FILIAL ANDAHUAYLAS
MÉTODO DE HVEEM
FACULTAD
:
INGENIERÍA Y ARQUITECTURA
CARRERA PROFESIONAL
:
INGENIERÍA CIVIL
CICLO
:
V II
TURNO
:
TARDE
ASIGNATURA
:
CAMINOS II
DOCENTE
:
ING. FRANCISCO H. OSCCO ROJAS
ALUMNOS
:
ANA PACHECO LAURA SANDY DEISSY PRADO ALLENDE EDGAR CONTRERAS CANA AMÉRICO DÍAZ MARIÑO JOSÉ LUIS ROJAS DÍAZ
ANDAHUAYLAS, MAYO DEL 2012.
PRESENTACION
Los estudiantes de la carrera profesional de Ingeniería Civil del VII semestre presentamos este trabajo monográfico con la finalidad de desarrollar nuestras capacidades de síntesis, con la finalidad de adquirir conocimientos referidos a los contenidos del curso de Caminos II, que afiancen nuestro saber como parte de nuestra formación profesional. El tema que desarrollamos en este trabajo es el Método Hveem desarrollado en el departamento de carreteras de California, es un método de diseño de espesores de pavimentos flexibles que se fundamenta en un conjunto de pruebas de laboratorio. El método de diseño es de requerimiento múltiple, en el sentido que se exige que el pavimento finalmente aceptado, cumpla condiciones en relación a la presión que expansión, presión de exudación, valor de la estabilidad, obtenido en el estabilométrico y a la resistencia a la tensión por flexión, medida en las capas superiores del pavimento por medio de la cohesiométro.
Así mismo se desarrolla los ensayos de este método de diseño de mezclas para pavimentos en forma detallada.
SUMARIO Presentación CAPITULO I INTRODUCCION MEZCLAS ASFÁLTICAS
CAPITULO I INTRODUCCION MEZCLAS ASFÁLTICAS
Las mezclas asfálticas se emplean en la construcción de firmes, ya sea en capas de rodadura o en capas inferiores y su función es proporcionar una superficie de rodamiento cómoda, segura y económica a los usuarios de las vías de comunicación, facilitando la circulación de los vehículos, aparte de transmitir suficientemente las cargas debidas al tráfico a la explanada para que sean soportadas por ésta. Se tienen que considerar dos aspectos fundamentales en el diseño y proyecto de un firme: 1.- La Función Resistente, que determina los materiales y los espesores de las capas que habremos de emplear en su construcción. 2.- La Finalidad, que determina las condiciones de textura y acabado que se deben exigir a las capas superiores del firme, para que resulten seguras y confortables. A estas capas superiores de le denomina pavimento. TIPOS DE PAVIMENTOS SEGÚN SU COMPORTAMIENTO a) Firmes Flexibles. (Base Granular). Constituidos por capas de sub–base y base de material granular, y por un tratamiento superficial o por una capa de mezcla asfáltica de espesores muy delgados que pueden ir hasta los 10 cm. regularmente, las capas granulares resisten fundamentalmente la acción del tráfico, la capa de rodadura sirve para impermeabilizar el firme, resistir los efectos abrasivos del tráfico y proporcionar una rodadura cómoda y segura. b) Firmes Flexibles. (Base Asfáltica). Compuesto por una base y un pavimento asfáltico y el cual está constituido por una capa intermedia y otra de rodadura, la sub–base puede ser granular o bien tratada con un ligante hidráulico o hidrocarbonado.
c) Firmes Semi–rígidos . (Base tratada con ligantes hidráulicos). Constituido por una capa de base tratada con ligantes hidráulicos, o de concreto, la sub–base suele ser de material granular, pudiendo ser estabilizada, el pavimento está formado por una o dos capas de mezcla asfáltica (rodadura e intermedia). d) Firmes Rígidos. (Pavimentos de hormigón). Están formados por una losa de hormigón colocada directamente sobre la explanada, o sobre una capa de base granular o estabilizada o un hormigón pobre, la losa de hormigón actúa como capa de rodadura. Funcionalidad de las mezclas asfálticas en los firmes. Las mezclas asfálticas como ya hemos visto anteriormente sirven para soportar directamente las acciones de los neumáticos y transmitir las cargas a las capas inferiores, proporcionando unas condiciones adecuadas de rodadura, cuando se emplean en capas superficiales; y como material con resistencia simplemente estructural o mecánica en las demás capas de los firmes. Como material simplemente estructural se pueden caracterizar de varias formas. La evaluación de parte de sus propiedades por la cohesión y el rozamiento interno es comúnmente utilizada; o por un módulo de rigidez longitudinal y un módulo transversal, o incluso por un valor de estabilidad y de deformación. Como en otros materiales hay que considerar también, la resistencia a la rotura, las leyes de fatiga y las deformaciones plásticas. El comportamiento de la mezcla depende de circunstancias externas a ellas mismas, tales como son el tiempo de aplicación de la carga y de la temperatura. Por esta causa su caracterización y propiedades tienen que estar vinculadas a estos factores, temperatura y duración de la carga, lo que implica la necesidad del conocimiento de la reología del material. Las cualidades funcionales del firme residen fundamentalmente en su superficie. De su acabado y de los materiales que se hayan empleado en su construcción dependen aspectos tan interesantes y preocupantes para los usuarios como: 1. La adherencia del neumático al firme.
2. Las proyecciones de agua en tiempo de lluvia. 3. El desgaste de los neumáticos. 4. El ruido en el exterior y en el interior del vehículo. 5. La comodidad y estabilidad en marcha. 6. Las cargas dinámicas del tráfico. 7. La resistencia a la rodadura (consumo de carburante). 8. El envejecimiento de los vehículos. 9. Las propiedades ópticas. Estos aspectos funcionales del firme están principalmente asociados con la textura y la regularidad superficial del pavimento. Actualmente la reología de las mezclas está bien estudiada tanto desde el punto de vista experimental como del teórico, con una consecuencia práctica inmediata: la mejor adaptación de las fórmulas de trabajo y de los materiales a las condiciones reales de cada pavimento. Por ejemplo, son fácilmente asequibles estos ajustes, según la región climática o las condiciones de velocidad de los vehículos, en los métodos de diseño de pavimentos. Como resumen, se puede decir que en una mezcla asfáltica, en general, hay que optimizar las propiedades siguientes: Estabilidad. Durabilidad. Resistencia a la fatiga. Si la mezcla se usa como capa de rodadura hay que añadir las propiedades siguientes: Resistencia al deslizamiento. Regularidad. Permeabilidad adecuada. Sonoridad. Color, entre otras.
1.2.1 Propiedades de las mezclas asfálticas para capas de rodadura. La capa superior de un pavimento es la que debe proporcionar una superficie de rodadura segura, confortable y estética. Como todas las exigencias deseables para una superficie de rodadura no pueden optimizarse simultáneamente hay que equilibrar las propiedades contrapuestas para llegar a las soluciones más satisfactorias. Los materiales asfálticos proporcionan superficies continuas y cómodas para la rodadura de los vehículos. No obstante, hay que establecer un balance entre la durabilidad, rugosidad, impermeabilidad, y otras características útiles o imprescindibles para el usuario. Por ejemplo, en los países fríos, en particular en el centro de Europa, se han desarrollado mezclas muy impermeables y ricas en mortero. Si estas mezclas no proporcionan la textura adecuada, se recurre a procedimientos ajenos a la propia mezcla como son la incrustación en la superficie de gravillas o al abujardado en caliente. En las capas de rodadura el uso de agregados de alta calidad y de aditivos se justifica por las solicitaciones a que están sometidas. Actualmente la modificación de ligantes se ha generalizado para carreteras importantes persiguiéndose la optimización de la respuesta mecánica y de la durabilidad de la mezcla. Por la misma razón, la calidad de los agregados es absolutamente imprescindible, aunque todo ello suponga un costo mayor para el pavimento. 1.2.2 Propiedades de las mezclas asfálticas para capas inferiores. Las capas de espesor apreciable de un firme tienen una misión estructural fundamental para absorber la mayor parte de las solicitaciones del tráfico, de forma que éstas lleguen convenientemente disminuidas a las capas inferiores, explanada o cimiento de la carretera. Existen tendencias y países que llegan a utilizar paquetes asfálticos de gran espesor que forman la losa estructural fundamental del firme. En otros casos la función resistente radica en la colaboración con otras capas de materiales granulares o hidráulicos. La tendencia española tradicional para el diseño de las mezclas de las capas gruesas de base ha sido la de elegir granulometrías inspiradas en el Instituto del Asfalto, con muchos huecos. Las
mezclas anteriores son netamente abiertas con un esqueleto mineral, en cuyo rozamiento interno radica la función resistente. Estas mezclas se podían considerar inspiradas en las antiguas bases de piedra partida o Macadam tratadas por penetración con ligantes hidrocarbonados. Seguridad Resistencia al deslizamiento Regularidad transversal Visibilidad (marcas viales) Comodidad Regularidad longitudinal Regularidad transversal Visibilidad Ruido Durabilidad Capacidad soporte Resistencia a la desintegración superficial Medio ambiente Ruido Capacidad de ser reciclado Trabajabilidad Propiedades funcionales de las mezclas asfálticas Textura superficical Conductividad hidráulica Absorción de ruido Propiedades mecánicas (en relación con el tráfico) Resistencia a la fisuración por fatiga Resistencia a las deformaciones plásticas permanentes
Módulo de rigidez Resistencia a la pérdida de partículas Durabilidad (en relación con el clima) Resistencia al lavado por el agua Resistencia a la fisuración térmica Resistencia a la fisuración por reflexión Resistencia al envejecimiento Trabajabilidad Compactabilidad Resistencia a la segregación agregado grueso/fino Resistencia a la segregación agregado/ligante 1.3 Definición de Mezcla Asfáltica. Las mezclas asfálticas, también reciben el nombre de aglomerados, están formadas por una combinación de agregados pétreos y un ligante hidrocarbonato, de manera que aquellos quedan cubiertos por una película continua éste. Se fabrican en unas centrales fijas o móviles, se transportan después a la obra y allí se extienden y se compactan. Las mezclas asfálticas se utilizan en la construcción de carreteras, aeropuertos, pavimentos industriales, entre otros. Sin olvidar que se utilizan en las capas inferiores de los firmes para tráficos pesados intensos. Las mezclas asfálticas están constituidas aproximadamente por un 90 % de agregados pétreos grueso y fino, un 5% de polvo mineral (filler) y otro 5% de ligante asfáltico. Los componentes mencionados anteriormente son de gran importancia para el correcto funcionamiento del pavimento y la falta de calidad en alguno de ellos afecta el conjunto. El ligante asfáltico y el polvo mineral son los dos elementos que más influyen tanto en la calidad de la mezcla asfáltica como en su costo total. 1.4 Clasificación de las Mezclas Asfálticas.
Existen varios parámetros de clasificación para establecer las diferencias entre las distintas mezclas y las clasificaciones pueden ser diversas: a) Por Fracciones de agregado pétreo empleado. - Masilla asfáltica: Polvo mineral más ligante. - Mortero asfáltico: Agregado fino más masilla. - Concreto asfáltico: Agregado grueso más mortero. - Macadam asfáltico: Agregado grueso más ligante asfáltico. b) Por la Temperatura de puesta en obra. - Mezclas asfálticas en Caliente: Se fabrican con asfaltos a unas temperaturas elevadas, en el rango de los 150 grados centígrados, según la viscosidad del ligante, se calientan también los agregados, para que el asfalto no se enfríe al entrar en contacto con ellos. La puesta en obra se realiza a temperaturas muy superiores a la ambiente, pues en caso contrario, estos materiales no pueden extenderse y menos aún compactarse adecuadamente. - Mezclas asfálticas en Frío: El ligante suele ser una emulsión asfáltica (debido a que se sigue utilizando en algunos lugares los asfaltos fluidificados), y la puesta en obra se realiza a temperatura ambiente. c) Por la proporción de Vacíos en la mezcla asfáltica. Este parámetro suele ser imprescindible para que no se produzcan deformaciones plásticas como consecuencia del paso de las cargas y de las variaciones térmicas. - Mezclas Cerradas o Densas: La proporción de vacíos no supera el 6 %. - Mezclas Semi–cerradas o Semi–densas: La proporción de vacíos está entre el 6 % y el 10 %. - Mezclas Abiertas: La proporción de vacíos supera el 12 %. - Mezclas Porosas o Drenantes: La proporción de vacíos es superior al 20 %. d) Por el Tamaño máximo del agregado pétreo. - Mezclas Gruesas: Donde el tamaño máximo del agregado pétreo excede los 10 mm.
- Mezclas Finas: También llamadas microaglomerados, pueden denominarse también morteros asfálticos, pues se trata de mezclas formadas básicamente por un árido fino incluyendo el polvo mineral y un ligante asfáltico. El tamaño máximo del agregado pétreo determina el espesor mínimo con el que ha de extenderse una mezcla que vendría a ser del doble al triple del tamaño máximo. e) Por la Estructura del agregado pétreo. - Mezclas con Esqueleto mineral: Poseen un esqueleto mineral resistente, su componente de resistencia debida al rozamiento interno de los agregados es notable. Ejemplo, las mezclas abiertas y los que genéricamente se denominan concretos asfálticos, aunque también una parte de la resistencia de estos últimos, se debe a la masilla. - Mezclas sin Esqueleto mineral: No poseen un esqueleto mineral resistente, la resistencia es debida exclusivamente a la cohesión de la masilla. Ejemplo, los diferentes tipos de masillas asfálticas. f) Por la Granulometría. - Mezclas Continuas: Una cantidad muy distribuida de diferentes tamaños de agregado pétreo en el huso granulométrico.. - Mezclas Discontinuas: Una cantidad muy limitada de tamaños de agregado pétreo en el huso granulométrico. 1.5 Tipología de las Mezclas Asfálticas. 1.5.1 Mezcla Asfáltica en Caliente. Constituye el tipo más generalizado de mezcla asfáltica y se define como mezcla asfáltica en caliente la combinación de un ligante hidrocarbonado, agregados incluyendo el polvo mineral y, eventualmente, aditivos, de manera que todas las partículas del agregado queden muy bien recubiertas por una película homogénea de ligante. Su proceso de fabricación implica calentar el ligante y los agregados (excepto, eventualmente, el polvo mineral de aportación) y su puesta en obra debe realizarse a una temperatura muy superior a la ambiente. (Pliego de Prescripciones
Técnicas Generales art. 542 y 543 PG-3.) Se emplean tanto en la construcción de carreteras, como de vías urbanas y aeropuertos, y se utilizan tanto para capas de rodadura como para capas inferiores de los firmes. Existen a su vez subtipos dentro de esta familia de mezclas con diferentes características. Se fabrican con asfaltos aunque en ocasiones se recurre al empleo de asfaltos modificados, las proporciones pueden variar desde el 3% al 6% de asfalto en volumen de agregados pétreos. 1.5.1.1 Evolución de los diseños de mezclas asfálticas en caliente. A continuación se muestra la evolución de los métodos de diseños de mezclas asfálticas en caliente. 1. The Hubbard-Field (1920´s). Método de diseño de mezclas asfálticas, fue uno de los primeros métodos en evaluar contenidos de vacíos en la mezcla y en el agregado mineral. Usaba una estabilidad como prueba para medir la deformación. Funcionó adecuadamente para evaluar mezclas con agregado pequeño o granulometrías finas, pero no también para mezclas con granulometrías que contenían agregados grandes. 2. Método Marshall (1930´s). Método de diseño de mezclas asfálticas, desarrollado durante la 2da. Guerra Mundial y después fue adaptado para su uso en carreteras. Utiliza una estabilidad y porcentaje de vacíos como pruebas fundamentalmente. Excepto cambios en las especificaciones, el método no ha sufrido modificación desde los años 40´s. 3. Método Hveem (1930´s). Método de diseño de mezclas asfálticas, desarrollado casi en el mismo tiempo que el método Marshall. Evalua una estabilidad pseudotriaxial 4. Método de la Western Association of State Highway on Transportation Officials. WASHTO (1984). Este método de diseño de mezclas recomendó cambios en los requerimientos del material y especificaciones de diseño de mezclas para mejorar la resistencia a las roderas. Con FHWA. 5. Método de Asphalt Aggregate Mixture Analysis System. AAMAS (1987). La necesidad de cambios en el diseño de mezclas fue reconocida, tardaron 2 años para desarrollar un nuevo
proyecto para el diseño de mezclas, que incluía un nuevo método de compactación en laboratorio y la evaluación de las propiedades volumétricas, desarrollo de pruebas para identificar las deformaciones permanentes, grietas de fatiga y resistencia a las grietas a baja temperatura. Con NCHRP. 6. Método SUPERPAVE (1993) El método AAMAS, sirvió como punto de inicio del método SUPERPAVE, que contiene un nuevo diseño volumétrico completo de mezcla, con funcionamiento basado en predicción a través de modelos y métodos de ensayo en laboratorio, grietas por fatiga y grietas por baja temperatura. Los modelos de predicción de funcionamiento fueron completados satisfactoriamente hasta el año 2000. El diseño volumétrico de mezclas en el SUPERPAVE es actualmente implementado en varios estados de los EUA, debido a que ha sido reconocida una conexión entre las propiedades volumétricas de la mezcla asfáltica caliente y su correcto funcionamiento. Tiene su resultado, ahora la aceptación en el control de calidad ha sido cambiado a propiedades volumétricas. SUPERPAVE promete un funcionamiento basado en métodos o ensayos de laboratorio que pueden ser usados para identificar la resistencia a las deformaciones plásticas de los pavimentos. 1.5.2 Mezcla Asfáltica en Frío. Son las mezclas fabricadas con emulsiones asfálticas, y su principal campo de aplicación es en la construcción y en la conservación de carreteras secundarias. Para retrasar el envejecimiento de las mezclas abiertas en frío se suele recomendar el sellado por medio de lechadas asfálticas. Se caracterizan por su trabajabilidad tras la fabricación incluso durante semanas, la cual se debe a que el ligante permanece un largo periodo de tiempo con una viscosidad baja debido a que se emplean emulsiones con asfalto fuidificado: el aumento de la viscosidad es muy lento en los acopios, haciendo viable el almacenamiento, pero después de la puesta en obra en una capa de espesor reducido, el endurecimiento es relativamente rápido en las capas ya extendidas debido a la evaporación del fluidificante. Existe un grupo de mezclas en frío, el cual se fabrica con una emulsión de rotura lenta, sin ningún tipo de fluidificante, pero es menos usual, y pueden
compactarse después de haber roto la emulsión. El proceso de aumento paulatino de la resistencia se le suele llamar maduración, que consiste básicamente en la evaporación del agua procedente de la rotura de la emulsión con el consiguiente aumento de la cohesión de la mezcla. 1.5.3 Mezcla Porosa o Drenante. Se emplean en capas de rodadura, principalmente en las vías de circulación rápida, se fabrican con asfaltos modificados en proporciones que varían entre el 4.5 % y 5 % de la masa de agregados pétreos, con asfaltos normales, se aplican en vías secundarias, en vías urbanas o en capas de base bajo los pavimentos de hormigón. Utilizadas como mezclas en caliente para tráficos de elevada intensidad y como capas de rodadura en espesores de unos 4 cm., se consigue que el agua lluvia caída sobre la calzada se evacue rápidamente por infiltración. 1.5.4 Microaglomerados. Son mezclas con un tamaño máximo de agregado pétreo limitado inferior a 10 mm., lo que permite aplicarlas en capas de pequeño espesor. Tanto los microaglomerados en Frío (se le suele llamar a las lechadas asfálticas más gruesas) como los microaglomerados en Caliente son por su pequeño espesor (que es inferior a 3 cm.) tratamientos superficiales con una gran variedad de aplicaciones. Tradicionalmente se han considerado adecuados para las zonas urbanas, porque se evitan problemas con las alturas libres de los gálibos y la altura de los bordillos debido a que se extienden capas de pequeño espesor. Hay microaglomerados con texturas rugosas hechas con agregados pétreos de gran calidad y asfaltos modificados, para las vías de alta velocidad de circulación. 1.5.5 Masillas. Son unas mezclas con elevadas proporciones de polvo mineral y de ligante, de manera que si hay agregado grueso, se haya disperso en la masilla formada por aquellos, este tipo de mezcla no
trabaja por rozamiento interno y su resistencia se debe a la cohesión que proporciona la viscosidad de la masilla. Las proporciones de asfalto son altas debido a la gran superficie específica de la materia mineral. Dada la sensibilidad a los cambios de temperatura que puede tener una estructura de este tipo, es necesario rigidizar la masilla y disminuir su susceptibilidad térmica mediante el empleo de asfaltos duros, cuidando la calidad del polvo mineral y mejorando el ligante con adiciones de fibras. Los asfaltos fundidos, son de este tipo, son mezclas de gran calidad, pero su empleo está justificado únicamente en los tableros de los puentes y en las vías urbanas, incluso en aceras, de los países con climas fríos y húmedos. 1.5.6 Mezclas de alto módulo. Su proceso de elaboración es en caliente, citando específicamente las mezclas de alto módulo para capas de base, se fabrican con asfaltos muy duros. A veces modificados, con contenidos asfálticos próximos al 6 % de la masa de los agregados pétreos, la proporción del polvo mineral también es alta, entre el 8% - 10%. Son mezclas con un elevado módulo de elasticidad, del orden de los 13,000 Mpa. a 20 grados centígrados y una resistencia a la fatiga relativamente elevada. Se utilizan en capas de espesores de entre 8 y 15 cm., tanto para rehabilitaciones como para la construcción de firmes nuevos con tráficos pesados de intensidad media o alta. Su principal ventaja frente a las bases de grava cemento es la ausencia de agrietamiento debido a la retracción o como las mezclas convencionales en gran espesor la ventaja es una mayor capacidad de absorción de tensiones y en general una mayor resistencia a la fatiga, permitiendo ahorra espesor.
METODO HVEEM
Historia del diseño HVEEM A fines de 1920, la División de Carreteras de California había llegado a utilizar una mezcla de asfalto-agregado comúnmente se conoce como una "mezcla de aceite" en muchos de sus caminos rurales. Una mezcla de petróleo fue un compromiso entre el rendimiento de HMA más caro de alta utilizada en las principales calles de la ciudad y las carreteras y el método más barato de bajo rendimiento con penetración (aceite de asfalto rociado en una superficie de calzada de partículas sin unir) que se utiliza en el bajo volumen de las carreteras rurales.Una mezcla de aceite consistió en una combinación de aceite de agregado asfáltico y que se mezcló bien en una planta o en el propio camino (llamado un " mezcla carretera "), se extendió por hoja, luego compactada por el tráfico. Por desgracia, no había ningún método disponible para el diseño de estas mezclas. Sobre la base de su investigación, y la de otros, Francisco N. Hveem desarrollado un método para determinar la cantidad correcta de aceite sobre la base de superficie total, lo que podría determinarse a partir de gradación. También se hizo evidente que incluso teniendo en cuenta el contenido de aceite correcto, las carreteras que contienen agregados con "textura dura, superficie vidriosa" tienden a deformar excesivamente bajo carga, mientras que las carreteras que contienen agregados con una "textura rugosa, superficie irregular" fueron más estables. Por lo tanto, Hveem trabajado para desarrollar un dispositivo que mide la estabilidad, lo que eventualmente se convirtió en el Stabilometer Hveem. Uno de los problemas más existía: las muestras compactadas en el laboratorio para el Stabilometer no producen las mismas lecturas como las que se toman a partir de núcleos de campo. Por lo tanto, una nueva máquina compactadora, la cual eventualmente se convirtió en el compactador de California
amasado, se ha desarrollado para simular con mayor precisión la compactación producida por los rodillos en el campo. CONCEPTO DEL METODO HVEEM Los conceptos del Método Hveem de diseño de mezclas de pavimentación fueron desarrollados por Francis N. Hveem, anteriormente Ingeniero de Materiales e Investigación con la División de Carreteras de California. El ensayo Hveem, en su forma actual, surgió de investigaciones indicadas por el Departamento de Carreteras de California en 1940. El método abarca la determinación de un contenido aproximado de asfalto por medio del ensayo Equivalente Centrifugo de Kerosene, y luego el sometimiento de probetas con este contenido de asfalto, y con contenidos mayores y menores, a un ensayo de estabilidad. También se efectúan un ensayo de expansión sobre una probeta que ha sido expuesta al agua. Este procedimiento de diseño continúa siendo el principal método de diseño usando en California y en algunos otros estados de los Estados Unidos. El propósito del Método Hveem es el determinar el contenido óptimo de asfalto para una combinación específica de agregados. El método también provee información sobre las propiedades de la mezcla asfáltica final. El Método de Hveem, como se presenta en esta sección, solo se aplica a mezclas asfálticas (en caliente) de pavimentación que usan cemento asfáltico clasificado por viscosidad o penetración, y que contienen agregados con tamaños máximos de 25 mm o menos. El método puede ser usado para el diseño en laboratorio, como para control de campo de mezclas asfálticas (en caliente) de pavimentación. El método Hveem utiliza una serie de pruebas para determinar el contenido óptimo de asfalto. Los procedimientos que el método incluye son:
1) Ensayo Equivalente Centrífugo de Kerosene (CKE) para determinar un contenido aproximado de asfalto. 2) Preparación de probetas de prueba con el contenido aproximado de asfalto, y con contenidos mayores y menores que el aproximado. 3) Ensayo de estabilidad para evaluar la resistencia a la deformación. 4) Ensayo de expansión para determinar el efecto del agua en el cambio de volumen y en la permeabilidad de la briqueta. .1.6.1. PROCEDIMIENTOS DE DISEÑO Para diseñar el espesor del pavimento se procede: 1. Elaborar 3 probetas con contenidos de agua diferente, a fin de que 2 de ellas tengan una presión de exudación por debajo de 21 kg/cm2(300lb/plg2) en tanto que la tercera la tenga mayor o que uno la tenga mayor y los otros 2 menores .La presión de exudación de las 3 probetas deberán estar comprendidas entre 7 y 56 kg/cm2 (100 y 800 lb/plg2) 2. Determinar los valores de presión de exudación de cada de las 3probetas para después saturarse con absorción de agua libre al ser sometidas a la prueba de presión de expansión. 3. Las mismas probetas deberán colocarse en el estabilómetro de Hveem para obtener el valor de R. 4. Como consecuencia para cada humedad de moldeo se tiene una probeta de la que se conoce la presión de exudación la presión de expansión y el valor de estabilidad. 5. Aplicando la expresión I se calcula el espesor del pavimento porexpansión para las condiciones representadas por cada una de lasprobetas. 6. Aplicando la formula II será posible conocer el espesor de cubrimiento necesario en cada caso atendiendo la condición de estabilidad la fig. 6.9nomograma que evita el uso reiterado de la expresión II.
7. Se dibuja un grafico en que se puede comparar los espesores de cubrimientos requeridos por expansión y por estabilidad donde la intersección de esta grafica con una recta de 45 grados marca el espesor que satisface a la vez ambas condiciones.
8. Se dibuja un grafico en lo que se anota los valores de R contra las correspondientes presiones de exudación. Como la presión de máxima permisible es de 21Kg/cm2, se tiene un valor de R límite por ese concepto. Con tal valor de R y la fórmula 2, conocido el índice de transito se tendrá otro espesor necesario de recubrimiento, atendiéndola presión de exudación. 9. Comparar la expresión de equilibrio obtenido en el paso 7, con el espesor por presión de exudación obtenido en el paso 8. El mayor seráel espesor de recubrimiento que requiere el material que se está estudiando. 10. Se comienza aplicándose al terreno de fundación manejando probetas de este y permitirá obtener el espesor con que tal material a de cubrirse para tener un comportamiento satisfactorio. Hveem llamo a ese material de cubrimiento graba equivalente un material con las características de una base común. 11. El método se repetirá para la sub rasante fabricando probetas con el material podrá encontrarse el espesor de grava equivalente necesario para protegerlo. De esta manera se procede en dirección accedente hasta completar la estructura deseada del pavimento. PROCEDIMENTO DEL ENSAYO HVEEM. Existen 3 procedimientos y son: UN ENSAYO DE ESTABILÒMETRO UN ENSAYO DE COHESIOMETRO UN ENSAYO DE EXPANSIÓN.
ENSAYO DE ESTABIILÒMETRO
Este ensayo está diseñado para medir la estabilidad de una mezcla de prueba bajo esfuerzos rodeada por una membrana de caucho. Una carga vertical es impuesta sobre la probeta y la presión lateral (horizontal) resultante es medida.. Los resultados del estabilómettro dependen, en gran parte, de la fricción interna (resistencia) de los agregados, y es un menos grado, de la consistencia del asfalto. Este ensayo es un tipo de ensayo triaxial en que se aplican cargas verticales y se miden las presiones laterales desarrolladas para determinados valores de la carga vertical. El ensayo se representa esquemáticamente en la figura.
Dicho ensayo se efectúa de la siguiente manera: 1. La probeta es calentada a 60ºC 2. La probeta es colocada en el estabilómetro 3. La presión en el estabilómetro es elevada a 34KPa.
4. Una carga vertical es aplicada a una velocidad de 0.02 mm//s hasta lograr una carga de 26.7KN. 5. Las lecturas de presión lateral son medidas y registradas bajo cargas verticales específicas. 6. La carga vertical es disminuida a 4.45KN y se mide el desplazamiento usando una bomba de desplazamiento
7. El valor HVEEM de estabilidad para la probeta se calcula usando la información obtenida del ensayo de estabilómetro. El valor resultante del estabilómetro está basado en la idea de que una mezcla asfáltica tiene propiedades que oscilan entre un líquido y un sólido rígido. El valor de estabilidad se obtiene de una escala arbitraria que va de 0 a 100: el 0 corresponde a un líquido que no presenta resistencia interna a cargas lentamente aplicadas, el 100 corresponde a un sólido hipotético que trasmite, bajo cierta carga vertical, una presión lateral que no puede registrarse. La probeta esta encerrada en una membrana de goma rodeada por un líquido que transmite la presión lateral desarrollada durante el ensayo. Los valores obtenidos durante el ensayo son de carácter relativo. Se ha establecido la escala sobre la base de que, si la probeta fuera un liquido, la presión lateral seria igual a la presión vertical, en cuyo caso se considera que la estabilidad relativa es nula. En el otro extremo de la escala se considera un sólido incompresible, que no transmite presión lateral, y al que se atribuye una estabilidad relativa de 90. Los ensayos sobre las mezclas asfálticas para pavimentación dan valores comprendidos en el intervalo 0-90. La estabilidad relativa de la probeta se calcula por fórmula establecida.
Donde Pv=Presión Vertical Aplicada Ph= Presión horizontal en el manómetro D= Desplazamiento horizontal de la muestra, registrado por el numero de vueltas de la manivela para pasar de Ph a 7 kg/cm2 R se mide para Pv= 11.2 Kg/cm2
Usualmente, después de realizado el ensayo del estabilometro, se somete la probeta al ensayo del cohesiometro, que es un ensayo de flexión en el que la probeta se rompe por tracción. UN ENSAYO DE COHESIOMETRO La prueba del cohesiómetro proporciona una medida de la resistencia a la tensión de una mezcla asfáltica compactada, un suelo cementado o cualquier mezcla de agregados, generalmente en el caso de materiales con poca cementación no se efectúa la prueba, sino que se asignan valores de cohesiómetro atendiendo la experiencia que exista al respecto. Equipo de prueba: 1. Cohesiometro con equipo completo. 2. Termómetro. 3. Balanza de 10 kg de capacidad y un gramo de aproximación.
ENSAYO DE EXPANSION. El agua es el enemigo de todas las estructuras de pavimento. En consecuencia un diseño de mezcla de pavimentación debe estar rígido a proporcionarle al pavimento una adecuada resistencia al agua para garantizar su durabilidad. El ensayo de expansión mide la cantidad de agua que se filtra dentro o a través de una probeta, y la cantidad de expansión que el agua causa. También mide la permeabilidad de la mezcla su capacidad de permitir que el agua pase a través de ella.
PROCEDIEMIENTO ENSAYO DE EXPANSION El procedimiento consiste en lo siguiente: 1.-La probeta, en su molde de compactación, se coloca en una bandeja de aluminio y se cubre con una placa de bronce.
2.-Un medidor de cuadrante se monta sobre la probeta de tal manera que su guía toque la placa de bronce. 3.-Una cantidad específica de agua es vertida dentro del molde directamente sobre la placa de bronce.
4.-La distancia entre el labio superior y del molde y la superficie del agua es medida y su valor es registrado. 5.-La probeta se deja reposar sumergida por 24 hrs. 6.-Se toma una lectura del medidor de cuadrante. Esta lectura indica cuanto se ha elevado la superficie de la probeta debido a la expansión. 7.-La distancia entre el labio superior del molde y la superficie del agua es medida nuevamente. La diferencia entre esta medida y la medida tomada inicialmente (24hrs antes) indica la cantidad de agua que se ha filtrado en la briqueta. Por lo tanto, esta diferencia es una medida de la permeabilidad de la briqueta
EJEMPLO DE DISEÑO
Diseñar la estructura de un pavimento flexible empleando el método de Hveem en relación con un camino localizado sobre un terreno constituido por suelos en general de origen volcánico y lo forman limos inorgánicos de mediana plasticidad y de baja a alta compresibilidad (ML y MH) y una alta resistencia. También se encuentran algunas mezclas de suelos y fragmentos pequeños de roca cuyas propiedades son muy variables .Calcular el índice de tráfico para una carretera principal teniendo en cuenta el análisis de tránsito que se indica en la Tabla 6.4. Considerar una tasa de crecimiento anual de 7%, constante en los diversos tipos de vehículos, y un período de diseño de 10 años.
Evaluación del Transito Factores de equivalencia para ruedas duales de vehículos de varios ejes con la rueda STANDARD de 5000lb
Estos coeficientes significan que por ejemplo un paso diario de un camión con tres ejes equivale a 815 pasadas anuales de una rueda de 5000lb. El conocimiento o previsión del tráfico permite fijar el número total de CE para la duración prevista del pavimento, considerado a 10 años. Cabe hacer notar que los factores se refieren al promedio de vehículos circulantes cada día en un solo sentido. El método considera que la rueda equivalente tiene una presión de inflado de 4.9 kg/cm2.El efecto de los automóviles al actuar sobre el pavimento no se toma en cuenta.
Tabla Análisis del tránsito
El factor de proyección (Fp) de tránsito para el periodo de 10 años, se obtiene aplicando la formula:
Donde: Fp = Factor de proyección tránsito TDPAf = Tránsito diario promedio anual final TDPAi = Tránsito diario promedio anual inicial
Como el tránsito crece con una tasa de interés compuesto al 7% anual, se tiene:
De donde, la relación
por lo tanto:
La fórmula para calcular la carga equivalente (CE) es:
Donde: P = es el periodo, de diseño 10 años Reemplazando valores en, se tiene carga equivalente: CE = 10 x 1.5 x 433630 CE = 6504450 El valor del índice de tránsito (IT) es:
El análisis de los espesores del pavimento
El análisis de los espesores del pavimento. Se hacen tomando en cuenta los resultados del laboratorio de las pruebas de valor R de estabilidad presión expansión y presión de exudación realizadas en cada una de las tres probetas elaboradas con material del terreno de fundación del camino. Las tres probetas tienen diferentes contenidos de agua.
El espesor de la sección estructural por concepto de R se determino por la ecuación II en la que se utilizo un índice de transito de 8.5 y el valor de estabilidad correspondiente a cada probeta ensayada. Se tiene así tres espesores por concepto de R. De una manera similar se determinaron los tres espesores del pavimento necesarios para equilibrar las presiones de expansión desarrolladas en las probetas de ensayo mediante la aplicación de la expresión 1. En la porción izquierda de la fig. 6.10 se presenta la curva de espesores por R y expansión en la cual el punto A define el espesor que satisface los requerimientos de la expansión y de la estabilidad simultáneamente que en este caso es de 30cm de grava equivalente.
El espesor del pavimento relacionado con la presión de exudación se determina por medio de la curva espesor de estabilidad contra presión de exudación tomando en cuenta un valor de 21Kg/cm2 de esta última. El espesor total del pavimento en grava equivalente bajo estas condiciones resulto ser de 35cm. Al comparar ambos espesores obtenidos se tomara en cuenta en el diseño sección estructural el que sea mayor en este caso resulto ser de 35cm de grava equivalente obtenida de la expresión de presión por exudación. Para calcular los espesores de la carpeta base y sub-base se procede en la siguiente forma: Carpeta.-
En la construcción de carpeta se empleara concreto asfaltico colocado sobre una base de material triturado cuyo valor R se supone de 82 (valor de laboratorio).
En el laboratorio que con un índice de trafico IT de 8.5 y con el ábaco de la fig. 6.9 da un espesor de grava equivalente para la carpeta.
Entonces tenemos un espesor de grava equivalente de 15 cm. Mediante el uso de la tabla se determina un factor de grava
Para un índice de transito de 8.5 obtenemos un factor de grava equivalente de 1.95 para el concreto asfaltico. El espesor de concreto asfaltico:
Se considera un espesor de 7.5 cm (3”) Base: Se empleara para la base un material triturado de buena calidad con un factor de grava de 1.1 (tabla factor grava equivalente). El espesor de la base en grava equivalente se determina de la siguiente forma: Espesor de la base: 35 – 15 = 20cm
Espesor real de la base:
Finalmente el pavimento quedara estructurado de la siguiente manera
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES El propósito del ensayo de Hveem de diseño de mezclas es determinar la proporción apropiada de asfalto y agregado que una mezcla de pavimentación debe tener para producir un pavimento con las características deseadas. El método incluye procedimientos preliminares para identificar graduación, área superficial, y la capacidad superficial del agregado. Un contenido aproximado de asfalto para la mezcla es luego calculado a partir de los procedimientos. Posteriormente se preparan probetas de mezcla con contenidos ligeramente variables de asfalto, usando métodos que simulan las condiciones actuales de la producción de mezcla de pavimentación. Las probetas son luego sometidas a tres pruebas el ensayo de estabilómetro, determinación de la densidad total y el ensayo de expansión. Los resultados de estos ensayos son correlacionados y usados para seleccionar el diseño de mezcla que va a exhibir las características de un pavimento óptimo. El uso de diseño de mezclas asfálticas en nuestros días tiene como objetivo el lograr propiedades volumétricas adecuadas en la carpeta asfáltica, ya que de esto depende en gran medida el desempeño de la superficie de rodamiento en su vida deservicio.
De ahí, la importancia de manera adecuada en el laboratorio lo que ocurre en campo bajo la acción vehicular y de esta manera llegar a mezclas que muestren un mejor comportamiento en condiciones especificas de transito y climas
Mejorar las especificaciones técnicas y controles de calidad en base a nuevos procedimientos constructivos, materiales, investigaciones y pruebas experimentales Desarrollar modelos que tomen en consideración las nuevas configuraciones de ejes y cargas. La desventaja del procedimiento Hveem es que el equipo de ensayo, en particular el compactado por amasado y el estabilómetro de Hveem, es algo más caro que el equipamiento del Marshall y no muy portable. Además, algunas propiedades volumétricas relacionadas con la durabilidad de la mezcla no son rutinariamente determinadas en el método, tomando en cuenta también que el método de selección del contenido de asfalto es demasiado subjetivo y podría resultar en una no durable mezcla con poco asfalto.
BIBLIOGRAFIA: PAGUINAS WEB http://www.pavementinteractive.org/article/hveem-mix-design/ http://es.scribd.com/doc/74581897/Metodo-Hveem-Henry-Chavez VIDEOS http://www.youtube.com/watch?v=ftSKmAzR-mw&feature=related http://www.youtube.com/watch?v=YZ5n7rmvznM http://www.youtube.com/watch?v=xKC0tiLUi6U&feature=related LIBROS MEZCLAS ASFALTICAS BACHILLER VELEZ MARIA,UNIVERSITARIO
POLITÉCNICO “ SANTIAGO MARIÑO” - VENEZUELA Pavimentos de la Universidad Jose Carlos Mariategui, Ing. Civil Pavimentos de la Universidadpontificia la Catolica, Ing. Civil REVISTAS ELE Internacional - Catalogo de maquinas para asfaltos
ESQUEMA DE UNA MONOGRAFÍA Portada o Carátula Dedicatoria Agradecimiento Índice Presentación Introducción
CAPITULO I (Nombre del capítulo) ……………………………(Titulo del tema principal) ……………………………. (Sub titulo del tema principal, si existe...) …………………………………………………………………………………………….. A…………………………………………. (Algo importante, si existe) ……………………………………………………………………………………………………. ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………….(sucesivamente)
CAPITULO II (Nombre del Capitulo) ……………………………(Titulo del tema principal) …………………………….(Sub titulo del tema principal, si existe..) …………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………. ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………….. Conclusiones Bibliografía Anexos
TÉCNICAS AUXILIARES DE ESTUDIO
