Módulo 2-4Módulo 2-4

MATERIALES DE MATERIALES DE

PAVIMENTACIONPAVIMENTACION

Materiales de PavimentaciónMateriales de Pavimentación

Cemento PórtlandCemento Pórtland

Concreto asfálticoConcreto asfáltico

Materiales granularesMateriales granulares

Materiales tratados con cementoMateriales tratados con cemento

Tratamiento asfálticoTratamiento asfáltico

Bases permeablesBases permeables

Hormigón de Cemento PórtlandHormigón de Cemento Pórtland

Materiales granulares graduadosMateriales granulares graduados

CementoCemento

Aire IncorporadoAire Incorporado

AditivosAditivos

Tipos de Cemento PortlandTipos de Cemento Portland

ASTMASTM Tipo I Tipo I NormalNormal Tpo II Tpo II Resistencia moderada a los sulfatosResistencia moderada a los sulfatos Tipo III Tipo III Altas resistencias tempranasAltas resistencias tempranas Tipo IVTipo IV Bajo calor de hidrataciónBajo calor de hidratación Tipo VTipo V Resistencia a los sulfatosResistencia a los sulfatos

NB 011:NB 011: TIPOS I; IP; IF, P categorías resitentes 25, 30, 40TIPOS I; IP; IF, P categorías resitentes 25, 30, 40

Aditivos y AdicionesAditivos y Adiciones

Agente incorporador de aireAgente incorporador de aire

Reductores de aguaReductores de agua

AceleradoresAceleradores

RetardadoresRetardadores

Otros: (ceniza volante, microsilica, puzolana)Otros: (ceniza volante, microsilica, puzolana)

CuradoCurado

Reacción química entre cemento y aguaReacción química entre cemento y agua Se necesitan condiciones satisfactorias durante su Se necesitan condiciones satisfactorias durante su

vida inicial para alcanzar las propiedades vida inicial para alcanzar las propiedades deseadasdeseadas

FactoresFactores– HumedadHumedad– TemperaturaTemperatura– TiempoTiempo

Resistencia a la CompresiónResistencia a la Compresión

Indicador universal de calidad del hormigónIndicador universal de calidad del hormigón Usado en el proceso de control pero no en el diseño del Usado en el proceso de control pero no en el diseño del

pavimentopavimento Está en función de:Está en función de:

– Tamaño de los agregados, forma y tipoTamaño de los agregados, forma y tipo– Composición del cementoComposición del cemento– Relación agua-cementoRelación agua-cemento– AditivosAditivos– CuradoCurado

Resistencia a la CompresiónResistencia a la Compresión

Ensayo de Tracción IndirectaEnsayo de Tracción Indirecta

ffii’ ’ = = 2*P2*P

DLDL

ffii’’= Tensión de tracción indirecta= Tensión de tracción indirecta

P = Carga aplicadaP = Carga aplicada

D = Diámetro de la probetaD = Diámetro de la probeta

L = Longitud de la probetaL = Longitud de la probeta

Ensayo de Tracción IndirectaEnsayo de Tracción IndirectaCarga, P

v

r d= diametro

L = Longitud

Valores 15% mayores que en el ensayo de Tracción Directa

Módulo de Rotura Módulo de Rotura (Resistencia a la Flexión)(Resistencia a la Flexión)

ffrr = = M*cM*cII

ffrr = Módulo de ruptura = Módulo de ruptura

M = Momento flectorM = Momento flector

c = Distancia al eje neutroc = Distancia al eje neutro

I = Momento de inerciaI = Momento de inercia

Ensayo de Carga en el Ensayo de Carga en el Tercio CentralTercio Central

Elaboración y Curado de las ProbetasElaboración y Curado de las Probetas

Módulo Elástico del HormigónMódulo Elástico del Hormigón

ffrr = = 43.5*E 43.5*E + 488.5+ 488.5 101066

E = 57,000 fE = 57,000 f’’c c

(0.5)(0.5)

E = Módulo elástico del hormigón, psiE = Módulo elástico del hormigón, psi (Determinar en cilindros de compresión)(Determinar en cilindros de compresión)

ffrr = Módulo de ruptura, psi = Módulo de ruptura, psi

ff’’c c = Resistencia a la compresión= Resistencia a la compresión

FatigaFatiga Relación tensión/resistenciaRelación tensión/resistencia Cargas repetitivas menores que las cargas de rotura Cargas repetitivas menores que las cargas de rotura

(últimas)(últimas) ModelosModelos

– Modelo PCAModelo PCA

– Modelo de fatiga con cero mantenimientoModelo de fatiga con cero mantenimiento

– Modelo de fatiga AASHTO/AREModelo de fatiga AASHTO/ARE

– Modelo de deterioro AASHTO/VesicModelo de deterioro AASHTO/Vesic

– Modelo de diseño calibrado mecanísticoModelo de diseño calibrado mecanístico

Otras Propiedades Importantes Otras Propiedades Importantes del Hormigóndel Hormigón

RetracciónRetracción

Expansión/contracciónExpansión/contracción

DurabilidadDurabilidad

– Sistema de vacíos de aireSistema de vacíos de aire

– Fisuras DFisuras D

– Reactividad a los alcálisisReactividad a los alcálisis

– Resistencia a los sulfatosResistencia a los sulfatos

Fibras en el HormigónFibras en el Hormigón

Concreto AsfálticoConcreto Asfáltico

Granulometría cerradaGranulometría cerrada

Cemento asfáltico, según diseño de mezclaCemento asfáltico, según diseño de mezcla

Vacíos de aire (max. por durabilidad, min que Vacíos de aire (max. por durabilidad, min que

permita compactación)permita compactación)

Debe proveer estabilidad ante el tráficoDebe proveer estabilidad ante el tráfico

Trabajabilidad suficiente. Trabajabilidad suficiente.

Clasificación del Cemento AsfálticoClasificación del Cemento Asfáltico RC: Curado Rápido; MC Medio; SC lentoRC: Curado Rápido; MC Medio; SC lento Viscosidad a 60° (AC-2.5 a AC-40).Viscosidad a 60° (AC-2.5 a AC-40). Penetración (40-50 a 200-300 de penetración).Penetración (40-50 a 200-300 de penetración). En climas fríos, usar bajo grado de viscosidad y En climas fríos, usar bajo grado de viscosidad y

alta penetración para resistir la fisuración. alta penetración para resistir la fisuración. Cálidos, alto grado viscocidad y baja penetrac Cálidos, alto grado viscocidad y baja penetrac para evitar ahuellamiento. Alto grado viscocidad, para evitar ahuellamiento. Alto grado viscocidad, resiste cargas pesadas pero tiende a la fisuraciónresiste cargas pesadas pero tiende a la fisuración

Modificadores de AsfaltoModificadores de Asfalto

Polímeros (goma, latex, plástico)Polímeros (goma, latex, plástico)

Rellenantes o fillers (cemento Pórtland, carbón Rellenantes o fillers (cemento Pórtland, carbón

negro, sulfuro)negro, sulfuro)

Fibras (fibra de vidrio, polipropileno)Fibras (fibra de vidrio, polipropileno)

Agentes rejuvenecedores (reciclado)Agentes rejuvenecedores (reciclado)

Agentes “anti-peladuras” (mejoran adherencia)Agentes “anti-peladuras” (mejoran adherencia)

Curva de Graduación Potencia 0.45Curva de Graduación Potencia 0.45

100

0 200 100 50 30 16 8 4 3/8 3/4 1200 100 50 30 16 8 4 3/8 3/4 1

% que pasa% que pasa

Zona restringidaZona restringida

Línea de max densidadLínea de max densidad

Tamices Tamices

Diseño de MezclasDiseño de MezclasMétodo MarshallMétodo Marshall

Desarrollado por el Cuerpo de Ingenieros, determina el Desarrollado por el Cuerpo de Ingenieros, determina el contenido óptimo de asfalto en una mezcla. Se usa el contenido óptimo de asfalto en una mezcla. Se usa el “Estabilómetro Marshall”“Estabilómetro Marshall”

EstabilidadEstabilidad FlujoFlujo Vacíos de aire (3-5%)Vacíos de aire (3-5%) Vacíos en el agregado mineralVacíos en el agregado mineral Contenido de asfaltoContenido de asfalto

Diseño de Mezclas, Método HVEEMDiseño de Mezclas, Método HVEEM

EstabilidadEstabilidad

Vacíos de aireVacíos de aire

Contenido de asfaltoContenido de asfalto

Estabilómetro HVEEMEstabilómetro HVEEM

(célula triaxial)(célula triaxial)

Probetas son diferentesProbetas son diferentes

SuperpaveSuperpave

Diseño de mezclas asfálticas en base a criterios Diseño de mezclas asfálticas en base a criterios

de desempeño (fatiga, ahuellamiento, fisuras de desempeño (fatiga, ahuellamiento, fisuras

térmicas) térmicas)

Se integra más de 25 nuevos ensayos y Se integra más de 25 nuevos ensayos y

procedimientos en un solo sistema analítico procedimientos en un solo sistema analítico

para diseño de mezclas asfálticaspara diseño de mezclas asfálticas

Tres niveles de diseño de mezclasTres niveles de diseño de mezclas

Ensayo del Módulo Resiliente Ensayo del Módulo Resiliente DiametralDiametral

MMRR = = P (µ+0.2734)P (µ+0.2734)

h*th*t

Carga repetitiva, probetas cilíndricasCarga repetitiva, probetas cilíndricas

MMRR = Módulo resiliente = Módulo resiliente

P = Magnitud de la carga dinámicaP = Magnitud de la carga dinámica

µ = Módulo de Poissonµ = Módulo de Poisson

h = Deformación totalh = Deformación total

t = Espesor de la probeta (disco)t = Espesor de la probeta (disco)

Ensayo del Módulo DinámicoEnsayo del Módulo Dinámico

Más apropiado para concreto asfáltico, Más apropiado para concreto asfáltico,

especialmente a altas temperaturasespecialmente a altas temperaturas

Equipo que realiza ensayos dinámicos Equipo que realiza ensayos dinámicos

cíclicos a la flexióncíclicos a la flexión

ASTM D 3497ASTM D 3497

Probetas de 10cm de diámetro x 20 de alturaProbetas de 10cm de diámetro x 20 de altura

Módulo Dinámico de RigidezMódulo Dinámico de Rigidez

EEoo = = P a (3 LP a (3 L22 - 4 a - 4 a 22))

(48 I (48 I ))

EEoo = Rigidez a la flexión (toma 2 semanas) = Rigidez a la flexión (toma 2 semanas)

P = Carga dinámicaP = Carga dinámica

a = (L - 4) / 2a = (L - 4) / 2

L = Reacción en el tramo libreL = Reacción en el tramo libre

I = Momento de inercia del espécimenI = Momento de inercia del espécimen

D = Deflexión dinámica del centroD = Deflexión dinámica del centro

Resistencia a la Tracción IndirectaResistencia a la Tracción Indirecta

f’f’tt = = 2 P2 Pmaxmax

d t d t f’f’t t = Esfuerzo de tracción indirecta = Esfuerzo de tracción indirecta

PPmax max = Carga máxima aplicada= Carga máxima aplicadad = Diámetro del espécimend = Diámetro del espéciment = Espesor de la probetat = Espesor de la probeta

Permite determinar la resistencia a la tracción para evaluar Permite determinar la resistencia a la tracción para evaluar la susceptibilidad a la humedad y la deformación en la la susceptibilidad a la humedad y la deformación en la falla por tracción para predecir la fisuración potencial.falla por tracción para predecir la fisuración potencial.

FatigaFatiga

Fisuración por fatiga (cargas repetitivas menores a Fisuración por fatiga (cargas repetitivas menores a la carga de falla) es una de las dos mayores causas la carga de falla) es una de las dos mayores causas de falla en los pavimentos asfálticos. Las de falla en los pavimentos asfálticos. Las propiedades se determinan mediante ensayos de propiedades se determinan mediante ensayos de vigas en el tercio central 3x3x15” con cargas vigas en el tercio central 3x3x15” con cargas pulsantes o a partir de datos de tracción indirecta.pulsantes o a partir de datos de tracción indirecta.

Típicamente la fatiga se presenta como fisuración Típicamente la fatiga se presenta como fisuración excesiva y piel de cocodrilo, que anteceden a la excesiva y piel de cocodrilo, que anteceden a la disgregación del material.disgregación del material.

AhuellamientoAhuellamiento

Deformación Excesiva por aplicación de Deformación Excesiva por aplicación de

cargas.cargas.

Los pavimantos más gruesos son más Los pavimantos más gruesos son más

susceptibles al ahuellamiento.susceptibles al ahuellamiento.

Características Térmicas y de Características Térmicas y de HumedadHumedad

Características térmicasCaracterísticas térmicas

– Fisuras por temperaturas bajas (fisuras Fisuras por temperaturas bajas (fisuras

transversales)transversales)

– Fisuras por fatiga y por temperaturaFisuras por fatiga y por temperatura

Características de humedadCaracterísticas de humedad

– Desprendimientos y PeladurasDesprendimientos y Peladuras

Coeficientes Estructurales de Capa (aCoeficientes Estructurales de Capa (aii))

Capacidad relativa de un material de espesor Capacidad relativa de un material de espesor unitario para que funcione como un componente unitario para que funcione como un componente estructural del pavimentoestructural del pavimento

Indicación de la contribución estructural de un Indicación de la contribución estructural de un material a la estructura del pavimentomaterial a la estructura del pavimento

Contribuyen tanto el espesor como el coeficiente Contribuyen tanto el espesor como el coeficiente estructural, así 50 mm de un material con un aestructural, así 50 mm de un material con un a ii = =

0.20 provee la misma contribución que 25 mm de 0.20 provee la misma contribución que 25 mm de un material con aun material con aii = 0.40 = 0.40

Determinación de los Determinación de los Coeficientes de CapaCoeficientes de Capa

Obtenido de los estándares de las agenciasObtenido de los estándares de las agencias

Los valores originales se derivan del Los valores originales se derivan del

AASHO Road Test y han sido modificados AASHO Road Test y han sido modificados

por varias agencias de víaspor varias agencias de vías

Relaciones entre propiedades de los Relaciones entre propiedades de los

materiales (E) y el desempeñomateriales (E) y el desempeño

AASHO Road TestAASHO Road TestSuperficie Asfáltica / BinderSuperficie Asfáltica / Binder

aaii = 0.44 promedio = 0.44 promedio

Estabilidad MarshallEstabilidad Marshall

– Capa de rodadura: 9000 N (2000lb)Capa de rodadura: 9000 N (2000lb)

– Binder: 8100 N (1800lb)Binder: 8100 N (1800lb)

– Módulo resiliente = 3150 MPa (450,000psi)Módulo resiliente = 3150 MPa (450,000psi)

Pag. 110, a1 en función de diferentes ensayosPag. 110, a1 en función de diferentes ensayos

Coeficientes Estructurales para Coeficientes Estructurales para Superficie AsfálticaSuperficie Asfáltica

Módulo Elastico del Concreto Asfáltico a 20°C (68°F)

50040030020010000.

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5a1

Materiales de BaseMateriales de Base

Mezclas suelo-agregadoMezclas suelo-agregado

Bases tratadas con cementoBases tratadas con cemento

Bases tratadas con asfaltoBases tratadas con asfalto

Bases de hormigón compactado con rodilloBases de hormigón compactado con rodillo

Bases permeablesBases permeables

Coeficientes Estructurales de CapaCoeficientes Estructurales de Capa Abacos AASHTO Abacos AASHTO

0.06

0.08

0.10

0.12

0.14

0.16

Co

efic

ien

te E

stru

ctu

ral

a2

Distintos Abacos para a2, base y a3 subbase

20

30

50100

C B

R

VA

LO

R

R

En

sayo

Tri

axia

l d

e T

exas

Mó

du

lo R

esil

ien

te

0.06

0.08

0.10

0.12

30

PSI 103 MPa

Coeficientes Estructurales de CapaCoeficientes Estructurales de Capapara Bases de Suelo Cementopara Bases de Suelo Cemento

0.10

0.0.16

0.22

0.28

Co

efic

ien

te E

stru

ctu

ral

a2

Distintos Abacos para Suelo Cemento y Base Tratada c/Asfalto

RE

SIS

TE

NC

IA A

LA

CO

MP

. S

IMP

LE

7d

ias

Mó

du

lo E

lást

ico

5.0

6.0

8.0

9.0

PSI 105 MPa

200

400

800

1000

PSI

Mezclas de Suelo - AgregadoMezclas de Suelo - Agregado

Cantidad de finosCantidad de finos Plasticidad de los finosPlasticidad de los finos AngularidadAngularidad % de Caras fracturadas% de Caras fracturadas Actualmente se recomienda 8-10% de material que Actualmente se recomienda 8-10% de material que

pasa el tamiz 200; 5% máximo para bases pasa el tamiz 200; 5% máximo para bases permeables. permeables.

Es importante determinar el Módulo Resiliente de Es importante determinar el Módulo Resiliente de base y subbase.base y subbase.

AASHO Road TestAASHO Road TestBase con Grava TrituradaBase con Grava Triturada

aa22 = 0.14 = 0.14

CBR = 100CBR = 100

Valor-R = 85Valor-R = 85

E = 210 Mpa (30.000 psi)E = 210 Mpa (30.000 psi)

AASHO Road TestAASHO Road TestSubbase GranularSubbase Granular

aa33 = 0.11 = 0.11

CBR = 30CBR = 30

Valor-R = 60Valor-R = 60

E = 100 MPa 15.000 psiE = 100 MPa 15.000 psi

6.5% pasa el tamiz No 2006.5% pasa el tamiz No 200

Bases Tratadas con CementoBases Tratadas con Cemento

Resistencia a la pérdida de soporteResistencia a la pérdida de soporte

Incremento del soporte estructuralIncremento del soporte estructural

Resistencia a la humedadResistencia a la humedad

Resistencia al bombeo de finosResistencia al bombeo de finos

Resistencia al ciclo hielo-deshieloResistencia al ciclo hielo-deshielo

Base Tratada con CementoBase Tratada con CementoEn el AASHTO Road TestEn el AASHTO Road Test

aa22 = 0.22 = 0.22

Resistencia a la compresión = 5.5 MPa Resistencia a la compresión = 5.5 MPa

(800 psi) a los 7 días(800 psi) a los 7 días

E = 5500 Mpa (800,000psi)E = 5500 Mpa (800,000psi)

Bases Tratadas con AsfaltoBases Tratadas con Asfalto

Con cemento asfáltico o emulsiónCon cemento asfáltico o emulsión

% de asfalto cercano al 6% para evitar la erosión% de asfalto cercano al 6% para evitar la erosión

Resistencia a la pérdida de soporteResistencia a la pérdida de soporte

Incremento en el soporte estructuralIncremento en el soporte estructural

Resistencia a la humedadResistencia a la humedad

Resistencia al bombeoResistencia al bombeo

Bases Tratadas con AsfaltoBases Tratadas con Asfalto en el AASHTO Road Test en el AASHTO Road Test

aa22 = 0.32 = 0.32

Estabilidad Marshall = 7200 NEstabilidad Marshall = 7200 N

E = 2400 MPa (350,000psi)E = 2400 MPa (350,000psi)

Bases PermeablesBases Permeables

El agua drena rápidamente a través de la base y hacia El agua drena rápidamente a través de la base y hacia afuera de la estructura del pavimento, su uso es afuera de la estructura del pavimento, su uso es creciente a pesar de ser una técnica relativamente creciente a pesar de ser una técnica relativamente nueva.nueva.

Tratada o no tratadaTratada o no tratada Espesor mínimo = 100 mmEspesor mínimo = 100 mm Datos de desempeño a largo plazo limitadosDatos de desempeño a largo plazo limitados

El drenaje no es un sustituto del espesorEl drenaje no es un sustituto del espesor

Datos de Materiales para el DiseñoDatos de Materiales para el Diseño

Capa de rodadura de HormigónCapa de rodadura de Hormigón– Módulo de RoturaMódulo de Rotura

– Módulo ElásticoMódulo Elástico

Capa de rodadura de AsfaltoCapa de rodadura de Asfalto– Módulo ElásticoMódulo Elástico

– Coeficiente estructural de capaCoeficiente estructural de capa

Capa Base y SubbaseCapa Base y Subbase– Módulo ElásticoMódulo Elástico

– Coeficiente estructural de capaCoeficiente estructural de capa