciones del material pétreo Materiales Índices asfálticos en kg/m2 pétreos de Absorción Absorción Absorción partículas 0.0 a 2.5% 2.6 a 5.0% > 5.0% Redondeadas 0.0055 0.0065 0.0075 Sub-angulosas 0.0065 0.0075 0.0085 Angulosas 0.0075 0.0085 0.0100 Tabla 2. Índices asfálticos para diversos tipos de material pétreo Tamaño
Pasa y retiene, F (%)
K (m2/kg agreg.)
Superficie parcial (m2/kg agreg.)
Índice asfáltico, I (kg CA/m2 agreg.)
Contenido parcial de asfalto (kg CA/kg agreg.)
1.5” – ¾”
(37.5–19 mm) ¾” – # 4 (19–4.75 mm) # 4 – # 40 (4.75–0.425 mm) # 40 – # 200 (0.425–0.075 mm) Pasa # 200 Suma =
61
(1.25 x Suma) 1 =
Tabla 3. Cálculo del contenido mínimo de cemento asfáltico por cada kilogramo de agregado B) Elaboración de los especímenes b.1) Separar el agregado pétreo de proyecto en los siguientes tamaños; sobre los 1,100 gr de agregado para cada espécimen. MALLA No.
% DE MAT. PÉTREO PESO MAT. PÉTREO
RETENIDO 1/2" PASA 1/2" Y RETIENE EN 1/4" PASA 1/4" Y RETIENE No. 10 PASA No. 10 Y RETIENE No. 40 PASA No. 40 SUMA
100.00
1,100 gr
b.2) Cálculo de la cantidad de mezcla necesaria para la elaboración de especímenes. Contenido mínimo ______ % ± 0.5% + (0.5% por pérdida en charola)
No. DE ESPÉCIMEN
% AC
% AC + 0.5%
PESO DE AC EN GRS.
PESO DEL MAT. PÉTREO EN GRS.
PESO MEZCLA ASFALT. EN GRS.
1 2 3 4 5 6 7 8
1
Se multiplica por 1.25 sólo cuando el producto a utilizar es cemento asfáltico; esto se hace por la menor cobertura del cemento asfáltico en comparación con los rebajados y las emulsiones asfálticos.
62
C) Cálculo del peso volumétrico de especímenes de mezcla asfáltica compactada. No. DE ESPÉCIMEN
% de AC
DIÁMETRO cm
ÁREA cm2
ALTURA cm
VOLUMEN (V) cm3
PESO (Pe) gr
PESO VOLUMÉTRICO (Pv) Kg/m3
1 2 3 4 5 6 7 8
D) Cálculo de la estabilidad y el flujo No. DE ESPÉCIMEN
% AC
ALTURA cm
FACTOR DE CORRECCIÓN
LECTURAS ESTABILIDAD
ESTABILIDAD kg
ESTABILIDAD CORREGIDA kg
FLUJO mm
1 2 3 4 5 6 7 8 La conversión de las lecturas de estabilidad a kilogramos se hace utilizando la ecuación de calibración de la máquina Marshall siguiente: X (en kilogramos) = 3.28 *y (divisiones) + 15.31
63
E) Calculo del porcentaje de vacíos enel espécimen de mezcla asfáltica (%VMC) No. DE ESPÉCIMEN
% AC
PESO DE C.A. gr
PESO MEZCLA ASFÁLTICA gr
PESO RETENIDO EN 1/4" gr
PESO PASA 1/4" gr
A
B
C
D
E
F
Pg %
E G= x100 D
Pf %
F H= X100 D
1 2 3 4 5 6 7 8
Pa % C I= X100 D
Dg
Df
Da
D
P.V. gr/cm3
%VMC
J
K
L
M
N
R
Fórmula para calcular la densidad teórica que alcanzaría el espécimen si se encontrara exento de vacíos D=
100 Pg Pf Pa
Fórmula para calcular el porcentaje de vacíos en el espécimen de mezcla asfáltica.
VMC
100( D Pv)
D
Dg+Df+Da
100% = Pg + Pf + Pa
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F) Cálculo del porciento de vacíos en el agregado mineral (VAM) respecto al volumen del espécimen de mezcla No. DE ESPÉCIMEN % DE AC
PESO MAT. PÉTREO gr
PESO MEZCLA gr
Dr
P.V. kg/m3
A
%VAM
A
B
C
D
E
F=B/C
G
1 2 3 4 5 6 7 8
VAM
100(1
A( Pv) ) 1000 Dr o
G) Cálculo del porciento de vacíos ocupados por elasfalto (VFA), respecto al volumen total de huecos No. DE ESPÉCIMEN % DE AC
% de AC
Pa %
Dr
P.V. gr/cm3
%VFA
A
B
C
D
E
F
1 2 3 4 5 6 7 8
VFA 100
Dr ( Pa ) Pv 100 Dr ( Da )
(100
Pa ) Da ( Pv)
100
VolumendeAC VolumenTotaldeHue cos
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H) Cálculo del contenido óptimo de AC en peso. Método de Marshall CARACTERISTICA Max Peso Volumétrico Max Estabilidad Valor medio Flujo (mm) Valor medio %VMC Valor medio %VFA PROMEDIO
CONTENIDO DE AC (%)
Iteración No. 1 Contenido de AC en peso __________% CARACTERISTICA Peso Volumétrico Estabilidad Flujo (mm) %VMC %VAM %VFA
VALOR OBTENIDO
ESPECIFICACIÓN SCT
¿CUMPLE?
ESPECIFICACIÓN SCT
¿CUMPLE?
ESPECIFICACIÓN SCT
¿CUMPLE?
Iteración No. 2 Contenido de AC en peso __________% CARACTERISTICA
VALOR OBTENIDO
Peso Volumétrico Estabilidad Flujo (mm) %VMC %VAM %VFA Iteración No. 2 Contenido de AC en peso __________% CARACTERISTICA
VALOR OBTENIDO
Peso Volumétrico Estabilidad Flujo (mm) %VMC %VAM %VFA
Contenido Óptimo de AC en peso __________%
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Conclusiones. ________________________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________________________ Calidad de la mezcla asfáltica según la normatividad SCT: ________________________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________________________
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Bibliografía Secretaría de Comunicaciones y Transportes (SCT), Normativa para la Infraestructura del Transporte (NITSCT). Características de los materiales. Editorial: SECRETARIA DE COMUNICACIONES Y TRANSPORTES. Secretaría de Comunicaciones y Transportes (SCT), Normativa para la Infraestructura del Transporte (NITSCT). Métodos de muestreo y pruebas a los materiales. Editorial: SECRETARIA DE COMUNICACIONES Y TRANSPORTES.
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