CARACTERIZACIÓN Y DISEÑO DE UNA MEZCLA DENSA EN CALIENTE CON LAS ASFÁLTITAS DE PESCA-BOYACÁ....

CARACTERIZACIÓN Y DISEÑO DE UNA MEZCLA DENSA EN CALIENTE CON

LAS ASFALTITAS DE PESCA-BOYACÁ.

Cantera Santa Teresa

ELIANA CARMENZA SALAMANCA RODRÍGUEZ

CRISTIAN FELIPE SANTOS CHAPARRO

UNIVERSIDAD PEDAGÓGICA Y TECNOLÓGICA DE COLOMBIA

FACULTAD DE INGENIERÍA

ESCUELA DE TRANSPORTE Y VÍAS

TUNJA

2012

CARACTERIZACIÓN Y DISEÑO DE UNA MEZCLA DENSA EN CALIENTE CON

LAS ASFÁLTITAS DE PESCA-BOYACÁ.

Cantera Santa Teresa



Trabajo de grado para optar al título de

INGENIERO EN TRANSPORTE Y VÍAS

DIRECTOR ING. MSC.

CARLOS HERNANDO HIGUERA SANDOVAL

UNIVERSIDAD PEDAGÓGICA Y TECNOLÓGICA DE COLOMBIA



TUNJA

2012

3

Nota de aceptación

________________________________________ ________________________________________ ________________________________________ ________________________________________ ________________________________________

________________________________________

Firma del presidente del jurado

________________________________________

Firma del jurado

________________________________________

Firma del jurado

Tunja, 28 de Noviembre de 2012

4

La autoridad científica de la facultad de ingeniería reside en ella misma, por tanto

no responde por las opiniones expresadas en éste proyecto de investigación.

Se autoriza su uso y reproducción indicando su origen.

5

DEDICATORIA

A Dios por brindarnos la oportunidad de superar una etapa más de nuestras vidas,

ser profesionales; a nuestros padres, hermanos y hermanas por su cariño,

confianza y apoyo incondicional y a todas aquellas personas que hicieron parte

del desarrollo de este proyecto.

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AGRADECIMIENTOS

Hace poco menos de 5 años tan solo me preparaba para iniciar una nueva etapa en mi vida, etapa a la cual le he puesto el mayor esfuerzo y dedicación, porque simple y sencillamente es mi futuro, es mi Vida; semestre tras semestre, las razones de ser INGENIERA DE TRANSPORTE Y VÍAS cada vez ganaban más fuerza, que aunque a veces tropezaba y caía, jamás me derrumbaba ni dejaba que mi sueño se apagara.

Es ahora, cuando las palabras de agradecimiento se quedan cortas para todas aquellas personitas que siempre estuvieron a mi lado y jamás dejaron que renunciara a mi más grande sueño, especialmente papito Dios y a mamita María que siempre guiaron mi camino y me brindaron salud y bendiciones en cada paso que daba.

A mi Papito que nunca abandono la idea de ver a su niña convertida en una gran profesional, que como él me dice, “no todo es Fácil, y si quieres lo mejor en tu vida da lo mejor para tu vida”, a mi Madre que independiente de las dificultades que ha tenido que pasar, siempre ha estado acompañando cada uno de mis logros, a mis hermanos, primos y tíos, por la confianza que han depositado en mi lo largo de este proceso, por acompañarme en mi crecimiento personal y profesional.

A nuestro director de tesis, el Ingeniero Carlos Hernando Higuera Sandoval, quien con su empeño y gran capacidad vocacional, nos ha demostrado que de lo sencillo se pueden obtener los mejores resultados, que jamás dejo que abandonáramos el barco y con una palabra de aliento nos involucraba cada vez más en este gran proyecto.

A mi compañero de tesis CRISTIAN FELIPE SANTOS CHAPARRO con el que con tanto esfuerzo y dedicación hicimos que este proyecto fuera un hecho, que gracias a sus historias locas y a su alegría el proceso fue menos complicado.

A mis compañeros de la universidad y amigos, KIKA R, WILIAN G, CRISTIAN G, DANIEL D, MAFE V, VANESA S, MATU R, LILIANA G, MARTICA F, JOVANA F, J.CAMILO C, y demás compañeros que hicieron parte de este gran sueño, amigos con los que las preocupaciones quedaban en segundo plano y siempre estuvieron a mi lado e incluso en los momentos más difíciles dándome una razón más para seguir.

Finalmente le agradezco a la Universidad Pedagógica y Tecnológica de Colombia, por permitirme hacer parte de la familia upetecista, brindándome los conocimientos y las herramientas necesarias, tanto docentes como valores adquiridos, importantes en mi formación académica, para ser una excelente profesional y llevar en alto el nombre de la universidad.


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Gracias en primer lugar a Dios por darme la oportunidad de tener una familia que

me apoya y me brinda mucho amor, que con dedicación y mucho esfuerzo han

logrado que yo sea una persona con aspiraciones grandes como ser INGENIERO

DE TRANSPORTE Y VÍAS.

Gracias a mi mami que con tanto esfuerzo, dedicación y constancia ha hecho de

mí una gran persona llena de valores, que aunque al principio hubo momentos

difíciles esto me ha hecho más fuerte, a mi hermanito que llena mi vida de alegría

que con un abrazo logra transmitir la paz, tranquilidad y amor que se necesita para

lograr cada una de las metas que me he propuesto durante mi vida y a mi papá

por darme la vida que con su apoyo cada semestre se logró la primera meta de

ser profesional.

No pueda dejar a un lado a esas 2 personitas que fueron la base de conocimiento

y responsabilidad, que hicieron un gran trabajo en el transcurso de mis primeros

años con mi crecimiento como persona, ellos son mis abuelitos ALICIA Y GUILLE.

A ERIKA MONTES por ser parte de mi vida y corazón, por el apoyo incondicional

e indispensable necesario para afrontar las dificultades que se nos presentan en la

vida, que tan solo con una palabra bonita lleno mi vida de amor y tranquilidad

además de su constante preocupación y motivación para lograr esta meta.

A mi compañera de tesis ELIANA SALAMANCA por su perseverancia y constancia

que hicieron que este proyecto tuviera todas las cosas y matices que se necesitan

para decir “es lo mejor”.

A nuestro director de tesis CARLOS HERNANDO HIGUERA SANDOVAL, por ser

parte de nuestros sueños y metas, que gracias a su ejemplo nos ha inculcado la

perfección y el éxito.

Finalmente a mis amigos y compañeros que de alguna manera su apoyo fue recibido con gran compromiso, LUIS ERNESTO P, TIBERIO GALAN, JUAN DAVID P, MANUEL M, Y. LILIANA S, DAVID CASTILLO, JUANCHO R, ALEJA, JULIAN G, RUBEN GÜISA, ANDRES AGUIRRE, WILMER G, ING. MANUEL. GRACIAS


8

RESUMEN

En este trabajo se presenta un análisis comparativo entre el comportamiento de mezclas asfálticas tipo MCD-2 con materiales convencionales y no convencionales en la constitución y elaboración de mezclas bituminosas; con el objeto de evaluar este comportamiento se desarrollaron las metodologías MARSHALL y RAMCODES para obtener puntos de comparación en cuanto al comportamiento mecánico de las mezclas y especificaciones de las propiedades volumétricas obtenidos por cada uno de las metodologías. Se utilizó en el diseño experimental un material no convencional como es la asfáltita, utilizado como agregado fino y bitumen, este material está compuesto por un esqueleto mineral y asfalto natural. Estas mezclas pueden usarse para capas de afirmado, sub-base y base en todo tipo de pavimentos y en capas de rodadura, con un previo análisis granulométrico y la correcta dosificación y adición de un ligante. Se caracterizó la asfáltita y el agregado tradicional (arena y grava) con el fin de diseñar una combinación de agregados para cada franja de la curva granulométrica MCD-2, empleando asfáltita para las tres franjas de la curva, dando como resultado la elaboración de 45 ensayos MARSHALL además de 27 ensayos RAMCODES. Las combinaciones utilizadas para cada franja son grava como agregado grueso, arena como agregado fino teniendo en cuenta que la asfáltita funciona como arena y ligante bituminoso, de esta forma se analizó el comportamiento mecánico de las mezclas. Utilizando parámetros del diseño MARSHALL se realizó de la misma forma para cada franja de la curva MCD-2 la metodología RAMCODES el cual por medio de un desarrollo experimental con tres briquetas modifica el MARSHALL tradicional acelerándolo por medio de parámetros matemáticos y estadísticos, obteniendo una área máxima donde se cumplan simultáneamente todas las especificaciones de vacíos por medio de su aplicación polígono de vacíos, este polígono se obtuvo por medio de la aplicación RAMSOFT de RAMCODES el cual depende en gran parte del programa pilar en el análisis de mapas de CONTORNO llamado ORIGIN. Finalmente se desarrolló un análisis técnico - económico entre cada una de las metodologías utilizadas teniendo en cuenta materiales convencionales y no convencionales, donde se determinó cuál de las dos alternativas de diseño es factiblemente económica en cuanto a su diseño experimental, permitiendo establecer ventajas y desventajas tanto estructurales como económicas y de esta manera definir la mezcla de mejor comportamiento y verificando el cumplimiento de especificaciones del Instituto Nacional de Vías de Colombia (INVÍAS).

9

CONTENIDO

Pág.

INTRODUCCIÓN 20

1 GENERALIDADES DE MEZCLA BITUMINOSA 22

1.1 PROPIEDADES DE LAS MEZCLAS BITUMINOSAS 22

1.2 COMPOSICIÓN DE LAS MEZCLAS BITUMINOSAS 23

1.2.1 Agregados pétreos. 23

1.2.2 Asfalto. 24

1.2.3 Vacíos de aire. 24

1.2.4 Cualidades funcionales en las mezclas asfálticas en la capa de rodadura. 25

1.3 MEZCLA ASFÁLTICA EN CALIENTE. 25

1.3.1 Evolución de los diseños de mezclas asfálticas en caliente. 25

1.3.2 Consideraciones para la selección y proyecto de una mezcla asfáltica 26

1.3.3 Factores a considerar en el diseño de mezclas bituminosas 27

1.3.4 Los asfaltos naturales o nativos 29

2 DISEÑO DE LA MEZCLA CON ASFÁLTITA 30

2.1 ANTECEDENTES. 30

2.2 CLASIFICACIÓN DE LAS ASFALTITAS 32

2.3 DEPÓSITOS DE ASFÁLTITAS EN COLOMBIA. 34

2.4 CARACTERÍSTICAS TÍPICAS DE LAS ASFÁLTITAS 35

2.5 DESCRIPCIÓN DE LA UBICACIÓN DE LA CANTERA SANTA TERESA

EN PESCA – BOYACÁ 37

2.5.1 Ubicación del proyecto fuente de material (asfáltita) en Pesca- Boyacá 37

2.6 DESCRIPCIÓN DE LA UBICACIÓN DE LA CANTERA DE

AGREGADO (COLCONCRETOS) 38

2.7 DESCRIPCIÓN DE LA UBICACIÓN DE LA PLANTA DE ASFALTO

(SOLARTE & SOLARTE) 39

3 METODOLOGIAS DE DISEÑO 40

10

3.1 MÉTODO MARSHALL 40

3.1.1 Metodología 40

3.1.2 Propósito 40

3.1.3 Importancia 41

3.1.4 Variables. 41

3.1.5 El procedimiento del método de diseño 41

3.1.6 Especificaciones de la metodología 60

3.2 MÉTODO RAMCODES 60

3.2.1. Definición de RAMCODES 60

3.2.2. RAMCODES en mezclas asfálticas 61

3.2.3. Aplicaciones de la metodología 62

3.3 MARSHALL ACELERADO POR RAMCODES 64

3.3.1 Generalidades 64

3.3.2 Propiedades del ligante asfáltico. 66

3.3.3 Propiedades del agregado pétreo. 66

3.3.4 Propiedades de la mezcla asfáltica. 66

3.4 MÓDULOS DINÁMICOS 72

3.4.1 Generalidades 72

3.4.2 Módulos dinámicos de mezclas asfálticas mediante ensayos de laboratorio 73

3.4.2.1 Tracción por compresión directa 73

3.4.3 Módulos dinámicos de mezclas asfálticas mediante formulas. 76

4 CARACTERIZACIÓN FÍSICA DE LOS MATERIALES 83

4.1 CARACTERIZACIÓN DE LOS AGREGADOS. 83

4.2 ANÁLISIS GRANULOMÉTRICO. 86

4.3 ANÁLISIS QUÍMICO DE LA ASFÁLTITA 88

4.4 ANÁLISIS DEL ASFALTO 89

5 EXPERIMENTACIÓN Y RESULTADOS 90

5.1 DISEÑO EXPERIMENTAL 90

5.1.1 Tamizado. 92

5.1.2 Mezcla de Materiales 93

11

5.1.3 Preparación de Moldes. 94

5.1.4 Compactación Martillo MARSHALL 95

5.1.5 Extracción de las briquetas 95

5.1.6 Dimensionamiento de las briquetas 96

5.1.7 Parafinado de las briquetas 97

5.1.8 Inmersión de las briquetas 97

5.1.9 Desparafinado de las briquetas 98

5.1.10 Baño de maría para realizar ensayo de flujo y estabilidad. 98

5.1.11 Fallar briquetas 99

5.1.12 Ensayo James Rice 100

5.2 RESULTADOS 100

5.2.1 Influencia de la granulometría en las propiedades volumétricas de

la mezcla 100

5.2.2 Análisis para la obtención de rangos de contenidos óptimos de

bitumen en la mezcla. 103

5.2.3 Análisis por medio de los mapas de respuesta para estabilidad

de las mezclas. 105

5.2.4 Criterios de diseño y control 107

5.3 ANALISIS DE LOS MODULOS DINAMICOS DE LA MEZCLA 109

6 COMPARACIÓN TÉCNICA Y ECONÓMICA DE LAS

METODOLOGÍAS EN ANÁLISIS 112

6.1 COMPARACIÓN TÉCNICA 112

6.1.1 Análisis técnico 112

6.2 COMPARACIÓN ECONÓMICA. 114

6.3 COMPARACIÓN ESTADÍSTICA. 117

CONCLUSIONES 120

RECOMENDACIONES 123

BIBLIOGRAFÍA E INFOGRAFÍA 124

ANEXOS 127

12

LISTA DE CUADROS

Pág.

Cuadro 1. Clasificación de las asfáltitas 32

Cuadro 2. Fuentes de asfalto natural en Colombia 34

Cuadro 3. Fuentes de asfalto natural en Boyacá para construcción de vías

Secundarias y terciarias 35

Cuadro 4. Características típicas de las asfaltitas 36

Cuadro 5. Ensayos realizados a la asfáltita 42

Cuadro 6. (Continuación) Ensayos realizados a la asfáltita 43

Cuadro 7. Ensayos realizados al agregado 44

Cuadro 8. (Continuación) Ensayos realizados al agregado 45

Cuadro 9. Ensayos realizados al agregado 46

Cuadro 10. Cantidad de material de las briquetas según dosificación (Grava,

asfáltita y asfalto). (EJEMPLO para 5% de asfalto- franja central). 47

Cuadro 11. Cantidad de agregado (GRAVA) según granulometría (EJEMPLO para

5% de asfalto- franja central). 48

Cuadro 12. Criterios de diseño de la mezcla asfáltica en caliente por el método

MARSHALL 60

Cuadro 13. Resultados del Gmm para los porcentajes de asfalto correspondientes

(ecuación 9) 67

Cuadro 14. Valores de Gmb para vacíos de aire de 0%, 3% y 5%, para diferentes

contenidos de asfalto (MC) (ecuación 21) 68

Cuadro 15. Valores de Gmb para vacíos en el agregado mineral de 15% y 17%,

para diferentes contenidos de asfalto (ecuación 22) - (MC). 69

Cuadro 16. Valores de Gmb para vacíos llenados con asfalto de 65% y 80%, para

diferentes contenidos de asfalto (ecuación 24)- (MC) 70

Cuadro 17. Caracterización de la Grava (COLCONCRETOS) 84

Cuadro 18. Caracterización de la Asfáltita (Cantera Santa Teresa) 85

Cuadro 19. Análisis químico de la asfáltita granulada (Cantera Santa Teresa) 88

13

Cuadro 20. Análisis químico de la asfáltita liquida (Cantera Santa Teresa) 88

Cuadro 21. Caracterización del asfalto (SOLARTE & SOLARTE) 89

Cuadro 22. Resultados del comportamiento de las propiedades volumétricas, para

diferentes granulometrías (Franja central, Inferior y Superior) 101

Cuadro 23. Comparación de los resultados obtenidos para el modulo dinámico

según cada método 111

Cuadro 24. Resultados óptimos obtenidos para Marshall y Ramcodes 112

Cuadro 25. Comparación de los resultados con las especificaciones INV-C-450-07.

(Franja central). 112

Cuadro 26. Dosificación del agregado para una briqueta con la mezcla optima 114

Cuadro 27. Análisis del costo total de una briqueta con la mezcla optima con el

uso de agregado, asfáltita y cemento asfaltico. 115

Cuadro 28. Costo total de los materiales usados por m3 de una briqueta. 115

Cuadro 29. Análisis del costo total de una briqueta con la mezcla optima con el

uso de agregado (Grueso+Fino), y cemento asfaltico. 115

Cuadro 30. Costo total de los materiales usados por m3 de una briqueta. 116

Cuadro 31. Costo total para cada metodología de las mezclas diseñadas con

asfáltita 116

Cuadro 32. Análisis estadístico para mezclas con asfáltita (MC-RC, MI-RI y MS-

RS) 117

14

LISTA DE FIGURAS

Pág.

Figura 1. Tipos de ligantes bituminosos 29

Figura 2. Cantera Santa Teresa 38

Figura 3. Planta de asfalto Solarte & solarte 39

Figura 4. Proceso de obtención de cantidades granulométricas según dosificación

48

Figura 5. Diagramas de fases ensayo MARSHALL tradicional * 56

Figura 6. Diagramas de fases ensayo MARSHALL actualizado según INVÍAS

(INV.E 799 – 07) * 57

Figura 7. Representación del porcentaje de vacíos de aire en la mezcla (%Va).

(MC) 68

Figura 8. Representación del porcentaje vacíos en el agregado mineral (%VAM).

69

Figura 9. Representación del porcentaje de vacíos llenos de asfalto (%VFA) 70

Figura 10. Representación de las líneas superpuestas de vacíos: %VAM, %VAF y

%VA y obtención del polígono de vacíos 71

Figura 11. Representación del polígono de vacíos RAMCODES 71

Figura 12. Agregado utilizado en la mezcla (canteras) 83

Figura 13. Franja Granulométrica de la asfáltita 86

Figura 14. Franja Granulométrica del agregado (Grava) 87

Figura 15. Franjas Granulométricas de las tres mezclas (C-I-S) 87

Figura 16. Asfalto utilizado en la mezcla (SOLARTE & SOLARTE) 89

Figura 17. Factores variables en el diseño de mezclas asfálticas 91

Figura 18. Tamizado de los agregados 92

Figura 19. Material utilizado para la elaboración de las briquetas (agregado-

asfáltita) 93

Figura 20. Proceso de mezclado de los agregados con asfáltita y del ligante

bituminoso (T°) 93

15

Figura 21. Control de temperatura a los agregados y bitumen en la mezcla 94

Figura 22. Preparación de moldes 94

Figura 23. Compactación Martillo MARSHALL 95

Figura 24. Maquina de extracción de briquetas 95

Figura 25. Extracción de las briquetas 96

Figura 26. Medición de las briquetas 96

Figura 27. Parafinado de las briquetas 97

Figura 28. Inmersión de las briquetas 97

Figura 29. Desparafinado de las briquetas 98

Figura 30. Baño de maría para realizar ensayo de flujo y estabilidad 98

Figura 31. Fallar briquetas 99

Figura 32.Briquetas falladas en la prensa MARSHALL 99

Figura 33. Ensayo James Rice 100

Figura 34.Comportamiento de las propiedades volumétricas, para diferentes

granulometrías (Franja central, Inferior y Superior) 101

Figura 35.Influencia de los agregados en los parámetros volumétricos de las

mezclas mediante la metodología RAMCODES 103

Figura 36.Obtención de rangos aceptables para el contenido en la mezcla según

las especificaciones MDC – 2 para el diseño MARSHALL (Ejemplo) 104

Figura 37.Comportamiento de las propiedades mecánicas para las mezclas

diseñadas con asfáltita (franjas central, inferior y superior) 105

Figura 38. Mapa de contorno para estabilidad, mezcla diseñada con asfáltita. 107

Figura 39.Región de control para la aceptación de mezclas bituminosas Asfáltita

(Franja Central) -EJEMPLO 108

Figura 40. Pantalla principal del programa TMIX 111

Figura 41.Comportamiento de los datos por diagrama de cajas 118

16

LISTA DE ANEXOS

Pág.

ANEXO A. CARACTERIZACIÓN FISICA DE LA ASFÁLTITA 128

1. EXTRACCIÓN DE ASFALTO 128

2. GRANULOMETRIA ASFÁLTITA 129

3. GRANULOMETRIA ASFÁLTITA (Continuación) 130

4. EQUIVALENTE DE ARENA 131

5. GRAVEDAD ESPECIFICA Y ABSORCIÓN 132

6. GRAVEDAD ESPECIFICA DEL FILLER 133

7. LIMITE LIQUIDO M1 134



10. HUMEDAD 137

11. PENETRACIÓN 138

12. PUNTO DE IGNICIÓN Y LLAMA 139

13. GRAVEDAD ESPECIFICA DE MATERIALES SOLIDOS Y SEMISOLIDOS 140

CARACTERIZACIÓN FISICA DE LA GRAVA 141

14. GRANULOMETRIA GRAVA 141

15. GRANULOMETRIA GRAVA (Continuación) 142

16. GRAVEDAD ESPECIFICA Y ABSORCIÓN 143




20. LIMITE PLASTICO M1, M2, M3 147

21. DESGASTE EN LA MAQUINA DE LOS ANGELES M1 148



24. CARAS FRACTURADAS 151

17

25. INDICE DE APLANAMIENTO M1 152



28. INDICE DE ALARGAMIENTO M1 155



31. SANIDAD DE LOS AGREGADOS FRENTE A LA ACCIÓN DE

SULFATOS DE Na. M1 158





CARACTERIZACIÓN FISICA DEL ASFALTO 161

34. GRAVEDAD ESPECIFICA DE MATERIALES BITUMINOSOS

SOLIDOS Y SEMISOLIDOS 161

35. PUNTO DE IGNICIÓN Y LLAMA MEDIANTE LA COPA

ABIERTA DE CLEVELAND 162

36. DESTILACIÓN DE ASFALTOS LIQUIDOS 163

37. PENETRACIÓN DEL ASFALTO 164

38. PUNTO DE ABLANDAMIENTO DE MATERIALES BITUMINOSOS

(APARATO ANILLO Y BOLA) 165

39. VISCOSIDAD SAYBOLT FUROL DE LOS ASFALTOS 166

40. PENETRACIÓN DE LA MEZCLA ASFALTO - LIXIVIADO 167

41. FRANJAS GRANULOMETRICAS ESTABLECIDAS EN LAS MEZCLAS 168

ANEXO B. GRAVEDADES ESPECÍFICAS EFECTIVAS Y

GRAVEDAD ESPECÍFICA DE LA COMBINACIÓN DE AGREGADOS

GSB 169

1. FRANJA CENTRAL 169

2. FRANJA INFERIOR 170

3. FRANJA SUPERIOR 171

18

4. CALCULO DE LA GRAVEDAD ESPECÍFICA DE LA COMBINACIÓN DE

AGREGADOS GSB (ASFALTITA) 172

ANEXO C. FORMATOS DE LOS ENSAYOS MARSHALL 173




ANEXO D. GRÁFICAS DE LOS ENSAYOS MARSHALL 176




ANEXO E. ENSAYO RAMCODES 179

1. RAMCODES 179

2. RAMCODES N° 1 (RC) 180

3. RAMCODES N° 2 (RI) 181

4. RAMCODES N° 3 (RS) 182

5. RAMCODES N° 1 (RC)-EXCEL 183

6. RAMCODES N° 2(RI)-EXCEL 183

7. RAMCODES N° 3(RS)-EXCEL 184

ANEXO F. CALCULOS DE DOSIFICACIÓN Y GRADACIÓN 185

1. DOSIFICACIÓN 5% DE ASFALTO 185

2. GRADACIÓN 5% DE ASFALTO 186

3. DOSIFICACIÓN 5.5 % DE ASFALTO 187

4. GRADACIÓN 5.5% DE ASFALTO 188







11. DETERMINACIÓN DEL Gbmezcla 195

19

ANEXO G. GRAFICA USADA PARA EL CÁLCULO DE SB Y METODOS

UTILIZADOS EN LA DETERMINACIÓN DEL MODULO DINAMICO. 196

1. NOMOGRAMA SMIX 196

METODOS USADOS EN LA DETERMINACIÓN DEL MODULO DINAMICO 197

1. BONNAURE Y OTROS 197

2. HEUKELOM Y KLOMP 197

3. BANDS-2.0 198

20

INTRODUCCIÓN

Actualmente, nuestro país cuenta con una infraestructura vial inadecuada, no presenta las mejores condiciones de confort y calidad, el comportamiento y durabilidad de las carreteras no es optimo ya que su vida útil es muy corta, y por ende trae consecuencias como costos elevados hacia los usuarios además de la reducción de nivel de servicio, y tal vez las causas de estos inconvenientes son la falta de inversión, mantenimiento y descuido por parte del gobierno. Debemos tener en cuenta que las vías cumplen un papel muy importante en el desarrollo económico y social de un país, contribuyendo con el progreso en cuanto al transporte se refiere ya sea de todo tipo de mercancías o de personas. El constante crecimiento del parque automotor en los últimos años en Colombia, hace que las exigencias de los usuarios en cuanto a la vía su comodidad y seguridad sea más alta, por ende es necesario que las carreteras presenten una mayor vida útil, mayor seguridad y confort, para así cuantificar y disminuir costos tanto de mantenimiento y/o rehabilitación como para el usuario, además que la vías deben ser adecuadas a las exigencias. Por esto es necesario que el gobierno realice una buena inversión para así mejorar la calidad de las vías En vista de lo anterior, el proyecto que hace parte de las investigaciones del grupo de investigación GRINFRAVIAL de la escuela de Transporte y Vías de la Facultad de Ingeniería de la UPTC, se desarrolló con el objetivo de realizar procesos experimentales con materiales no convencionales: asfáltita de Pesca-Boyacá cantera Santa Teresa como arena y ligante bituminoso, permitiendo la fácil combinación y manejo con los materiales convencionales estipulados en las especificaciones del INVIAS, cumpliendo con las condiciones y criterios de calidad, exigencias del tránsito y su empleo en las diferentes regiones y topografías del país, contribuyendo al desarrollo social, económico y regional. Además, el presente proyecto tiene como objetivo evaluar el comportamiento y los beneficios que se tienen de una mezcla bituminosa MDC-2 al emplear materiales no convencionales (asfáltita), con relación a las especificaciones exigidas por el INVÍAS-2007. En el primer capítulo se presenta información acerca del diseño de mezclas bituminosas MDC-2, sus propiedades, su composición, evolución, características y propiedades. En el segundo capítulo se tienen el material base del proyecto (asfáltita) con su correspondiente descripción, características, clasificación, propiedades, antecedentes, usos, ventajas y desventajas en cuanto se refiere a una mezcla densa en caliente tipo 2 MDC-2, además de las fuentes de asfaltos naturales en

21

diferentes departamentos alrededor del país y la ubicación espacial de nuestro proyecto en cuanto a los materiales como la asfáltita, agregados y bitumen. En el tercer capítulo se describen los métodos manejados para la ejecución de la investigación (método MARSHALL, RAMCODES y el MARSHALL acelerado por RAMCODES) los objetivos, propiedades y aspectos más relevantes para cada método, además de los módulos dinámicos. El cuarto capítulo contiene la caracterización física de los materiales como: granulometría, análisis del asfalto y composición química de la asfáltita. El quinto capítulo se desarrolló el proceso experimental y los resultados con su respectivo análisis de las mezclas bituminosas, obtenidas por los métodos MARSHALL y RAMCODES, utilizando las aplicaciones para el análisis, con el uso del módulo de descripción del marco analítico de RAMCODES “ARIZADA” y la utilización del RAMSOTF para la obtención del área máxima donde se cumplen las especificaciones, teniendo en cuenta las normas de ensayo y las especificaciones establecidas por el Instituto Nacional de Vías INVÍAS-2007. En este capítulo también se introducen los mapas de contorno logrados con el software ORIGIN para facilitar el análisis de los resultados. En el capitulo sexto se realizó la comparación técnica, económica y estadística de las metodologías empleadas y por último se presentan las conclusiones y recomendaciones.

22

1 GENERALIDADES DE MEZCLA BITUMINOSA1

Las mezclas bituminosas, también denominadas aglomerados bituminosos, constituyen el principal componente de los pavimentos flexibles de carretera. Las mezclas bituminosas están compuestas por una combinación de áridos y ligantes hidrocarbonados que mezclados a altas temperaturas forman una película continua que envuelve a los áridos. Los áridos son un material elastoplástico y el betún viscoelástico, por lo tanto se considera que las mezclas bituminosas son un material visco elastoplástico.

Debido a las características del betún, las mezclas bituminosas tienen un comportamiento que depende de la temperatura y la velocidad de aplicación de las cargas. Sólo en determinadas condiciones se puede considerar que tienen un comportamiento elástico y lineal. Estas condiciones son cuando las temperaturas son bajas y la velocidad de aplicación de las cargas es elevada.

1.1 PROPIEDADES DE LAS MEZCLAS BITUMINOSAS

Cada tipo de mezcla bituminosa tiene unas propiedades intrínsecas diferentes. Esto hace que sus campos de aplicación sean también diferentes. En principio, no es posible proyectar una mezcla que satisfaga plenamente todas las propiedades, debido a que algunas de ellas son contrapuestas y porque la importancia de unas u otras depende de la funcionalidad y estructura del firme.

Las principales propiedades de las mezclas bituminosas son las siguientes:

- Estabilidad: Es la capacidad de las mezclas bituminosas de soportar carga y resistir las tensiones a las que se ve sometida, con unos valores de deformación tolerables. Es una representación empírica de la resistencia del material, combinación del rozamiento interno y la cohesión.

- Resistencia a las deformaciones plásticas: La aplicación de cargas a baja velocidad y a altas temperaturas produce una acumulación de deformaciones de tipo plástico debido al comportamiento viscoelastoplástico de las mezclas bituminosas. Si la relación filler/betún no es correcta o no se tienen unas características reológicas adecuadas se puede producir fluencia del material.

- Resistencia a la fatiga: A bajas temperaturas y altas velocidades el comportamiento de la mezcla bituminosa es fundamentalmente elástico, pero

1 UNIVERSIDAD POPULAR DEL CESAR. Las mezclas bituminosas, Cap.2, P.4, 8-10.

23

la repetición de cargas, generalmente muy inferiores a la de rotura, produce un agotamiento progresivo por fatiga del material. La fatiga se traduce en un aumento de las deformaciones elásticas en superficie, y cuando se llega a un avanzado estado de la misma se pueden observar agrietamientos generalizados denominados comúnmente piel de cocodrilo.

- Durabilidad: Las mezclas situadas en las capas de rodadura están expuestas

a agresiones externas como la radiación solar la oxidación del ligante producida por el aire, el agua o el hielo. También hay que tener en cuenta los aceites y combustibles. Todo esto afecta a la durabilidad de la mezcla.

- Resistencia al deslizamiento: Las mezclas bituminosas empleadas en capa

de rodadura deben proporcionar una resistencia al deslizamiento adecuada que debe mantenerse bastantes años. Para ello es necesario que los áridos tengan un elevado coeficiente de pulimento acelerado y que la macrotextura de las mezclas sea rugosa.

- Impermeabilidad: Las mezclas bituminosas de las capas superiores deben

proteger la infraestructura frente a la acción del agua que cae sobre la calzada. No obstante, esta permeabilidad no tiene porqué estar confiada a la capa de rodadura, habiéndose desarrollado las denominadas mezclas porosas.

1.2 COMPOSICIÓN DE LAS MEZCLAS BITUMINOSAS

1.2.1 Agregados pétreos. - Definición de agregados pétreos: Es una mezcla, natural o no, de piedra o

gravas trituradas, escorias, arenas finas, arenas gruesas y llenante mineral. Puede contener todos o algunos de estos materiales. Los agregados deben ser limpios, duros y durables. Los agregados son los responsables de la capacidad de carga o resistencia de la mezcla y constituyen entre el 90% y 95% en peso de la mezcla y entre el 75% y 85% en volumen de la misma.

- Propiedades de los agregados pétreos2: Agregados pétreos MDF-2; MDC-2, empleados para la ejecución de cualquier mezcla bituminosa, deberán poseer una naturaleza tal, que al aplicarle una capa de material asfáltico por utilizar en el trabajo, éste no se desprenda por la acción del agua y del tránsito. Solo se admitirá el empleo de agregados con características hidrófilas, si se añade algún aditivo de comprobada eficacia para proporcionar una buena adhesividad. El agregado grueso deberá proceder de la trituración de roca o grava o por una combinación de ambas; sus fragmentos deberán ser limpios resistentes y durables, sin exceso de partículas planas, alargadas, blandas o

2 HIGUERA SANDOVAL, Carlos Hernando. Nociones sobre métodos de diseño de estructuras de pavimentos

de carreteras. Principios fundamentales, el tránsito, factores climáticos y geotecnia vial Volumen I. 1 ed. Tunja. 2010. ISBN 978 – 958 – 660 – 149 – 8

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desintegrables. Estará exento de polvo, tierra, terrones de arcilla u otras sustancias objetables que puedan impedir la adhesión completa del asfalto. El agregado fino está constituido por arena de la trituración o una mezcla de ella con arena natural. La proporción admisible de esta última dentro del conjunto se encuentra definida en la respectiva especificación (artículo 450 – 07). Los granos del agregado fino deberán ser duros, limpios y de superficie rugosa y angular.

El material deberá estar libre de cualquier sustancia que impida la adhesión del asfalto, uno de los criterios que deberá tenerse en cuenta es el espesor de la capa compactada por colocar.

1.2.2 Asfalto3. Es un material cementante de color café a negro, con consistencia sólida, semisólida o líquida, procedente de yacimientos o lagunas asfálticas o de la destilación del petróleo.

El asfalto es útil al ingeniero porque es un cementante altamente impermeable y durable. Es resistente a la acción de la mayoría de los ácidos, álcalis y sales. También es altamente viscoso a temperatura ambiente y puede licuarse aplicando calor, un disolvente o emulsificándolo en agua.

El uso del asfalto en vías puede tener dos campos de aplicación, el diseño de mezclas asfálticas y la elaboración y colocación de las mismas. Francis N. Hveem clasificó las propiedades de los materiales asfálticos de acuerdo con:

- La Consistencia (fluidez, viscosidad o plasticidad). - La Durabilidad o resistencia al envejecimiento. - La Velocidad de Curado. - La Resistencia a la acción del agua.

Así mismo, el asfalto debe ser puro y se deben tener las precauciones de seguridad adecuadas para su manejo.

1.2.3 Vacíos de aire. Vacíos de aire son importantes en el comportamiento de la mezcla ya que permiten absorber los cambios volumétricos producidos por el clima o el tránsito. Para mezclas asfálticas en caliente se recomienda un porcentaje entre 3% y 5% de vacíos y para mezclas en frío se sugiere un valor mayor. Un alto contenido de vacíos puede producir deformaciones permanentes y un bajo contenido de los mismos, exudación.

3 RAMÍREZ L, David. Tesis. Variabilidad del módulo resiliente de una mezcla asfáltica mdc-2 dentro de la

ventana de diseño propuesta por M. Witczak. Universidad Nacional de Colombia sede Manizales. Facultad de Ingeniería y Arquitectura. Colombia. 2008.

25

1.2.4 Cualidades funcionales en las mezclas asfálticas en la capa de rodadura4. Estas inciden fundamentalmente en su superficie, en su acabado y de los materiales que se hayan empleado en su construcción dependen aspectos tan interesantes y preocupantes para los usuarios como:

- La adherencia del neumático a la capa de rodadura. - El desgaste de los neumáticos. - El ruido en el exterior y en el interior del vehículo. - La comodidad y estabilidad en marcha. - Las cargas dinámicas del tráfico. - La resistencia a la rodadura (consumo de carburante). - El envejecimiento de los vehículos. - Las propiedades ópticas.

Estos aspectos funcionales de la capa de rodadura están principalmente asociados con la textura y la regularidad superficial del pavimento.

1.3 MEZCLA ASFÁLTICA EN CALIENTE5.

Constituye el tipo más generalizado de mezcla asfáltica y se define como 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. 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.

1.3.1 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.

4PADILLA R, Alejandro. Tesis. Análisis de la resistencia de las mezclas bituminosas densas de la

normatividad mexicana mediante el ensayo de pista. Universidad Politécnica de Cataluña. Departamento de Infraestructura del Transporte y del Territorio. Escuela Técnica Superior de Ingenieros de Caminos, Canales y Puertos. Barcelona. 2004. 5 RODRIGUEZ PADILLA, Alejandro. Mezclas Asfáltitas, 2012. p. 47-48.

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- 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.

- 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.

- Método Hveem (1930´s). Método de diseño de mezclas asfálticas, desarrollado casi en el mismo tiempo que el método Marshall. Evalua una estabilidad pseudotriaxial.

- 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 al ahuellamiento.

- 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.

- 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, 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.

1.3.2 Consideraciones para la selección y proyecto de una mezcla asfáltica6. En muchas ocasiones, el proyecto de una mezcla asfáltica se reduce a determinar su contenido de ligante, sin embargo, esa es solo la última fase de un proceso más amplio, que requiere de un estudio cuidadoso de todos los factores

6 MEZCLAS ASFALTICAS [Anónimo], Capitulo 3.p. 12-13.

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involucrados, a fin de garantizar un comportamiento adecuado de la mezcla y un considerable ahorro económico en la solución.

Las fases de las que consta el proyecto de una mezcla son las siguientes:

- Análisis de las condiciones en las que va a trabajar la mezcla: tráfico, tipo de infraestructura (carretera, vía urbana, aeropuerto, etc.), la capa de la que se trata (rodadura, intermedia o base) y espesor, naturaleza de las capas subyacentes, intensidad del tráfico pesado, clima, etc. Asimismo, hay que distinguir si se trata de un firme nuevo o de una rehabilitación.

- Determinación de las propiedades fundamentales que ha de tener la mezcla, dadas las condiciones en las que ha de trabajar. Debe establecerse la resistencia a las deformaciones plásticas o la flexibilidad, entre otras.

- Elección del tipo de mezcla que mejor se adapte a los requerimientos planteados, incorporando en este análisis las consideraciones económicas o de puesta en obra que haya que considerar.

- Materiales disponibles, elección de los agregados pétreos, los cuales deben cumplir con determinadas especificaciones, pero que en general serán los disponibles en un radio limitado y, por lo tanto, a un costo razonable. Asimismo, hay que elegir el polvo mineral de aportación.

- Elección del tipo de ligante: asfalto, asfalto modificado, emulsión asfáltica, el costo es siempre un factor muy relevante.

- Dosificación o determinación del contenido óptimo de ligante según un proceso que debe adaptarse al tipo de mezcla, la cual debe hacerse para distintas combinaciones de asfalto.

1.3.3 Factores a considerar en el diseño de mezclas bituminosas7. Los métodos de diseño de mezclas bituminosas deben tener en cuenta las variables reales de la planta de producción y la zona de construcción e intentar reducir al mínimo las hipótesis y factores de escala necesarios que permitan trabajar en el laboratorio de modo similar a la realidad. Además, el análisis debe tener presente que el comportamiento de la mezcla se ve afectado por el tráfico y las condiciones atmosféricas y ambientales.

El método racional permite el diseño óptimo y durable de pavimentos ya que se puede verificar su vida útil con respecto a las admisibilidades propias de cada capa del pavimento. Los datos necesarios son el tránsito, los parámetros de base de cálculo, los datos climáticos y del ambiente y los parámetros descriptivos de los materiales.

El Asphalt Institute de Estados Unidos ha demostrado que hay diferencias considerables entre los testigos extraídos del pavimento ya fabricado con mezclas del mismo tipo fabricadas en laboratorio.

7 LAS MEZCLAS Bituminosas [Anónimo], Capitulo 2, UPC .p. 8-9.

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Actualmente existen diferencias entre la compactación en obra y en laboratorio. Además también existen diferencias de compactación si la planta es continua o discontinua. Eneste aspecto Von Quintus observó que el porcentaje de huecos en la mezcla es más alto si se prepara en planta que si se hace en laboratorio, aun utilizando la misma energía de compactación.

Este hecho es importante debido a que el porcentaje de huecos en la mezcla influye en las características mecánicas de la mezcla. En un estudio realizado por Nunn se puede observar como el aumento de porcentaje de huecos disminuye el módulo de rigidez de la mezcla.

Von Quintus realizó diversos estudios para observar como influía el tipo de compactación en las propiedades finales de la mezcla. Uno de los estudios utilizaba el ensayo a tracción indirecta para determinar las diferencias entre dos sistemas de compactación, el martillo Marshall y un compactador giratorio de amasado (Gyratory Shear Compactor). Llegó a la conclusión que con el mismo porcentaje de huecos el martillo Marshall da un valor de resistencia a tracción indirecta superior.

En laboratorio la densidad después de la compactación se mantiene siempre constante pero la densidad de una mezcla sometida a la acción del tráfico y al paso del tiempo no. La mayoría de mezclas se diseñan para un porcentaje de huecos entorno al 3%-5%, pero muchas veces en obra se colocan con porcentajes superiores al 8% debido a diferencias de temperatura, compactación, etc. Las mezclas que tienen un porcentaje de huecos más elevado pueden llegar a densificarse debido al tráfico y dar lugar a deformaciones importantes que pueden afectar a las propiedades de la mezcla y provocar su fallo.

Este proceso de reducción de huecos depende del porcentaje de huecos inicial, del proceso de construcción y de las condiciones ambientales. Otro de los fenómenos a tener en cuenta es el aumento de rigidez de la mezcla provocado por la oxidación del betún y la consecuente pérdida de aceites. Esto provoca un envejecimiento del betún que rigidiza la mezcla y la hace más vulnerable a la rotura frágil a bajas temperaturas y a la fatiga ante un ciclo largo de cargas.

El pavimento llega a colapsar por dos motivos. Por fallo funcional o por fallo estructural. En donde el el fallo funcional es debido a un nivel de servicio insatisfactorio provocado por incomodidad o inseguridad para la circulación. Esto no implica que la estructura haya roto, sino que algunas de las propiedades, ya sea la rugosidad, la adherencia u otras, no cumplen los requisitos mínimos según normativa, y el fallo estructural se produce cuando la estructura definida en el diseño rompe. Se pueden definir tres tipos básicos de señales del pavimento que provocan fallo estructural:

29

- Rotura térmica a bajas temperaturas - Rotura por fatiga - Deformaciones plásticas

Además de estos fenómenos de fallo estructural hay diversos factores igualmente importantes que implican un fallo del pavimento. Entre éstos destacan el problema de eliminar la humedad, que el pavimento patine, el desprendimiento y la exudación del betún.

1.3.4 Los asfaltos naturales o nativos8. Constituyen una amplia gama de productos con base asfáltica que se encuentran en la naturaleza. De estos productos se obtienen los aglomerantes para pavimentaciones sin necesidad de destilación. Los asfaltos naturales se han formado por un fenómeno de migración de determinados petróleos naturales hacia la superficie terrestre, apareciendo a través de fisuras y rocas porosas, seguido o combinado con una volatización de sus componentes más ligeros y la consiguiente concentración de los compuestos asfálticos ya existentes en el mismo; algunos se encuentran en estado casi puro, formados mayormente por sustancias hidrocarbonadas con poca materia mineral, aunque lo más usual es que estén mezclados con otros minerales (Ver figura 1).

Figura 1. Tipos de ligantes bituminosos

Fuente: SANCHEZ Sabogal, Fernando. Modulo 8, Ligantes Bituminosos, [diapositivas]. 6p.

8CONSTRUMATICA. Internet: (www.construmatica.com/construpedia/Asfalto_Natural

<http://www.construmatica.com/construpedia/Asfalto_Natural>).

http://www.construmatica.com/construpedia/Petr%C3%B3leo

30

2 DISEÑO DE LA MEZCLA CON ASFÁLTITA

Las buenas mezclas asfálticas en caliente trabajan bien debido a que son diseñadas, producidas y colocadas de tal manera que se logra obtener las propiedades deseadas. Hay varias propiedades que contribuyen a la buena calidad de pavimentos de mezclas en caliente. Estas incluyen la estabilidad, la durabilidad, la impermeabilidad, la trabajabilidad, la flexibilidad, la resistencia a la fatiga y la resistencia al deslizamiento.

El objetivo primordial del procedimiento de diseño de mezclar es el de garantizar que la mezcla de pavimentación posea cada una de estas propiedades. Por lo tanto, hay que saber que significa cada una de estas propiedades, cómo es evaluada, y que representa en términos de rendimiento del pavimento9.

- Las asfáltitas10: son materiales que se forman por la destilación natural de los

crudos pesados o por la oxidación del crudo en la superficie terrestre por contacto en el aire; al estar superficialmente sucede una volatilización apreciable de las fracciones más livianas quedando un residuo comúnmente denominado Asfalto Natural (AN), siendo una mezcla natural de crudo de petróleo y agregados compuestos por cantos rodados de gradación casi densa que va desde tamaños de 4 pulgadas hasta el tamiz N°200; los contenidos de agua son bajos y dependen de la exposición a la intemperie.

- Mezcla asfalto natural: Es un material compuesto por un esqueleto mineral y asfalto natural. Estas mezclas pueden usarse para capas de afirmado, sub-base y base en todo tipo de pavimentos y en capas de rodadura, previo análisis granulométrico y la correcta dosificación y adición de un ligante que puede ser emulsión asfáltica o un crudo pesado. También existen asfaltos naturales de composición granular fina, a los cuales se les realiza un ajuste granulométrico según la aplicación.

2.1 ANTECEDENTES11.

En Colombia se tienen noticias, desde hace mucho tiempo, sobre la utilización de asfaltos naturales en la construcción de pavimentos para carreteras y calles. En 1928, por encargo del gobierno nacional, el geólogo Emil Grosse realizó un estudio preliminar sobre los yacimientos de asfalto en la región central de Boyacá. En aquel entonces se explotó el asfalto con fines comerciales, aunque en forma muy rudimentaria. La explotación se hacía a tajo abierto o subterráneamente,

9 DISEÑO DE Mezclas Asfálticas, Capitulo IV [Anónimo].5 p.

10 MACUCCI, Fabio y PINTO, Alba Luz. Estudio técnico de asfalto natural. Tunja: PAVICOL, 2000

11 GONZÁLEZ HERRERA, David, et al. Tecnología en caliente de asfaltos naturales, para pavimentación en

vías de primer orden.p.1-2.

31

mediante galerías o cruzadas, sistema que producía pérdidas hasta el 45%. En este estudio se encontraron porcentajes de asfaltos bajos y un comportamiento deficiente de los asfaltos en los pavimentos” en razón a la baja tecnología aplicada.

En el Departamento de Caldas, el hallazgo del asfalto natural se remonta a la época en la cual se construía la carretera Dorada – Sonson. Por la década de los 60’s se extrajeron areniscas asfálticas de los cortes para mejorar la vía de acceso de una finca perteneciente a un particular, obteniéndose resultados deficientes debido al desconocimiento sobre el adecuado manejo del material. En 1983 el antiguo Ministerio de Obras Públicas y Transporte visitó la zona con el fin de conocer el afloramiento ubicado en el kilómetro 28 de la vía Dorada – Norcasia. Después este asfalto natural se utilizó para mejorar los accesos viales del proyecto hidroeléctrico Miel I.

Este recurso natural es abundante en Colombia, donde se hallan documentadas experiencias positivas con minas ubicadas en los departamentos de Tolima, Caquetá, Cesar, Boyacá y Santander, en las cuales se aprecia un incremento en la calidad tecnológica, que puede llevar a que su masiva y económica aplicación propicie un mejoramiento sostenible de la red vial urbana y rural. Es de observar, que las características propias de cada yacimiento de asfalto natural obliga a una particular forma tecnológica de aplicación, que debe realizarse con base en las exigencias técnicas específicas de los proyectos.

A causa de la pocos estudios encontrados en el tema, la información que se presenta continuación sobre las características de las asfaltitas se basó en la teoría de F.JNellensteyn sobre la formación de asfaltitas, expuesta en el libro de Herberth Abraham y en el estudio cuali-cuantitativo sobre las asfaltitas realizado por Bonilla y Fajardo, expuesto en el trabajo de tesis “Utilización de una mezcla asfalto -asfáltita en pavimentos para vías” de Henry Chavarro y Fabio Gómez.

La investigación de Chavarro y Gómez, transcribe textualmente algunos de los resultados del estudio realizado de Bonilla y Fajardo, el presente trabajo considera igualmente necesario plasmar dicha información, teniendo en cuenta que fue la única fuente confiable que se encontró sobre la composición química de las asfaltitas en Colombia.

“Las asfáltitas son partículas coloidales de carbón elemental en anillos aromáticos protegidos por una porción liofilica o resinas asfálticas y constituyen la fase dispersa de un asfalto. De las resinas se saben que están formadas principalmente por grupos de CH. El análisis por infrarrojo realizado en el espectrofotómetro Perkin Elmer modelo 237B, mostro de acuerdo al estudio de los espectros, la presencia del grupo olefinico, asícomo también compuestos de carácter alifático. Se descartan grupos de alcohol, amina, aldehído, éter, ácidos, así como la presencia de compuestos aromáticos. Los espectros obtenidos al pasar las diferentes fracciones por el equipo de Resonancia Nuclear Magnetica

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Variant, Modelo T 60 A, mostraron la presencia de grupos olefinicos, ausencia de grupos aromáticos y de cualquier otra especie.”

Esta investigación, está totalmente de acuerdo con la teoría de Nellensteyn, donde los criterios se basan en la afirmación de la presencia de compuestos alifáticos, particularmente de la presencia de CH2 , en las asfaltitas.

2.2 CLASIFICACIÓN DE LAS ASFALTITAS12

Aunque las asfaltitas por ser un producto natural poseen diversas características según su origen, en la literatura se encuentran algunas clasificaciones basadas en sus propiedades, para el presente trabajo se eligió la clasificación propuesta por Herbert Abraham en su tratado sobre el asfalto denominado “Asphals and Allied Substances” basado en las normas de la ASTM y del ASA. Dicha clasificación define tres tipos de asfaltitas: la gilsonita, el manjak o “glance pitch” y la grahamita.

Herbert Abraham ha propuesto las siguientes propiedades para diferenciar a las tres (3) clases:

Cuadro 1. Clasificación de las asfáltitas

Tipo de asfáltita

Raya Gravedad especifica a 25°C

Punto de ablandamiento °C

Porcentaje de carbón fijo

Gilsonita Marrón 1.03 -1.10 110 -177 10 - 20

Manjak o "glance pitch"

Negro 1.10 - 1.15 110 – 177 20 - 35

Grahamita Negro 1.15 - 1.20 177 – 316 33 - 55

Fuente: MAYORGA PINTO, Alfonso y OBREGON PORRAS, Raúl. Utilización de asfaltitas en pavimentos. Tesis de grado, Universidad Industrial de Santander-UIS, Bucaramanga 1990

- Gilsonita o Uintafta: Esta clase es la de mayor valor comercial, pues se emplea para muchos propósitos. Cerca al extremo superior de los filones, parte expuesta a la intemperie, la gilsonita cambia su lustro brillante para un negro opaco. A lo largo de las paredes de las venas, muestra una estructura de tipo columna. Las paredes de las rocas están, a menudo, impregnada con gilsonita, así que no hay una línea visible de demarcación, entre las porciones impregnadas y no impregnadas. En las formaciones de lutita la zona

12

MAYORGA PINTO, Alfonso y OBREGON PORRAS, Raúl. Utilización de asfaltitas en pavimentos. Tesis de

grado, Universidad Industrial de Santander-UIS, Bucaramanga 1990

33

impregnada es más pequeña que la que resulta cuando la gilsonita se encuentra en una arenisca porosa. Cuando se mejoran sus propiedades, al aumentar el contenido de carbón fijo al rango de 20 – 60 por ciento, por un tratamiento de calentamiento previo, se usa en la fabricación de pinturas, lacas y charoles. La gilsonita y el manjak se mezclan perfecta y rápidamente en todas las proporciones con las breas de ácido – grasos, así se diferencia de la grahamita.

- El Manjak o “Glance Pitch”: La “Glance Pitch” en su apariencia externa es muy semejante a la gilsonita, con la excepción de la raya, el cual es marrón en al gilsonita y negro en el manjak, este último también tiene un mayor porcentaje de carbón y una gravedad especifica más alta. El manjak parece estar ubicado entre los asfaltos nativos y la grahamita, probablemente se ha derivado del petróleo, pero de una característica diferente a la que origina la gilsonita, no obstante tienen un estado de metamorfismo paralelo, y aproximadamente bajo las mismas condiciones externas. En Colombia existen algunos depósitos de manjak, siendo los más importantes los del departamento del Tolima y Bolívar, en Santander también se ha registrado pequeñas minas de esta variedad.

- La Grahamita: Esta asfáltita varía considerablemente en su composición y propiedades físicas. Algunos depósitos se presentan casi puros y otros asociados con materia mineral, en porcentajes hasta del 50%, se caracteriza por una gravedad específica alta, raya negra, punto de fusión alto, alto porcentaje de carbón y solubilidad de la materia orgánica en bisulfuro de carbono

En Colombia existen varios depósitos de este tipo de asfaltitas diseminados por todo el país; estas minas han sido descubiertas muy recientemente, y aún se desconoce la dimensión y potencial aproximado de tales depósitos. Entre los depósitos que existen en Colombia se pueden mencionar: Región del Gualito, municipio de Jordan, Santander; el Rio Amaya, jurisdicción de Chaparral, Tolima; en Villeta Cundinamarca; en los llanos orientales, en San Vicente de Chucurí, San Gil, La renta y la azufrada del departamento de Santander. En el departamento de Boyacá existen depósitos de esta asfáltita, en Puerto Olaya sobre la carretera Tunja – Barbosa, Pesca, principalmente. Otro tipo de clasificación de asfaltitas es según su bitumen:

- Asfaltos de alto contenido de bitumen: Se consideran con alto contenido de bitumen por estar conformados en las del 80% por este. Dentro de este grupo se encuentran las denominadas asfaltitas las cuales se presentan en la naturaleza en forma de vetas. Las asfaltitas contienen un porcentaje bastante bajo de materia inorgánica insoluble. Poseen además un contenido notablemente alto de asfáltenos. Este tipo de asfaltitas se pueden clasificar de acuerdo a sus características en Gilsonita, Grahamita y Glance Pitch.

- Asfaltos con contenido medio de bitumen: Se presentan generalmente como un depósito de afloramiento. La cantidad de bitúmenes que contienen

34

estos depósitos es aproximadamente del 25% al 80% con considerable materia mineral, arenas, arcillas coloidales y materia orgánica proveniente de materia vegetal.

2.3 DEPÓSITOS DE ASFÁLTITAS EN COLOMBIA.

En un estudio para el mejoramiento de capas de pavimentos con asfalto natural de pesca Boyacá, realizado como trabajo de grado por estudiantes de la Universidad Industrial de Santander, se encontró la siguiente relación de municipios donde se encuentran fuentes de asfalto natural en Colombia y en Boyacá.

Cuadro 2. Fuentes de asfalto natural en Colombia

DEPARTAMENTO MUNICIPIO

BOYACÁ Corrales, Tópaga, Sogamoso, Paípa, Pesca, Boyacá, Rondón.

CUNDINAMARCA Macheta y Guaduas

META Villavicencio

CALDAS Victoria, Silvina, Inza

SANTANDER Vélez, Barrancabermeja, Puerto Wilches, Rio Negro

NORTE DE SANTANDER Cúcuta

TOLIMA Armero, Lérida, Chaparral Y Ataco

ANTIOQUIA Buchado

CHOCO Tado, Condoto, Bagado y Baudo

CAQUETA Suarez, Puerto Rico, Florencia, Bélen y San José

Fuente. REMATOSO LLAMAS, Claudia Patricia y VILLABONA ROSALES, Hugo Enrique. Estudio para el

mejoramiento de capas de pavimentos con asfalto natural de Pesca, Boyacá. Bucaramanga, 1979.Trabajo de

grado (Ingeniero Civil). Universidad Industrial de Santander. Facultad de Ingeniería Civil.

35

Cuadro 3. Fuentes de asfalto natural en Boyacá para construcción de vías Secundarias y terciarias

MUNICIPIO NOMBRE DE MANTO ESPESOR DEL

MANTO (m) RESERVA

PROBABLE (t)

CORRALES Alto de Culatas 20 -

TÓPAGA Margen izquierdo. Del Río

Monguí 1.5 -

Pulido 2.5 -

Rodriguez 2.5 -

Camargo 2.5 -

SOGAMOSO La Sierra 2 -

PAIPA Hacienda Rio arriba 2 -

PESCA Santa Teresa 17 100

Villa Larga 25 -

Londoño 6 5000

La Emilia 6 1400

BOYACÁ a 6.5 Km - -

RONDÓN Confluencia del Río Uvo con

el Río Mucane 10 -

2.4 CARACTERÍSTICAS TÍPICAS DE LAS ASFÁLTITAS

A causa de la pocos estudios encontrados en el tema, la información que se presenta continuación sobre las características de las asfaltitas se basó en la teoría de F.JNellensteyn sobre la formación de asfaltitas, expuesta en el libro de Herberth Abraham y en el estudio cuali-cuantitativo sobre las asfaltitas realizado por Bonilla y Fajardo, expuesto en el trabajo de tesis “Utilización de una mezcla asfalto -asfáltita en pavimentos para vías” de Henry Chavarro y Fabio Gómez.

La investigación de Chavarro y Gómez, transcribe textualmente algunos de los resultados del estudio realizado de Bonilla y Fajardo, el presente trabajo considera igualmente necesario plasmar dicha información, teniendo en cuenta que fue la única fuente confiable que se encontró sobre la composición química de las asfaltitas en Colombia.

Fuente. REMATOSO LLAMAS, Claudia Patricia y VILLABONA ROSALES, Hugo Enrique. Estudio para el mejoramiento de capas de pavimentos con asfalto natural de Pesca, Boyacá. Bucaramanga, 1979.Trabajo de grado (Ingeniero Civil). Universidad Industrial de Santander. Facultad de Ingeniería Civil.

36

“Las asfaltitas son partículas coloidales de carbón elemental en anillos aromáticos protegidos por una porción liofilica o resinas asfálticas y constituyen la fase dispersa de un asfalto. De las resinas se saben que están formadas principalmente por grupos de CH (grupos alquilo).

El análisis por infrarrojo realizado en el espectrofotómetro Perkin Elmer modelo 237B, mostro de acuerdo al estudio de los espectros, la presencia del grupo olefinico, asícomo también compuestos de carácter alifático. Se descartan grupos de alcohol, amina, aldehído, éter, ácidos, así como la presencia de compuestos aromáticos. Los espectros obtenidos al pasar las diferentes fracciones por el equipo de Resonancia Nuclear Magnetica Variant, Modelo T 60 A, mostraron la presencia de grupos olefinicos, ausencia de grupos aromáticos y de cualquier otra especie.”

Esta investigación, está totalmente de acuerdo con la teoría de Nellensteyn, donde los criterios se basan en la afirmación de la presencia de compuestos alifáticos, particularmente de la presencia de CH2, en las asfaltitas.

A continuación se presenta el cuadro 4, donde se muestran las características típicas de las asfaltitas.

Cuadro 4. Características típicas de las asfaltitas

CARACTERISTICA NORMA ASTM

UNIDADES

TIPO DE ASFALTITA

GILSONITA GRAHAMITA GLANCE

PITCH

Bitumen soluble en CS

D-4 Imasa 98+ 40-100 99.3

Material mineral insoluble

D-4 Imasa 1 5 0.5

Punto de ablandamiento

D-36 °C 121-260 187-329 110-121

Gravedad especifica 25/25°C

D-70 1.03-1.08 1.15-1.50 1.084

Ductilidad D-113 cm 0,0 1.0

Penetración D-5 mm/10 0.0

% de agua D-93 % 2.0 0.0 0.0

Color de masa Negro Negro Negro

Lustre Opaco a brillante

Brillante a opaco

Ilustroso

Raya Parda Negra Parda oscura

Comportamiento en la llama

No decrépita Decrépita

Fractura Concoidal-columnar

Concoidal fibrosa

Concoidal

Fuente. MAYORGA PINTO, Alfonso y OBREGON PORRAS, Raúl. Utilización de asfaltitas en pavimentos. Tesis de grado, Universidad Industrial de Santander-UIS, Bucaramanga 1990.

37

2.5 DESCRIPCIÓN DE LA UBICACIÓN DE LA CANTERA SANTA TERESA EN PESCA – BOYACÁ

Es un municipio colombiano ubicado en la provincia de Sugamuxi en el departamento de Boyacá. Está situado a unos 108 kilómetros de la ciudad de Tunja; El municipio limita por el norte con Firavitoba, al nororiente con Iza, al noroccidente con Tuta, por el oriente con Tota, por el sur con Zetaquira, al suroccidente con Rondón y Siachoque y por el occidente con Toca.

La economía del municipio se basa en la agricultura y la ganadería. Entre los productos agrícolas se destacan la papa, el trigo, el maíz, las arvejas, los frijoles, las ibias, así como diversas hortalizas. En cuanto al ganado se crían principalmente el vacuno y el ovino, además existe la explotación de yacimientos de asfáltita, carbón piedra caliza y materiales de cantera, las cuales están determinadas por el tipo de proyecto y su viabilidad en cuanto al transporte y uso del material (Asfáltitas). Las canteras de Santa Teresa y la Emilia las cuales son establecidas para el estudio.

2.5.1 Ubicación del proyecto fuente de material (asfáltita) en Pesca- Boyacá

Imagen 1. Ubicación de Pesca en Boyacá

Fuente.http://www.google.com/imgres?um=1&hl=es&sa=N&biw=1366&bih=643&gl=co&tbm=isch&tbnid=nBuR

RNmNDprbSM:&imgrefurl=http://boyaca.homestead.com/dentoeven.html&docid=mlD8afdycKfg7M&imgurl=htt

p://boyaca.homestead.com/Mapa_Boyaca.

http://www.google.com/imgres?um=1&hl=es&sa=N&biw=1366&bih=643&gl=co&tbm=isch&tbnid=nBuRRNmNDprbSM:&imgrefurl=http://boyaca.homestead.com/dentoeven.html&docid=mlD8afdycKfg7M&imgurl=http://boyaca.homestead.com/Mapa_Boyaca.jpg&w=785&h=569&ei=6OqeT6qLNYSc8gTX5Z2gDw&zoom=1&iact=hc&vpx=178&vpy=151&dur=1414&hovh=191&hovw=264&tx=143&ty=73&sig=115456834598908118828&page=1&tbnh=130&tbnw=179&start=0&ndsp=18&ved=1t:429,r:0,s:0,i:66



38

Imagen 2. Ubicación de la cantera Santa Teresa en Pesca

Fuente.http://maps.google.com/maps?hl=es&bav=on.2,or.r_gc.r_pw.r_qf.,cf.osb&biw=1366&bih=643&q=mapa

%20boyac%C3%A1&um=1&gl=co&resnum=1&ie=UTF-8&sa=N&tab=il

Figura 2. Cantera Santa Teresa

Fuente. Elaboración propia

2.6 DESCRIPCIÓN DE LA UBICACIÓN DE LA CANTERA DE AGREGADO (COLCONCRETOS)

Su principal tarea consiste en la fabricación y almacenamiento de materiales para

construcción, ubicada en el barrio San Luis (Ver imagen 3) de la ciudad de Tunja-

Boyacá, empresa con gran reconocimiento en su campo de acción a nivel

Nacional por su alta calidad en los agregados.

39

Imagen 3. Ubicación de la cantera de agregados (COLCONCRETOS)

Fuente. https://www.google.com/map

2.7 DESCRIPCIÓN DE LA UBICACIÓN DE LA PLANTA DE ASFALTO (SOLARTE & SOLARTE)

Su principal tarea consiste en el almacenamiento de asfalto y emulsión 60-70

para venta, esta empresa adquiere el asfalto de Ecopetrol.se encuentra ubicada

en la variante Doble calzada-salida municipio Toca (Ver figura 3) de la ciudad de

Tunja- Boyacá, empresa con gran reconocimiento en su campo de acción a nivel

Nacional por su alta calidad en el tratamiento de asfalto.

Figura 3. Planta de asfalto Solarte & solarte

Fuente. Elaboración Propia

40

3 METODOLOGIAS DE DISEÑO

3.1 MÉTODO MARSHALL

3.1.1 Metodología13. Es aplicable a mezclas asfálticas en caliente para pavimentación que contengan agregados con un tamaño máximo de 25 mm (1”) o menor. El método modificado se desarrolló para tamaños máximo arriba de 38 mm (1.5”). Está pensado para diseño en laboratorio y control de campo de mezclas asfálticas en caliente con graduación densa. Debido a que la prueba de estabilidad es de naturaleza empírica, la importancia de los resultados en términos de estimar el comportamiento en campo se pierde cuando se realizan modificaciones a los procedimientos estándar.

El método MARSHALL utiliza especímenes de prueba estándar de una altura de 64 mm (2 ½”) y 102 mm (4”) de diámetro. Se preparan mediante un procedimiento específico para calentar, mezclar y compactar mezclas de asfalto – agregado.

Según la especificación INV E – 748.07. Los dos aspectos principales del método de diseño son, la densidad-análisis de vacíos y la prueba de estabilidad y flujo de los especímenes compactados.

3.1.2 Propósito14. El diseño de mezclas asfálticas de pavimentación consiste, en gran parte en seleccionar y proporcionar materiales para obtener las propiedades deseadas, en el pavimento terminado. El objetivo general del procedimiento de diseño consiste en determinar una combinación y graduación económica de agregados (dentro de los límites de las especificaciones del proyecto) y asfalto que produzca una mezcla con:

- Suficiente asfalto para garantizar un pavimento durable. - Adecuada estabilidad para que satisfaga las demandas de tránsito sin producir

deformación o desplazamiento. - Un contenido de vacíos lo suficiente alto para permitir una ligera cantidad de

compactación adicional bajo las cargas de tránsito, sin que se produzca exudación o pérdida de estabilidad, y todavía lo suficientemente bajo para no dejar penetrar los efectos dañinos del aire y el agua.

- Suficiente trabajabilidad para permitir una colocación eficiente sin segregación.

13

GARNICA ANGUAS, Paul, et al. Aspectos del diseño volumétrico de mezclas asfálticas. Método de diseño MARSHALL. Publicación Técnica: 246 ed. Sanfandila, Querétaro, México. 2004. ISSN 0188-7297. 14

PÉREZ S, Edgar Gustavo. Tesis. Evaluación de la escoria de horno como agregado en mezclas asfálticas. Universidad de San Carlos de Guatemala. Facultad de Ingeniería. Guatemala. 2008.

41

3.1.3 Importancia15. El contenido de asfalto en un concreto asfáltico, tiene una

influencia determinante en la estabilidad y durabilidad de los pavimentos.

El diseño sirve para garantizar una suficiente estabilidad para satisfacer las exigencias del servicio sin deslizamientos o distorsiones.

En el diseño de mezclas asfálticas se debe de determinar la cantidad necesaria y suficiente de asfalto para asegurar la obtención de un pavimento durable que resulte del descubrimiento completo de las partículas de agregado pétreo, impermeabilizando y ligando las mismas entre sí, bajo una compactación adecuada.

3.1.4 Variables.

- Estabilidad o resistencia mecánica - Deformación o flujo - Densidad (peso específico bulk) - Porcentaje de vacíos en la mezcla - Porcentaje de vacíos en los agregados minerales

- Porcentaje de vacíos llenos de asfalto

3.1.5 El procedimiento del método de diseño. En el procedimiento del método MARSHALL MODIFICADO la asfáltita será complemento tanto del asfalto como del agregado fino, en diferentes proporciones; teniendo como base los pasos que se siguen en la norma, los cuales están explícitos a continuación.

3.1.5.1 Preparación del equipo para el ensayo. Consiste en la adecuación de

cada uno de los implementos utilizados en el desarrollo del método. Algunos de

ellos son: Hornos, Equipo compactador y extractor de muestras, Prensa

MARSHALL, entre otros.

3.1.5.2 Análisis de los materiales a emplear. Es la caracterización geotécnica de

los materiales a emplear en la mezcla asfáltica. Se determina mediante los

siguientes ensayos de laboratorio:

15

PÉREZ BUITRAGO, Gonzalo. Materiales para ingeniería. Apuntes de clase. Tunja: Universidad Pedagógica y Tecnológica de Colombia, Facultad de Ingeniería, Escuela de Transporte y Vías, 2008

42

- Para la asfáltita

Cuadro 5. Ensayos realizados a la asfáltita


ENSAYOS ESPECIFICACIÓN IMAGEN

Extracción cuantitativa de asfalto en

mezclas para pavimentos

(INV E-732-07), (ASTM D-

2172), (AASHTO T-164-

05).

Granulometría agregado fino(INV E-213-07) (ASTM C-

136-01).

Equivalente de arena(INV E-133-07) (ASTM D

2419 – 95).

Gravedad específica y absorción de los

agregados finos

(INV E-222-07) (ASTM C-

128 – 97).

ENSAYOS ASFALTITA

43

Cuadro 6. (Continuación) Ensayos realizados a la asfáltita



Limite líquido (INV E-125-07).

Limite plástico e índice de plasticidad (INV E-126-07).

Penetración(IINV E-706-07) (ASTM D

5 – 97).

Punto de Ignición y llama (INV E-709-07) (ASTM D

92-02B).

ENSAYOS ASFALTITA

44

- Para los Agregados

Cuadro 7. Ensayos realizados al agregado



GranulometríaINV E-213-07) (ASTM C-

136 – 01).

Índice de alargamiento (INV E-230-07)

Índice de aplanamiento (INV E-230-07)

Limite liquido (INV E-125-07)

Plasticidad(INV E-126-07) (ASTM D

4318-00)

ENSAYOS AGREGADO

45

Cuadro 8. (Continuación) Ensayos realizados al agregado



Desgaste (INV E-219-07) (ASTM C

535 – 01)

Peso Específico(INV E-217-07) (ASTM C

29/C 29M – 97)

Equivalente de arena(INV E-133-07) (ASTM D

2419 – 95)

Caras fracturadas(INV E-227-07) (ASTM D

5821 – 01)

Sanidad y Solidez(INV E-220-07) (ASTM C

88 – 99ª)

ENSAYOS AGREGADO

46

- Para el Asfalto

Cuadro 9. Ensayos realizados al agregado



Penetración(INV E-706-07) (ASTM D

5 – 97)

Punto de Ignición y llama (INV E-709-07) (ASTM D

92-02B)

Anillo y bola (INV E-712-07)

Peso específico(INV E-707-07) (ASTM D

70 – 03)

Destilación (INV E-723-07)

ENSAYOS ASFALTO

47

3.1.5.3 Estudio granulométrico de los agregados16. Se realizo el tamizaje de los agregados pétreos a través de la serie ¾” ,1/2”, 3/8”, No. 4, No. 10, No 40, No. 80, No. 200; y se obtuvieron las fracciones suficientes de cada intervalo que cumplieron con la franja media de las especificaciones para MDC-2 del INVIAS.

Una vez se tuvieron las fracciones necesarias para la realización de 3 briquetas por grupo (por porcentaje de asfalto) para un total de 1200 gramos de muestra, se almacenaron cuidadosamente las muestras clasificadas.

3.1.5.4 Cantidad de material de las briquetas según dosificación (Grava,

asfáltita y asfalto). Según la dosificación (Ver anexo F) establecida para cada

mezcla, el peso de cada briqueta (1200 gr) y el aporte de asfalto del conglomerado

de asfáltita (4.1%) que a su vez cumple la función de agregado fino (arena) para

la mezcla, se calculo el porcentaje a utilizar de agregado y asfalto, que dependerá

de las franjas granulométricas (central, inferior y superior) (Ver cuadro 10).

Teniendo en cuenta lo anterior, la especificación (MDC-2), el porcentaje retenido y

el peso total del agregado (Grava) por cada franja, se determinara el peso de

agregado para cada tamiz y posteriormente se realizo la adición correspondiente a

cada tamiz lo que arrojara el peso total del agregado con base en el rango optimo

de asfalto a utilizar (5% a 7%) (Ver cuadro 10 y 11).

Cuadro 10. Cantidad de material de las briquetas según dosificación (Grava, asfáltita y asfalto). (EJEMPLO para 5% de asfalto- franja central).


16

INSTITUTO NACIONAL DE VÍAS. Normas de Ensayo de Materiales para Carreteras. Norma INV E-748-07.2007.

1200

Grava (gr) Conglomerado (gr)

61% 39%

695.4 444.6 Grava (gr) 695.40

Conglomerado (gr) 462.83

Total (gr) 1158.23

Grava (gr) 695.40


C. Asfaltico (gr) 41.77

Total (gr) 1200.00

ASFALTITA (gr)

4.10%

BRIQUETA(gr)

FRANJA CENTRAL

MARSHALL

AGREGADO (gr) ASFALTO (gr)

462.83

Asfaltita (gr)

Concreto Asfaltico (gr)

1140 60

41.77

Asfaltita (gr)

18.23

48

Cuadro 11. Cantidad de agregado (GRAVA) según granulometría (EJEMPLO para 5% de asfalto- franja central).


Figura 4. Proceso de obtención de cantidades granulométricas según dosificación


% asfalto 5.00%

peso agregados (gr) 695.4

peso asfalto (gr) 60

peso total (gr) 1200

TAMIZ

DOSIFICACION

(%) RETENIDO (%) MEZCLA (gr)

CANTIDAD 3 BRIQUETAS

(gr)

3/4 100 100 100 0 0.0 0

1/2 80 95 87 13 90 271.2

3/8 70 88 80 7 49 146.0

# 4 49 65 55 25 174 521.6

# 10 29 45 35 20 139 417.2

# 40 14 25 19 16 111 333.8

# 80 8 17 12 7 49 146.0

# 200 4 8 6 6 42 125.2

FILLER 0 6 42 125.2

TOTAL 100 695.4 2086.2

GRANULOMETRIA GRAVA : 5.0% : FRANJA CENTRAL

MDC-2

49

3.1.5.5 Fabricación de las briquetas. Se elaboraron briquetas de 2½ pulgadas de altura por 4 pulgadas de diámetro. El método propone la elaboración de 3 briquetas para cada uno de los 5 contenidos de asfalto, realizando el siguiente procedimiento:

- Separación de los agregados por los diferentes tamices o en el número de acopios de agregados disponibles en la planta asfáltica.

- Determinación del peso de los agregados separados.

- Elevación de la temperatura de los agregados entre 150 ºC y 160 ºC

- Elevación de la temperatura del cemento asfáltico entre 145 ºC y 150 ºC

- calentar el molde y el pisón del martillo de compactación a una temperatura

similar, para cuando la mezcla de ellos este lista para su compactación.

- Cuando los agregados y el asfalto estén a la temperatura recomendada para la

fabricación de la mezcla; se ubican los agregados previamente en la balanza

mecánica, tarándola a 1200 gramos, de forma tal que al adicionar una cierta

cantidad de cemento asfaltico se complete el peso deseado.

- A continuación se hace el vertimiento del asfalto a los agregados hasta

completar la cantidad indicada, y de manera seguida se procede a realizar el

mezclado enérgico de los agregados y el asfalto con ayuda de una varilla

- La mezcla se lleva a cabo hasta que se obtenga un color homogéneo, aunque

procurando no tardar más de un minuto en esta acción.

- Momentos previos a la adición de la mezcla en el molde, este se debe lubricar

con aceito tipo pesado para facilitar las acciones posteriores de retiro de la

briqueta.

- Armar el molde colocándolo sobre su base, con el filtro y su collarín.

- Colocación de papel parafinado en el molde.

- Colocación de la mezcla dentro del molde.

- Acomodación de la mezcla dentro del molde mediante un punzón.

- Aplicación de golpes por cara a cada mezcla. El número de golpes a aplicar, va

en función del tipo de tráfico que se desea simular en la mezcla, para éste caso

50 golpes por cara.

- Reposo de la mezclas en su respectivo molde.

- Identificación de las briquetas (Enumeración).

- Medición de los espesores de las briquetas.

3.1.5.6 Determinación de la densidad bulk (Gmb). El peso específico “bulk” de una briqueta compactada, es la relación entre su peso al aire y su volumen, incluyendo los vacíos permeables; Consiste en determinar el peso especifico bulk de cada una delas briquetas compactadas, para luego promediar y obtener un punto por cada uno de los porcentajes de contenido de cemento.

50

Se determina así:

- Registrar 3 lecturas tanto del diámetro, como de altura de cada una de las tres briquetas, mediante un calibrador.

- Registrar el peso de la briqueta en el aire, mediante la balanza mecánica. - Proceder a derretir suficiente parafina como para que la mayor parte de la

superficie de la briqueta quede recubierta al sumergirla. - A continuación, una vez la parafina este derretida, sumergir las briquetas

parcialmente hasta recubrirlas con la parafina y darles una condición impermeable.

- Registrar el peso de la briqueta parafinada. - Luego hacer el montaje del lastre para registrar el peso de la briqueta

parafinada sumergida en el agua, es decir, su peso aparente en el agua. - Una vez registrados los pesos necesarios, para calcular el Gbulk, proceder a

secar las briquetas y a hacer el raspado de la parafina con ayuda de una espátula teniendo cuidado de no alterar las condiciones de las briquetas.

- Si se utilizan briquetas parafinadas (briquetas con textura abierta)

Ecuación 1.

Si las briquetas tienen textura superficial cerrada no es necesario parafina.

Ecuación 2.

Dónde:

Gmb = Densidad bulk

Wa =Peso del aire de la probeta sin parafina.

Wap =Peso del aire de la probeta parafinada.

Wwp =Peso en el agua de la probeta parafinada.

Gp =Peso específico de la parafina. (0.92 gr/cm3)

51

Ww =Peso de la probeta en el agua.

Wss =Peso en el aire de la probeta saturada y superficialmente seca.

3.1.5.7 Medición de la estabilidad y el flujo. Para realizar el procedimiento de determinación de estabilidad y flujo de una mezcla asfáltica, con las briquetas realizadas para cada franja y por cada porcentaje, y una vez desparafinadas, realizar el siguiente procedimiento de falla en la Prensa Marshall para determinar su Estabilidad. (Resistencia a la carga), y Flujo (deformación).

- Sumergir durante 30 – 40 minutos los especímenes en un baño de agua a 60º

C

- Posteriormente se montan en el aparato o pedestal MARSHALL y se procede

a aplicar la carga.

- La estabilidad de la probeta de ensayo es la carga máxima en que ésta

alcanza a 60°C y el flujo es la deformación, en milímetros, que ocurre desde el

instante que se aplica la carga hasta lograr la falla de la probeta.

3.1.5.8 Determinación del peso específico máximo teórico Gmm (INV-E-735-

07). Se debe aplicar el siguiente procedimiento:

- Pesar mezcla asfáltica suelta.

- Pesar matraz a utilizar.

- Pesar matraz con agua destilada hasta la marca de aforo.

- Pesar mezcla asfáltica en el matraz con agua.

- Realizar la extracción mecánica de los vacíos de la mezcla usando el equipo

de extracción de vacíos

- Tomar la temperatura de la mezcla dentro del matraz con agua.

Por cada porcentaje de asfalto se realiza un ensayo James Rice (Gmm) de una

mezcla sin vacíos con aire (sin compactar). Este valor se requiere para conocer el

volumen de asfalto absorbido por los agregados y el volumen real de vacíos que

tendrá la mezcla una vez compactada. Se puede determinar así:

Ecuación 3

Dónde:

Gmm = Peso específico máximo teórico.

A =Peso mezcla asfáltica suelta.

52

B =Peso del matraz + mezcla asfáltica + agua hasta la marca de aforo.

C =Peso del matraz + agua hasta la marca de aforo.

3.1.5.9 Análisis de densidad y vacíos. Cálculos a realizar:

- Pesos específicos bulk de los materiales:

a. Peso específico bulk del agregado grueso Gg :

Ecuación 4

b. Peso específico aparente del agregado grueso Gag:

Ecuación 5

Dónde:

A =Peso en el aire de la muestra seca [(peso del platón + muestra seca) – (peso del platón)].

B =Peso de la muestra saturada superficialmente seca.

C =Peso en el agua de la muestra [(peso de la canastilla + material) – (peso canastilla)].

c. Peso específico bulk del agregado fino Gf:

Ecuación 6

d. Peso específico aparente del agregado fino Gaf:

Ecuación 7

53

Dónde: A = Peso al aire de la muestra seca. B = Peso del picnómetro aforado lleno de agua. C = Peso del picnómetro aforado con la muestra y lleno de agua. S =Peso de la muestra saturada superficialmente seca.

e. Peso específico bulk de la combinación de agregados Gsb:

Ecuación 8

Dónde: Ai =Porcentaje del agregado i según dosificación. Gi = Peso específico bulk del agregado i.

f. Peso específico máximo teórico: en el ensayo MARSHALL tradicional se realiza un ensayo de James Rice para cada porcentaje de asfalto Gmm:

Ecuación 9

Dónde:

%Ps =Porcentaje de agregados en la mezcla. Gse =Peso específico efectivo de los agregados en la mezcla.

%Pb =Porcentaje del cemento asfáltico en la mezcla.

Gb =Peso específico del cemento asfáltico en la mezcla.

g. Peso específico del cemento asfáltico Gb:

Ecuación 10

Dónde: A =Peso al aire de la muestra de asfalto. B =Peso del lastre sumergido.

54

C =Peso del lastre con la muestra de asfalto sumergida.

Porosidad de los agregados en la mezcla asfáltica: a. Gravedad específica efectiva de los agregados Gse:

Ecuación 11

Dónde: Gmm =Peso específico máximo teórico. Gb =Gravedad específica del asfalto. Pb =Porcentaje de asfalto.

Desde el punto de vista práctico para el diseño MARSHALL la gravedad especifica efectiva (Gse), basada en la gravedad especifica máxima medida (Rice- Gmm) de la mezcla, puede considerarse constante ya que le variación del contenido de asfalto en la mezcla no hace variar significativamente el porcentaje de absorción del asfalto, dentro del rango de un diseño de mezcla (± 2%Pb). Considerando que se obtiene la mejor exactitud con mezclas cercanas al contenido óptimo de asfalto. Entonces la gravedad específica efectiva obtenida se usa para determinar la gravedad específica máxima teórica de las mezclas para diferentes contenidos de asfalto con el uso de la ecuación 1117.

b. Asfalto absorbido como porcentaje del peso de agregado %Aa:

Ecuación 12

Donde:

Gb =Peso específico del cemento asfáltico en la mezcla.

Gse =Peso específico efectivo de los agregados en la mezcla.

Gsb = Peso específico bulk de la combinación de agregados

Gmb = Densidad bulk.

17

GARBER, Nicholas y HOEL Lester. Ingeniería de Transito y Carreteras, 3 ed. México D.F THOMSON, 2002.

55

c. Porcentaje de volumen que ocupa el agregado con respecto al volumen total de la briqueta %Vsb:

Ecuación 13

Donde:

%Ps =Porcentaje de agregados en la mezcla. Gse =Peso específico efectivo de los agregados en la mezcla.


d. Porcentaje de volumen de vacíos con aire con respecto al volumen total de la probeta %Va:

[

] Ecuación 14

Donde:



e. Volumen de asfalto efectivo cómo % del volumen total de la probeta %Vbe:

Ecuación 15

Donde:

%Vsb = Porcentaje de volumen que ocupa el agregado con respecto al volumen total de la briqueta.

%Va = Porcentaje de volumen de vacíos con aire con respecto al volumen total de la probeta. f. Porcentaje de vacíos minerales en la mezcla compacta VAM:

Ecuación 16

56

Donde:

%Vsb = Porcentaje de volumen que ocupa el agregado con respecto al volumen total de la briqueta. %Va = Porcentaje de volumen de vacíos con aire con respecto al volumen total de la probeta. %Vbe = Volumen de asfalto efectivo cómo % del volumen total de la probeta

g. Contenido de asfalto efectivo con respecto al peso de la mezcla Pbe:

Ecuación 17

Dónde: Aa= Volumen de vacíos con aire en la mezcla.

%Ps =Porcentaje de agregados en la mezcla.

Muchas de las expresiones mostradas anteriormente, fueron deducidas a partir de

diagramas de fases (Figura 5 y 6).

Figura 5. Diagramas de fases ensayo MARSHALL tradicional *

Fuente. Apuntes de la asignatura Materiales para Ingeniería, Ingeniero Gonzalo Pérez Buitrago 2008.

* Se supone que todos los poros permeables se llenan de asfalto

57

Figura 6. Diagramas de fases ensayo MARSHALL actualizado según INVÍAS (INV.E 799 – 07) *

Fuente. Apuntes de la asignatura Materiales para Ingeniería, Ingeniero Gonzalo Pérez Buitrago 2008.

*Se supone que no todos los poros permeables se llenan de asfalto.

De las figuras anteriores se definen los siguientes parámetros:

- Definiciones de volumen:

Vmb =Volumen total de la muestra

Va =Volumen de aire

Vb =Volumen de asfalto

Vsb =Volumen del agregado y asfalto absorbido

Vse =Volumen efectivo de los agregados

Vba =Volumen absorbido de asfalto

Vbe =Volumen efectivo de asfalto

Vpna =Volumen de los poros no llenos de asfalto

58

- Definiciones de peso:

Pmb =Peso total de la muestra

Pa =Peso del Aire (Despreciable)

Pb =Peso del asfalto

Ps =Peso del agregado

Pbe =Peso efectivo de asfalto

Pba =Peso absorbido de asfalto

3.1.5.10 Determinación del porcentaje óptimo de asfalto. Los datos de los resultados de ensayos y de los cálculos de análisis de densidad y vacíos se deben registrar en el formato respectivo. A partir de allí, se grafican los valores de porcentaje de asfalto ensayados con cada uno de los valores promedios obtenidos de las variables de diseño:

- Densidad bulk

- Estabilidad

- Flujo

- % Vacíos con aire

- % Vacíos en los agregados minerales - % Vacíos llenos de asfalto

Inicialmente se calcula el promedio de los siguientes valores:

a. El que corresponda a la máxima densidad bulk. b. El que corresponda a la estabilidad máxima. c. El que corresponda al valor medio del % de vacíos con aire permitido por las

especificaciones.

Con el valor promedio de porcentaje de asfalto, verificar que se cumplen las especificaciones para los valores correspondientes de flujo, estabilidad y vacíos en los agregados minerales (INV – C – 450 - 07). En el caso que no sea así se deben hacer los ajustes correspondientes.

3.1.5.11 Definición de la fórmula de trabajo. En dicha fórmula se consigna la granulometría de cada uno de los agregados pétreos y las proporciones en ellos que deben mezclarse, junto con el llenante mineral, para obtener la gradación aprobada.

59

En el caso de mezclas y lechadas asfálticas deben indicarse, el porcentaje de ligante bituminoso en relación con el peso de la mezcla, y el porcentaje de aditivo, respecto al peso del ligante asfáltico (si éste último es necesario).

En el caso de mezclas en caliente también deben señalarse:

- Los tiempos requeridos para la mezcla de agregados en seco y para la mezcla de los agregados con el ligante bituminoso.

- Las temperaturas máximas y mínimas de calentamiento previo de la mezcla entre agregados y ligante. No se debe introducir en el mezclador agregados pétreos a una temperatura que sea superior a la del ligante en más de quince grados Centígrados (15ºC).

- Las temperaturas máximas y mínimas al salir del mezclador. La temperatura máxima no deberá exceder de cincuenta grados Centígrados (160ºC) para el caso de mezclas bituminosas con asfáltita.

- La temperatura mínima de la mezcla en la descarga de los elementos de transporte.

- La temperatura mínima de la mezcla al inicio y terminación de la compactación.

De acuerdo al criterio de diseño MARSHALL del Instituto del Asfalto (USA), la determinación del contenido de asfalto óptimo se basa principalmente en los vacíos de la mezcla. El contenido óptimo de asfalto debe ser tal que los vacíos en la mezcla compactada sean de 3 % a 5 %, basados en numerosas investigaciones que muestran el desempeño de la mezcla, y que cumplen condiciones específicas según el tipo de tránsito con respecto a:

- Estabilidad y flujo, para asegurar que la mezcla no sufrirá deformación. - Vacíos en el agregado mineral, para asegurar suficiente espacio en el

agregado para almacenar asfalto. - Vacíos llenos de asfalto, para asegurar la durabilidad de la mezcla.

El proceso de densificación de la mezcla depende del tipo de cemento asfáltico usado, nivel de tránsito, condiciones climáticas, granulometría y propiedades del agregado.

La tasa de densificación decrece con el tiempo, ya que a medida que la mezcla se compacta se va haciendo más difícil aumentar la densidad, por lo tanto, el contenido inicial de vacíos en la mezcla (mezcla recién compactada) debe estar alrededor del 4%.

El contenido de éstos en las mezclas se deben controlar debido a que vacíos llenos de aire en la mezcla inferiores al 3 % tienden a producir inestabilidad y exudación, mientras que mayores al 5 % producen mezclas permeables al aire y agua, por lo que son propensas a sufrir envejecimiento prematuro y posterior desintegración.

60

3.1.6 Especificaciones de la metodología. En el siguiente cuadro se visualizan los criterios de diseño establecidos para la MDC-2 del Instituto Nacional de vías-INVIAS-, de donde se establecieron las características optimas de la mezcla.

Cuadro 12. Criterios de diseño de la mezcla asfáltica en caliente por el método MARSHALL

Fuente. INSTITUTO NACIONAL de vías, INVÍAS. Especificaciones de construcción de carreteras. Bogotá: 2007. INV-C-450-07

3.2 MÉTODO RAMCODES18

3.2.1. Definición de RAMCODES. El método RAMCODES, acrónimo de RAtional Methodology for COmpacted geomaterial’s DEnsification and Strenght analysis desarrollada por F.J. Sánchez-Leal, es una metodología basada en experimentos factoriales y en la experiencia práctica de diseño y control, para análisis de densificación y resistencia de geomateriales compactados.

18

SANCHEZ LEAL, Freddy J, et al. RAMCODES: Metodología racional para el análisis de densificación y resistencia de geomateriales compactados. Descripción de la metodología y campo de aplicación. Publicación Técnica 200 ed. Sanfandila, Querétaro, México. 2002. ISSN 0188-7297.

CARACTERÍSTICAS

NORMA DE

ENSAYO INV

MEZCLAS DENSAS, SEMIDENSAS Y GRUESAS MEZCLA

DE ALTO MÓDULO CATEGORÍA POR TRÁNSITO

NT1 NT2 NT3

Compactación (golpes/cara) E-748 50 75 75 75

Estabilidad mínima (Kg) E-748 500 750 900 1500

Flujo (mm) E-748 2 - 4 2 - 4 2 -3.5 2--3

Vacíos con aire (Va). %

Rodadura E-736 o E-799

3 - 5 3 - 5 4 - 6

Intermedia 4 - 8 4 - 8 4 - 7 4 - 6

Base 5 - 9 5 - 8

Vacíos en los agregados minerales (VAM)%

Mezclas 0

E-799

≥13 ≥13 ≥13

Mezclas 1 ≥14 ≥14 ≥14 ≥14

Mezclas 2 ≥15 ≥15 ≥15

Mezclas 3 ≥16 ≥16 ≥16

% de vacíos llenos de asfalto (VFA) (Volumen de asfalto efectivo/Vacíos en los agregados minerales)*100 Capas de

rodadura intermedia

E-799 65 - 80 65 - 78 65 - 75 63 - 75

Relación llenante/ asfalto efectivo. en peso

E-799 0.8 - 1.2 1.2 - 1.4

Concentración de llenante, valor máximo

E-745 Valor crítico

61

El objetivo de RAMCODES es el de establecer un puente confiable entre la teoría

y la práctica en el proceso de diseño y control de colocación de geomateriales

compactados. RAMCODES también ha demostrado tener aplicación exitosa en el

control de la variación en el diseño, producción y colocación de mezclas asfálticas.

3.2.2. RAMCODES en mezclas asfálticas. En primer lugar, en el diseño de la mezcla asfáltica, el análisis de vacíos, esto es, vacíos de aire (Vv), vacíos en el agregado mineral (VMA), y los vacíos llenados con asfalto (VFA), ha sido relacionado con el comportamiento de la mezcla compactada. Por ejemplo, una mezcla compactada con alto Vv podría acelerar la oxidación y el envejecimiento del ligante; una mezcla compactada con VMA por abajo o por encima de los límites de especificación hace al material más propenso a las deformaciones por ahuellamientos o roderas; una mezcla compactada con alto VFA podría producir exudación del ligante, y si quedara con bajo VFA no se garantizaría un adecuado recubrimiento de los agregados. A parte de los requisitos de vacíos, la mezcla asfáltica es también exigida a cumplir requisitos de propiedades mecánicas tales como la estabilidad y el flujo (i.e. diseño MARSHALL) en especímenes elaborados con métodos de compactación dinámica, o tales como estabilidad retenida (i.e. SHRP, Superpave) en especímenes preparados bajo energía de compactación por amasado giratorio, la cual se ha referido como la más representativa de las condiciones reales de colocación de campo. El procedimiento de diseño de mezclas resulta en el establecimiento de un contenido de asfalto óptimo (%Pb Opt), que es la parte fundamental de la “fórmula de trabajo”, con la que se proporciona en planta, y sirve como parámetro de referencia de control. Los rangos típicos de variación aceptables para Pb Opt han sido establecidos en ±0.30% y ±0.45%. Los siguientes son los dos criterios más comunes para el control de calidad de

compactación. Criterio A: el nivel de densidad mínimo permitido es 97% de la

densidad de laboratorio. Criterio B: el nivel mínimo de densidad permitido es del

92% de la densidad máxima teórica (i.e. RICE).

Sánchez-Leal, F.J. (2002c), sin embargo, ha afirmado que los criterios de diseño y de control de campo explicados arriba están divorciados entre sí, y que esta incoherencia podría conducir a aceptar estados en la mezcla compactada en campo que no cumplen con el diseño de mezclas, lo cual podría disminuir la vida útil de la mezcla compactada, o lo que es más, podría provocar su falla. RAMCODES no sólo demuestra esta incoherencia y permite cuantificar el significado de la misma en términos de análisis de vacíos y propiedades mecánicas, sino que también previene contra esta situación y sus consecuencias. En la experiencia práctica, RAMCODES ha demostrado ser una poderosa herramienta para el diseño, control y análisis de mezclas asfálticas compactadas

62

dado que permite entrelazar la teoría y la práctica de una manera sencilla y eficiente. 3.2.3. Aplicaciones de la metodología19. RAMCODES está basado en un experimento factorial de dos niveles o factores, a saber: el contenido de asfalto (CA) y la gravedad específica neta o bulk de la mezcla asfáltica (Gmb). Como geomaterial, el comportamiento de resistencia y deformabilidad de una mezcla asfáltica puede ser estudiado bajo la concepción de Coulomb de cohesión y fricción. La gravedad específica neta de la mezcla asfáltica, Gmb es una medida directa de la fricción o trabazón entre partículas; y el cemento asfaltico es una medida de la cohesión. Esta concepción permite una ventaja práctica dado que cemento asfaltico y Gmb son variables comúnmente utilizadas en el control de compactación de campo. 3.2.3.1. El polígono de vacíos. RAMCODES liga racionalmente las especificaciones de diseño con los criterios de control en campo mediante la implementación de un “polígono de vacíos” que define un área donde se cumplen todas las especificaciones de vacíos (VA, VAM, VFA). Los vacíos son función del %Pb y del Gmb y se representan en mapas como isolíneas para los valores permitidos, la intersección de estas líneas produce una construcción gráfica en el espacio %Pb-Gmb, que da lugar al polígono, al igual se deben conocer los valores de Gmm, Gmb de la mezcla y Gse, Gsb de los agregados, definiendo las ecuaciones de Gmb en función del peso específico, parámetros de vacíos y porcentaje de bitumen. De esta forma RAMCODES demuestra que teóricamente se puede obtener un porcentaje de bitumen de la mezcla para que cumplan requisitos de vacíos si se conocen las gravedades específicas de los agregados y la mezcla, luego se fabrican las briquetas para verificar estabilidad y flujo.

Las expresiones que se emplean para el trazo de las isolíneas en el espacio Gmb-CA se muestran a continuación:

[

] Ecuación 18

Donde:

%Va = Porcentaje de volumen de vacíos con aire con respecto al volumen total de la probeta. Gmb = Densidad bulk.


19

DELGADO ALAMILLA, Horacio, et al. Influencia de la granulometría en las propiedades volumétricas de la mezcla asfáltica. Metodología RAMCODES en las mezclas asfálticas. Publicación Técnica 299 ed. Sanfandila, Querétaro, México. 2006. ISSN 0188-7297.

63

%

Ecuación 19

Donde:

%VAM = Porcentaje de vacíos minerales en la mezcla compacta


Pb =Peso del asfalto.

Gsb = Peso específico bulk de la combinación de agregados

Ecuación 20

Donde:

%VFA = Porcentaje de vacíos llenos de asfalto

Va =Volumen de aire

VAM = Porcentaje de vacíos minerales en la mezcla compacta

Despejando el Gmb de las ecuaciones 18 y 19, se tiene:

Ecuación 21

(

) Ecuación 22

64

Sustituyendo las ecuaciones 18 y 19 en la ecuación 20, se tiene:

(

(

)

) Ecuación 23

Despejando Gmb de la ecuación 23, obtenemos,

(

) Ecuación 24

Dónde: CA =Porcentaje de cemento asfáltico con respecto a la mezcla total Gmb =Gravedad específica neta o bulk de la mezcla asfáltica compactada Va =Porcentaje de vacíos de aire %VAM =Vacíos de aire en el agregado mineral %VAF =Vacíos de aire llenos de asfalto Gmm =Gravedad específica teórica máxima de la mezcla asfáltica Gsb =Gravedad específica bulk del agregado

3.3 MARSHALL ACELERADO POR RAMCODES

3.3.1 Generalidades. El MARSHALL acelerado por RAMCODES es una aplicación elaborada para el diseño rápido del procedimiento MARSHALL tradicional el cual liga racionalmente las especificaciones de diseño con los criterios de control en campo mediante la implementación de un “polígono de vacíos” que define un área donde se cumplen todas las especificaciones de vacíos (VAM, %VAF y % VA). Los vacíos están en función del contenido de asfalto (%Pb) y densidad bulk (Gmb) y se representan en mapas como isolíneas, para los valores permitidos, la intersección de estas líneas produce una construcción gráfica en el espacio %Pb - Gmb, que da lugar al polígono el cual por medio de su centroide es posible matemáticamente la obtención de un contenido de asfalto que cumplan a la vez todas las especificaciones de vacíos de la mezcla20.

20

DELGADO ALAMILLA, Horacio, et al. Influencia de la granulometría en las propiedades volumétricas de la mezcla asfáltica. Metodología RAMCODES en las mezclas asfálticas. Publicación Técnica 299 ed. Sanfandila, Querétaro, México. 2006. ISSN 0188-7297. Citado SÁNCHEZ-LEAL, F. J. Manual de aplicación RAMCODES. Venezuela: Solestudios C.A. 2008.

65

Los siguientes pasos han sido propuestos para modificar o acelerar el procedimiento de diseño MARSHALL original21: 1. Determine la gravedad específica efectiva (Gse), la gravedad específica bulk

de la combinación de agregados (Gsb), y la gravedad específica aparente o nominal (Gsa) de la combinación de agregados seleccionada. Verifique que Gsa>Gse>Gsb según las definiciones teóricas. Si no verifica, revise los ensayos correspondientes.

2. Obtenga matemáticamente del polígono de vacíos el contenido óptimo de

asfalto, tomando en cuenta las especificaciones y las gravedades específicas de la combinación de agregados. Para determinar el centroide del polígono de vacíos pueden ser fácilmente automatizados en una hoja electrónica convencional EXCEL o bien, se puede utilizar RAMSOFT.

3. Siguiendo las disposiciones del ensayo MARSHALL, mezcle la combinación de

agregados con el contenido óptimo de asfalto y compacte tres especímenes bajo la energía de compactación seleccionada. Determinar la estabilidad y el flujo. Promedie los resultados.

4. Verifique si el promedio de estabilidad y flujo de los especímenes cumplen con

las especificaciones. Si no verifica, entonces el intento falló. Seleccione otra combinación de agregados y vaya al paso 1.

Para poder determinar el polígono de vacíos de un material cualquiera se deben conocer los Parámetros volumétricos de la mezcla asfáltica según especificaciones. El fin de los análisis volumétricos es la estimación del contenido de asfalto de la mezcla objeto del diseño: a) Estimación del contenido de vacíos de aire (Va) en la mezcla

b) Estimación del contenido de vacíos en el agregado mineral (VAM)

c) Estimación del contenido de vacíos llenos de asfalto (VFA)

d) Relación polvo / asfalto efectivo.

e) Estimación del contenido efectivo de asfalto de la mezcla.

21

SÁNCHEZ-LEAL, F. J. Manual de aplicación RAMCODES. Venezuela: Solestudios C.A. 2008.

66

3.3.2 Propiedades del ligante asfáltico. - Gravedad específica del ligante asfáltico (Gb): Es la relación entre la masa

de un volumen dado de ligante asfáltico y el peso de igual volumen de agua (INV.E - 707 – 07). Generalmente los valores se especifican entre 1.015 y 1.05.

3.3.3 Propiedades del agregado pétreo. - Gravedad específica bulk (Gsb): Se determina midiendo la masa seca y el

volumen neto de una muestra de agregados (INV.E – 222 y 223 – 07). El volumen bruto incluye el volumen del sólido del agregado más el volumen de poros permeables superficiales. El volumen neto se mide para la condición del agregado saturado y superficialmente seco (SSS).

- Gravedad específica aparente (Gsa): Se obtiene midiendo la masa seca y el

volumen aparente de la muestra del agregado (INV.E – 222 y 223 – 07). El volumen aparente sólo incluye el volumen del sólido del agregado y no incluye el volumen de los poros de la superficie.

3.3.4 Propiedades de la mezcla asfáltica. - Gravedad específica efectiva (Gse): Se calcula usando la masa seca y

volumen efectivo del agregado. El volumen efectivo incluye el volumen de los sólidos del agregado y el volumen de los poros permeables no llenos de asfalto. La gravedad específica efectiva del agregado no se mide directamente, a diferencia de las gravedades específicas neta y aparente. Esta se calcula conociendo la gravedad específica teórica máxima de la mezcla (Gmm) y el contenido de asfalto (Pb).

- Gravedad específica bulk (Gmb): Como el modelo está compuesto de

distintos materiales, la gravedad específica de la muestra compactada se llama gravedad específica bulk y corresponde a la densidad de la mezcla asfáltica compactada (INV.E – 733 y 734 – 07)

- Gravedad específica teórica máxima (Gmm): Para un dado contenido de

asfalto, la gravedad específica teórica máxima (Gmm) es la masa del agregado más asfalto dividido por el volumen de ambos componentes, sin incluir el volumen de los vacíos de aire. La gravedad específica teórica máxima es una propiedad muy útil porque se emplea como referencia para calcular otras importantes propiedades como el contenido de vacíos de aire (Va). El ensayo para determinar la Gmm se realiza a la mezcla asfáltica en su estado más suelto (INV.E – 735 – 07).

- Contenido de asfalto (Pb): El contenido de asfalto es la concentración de

masa de ligante asfáltico. Se expresa como porcentaje de la masa total de la mezcla o como porcentaje de la masa total de agregado. El contenido óptimo

67

de asfalto en una mezcla depende en gran medida de las características del agregado como, la graduación y la absorción.

Las expresiones que se emplean para el trazo de las isolíneas en el espacio Gmb - %Pb para la obtención del polígono de vacíos son las siguientes: - Gravedad específica neta de la mezcla asfáltica compactada (Gsbmezcla).

- Gravedad específica máxima teórica de la mezcla asfáltica en estado suelto (Gmm). (Ecuación 9)

- Gravedad específica efectiva de los agregados (Gsb). (Ecuación 11)

- Líneas de vacíos de aire (Va) (Ecuación 21)

- Líneas de vacíos en el agregado mineral (VAM) (Ecuación 22)

- Líneas de vacíos llenados con asfalto (VFA) (Ecuación 24)

Para efectos de representar gráficamente el polígono de vacíos primero se deben tomar en cuenta las especificaciones del diseño volumétrico de mezclas asfálticas. Adicionalmente se debe contar con los valores de Gsb (gravedad específica bulk de la mezcla de agregados), Gse (gravedad específica efectiva de la mezcla de agregados) para cada granulometría utilizada y Gb (gravedad especifica del ligante bituminoso). Para siguiente ejemplo se tomaron los datos correspondientes al diseño MARSHALL para la franja central (MC) para este caso los datos son las siguientes: - % Va: 4.0% (Ver anexo C) - % VFA: 74.1% (Ver anexo C) - % VAM: 15.40% (ver anexo C) - Gb =1.120 - Gsb =2.445 (Ver anexo A) - Gse =2.496 (ver anexo B)

Cuadro 13. Resultados del Gmm para los porcentajes de asfalto correspondientes (ecuación 9)

%Pb Gmm

5.0 2.177

5.5 2.206

6.0 2.22

6.5 2.215

7.0 2.214


68

Cuadro 14. Valores de Gmb para vacíos de aire de 0%, 3% y 5%, para diferentes contenidos de asfalto (MC) (ecuación 21)

ESTIMACIÓN DE LAS LINEAS DE VACÍOS DE AIRE

%Pb VA% = 3 VA% = 5 VA% = 0

5.0 2.281 2.234 2.352

5.5 2.268 2.221 2.338

6.0 2.255 2.208 2.325

6.5 2.242 2.196 2.311

7.0 2.229 2.183 2.298


Figura 7. Representación del porcentaje de vacíos de aire en la mezcla (%Va).

(MC)


2.160

2.180

2.200

2.220

2.240

2.260

2.280

2.300

2.320

2.340

2.360

3.5 4.5 5.5 6.5 7.5

Gm

b g

r/cm

³

Contenido de asfalto Pb ( % )

lineas de vacios (% VA)

VA%=3

VA%=5

VA%=0

69

Cuadro 15. Valores de Gmb para vacíos en el agregado mineral de 15% y 17%, para diferentes contenidos de asfalto (ecuación 22) - (MC).

ESTIMACIÓN DE LÍNEAS DE VACIOS EN EL AGREGADO MINERAL

%Pb VAM% = 15 VAM% = 17

5.0 2.188 2.136

5.5 2.199 2.147

6.0 2.211 2.159

6.5 2.223 2.170

7.0 2.235 2.182


Figura 8. Representación del porcentaje vacíos en el agregado mineral (%VAM).


2.120

2.140

2.160

2.180

2.200

2.220

2.240

3.5 4.5 5.5 6.5 7.5

Gm

b g

r/cm

³

Contenido de asfalto Pb ( % )

lineas de vacios (% VAM)

VAM%=15

VAM%=17

70

Cuadro 16. Valores de Gmb para vacíos llenados con asfalto de 65% y 80%, para diferentes contenidos de asfalto (ecuación 24)- (MC)

ESTIMACIÓN DE LÍNEAS DE VACIOS LLENOS DE ASFALTO

% Pb VAF% = 65 VAF% = 80

5.0 2.247 2.302

5.5 2.223 2.283

6.0 2.199 2.264

6.5 2.175 2.246

7.0 2.153 2.228


Figura 9. Representación del porcentaje de vacíos llenos de asfalto (%VFA)


71

Figura 10. Representación de las líneas superpuestas de vacíos: %VAM, %VAF y %VA y obtención del polígono de vacíos


Figura 11. Representación del polígono de vacíos RAMCODES


72

Las coordenadas del centroide del polígono de vacíos se determina mediante el promedio de los porcentajes de asfaltos obtenidos para cada punto de las abscisas y el promedio de las gravedades específicas bulk de la mezcla resultante para cada punto en las ordenadas con las siguientes expresiones:

∑

Ecuación 25

∑

Ecuación 26

Dónde: Pb =Proporción del asfalto de cada vértice Gmb =Peso específico bulk de la muestra de cada vértice n =Número de vértices del polígono La construcción del polígono de vacíos permite el control óptimo de los ensayos, ya que proporciona la adecuada fórmula de trabajo que satisfagan los criterios establecidos en las respectivas especificaciones. El rango óptimo de asfalto se determina según la variación del mismo en las mezclas y no se realizan comprobaciones con un valor fijo, el cual, generalmente, cambia de acuerdo con las variaciones que presenta la granulometría en la dosificación de cada material.

3.4 MÓDULOS DINÁMICOS22

3.4.1 Generalidades23: Los métodos modernos de diseño de pavimentos exigen como datos de entrada las características elásticas – dinámicas de cada una de las capas: módulo dinámico, relación de Poisson y ley de fatiga o de comportamiento, las cuales se pueden obtener sobre probetas elaboradas en laboratorio o extraídas directamente de cada una de las capas de la estructura. El módulo dinámico es la relación entre el esfuerzo aplicado bajo carga repetida (condición dinámica) y la reformación elástica recuperable.

r

dd

Ecuación 27

22

HIGUERA SANDOVAL, Carlos Hernando. Determinación de módulos dinámicos de mezclas asfálticas,

formulas generales y ejemplos de aplicación, curso de diseño de pavimentos. Tunja. 2005.p.3-13.

23 HUANG, Yang H. Pavement analysis and design. Pearson. Prentice Hall.Second edition. 2004.

73

Donde:

Ed = Módulo dinámico

d = Esfuerzo desviador, el cual es el esfuerzo axial en el ensayo de compresión inconfinada

r = Deformación elástica recuperable

En las aplicaciones iniciales de carga toda la deformación es de tipo plástico o permanente y acumulable, a mediada que se aumentan los ciclos de carga cada vez la deformación plástica es menor, al final por ejemplo, después de 100 o 200 ciclos de carga como ocurre en los suelos, solamente se presentará deformación

elástica r.

En mezclas asfálticas teniendo en cuenta la susceptibilidad térmica y las cargas de los vehículos, el valor del módulo dinámico dependerá de la temperatura de la mezcal (T) y del tiempo de aplicación de la carga (t).

r

dd tT

,

Ecuación 28

Se conocen tres formas de determinar los módulos dinámicos de las mezclas asfálticas: - Mediante ensayos de laboratorio - Mediante fórmulas - Mediante monogramas

3.4.2 Módulos dinámicos de mezclas asfálticas mediante ensayos de laboratorio24: Existen tres ensayos de uso más frecuente:

3.4.2.1 Tracción por compresión directa:

ASTM D3497-79

- Probeta cilíndrica de diámetro 4” y altura 8” - Temperatura del ensayo: 5, 25 y 40°C - Frecuencia de carga: 1, 4 y 16 Hz para cada temperatura - La deformación axial se mide en el punto medio de la probeta.

24

CHAVARRO B. Eugenio. Determinación de módulos dinámicos. Conferencias Universidad del Cauca. 2002

74

3.4.2.2 Tracción de flexión de una viga cargada en el tercio central: El tamaño de la viga, tal como se hace en la Universidad de California en Berkeley, tiene 1.5” (38 mm) de ancho y de altura y la longitud es de 15” (381 mm).

Las siguientes fórmulas, basadas en la teoría de la elasticidad, son frecuentemente utilizadas para calcular el esfuerzo, el módulo y la deformación:

2

3

bh

aP Ecuación 29

3

22

4

43

bh

aLPaEd Ecuación 30

22 43

12

aL

h

Ed

t

Ecuación 31

Donde:

= Esfuerzo en la fibra extrema

a = Distancia entre la carga y el punto de apoyo

P = Es la carga total dinámica, con P/2 aplicada en los tercios centrales

b = Ancho de la viga

h = Altura de la viga

Ed = Módulo calculado en el centro de deflexión

L = Longitud de la viga entre apoyos

= Deflexión en el centro de la viga

t = Deformación de la fibra extrema

75

Cuando: 3

La , se tiene:

3

3

108

23

bh

PLd Ecuación 32

3.4.2.3 Tracción indirecta

INVIAS-2007

Probeta Marshall, diámetro 4” (102 mm) y altura 2.5” (63.5 mm)

Temperatura del ensayo: 5, 25 y 40°C

Frecuencias: 1, 4 y 16 Hz

Número de ciclos: 50 a 200 ciclos

El módulo se calcula por la siguiente expresión:

t

Pd

2734.0

Ecuación 33

Donde: Ed = Módulo dinámico, psi

P = Carga dinámica aplicada, libras

= Relación de Poisson

= Deformación total recuperable en pulgadas

t = Espesor de la probeta el pulgadas

La relación de Poisson generalmente se toma 0.35.

En la Universidad del Cauca se han hecho determinaciones de módulos dinámicos de mezclas asfálticas, mediante la prueba de tracción indirecta, con base a los siguientes parámetros:

- Temperatura: 7, 20 y 40°C - Frecuencias de aplicación de carga: 0.5, 1.0, 2.0 y 2.5 Hertz

76

Las probetas Marshall se fabricaron utilizando la granulometría promedia de las especificaciones MOP-70

3.4.3 Módulos dinámicos de mezclas asfálticas mediante formulas.

3.4.3.1 Formulas de Bonnaure y otros. Bonnaure y otros (1977) desarrollaron las siguientes ecuaciones para la predicción del módulo dinámico de las mezclas asfálticas Sm, basadas en los valores de los porcentajes en volumen de agregados (Vg) y de asfalto (Vb) que se encuentran en una mezcla y en el valor del módulo dinámico del asfalto (Sb).

bg

g

VV

V

100342.182.101 Ecuación 34

2

2 0002135.000568.00.8 gg VV Ecuación 35

133.1

137.16.0

2

3

b

b

V

VLog Ecuación 36

214 7582.0 Ecuación 37

2926 /10/105: mNSmNxPara b

23434 /8/

28

2

bbm LogSLogSLogS Ecuación 38

2929 /103/10: mNxSmNPara b

77

90959.2 42142 bm LogSLogS Ecuación 39

Donde: Sm = Módulo dinámico de la mezcla asfáltica, N/m2

%Vb = Porcentaje en volumen de asfalto de la mezcla

%Vg = Porcentaje en volumen de agregados de la mezcla

Sb = Módulo dinámico del asfalto, N/m2

Si Sm y Sb se dan en psi, la ecuación es la siguiente:

8383.3/1612.4/2

1612.42

2

3434

bbm LogSLogSLogS Ecuación 40

psiSpsiPara b 000,435000,145

8388.31612.50959.2 42142 bm LogSLogS Ecuación 41

3.4.3.2 Formulas del instituto del asfalto. El Instituto del Asfalto, en desarrollo del programa de computador DAMA, Hwang y Witczak (1979), aplicaron las siguientes fórmulas de regresión para determinar el módulo dinámico

1* 10000,100// xE Ecuación 42

1.1

2231 00189.0000005.0 f Ecuación 43

55.0

42

T Ecuación 44

78

Ecuación 45

02774.0931757.0070377.003476.0

1703.0200

028829.0553833.03

fvVfP

bV483.04 Ecuación 46

fLog49825.03.15

Ecuación 47

Donde: E* = Módulo dinámico en Lb/pulg2

= Frecuencia correspondiente a la velocidad de operación, Hertz

T = Temperatura de la mezcla, °F

P200 = Porcentaje en peso del agregado que pasa el tamiz 200

%Vv = Volumen de vacíos con aire

%Vb = Volumen de asfalto

= Viscosidad del asfalto a 70°F (106 Poises)

La viscosidad del asfalto se puede estimar a una temperatura de 70 °F, por medio de la siguiente expresión:

1939.2

772.508,29

FP Ecuación 48

Donde:

P77°F = Penetración del asfalto a 77°F (25°C)

3.4.3.3 Formulas de Heukelom y Klomp. Conociendo el módulo de dinámico del asfalto (Sb), y los porcentajes en volumen de los constitutivos de la mezcla

79

bituminosa, se puede estimar el módulo dinámico de la mezcla asfáltica (Sm) con ayuda de las siguientes expresiones:

n

v

vbm

C

C

nSS

1

5.21 Ecuación 49

bS

xLogn

410483.0 Ecuación 50

Donde: Sm y Sb en MPa.

Esta fórmula sólo se aplica si Sb es superior a 10 MPa y para valores de 0.7<Cv<0.9

Si el valor de vacíos de la mezcla es superior a 3%, Fijin Van Draat, recomienda hacer la siguiente corrección:

bitumengranularVolumen

esosgranularVolumendel

VV

VC

bg

g

v

Ecuación 51

100

31

v

vv V

CC Ecuación 52

Donde: %Vb = Volumen de bitumen o de asfalto

%Vg = Volumen de agregados de la mezcla asfáltica

%Vv = Volumen de vacíos

3.4.3.4 Módulos dinámicos de mezclas asfálticas mediante monogramas. Bonnaure y otros (1977), basados en el módulo dinámico del asfalto y las concentraciones volumétricas del asfalto y de los agregados (Datos del diseño

80

Marshall) desarrollaron para la Shell unos ábacos que permiten predecir el módulo dinámico o stiffnes de la mezcla asfáltica. Con el ábaco de Van der Poel (1954) que se indica en el anexo G, se determina el stiffnes o el módulo del asfalto, para entrar a este ábaco se requieren de tres factores, los cuales son:

- Tiempo de aplicación de las cargas: El tiempo de aplicación de las cargas sobre el pavimento se determina en función de la frecuencia, por medio de la siguiente expresión:

ft

2

1 Ecuación 53

Donde: t = Tiempo de aplicación de la carga, segundos

= Frecuencia de aplicación de la carga, Hz La Shell toma un tiempo de la carga de 0.02 segundos. Esto representa un frecuencia de 8 Hz, que equivale a una velocidad de operación de los vehículos de 60 kilómetros por hora, aproximadamente. Cuando se tiene la velocidad de operación de los vehículos y el espesor de la carpeta asfáltica, se puede determinar el tiempo de aplicación de la carga de la siguiente manera:

VLog94.02.0h005.0tLog Ecuación 54

VLoght 94.02.0005.010 Ecuación 55

Donde: t = Tiempo de aplicación de la carga, segundos. h = Espesor de la carpeta asfáltica, cm

V = Velocidad de operación, Km/h

Con este valor de aplicación de carga se obtiene la frecuencia real () correspondiente a una velocidad de operación, así:

81

tf

2

1 Ecuación 56

- Diferencia de temperatura: La diferencia de temperatura (DT), corresponde a la diferencia entre la temperatura cuando la penetración es de 800 décimas de milímetro, (T800) y la temperatura de prueba o de operación (tmix)

mixtTDT 800 Ecuación 57

- Índice de penetración del asfalto:

a. Procedimiento gráfico: El índice de penetración se puede obtener teniendo los datos de temperatura y penetración correspondiente a cada temperatura y dibujando estos datos en la Figura 10, se determina el índice de penetración del asfalto.

b. El procedimiento analítico: es el siguiente: Las características del asfalto es expresada por el Índice de Penetración (IP), definido como:

A

AIP

501

50020

Ecuación 58

Donde A es la temperatura de susceptibilidad del asfalto, la cual se puede determinar por medio de la siguiente expresión:

21

21

TT

penTLogpenTLogA

Ecuación 59

Donde: T1 y T2 = Son las dos temperaturas a la cual la penetración es medida

penT1 y penT2 = Penetración en (1/10 mm) para las temperaturas T1 y T2.

- Módulo dinámico del asfalto, Sb: Con los factores de tiempo de aplicación de carga (t), diferencia de temperatura (DT) y el índice de penetración (IP), se

82

entra al nomograma de la Shell y se obtiene el módulo dinámico del asfalto, Sb en N/m2. (Ver anexo G)

- Módulo dinámico de la mezcla asfáltica Sm: Para determinar el módulo dinámico de la mezcla asfáltica se utiliza el monograma de la Shell de la siguiente manera:

Se entra al nomograma con el módulo dinámico del asfalto (Sb, N/m2), se corta la curva correspondiente al porcentaje de volumen de asfalto de la mezcla (%Vb), en dirección horizontal. En seguida, por medio de una línea vertical, se une el punto determinado con el porcentaje de agregado de la mezcla (%Vg) y definido este punto, se traza una línea horizontal y se determina el módulo dinámico de la mezcla asfáltica (Sm, N/m2). (Ver anexo G)

En el actual proyecto de investigación se trabajo el cálculo de módulos dinámicos

mediante correlaciones (Nomogramas), el cual tendrá su posterior explicación

(Capitulo 6).

83

4 CARACTERIZACIÓN FÍSICA DE LOS MATERIALES

Al constituir una mezcla bituminosa se deben tener en cuenta el estudio y evaluación de los materiales que hacen parte de la misma, por esta razón y al comportamiento de las mezclas bituminosas en condiciones de servicio se hace necesario conocer su naturaleza así como el comportamiento físico de los agregados, por lo cual se realizaron los ensayos correspondientes a cada uno de los agregados utilizados en el experimento (Asfáltita y agregado grueso), adquiriendo información indispensable de las características físicas de los materiales y de esta forma analizar la influencia que estos causan al ser integrados en la mezcla bituminosa. A grandes rasgos, como fue citado en el capitulo 3, el material de grava utilizado fue suministrado por la empresa COLCONCRETOS y esta a su vez de la cantera vía Sogamoso (Boyacá), la asfáltita fue suministrada por la cantera Santa Teresa ubicada en el municipio de Pesca (Boyacá) y el Asfalto, a su vez, por el consorcio SOLARTE&SOLARTE, siendo a su vez usados posteriormente en el proyecto teniendo como base los criterios de control de calidad en laboratorio.

4.1 CARACTERIZACIÓN DE LOS AGREGADOS.

En los cuadros 17 y 18, se detallan los resultados de los ensayos realizados al material granular usado en el proyecto, los cuales fueron: agregado grueso (grava) y agregado fino (asfáltita), estos ensayos se hicieron teniendo en cuenta las normas de ensayo para materiales de carreteras del INVÍAS 2007, de manera que estos cumplieran las especificaciones de construcción del INVÍAS 2007.

Figura 12. Agregado utilizado en la mezcla (canteras)


84

Cuadro 17. Caracterización de la Grava (COLCONCRETOS)

MATERIAL NORMA ENSAYO RESULTADO VALOR DE LA

NORMA DESCRIPCIÓN

GRAVA

INV E-227-07

Porcentaje de caras

fracturadas (2 caras)

100% 60 % mín.

La muestra a ensayar presenta

una textura rugosa, de color gris y

amarillo, de olor orgánico, estas

partículas presentan su forma Angulosa ya que sus bordes son agudos lo cual

presentando pulimiento, es

totalmente fracturada.

INV E-230-07

Índice de aplanamiento

27.80% ≤35

INV E-230-07

Índice de alargamiento

26.27% ≤35

INV E-222-07

Gravedad específica y

absorción del agregado

grueso (Gsa)

2.65 %

ABSORCIÓN 1.69%

INV E-223-07



grueso (Gsb)

2.53 %

ABSORCIÓN 1.69%

INV E-223-07



grueso (Gsb-sss)

2.58 %

ABSORCIÓN 1.69%

INV E-218-07

Resistencia al desgaste de

los agregados Maquina de los Ángeles

21.43% ≤30%

INV-E-125-07

Limite liquido 16.43% ≤40

INV-E-126-07

Limite plástico 13.51%

INV-E-125-07

Índice plástico 2.92 4 a 9

INV E - 220 -

07

Sanidad de los

agregados frente a la

acción

8% ≤12


85

Cuadro 18. Caracterización de la Asfáltita (Cantera Santa Teresa)

MATERIAL NORMA ENSAYO RESULTADO VALOR DE LA

NORMA DESCRIPCIÓN

ASFALTITA

INV E-133-07

Equivalente de arena de suelos y

agregados finos (%)

66 50% Min

La muestra a ensayar presenta una textura suave, de color negro, de

olor orgánico, presenta partículas finas, su condición

de humedad es importante al tacto,

El porcentaje de equivalente de

arena indica que la arena se encuentra limpia, por que la

cantidad relativamente de

arcilla o contaminantes es

baja. Los requisitos del agregado

cumple con NT1, NT2, NT3, para

bases granulares.

INV E-222-07


absorción del agregado fino

(Gsb)

2.44 %

ABSORCIÓN 3.65%

INV E-222-07



(Gsb-sss)

2.53 %

ABSORCIÓN 3.65%

INV E-222-07



(Gsa)

2.69 %

ABSORCIÓN 3.65%

INV E - 707 - 07



(Gb) - LIXIVIADO

1.09 N.A

INV-E-732-07

EXTRACCIÓN CUALITATIVA DE ASFALTO

(%)

4.1 N.A

INV-E-125-07

Limite liquido 17.18 % ≤40%

INV-E-126-07

Limite plástico N.P 4 a 9

INV E - 706 - 07

Penetración (1/10) mm

224.78 200 - 250

INV E - 723 - 07

Destilación N.P N.A

INV E - 709 - 07

Punto de ignición y llama

mediante la copa abierta de Cleveland

°C

93 ≥200°C


86

En el anexo A se enseñan los formatos correspondientes a la caracterización

física de los materiales granulares

4.2 ANÁLISIS GRANULOMÉTRICO.

Teniendo en cuenta la especificación establecida para un mezcla MDC-2 y a la gradación del agregado grueso (grava), se determino que el coeficiente de uniformidad (Cu = 1.5), el cual no se encuentra en el rango admisible de aceptación (Cu>4), y a su vez, el coeficiente de concavidad (Cc = 1.77) aceptable como criterio para las gravas (1 – 3), por esta razón, el material es considerado mal gradado pues no cumple con los dos criterios establecidos para la uniformidad de tamaños. Para el agregado fino (Asfáltita) se obtuvo el coeficiente de uniformidad Cu = 3.1 y el de concavidad, Cc = 0.02, no siendo admisibles en los criterios exigidos para el agregado fino (Cu > 6 y Cc = 1 a 3), por lo tanto, se considera como material mal gradado ya que no cumplen con lo establecido anteriormente.

Figura 13. Franja Granulométrica de la asfáltita

Fuente. Elaboración Propia

87

Figura 14. Franja Granulométrica del agregado (Grava)

Fuente 1. Elaboración Propia

Figura 15. Franjas Granulométricas de las tres mezclas (C-I-S)

Fuente 2. Elaboración Propia

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0.00.11.010.0100.0

Po

rce

nta

je P

asa

Abertura del Tamiz en mm Norma MDC-2

Gradación central

gradacion inferior

gradacion superior

88

4.3 ANÁLISIS QUÍMICO DE LA ASFÁLTITA

En el cuadro 19 y 20 se resalta el análisis químico realizado a la asfáltita de la cantera Santa Teresa de Pesca-Boyacá, resultados suministrados por los laboratorios de Metalurgia de la Universidad Pedagógica y Tecnológica de Colombia.

Es necesario hacer un análisis e interpretación más rigurosa a la asfáltita de tal forma que se puedan identificar los compuestos inestables y causantes de cambios volumétricos.

Cuadro 19. Análisis químico de la asfáltita granulada de la cantera Santa Teresa.

MUESTRA SANTA TERESA

ENSAYO MÉTODO UNIDADES RESULTADO

Contenido de cenizas ASTM D3174

Porcentaje 92.53

Contenido de humedad ASTM D3173

Porcentaje 0.42

Contenido de materia volátil

ASTM D3175

Porcentaje 7.05


Cuadro 20. Análisis químico de la asfáltita liquida de la cantera Santa Teresa.

MUESTRA LIQUIDA ASFÁLTICA

ENSAYO MÉTODO UNIDADES RESULTADO

Contenido de cenizas ASTM D3174

Porcentaje 0.52

Contenido de humedad ASTM D3173

Porcentaje 2.22

Contenido de materia volátil

ASTM D3175

Porcentaje 97.26


Las muestras ensayadas en el análisis químico son variables en cuanto a su granularidad, es decir que se obtuvieron resultados tanto para la asfáltita percibida como agregado y la asfáltita liquida, de lo cual se puede observar que sus contenidos tanto de cenizas, humedad y materia volátil varían de una a otra, debido a que la muestra liquida ya tiene un tratamiento en la misma cantera, siendo evidente que por la permanencia del lixiviado a la intemperie posee más contenido de humedad que la asfáltita granulada que es extraída directamente de la cantera, sin embargo el contenido de cenizas proveniente de está es alto en comparación con la muestra liquida e inversamente a lo que se refiere al contenido de materia volátil.

89

4.4 ANÁLISIS DEL ASFALTO

El asfalto empleado en el proyecto proviene de la planta SOLARTE & SOLARTE la cual se encarga del almacenamiento de este producto, ya que el bitumen es adquirido de Ecopetrol. En el cuadro 21 se referencian los resultados obtenidos del asfalto teniendo en cuenta los ensayos exigidos para un material bituminoso por las especificaciones de construcción de carreteras del INVÍAS 2007. Figura 16. Asfalto utilizado en la mezcla (SOLARTE & SOLARTE)


Cuadro 21. Caracterización del asfalto (SOLARTE & SOLARTE)

MATERIAL NORMA ENSAYO RESULTADO VALOR DE LA NORMA

DESCRIPCIÓN

ASFALTO

INV E - 706 - 07

Penetración (1/10) mm

78.67 70 -80

sustancia negra, pegajosa, sólida a

semisólida a la temperatura de

ebullición del agua tiene consistencia

pastosa, por lo que se extiende con facilidad

INV E - 723 - 07

Destilación (%) 81 -

INV E - 707 - 07

Gbulk 1.131 N.A

INV-E-714/719-

07

Viscosidad SAYBOLT FUROL

(SSF) 61.0 60-120 SSF

INV E - 712 - 07

Punto de ablandamiento-anillo y bola (°C)

52 30 - 200 °C


90

5 EXPERIMENTACIÓN Y RESULTADOS

En este capítulo se presentan los resultados y experimentos dados mediante

procesos de laboratorio establecidos en las especificaciones del INVIAS en el

diseño de las mezclas bituminosas MDC-2, programado para cada una de las

metodologías establecidas en el diseño experimental MARSHALL y RAMCODES,

de tal forma se quiere demostrar un estudio comparativo donde describan las

ventajas, desventajas su eficiencia y calidad, al igual que su incidencia en la

fabricación y comportamiento de las mezclas.

5.1 DISEÑO EXPERIMENTAL

La distribución de las tres (3) mezclas se presentan a continuación (Figura 17), teniendo en cuenta cada una de sus dosificaciones, la franja a la cual se ha ceñido tal diseño y la especificación de una MDC-2 establecida para el proceso de los ensayos de laboratorio, realizando paralelamente una caracterización individual de los materiales gruesos, finos y el cemento asfaltico, es decir de la grava de Colconcretos, la asfáltita de la cantera Santa teresa y el asfalto de Solarte &Solarte, luego se determino las diferentes mezclas ajustadas dentro de la franja de la especificación (Central, inferior y superior) ajustando las gradaciones y aplicando las metodologías MARSHALL y RAMCODES, para finalmente por medio de las mezcla optima proceder al calculo del modulo dinámico por correlaciones, este proceso fue desarrollado mediante las siguientes cuatro etapas: En la primera etapa se hizo la respectiva caracterización de los agregados, tanto para la grava, la asfáltita y el cemento asfaltico, en donde se hace necesario hacer la aclaración que el primer paso para iniciar la caracterización de la asfáltita fue extraer el asfalto del material como tal, determinándose la cantidad de asfalto que está posteriormente aportaría a la mezcla y además sus propiedades físicas. En la segunda etapa se realizo la estabilización granulométrica de la mezcla, es decir, que teniendo en cuenta la gradación de cada uno de sus agregados, se realizo la respectiva dosificación para cada franja y para cada porcentaje de asfalto, teniendo en cuenta que esos porcentajes de asfalto con los cuales se iban a desarrollar las metodologías no estuvieran tan cercanos a la cantidad de asfalto que contenía el conglomerado de asfáltita, pues esto puede hacer que las mezclas no tengan un rango aceptable en el porcentaje optimo. En la tercera etapa se diseño la mezcla asfáltica, realizando 3 diseños MARSHALL para el desarrollo experimental, con una compactación constante de 50 golpes por cada cara, y con la variación factorial del contenido de asfalto en 0.5% para cada mezcla y además la variabilidad de la gradación de acuerdo a la franja que se estuviera diseñando. De lo anterior se obtiene la fórmula de trabajo

91

para el diseño MARSHALL, seguido del proceso de compactación y toma de datos del comportamiento mecánico de las mezclas, para posteriormente, elaborar 3 RAMCODES cuidando la constancia de los porcentajes de asfalto y compactación, es decir los porcentajes de asfalto prestablecidos en el RAMSOFT del programa base de la metodología RAMCODES y la compactación necesaria para transito bajo de 50 golpes por cada cara, obteniendo de esta manera, la formula de trabajo (porcentaje optimo de bitumen) para cada mezcla y además la estabilidad y flujo de las mismas. En la cuarta etapa se realizo el diseño de la mezcla de asfalto con el lixiviado de asfáltita, en donde se tuvo en cuenta el Gb tanto del asfalto como de la asfáltita y la mejor formula de trabajo obtenida en el proceso anterior con su respectiva dosificación; se realizo la mezcla de estos dos materiales seguida del ensayo de penetración para de esta forma por medio de correlaciones poder determinar el modulo dinámico de la mezcla como tal.

Figura 17. Factores variables en el diseño de mezclas asfálticas

DONDE:

M: MARSHALL

R: RAMCODES

I: FRANJA INFERIOR

C: FRANJA CENTRAL

S: FRANJA SUPERIOR

A: GRAVA

B: ASFALTITA


ME

ZC

LA

S D

ISE

ÑA

DA

S C

ON

A

SF

AL

TIT

A

FRANJA INFERIOR

MI GRADACIÓN 1

RI %A = 64- %B =36

FRANJA CENTRAL

MC GRADACIÓN 2

RC %A = 61- %B =39

FRANJA SUPERIOR

MS GRADACIÓN 3

RS %A = 57- %B =43

92

La elaboración de las briquetas a ensayar son preparadas logrando que cada una tenga la cantidad de porcentaje de bitumen establecido en la dosificación, teniendo en cuenta el aporte del conglomerado de asfáltita a la mezcla como tal, y de esta forma tener estos ensayos como punto de partida para la determinación de la fórmula de trabajo o porcentaje óptimo de bitumen de la mezcla final, además las proporciones de los agregados obtenidas en el análisis granulométrico. A continuación se describe el proceso de preparación de las muestras:

5.1.1 Tamizado. Este tamizado se realizo según las cantidades calculadas en

granulometría dependiendo la serie de tamices establecida en las especificaciones

INVIAS, para las dos metodologías empleadas.

Figura 18. Tamizado de los agregados


93

Figura 19. Material utilizado para la elaboración de las briquetas (agregado-asfáltita)


5.1.2 Mezcla de Materiales. Tanto el agregado como el bitumen deben estar a

una temperatura estipulados por las especificaciones; esta temperatura está entre

150 °C y 160°C para agregados y entre 120 y 140°C para el bitumen. Luego se

mezclan los dos materiales hasta que muestre homogeneidad y el asfalto recubra

totalmente los agregados. Se debe tener en cuenta que la asfáltita está incluida

en los agregados en las diferentes proporciones según la dosificación.


Figura 20. Proceso de mezclado de los agregados con asfáltita y del ligante bituminoso (T°)

94

Figura 21. Control de temperatura a los agregados y bitumen en la mezcla


5.1.3 Preparación de Moldes. La preparación de los moldes para las briquetas

MARSHALL y RAMCODES esta determinado por el calentamiento que se le debe

hacer, esté debe ser simultáneo al de los agregados para que su adherencia sea

efectiva y no se pierda la homogeneidad del material.

Figura 22. Preparación de moldes


95

5.1.4 Compactación Martillo MARSHALL. La compactación de las briquetas

está dada por el número de golpes que dependen del nivel de transito que para

este caso es (NT1) que son 50 golpes por cada cara.

Figura 23. Compactación Martillo MARSHALL


5.1.5 Extracción de las briquetas. Después de la compactación de las briquetas

estas se deben dejar enfriar a temperatura ambiente para luego extraerlas

evitando su degradación, por eso es recomendable lubricar el molde antes de

introducir el material de la mezcla.


Figura 24. Maquina de extracción de briquetas

96

Figura 25. Extracción de las briquetas


5.1.6 Dimensionamiento de las briquetas. Luego de extraer las briquetas se

procede a tomar 3 lecturas de: diámetro, altura y peso de cada briqueta para

realizar los cálculos para el peso especifico Bulk (Gbulk).

Figura 26. Medición de las briquetas


97

5.1.7 Parafinado de las briquetas. Las briquetas se deben parafinar para evitar la

filtración de agua, para su posterior inmersión.

Figura 27. Parafinado de las briquetas


5.1.8 Inmersión de las briquetas. Las briquetas se deben introducir en el lastre

sumergido en agua para determinar la densidad.

Figura 28. Inmersión de las briquetas


98

5.1.9 Desparafinado de las briquetas. Se retira la parafina para luego fallar las

briquetas teniendo en cuenta los pesos que se deben realizar en cada una de

ellas.

Figura 29. Desparafinado de las briquetas


5.1.10 Baño de maría para realizar ensayo de flujo y estabilidad. Se deben

colocar las briquetas en baño de maría antes de ser falladas a una temperatura de

60°C durante 30 minutos según especificación INVIAS-2007.

Figura 30. Baño de maría para realizar ensayo de flujo y estabilidad


99

5.1.11 Fallar briquetas. Se fallan las briquetas en la prensa MARSHALL para

determinar su flujo y estabilidad. Este aparato tiene un dispositivo que aplica una

carga sobre la briqueta, y de un medidor de carga y deformación. La carga del

ensayo es aplicada a la probeta a una velocidad constante hasta que la muestra

falle. La falla está definida como la carga máxima que la briqueta puede resistir. La

carga de falla se registra como el valor de estabilidad MARSHALL y la lectura del

medidor de fluencia se registra como flujo.

Figura 31. Fallar briquetas


Figura 32. Briquetas falladas en la prensa MARSHALL


100

5.1.12 Ensayo James Rice. Este ensayo se realiza disgregando las briquetas

que correspondan a cada franja según la dosificación (central, inferior, superior) y

teniendo en cuenta el porcentaje de asfalto. Para luego determinar el cálculo del

peso específico máximo teórico (Gmm) de cada una de las briquetas.

Figura 33. Ensayo James Rice


5.2 RESULTADOS

5.2.1 Influencia de la granulometría en las propiedades volumétricas de la mezcla. La granulometría influye básicamente en el tipo de material y en la gradación de cada mezcla, (Figura 34). En el diseño volumétrico de los materiales que cumplen con las especificaciones del INVÍAS, se realizó teniendo en cuenta los cuatro parámetros Volumétricos principales; Vacíos de aire (Va), Vacíos en el agregado mineral (VAM), Vacío llenados con asfalto (VFA) y gravedad específica neta de la mezcla asfáltica (Gmb). Además se tomaron los contenidos de bitumen con incrementos de 0.5% para cada gradación y tipo de material utilizado25.

25

AGUIRRE, Benavides Siervo Andrés, GÜISA, Velandia Rubén Darío. Tesis. evaluación del comportamiento

de mezclas bituminosas mdc–2 con agregados pétreos, escoria granulada, alquitrán y cemento portland. Universidad Pedagógica y Tecnológica de Colombia. Facultad de Ingeniería. Escuela de Transporte y Vías. Tunja. 2012,76 p.

101

Cuadro 22. Resultados del comportamiento de las propiedades volumétricas, para

diferentes granulometrías (Franja central, Inferior y Superior)

MI MC MS

%Pb Gmb %Va % VAM %VFA %Pb Gmb %Va % VAM %VFA %Pb Gmb %Va % VAM %VFA

5.0 2.155 6.90 16.50 58.14 5.0 2.177 7.43 15.4 51.76 5.0 2.163 8.28 15.70 47.09

5.5 2.179 5.32 16.00 66.72 5.5 2.206 5.65 14.7 61.60 5.5 2.175 7.25 15.60 53.65

6.0 2.182 4.65 16.30 71.47 6.0 2.220 4.50 14.6 69.23 6.0 2.185 6.26 15.70 60.09

6.5 2.228 2.10 15.00 86.00 6.5 2.215 4.21 15.3 72.52 6.5 2.207 4.79 15.30 68.69

7.0 2.218 2.01 15.80 87.33 7.0 2.214 3.70 15.8 76.58 7.0 2.202 3.84 15.90 75.09

Fuente: Elaboración propia

Figura 34. Comportamiento de las propiedades volumétricas, para diferentes granulometrías (Franja central, Inferior y Superior)


102

En la figura anterior se puede ver que en los porcentajes de vacíos con aire (%VA), las mezclas presentan un comportamiento similar hasta un porcentaje de vacios menor a 4%, aunque la MI no cumple con especificaciones ya que tiene un porcentaje de vacios con aire menor de 3%, teniendo en cuenta que el rango de la especificación está entre 3% y 5%. De tal forma si existe un porcentaje de asfalto menor al 6% para las tres mezclas estas presentarían fallas en la capa de rodadura a causa que el porcentaje de asfalto no es el ideal para lograr cubrir en su totalidad el agregado y por ende los vacíos con aire (%Va). Por otro lado en los vacios en el agregado mineral VAM, se puede ver que la MC tiene bajo porcentaje de VAM con un asfalto del 5.5% y 6%, por ende no cumple con las especificaciones establecidas donde el mínimo seria 15%. Además se recomienda que para cada una de las mezclas los porcentajes altos de asfalto se eviten, debido a que el VAM aumenta proporcionalmente al porcentaje de asfalto, ya que el material con menos densidad que en este caso es la asfáltita desplaza al material con mayor densidad (Grava) y esto puede ocasionar exudación en la mezcla. De tal forma se observa que las mezclas MI Y MS cumplen con las especificaciones INVIAS donde el rango para VAM debe estar entre 15% y 17% para un tránsito NT1. Esto demuestra un menor porcentaje de vacios minerales que determina que la mezcla tenga menos bitumen y mejor desempeño en su vida útil, aunque se debe tener en cuenta que la MS está en el límite de 15% igual se considera aceptable. Finalmente para los valores encontrados de VFA (vacíos llenos de asfalto) en cada una de las mezclas con los porcentajes de asfalto desde un 5% hasta 7%, se puede observar, que este tipo de curvas reflejan las demás propiedades volumétricas que presenta cada mezcla, como se presenta en la mezcla MI y MC, son de mejor desempeño ya que están dentro de la norma para un tránsito NT1 de las especificaciones y propiedades volumétricas. Para la metodología RAMCODES de las mezclas diseñadas con asfáltita, se obtuvieron los siguientes polígonos de vacíos, teniendo en cuenta su influencia de los agregados en el análisis volumétrico de las mismas.

103

Figura 35. Influencia de los agregados en los parámetros volumétricos de las mezclas mediante la metodología RAMCODES


Los polígonos de vacíos presentados en la figura 35 están basados en el tipo de gradación de la mezcla como tal, evidenciando una cercanía en cada uno de ellos correspondientes a cada franja (central, superior e inferior, respectivamente), además es de notar que todas las mezclas se ajustan a los criterios volumétricos, pues los polígonos resultantes son los establecidos finalmente en las briquetas, razón por la cual, la estructura física de los agregados no afectan en gran medida las propiedades volumétricas de las mezclas, mientras que otros procesos, como la compactación de las briquetas, traen consigo cambios apreciables en la densificación de cada una de las mezclas, debido al proceso experimental.

De lo obtenido anteriormente, es de afirmar que las zonas de restricción generadas por la metodología MARSHALL, son de alguna forma las obtenidas por la metodología RAMCODES.

5.2.2 Análisis para la obtención de rangos de contenidos óptimos de bitumen

en la mezcla. Los rangos óptimos en el diseño Marshall a modo de ejemplo se

observan en la figura 36, de donde se puede obtener la correspondiente formula

de trabajo, comprobada como un análisis alterno con la inmersión de los

parámetros esenciales en el diseño de la mezcla bituminosa.

104

El proceso de obtención de la región, donde son óptimos los contenidos de asfalto, se presentan gráficamente, los cuales cumplen los criterios establecidos tanto para la metodología Marshall como para las propiedades volumétricas de la mezcla.

Figura 36. Obtención de rangos aceptables para el contenido en la mezcla según las especificaciones MDC – 2 para el diseño MARSHALL (Ejemplo)


En el ejemplo y en la figura 36, El porcentaje de vacíos llenos con aire (%VA) y el porcentaje de vacíos llenos de asfalto (%VFA) se encuentran dentro de la franja de la especificación, obteniendo rangos de contenido de asfalto aceptables entre 6.3% y 7.5%, mientras que el porcentaje de vacíos minerales se encuentran en un rango apreciable mayor de 6.7%; de acuerdo a lo anterior se puede apreciar que

105

el contenido optimo de asfalto obtenido es el adecuado para las metodologías citadas. Figura 37. Comportamiento de las propiedades mecánicas para las mezclas diseñadas con asfáltita (franjas central, inferior y superior)

CENTRAL

INFERIOR SUPERIOR


5.2.3 Análisis por medio de los mapas de respuesta para estabilidad de las mezclas. El sistema de contornos estadístico realizado para cada una de las mezclas que relaciona: la estabilidad, el porcentaje de asfalto y el Gmb; “polígono de vacios” se desarrollo con el programa OriginPro8 para tener una mejor calidad

106

de la información en cuanto se refiere a las propiedades especificas de cada mezcla teniendo como base las especificaciones y sus rangos, además toma en cuenta los niveles de riesgo contra errores típicos de aceptación de las mezclas, es decir la aceptación de una mezcla que no cumpla en su totalidad con todas las especificaciones o el rechazo de mezclas optimas.

En la figura 38 se muestra el comportamiento mecánico que presentaron las mezclas diseñadas con asfáltita, justificadas con estudios estadísticos y resultados de laboratorio tanto para la metodología MARSHALL y RAMCODES, relacionando tres valores indispensables para el desarrollo de cada metodología como son: estabilidad (kg), porcentaje de asfalto (%Pb), Gmb (gr/cm³).

No obstante se observa que los resultados obtenidos en laboratorio para el diseño MARSHALL para cada franja (central, inferior, superior) se encuentran entre la región aceptable para el polígono de RAMCODES, esto demuestra que, por ejemplo, para el diseño MARSHALL franja central, relacionado dentro del polígono de vacíos se tendrá una estabilidad de 619 kg aproximadamente, en comparación con los resultados obtenidos en el laboratorio de estabilidad mediante el diseño de MARSHALL y RAMCODES (estabilidad MC: 603 Kg; estabilidad RC), esto muestra una respuesta más clara, lo que hace más sencillo la toma de decisiones ya sea para aceptación y/o rechazo de la mezcla en estudio.

La superposición del polígono en cada mapa de respuesta relaciona la variación de las propiedades mecánicas dentro del área donde se cumplen las especificaciones de vacíos. Para el ejemplo anterior de la mezcla franja central, se observa que dentro del polígono de vacíos, la estabilidad varía entre 600 Kg y 620 kg aproximadamente, lo que demuestra que cumplen con las especificaciones establecidas para estas propiedades mecánicas, teniendo como base que el polígono de vacíos se convierte en una región de control de calidad para la aceptación de mezcla compactada.

107

Figura 38. Mapa de contorno para estabilidad, mezcla diseñada con asfáltita.

CENTRAL

INFERIOR SUPERIOR


5.2.4 Criterios de diseño y control. El grado de desviación entre el control de calidad y diseño de las mezclas, se pueden observar en la figura 39, apreciando las zonas de control aceptables tanto para el %Pb y Gmb de las diferentes mezclas diseñadas con asfáltita, siendo evidente que existen datos que no se

108

ajustan a las especificaciones establecidas en el diseño, correlacionando la separación a gran escala de los criterios tradicionales de diseño y control en campo; mientras que la metodología RAMCODES, presenta una perspectiva diferente para el diseño y control de la compactación, lo cual permite establecer una manera practica y simplificada en comparación con la metodología Marshall.

La superposición del polígono de control, las superficies de respuesta y el polígono de vacíos, formados a partir de dos criterios para el control de la compactación, el primero se sustenta en el nivel de densidad mínimo permitido 97% de la densidad de laboratorio, y el segundo es el nivel mínimo de densidad permitido el cual es del 92% de la densidad máxima teórica (RICE %Vv = 0). Además se tiene en cuenta los rangos típicos de variación aceptables para % Pb Óptimo, que han sido establecidos en ±0.30% y ±0.45%.

Como resultado se observa la zona aceptable en cada mezcla para el diseño y control siendo evidente el amplio espacio de rangos tolerables dentro del polígono de control y las regiones máximas que verifican las especificaciones para la aceptación de las mezclas.

Figura 39. Región de control para la aceptación de mezclas bituminosas Asfáltita (Franja Central) -EJEMPLO


109

5.3 ANALISIS DE LOS MODULOS DINAMICOS DE LA MEZCLA

El módulo dinámico de la mezcla diseñada con asfáltita será analizada por,

Bonnaure y otros, AASHTO-98 y Heukelom y Klomp y por el programa de la Shell

(BANDS 2.0), teniendo como base la siguiente información:

PARAMETROS DE DISEÑO - Velocidad de operación: 60 Km/h - Temperatura media anual ponderada del aire, TMAP = 13°C - Volumen de agregados de la mezcla, Vg = 84.70% - Volumen de asfalto de la mezcla, Vb = 10.97% - Volumen de vacíos de la mezcla, Vv = 4.33% - Pasa tamiz 200 = 6% - EMfranja central: 603 Kg, 5915.43 N (ver cuadro 24)

El Gbmezcla es hallado a partir de la dosificación óptima de la metodología MARSHALL, de donde se tiene en cuenta el porcentaje que aporta el conglomerado de asfáltita a la mezcla como tal y al porcentaje de asfalto, siendo relacionado con el Gb de cada uno de los dos materiales (asfalto y lixiviado), los cuales se pueden observar en el anexo A de caracterización de los agregados. El cálculo correspondiente al Gbmezcla se evidencia en el anexo F. - t = 0.015 seg - F = 10.6 hertz El modulo dinamico se determino mediante correlaciones con las ecuaciones de coeficiente estructural (Ecuación 60 y Ecuación 61), debido a que los datos obtenidos de penetración en laboratorio fueron poco confiables, a continuación se presentaran los respectivos cálculos:

Ecuación 60

Donde: a1: coeficiente estructural EM: estabilidad mezcla óptima en Newton-N

/pulg

110

A partir del coeficiente estructural (a1), se despeja el modulo dinámico de la siguiente ecuación:

Ecuación 61

Donde: a1: Coeficiente estructural E: módulo dinámico de la mezcla optima en Mpa. = Smix De la ecuación 61 se despeja E, y se remplazan los datos correspondientes hallando el modulo dinámico de la mezcla:

Smix =E = 2.1 x109 N/m2 = 21420 Kg/cm2 = 2100 Mpa = 305,999 Lb/pulg2

Como ya se tiene el modulo dinámico de la mezcla, se ingresa al nomograma de Smix (anexo G) y se determina el modulo dinámico del asfalto Sb, dato que necesitara posteriormente en la determinación del modulo por otros autores. Para ingresar al nomograma se tienen en cuenta los siguientes datos:

a. Módulo dinámico de la mezcla Smix = E =2.1 x109 N/m2

b. Volumen de agregados de la mezcla asfáltica, Vg = 84.70%

c. Volumen de asfalto de la mezcla, Vb = 10.97%

Sb = 0.8 x107 N/m2 = 81.6 Kg/cm2 =8.0 MPa = 1166 Lb/pulg2

El cálculo del Tmix se necesito para el cálculo del modulo dinámico por otros autores y la

correspondiente comparación:

- Temperatura de la mezcla, tmix: Es determinada a partir del programa TMIX; en donde el cálculo de la temperatura de la mezcla asfáltica esta basada en temperatura media anual ponderada del aire en Tunja y el espesor de la capa asfáltica.

111

Figura 40. Pantalla principal del programa TMIX

Fuente. RINCÓN Ochoa Giovanni Edgar. Programa TMIX. Tunja, 2007

Cuadro 23. Comparación de los resultados obtenidos para el modulo dinámico según cada método

MODULOS DINAMICOS

UNIDADES AASHTO-98 BONNAURE Y

OTROS HEUKELOM

Y KLOMP BANDS-2.0

(N/m2) 2.1X109 2.00X10

9 2.67 X10

9 1.99 X10

9

(Kg/cm2) 21420 20405 27203 20387

(MPa) 2100 2000 26667 2000

(Lb/pulg2) 305999 289923 386510 291247


El modulo dinámico resultante fue comparado con las diferentes formulas

propuestas por otros autores (Cuadro 23 y anexo G), de los cual se puede concluir

que existen pequeñas diferencias en el valor del mismo en la mezcla asfáltica

según cada método de calculo. Se puede observar que el mayor valor del modulo

dinámico lo presenta Heukelom y Klomp, seguido del método AASHTO-98 y el

menor valor aportado por el programa del Shell-Bands-2.0, sin embargo como el

resultado obtenido por el método del Heukelom y Klomp tiene un valor

relativamente alto con respecto a los demás métodos, se decide obtener un rango

para el modulo dinámico, entre los datos arrojados por el método de Bonnaure y

otros, método AASHTO-98 y el del programa del Shell-Bands-2.0, es decir, que el

modulo dinámico final es de 20737 Kg/cm2, siendo un resultado bastante

prometedor en la mezcla como tal.

112

6 COMPARACIÓN TÉCNICA Y ECONÓMICA DE LAS METODOLOGÍAS EN

ANÁLISIS

6.1 COMPARACIÓN TÉCNICA

Cuadro 24. Resultados óptimos obtenidos para Marshall y Ramcodes

PARAMETRO MI RI MC RC MS RS

% ASFALTO 6.00 6.09 6.63 6.91 6.90 7.20

Gmb (gr/cm³) 2.196 2.198 2.215 2.211 2.215 2.210

ESTABILIDAD (Kg) 421 446 603 638 604 625

FLUJO (mm) 3.70 3.82 3.74 3.92 3.62 3.70

%Vv 4.00 3.9 4.00 3.9 4.00 3.9

%VAM 15.78 15.78 15.40 15.82 15.35 15.81

%VAF 75.00 75.51 74.10 75.36 73.70 75.40


Según los resultados obtenidos en laboratorio y con base las especificaciones y metodologías MARSHALL y RAMCODES, se concluyó que las mezclas elaboradas con sus respectivas franjas cumplen con las especificaciones, a excepción de las estabilidad de MI ya que se encuentra por debajo de la especificación que es 500 kg para un nivel de tránsito bajo (NT1), aunque se debe tener en cuenta que la mayoría de parámetros cumplen e incluso para un nivel de tránsito medio (NT2). Además, las propiedades volumétricas de las mezclas responden a las exigidas por el INVÍAS (INV-C-450-07).

Cuadro 25. Comparación de los resultados con las especificaciones INV-C-450-07. (Franja central).

MDC-2 FRANJA CENTRAL

ESPECIFICACIÓN RESULTADOS % ACEPTACIÓN

CARACTERISTICA NT-1

Compactación (golpes/cara) 50 50 OK

Estabilidad mínima (Kg) 500 603 OK

Flujo (mm) 2--4 3.74 OK

Vacíos con aire (%Vv)Rodadura 3--5 4 OK

Vacíos en los agregados minerales (%VAM)

≥ 15 15.4 OK

Vacíos llenos de asfalto (VFA) 65--80 74.1 OK

Fuente. INSTITUTO NACIONAL de vías, INVÍAS. Especificaciones de construcción de carreteras. Bogotá: 2007. INV-C-450-07

6.1.1 Análisis técnico. Teniendo como base la metodología RAMCODES que relaciona parámetros y fórmulas extraídas del diseño MARSHALL, se espera que

113

los resultados obtenidos sean aproximados y/o iguales, esto fue demostrado con los resultados logrados en el laboratorio, donde los resultados de cada metodología fueron semejantes con relación a las propiedades volumétricas y mecánicas de la mezcla.

Cuando se relaciona la metodología RAMCODES y el método de diseño MARSHALL, RAM expresa aceptable la utilización de mapas de contorno, solo si la curva de compactación se encuentra dentro del polígono de vacíos, entonces, el diseño MARSHALL cumpliría con las especificaciones de vacíos, ya que el polígono de vacíos relaciona en el área total donde de cumplimiento de las especificaciones de vacíos, si por el contrario la curva de compactación no está dentro del polígono de vacios demuestra que el ensayo no cumple las especificaciones o que presenta falencias en el proceso constructivo.

La metodología MARSHALL para el diseño de mezclas asfálticas en caliente MDC-2 establece por medio de gráficas, donde relaciona (%Vv y %Pb), determina la cantidad necesaria y suficiente de asfalto para asegurar la obtención de un pavimento durable que resulte del descubrimiento completo de las partículas de agregado pétreo, impermeabilizando y ligando las mismas entre sí, bajo una compactación adecuada, sin permitir controlar todos los parámetros importantes de la mezcla, por el contrario RAMCODES utiliza el análisis de densificación y resistencia de los materiales compactados.

RAMCODES se fundamenta en análisis estadístico para llevar a cabo y analizar experimentos para el diseño, y para realizar un control de calidad donde se tiene control sobre los niveles de error que explican las variables más influyentes (Gmb y %Pb) en el comportamiento de la mezcla asfáltica.

En los resultados y análisis obtenidos con RAMCODES (polígono de vacíos) y teniendo en cuenta que MARSHALL presenta un área muy pequeña en la cual la formula de trabajo hallada presenta mínimas fluctuaciones cumpliendo con lo establecido en las especificaciones, se puede ver que el diseño RAMCODES por medio del análisis de densidades y teniendo en cuenta los parámetros base (Gse, Gsb, Gb) nos presenta un rango mucho más extenso donde las posibilidades de cumplir las especificaciones aumentan.

En cuanto al proceso constructivo de cada diseño, MARSHALL es más extenso a diferencia de RAMCODES, con tan solo 3 briquetas, en comparación a las 15 briquetas desarrolladas para MARSHALL, esto garantiza una mejor calidad en los resultados. Además la metodología RAMCODES con su polígono de vacíos ahorra tiempo, dinero y recursos necesarios para el óptimo desarrollo del proyecto.

Las diferencias en los datos en las metodologías MARSHALL y RAMCODES son mínimas, aunque aprobadas, esto se debe a que MARSHALL maneja mayores posibilidades de errores por lo amplio en el desarrollo para la obtención de la

114

formula de trabajo, sin embargo la metodología RAMCODES obtiene la formula de trabajo por medio de comandos matemáticos en el cual a diferencia de MARSHALL no incorpora posibles errores que se puedan presentar en los procesos de laboratorio.

6.2 COMPARACIÓN ECONÓMICA.

En el análisis de precios unitarios de una briqueta fabricada se tiene en cuenta la mezcla optima con su respectiva dosificación, (cuadro 26), posteriormente se realiza el análisis de costos correspondiente a los agregados usados en la mezcla con asfáltita (agregado + asfáltita + cemento asfaltico), basado en la dosificación de la mezcla optima (Ver cuadro 27), de la misma forma, se realiza el respectivo análisis con una mezcla convencional (agregado ( grueso + fino)+ cemento asfaltico) teniendo en cuenta la dosificación opima, (Ver cuadro 29) y simultáneamente se realiza el análisis del costo total de los materiales usados por una briqueta, teniendo en cuenta el peso especifico de la mezcla optima según la metodología MARSHALL, y el volumen de una briqueta; este calculo se realiza tanto para la mezcla con asfáltita como para la convencional (Ver cuadros 28 y 30). Cuadro 26. Dosificación del agregado para una briqueta con la mezcla optima

MATERIAL PORCENTAJE PESO (gr)

Peso briqueta 1200

%Pb optimo 6.50% 78

agregados 94% 1122

GRUESO 61% 684.42

Conglomerado de Asfáltita

39% 437.58

ASFALTITA 4.10% 17.94

455.52

CEMENTO ASFALTICO

95.90% 60.05

TOTAL 1200


115

Cuadro 27. Análisis del costo total de una briqueta con la mezcla optima con el uso de agregado, asfáltita y cemento asfaltico.

MEZCLA 1. AGREGADO + ASFALTITA + CEMENTO ASFALTICO

COSTO POR BRIQUETA

MATERIAL UNIDAD VALOR UNITARIO $/Kg kg/ BRIQUETA $/BRIQUETA

Agregado trituradora m3 56,260.00 25.40 0.6844 17.38

Asfáltita m3 150,000.00 61.48 0.4376 26.90

Cemento asfáltico Ton 1,216,000.00 1,216.00 0.0601 73.03

Mano de obra y Equipos UNIDAD 20,000.00 1.00 20,000.00

COSTO TOTAL POR MUESTRA 20117.32


Cuadro 28. Costo total de los materiales usados por m3 de una briqueta.

COSTO POR m³

Kg/m³ $/m³

1,360.68 34,560.55

869.94 53,479.94

119.40 145,192.87

TOTAL MATERIALES

233233.36


Cuadro 29. Análisis del costo total de una briqueta con la mezcla optima con el uso de agregado (Grueso+Fino), y cemento asfaltico.

MEZCLA 2. AGREGADO ( GRUESO + FINO)+ CEMENTO ASFALTICO

COSTO POR BRIQUETA

MATERIAL UNIDAD VALOR

UNITARIO $/Kg

kg/ BRIQUETA

$/BRIQUETA

Agregado trituradora m3 56,260.00 25.40 1.1220 28.50

Cemento asfáltico Ton 1,216,000.00 1,216.00 0.0780 94.85

Mano de obra y Equipos

UNIDAD 20,000.00 1.00 20,000.00

COSTO TOTAL POR MUESTRA 20123.35


116

Cuadro 30. Costo total de los materiales usados por m3 de una briqueta.

COSTO POR m³

Kg/m³ $/m³

2,230.62 56,656.65

155.07 188,564.61

0.00 0.00

TOTAL MATERIALES

245221.26


Cuadro 31. Costo total para cada metodología de las mezclas diseñadas con asfáltita

MEEZCLA CON ASFALTITA

Ensayo N° Briquetas Valor Unitario ($/briqueta)

Total ($)

Marshall 15 20117.32 301759.8

Ramcodes 3 20123.35 60370.05


Los precios utilizados en el análisis de costos de los agregados y del bitumen, son

los usados en las plantas de asfalto de la ciudad de Sogamoso, y el de la asfáltita

es el usado en la cantera Santa Teresa como tal.

Se hace evidente la diferencia de costos entre las dos mezclas, pues esto radica

en el hecho, que la asfáltita por ser un material no convencional y por el aporte de

asfalto y de agregado fino que realiza a la mezcla, da como resultado la reducción

de algunos costos, ocasionando que la mezcla de asfáltita + agregado + cemento

asfaltico sea económicamente viable.

La comparación de precios entre las metodologías MARSHALL y RAMCODES, se pueden observar en el cuadro 31, de donde es evidente el bajo costo para determinar la formula de trabajo por medio de la metodología RAMCODES, a diferencia de la metodología MARSHALL, de donde se establece, que hacer una briqueta RAMCODES, equivale a hacer 3 de ellas por Marshall; esto hace que la

117

eficiencia tanto en costo como en productividad se vea reflejada consecuentemente en dicha metodología.

6.3 COMPARACIÓN ESTADÍSTICA.

El comportamiento de los resultados obtenidos por ambas metodologías, se determino mediante un análisis estadístico, y a partir de este, se usaron herramientas de la estadística descriptiva enfocado a la variación de los resultados entre cada metodología y su coeficiente como tal, asegurando simetría y comportamientos similares mediante el uso de diagramas de cajas (figura 41), del cual se hace evidente el comportamiento de las medidas de tendencia central y de la distribución de los datos analizados para cada metodología, observando el grado de variación en cada una de ellas respecto a las gradaciones obtenidas para cada mezcla.

Cuadro 32. Análisis estadístico para mezclas con asfáltita (MC-RC, MI-RI y MS-RS)

MEZCLAS DISEÑADAS CON ASFALTITA

Mezclas Marshall Ramcodes Marshall Ramcodes

Pb % Pb% Media 6.51 6.73

MC 6.63 6.91 Mediana 6.63 6.91

MI 6.00 6.09 Varianza 0.213 0.331

MS 6.90 7.20 Desviación estándar 0.462 0.576

Coeficiente de variación % 7.094 8.55


Se hace notar que los resultados obtenidos anteriormente para cada una de las mezclas diseñadas conservan un comportamiento similar tanto para la metodología Marshall como para la metodología RAMCODES, dando a entender que los datos analizados para cada una de ellas conservan una distribución normal observando la poca dispersión entre cada uno de ellos. En las mezclas diseñadas con asfáltita se obtuvieron datos con variaciones porcentuales mínimas en cuanto a las medidas de tendencia central, mostrando de tal forma la proximidad de los resultados entre cada una de las metodologías esto nos muestra la proximidad en los resultados de ambas metodologías. En conclusión el diseño de las mezclas con asfáltita por medio de la metodología MARSHALL y RAMCODES tienen similares respuestas, basados en los resultados obtenidos mediante cada uno de sus procedimientos y estadísticamente, en donde se evidencia una dispersión muy baja.

118

Figura 41. Comportamiento de los datos por diagrama de cajas


La variación existente entre los resultados obtenidos de las mezclas diseñadas con asfáltita, independiente del cumplimiento aproximado de un 90% con la especificación MDC-2; se efectuó la prueba de hipótesis para observar las diferencias significativas entre la media y la desviación estándar de los resultados obtenidos y así mismo concluir la similitud de los resultados del diseño MARSHALL con los efectuados en el diseño RAMCODES

- Prueba de hipótesis para cada material utilizado:

119

⁄

(

)

√[(

) (

)]

- Z calculado para mezclas diseñadas con asfáltita:

√[(

) (

)]

La hipótesis rechaza H1 debido a que Z calculado el material no es mayor que se

⁄, de donde se establece que la variación en los resultados obtenidos por las

dos metodologías no son significativos estadísticamente, puesto que la hipótesis

nula H0 se encuentra en el zona de aceptación de la curva normal de distribución,

concluyendo que los métodos son semejantes sin tener en cuenta la dispersión de

los datos en cada metodología, que como se puede apreciar anteriormente es

poco notoria e influyente en cada metodología.

120

CONCLUSIONES

1. Según las metodologías empleadas MARSHALL y RAMCODES, se puede

concluir que las mezclas bituminosas diseñadas con asfáltita, para el limite

central de las especificaciones, van a presentar un mejor desempeño a lo largo

de su vida útil debido a que tiene una relación más cercana a las

especificaciones de construcción de carreteras del INVÍAS 2007 exigidas para

un nivel de tránsito 1, mientras que para un nivel de tránsito 2 los valores

encontrados para las propiedades mecánicas se encuentra por fuera de los

límites con respecto a las especificaciones, pero éstos se podrían optimizar al

incluir unos aditivos en el proceso constructivo que contribuyan a mejorar la

calidad de la mezcla.

2. Con respecto al flujo para el porcentaje óptimo de bitumen encontrado en la

franja central diseñada con asfáltita, fue de 3.74 mm y 3.92 mm

respectivamente, valores que se encuentra dentro del rango exigido por la

especificación (2mm – 4mm), esto nos indica, que en el momento en que la vía

presente elevados niveles de tránsito, tráfico pesado y/o lento, y altas

temperaturas de servicio el pavimento presentará un posible ahuellamiento.

3. En cuanto a la formula de trabajo se tiene que los porcentajes para la franja

central mediante dosificación son de A (grava): 61% y B (conglomerado de

asfáltita): 39%, donde mediante el porcentaje óptimo de asfalto de 6.5%, Gmb

de 2.215 gr/cm³, estabilidad de 603 Kg, flujo de 3.74 mm, se realizó el

procedimiento de la metodología RAMCODES.

4. Con el uso del método de AASHTO-98 en la determinación del modulo

dinámico correspondiente a la mezcla, se calculo el coeficiente estructural de la

misma (a1 = 0.36/pulg), la cual está sujeta a la estabilidad MARSHALL de la

mezcla optima, siendo este resultado obtenido favorable en lo que se refiere a

la resistencia de las cargas solicitantes.

5. El modulo dinámico de la mezcla (asfalto-asfáltita) se encuentra alrededor de

20737 Kg/cm2, resultado aportado por el promedio entre los métodos de

Bonnaure y otros, AASHTO-98 y el del programa del Shell-Bands-2.0; siendo

un modulo que representa un comportamiento bastante bueno en lo que tiene

121

que ver con la mezcla, ya que es muy cercano al modulo que representa el

asfalto de 25000 Kg/cm2.

6. La determinación del modulo dinámico de la mezcla optima fue calculado

mediante el método AASHTO-98 y su correlación y despeje de las ecuaciones

60 y 61, ya que los resultados de penetración obtenidos en laboratorio

resultaron poco confiables.

7. Al finalizar el proyecto se define que las mezclas diseñadas con materiales

convencionales y no convencionales (asfáltita) son aceptadas para su

utilización en niveles de transito uno y dos debido a que las propiedades de las

mezclas responden a las exigencias establecidas por las especificaciones del

INVÍAS-2007.

8. RAMCODES es una metodología de gran utilidad para el diseño, producción y

control de calidad, además del ahorro en tiempo y dinero gracias al proceso

constructivo que se tiene de mezclas asfálticas y el cumplimiento de los

parámetros volumétricos exigidos en las especificaciones de construcción, a

través del “polígono de vacíos”.

9. Dentro del enfoque propuesto por la metodología RAMCODES por medio de su

herramienta polígono de vacíos incorpora en un solo grafico las

especificaciones respectivas generando una región de aceptación ajustado a

los criterios de diseño, basado en el espacio determinado por: %Pb - Gmb,

entrelazando la teoría y la práctica por medio de conocimientos matemáticos y

estadísticos.

10. Luego del desarrollo de los diseños MARSHALL y RAMCODES, y teniendo en

cuenta el valor mínimo de estabilidad especificado por el INVÍAS para mezclas

MDC – 2 (500 kg) para un nivel de tránsito NT1, se obtuvo resultados

satisfactorios por encima de este valor, a excepción de la franja inferior que no

cumplió con los criterios establecidos por la especificación, lo cual indica que

las mezclas después de su elaboración adquieren un comportamiento

aceptable, esto debido a que el agregado pétreo cumplió requerimientos de

calidad exigidos en las normas para la elaboración de mezclas asfálticas en

caliente MDC – 2.

122

11. De acuerdo al análisis económico, la mezcla no convencional, es decir con

asfáltita, presenta costos menores a los de la mezcla convencional, siendo

evidente su viabilidad económica.

12. Con relación a la utilización de la asfáltita de la cantera Santa Teresa, Pesca-

Boyacá como agregado fino y a la vez como bitumen en la elaboración de

mezclas asfálticas, se observa que es aceptable su uso, basado en el

cumplimiento de especificaciones INVIAS (estabilidad, flujo %Vv,

%VAM,%VAF), además de su respuesta económica optima ante las mezclas

asfálticas convencionales.

13. En cuanto al material base de la investigación (asfáltita), se puede determino

como material mal gradado, es medianamente denso y por ende su

penetración es alta; aunque en el mezclado se acopla muy fácilmente al

agregado y al bitumen.

14. Con relación a los resultados de laboratorio se concluye que cumplen con las

especificaciones del INVIAS-2007, además del excelente desempeño de la

maquina MARSHALL para fallar las briquetas, en cuanto a flujo y estabilidad se

refiere.

123

RECOMENDACIONES

1. El buen manejo de las cantidades de cada material (agregado, asfáltita y

bitumen) y el mezclado indispensable en cada espécimen de las metodologías

MARSHALL y RAMCODES determinan el resultado óptimo en el proceso

constructivo de falla (flujo y estabilidad), debido a que con éste se controla o se

maneja la calidad de las mezclas, y se garantiza que los resultados cumplan con

las especificaciones.

2. Se recomienda continuar con investigaciones respecto a las mezclas

bituminosas con aquellos materiales no convencionales, de tal manera que se

logre reducir costos en tiempo, dinero y proceso constructivo y además se

reduzcan los impactos que han de generar este tipo de materiales y que pueden

presentar una gran utilidad en el diseño de mezclas asfálticas.

3. Se recomienda el uso del software Ramsotf en ensayos de mezclas asfálticas

empleando su aplicación MARSHALL Acelerado por RAMCODES, debido a que

se garantiza el adecuado la calidad de la mezcla, un óptimo manejo de valores y

recursos (tiempo y dinero).

4. Se recomienda dar seguimiento a este proyecto de investigación, incluyendo

nuevos materiales que mejoren el comportamiento de las propiedades

volumétricas y mecánicas de la mezcla.

5. El optimo desarrollo del proyectos futuros de investigación dependerá en gran

parte de los procesos de laboratorio, para ello es recomendable que se adecuen y

calibren los equipos de laboratorio, buscando que el desarrollo investigativo

suministre mejores respuestas.

124

BIBLIOGRAFÍA E INFOGRAFÍA

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26. CHAVARRO B. Eugenio. Determinación de módulos dinámicos. Conferencias Universidad del Cauca. 2002

27. AGUIRRE, Benavides Siervo Andrés, GÜISA, Velandia Rubén Darío. Tesis.

evaluación del comportamiento de mezclas bituminosas mdc–2 con agregados pétreos, escoria granulada, alquitrán y cemento portland. Universidad Pedagógica y Tecnológica de Colombia. Facultad de Ingeniería. Escuela de Transporte y Vías. Tunja. 2012,76 p.

127

ANEXOS

128

ANEXO A.CARACTERIZACIÓN FISICA DE LOS AGREGADOS

CARACTERIZACIÓN FISICA DE LA ASFÁLTITA

1. EXTRACCIÓN DE ASFALTO

caracterización y diseño de una M DC-2 -SANTA TERESA

W1: PESO INICIAL DE LA MUESTRA

W2: PESO DE LA MUESTRA LUEGO DE LA PRUEBA

W3: PESO INICIAL DEL FILTRO

W4: PESO FINAL DE FILTRO

sep-12

UNIVERSIDAD PEDAGÓGICA Y TECNOLÓGICA DE COLOM BIAExtracción cuantitativa de asfalto

en mezclas para pavimentos

FACULTAD DE INGENIERÍA NORM A INV E-732-07

ESCUELA DE TRASNPORTE Y VÍAS CORRESPONDENCIAS

LABORATORIO DE SUELOS Y PAVIM ENTOS ASTM D – 2172 – 01AASHTO T-164 – 05

OBRA: FECHA:

PROPÓSITO:

DESCRIPCIÓN DEL MATERIAL: ASFALTITA-CANT.STA TERESA

C aracterizació n del M A T ER IA L MUESTRA Nº: 1,2,3

%CONTENIDO DE ASFALTO=W1-W2-(W4-W3)

*100W1

No. 1 1000.0 961.0 15.89 17.88

Muestra W1 W2 W3 W4

15.59 17.02

No. 3 1000.0 958.0 15.74 17.77

No. 2 1000.0 954.0

%ASFALTO 3.7 4.5

Laboratorista: Revisó:

3.997

Observaciones:

%ASFALTO

(PROM)4.1

129

2. GRANULOMETRIA ASFÁLTITA


UNIVERSIDAD PEDAGÓGICA Y TECNOLÓGICA ANÁLISIS GRANULOM ÉTRICO

DE COLOM BIA DE LOS AGREGADOS GRUESOS Y FINOS

ESCUELA DE TRANSPORTE Y VÍAS CORRESPONDENCIAS

FACULTAD DE INGENIERÍA NORM A INV E - 213 - 07

LABORATORIO DE SUELOS Y PAVIM ENTOS ASTM C136-07 AASTHO T29-99 NLT 150

MUESTRA Nº: 1 PROPÓSITO:C aracterizació n de M A T ER IA LES

OBRA: FECHA: sep-12

DESCRIPCIÓN DEL MATERIAL: ASFALTITA-C.STA TERESA

Pulgadas mm RETENIDO (gr) ACUM ULADO

3/4" 19.0 0.00 0.00 0.00 100.00

TAM IZ PESO % RETENIDO

% RETENIDO% PASA

1/2" 12.5 0.00 0.00 0.00 100.00

3/8" 9.5 3.42 0.34 0.34 99.66

No. 4 4.8 51.03 5.10 5.45 94.56

No. 10 2.0 94.04 9.40 14.85 85.15

No. 40 0.4 319.93 31.99 46.84 53.16

No. 80 0.2 316.53 31.65 78.50 21.51

No. 200 0.1 106.50 10.65 89.15 10.86

Fondo 108.55 10.86 100.00 0.00

∑ 1,000.0

Observaciones:


0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0.00.11.010.0100.0

Po

rce

nta

je P

asa

Abertura del Tamiz en mm Norma

Gradación

130

3. GRANULOMETRIA ASFÁLTITA (Continuación)







MUESTRA Nº: 2

OBRA: FECHA: sep-12

PROPÓSITO:C aracterizació n de M A T ER IA LES



PESO % RETENIDO

% RETENIDO% PASA

3/4" 19.0 0.00

TAM IZ

1/2"

0.00 0.00 100.00

12.5 0.00 0.00 0.00 100.00

9.5 5.68 0.57 0.573/8"

No. 4 4.8 45.46

99.43

No. 10

4.54 5.11 94.89

2.0 103.56 10.35 15.47 84.53

0.4 298.45 29.84 45.30No. 40

No. 80 0.2 323.60

54.70

No. 200

32.35 77.65 22.35

0.1 108.23 10.82 88.47 11.53

Fondo 115.34 11.53 100.00

Revisó:

∑ 1,000

0.00

Observaciones:

Laboratorista:

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0.00.11.010.0100.0

Po

rce

nta

je P

asa


Gradación

131

4. EQUIVALENTE DE ARENA


Observaciones:

66.0Promedio

Revisó:Laboratorista:

64.04.73.0

UNIVERSIDAD PEDAGÓGICA Y TECNOLÓGICA DE COLOM BIAEQUIVALENTE DE ARENA DE

SUELOS Y AGREGADOS FINOS


ESCUELA DE TRASNPORTE Y VÍAS

No. 3

CORRESPONDENCIAS

LABORATORIO DE SUELOS Y PAVIM ENTOS ASTM D - 2419 - 95AASHTO T-107 - 02

FECHA:OBRA: sep-12


MUESTRA Nº: 1,2,3 PROPÓSITO: C aracterizació n del M A T ER IA L

Equivalente de Arena EA =Lectura de Arena

X 100Lectura de Arcilla

MuestraLectura de Lectura de Equivalente de

Arena (pulg) Arcilla (pulg) Arena (%)

4.8 67.0

No. 2 3.4 5.2 66.0

3.2No. 1

132

5. GRAVEDAD ESPECIFICA Y ABSORCIÓN


A:

B:

C:

S:

muestra 1

muestra 2

muestra 23

promedio:

LABORATORIO DE SUELOS Y PAVIM ENTOS ASTM C-128-97AASHTO T-84-00 04 NTL 154 - 92

OBRA: FECHA: sep-12

UNIVERSIDAD PEDAGÓGICA Y TECNOLÓGICA GRAVEDAD ESPECÍFICA Y ABSORCIÓN

DE COLOM BIA DE LOS AGREGADOS FINOS



MUESTRA Nº: 1,2,3 PROPÓSITO:Caracterización del material


% Absorción =S - A

x 100B + S - C B + S - C B + A - C A

Gsb =A

Gsb sss =S

Gsa =A

Masa en el aire de la muestra seca, en gramos

Masa del picnómetro aforado lleno de agua, en gramos

Masa total de picnómetro aforado con la muestra y lleno de agua, en gramos

Masa al aire de la muestra saturada y superficial mente seca, en gramos

Muestra A B C S Gsb Gsb sss Gsa % Absorcion

No. 1 100.00 615.40 680.20 105.00 2.488 2.612 2.841 5.00%

Muestra A B C S Gsb Gsb sss Gsa % Absorcion

No. 1 100.00 615.40 676.07 102.30 2.402 2.457 2.543 2.30%

Gsb sss Gsa % Absorcion

No. 1 100.00 658.03 720.56 103.31 2.452 2.533

Muestra A B C S Gsb

Gsb Gsb sss Gsa % absorción

2.669 3.31%

2.44 2.535 2.692 3.65%


133

6. GRAVEDAD ESPECIFICA DEL FILLER


A:

B:

C:

S:

promedio:

UNIVERSIDAD PEDAGÓGICA Y TECNOLÓGICA GRAVEDAD ESPECÍFiCA ESPECIFICA

DE COLOM BIA DE LOS AGREGADOS FINOS



LABORATORIO DE SUELOS Y PAVIM ENTOS ASTM C-128-97AASHTO T-84-00 04 NTL 154 - 92

OBRA: FECHA: sep-12



Gsb =A

Gsb sss =S

Gsa = % Absorción =S - A

x 100B + S - C B + S - C B + A - C A

A


Masa del picnómetro aforado lleno de agua, en gramos

Masa total de picnómetro aforado con la muestra y lleno de agua, en gramos

Masa al aire de la muestra saturada y superficial mente seca, en gramos

Muestra A B C S Gsb Gsb sss Gsa

674.50 110.20

% Absorcion

No. 1 100.00 610.40 676.30 104.40 2.597 2.712 2.933 4.40%

2.169 2.390 2.786 10.20%

No. 3 100.00 610.40 673.30 108.20 2.208 2.389 2.695 8.20%

No. 2 100.00 610.40


2.32 2.497 2.804 7.60%

Observaciones:


134

7. LIMITE LIQUIDO M1


Observaciones:



OBRA: FECHA: sep-12


UNIVERSIDAD PEDAGÓGICA Y TECNOLÓGICA DE COLOM BIA LIM ITE LIQUIDO



LABORATORIO DE SUELOS Y PAVIM ENTOS

21.92 20.02 8.55 32 16.56

23.21 21.26 9.95 25 17.24

22.19 19.75 7.13 18 19.33

LIMITE LIQUIDO MUESTRA 1

Wc + SUELO

(gr.)

Wc + SUELO

SECO (gr.)Wc (gr.) No. GOLPES HUMEDAD (%)

y = -0,0565x + 23,575

16.00

16.50

17.00

17.50

18.00

18.50

19.00

19.50

0 5 10 15 20 25 30 35

HU

ME

DA

D (

%)

NUMERO DE GOLPES

DETERMINACION LIMITE LIQUIDO M1

135



Observaciones:



OBRA: FECHA: sep-12






22.40 20.85 7.35 30 11.48

24.21 21.74 6.52 25 16.23

20.50 18.12 7.82 20 23.11


Wc + SUELO

(gr.)

Wc + SUELO

SECO (gr.)Wc (gr.) No. GOLPES HUMEDAD (%)

y = -0.2582x + 23.88

0.00

5.00

10.00

15.00

20.00

25.00

0 5 10 15 20 25 30 35

HU

ME

DA

D (

%)

NUMERO DE GOLPES

DETERMINACION DEL LIMITE LIQUIDO M2

136



Observaciones:



OBRA: FECHA: sep-12






19.86 18.53 10.00 33 15.59

20.54 18.76 8.10 26 16.70

21.32 19.43 9.59 19 19.21


Wc + SUELO

(gr.)

Wc + SUELO

SECO (gr.)Wc (gr.) No. GOLPES

HUMEDAD

(%)

y = -1.1625x + 46.002

0.00

5.00

10.00

15.00

20.00

25.00

0 5 10 15 20 25 30 35

HU

ME

DA

D (

%)

NUMERO DE GOLPES


137

10. HUMEDAD



sep-12


OBRA: FECHA:


Observaciones:

3 18.79 71.55 70.84 1.36

2 18.9 59.55 58.97 1.45

1 14.97 54.95 54.38 1.45

1.42

N. de

CAPSULA

Wcap.

(gr)

Wc + Mh

(gr)

Wc +

Ms (gr)

Humedad

(%)PROMEDIO

UNIVERSIDAD PEDAGÓGICA Y TECNOLÓGICA DE COLOM BIA HUM EDADES




138

11. PENETRACIÓN


Observaciones:

Penetración = 227


Penetración = 226

T°= 30 °C

ENSAYO No 1 2

PENETRACIÓN = 225

3

PENETRACIÓN DEL ASFALTO

(1/10) mm de penetración)226 229 227





Penetración = 221

T°=25 °C

ENSAYO No 1 2 3

T°=20 °CENSAYO No 1 2 3


Penetración Promedio =∑ Penetraciones

N

OBRA: FECHA: 27/08/2012

MUESTRA Nº: 1,2,3 PROPÓSITO:Caracterización de Canteras

UNIVERSIDAD PEDAGÓGICA Y TECNOLÓGICA PENETRACIÓN DE LOS M ATERIALES

DE COLOM BIA ASFÁLTICOS



LABORATORIO DE SUELOS Y PAVIM ENTOS ASTM D5-97 AASHTO T49-03 NTL 124 / 84

139

12. PUNTO DE IGNICIÓN Y LLAMA


CORRECCION POR PRESIÓN BAROMÉTRICA


PUNTO DE LLAMA 91 93

Observaciones:

664 - 610 +4

609 - 550 +6

PARÁMETROTEMPERATURA ºC

OBTENIDA CORREGIDA

715 - 665 +2

PROMEDIO 93.75


OBTENIDA CORREGIDA

PUNTO DE IGNICIÓN 93.75 95.75

PRESION BAROMÉTRICA

(mm DE Hg)

CORRECCIÓN

ºC

PARÁMETRO TEMPERATURA ºC

PUNTO DE

IGNICIÓN

93.3

94.2

OBRA: FECHA: sep-12


MUESTRA Nº: 1 Y 2 PROPÓSITO:Caracterización del material

UNIVERSIDAD PEDAGÓGICA Y TECNOLÓGICA PUNTO DE IGNICIÓN Y LLAM A M EDIANTE LA

DE COLOM BIA COPA ABIERTA DE CLEVELAND



LABORATORIO DE SUELOS Y PAVIM ENTOS ASTM D92- 02b AASHTO T48-04

140

13. GRAVEDAD ESPECIFICA DE MATERIALES SOLIDOS Y SEMISOLIDOS


A: Peso del picnómetro (incluido el tapón)

B:

C:

D:


D 47.65 47.56

Gb 1.085 1.089

GbTotal 1.087

Observaciones:

B 45.85 45.77

C 42.3 41.23

MUESTRA 1 MUESTRA 2

A 19.34 19.33

OBRA: FECHA: sep-12

Peso del picnómetro con LIXIVIADO y con agua

MUESTRA Nº: 1,2 PROPÓSITO: Caracterización del material


Gravedad Específica =C - A

(B - A) - (D - C)

Peso del picnómetro con agua.

Peso del picnómetro parcialmente lleno con ASFALTITA-LIXIVIADO

UNIVERSIDAD PEDAGÓGICA Y TECNOLÓGICA GRAVEDAD ESPECÍFICA DE M ATERIALES

DE COLOM BIA BITUM INOSOS SÓLIDOS Y SEM ISÓLIDOS



LABORATORIO DE SUELOS Y PAVIM ENTOS ASTM D70-03 AASHTO T228-04 NTL 122

141

CARACTERIZACIÓN FISICA DE LA GRAVA

14. GRANULOMETRIA GRAVA







OBRA: FECHA: sep-12

DESCRIPCIÓN DEL MATERIAL: GRAVA-CONCONCRETOS

MUESTRA Nº: 1 PROPÓSITO:Caracterización de M ATERIALES

% RETENIDO% RETENIDO

% PASATAM IZ PESO

RETENIDO (gr) ACUM ULADOPulgadas mm

PESO INICIAL: 5000 gr

3/4" 19.0 26.12 0.52 0.52 99.48

1/2" 12.5 1047.0 20.94 21.46 78.54

3/8" 9.5 589.0 11.78 33.24 66.76

No. 4 4.8 2275.0 45.50 78.74 21.26

No. 10 2.0 906.0 18.12 96.86 3.14

No. 40 0.4 78.61 1.57 98.43 1.57

No. 80 0.2 30.16 0.60 99.04 0.96

No. 200 0.1 6.79 0.14 99.17 0.83

Fondo 41.31 0.83 100.00 0.00

∑ 5,000

Observaciones:


0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0.00.11.010.0100.0

Po

rce

nta

je P

asa


Gradación

142

15. GRANULOMETRIA GRAVA (Continuación)








MUESTRA Nº: 2 PROPÓSITO:Caracterización de M ATERIALES

% RETENIDO% PASA

TAM IZ PESO % RETENIDO


PESO INICIAL: 5020 gr

OBRA: FECHA: sep-12

3/4" 19.0 0.00 0.00 100.00

1/2" 12.5 1508.0 30.98 30.98 69.02

3/8" 9.5 1040.0 21.36 52.34 47.66

No. 4 4.8 1521.0 31.24 83.58 16.42

No. 10 2.0 664.0 13.64 97.22 2.78

1.32 98.54 1.46No. 40 0.4 64.45

No. 80 0.2 15.01 0.31 98.85 1.15

No. 200 0.1 7.98 0.16 99.02 0.98

0.98 100.00 0.00

∑ 4,868

Fondo 47.9

Observaciones:


0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0.00.11.010.0100.0

Porc

enta

je P

asa


Gradación

143

16. GRAVEDAD ESPECIFICA Y ABSORCIÓN


A:

B:

C:

PROMEDIO



UNIVERSIDAD PEDAGÓGICA Y TECNOLÓGICA GRAVEDAD ESPECÍFICA Y ABSORCIÓN

DE COLOM BIA DE LOS AGREGADOS GRUESOS

LABORATORIO DE SUELOS Y PAVIM ENTOS ASTM C-127-01 AASHTO T 85-91 - 04

OBRA: FECHA: sep-12

MUESTRA Nº: 1; 2 ; 3 PROPÓSITO:Caracterización del material


Gsb =A

Gsb sss =B

Gsa = % Absorción =B - A

x 100B - C B - C A - C A

A


Masa en el aire de la muestra saturada con superficie seca, en gramos

Masa sumergida en agua de la muestra saturada, en gramos

Muestra A B C Gsb Gsb sss Gsa % Absorcion

No.1 2,886.00 2,917.00 1,814.00 2.617 2.645 2.692 1.07%

2.707 1.42%

2.610 2.663 1.22%

No.2 2,886.00 2,927.00 1,820.00 2.607 2.644

No.3 2,793.00 2,827.00 1,744.00 2.579


2.60 2.633 2.687 1.24%

Observaciones:


144



Observaciones:



OBRA: FECHA: sep-12


UNIVERSIDAD PEDAGÓGICA Y TECNOLÓGICA LIM ITE LIQUIDO

DE COLOM BIA


FACULTAD DE INGENIERÍA NORM A INV E - 125- 07


y = -0.0349x + 22.617

19

20

21

22

23

24

10 15 20 25 30 35 40

HU

MED

AD

(%

)

NUMERO DE GOLPES

DETERMINACION LIMITE LIQUIDO M1

145



Observaciones:



OBRA: FECHA: sep-12



DE COLOM BIA




y = -0.2701x + 20.771

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

0 5 10 15 20 25 30 35

HU

MED

AD

(%

)

NUMERO DE GOLPES


146



Observaciones:



OBRA: FECHA: sep-12



DE COLOM BIA




y = -0.4241x + 24.499

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

0 5 10 15 20 25 30 35 40

HU

MED

AD

(%

)

NUMERO DE GOLPES


147

20. LIMITE PLASTICO M1, M2, M3


INDICE PLASTICO (%) 2.92

Observaciones:





OBRA: FECHA: sep-12

UNIVERSIDAD PEDAGÓGICA Y TECNOLÓGICA LIM ITE PLASTICO

DE COLOM BIA INDICE PLASTICO



148

21. DESGASTE EN LA MAQUINA DE LOS ANGELES M1




ASTM C-131-01 AASHTO T-96-02 UNE EN 1097-02

DE COLOM BIA M ÁQUINA DE LAS ÁNGELES


UNIVERSIDAD PEDAGÓGICA Y TECNOLÓGICA RESISTENCIA AL DESGASTE DE LOS AGREGADOS

NORM A INV E - 218 - 07

MUESTRA Nº: 1 PROPÓSITO:Caracterización del material

OBRA: FECHA: sep-12

% DESGASTE =P1 - P2

x 100P1 : Masa de la muestra seca antes del ensayo


mm (pulg) mm (pulg) A B

lavado sobre el tamiz de 1.70 mm (No. 12)

Pasa Retenido Granulometrías, Masa de la muestra para ensayo (g)

P1 P2 : Masa de la muestra seca después del ensayo, previo

C D

--- ---37.5 1 1/2" 25.0 1" 1250 ± 25 ---

--- ---25.0 1" 19.0 3/4" 1250 ± 25 ---

--- ---19.0 3/4" 12.5 1/2" 1250 ± 10 2500 ± 10

--- ---12.5 1/2" 9.5 3/8" 1250 ± 10 2500 ± 10

2500 ± 10 ---9.5 3/8" 6.3 1/4" --- ---

2500 ± 10 ---6.3 1/4" 4.75 No. 4 --- ---

--- 5000 ± 104.75 No. 4 2.36 No. 8 --- ---

Granulometrías

TOTALES 5000 ± 10 5000 ± 10 5000 ± 10 5000 ± 10

Masa de la muestra B C

P1 (g) 5,000.0 5,000.0

P2 (g) 3,920.0 3,954.0

% DESGASTE = 21.26%

% Desgaste (i) 21.60% 20.92%


% DESGASTE TOTAL= 21.43%

Observaciones:

149



NORM A INV E - 218 - 07


LABORATORIO DE SUELOS Y PAVIM ENTOS ASTM C-131-01



UNE EN 1097-02AASHTO T-96-02


sep-12

MUESTRA Nº: 2

OBRA: FECHA:

GRAVA-CONCONCRETOS

PROPÓSITO:Caracterización del material

% DESGASTE =

DESCRIPCIÓN DEL MATERIAL:

P2 : Masa de la muestra seca después del ensayo, previo

P1 - P2x 100

P1 : Masa de la muestra seca antes del ensayo


Pasa Retenido

P1

mm (pulg) mm (pulg)

Granulometrías, Masa de la muestra para ensayo (g)

A B C D

37.5 1 1/2" 25.0 1" 1250 ± 25 --- --- ---

25.0 1" 19.0 3/4" 1250 ± 25 --- --- ---

19.0 3/4" 12.5 1/2" 1250 ± 10 2500 ± 10 --- ---

12.5 1/2" 9.5 3/8" 1250 ± 10 2500 ± 10 --- ---

9.5 3/8" 6.3 1/4" --- --- 2500 ± 10 ---

6.3 1/4" 4.75 No. 4 --- --- 2500 ± 10 ---

4.75 No. 4 2.36 No. 8 --- --- --- 5000 ± 10

Granulometrías

5000 ± 10 5000 ± 10 5000 ± 10 5000 ± 10TOTALES

CMasa de la muestra B

5,000.0P1 (g) 5,000.0

3,835.4P2 (g) 3,815.5

% DESGASTE = 23.49%

23.29%% Desgaste (i) 23.69%

Laboratorista:

Observaciones:

Revisó:

150







LABORATORIO DE SUELOS Y PAVIM ENTOS ASTM C-131-01 AASHTO T-96-02 UNE EN 1097-02

OBRA: FECHA: sep-12


MUESTRA Nº: 3 PROPÓSITO: Caracterización del material

P1 % DESGASTE =

P1 - P2

Granulometrías, Masa de la muestra para ensayo (g)

P2 : Masa de la muestra seca después del ensayo, previo


x 100P1 : Masa de la muestra seca antes del ensayo

Pasa Retenido

mm (pulg) A B C Dmm (pulg)

25.0 1" 1250 ± 25 --- --- ---37.5 1 1/2"

19.0 3/4" 1250 ± 25 --- --- ---25.0 1"

12.5 1/2" 1250 ± 10 2500 ± 10 --- ---19.0 3/4"

9.5 3/8" 1250 ± 10 2500 ± 10 --- ---12.5 1/2"

6.3 1/4" --- --- 2500 ± 10 ---9.5 3/8"

4.75 No. 4 --- --- 2500 ± 10 ---6.3 1/4"

2.36 No. 8 --- --- --- 5000 ± 104.75 No. 4

5000 ± 10 5000 ± 10 5000 ± 10

Granulometrías

TOTALES 5000 ± 10

Masa de la muestra B C

P1 (g) 5,000.0 5,000.0

P2 (g) 4,050.2 3,996.3

% DESGASTE = 19.54%

% Desgaste (i) 19.00% 20.07%


Observaciones:

151

24. CARAS FRACTURADAS


Porcentaje de partículas con dos cara fracturadas

Masa de partículas fracturadas con al menos dos caras fracturadas.

Masa de partículas en la categoría de cuestionable o frontera

Masa de partículas en la categoría de no fraturadas o que no cumplen con el

criterio de partículas fraturadas

DE COLOM BIA EN LOS AGREGADOS



UNIVERSIDAD PEDAGÓGICA Y TECNOLÓGICA PORCENTAJE DE CARAS FRACTURADAS


LABORATORIO DE SUELOS Y PAVIM ENTOS ASTM D - 5821 - 01

OBRA: FECHA: sep-12

F :


P =F + (Q/2)

x 100F + Q + N

P :

N (gr) 0.00

Q :

N :

Masa de Muestra No.1 = 1,500.00 gr

Muestra No. 1

F (gr) 1,500.00

Q (gr) 0.00

P(%) 100.00%

% de Caras Fracturadas = 100.0%

Observaciones: El material es proviniente de triturado lo cual el material es totalmente fracturado


152

25. INDICE DE APLANAMIENTO M1


gr

- ( +

DE COLOM BIA DE LOS AGREGADOS PARA CARRETERAS


UNIVERSIDAD PEDAGÓGICA Y TECNOLÓGICA ÍNDICE DE APLANAM IENTO Y DE ALARGAM IENTO

NORM A INV E - 230 - 07



UNE EN 933-3 1997 NTL 354 - 91


OBRA: FECHA: sep-12


Índice de Aplanamiento Global

Iai =mi

x100 Ia =M2

x 100 100 xMo - (∑ R1 )

Masa de la muestra a ensayar (Mo) 5,000.00 gr Masas rechazadas 980.00

Ri M1 Mo

Fracción M asa (R1) de la Ancho Nominal M asa de las Indice de

Fracción de las Ranuras partículas que Aplanamiento

GranulométricaGranulométrica

del CalibradorRetenido por el

Ia=(mi/Ri) x 100di/Di (gr) calibrador (mi) (gr)

38/50 0.00 26.4 0.00 0.00

50/63 0.00 33.9 0.00 0.00

12.5/19 2153.93 9.5 292.00 13.56

19/25 66.37 13.2 0.00 0.00

25/38 0.00 18.8 0.00 0.00

6.3/9.5 905.65 4.7 364.60 40.26

9.5/12.5 894.45 6.3 232.00 25.94

∑ (M 1) 4,020 ∑ (M 2) 888.60

Indice de Aplanamiento Global =888.60

x 100 = 22.10%4,020.40

100 x5,000.00 4,020.40 980.00

= -0.01%

Indice de Aplanamiento Global = 27.80%

Observaciones:

5,000.00< 1%


153


ASFALTITA-M DC-2caracterización y diseño de una M DC-2 -SANTA TERESA

gr

- ( +





LABORATORIO DE SUELOS Y PAVIM ENTOS UNE EN 933-3 1997 NTL 354 - 91

CORRESPONDENCIAS

MUESTRA Nº:2 PROPÓSITO: Caracterización del material

OBRA: FECHA: sep-12



Mo Iai =

mix100 Ia =

M2

Masa de la muestra a ensayar (Mo) 5,000.00 gr

Ri M1x 100 100 x

Mo - (∑ R1 )

Indice deFracción

M asa (R1) de la Ancho Nominal M asa de las

Masas rechazadas 1150.00

Fracción de las Ranuras

Granulométrica

partículas que Aplanamiento

di/Di (gr) calibrador (mi) (gr)

Granulométricadel Calibrador

Retenido por elIa=(mi/Ri) x 100

38/50 0.00

0.00 33.950/63

0.0018.8

26.4

0.00 0.00

0.00 0.00

185.90 9.71

0.00

1914.00 9.5

0.00

12.5/19

0.00

19/25 35.45 13.2

25/38 0.00

6.3/9.5 1078.32 4.7

6.3 202.10 24.569.5/12.5 823.00

∑ (M 1) 3,850.77 ∑ (M 2) 888.98

500.98 46.46

Indice de Aplanamiento Global =888.98

3,850.77x 100 = 23.09%

5,000.00-0.02% < 1%100 x

5,000.00 3,850.77 1150.00=


154



gr

- ( +


UNE EN 933-3 1997 NTL 354 - 91





sep-12


OBRA: FECHA:



mix100

Ri M1 Mo Ia =

M2x 100 100 x

Mo - (∑ R1 )Iai =


1328.00Masa de la muestra a ensayar (Mo) 5,000.00 gr Masas rechazadas

de las Ranuras partículas que AplanamientoFracción

del CalibradorRetenido por el



33.9 0.00

0.0025/38 0.00 18.8 0.00

0.0050/63 0.00

0.00 0.0038/50 0.00 26.4

9.5 224.70 13.1512.5/19 1708.32

19/25 101.00 13.2 0.00 0.00

458.00 56.169.5/12.5 815.55 6.3

∑ (M 1) 3,672.17 ∑ (M 2) 1403.10

68.796.3/9.5 1047.30 4.7 720.40

1403.10x 100 = 38.21%

3,672.17Indice de Aplanamiento Global =

Observaciones:

= 0.00% < 1%5,000.00

100 x5,000.00 3,672.17 1328.00


155

28. INDICE DE ALARGAMIENTO M1


- ( + )




NORM A INV E - 230 - 07



UNE EN 933-3 1997 NTL 354 - 91


OBRA: FECHA: sep-12



ILi =mi

x100 IL =M2

x 100 100 xMo - (∑ R1 + Masa rechazadas)

Masa de la muestra a ensayar (Mo) 5,000.00 gr Masas rechazadas 980.00 gr

Ri M1 Mo




del Calibrador(mm)pasan por el


38/50 0.00 78.8 0.00 0.00

50/63 0.00 …… 0.00 0.00

0.00 0.00

19/25 66.37 39.6 30.12 45.38

25/38 0.00 56.3

9.5/12.5 894.45 19.8 238.50 26.66

6.3/9.5 905.65

12.5/19 2153.93 28.4 263.40 12.23

4,020.40 ∑ (M 2) 932.91

14.2 400.89 44.27

Indice de Alargamiento Global =932.91

x 100 = 23.20%4,020.40

∑ (M 1)

100 x5,000.00 4,020.40 980.00

= -0.01%5,000.00

< 1%


Indice de Alargamiento Global = 26.27%

Observaciones:

156



- ( + )





LABORATORIO DE SUELOS Y PAVIM ENTOS UNE EN 933-3 1997 NTL 354 - 91

CORRESPONDENCIAS


OBRA: FECHA: sep-12



Mo ILi =

mix100 IL =

M2

Masa de la muestra a ensayar (Mo) 5,000.00

Ri M1x 100 100 x

Mo - (∑ R1 + Masa rechazadas)

Fracción

gr Masas rechazadas 1150.00 gr

Fracción de las Ranuras partículas que

M asa (R1) de la Ancho Nominal M asa de las Indice de

Aplanamiento


di/Di (gr) calibrador (mi) (gr)del Calibrador(mm)

pasan por elIa=(mi/Ri) x 100

38/50 0.00

0.00 ……50/63

25/38 0.00 56.3

78.8

0.00 0.00

0.00 0.00

0.00 0.00

0.00

12.5/19

19/25 35.45 39.6 0.00

1078.32 14.2

19.89.5/12.5 823.00

1914.00 28.4 242.70 12.68

39.12

175.31 21.30

∑ (M 1) 3,850.77 ∑ (M 2) 839.89

421.886.3/9.5

Indice de Alargamiento Global =839.89

3,850.77x 100 = 21.81%

5,000.00-0.02% < 1%100 x

5,000.00 3,850.77 1150.00=

Laboratorista:

Observaciones:

Revisó:

157



- ( + )


UNE EN 933-3 1997 NTL 354 - 91





sep-12


OBRA: FECHA:



mix100

Ri M1 Mo IL =

M2x 100 100 x

Mo - (∑ R1 + Masa rechazadas)ILi =

gr Masas rechazadas 1328.00 grMasa de la muestra a ensayar (Mo) 5,000.00

Ancho Nominal M asa de las Indice deFracción

M asa (R1) de la


pasan por elIa=(mi/Ri) x 100

di/Di (gr) calibrador (mi) (gr)Granulométrica

Granulométricadel Calibrador(mm)

0.00 0.0050/63 0.00

0.00 0.0038/50 0.00 78.8

0.0025/38

19/25 101.00 39.6

203.78 24.99

0.00 0.00

13.89

19.8

0.00 56.3 0.00

28.4 237.3012.5/19 1708.32

6.3/9.5 1047.30 14.2 799.67

9.5/12.5 815.55

1240.75x 100 = 33.79%

3,672.17

∑ (M 1) 3,672.17 ∑ (M 2) 1240.75

76.36

Indice de Alargamiento Global =

= 0.00% < 1%5,000.00

100 x5,000.00 3,672.17 1328.00


Observaciones:

158


SULFATOS DE Na. M1


% de perdida en peso

UNIVERSIDAD PEDAGÓGICA Y TECNOLÓGICA SANIDAD DE LOS AGREGADOS FRENTE A LA ACCIÓN

DE COLOM BIA DE LAS SOLUCIONES DE SULFATOS DE Na o de Mg



LABORATORIO DE SUELOS Y PAVIM ENTOS ASTM C-88-99a AASHTO T-104-99 03

OBRA: FECHA: sep-12


Tamaño de M asa M asa medidas después de cada ciclo (g)

% de

Tamiz antes de Pérdida en


Sustancia Empleada: Sulfato de sodio

Número de ciclos: 5

No. 5 Peso

63 - 50 0.00 -- -- -- -- -- --

en mm ensayo (g) No. 1 No. 2 No. 3 No. 4

-- --

37.5 - 25 0.00 -- -- -- -- -- --

50 - 37.5 0.00 -- -- -- --

-- --

19 - 12.5 333.00 329.50 329.43 328.67 327.89 325.90 2.13%

25 - 19 0.00 -- -- -- --

666.30 1.14%

9.5 - 4.75 300.00 299.14 298.45 296.64 292.10 289.75 3.42%

12.5 - 9.5 674.00 673.89 673.05 670.78 668.08

Observaciones: Aunque la res is tencia del materia l a l sul fato de sodio es buena, se evidencia la presencia

de una mayor cantidad de partículas con resquebrajamiento respecto de las partículas de las otras canteras


Total 1,307.00 1,281.95 1.92%

Fracción Fina


% de


en mm ensayo (g) No. 1 No. 2 No. 3 No. 4 No. 5 Peso

9.5 - 4.75 0.00 -- -- -- -- -- --

4.75 - 2.36 100.00 99.56 98.78 96.89 96.6 95.53 4.47%

2.36 - 1.18 100.00 99.23 97.56 97.06 96.89 94.82 5.18%

1.18 - 600 μm 100.00 98.65 97.98 97.56 97.05 96.05 3.95%

600μm - 300μm 100.00 98.67 98.03 97.67 95.89 93.45 6.55%

Total 400.00 379.85 5.04%

7%

% promedio de perdida en peso 8%

159


SULFATOS DE Na. M2


% de perdida en peso 8%

Observaciones: Aunque la resistencia del material al sulfato de sodio es buena, se evidencia la presencia



600μm - 300μm 100.00 99.04 98.00 96.78 96.29 94.12 5.88%

Total 400.00 379.97 5.01%

2.36 - 1.18 100.00 99.23 97.56 97.06 96.89 96.82 3.18%

1.18 - 600 μm 100.00 97.07 96.56 95.46 95.14 95 5.00%

9.5 - 4.75 0.00 -- -- -- -- -- --

4.75 - 2.36 100.00 99.54 97.65 97.09 96.46 94.03 5.97%

Fracción Fina


% de



9.5 - 4.75 302.00 300.32 298.34 295.67 294.01 292.45 3.16%

Total 1,312.00 1,267.40 3.40%

19 - 12.5 335.00 334.89 330.45 329.04 326.89 322.95 3.60%

12.5 - 9.5 675.00 674.03 672.78 661.45 658.24 652.00 3.41%

-- -- -- -- -- --

25 - 19 0.00 -- -- -- -- -- --

--

50 - 37.5 0.00 -- -- -- -- -- --

% de



FECHA: sep-12




SANIDAD DE LOS AGREGADOS FRENTE A LA ACCIÓN





UNIVERSIDAD PEDAGÓGICA Y TECNOLÓGICA

OBRA:



63 - 50 0.00 -- -- -- -- --

37.5 - 25 0.00

160


SULFATOS DE Na. M3


% de perdida en peso



Total 400.00 381.72 4.57%

8%

Observaciones: Aunque la resistencia del material al sulfato de sodio es buena, se evidencia la presencia

1.18 - 600 μm 100.00 98.74 97.5 96.28 96.12 96.05 3.95%

600μm - 300μm 100.00 99.63 97.45 97.00 96.83 95.66 4.34%

4.75 - 2.36 100.00 97.05 96.38 95.1 95.03 94.99 5.01%

2.36 - 1.18 100.00 98.99 97 96.69 95.53 95.02 4.98%


9.5 - 4.75 0.00 -- -- -- -- -- --

Total 1,300.00 1,261.84 2.94%

Fracción Fina


% de


12.5 - 9.5 670.00 665.25 660.01 659.53 655.08 654.09 2.37%

9.5 - 4.75 300.00 295.45 291.34 290.03 289.26 288.05 3.98%

25 - 19 0.00 -- -- -- -- -- --

19 - 12.5 330.00 327.02 324.54 324.01 320.50 319.70 3.12%

50 - 37.5 0.00 -- -- -- -- -- --

37.5 - 25 0.00 -- -- -- -- -- --


63 - 50 0.00 -- -- -- -- -- --




% de


OBRA: FECHA: sep-12



UNIVERSIDAD PEDAGÓGICA Y TECNOLÓGICA SANIDAD DE LOS AGREGADOS FRENTE A LA ACCIÓN





161

CARACTERIZACIÓN FISICA DEL ASFALTO

34. GRAVEDAD ESPECIFICA DE MATERIALES BITUMINOSOS SOLIDOS Y

SEMISOLIDOS


A: Peso del picnómetro (incluido el tapón)

B:

C:

D:

UNIVERSIDAD PEDAGÓGICA Y TECNOLÓGICA GRAVEDAD ESPECÍFICA DE M ATERIALES

DE COLOM BIA BITUM INOSOS SÓLIDOS Y SEM ISÓLIDOS



LABORATORIO DE SUELOS Y PAVIM ENTOS ASTM D70-03 AASHTO T228-04 NTL 122

OBRA: FECHA: sep-12

Peso del picnómetro con ASFALTO y con agua


DESCRIPCIÓN DEL MATERIAL: ASFALTO-SOLARTE&SOLARTE

Gravedad Específica =C - A

(B - A) - (D - C)

Peso del picnómetro con agua.

Peso del picnómetro parcialmente lleno con ASFALTO

D 47.3 47.4 47.5

MUESTRA 1 MUESTRA 2 MUESTRA 3

A 19.34 19.33 19.35

B 44.77 44.76 44.76

C 42.05 42.06 42.04


Gb 1.125 1.131 1.137

GbTotal 1.131

Observaciones:

162

35. PUNTO DE IGNICIÓN Y LLAMA MEDIANTE LA COPA ABIERTA DE

CLEVELAND


CORRECCION POR PRESIÓN BAROMÉTRICA

UNIVERSIDAD PEDAGÓGICA Y TECNOLÓGICA PUNTO DE IGNICIÓN Y LLAM A M EDIANTE LA

DE COLOM BIA COPA ABIERTA DE CLEVELAND



LABORATORIO DE SUELOS Y PAVIM ENTOS ASTM D92- 02b AASHTO T48-04

OBRA: FECHA: sep-12


MUESTRA Nº: 1 Y 2 PROPÓSITO:Caracterización del material

PARÁMETRO TEMPERATURA ºC

220

217

PUNTO DE

IGNICIÓN

212

715 - 665 +2

PROMEDIO 218.5


OBTENIDA CORREGIDA

PUNTO DE IGNICIÓN 218.5 220

PRESION BAROMÉTRICA

(mm DE Hg)

CORRECCIÓN

ºC

664 - 610 +4

609 - 550 +6


Observaciones:

163

36. DESTILACIÓN DE ASFALTOS LIQUIDOS


81

19

R = [ (200 - TD) / 200 ] x 100

316

38

73´75

DONDE:

R = Residuo, como porcentaje de volumen

RESIDUO ASFALTICO %

TOTAL DESTILADO %

RESIDUO ASFÁLTICO

TD% = ( TD / 200 ) x 100DESTILADO TOTAL

VOLUMEN DESTILADO (ml) 20 27.5 32

26´30" 43´40" 57´00"TIEMPO

TD = Destilado total recobrado a 360°C (680°F), ml

TEMPERATURA (°C) 190 225 260


Observaciones:



N

OBRA: FECHA: sep-12

MUESTRA Nº: 1,2,3 PROPÓSITO: Caracterización de Canteras

UNIVERSIDAD PEDAGÓGICA Y TECNOLÓGICA DESTILACIÓN DE ASFALTOS LIQUIDOS


FACULTAD DE INGENIERÍA NORM A INV -E- 723



164

37. PENETRACIÓN DEL ASFALTO







OBRA: FECHA: sep-12

MUESTRA Nº: 1,2,3 PROPÓSITO:Caracterización de Canteras



N

T°=25 °C

ENSAYO No 1 2 3




PENETRACIÓN = 79

Observaciones:

165

38. PUNTO DE ABLANDAMIENTO DE MATERIALES BITUMINOSOS

(APARATO ANILLO Y BOLA)


Observaciones:


Promedio

PUNTO DE

ABLANDAMIENTO (ºC)59.2 59 59


ENSAYO No 1 2

OBRA: FECHA: sep-12

MUESTRA Nº: 1 y 2 PROPÓSITO:Caracterización de Canteras

UNIVERSIDAD PEDAGÓGICA Y TECNOLÓGICA PUNTO DE ABLANDAM IENTO DE M ATERIALES

DE COLOM BIA BITUM INOSOS (APARATO DE ANILLO Y BOLA)



LABORATORIO DE SUELOS Y PAVIM ENTOS ASTM D36-95 AASHTO T53-96 NTL 125 - 84

166

39. VISCOSIDAD SAYBOLT FUROL DE LOS ASFALTOS


UNIVERSIDAD PEDAGÓGICA Y TECNOLÓGICA

DE COLOM BIA

FACULTAD DE INGENIERÍA NORM A INV-E-714/719-07



VISCOSIDAD SAYBOLT FUROL DE LOS ASFALTOS

Caracterización de Canteras


ASTM D 88 – 94

OBRA: FECHA: sep-12

AASHTO T 72 – 97

MUESTRA Nº: 1 y 2 PROPÓSITO:


12.37

Temperatura de ensayo= 60°C

Observaciones:

ENSAYO No 1 2 Promedio

Viscosidad Saybolt (SSF) 60 61 61

Viscosidad Saybolt

(centipoises) 1237.78

Viscosidad Saybolt (poises)

167

40. PENETRACIÓN DE LA MEZCLA ASFALTO - LIXIVIADO







OBRA: FECHA: oct-12

MUESTRA Nº: 1,2,3 PROPÓSITO: Caracterización de Canteras

DESCRIPCIÓN DEL MATERIAL: ASFALTO Y ASFALTITA (M EZCLA)


N

T°=25 °C

ENSAYO No 1 2 3 PROMEDIO


(1/10) mm de penetración)112 113 114 113


Observaciones: El resultado está en duda debido al daño del equipo de penetración,

por está razon no es usado en el proyecto

168

41. FRANJAS GRANULOMETRICAS ESTABLECIDAS EN LAS MEZCLAS


100.00 100.00 100.00

87.00 86.00 88.00

80.00 73.00 81.00

55.00 48.00 60.00

35.00 33.00 42.00

19.00 15.00 24.00

12.00 9.00 15.00

6.00 5.00 5.00

0.00 0.00 0.00

415.0


Observaciones:

∑ 394.0 369.0

Fondo

No. 200 0.1

No. 80 0.2

No. 40 0.4

No. 10 2.0

No. 4 4.8

3/8" 9.5

1/2" 12.5

3/4" 19.0

Pulgadas mm

TAM IZM ezcla central

M ezcla

inferior

M ezcla

superior

DESCRIPCIÓN DEL MATERIAL: COMPARACIÓN DE LAS TRES MEZCLAS

MUESTRA Nº: 1

OBRA: sep-12

LABORATORIO DE SUELOS Y PAVIM ENTOS ASTM C136-07AASTHO T29-99 NLT 150





0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0.00.11.010.0100.0

Porc

enta

je P

asa

Abertura del Tamiz en mmNormaGradación centralgradacion inferiorgradacion superior

169

ANEXO B. GRAVEDADES ESPECÍFICAS EFECTIVAS Y GRAVEDAD ESPECÍFICA DE LA COMBINACIÓN DE AGREGADOS Gsb

1. FRANJA CENTRAL

A = Peso seco de la muestra

B = Peso del recipiente + Agua a 25ºC

C = Peso del recipiente + muestra + agua a 25ºC

Gse =

-

Gse = Gravedad esécifica efectiva del agrgado

Gmm = Gravedad especifica teorica maxima ( RICE ) de mezcla de pavimento (sin vacios de aire)

Pmm = Porcentaje de masa del total de la mezcla suelta = 100

Pb = contenido de asfalto con el cual se desarrollo el ensayo; el porcentaje por el total

de la masa de la mezcla.

Gb = Gravedad especifica del bitumen

UNIVERSIDAD PEDAGÓGICA Y TECNOLÓGICA GRAVEDAD EFECTIVA





OBRA:C A R A C TER IZA C IÓN Y D ISEÑ O D E U N A M D C - 2 .C A N TER A STA .TER ESA FECHA: NOVIEM BRE DE 2012

MUESTRA Nº: 1 PROPÓSITO: CARACTERIZACIÓN DE

M ATERIALES

Gmm =A

A + B - C

DESCRIPCIÓN DEL MATERIAL: M EZCLA-FRANJA CENTRAL

Muestra A B C Pb (%) GMM

No.1 1500 7748 8600 6.5 2.315

Resultado 2.315

Pmm-Pb

Pmm Pb

Gmm Gb

Muestra Gmm Pmm(%) Pb (%) Gb Gse

No.1 2.315 100 6.5 1.13 2.496

Observaciones:

Desde el punto de vista práctico para el diseño Marshall la gravedad especifica efectiva (Gse), basada

en la gravedad especifica máxima medida (Rice- Gmm) de la mezcla, puede considerarse constante ya

que le variación del contenido de asfalto en la mezcla no hace variar significativamente el porcentaje de

absorción del asfalto, dentro del rango de un diseño de mezcla (± 2% C.A). Considerando que se

obtiene la mejor exactitud con mezclas cercanas al contenido óptimo de asfalto.


170

2. FRANJA INFERIOR




Gse =

-







Observaciones:

Desde el punto de vista práctico para el diseño Marshall la gravedad especifica efectiva (Gse),

basada en la gravedad especifica máxima medida (Rice- Gmm) de la mezcla, puede considerarse

constante ya que le variación del contenido de asfalto en la mezcla no hace variar significativamente

el porcentaje de absorción del asfalto, dentro del rango de un diseño de mezcla (± 2% C.A).

Considerando que se obtiene la mejor exactitud con mezclas cercanas al contenido óptimo de

asfalto.


No.1 2.290 100 6 1.13 2.452


Resultado 2.290

Pmm-Pb

Pmm Pb

Gmm Gb

No.1 1500 7748 8593 6.5 2.290


M ATERIALES

Gmm =A

A + B - C

DESCRIPCIÓN DEL MATERIAL: M EZCLA-FRANJA INFERIOR

OBRA:CARACTERIZACIÓN Y DISEÑO DE UNA M DC-2.CANTERA STA.TERESAFECHA: NOVIEM BRE DE 2012







171

3. FRANJA SUPERIOR




Gse =

-







Observaciones:

Desde el punto de vista práctico para el diseño Marshall la gravedad especifica efectiva (Gse), basada

en la gravedad especifica máxima medida (Rice- Gmm) de la mezcla, puede considerarse constante

ya que le variación del contenido de asfalto en la mezcla no hace variar significativamente el porcentaje

de absorción del asfalto, dentro del rango de un diseño de mezcla (± 2% C.A). Considerando que se

obtiene la mejor exactitud con mezclas cercanas al contenido óptimo de asfalto.


No.1 2.308 100 7 1.13 2.504


Resultado 2.308

Pmm-Pb

Pmm Pb

Gmm Gb

No.1 1500 7748 8598 6.5 2.308


DESCRIPCIÓN DEL MATERIAL: M EZCLA-FRANJA SUPERIOR M ATERIALES

Gmm =A

A + B - C

OBRA: TESIS EVALUACION DE M EZCLAS BITUM INOSAS FECHA: NOVIEM BRE DE 2012

MUESTRA Nº: PROPÓSITO: CARACTERIZACIÓN DE






172

4. CALCULO DE LA GRAVEDAD ESPECÍFICA DE LA COMBINACIÓN DE

AGREGADOS GSB (ASFALTITA)

Gsb =

%A +

Dosificacion de agregados % Peso unitario (Gmb) del material gr/cm³

A % GRAVA Gsb

B% ARENA Gsb Gsb gr/cm³

A % GRAVA Gsb


A % GRAVA Gsb



Observaciones:

57 2.531

43 2.321 2.436

Mezcla MS - RS

61 2.531

39 2.321 2.445

Mezcla MC - RC

36 2.321 2.451

Mezcla MI - RI

64 2.531

Gsb A Gsb B

%B

100

DESCRIPCIÓN DEL MATERIAL: M EZCLAS DISEÑADAS CON ASFALTITA M ATERIALES



OBRA: CARACTERIZACIÓN Y DISEÑO DE UNA M DC-2.CANTERA STA.TERESA FECHA: NOVIEM BRE DE 2012





173

ANEXO C. FORMATOS DE LOS ENSAYOS MARSHALL

1. FRANJA CENTRAL

FEC

HA

:

MD

C-2

IN

VIA

SPR

OPÓ

SIT

O:H

allar

el co

nte

nid

o ó

pti

mo

de

as

falt

o

Me

zcla

dis

eñ

ad

a c

on

as

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ita M

C

Pb

To

tal

%%

%P

bFlu

jo

%%

Pro

m+

P. B

riq

P. (B

+P

)P

(B)

en

VL

. B

UL

KG

MT

GM

MG

se

Ab

sA

gre

gPb

. EfA

ire

%V

AM

VFA

Efe

c

Pb

Ps

bcm

Air

eA

ire

Ag

ua

BR

T.

(gr/

cm

3)(

gr/

cm

3)(

gr/

cm

3)(

gr/

cm

3)

%%

%%

INV

74

8

5.0

95.0

6.2

6.0

6.1

6.1

1151.5

1160.6

9.1

09.8

9649.0

501.7

2.2

95

365

391.4

4.2

42

1.071

5.0

95.0

6.2

6.3

6.2

6.2

1189.5

1193.6

4.0

84.4

3639.0

550.1

2.1

62

375

387.3

3.5

05

1.032

5.0

95.0

6.0

6.1

6.1

6.1

1155.4

1159.7

4.2

84.6

5598.0

557.0

2.0

74

363

392.8

2.5

15

1.081

Pro

m.

5.0

95.0

6.1

32

.17

72

.30

82

.35

22

.49

60

.95

84

.68

.07

.410

015

.45

1.8

4.1

36

8.0

39

0.5

3.4

5.5

94.5

6.4

6.3

6.5

6.4

1181.3

1189.2

7.9

58.6

4666.0

514.6

2.2

96

413

407.6

3.6

07

0.9

88

5.5

94.5

6.1

6.2

6.2

6.2

1182.3

1189.2

6.9

27.5

2629.0

552.7

2.1

39

366

383.7

3.4

29

1.049

5.5

94.5

6.1

6.1

6.0

6.1

1182.3

1192.1

9.7

810.6

3640.0

541.4

2.1

84

419

452.5

3.5

05

1.081

Pro

m.

5.5

94.5

6.2

12.2

06

2.2

95

2.3

38

2.4

96

0.9

585.3

9.1

5.7

100

14.7

61.6

4.6

399.0

414.6

3.5

6.0

94.0

6.3

6.2

6.2

6.2

1178.6

1181.0

2.3

72.5

8647.0

531.4

2.2

18

371

383.3

3.5

61

1.032

6.0

94.0

6.1

6.2

6.1

6.1

1184.9

1187.0

2.1

42.3

3651.0

533.7

2.2

20

452

479.9

3.6

32

1.062

6.0

94.0

6.0

6.1

6.1

6.1

1182.0

1185.0

3.0

03.2

6650.0

531.7

2.2

23

412

445.4

3.6

59

1.081

Pro

m.

6.0

94.0

6.1

42.2

20

2.2

83

2.3

25

2.4

96

0.9

585.4

10.1

4.5

100

14.6

69.2

5.1

411.8

436.2

3.6

6.5

93.5

6.2

6.2

6.3

6.2

1170.0

1179.6

9.5

410.3

7648.0

521.2

2.2

45

592

610.8

3.6

27

1.032

6.5

93.5

6.3

6.2

6.2

6.2

1177.9

1192.9

14.9

916.2

9650.0

526.6

2.2

37

585

604

3.8

47

1.032

6.5

93.5

6.1

6.1

6.0

6.1

1174.0

1184.9

10.8

711.8

2630.0

543.1

2.1

62

580

627.4

3.7

08

1.081

Pro

m.

6.5

93.5

6.1

82.2

15

2.2

70

2.3

12

2.4

96

0.9

584.7

11.1

4.2

100

15.3

72.5

5.6

585.9

614.1

3.7

7.0

93.0

6.1

6.2

6.1

6.1

1162.3

1176.2

13.9

015.1

1629.0

532.1

2.1

84

536

569.2

3.7

29

1.062

7.0

93.0

6.3

6.3

6.2

6.3

1167.4

1178.0

10.6

011.5

2637.0

529.5

2.2

05

612

624.8

3.6

42

1.021

7.0

93.0

6.1

6.0

6.1

6.1

1175.0

1188.5

13.5

014.6

7652.0

521.8

2.2

52

573

619.9

3.8

24

1.081

Pro

m.

7.0

93.0

6.1

62.2

14

2.2

58

2.2

99

2.4

96

0.9

584.2

12.1

3.7

100

15.8

76.6

6.1

573.8

604.6

3.7

Gsb

Gse

Gsa

Gb

mez

cla

Ob

se

rvacio

ne

s:

Lab

ora

tori

sta

:R

evis

ó:

Peso E

specífic

o d

e la

mezcla

:

1.1

20

UN

IVER

SID

AD

PED

AG

ÓG

ICA

Y T

EC

NO

LÓ

GIC

A

DE C

OL

OM

BIA

FA

CU

LT

AD

DE IN

GEN

IER

ÍA

ES

CU

EL

A D

E T

RA

NS

PO

RT

E Y

VÍA

S

LA

BO

RA

TO

RIO

DE S

UEL

OS

Y P

AV

IMEN

TO

S

2.7

07

Peso E

specífic

o e

fectiv

o:

Peso E

specífic

o d

el a

gre

gado:

2.4

45

RES

IST

EN

CIA

DE M

EZ

CL

AS

BIT

UM

INO

SA

S E

MP

LEA

ND

O E

L

AP

AR

AT

O M

AR

SH

AL

L

NO

RM

A IN

V E

- 7

48 -

07

CO

RR

ES

PO

ND

EN

CIA

S

AA

SH

TO

T-2

45 -

97

AS

TM

D-1

559

Peso E

specífic

o a

pare

nte

:

2.4

96

4 5321

Vo

lum

en

to

taL

Me

zc

laEs

pe

so

r e

n c

m.

P.P

F

Dato

s G

en

era

les

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en

Gra

mo

sP

es

o E

se

cif

ico

Cara

cte

rizació

n y

dis

eñ

o d

e u

na M

DC

-2 -

SA

NT

A T

ER

ES

An

ov-1

2

DES

CR

IPC

IÓN

DEL M

ATER

IAL:

OB

RA

:

Mezcla

:

Fa

ct

co

rre

g

Es

tab

.V

. P

mm

Es

tab

.

Co

rre

g K

g

Es

ta

b.

Me

d.

Kg

174

2. FRANJA INFERIOR

FEC

HA

:

MD

C-2

IN

VIA

SPR

OPÓ

SIT

O:H

allar

el co

nte

nid

o ó

pti

mo

de

as

falt

o

Me

zcla

dis

eñ

ad

a c

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as

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ita M

I

Pb

To

tal

%%

%P

bFlu

jo

%%

Pro

m+

P. B

riq

P. (B

+P

)P

(B)

en

VL

. B

UL

KG

MT

GM

MG

se

Ab

sA

gre

gPb

. EfA

ire

%V

AM

VFA

Efe

c

Pb

Ps

bcm

Air

eA

ire

Ag

ua

BR

T.

(gr/

cm

3)(g

r/cm

3)(g

r/cm

3)(g

r/cm

3)

%%

%%

INV

74

8

5.0

95.0

6.4

6.1

6.3

6.3

1176.6

1179.6

3.0

03.2

6638.0

538.3

2.1

86

432

440.9

3.5

81

1.021

5.0

95.0

6.2

6.2

6.1

6.2

1182.9

1187.2

4.3

04.6

7631.0

551.5

2.1

45

368

386.1

3.1

50

1.049

5.0

95.0

6.2

6.2

6.3

6.2

1190.2

1194.1

3.8

24.1

5632.0

557.9

2.1

33

393

405.7

2.8

19

1.032

Pro

m.

5.0

95.0

6.2

22

.15

52

.314

2.3

142

.45

20

.02

83

.59

.66

.910

016

.55

8.1

5.0

39

7.7

410

.93

.2

5.5

94.5

6.1

6.0

6.0

6.0

1156.6

1162.9

6.3

06.8

5639.0

517.0

2.2

37

457

499.1

3.7

34

1.093

5.5

94.5

6.4

6.3

6.3

6.3

1207.7

1210.0

2.3

32.5

3638.0

569.5

2.1

21

369

371.1

3.5

31

1.005

5.5

94.5

6.2

6.2

6.3

6.2

1178.0

1182.9

4.8

75.2

9637.0

540.6

2.1

79

433

447.1

3.6

07

1.032

Pro

m.

5.5

94.5

6.2

02.1

79

2.3

01

2.3

01

2.4

52

0.0

284.0

10.7

5.3

100

16.0

66.7

5.5

419.7

439.1

3.6

6.0

94.0

6.3

6.2

6.3

6.3

1167.6

1174.3

6.7

47.3

3634.0

533.0

2.1

91

324

330.7

4.0

39

1.021

6.0

94.0

6.3

6.2

6.3

6.3

1177.4

1179.4

1.9

22.0

9636.0

541.3

2.1

75

472

481.9

3.4

29

1.021

6.0

94.0

6.1

6.2

6.2

6.2

1172.0

1178.0

6.0

06.5

2634.0

537.5

2.1

81

399

418.3

3.7

34

1.049

Pro

m.

6.0

94.0

6.2

32.1

82

2.2

88

2.2

89

2.4

52

0.0

283.7

11.7

4.7

100

16.3

71.5

6.0

398.2

410.3

3.7

6.5

93.5

6.2

6.2

6.3

6.2

1170.9

1183.6

12.6

313.7

3636.0

533.8

2.1

93

447

461.7

3.8

86

1.032

6.5

93.5

6.2

6.2

6.3

6.2

1173.0

1174.5

1.5

01.6

3647.0

525.9

2.2

31

488

504

3.4

54

1.032

6.5

93.5

6.1

6.2

6.1

6.1

1172.0

1178.8

6.7

67.3

5653.0

518.4

2.2

61

467

496.3

3.6

83

1.062

Pro

m.

6.5

93.5

6.2

02.2

28

2.2

75

2.2

76

2.4

52

0.0

285.0

12.9

2.1

100

15.0

86.0

6.5

467.7

487.4

3.7

7.0

93.0

6.2

6.1

6.2

6.2

1161.8

1164.3

2.5

02.7

2635.0

526.6

2.2

06

733

768.4

4.1

91

1.049

7.0

93.0

6.0

6.1

6.0

6.0

1165.5

1168.2

2.7

02.9

3638.0

527.3

2.2

10

668

730.3

3.7

59

1.093

7.0

93.0

6.1

6.1

6.2

6.1

1175.6

1178.0

2.4

02.6

1650.0

525.4

2.2

38

604

641.2

3.9

88

1.062

Pro

m.

7.0

93.0

6.1

12.2

18

2.2

63

2.2

64

2.4

52

0.0

284.2

13.8

2.0

100

15.8

87.3

7.0

668.2

713.3

4.0

Gsb

Gse

Gsa

Gsb

mezcla

Ob

se

rvacio

ne

s:

Lab

ora

tori

sta

:R

evis

ó:

Peso E

specífic

o d

e la

mezcla

:

1.1

20

UN

IVER

SID

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PED

AG

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Y T

EC

NO

LÓ

GIC

A

DE C

OL

OM

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GEN

IER

ÍA

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CU

EL

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NS

PO

RT

E Y

VÍA

S

LA

BO

RA

TO

RIO

DE S

UEL

OS

Y P

AV

IMEN

TO

S

2.7

02

Peso E

specífic

o e

fectiv

o:

Peso E

specífic

o d

el a

gre

gado:

2.4

51

RES

IST

EN

CIA

DE M

EZ

CL

AS

BIT

UM

INO

SA

S E

MP

LEA

ND

O E

L

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L

NO

RM

A IN

V E

- 7

48 -

07

CO

RR

ES

PO

ND

EN

CIA

S

AA

SH

TO

T-2

45 -

97

AS

TM

D-1

559

Peso E

specífic

o a

pare

nte

:

2.4

52

4 5321

Vo

lum

en

to

taL

Me

zc

laEs

pe

so

r e

n c

m.

P.P

F

Dato

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cte

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n y

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eñ

o d

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na M

DC

-2 -

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ov-1

2

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CR

IPC

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DEL M

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IAL:

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:

Mezcla

:

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g

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tab

.V

. P

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Es

tab

.

Co

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g K

g

Es

ta

b.

Me

d.

Kg

175

3. FRANJA SUPERIOR

FEC

HA

:

MD

C-2

IN

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SPR

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SIT

O:H

allar

el co

nte

nid

o ó

pti

mo

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S

Pb

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(B)

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MG

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VFA

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c

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T.

(gr/

cm

3)(

gr/

cm

3)(

gr/

cm

3)(

gr/

cm

3)

%%

%%

INV

74

8

5.0

95.0

6.1

6.2

6.2

6.2

1190.0

1195.5

5.4

55.9

2650.0

539.5

2.2

06

380

398.4

2.7

69

1.049

5.0

95.0

6.2

6.2

6.1

6.2

1210.6

1219.3

8.7

89.5

4654.0

555.8

2.1

78

367

385.2

3.0

81

1.049

5.0

95.0

6.6

6.5

6.6

6.6

1243.1

1249.5

6.4

77.0

3652.0

590.5

2.1

05

374

354.5

2.6

92

0.9

49

Pro

m.

5.0

95.0

6.3

02

.16

32

.30

12

.35

82

.50

41.

24

84

.37

.48

.310

015

.74

7.1

3.8

37

3.5

37

9.3

2.8

5.5

94.5

6.2

6.3

6.3

6.3

1180.2

1185.0

4.7

95.2

1648.0

531.8

2.2

19

373

380.8

2.7

97

1.021

5.5

94.5

6.1

6.1

6.0

6.1

1220.1

1226.0

5.8

86.3

9647.0

572.6

2.1

31

406

438.6

2.7

18

1.081

5.5

94.5

6.2

6.0

6.1

6.1

1205.1

1213.2

8.1

08.8

0650.0

554.4

2.1

74

390

417.2

3.2

51

1.071

Pro

m.

5.5

94.5

6.1

42.1

75

2.2

88

2.3

45

2.5

04

1.2

484.4

8.4

7.3

100

15.6

53.7

4.3

38

9.4

412.2

2.9

6.0

94.0

6.3

6.3

6.2

6.3

1181.3

1186.1

4.7

45.1

5641.0

539.9

2.1

88

430

438.6

3.4

32

1.021

6.0

94.0

6.3

6.2

6.3

6.3

1193.3

1196.1

2.8

43.0

9640.0

553.1

2.1

58

405

413.7

3.1

32

1.021

6.0

94.0

6.0

6.2

6.1

6.1

1180.0

1180.9

0.8

50.9

2646.0

533.9

2.2

10

455

487.7

3.3

87

1.071

Pro

m.

6.0

94.0

6.2

12.1

85

2.2

76

2.3

31

2.5

04

1.2

484.3

9.4

6.3

100

15.7

60.1

4.8

43

0.0

446.7

3.3

6.5

93.5

6.2

6.1

6.2

6.2

1173.8

1176.3

2.5

02.7

2645.0

528.6

2.2

21

618

648.2

3.3

48

1.049

6.5

93.5

6.3

6.2

6.3

6.3

1181.5

1185.2

3.7

04.0

2645.0

536.2

2.2

04

523

534

3.6

83

1.021

6.5

93.5

6.1

6.1

6.0

6.1

1177.5

1181.0

3.5

03.8

0641.0

536.2

2.1

96

482

521.0

3.4

29

1.081

Pro

m.

6.5

93.5

6.1

72.2

07

2.2

63

2.3

18

2.5

04

1.2

484.7

10.5

4.8

100

15.3

68.7

5.3

54

0.8

567.6

3.5

7.0

93.0

6.0

6.1

6.2

6.1

1185.2

1188.2

2.9

83.2

4643.0

542.0

2.1

87

517

553.9

4.2

42

1.071

7.0

93.0

6.3

6.3

6.2

6.3

1181.0

1185.3

4.3

04.6

7655.0

525.6

2.2

47

579

591.4

2.8

67

1.021

7.0

93.0

6.1

6.0

6.0

6.0

1183.5

1185.6

2.1

02.2

8649.0

534.3

2.2

15

617

674.6

3.7

59

1.093

Pro

m.

7.0

93.0

6.1

32.2

16

2.2

51

2.3

05

2.5

04

1.2

484.6

11.6

3.8

100

15.4

75.1

5.8

57

1.2

606.6

3.6

Gsb

Gse

Gsa

Gsb

mezcla

Ob

se

rvacio

ne

s:

Lab

ora

tori

sta

:R

evis

ó:

Cara

cte

rizació

n y

dis

eñ

o d

e u

na M

DC

-2 -

SA

NT

A T

ER

ES

An

ov-1

2

DES

CR

IPC

IÓN

DEL M

ATER

IAL:

OB

RA

:

Mezcla

:

Fa

ct

co

rre

g

Es

tab

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. P

mm

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tab

.

Co

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g K

g

Es

ta

b.

Me

d.

Kg

Me

zc

laEs

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r e

n c

m.

P.P

F

Dato

s G

en

era

les

Pe

so

en

Gra

mo

sP

es

o E

se

cif

ico

Vo

lum

en

to

taL

21 3 4 5

Peso E

specífic

o a

pare

nte

:

2.5

04

Peso E

specífic

o d

el a

gre

gado:

2.4

36

RES

IST

EN

CIA

DE M

EZ

CL

AS

BIT

UM

INO

SA

S E

MP

LEA

ND

O E

L

AP

AR

AT

O M

AR

SH

AL

L

NO

RM

A IN

V E

- 7

48 -

07

CO

RR

ES

PO

ND

EN

CIA

S

AA

SH

TO

T-2

45 -

97

AS

TM

D-1

559

Peso E

specífic

o d

e la

mezcla

:

1.1

20

UN

IVER

SID

AD

PED

AG

ÓG

ICA

Y T

EC

NO

LÓ

GIC

A

DE C

OL

OM

BIA

FA

CU

LT

AD

DE IN

GEN

IER

ÍA

ES

CU

EL

A D

E T

RA

NS

PO

RT

E Y

VÍA

S

LA

BO

RA

TO

RIO

DE S

UEL

OS

Y P

AV

IMEN

TO

S

2.7

13

Peso E

specífic

o e

fectiv

o:

176

ANEXO D. GRÁFICAS DE LOS ENSAYOS MARSHALL

1. FRANJA CENTRAL

2.

3.

4.

5.

6.

7.

8.

9.

10.

11.

12.

13.

14.

15.

16.

17.

18.

19.

177

2. FRANJA INFERIOR

3.

4.

5.

6.

7.

8.

9.

10.

11.

12.

13.

14.

15.

16.

178

3. FRANJA SUPERIOR

179

ANEXO E. ENSAYO RAMCODES

1. RAMCODES

Caracte

riz

ació

n y

dis

eñ

o d

e u

na M

DC

-2 -

SA

NT

A T

ER

ES

AFEC

HA

:

MD

C-2

IN

VIA

SPR

OPÓ

SIT

O:

Ve

rif

icació

n d

e d

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pte

nció

n d

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DES

CR

IPC

IÓN

DEL M

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as

falt

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RC

-RI-

RS

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tab

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R

AM

CO

DES

DES

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IÓN

DEL M

ATER

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Flu

jo

%%

Pro

m+

P. B

riq

P. (B

+P

)P

(B)

en

VL

. B

ULK

Pb

Psb

cm

Aire

Aire

Agu

aB

RT

.(g

r/cm

3)

INV

748

6.0

993.9

6.3

6.2

6.3

6.2

71185.0

1189.3

4.3

04.6

7619.4

0565.2

2.0

97

450

459.5

3.8

00

1.0

21

6.0

993.9

6.2

6.1

6.2

6.1

71183.5

1186.2

2.7

02.9

3621.0

0562.3

2.1

05

476

499.3

3.8

40

1.0

49

6.0

993.9

6.1

6.9

6.2

6.4

01192.0

1197.9

5.9

06.4

1624.2

0567.3

2.1

01

385

380.4

3.8

10

0.9

88

Pro

m.

6.0

993.9

6.2

82.1

01

446

3.8

2

6,9

193.0

90

6.4

6.3

6.1

6.2

71175.4

1179.0

3.6

03.9

1618.5

0556.6

2.1

12

634

647.3

4.1

80

1.0

21

6.9

193.0

90

6.3

6.2

6.4

6.3

01170.7

1178.3

7.6

08.2

6620.5

0549.5

2.1

30

628

636.2

4.2

32

1.0

13

6.9

193.0

90

6.3

6.3

6.3

6.3

01185.2

1192.0

6.8

07.3

9627.0

0557.6

2.1

26

621

629.1

4.2

10

1.0

13

Pro

m.

6.9

193.1

6.2

92.1

23

638

4.2

1

7.2

092.8

6.0

6.2

6.2

6.1

31171.4

1176.0

4.6

05.0

0613.6

0557.4

2.1

02

604

641.4

4.2

10

1.0

62

7.2

092.8

6.1

6.1

6.1

6.1

01173.8

1182.3

8.5

09.2

4618.9

0554.2

2.1

18

586

627.6

5.2

10

1.0

71

7.2

092.8

6.3

6.1

6.2

6.2

01175.4

1179.0

3.6

03.9

1619.7

0555.4

2.1

16

584

607.4

6.2

10

1.0

40

Pro

m.

7.2

092.8

6.1

42.1

12

625

5.2

1

Ob

se

rvacio

ne

s:

Ob

se

rvacio

ne

s:

Lab

orato

ris

ta:

Re

vis

ó:

Lab

orato

ris

ta:

RES

IST

EN

CIA

DE M

EZ

CL

AS

BIT

UM

INO

SA

S E

MP

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ND

O

EL

DIS

EÑ

O R

AM

CO

DES

RA

MC

OD

ES

CO

RR

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EN

CIA

S

MD

C-2

IN

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SR

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UN

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PED

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ICA

Y T

EC

NO

LÓ

GIC

A

DE C

OL

OM

BIA

FA

CU

LT

AD

DE IN

GEN

IER

ÍA

ES

CU

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A D

E T

RA

NS

PO

RT

E Y

VÍA

S

LA

BO

RA

TO

RIO

DE S

UEL

OS

Y P

AV

IMEN

TO

S

UN

IVER

SID

AD

PED

AG

ÓG

ICA

Y T

EC

NO

LÓ

GIC

A

FA

CU

LT

AD

DE IN

GEN

IER

ÍA

ES

CU

EL

A D

E T

RA

NS

PO

RT

E Y

VÍA

S

MS

DE C

OL

OM

BIA

LA

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2O

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en

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180

2. RAMCODES N° 1 (RC)

Caracte

riz

ació

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DC

-2 -

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181

3. RAMCODES N° 2 (RI)

Caracte

riz

ació

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DC

-2 -

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2

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BO

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RIO

DE S

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TO

S

182

4. RAMCODES N° 3 (RS)

Caracte

riz

ació

n y

dis

eñ

o d

e u

na M

DC

-2 -

SA

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MD

C-2

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SPR

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CR

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2

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:

Mezcla

:

MD

C-2

IN

VIA

SR

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CO

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ES

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S

183

5. RAMCODES N° 1 (RC)-EXCEL

6. RAMCODES N° 2(RI)-EXCEL

184

7. RAMCODES N° 3(RS)-EXCEL

185

ANEXO F. CALCULOS DE DOSIFICACIÓN Y GRADACIÓN

1. DOSIFICACIÓN 5% DE ASFALTO

1200

Grava (gr) Conglomerado (gr)

61% 39%

695.4 444.6 Grava (gr) 695.40


Total (gr) 1158.23

Grava (gr) 695.40


C. Asfaltico (gr) 41.77

Total (gr) 1200.00

1200

GRAVA CONGLOMERADO

64% 36%

729.6 410.4 Grava (gr) 729.60


Total (gr) 1156.83

Grava 729.60

Conglomerado 427.23

C. Asfaltico 43.17

Total 1200.00

1200

GRAVA CONGLOMERADO

57% 43%

649.8 490.2 Grava (gr) 649.80


Total (gr) 1160.10

Grava 649.80

Conglomerado 510.30

C. Asfaltico 39.90

Total 1200.00

ASFALTITA (gr)

4.10%

BRIQUETA(gr)

FRANJA CENTRAL

MARSHALL

AGREGADO (gr) ASFALTO (gr)

462.83

Asfaltita (gr)


1140 60

41.77

Asfaltita (gr)

18.23

FRANJA INFERIOR

MARSHALL

Asfaltita (gr)

AGREGADO (gr) ASFALTO (gr) ASFALTITA (gr) BRIQUETA(gr)

1140 60 4.10%

ASFALTITA

427.23


43.17

16.83

FRANJA SUPERIOR

MARSHALL



39.90

Asfaltita (gr)

20.10

1140 60 4.10%

ASFALTITA

510.30

186

2. GRADACIÓN 5% DE ASFALTO

% asfalto 5.00%

peso agregados (gr) 695.4

peso asfalto (gr) 60

peso total (gr) 1200

TAMIZ

DOSIFICACION

(%) RETENIDO (%) MEZCLA (gr)

CANTIDAD 3 BRIQUETAS

(gr)

3/4 100 100 100 0 0.0 0

1/2 80 95 87 13 90 271.2

3/8 70 88 80 7 49 146.0

# 4 49 65 55 25 174 521.6

# 10 29 45 35 20 139 417.2

# 40 14 25 19 16 111 333.8

# 80 8 17 12 7 49 146.0

# 200 4 8 6 6 42 125.2

FILLER 0 6 42 125.2

TOTAL 100 695.4 2086.2

% asfalto 5.00%

peso agregados (g) 729.6

peso asfalto (g) 60

peso total (g) 1200

TAMIZ DOSIFICAC. % RETENIDO gr MEZCLA CANTIDAD 3 BRIQUETAS

3/4 100 100 100 0 0 0

1/2 80 95 86 14 102.1 306.432

3/8 70 88 73 13 94.8 284.544

# 4 49 65 48 25 182.4 547.2

# 10 29 45 33 15 109.4 328.32

# 40 14 25 15 18 131.3 393.984

# 80 8 17 9 6.4 46.7 140.0832

# 200 4 8 5 4.1 29.9 89.7408

FILLER 0 4.5 32.8 98.496

100 729.6

% asfalto 5.00%


peso asfalto (g) 60

peso total (g) 1200


3/4 100 100 100 0 0 0

1/2 80 95 88 12 78.0 233.928

3/8 70 88 81 7.1 46.1 138.4074

# 4 49 65 60 20.9 135.8 407.4246

# 10 29 45 42 18 117.0 350.892

# 40 14 25 24 18 117.0 350.892

# 80 8 17 15 9 58.5 175.446

# 200 4 8 5 9.6 62.4 187.1424

FILLER 0 5.4 35.1 105.2676

100 649.8


MDC-2

GRANULOMETRIA GRAVA : 5.0% : FRANJA SUPERIOR

MDC-2

GRANULOMETRIA GRAVA : 5.0% : FRANJA INFERIOR

MDC-2

187

3. DOSIFICACIÓN 5.5 % DE ASFALTO

1200

GRAVA CONGLOMERADO

61% 39%

691.74 442.26 Grava (gr) 691.74


Total (gr) 1152.13

Grava 691.74

Conglomerado 460.39

C. Asfaltico 47.87

Total 1200.00

1200

GRAVA CONGLOMERADO

64% 36%

725.76 408.24 Grava (gr) 725.76


Total (gr) 1150.74

Grava 725.76

Conglomerado 424.98

C. Asfaltico 49.26

Total 1200.00

1200

GRAVA CONGLOMERADO

57% 43%

646.38 487.62 Grava (gr) 646.38


Total (gr) 1153.99

Grava 646.38

Conglomerado 507.61

C. Asfaltico 46.01

Total 1200.00

BRIQUETA(gr)

FRANJA CENTRAL

MARSHALL

AGREGADO (gr) ASFALTO (gr) ASFALTITA (gr)

MARSHALL

1134 66 4.10%

ASFALTITA

460.39


47.87

Asfaltita (gr)

18.13

FRANJA INFERIOR

Asfaltita (gr)


1134 66 4.10%

ASFALTITA

424.98


49.26

16.74

FRANJA SUPERIOR

MARSHALL



46.01

Asfaltita (gr)

19.99

1134 66 4.10%

ASFALTITA

507.61

188

4. GRADACIÓN 5.5% DE ASFALTO

% asfalto 5.50%


peso asfalto (g) 66

peso total (g) 1200


3/4 100 100 100 0 0.0 0.0

1/2 80 95 87 13 89.9 269.8

3/8 70 88 80 7 48.4 145.3

# 4 49 65 55 25 172.9 518.8

# 10 29 45 35 20 138.3 415.0

# 40 14 25 19 16 110.7 332.0

# 80 8 17 12 7 48.4 145.3

# 200 4 8 6 6 41.5 124.5

FILLER 0 6 41.5 124.5

100 691.7

% asfalto 5.50%


peso asfalto (g) 66

peso total (g) 1200


3/4 100 100 100 0 0 0.0

1/2 80 95 86 14 101.6 304.8

3/8 70 88 73 13 94.3 283.0

# 4 49 65 48 25 181.4 544.3

# 10 29 45 33 15 108.9 326.6

# 40 14 25 15 18 130.6 391.9

# 80 8 17 9 6.4 46.4 139.3

# 200 4 8 5 4.1 29.8 89.3

FILLER 0 4.5 32.7 98.0

100 725.76

% asfalto 5.50%


peso asfalto (g) 66

peso total (g) 1200


3/4 100 100 100 0 0 0

1/2 80 95 88 12 77.6 232.7

3/8 70 88 81 7.1 45.9 137.7

# 4 49 65 60 20.9 135.1 405.3

# 10 29 45 42 18 116.3 349.0

# 40 14 25 24 18 116.3 349.0

# 80 8 17 15 9 58.2 174.5

# 200 4 8 5 9.6 62.1 186.2

FILLER 0 5.4 34.9 104.7

100 646.4


MDC-2


MDC-2


MDC-2

189


1200

GRAVA CONGLOMERADO

61% 39%

688.08 439.92 Grava (gr) 688.08


Total (gr) 1146.04

Grava 688.08

Conglomerado 457.96

C. Asfaltico 53.96

Total 1200.00

1200

GRAVA CONGLOMERADO

64% 36%

721.92 406.08 Grava (gr) 721.92


Total (gr) 1144.65

Grava 721.92

Conglomerado 422.73

C. Asfaltico 55.35

Total 1200.00

1200

GRAVA CONGLOMERADO

57% 43%

642.96 485.04 Grava (gr) 642.96


Total (gr) 1147.89

Grava 642.96

Conglomerado 504.93

C. Asfaltico 52.11

Total 1200.00

BRIQUETA(gr)

FRANJA CENTRAL

MARSHALL


MARSHALL

1128 72 4.10%

ASFALTITA

457.96


53.96

Asfaltita (gr)

18.04

FRANJA INFERIOR

Asfaltita (gr)


1128 72 4.10%

ASFALTITA

422.73


55.35

16.65

FRANJA SUPERIOR

MARSHALL



52.11

Asfaltita (gr)

19.89

1128 72 4.10%

ASFALTITA

504.93

190


% asfalto 6.00%


peso asfalto (g) 72

peso total (g) 1200


3/4 100 100 100 0 0.0 0

1/2 80 95 87 13 89.5 268.4

3/8 70 88 80 7 48.2 144.5

# 4 49 65 55 25 172.0 516.1

# 10 29 45 35 20 137.6 412.8

# 40 14 25 19 16 110.1 330.3

# 80 8 17 12 7 48.2 144.5

# 200 4 8 6 6 41.3 123.9

FILLER 0 6 41.3 123.9

100 688.08

% asfalto 6.00%


peso asfalto (g) 72

peso total (g) 1200


3/4 100 100 100 0 0 0

1/2 80 95 86 14 101.1 303.2

3/8 70 88 73 13 93.8 281.5

# 4 49 65 48 25 180.5 541.4

# 10 29 45 33 15 108.3 324.9

# 40 14 25 15 18 129.9 389.8

# 80 8 17 9 6.4 46.2 138.6

# 200 4 8 5 4.1 29.6 88.8

FILLER 0 4.5 32.5 97.5

100 721.92

% asfalto 6.00%


peso asfalto (g) 72

peso total (g) 1200


3/4 100 100 100 0 0 0

1/2 80 95 88 12 77.2 231.5

3/8 70 88 81 7.1 45.7 137.0

# 4 49 65 60 20.9 134.4 403.1

# 10 29 45 42 18 115.7 347.2

# 40 14 25 24 18 115.7 347.2

# 80 8 17 15 9 57.9 173.6

# 200 4 8 5 9.6 61.7 185.2

FILLER 0 5.4 34.7 104.2

100 642.96


MDC-2


MDC-2


MDC-2

191


1200

GRAVA CONGLOMERADO

61% 39%

684.42 437.58 Grava (gr) 684.42


Total (gr) 1139.94

Grava 684.42

Conglomerado 455.52

C. Asfaltico 60.06

Total 1200.00

1200

GRAVA CONGLOMERADO

64% 36%

718.08 403.92 Grava (gr) 718.08


Total (gr) 1138.56

Grava 718.08

Conglomerado 420.48

C. Asfaltico 61.44

Total 1200.00

1200

GRAVA CONGLOMERADO

57% 43%

639.54 482.46 Grava (gr) 639.54


Total (gr) 1141.78

Grava 639.54

Conglomerado 502.24

C. Asfaltico 58.22

Total 1200.00

BRIQUETA(gr)

FRANJA CENTRAL

MARSHALL


MARSHALL

1122 78 4.10%

ASFALTITA

455.52


60.06

Asfaltita (gr)

17.94

FRANJA INFERIOR

Asfaltita (gr)


1122 78 4.10%

ASFALTITA

420.48


61.44

16.56

FRANJA SUPERIOR

MARSHALL



58.22

Asfaltita (gr)

19.78

1122 78 4.10%

ASFALTITA

502.24

192


% asfalto 6.50%


peso asfalto (g) 78

peso total (g) 1200


3/4 100 100 100 0 0.0 0

1/2 80 95 87 13 89.0 266.9

3/8 70 88 80 7 47.9 143.7

# 4 49 65 55 25 171.1 513.3

# 10 29 45 35 20 136.9 410.7

# 40 14 25 19 16 109.5 328.5

# 80 8 17 12 7 47.9 143.7

# 200 4 8 6 6 41.1 123.2

FILLER 0 6 41.1 123.2

100 684.4

% asfalto 6.50%


peso asfalto (g) 78

peso total (g) 1200


3/4 100 100 100 0 0 0

1/2 80 95 86 14 100.5 301.6

3/8 70 88 73 13 93.4 280.1

# 4 49 65 48 25 179.5 538.6

# 10 29 45 33 15 107.7 323.1

# 40 14 25 15 18 129.3 387.8

# 80 8 17 9 6.4 46.0 137.9

# 200 4 8 5 4.1 29.4 88.3

FILLER 0 4.5 32.3 96.9

100 718.08

% asfalto 6.50%


peso asfalto (g) 78

peso total (g) 1200


3/4 100 100 100 0 0 0

1/2 80 95 88 12 76.7 230.2

3/8 70 88 81 7.1 45.4 136.2

# 4 49 65 60 20.9 133.7 401.0

# 10 29 45 42 18 115.1 345.4

# 40 14 25 24 18 115.1 345.4

# 80 8 17 15 9 57.6 172.7

# 200 4 8 5 9.6 61.4 184.2

FILLER 0 5.4 34.5 103.6

100 639.5


MDC-2


MDC-2


MDC-2

193


1200

GRAVA CONGLOMERADO

61% 39%

680.76 435.24 Grava (gr) 680.76


Total (gr) 1133.84

Grava 680.76

Conglomerado 453.08

C. Asfaltico 66.16

Total 1200.00

1200

GRAVA CONGLOMERADO

64% 36%

714.24 401.76 Grava (gr) 714.24


Total (gr) 1132.47

Grava 714.24

Conglomerado 418.23

C. Asfaltico 67.53

Total 1200.00

1200

GRAVA CONGLOMERADO

57% 43%

636.12 479.88 Grava (gr) 636.12


Total (gr) 1135.68

Grava 636.12

Conglomerado 499.56

C. Asfaltico 64.32

Total 1200.00

BRIQUETA(gr)

FRANJA CENTRAL

MARSHALL


MARSHALL

1116 84 4.10%

ASFALTITA

453.08


66.16

Asfaltita (gr)

17.84

FRANJA INFERIOR

Asfaltita (gr)


1116 84 4.10%

ASFALTITA

418.23


67.53

16.47

FRANJA SUPERIOR

MARSHALL



64.32

Asfaltita (gr)

19.68

1116 84 4.10%

ASFALTITA

499.56

194


% asfalto 7.00%


peso asfalto (g) 84

peso total (g) 1200


3/4 100 100 100 0 0.0 0

1/2 80 95 87 13 88.5 265.5

3/8 70 88 80 7 47.7 143.0

# 4 49 65 55 25 170.2 510.6

# 10 29 45 35 20 136.2 408.5

# 40 14 25 19 16 108.9 326.8

# 80 8 17 12 7 47.7 143.0

# 200 4 8 6 6 40.8 122.5

FILLER 0 6 40.8 122.5

100 680.76

% asfalto 7.00%


peso asfalto (g) 84

peso total (g) 1200


3/4 100 100 100 0 0 0

1/2 80 95 86 14 100.0 300.0

3/8 70 88 73 13 92.9 278.6

# 4 49 65 48 25 178.6 535.7

# 10 29 45 33 15 107.1 321.4

# 40 14 25 15 18 128.6 385.7

# 80 8 17 9 6.4 45.7 137.1

# 200 4 8 5 4.1 29.3 87.9

FILLER 0 4.5 32.1 96.4

100 714.24

% asfalto 7.00%


peso asfalto (g) 84

peso total (g) 1200


3/4 100 100 100 0 0 0

1/2 80 95 88 12 76.3 229.0

3/8 70 88 81 7.1 45.2 135.5

# 4 49 65 60 20.9 132.9 398.8

# 10 29 45 42 18 114.5 343.5

# 40 14 25 24 18 114.5 343.5

# 80 8 17 15 9 57.3 171.8

# 200 4 8 5 9.6 61.1 183.2

FILLER 0 5.4 34.4 103.1

100 636.12


MDC-2


MDC-2


MDC-2

195

11. DETERMINACIÓN DEL Gbmezcla

6.5%

78 gr

ASFALTO C. ASFALTITA Gb

60.06 gr 17.94 gr 1.131

77% 23% 1.087

0.77 0.23

Gbmezcla 1.12

%OPTIMO DE ASFALTO SEGÚN MC4

PESO DEL ASFALTO

DOSIFICACIÓN

DETERMINACIÓN DE LA MEZCLA DE ASFALTO Y LIXIVIADO DE ASFALTITA

196

ANEXO G. GRAFICA USADA PARA EL CÁLCULO DE Sb Y METODOS

UTILIZADOS EN LA DETERMINACIÓN DEL MODULO DINAMICO.

1. NOMOGRAMA Smix

Smix= E = 2.1 x 109 N/m

2

%Vb= 10.97%

%Vg= 84.70%

Sb= 0.8 x107

197

METODOS USADOS EN LA DETERMINACIÓN DEL MODULO DINAMICO

1. BONNAURE Y OTROS

2. HEUKELOM Y KLOMP

Porcentaje en volumen de agregados Vg (%) 84.70

Porcentaje en volumen de asfalto Vb (%) 10.97

Módulo dinámico del asfalto Sb (N/m2) 8.00E+06

1 10.605

2 10.013

3 0.649

4 0.449

E (N/m2) 2.00E+09

E (Kg/cm2) 20404.76

E (MPa) 2000.47

E (Lb/pulg2) 289922.75

E = módulo dinámico de la mezcla

asfáltica

Datos de Entrada

Cálculos

FORMULAS DE BONNAURE Y OTROS

bg

g

VV

V

)100(342.182.101

2

2 0002135.000568.00.8 gg VV

133.1

137.16.0

2

3

b

b

V

VLog

214 7582.0

2926 /10/105: mNSmNxPara b

2929 /103/10: mNxSmNPara b

formula solo aplica para Sb mayor de 10 MPa

Cv debe estar entre 0.7 a 0.9

Porcentaje en volumen de agregados Vg (%) 84.7

Porcentaje en volumen de asfalto Vb (%) 10.97

Porcentaje en volumen de vacios Vv (%) 4.33

Módulo dinámico del asfalto Sb (MPa) 8

Para Vv > a 3%

Viscosidad del asfalto n 3.07015

Cv 0.88534

Cv corregido 0.87371

Sm (MPa) 2666.92

Sm (Kg/cm2) 27202.56

Sm (N/m2) 2.67E+09

Sm (Lb/pulg2) 386509.84

Sm = módulo dinámico de la

mezcla asfáltica

FORMULA DE HEUKELOM Y KLOMP

Datos de Entrada

Cálculos

198

3. BANDS-2.0

CARACTERIZACIÓN Y DISEÑO DE UNA MEZCLA DENSA EN CALIENTE CON LAS ASFÁLTITAS DE PESCA-BOYACÁ....

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