Principales Ensayos en Carreteras Carpeta Asfaltica

download Principales Ensayos en Carreteras Carpeta Asfaltica

of 30

Transcript of Principales Ensayos en Carreteras Carpeta Asfaltica

Escuela Profesional de Ingeniera Civil

Escuela Profesional de Ingeniera Civil

MINERALOGALos agregados usados en construccin de carreteras se obtienen de rocas naturales locales. Las rocas naturales se clasifican geolgicamente en tres grupos dependiendo de su origen: gneas, sedimentarias y metamrficas. Otro tipo de agregados, algunas veces usados en mezclas asflticas en caliente, son los agregados livianos, producto de arcillas calentadas a temperaturas muy altas y escorias de altos hornos. Estos dos agregados proporcionan buena resistencia al patinaje cuando se utilizan en mezclas asflticas en caliente.

En la siguiente tabla se resumen propiedades deseables de rocas para agregados utilizados en Mezclas Asflticas en Caliente.

La mayora de los agregados estn compuestos por varios minerales. El ensayo de residuo de cido insoluble (ASTM D-3042) se usa como medida de la cantidad de materiales duros presentes en los carbonatos de los agregados. Algunas departamentos de carreteras especifican un mnimo de 10% de cidos insolubles que aseguran propiedades aceptables de friccin. Otras agencias usan ensayos de pulido (ASTM D-3319 E660 y E303) o exmenes petrogrficos (ASTM C-295). Los agregados con sustancias deletreas no son deseables en Mezclas Asflticas en Caliente y no deberan usarse a menos que la cantidad de la matriz se reduzca por lavado u otro medio. Las especificaciones para agregados normalmente enumeran una lista de materiales deletreos (terrones de arcilla, lutita, partculas blandas). Otras agencias especifican un mnimo de Equivalente de Arena (ASTM D-2419) o ndice Mximo de Plasticidad (ASTM D-4318). AASHTO M-283 sugiere que la capa en agregados despus de humedecidos no deben exceder el 0.5% al ser ensayados AASHTO T11 (ASTM C-117). Uno de los ms importantes efectos de la mineraloga de los agregados, en el comportamiento de Mezclas Asflticas en Caliente, es su influencia en la adhesin y perjuicio por humedad. PROPIEDADES FSICAS DE LOS AGREGADOS

Los agregados para Mezclas Asflticas en Caliente son usualmente clasificados por tamaos en agregados gruesos, agregados finos, o filler mineral. ASTM define a los agregados gruesos como las partculas retenidas en la malla N4 (4.75 mm); y filler mineral como el material que pasa la malla N200 (75m) en un porcentaje mnimo de 70%. Las especificaciones de agregados gruesos, finos, y filler mineral se dan en ASTM D-692, D-1073 y D-242, respectivamente. Los agregados adecuados para su uso en Mezclas Asflticas en Caliente se determina evalundolos para las siguientes caractersticas mecnicas:

1.

1. Tamao y gradacin 2. Limpieza / materiales deletreos 3. Tenacidad / dureza 4. Durabilidad / resistencia 5. Textura superficial 6. Forma de partculas 7. Absorcin 8. Afinidad por el asfalto

Limpieza

El ensayo de Equivalente de Arena, desarrollado por la California Divisin of Highways descrito en ASTM D-2419 es un mtodo para determinar la proporcin relativa de polvo o arcilla en la porcin de agregado que pasa la malla N4.

Tenacidad y Resistencia a la Abrasin

Los agregados sufren desgaste abrasivo durante su construccin, colocacin y compactacin de mezclas asflticas para pavimentos. Los agregados tambin estn sujetos a abrasin por efecto de la carga de trnsito. Los agregados de la superficie requieren mayor tenacidad que los agregados de capas menores que reciben cargas disipadas.

El ensayo de abrasin de Los ngeles mide el desgaste o resistencia a la abrasin del agregado mineral. El equipo y procedimiento se detallan en AASHTO T-96 y ASTM C-131. El ensayo de prueba da rangos de 10% para rocas gneas muy duras a 60% para calizas y areniscas. El mximo desgaste para agregados gruesos usados en carreteras de primera categora con Mezclas Asflticas en Caliente se limita el porcentaje de desgaste a 40% y otras agencias en 60%1. ASTM D-1073 no especifica el porcentaje mximo de prdida por abrasin.

Durabilidad y Resistencia

Los agregados deben ser resistentes a la falla o desintegracin por efectos del humedecimiento-secado y hielo-deshielo. El ensayo ASTM C-88 es una medida emprica que pretende indicar la durabilidad debido a variaciones del clima, no se encontraron registros histricos por ser una nueva fuente para evaluar agregados.

ENSAYO

ESAYOS REQUERIDOS PARA EMULSION ASFALTICAS

ESPECIFICACIONES PARA IMULSIONES ASFALTICAS

Debido a la variedad de usos de las emulsiones asflticas, se las fabrica con distintas viscosidad desde cemento asfltico base y diferentes roturas. AASHTO y ASTM adoptaron especificaciones para emulsiones asflticas catinicas y amnicas. Hay tres tipos normalizados de anionicas: rotura rpida (ES), rotura media (MS) y rotura lenta (SS). Para las catinicas se dispone de los mismos tipos designados como CHS, CMS y CSS que pueden tener una letra h , a continuacin que significa que la emulsin se ha hecho con un cemento asfltico base ms viscosaLas normas ASTM han agregado cuatro tipos de emulsiones amnicas de rotura media de alta flotabilidad, HFMS,- que se usan principalmente en mezclas fras o algo caliente en planta, sellados con agregado grueso y mezclas en el camino. Estas emulsiones tienen la cualidad especfica de permitir un recubrimiento sobre el agregado de mayor espesor sin peligro de desprendimiento.En la tabla 1 hay una lista de los distintos ensayos requeridos para determinar las caractersticas de las emulsiones asflticas. Algunos de estos ensayos, iguales a los vistos para cementos asflticos, estn descriptos en la leccin 1. Los dems se describen resumidamente a continuacin.

ENSAYO DE VISCOSIDAD SAYBOLT FUROLEl ensayo de viscosidad Saybolt Furol se usa para medir la consistencia de las emulsiones asflticas. Se realiza a una de las dos temperaturas, 25 50C (77 122F), por conveniencia de ensayo y para obtener una mayor exactitud. Su eleccin depende de las caractersticas viscosas de la emulsin asfltica, segn su tipo y grado.Para hacer el ensayo a 25C (77F)' se calienta una muestra hasta la temperatura de ensayo, revolvindola cuidadosamente. Se la vuelca/ a travs de un colador en un tubo normalizado que tiene un orificio tapado. Se saca luego el tapn y se mide el tiempo que tardan en salir 60 ml de asfalto (fig.). Este intervalo del tiempo medido en segundos, es la viscosidad Saybolt Furol. Es obvio que cuanto ms viscoso es el material, mayor es el tiempo que necesita un determinado volumen para fluir por el orificio. Por lo tanto un incremento en el nmero de viscosidad indica un aumento en la viscosidad de la emulsin.Para el ensayo a 50C (122F), se debe calentar la muestra a 50 3C (122 5F) y se la vuelca, colndola, en el tubo. Se la lleva a la temperatura de ensayo, se saca el tapn y se cronometrea el tiempo, como ya se describi antes.

ENSAYO DE SEDIMENTACIN

El ensayo de sedimentacin detecta la tendencia de las partculas de asfalto a perder la estabilidad" durante el almacenamiento de la emulsin. Le da al usuario un elemento de proteccin contra la separacin del asfalto y el agua en emulsiones asflticas inestables, que deben ser almacenadas por un cierto tiempo*Se colocan dos muestras de 500 ml en sendos tubos de vidrio graduados y se los deja descansar tapados, por 5 das. Luego se toman pequeas muestras de la parte superior e inferior de cada tubo, se coloca cada muestra en un frasco y se las pesa. Se las calienta hasta que se evapora el agua y se pesa el residuo. Los pesos obtenidos permiten determinar la diferencia, si la hay, entre el contenido de cemento asfltico de la parte superior y el de la parte inferior, proveyendo as una medida del asentamiento.

ENSAYO DE ESTABILIDAD PARA ALMACENAMIENTOEl ensayo de estabilidad para almacenamiento permite hacer determinaciones de estabilidad en un tiempo relativamente corto. Puede ser usado en lugar del ensayo de asentamiento, que dura 5 das.Se colocan dos muestras de 500 ml en sendos tubos de vidrio graduados. Se los tapa y se los deja descansar por 24 horas. Se toman muestras de 50 g d la parte superior e inferior de cada tubo, se las coloca en frascos, se las revuelve y se pesan. Se calientan en un horno para evaporar el agua y se pesan los residuos. Se puede determinar entonces el porcentaje promedio de residuos en la porcin superior y en la inferior de la muestra. La diferencia entre ambos porcentajes de residuos es la estabilidad de almacenamiento.

ENSAYO DE CLASIFICACINEl ensayo de clasificacin es un procedimiento que sirve para distinguir las emulsiones asflticas catinicas de rotura de rpida de otras emulsiones, a travs de su falla para recubrir una mezcla de arena y cemento.Se mezcla en una bandeja una muestra de arena de Ottawa, de 461 g, secada al aire, con 4 g de cemento Portland Tipo III. A esta mezcla se le agrega una muestra de 35 g de la emulsin asfltica, mezclndolas cuidadosamente por 2 1/2 minutos. Se saca cualquier exceso de emulsin y se coloca una porcin de la mezcla en un papel absorbente para hacerle un examen visual. Si el rea no recubierta de las partculas de arena es mucho mayor que el rea cubierta, se considera que es una emulsin catinica de rotura rpida.

ENSAYO DE DESEMULSINEl cloruro de calcio hace coagular o flocular a las partculas microscpicas presentes en las e- mulsiones asflticas aninicas. Para hacer el ensayo, se mezcla cuidadosamente una muestra de 100 g con una solucin de cloruro de calcio, se la vuelca sobre un tamiz de 1,40 mm (N 14) y se la lava. La cantidad de residuo asfltico retenido nos da el grado de coalescencia.En una emulsin asfltica aninica de rotura rpida se requiere un alto grado de desemulsin porque debe romperse inmediatamente en contacto con la superficie del agregado. Por lo tanto para determinar esta propiedad, en estos productos, se usa una solucin de cloruro de calcio muy dbil.Los grados de rotura lenta se usan en mezclas con contenido de agregados finos o en otras aplicaciones en las que no es deseable la coalescencia rpida de las partculas de asfalto. Por lo tanto, para controlar el grado de asentamiento en estos productos se usa el ensayo de mezcla con cemento en lugar del de desemulsin.

ENSAYO DE MEZCLA CON CEMENTOComo ya se dijo, este ensayo se usa para las emulsiones de rotura lenta en lugar del de desemulsin. Se especifica en las emulsiones amnicas y catinicas para asegurar que no se va a producir coalescencia rpida de las partculas de asfalto al entrar en contacto con suelos de granos finos o agregados polvorientos.Se agregan 100 ml de emulsin diluida con agua hasta 55 por ciento de residuo a una muestra de 50 g de cemento Portland de alta resistencia inicial, revolvindolos. Se agrega ms agua. Se lava k muestra sobre un tamiz de 1,40 mm (No 14) y se determina la cantidad de material retenido en el mismo.

CAPACIDAD DE RECUBRIMIENTO Y RESISTENCIA AL AGUAEste ensayo tiene un triple propsito. Su objetivo es determinar la capacidad de una emulsin asfltica para; (1) cubrir totalmente el agregado, (2) soportar el mezclado sin que se rompa la pelcula formada y (3) resistir la accin de layado del agua cuando se complet el mezclado. Este ensayo, principalmente, ayuda en la eleccin de emulsiones asflticas apropiadas para mezclar con agregados gruesos calcreos.Se cubre con polvo de carbonato de calcio el agregado elegido y se lo mezcla con la emulsin asfltica. Se coloca aproximadamente la mitad de la mezcla sobre un papel absorbente para un examen visual de la superficie del agregado cubierta de emulsin asfltica. Se lava con agua el resto de la muestra y se enjuaga hasta que el agua salga clara. Se coloca este material sobre un papel absorbente y se evala el recubrimiento.Se cubre otra muestra de agregado con polvo de carbonato de calcio y se la mezcla con una cantidad de agua dada. Se agrega la emulsin asfltica y se mezcla cuidadosamente. Se le hacen las mismas evaluaciones ya vistas anteriormente.

ENSAYO DE CARGA DE LAS PARTCULASEste es un ensayo de identificacin para emulsiones asflticas catinicas de rotura rpida y media.Se sumerge un electrodo positivo (nodo) y un electrodo negativo (ctodo) en una muestra de emulsin asfltica (fig. 3), y se los conecta a una fuente controlada de corriente elctrica continua. Despus de 30 minutos, o cuando la corriente decaiga a 2 miliamperes, se examinan los dos electrodos para determinar cual tiene un depsito de asfalto. Si est en el ctodo, estamos en presencia de una emulsin asfltica catinica.

ENSAYO DE TAMIZEl ensayo de tamiz complementa al de sedimentacin y tiene, en cierta forma, un propsito similar. Se utiliza para determinar cuantitativamente el porcentaje de cemento asfltico que forma glbulos relativamente grandes, grumos o fibras que pueden obstruir los equipos y formar recubrimientos de asfalto no uniformes sobre las partculas del agregado. El ensayo de sedimentacin puede no detectar esta falta de uniformidad, ya que tiene valor slo cuando hay una diferencia suficiente entre los pesos especficos del asfalto y del agua que permita la sedimentacin.En el ensayo de tamiz, se vierte 1000 g de emulsin asfltica sobre un tamiz de 850 u (N 20). Tratndose de emulsiones aninicas se enjuagan el tamiz y el asfalto retenido con una solucin suave de oleato de sodio, y con agua destilada, en caso de emulsiones catinicas. Luego se secan el tamiz y el asfalto en un horno y se determina la cantidad relativa de asfalto retenido en el tamiz.

ENSAYO DE DESTILACINEl ensayo de destilacin sirve para determinar la proporcin relativa de cemento asfltico y agua presentes en la emulsin asfltica. Tambin permite obtener informacin sobre la cantidad de destilado de petrleo, contenido en algunas clases de emulsin asfltica. Con el cemento asfltico residual de este ensayo se puede hacer otros ensayos adicionales (penetracin, solubilidad y ductibilidad) ya descriptos en la leccin 1.El ensayo es sustancialmente el mismo que para los asfaltos diluidos, pero se emplean distintos equipos debido a los problemas que se presentan cuando la emulsin asfltica hace espuma al calentarse. Para las emulsiones, la temperatura final de destilacin es de 260C (500F) y se usa un alambique de aleacin de acero o aluminio y calentadores de anillo (fig. 4); mientras que para los diluidos, la temperatura final es de 360C (680F), y se usa un frasco de vidrio y mechero Bunsen. Se calienta una muestra de emulsin de 200 g hasta la temperatura final, mantenindola por 15 minutos para producir un residuo suave y homogneo. Cuando se trata de emulsiones asflticas catinicas de rotura rpida y media que pueden incluir un destilado de petrleo, su cantidad mxima est limitada por las especificaciones.Tanto el destilado como el agua se recogen en una probeta graduada, pero como ambos materiales se separan, puede determinarse la cantidad de cada uno.

ENSAYOS PARA ASFALTOS DILUIDOS

ESPECIFICACIONES PARA ASFALTOS DILUIDOS

Los asfaltos diluidos se clasifican segn su tipo y grado. Los tipos, RC, MC y SC, indican la velocidad relativa de evaporacin del solvente y los grados, 70, 250, 800 y 3000, la viscosidad cinemtica mnima permitida a 60C (140F) en centistokes. El grado adicional MC-30 es usado en algunas regiones de Estados Unidos como un imprimador especial. El valor mximo admisible de viscosidad para cada grado es dos veces el valor mnimo permitido. Un Stoke es el cociente entre la viscosidad dinmica o absoluta (medida en poises) y la densidad, ambas a la misma temperatura.Los grados ms viscosos de los tres tipos de asfalto (RC-3000, MC-3000 y SC-3000) son slo un poco menos viscosos que el cemento asfltico de menor grado de viscosidad (AC-2,5). Los asfaltos diluidos de menor viscosidad (RC-70, MC-30, MC-70 y SC-70) pueden ser vertidos con facilidad a temperatura ambiente (25 C,77F). tienen la misma consistencia que la crema de leche.AASHTO y ASTM han adoptado especificaciones para los asfaltos diluidos y road oils. Adems del ensayo de viscosidad a 60C (140F), en la tabla 2 se enumeran los ensayos necesarios y el mtodo apropiado segn AASHTO y ASTM para determinar las propiedades especficas de estos productos. Algunos de los ensayos necesarios para los asfaltos RC, MC, y SC, son los mismos ya vistos para los cementos asflticos. Por lo tanto, a pesar de que hay diferencias en los mtodos, no se van a describir nuevamente. A continuacin se hace un breve resumen de los otros ensayos.

ENSAYO DE VISCOSIDAD CINEMTICAPara clasificar los asfaltos diluidos tipo RC, MC, y SC en grados normalizados, se usa el ensayo de viscosidad cinemtica. El proceso es similar al descripto para cementos asflticos, pero mientras que para stos se hace a 135C (275F) y se necesita aceite para el bao termosttico controlado, los diluidos se ensayan a 60C (140F), con agua en el bao. Tambin se hace el ensayo de viscosidad cinemtica a 60C (140F) sobre el residuo de la destilacin de los asfaltos SC. Se realiza como ya se ha visto, excepto por algunas diferencias en la preparacin de la muestra, para prevenir el escape de voltiles, principalmente.

ENSAYO DA PUNTO DE INFLAMACINEl objetivo y significado del ensayo de punto de inflamacin son los mismos que los ya vistos para el cemento asfltico. En los materiales SC se usa el vaso abierto de Cleveland, ya visto en la leccin 1; para los RC y MC, el ensayo es sustancialmente el mismo salvo que se usa calor indirecto por la naturaleza voltil de los diluyentes. Se realiza con el vaso abierto de Tag (Fig.5), en que el vaso es de vidrio y no de metal y se calienta en un bao de agua y no a la llama directa.En general, las temperaturas de uso de los asfaltos diluidos estn por encima del punto de inflamacin. La temperatura de inflamacin de los de curado rpido puede ser tan baja como 27 C (80F). Cuanto ms voltil es el solvente del asfalto diluido, ms riesgoso es su uso. Todos estos materiales presentan cierto peligro durante su uso, por lo que deben ser manejados con precaucin.

ENSAYO DE DESTILACINPara el uso y ejecucin de los asfaltos diluidos RC, MC y en algunos casos SC, mezclas de cemento asfltico y diluyentes, las propiedades de los mismos son de mucha importancia.Con el ensayo de destilacin (fig. 6) se separan el cemento asfltico y el diluyente para determinar su cantidad e identificarlos. Se ponen 200 ml de asfalto diluido en un matraz de destilacin conectado a un tubo condensador refrigerado con agua. El diluyente se va evaporando a medida que se calienta lentamente el frasco y, en el tubo condensador, se transforma nuevamente en lquido. Esta condensacin es recogida en un tubo graduado, con lo cual se puede determinar la cantidad de condensado formado a distintas temperaturas normalizadas. Este es un indicador de las caractersticas de volatilidad del diluyente. Se considera que el material remanente en el frasco de destilacin al llegar a los 360C (680F) es cemento asfltico. Luego se determinan la penetracin, ductilidad y solubilidad del residuo de los asfaltos diluidos RC y MC, como ya se vio para los cementos asflticos.Tratndose de asfaltos diluidos SC, no interesa mucho la cantidad de diluyen te evaporado a las distintas temperaturas, porque como son de naturaleza aceitosos, su evaporacin en servicio es muy lenta. Por lo tanto se mide slo la cantidad total destilada a los 360C (680F). Se considera que el residuo de la destilacin a esta temperatura es representativo de la porcin asfalto. Se determina su viscosidad mediante el ensayo de viscosidad cinemtica.El ensayo de solubilidad, que tambin se hace a los asfaltos diluidos SC, se realiza con el material original y no sobre el residuo de destilacin.

ENSAYO ASFALTO RESIDUAL DE PENETRACIN 100Este ensayo, que se hace slo en los SC, es el de menor significado, para el usuario de todos los que normalmente se realizan, porque el curado en servicio de este asfalto es muy lento y por lo tanto puede o no llegar a un valor de penetracin 100 durante su vida de servicio. Su importancia reside en que permite obtener un residuo sobre el que se hacen los ensayos normales para cementos asflticos.Este ensayo consiste en calentar una muestra de asfalto diluido SC entre 249 y 260C (480 a 500F) y mantener esta temperatura hasta que alcance una penetracin de 100. Se determina la cantidad de asfalto residual que qued, pesndola. Se le hace luego un ensayo de ductilidad a 25C (77F), como el descripto para cementos asflticos.

ENSAYO DE AGUALos materiales asflticos, excepto las emulsiones, no deben tener nada de agua, o casi nada, principalmente porque produce espuma cuando se calienta el material, lo que es riesgoso.Para determinar la cantidad de agua, si la hay, en los asfaltos diluidos, se vuelca un determinado volumen de asfalto en una retorta de vidrio o metal y se lo mezcla perfectamente con nafeta de alto punto de ebullicin o con xilol. Se adiciona a la retorta un condensador de reflujo que descarga en un colector graduado. Al calentarlo, si hay agua, se junta en el colector. Se calcula el porcentaje de agua por volumen.

ENSAYO MARSHALL Ensayo Marshall sirve para el diseo de mezclas para pavimentos asfalticos, fue formulado por Bruce Marshall, determina valores de estabilidad y deformabilidad de los pavimentos asflticos. El ensayo se puede emplear tanto para el proyecto de mezclas en el laboratorio como para el control en obra de las mismas.

El mtodo original nicamente es aplicable a mezclas asflticas en caliente para pavimentacin, que contengan agregados con un tamao mximo de 25 mm (1) o menor. El mtodo Marshall modificado se desarroll para tamaos mximos arriba de 38 mm (1.5), y est pensado para diseo en laboratorio y control en campo de mezclas asflticas en caliente , con graduacin densa. Debido a que la prueba de estabilidad es de naturaleza emprica, la importancia de los resultados en trminos de estimar el comportamiento en campo se pierde cuando se realizan modificaciones a los procedimientos estndar.

El procedimiento consiste en la fabricacin de probetas cilndricas de 101.6 mm (4") de dimetro y 63.5 mm (2") de altura, preparadas como se describe en esta norma, rompindolas posteriormente en la prensa Marshall y determinando su estabilidad y deformacin. Si se desean conocer los porcentajes de vacos de las mezclas as fabricadas, se determinarn previamente las gravedades especficas de los materiales empleados y de las probetas compactadas, antes del ensayo de rotura, de acuerdo con las normas correspondientes.

El procedimiento se inicia con la preparacin de probetas de ensayo, para lo cual los materiales propuestos deben cumplir con las especificaciones de granulometra y dems, fijadas para el proyecto. Adems, se deber determinar previamente la gravedad especfica bulk de los agregados, as como la gravedad especfica del asfalto, y se deber efectuar un anlisis de Densidad Vacos de las probetas compactadas.Para determinar el contenido ptimo de asfalto para una gradacin de agregados dada o preparada, se deber elaborar una serie de probetas con distintos porcentajes de asfalto, de tal manera que al graficar los diferentes valores obtenidos despus de ser ensayadas, permitan determinar ese valor "ptimo".

EQUIPO Y MATERIALES NECESARIOSDispositivo para moldear probetasConsistente en un molde cilndrico con un collar de extensin y una placa de base plana. El molde deber tener un dimetro interior de 101.6 mm (4") y una altura interna aproximada de 76.2 mm (3"); la placa de base y el collar de extensin debern ser intercambiables, es decir ajustables en cualquiera de los dos extremos del molde. Se recomienda disponer de tres (3) moldes. (Figura 1). Para facilidad de manejo, es conveniente que el molde est provisto de agarraderas.Extractor de Probetas Elemento de acero en forma de disco con dimetro de 100 mm (3.95") y 12.7 mm (1/2") de espesor, utilizado para extraer la probeta compactada del molde, con la ayuda del collar de extensin. Se requiere de un elemento adecuado para transferir la carga a la probeta, de manera que sta pase suavemente del molde al collar.Martillo de CompactacinConsistente en un dispositivo de acero formado por una base plana circular de 98.4 mm (3 7/8) de dimetro y un pisn deslizante de 4536 9 g (10 0.02 lb) de peso total, montado en forma que proporcione una altura de cada de 457.2 1.524 mm (18 0.06), como se describe en la Figura 2. El martillo de compactacin puede estar equipado con un protector de dedos.Pedestal de Compactacin Consistente en una pieza prismtica de madera de base cuadrada de 203.2 mm de lado y 457.2 mm de altura (8" x 8" x 18") y provista en su cara superior de una platina cuadrada de acero de 304.8 mm de lado x 25.4 mm de espesor (12" x 12" x 1"), firmemente sujeta en la misma. La madera ser roble u otra clase cuya densidad seca sea de 0.67 a 0.77 g/cm (42 a 48 lb/pie). El conjunto se fijar firmemente a una base de concreto, debiendo quedar la platina de acero en posicin horizontal. 3.5 Sujetador para el molde Consistente en un dispositivo con resorte de tensin diseado para centrar rgidamente el molde de compactacin sobre el pedestal. Deber asegurar el molde completo en su posicin durante el proceso de compactacin. Mordazas y medidor de deformacinLas mordazas consisten en dos segmentos cilndricos, con un radio de curvatura interior de 50.8 mm (2") maquinado con exactitud. La mordaza inferior va montada sobre una base plana, provista de dos varillas perpendiculares a ella y que sirven de gua a la mordaza superior. El movimiento de la mordaza superior se debe efectuar sin un rozamiento apreciable.El medidor de deformacin consiste en un deformmetro de lectura final fija, con divisiones en 0.25 mm (0.01). En el momento del ensayo, el medidor deber estar firmemente apoyado sobre la mordaza superior y su vstago se apoyar en una palanca ajustable acoplada a la mordaza inferior.

Prensa Para la rotura de las probetas se emplear una prensa mecnica o hidrulica (Figura 5) capaz de producir una velocidad uniforme de desplazamiento vertical de 50.8 mm por minuto (2/min.). su capacidad de carga mnima deber ser de 40 kN

Medidor de la estabilidadLa resistencia de la probeta en el ensayo se medir con un anillo dinamomtrico acoplado a la prensa, de 22.2 kN (2265 kgf) de capacidad, con una sensibilidad de 44.5 N (4.54 kgf) hasta 4.45 kN (454 kgf) y 111.2 N (11.4 kgf) hasta 22.2 kN (2265 kgf). Las deformaciones del anillo se medirn con un deformmetro graduado en 0.0025 mm (0.0001).Elementos de calefaccin Para calentar los agregados, el material asfltico, el conjunto de compactacin y la muestra, se emplear un horno o placa de calefaccin, provisto de control termosttico, capaz de mantener la temperatura requerida con un error menor de 2.8 C (5 F).Mezcladora Es recomendable que la operacin de mezclado de los materiales se realice con una mezcladora mecnica capaz de producir, en el menor tiempo posible, una mezcla homognea a la temperatura requerida. Si la operacin de mezclado se realiza a mano, este proceso se debe realizar sobre una placa de calefaccin o estufa, para evitar el enfriamiento de los materiales, tomando las precauciones necesarias para evitar los sobrecalentamientos locales.

PREPARACIN DE PROBETASNmero de Probetas Para una gradacin particular del agregado, original o mezclada, se preparar una serie de probetas con diferentes contenidos de asfalto (con incrementos de 0.5% en peso, entre ellos); de tal manera que los resultados se puedan graficar en curvas que indiquen un valor "ptimo" definido, con puntos de cada lado de este valor. Como mnimo, se prepararn tres probetas para cada contenido de asfalto.Cantidad de materiales Un diseo con seis contenidos de asfalto, necesitar, entonces, por lo menos dieciocho (18) probetas. Para cada probeta se necesitan aproximadamente 1200 g de ingredientes: para una serie de muestras de una gradacin dada resulta conveniente disponer de unos 23 kg (50 lb) de agregados y alrededor de 4 litros (1 galn) de cemento asfltico. Se requiere, adems, una cantidad extra de materiales para anlisis granulomtricos y para la determinacin de las gravedades especficas. Preparacin de los agregados Los agregados se debern sacar hasta masa constante a una temperatura entre 105 C y 110 C (221 F y 230 F) y se separarn por tamizado en los tamaos deseados. En general se recomiendan las porciones que se indican a continuacin, aunque las fracciones definitivas dependern de los tamaos disponibles en la planta de produccin. Determinacin de las temperaturas de mezcla y compactacin La temperatura a la cual se debe calentar el cemento asfltico para las mezclas, ser la requerida para producir una viscosidad de 170 20 centiStokes. (1 centistoke = 1 mm2/s). La temperatura a la cual se deber calentar el cemento asfltico para que tenga una viscosidad de 280 30 centiStokes, ser la temperatura de compactacin.Preparacin de las mezclasEn bandejas taradas, separadas para cada fraccin de la muestra, se pesarn sucesivamente las cantidades de cada porcin de agregados, previamente calculadas de acuerdo con la gradacin necesaria para la fabricacin de cada probeta, de tal forma que sta resulte con una altura de 63.5 1.3 mm (Ver Nota 3). Se calentarn los agregados en una plancha de calentamiento o en el horno a una temperatura de 28C (50F) por encima de la temperatura de mezcla. Se transfieren los agregados al recipiente de mezclado donde se mezclan en seco y se forma a continuacin un crter en su centro, dentro del cual se vierte la cantidad requerida de asfalto, debiendo estar ambos materiales en ese instante a temperaturas comprendidas dentro de los lmites establecidos para el proceso de mezcla en la Seccin 4.4. Acontinuacin se mezclan los materiales lo ms rpidamente posible hasta obtener una mezcla completa y homognea.Compactacin de las ProbetasSimultneamente con la preparacin de la mezcla, el conjunto de molde, collar, placa de base y la base del martillo de compactacin, se limpian y calientan en un bao de agua o en el horno a una temperatura comprendida entre 93.3 C y 148.9 C (200 F y 300 F). Se arma el conjunto del dispositivo para moldear las probetas y se coloca un papel de filtro en el fondo del molde antes de colocar la mezcla.

EL ENSAYO DE TRACCIN INDIRECTAINTRODUCCIN

El ensayo de traccin indirecta, destaca por ser un mtodo simple y representativo, que permite imitar la respuesta de un pavimento flexible y obtener la carga mxima que aguanta una mezcla antes de romper.

Hasta 1965 slo se utilizaba para determinar la resistencia a traccin indirecta, pero desde entonces se ha ido profundizando en su estudio llegando a ser un ensayo con grandes perspectivas de futuro. Estados Unidos destaca como pionero en el avance de su estudio en la dcada de los 90, donde se realizan un gran nmero de investigaciones, muchas de ellas quedan recogidas en el 4 Internacional Symposium de la RILEM [4].

Actualmente es un ensayo ampliamente utilizado para medir la resistencia a traccin de las mezclas bituminosas, adems es un procedimiento muy simple y est especificado en la norma MTC E 504- 2000 Resistencia de mezclas bituminosas empleando el aparato Marshall

DESCRIPCIN DEL ENSAYO

Este ensayo consiste en someter a compresin diametral una probeta cilndrica, igual a la definida en el ensayo Marshall, aplicando una carga de manera uniforme a lo largo de dos lneas o generatrices opuestas hasta alcanzar la rotura (figura 2.1).

Esta configuracin de carga provoca un esfuerzo de traccin relativamente uniforme en todo el dimetro del plano de carga vertical, y esta traccin es la que agota la probeta y desencadena la rotura en el plano diametral [6].

Figura 2.1- (a) Configuracin de la carga y (b) rotura del ensayo de traccin indirecta.

La imagen de la izquierda muestra la posicin del espcimen en la prensa Lottman. La imagen de la derecha muestra la fractura de la probeta despus del ensayo.

La probeta es cargada a compresin segn un plano diametral vertical de la misma. Para poder cargar la probeta a compresin en un plano diametral vertical, se requiere un dispositivo de sujecin de la probeta a travs del cual se materialice dicho plano de carga. Como parte de este dispositivo, y en contacto directo con dos generatrices diametralmente opuestas de la probeta, existen dos elementos encargados de evitar la rotura local de la probeta durante el ensayo. Se utilizan unas placas de apoyo curvo, con radio de curvatura igual al radio nominal de la probeta, de 12,7 o 25,4 mm de ancho, para que la distribucin de tensiones no se altere significativamente y para que los clculos del mdulo de elasticidad y la relacin de Poisson se faciliten manteniendo constante el ancho de carga, en lugar de un ancho de carga variable durante el ensayo, que ocurrira con una placa de carga plana.

Por la norma la velocidad de desplazamiento del sistema durante la carga ser uniforme e igual a 50,8 mm/min, igual a la empleada por la prensa en el ensayo Marshall.

Como la respuesta del material es altamente dependiente de la temperatura, la temperatura ser una variable ms para el ensayo. El ensayo de traccin indirecta tiene validez para materiales de comportamiento fundamentalmente elstico y lineal. La norma indica el uso de una temperatura de 251 C, pero permite el uso de otras temperaturas para analizar la susceptibilidad trmica de la mezcla en estudio y sugiere que no se utilicen temperaturas superiores al punto de reblandecimiento del ligante por ser predominante el carcter viscoso de las mezclas.

Como se ha comentado anteriormente, la principal ventaja del mtodo es la sencillez de su metodologa. Este es un factor muy valorado por todas aquellas instituciones que necesitan caracterizar de una forma rpida, fiable y econmica los pavimentos que gestionan.

PRINCIPALES VENTAJAS DEL ENSAYO

Es un ensayo relativamente sencillo.

Presenta similitud con otro tipo de ensayos como el Marshall.

El tipo de muestra y el equipo son los mismos que los utilizados para otro tipo de ensayos.

La rotura no se ve afectada por las condiciones de la superficie de la probeta.

La rotura se inicia en una regin relativamente uniforme de tensiones de traccin.

El coeficiente de variacin de los resultados del ensayo es relativamente bajo comparado con otros mtodos. Tesoriere [8] en sus estudios habla de dispersiones inferiores al 10% en comparacin con el de Marshall que pueden ser del 15-20%.

El ensayo puede utilizarse bajo carga esttica o dinmica, modificando la prensa en funcin del tipo de estudio que se realice.

El ensayo de traccin indirecta no slo da informacin de la resistencia a traccin indirecta, sino que tambin nos informa sobre propiedades elsticas resilientes (mdulo de elasticidad esttico o dinmico en funcin del tipo de carga aplicada), fisuracin trmica, fisuracin por fatiga, deformacin permanente y puede utilizarse para evaluar el efecto de la humedad en mezclas bituminosas.

DISTRIBUCIN TERICA DE TENSIONES

La solucin terica de la distribucin de tensiones dentro de una probeta cilndrica est basada en el anlisis de un material de comportamiento elstico y lineal.

Cuando una probeta cilndrica es sometida a compresin diametral desarrolla un estado de tensiones bidimensional en su interior. La carga aplicada a lo largo de dos generatrices diametralmente opuestas describe planos principales de tensiones, uno horizontal y otro vertical. Particularmente en el plano vertical se produce una tensin variable de compresin y una tensin tericamente uniforme de traccin.

El anlisis de rotura de probetas cilndricas de mezclas bituminosas sometidas a compresin diametral demuestra que la fisura inicial ocurre cuando la tensin horizontal de traccin desarrollada en el plano vertical de carga alcanza el valor de la resistencia a traccin del material [2].

Tomas W. Kennedy y W. Ronald Hudson [9] desarrollaron las tensiones tericas que se dan en una probeta cilndrica sometida a una carga diametral, tal y como sucede en el ensayo de traccin indirecta. Esta distribucin terica de tensiones a lo largo de los ejes horizontales y verticales para una carga concentrada se muestran en la figura 2.2.

Figura 2.2- Distribucin de tensiones terica sobre los planos diametral y vertical para el ensayo de traccin indirecta [10]

Distribucin de tensiones en el dimetro horizontal

En la distribucin de tensiones en el dimetro horizontal, se puede observar que en el centro de la probeta el esfuerzo de compresin vertical es 3 veces superior al de traccin horizontal.Las tensiones producidas en el dimetro horizontal son las siguientes: Tensin horizontal:

Ecuacin 2.1donde:

P, es la carga total aplicada (N)t, es la altura de la probeta (mm0,1mm)d, es el dimetro de la probeta (mm0,1mm)x, y, son las coordenadas respecto al centro de la probeta.

Distribucin de tensiones en el dimetro vertical

En la zona central de la probeta, se produce un estado biaxial de tensiones, donde la tensin vertical de compresin es 3 veces superior a la de traccin horizontal generada.As mismo se puede ver como los mximos de tensin vertical se localizan en los puntos de aplicacin de la carga vertical. Por este motivo se puede pensar que la rotura se puede iniciar en estos puntos por agotamiento a compresin, pero realmente estas tensiones son pequeas debido a que en la prctica la carga aplicada se distribuye en un rea finita definida por una pieza metlica de contacto entre la prensa y la probeta. Cabe mencionar que tanto el tipo de carga como la anchura de esta pieza metlica tienen una gran influencia en la distribucin de tensiones de la probeta real.

Las tensiones en el dimetro vertical, a lo largo del eje de carga, son las siguientes:

Tensin horizontal:

Ecuacin 2.4

Tensin vertical:

Ecuacin 2.5

Tensiones tangenciales:

xy = 0

Ecuacin 2.6

donde:

P, es la carga total aplicada (N)t, es la altura de la probeta (mm0,1mm)d, es el dimetro de la probeta (mm0,1mm)x, y, son las coordenadas respecto al centro de la probeta.

Tensin de rotura

Las ecuaciones descritas anteriormente son vlidas para un slido elstico lineal idealizado. Aunque la mayora de los materiales no son elsticos, los valores de tensin horizontal se aproximan suficientemente a los reales. El fallo inicial se produce por rotura a traccin de acuerdo con la ecuacin 2.4, por lo tanto, la resistencia a traccin indirecta en el momento de la rotura viene dada por la siguiente ecuacin:

Ecuacion 2.7

donde:

St es la resistencia a la rotura por traccin indirecta.Pmx, es la carga mxima o carga de roturat, es el espesor de al probeta de la probetad, es el dimetro de la probetax, y, son las coordenadas respecto al centro de la probeta.

De acuerdo a estas condiciones de carga lineal, la probeta fallara alrededor de los puntos de carga debido a tensiones de compresin y no en la porcin central de las muestras debido a tensiones de traccin. No obstante, estas tensiones de compresin se reducen considerablemente distribuyendo la carga a lo largo de una placa de carga, que no slo reduce las tensiones de compresin vertical sino que cambia las tensiones horizontales a lo largo del dimetro vertical de traccin a compresin cerca de los puntos de aplicacin, quedando entonces una distribucin de tensiones tal y como se observa en la figura 2.3.

Figura 2.3- Distribucin de tensiones en probeta sometida a una carga aplicada sobre placa de carga de apoyo curvo.NORMAS DE ENSAYO

Como se ha comentado anteriormente, el ensayo a traccin indirecta est normalizado segn la norma MTC E 504- 2000 Resistencia de mezclas bituminosas empleando el aparato Marshall.

En dicha norma se indica el procedimiento para determinar la resistencia a traccin indirecta de mezclas bituminosas fabricadas en laboratorio o provenientes de testigos extrados del pavimento. Obtenemos un parmetro que caracteriza a la mezcla bituminosa, a la vez que optimiza el contenido de ligante, la cohesin de la mezcla y su resistencia al esfuerzo cortante.Este ensayo puede utilizarse para el proyecto y tambin para el control de calidad de las mezclas bituminosas durante su fabricacin o durante la puesta en obra .

SITUACIN ACTUAL

Si consideramos que el ensayo de traccin indirecta simula el estado de tensin en la posicin ms baja de la capa de mezclas asflticas, esto lo convierte en una herramienta interesante para utilizarla como un ensayo clave en el estudio de las mezclas bituminosas. Con el valor aadido que es un ensayo simple y prctico y los resultados de la prueba no se ven afectados por las condiciones superficiales de la probeta. As mismo se ha visto en el apartado 2.3 que la rotura se produce en una zona de tensiones constante, lo que implica una baja dispersin en los resultados.

Roque i Ruth [11] demostraron que el mdulo a temperaturas inferiores a 30CSuponiendo un comportamiento elstico de la capa, calculado utilizando una

galga extensomtrica en la zona de tensiones constante mediante el ensayo de traccin indirecta, da una da una excelente prediccin de la tensin y la deflexin del pavimento en servicio. Este hecho demuestra que el valor del mdulo obtenido con el ensayo de traccin indirecta es un buen estimador del mdulo de la capa del pavimento.

El hecho de trabajar en laboratorio tiene el inconveniente de que las probetas fabricadas no son totalmente representativas de la capa de la carretera. Para investigar la representatividad del ensayo sobre testigos extrados in situ, Said Safwat [12] dirigi un estudio con 20 testigos extrados de 13 secciones de carreteras de nueva construccin. Los ensayos consistan en determinar el espesor de la capa, el porcentaje de huecos, la granulometra de la muestra, el tipo y porcentaje de betn, el mdulo de rigidez (resiliente) y la tensin de fatiga, mediante el ensayo de traccin indirecta. Las conclusiones que extrajo fueron que:

- Existen muchas variaciones en la composicin de la mezcla de la capa base colocadaen obra, lo que provoca variaciones importantes en las caractersticas de la mezcla (mdulo de rigidez y fatiga).

- El ensayo de traccin indirecta es relativamente sencillo y rpido de realizar con probetas cilndricas extradas del pavimento, con pocas dispersiones en los resultados y muy apto para realizar controles rutinarios.

La lnea seguida en todos estos estudios parece la correcta y la administracin federal de carreteras de los EEUU (FHWA (1)) ha invertido en esta direccin de estudio [13] con los siguientes objetivos:

- Seleccionar un ensayo y un mtodo de pruebas simples que permitan al ingeniero determinar las caractersticas fundamentales para el diseo estructural de los pavimentos.

- Una vez seleccionado, se busca una fcil repetibilidad del ensayo, para que los resultados nos permitan determinar unos valores fiables de las caractersticas mecnicas que buscamos (mdulo de rigidez, coeficiente de Poisson, fatiga,).

La investigacin realizada por Baladi y encargada por la FHWA busca estos objetivos con la ayuda del ensayo de traccin indirecta. Aunque una revisin extensa de la literatura de los diferentes ensayos determin que los resultados del ensayo a traccin indirecta eran los ms prometedores, tenan el problema de que haba gran dispersin [13].

Para solucionar esta falta de constancia Baladi y el equipo de la universidad de Michigan disearon un nuevo instrumento adaptable al ensayo de traccin indirecta, con las siguientes caractersticas:La deformacin de la probeta ensayada se puede medir en 3 direcciones utilizando uno o dos sensores en cada direccin.

- El aparato de medida se puede utilizar con diferentes sistemas de carga: hidrulico o triaxial, con un sistema de gua para evitar posibles rotaciones y oscilaciones.

- Facilita la alineacin en cualquier tipo de prensa y la utilizacin de sensoresLVTD(1).

A partir de los resultados de los ensayos y los anlisis analticos y estadsticos, se extrajeron las siguientes conclusiones:

- Con el nuevo aparato de traccin indirecta los resultados son constantes, razonables y se pueden reproducir exactamente para cualquier combinacin de variables.

- La dispersin de resultados entre las probetas ensayadas con la misma dosificacin y condiciones de ensayo da valores inferiores al 7%.

- La temperatura de ensayo y el porcentaje de huecos en la mezcla son las variables que tienen ms influencia en las caractersticas resilentes de la mezcla.

En el trabajo de investigacin realizado conjuntamente por la Universidad Carleton (Ottawa) y la Universidad Al-Azhar (El Cairo) [14], se demuestra que los criterios convencionales de diseo no proveen un indicador confiable para la seleccin de la mezcla ms eficiente y que el uso de un criterio que incluya la Traccin Indirecta de la mezcla ofrecera un mtodo de diseo ms confiable. Basado en los resultados de ensayos de laboratorio se demuestra tambin que este ensayo detecta la influencia del tipo de betn en las propiedades mecnicas de las mezclas bituminosas.

Con la tesis doctoral realizada por Adriana Martnez [15] sobre la elaboracin de una propuesta de asegurar de la calidad de ejecucin de las mezclas bituminosas mediante el ensayo de traccin indirecta, se vuelve a dar otro paso adelante en la aplicacin del ensayo a traccin indirecta. El estudio busca asegurar la calidad de ejecucin de las mezclas bituminosas a travs del estudio de las variables que tienen una mayor influencia en el comportamiento mecnico de las mezclas. Para ello se evaluaron en cada caso la resistencia a traccin indirecta, densidad, porcentaje de huecos y deformacin. As mismo se analizaron los valores de resistencia a traccin indirecta de testigos extrados en diferentes obras con el objetivo de correlacionar este parmetro con la densidad obtenida. Este trabajo permite establecer un criterio de control de calidad que permite verificar las caractersticas resistentes de las mezclas bituminosas colocadas en obra y compactadas y asegurar que responden a las especificaciones de proyecto. En la tesis se demuestra una correlacin entre la compacidad y la resistencia a traccin de las mezclas evaluadas en laboratorio y obra, siendo la traccin indirecta un parmetro ms sensible que el nivel de compactacin para detectar cambios en las variables estudiadas.

De la ponencia realizada por Rosana G. Marcozzi [2], se extraen las siguientes conclusiones:

- El anlisis de probetas realizadas con la mezcla de ridos y betn elaborado en laboratorio y el anlisis de probetas realizadas con las muestras de obra muestran que el ensayo de traccin indirecta es muy til para caracterizar el comportamiento de una mezcla al variar el tipo de ligante con el que fue realizada, mostrando resistencias a la traccin sumamente diferentes.

- Las resistencias a la traccin obtenidas de testigos de 100 mm de dimetro muestran menor dispersin cuando la temperatura de ensayo es menor.