MATERIALES PARA PAVIMENTACION
- 1. Módulo 2-4 MATERIALES DE PAVIMENTACION
- 2. Materiales de Pavimentación Cemento Pórtland Concreto asfáltico Materiales granulares Materiales tratados con cemento Tratamiento asfáltico Bases permeables
- 3. Hormigón de Cemento Pórtland Materiales granulares graduados Cemento Aire Incorporado Aditivos
- 4. Tipos de Cemento Portland ASTM Tipo I Normal Tpo II Resistencia moderada a los sulfatos Tipo III Altas resistencias tempranas Tipo IV Bajo calor de hidratación Tipo V Resistencia a los sulfatos NB 011: TIPOS I; IP; IF, P categorías resitentes 25, 30, 40
- 5. Aditivos y Adiciones Agente incorporador de aire Reductores de agua Aceleradores Retardadores Otros: (ceniza volante, microsilica, puzolana)
- 6. Curado Reacción química entre cemento y agua Se necesitan condiciones satisfactorias durante su vida inicial para alcanzar las propiedades deseadas Factores Humedad Temperatura Tiempo
- 7. Resistencia a la Compresión Indicador universal de calidad del hormigón Usado en el proceso de control pero no en el diseño del pavimento Está en función de: Tamaño de los agregados, forma y tipo Composición del cemento Relación agua-cemento Aditivos Curado
- 8. Resistencia a la Compresión
- 9. Ensayo de Tracción Indirecta f i ’ = 2*P DL f i ’ = Tensión de tracción indirecta P = Carga aplicada D = Diámetro de la probeta L = Longitud de la probeta
- 10. Ensayo de Tracción Indirecta Carga, P Valores 15% mayores que en el ensayo de Tracción Directa v r d= diametro L = Longitud
- 11. Módulo de Rotura (Resistencia a la Flexión) f r = M*c I f r = Módulo de ruptura M = Momento flector c = Distancia al eje neutro I = Momento de inercia
- 12. Ensayo de Carga en el Tercio Central
- 13. Elaboración y Curado de las Probetas
- 14. Módulo Elástico del Hormigón f r = 43.5*E + 488.5 10 6 E = 57,000 f ’ c (0.5) E = Módulo elástico del hormigón, psi (Determinar en cilindros de compresión) f r = Módulo de ruptura, psi f ’ c = Resistencia a la compresión
- 15. Fatiga Relación tensión/resistencia Cargas repetitivas menores que las cargas de rotura (últimas) Modelos Modelo PCA Modelo de fatiga con cero mantenimiento Modelo de fatiga AASHTO/ARE Modelo de deterioro AASHTO/Vesic Modelo de diseño calibrado mecanístico
- 16. Otras Propiedades Importantes del Hormigón Retracción Expansión/contracción Durabilidad Sistema de vacíos de aire Fisuras D Reactividad a los alcálisis Resistencia a los sulfatos
- 17. Fibras en el Hormigón
- 18. Concreto Asfáltico Granulometría cerrada Cemento asfáltico, según diseño de mezcla Vacíos de aire (max. por durabilidad, min que permita compactación) Debe proveer estabilidad ante el tráfico Trabajabilidad suficiente.
- 19. Clasificación del Cemento Asfáltico RC: Curado Rápido; MC Medio; SC lento Viscosidad a 60° (AC-2.5 a AC-40). Penetración (40-50 a 200-300 de penetración). En climas fríos, usar bajo grado de viscosidad y alta penetración para resistir la fisuración. Cálidos, alto grado viscocidad y baja penetrac para evitar ahuellamiento. Alto grado viscocidad, resiste cargas pesadas pero tiende a la fisuración
- 20. Modificadores de Asfalto Polímeros (goma, latex, plástico) Rellenantes o fillers (cemento Pórtland, carbón negro, sulfuro) Fibras (fibra de vidrio, polipropileno) Agentes rejuvenecedores (reciclado) Agentes “anti-peladuras” (mejoran adherencia)
- 21. Curva de Graduación Potencia 0.45 100 0 200 100 50 30 16 8 4 3/8 3/4 1 % que pasa Zona restringida Línea de max densidad Tamices
- 22. Diseño de Mezclas Método Marshall Desarrollado por el Cuerpo de Ingenieros, determina el contenido óptimo de asfalto en una mezcla. Se usa el “Estabilómetro Marshall” Estabilidad Flujo Vacíos de aire (3-5%) Vacíos en el agregado mineral Contenido de asfalto
- 23. Diseño de Mezclas, Método HVEEM Estabilidad Vacíos de aire Contenido de asfalto Estabilómetro HVEEM (célula triaxial) Probetas son diferentes
- 24. Superpave Diseño de mezclas asfálticas en base a criterios de desempeño (fatiga, ahuellamiento, fisuras térmicas) Se integra más de 25 nuevos ensayos y procedimientos en un solo sistema analítico para diseño de mezclas asfálticas Tres niveles de diseño de mezclas
- 25. Ensayo del Módulo Resiliente Diametral M R = P (µ+0.2734) h*t Carga repetitiva, probetas cilíndricas M R = Módulo resiliente P = Magnitud de la carga dinámica µ = Módulo de Poisson h = Deformación total t = Espesor de la probeta (disco)
- 26. Ensayo del Módulo Dinámico Más apropiado para concreto asfáltico, especialmente a altas temperaturas Equipo que realiza ensayos dinámicos cíclicos a la flexión ASTM D 3497 Probetas de 10cm de diámetro x 20 de altura
- 27. Módulo Dinámico de Rigidez E o = P a (3 L 2 - 4 a 2 ) (48 I ) E o = Rigidez a la flexión (toma 2 semanas) P = Carga dinámica a = (L - 4) / 2 L = Reacción en el tramo libre I = Momento de inercia del espécimen D = Deflexión dinámica del centro
- 28. Resistencia a la Tracción Indirecta f’ t = 2 P max d t f’ t = Esfuerzo de tracción indirecta P max = Carga máxima aplicada d = Diámetro del espécimen t = Espesor de la probeta Permite determinar la resistencia a la tracción para evaluar la susceptibilidad a la humedad y la deformación en la falla por tracción para predecir la fisuración potencial.
- 29. Fatiga Fisuración por fatiga (cargas repetitivas menores a la carga de falla) es una de las dos mayores causas de falla en los pavimentos asfálticos. Las propiedades se determinan mediante ensayos de vigas en el tercio central 3x3x15” con cargas pulsantes o a partir de datos de tracción indirecta. Típicamente la fatiga se presenta como fisuración excesiva y piel de cocodrilo, que anteceden a la disgregación del material.
- 30. Ahuellamiento Deformación Excesiva por aplicación de cargas. Los pavimantos más gruesos son más susceptibles al ahuellamiento.
- 31. Características Térmicas y de Humedad Características térmicas Fisuras por temperaturas bajas (fisuras transversales) Fisuras por fatiga y por temperatura Características de humedad Desprendimientos y Peladuras
- 32. Coeficientes Estructurales de Capa (a i ) Capacidad relativa de un material de espesor unitario para que funcione como un componente estructural del pavimento Indicación de la contribución estructural de un material a la estructura del pavimento Contribuyen tanto el espesor como el coeficiente estructural, así 50 mm de un material con un a i = 0.20 provee la misma contribución que 25 mm de un material con a i = 0.40
- 33. Determinación de los Coeficientes de Capa Obtenido de los estándares de las agencias Los valores originales se derivan del AASHO Road Test y han sido modificados por varias agencias de vías Relaciones entre propiedades de los materiales (E) y el desempeño
- 34. AASHO Road Test Superficie Asfáltica / Binder a i = 0.44 promedio Estabilidad Marshall Capa de rodadura: 9000 N (2000lb) Binder: 8100 N (1800lb) Módulo resiliente = 3150 MPa (450,000psi) Pag. 110, a1 en función de diferentes ensayos
- 35. Coeficientes Estructurales para Superficie Asfáltica Módulo Elastico del Concreto Asfáltico a 20°C (68°F) 500 400 300 200 100 0 0. 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 a1
- 36. Materiales de Base Mezclas suelo-agregado Bases tratadas con cemento Bases tratadas con asfalto Bases de hormigón compactado con rodillo Bases permeables
- 37. Coeficientes Estructurales de Capa Abacos AASHTO 0.06 0.08 0.10 0.12 0.14 0.16 Coeficiente Estructural a2 Distintos Abacos para a2, base y a3 subbase 20 30 50 100 C B R VALOR R Ensayo Triaxial de Texas Módulo Resiliente 0.06 0.08 0.10 0.12 30 PSI 10 3 MPa
- 38. Coeficientes Estructurales de Capa para Bases de Suelo Cemento 0.10 0.0.16 0.22 0.28 Coeficiente Estructural a2 Distintos Abacos para Suelo Cemento y Base Tratada c/Asfalto RESISTENCIA A LA COMP. SIMPLE 7dias Módulo Elástico 5.0 6.0 8.0 9.0 PSI 10 5 MPa 200 400 800 1000 PSI
- 39. Mezclas de Suelo - Agregado Cantidad de finos Plasticidad de los finos Angularidad % de Caras fracturadas Actualmente se recomienda 8-10% de material que pasa el tamiz 200; 5% máximo para bases permeables. Es importante determinar el Módulo Resiliente de base y subbase.
- 40. AASHO Road Test Base con Grava Triturada a 2 = 0.14 CBR = 100 Valor-R = 85 E = 210 Mpa (30.000 psi)
- 41. AASHO Road Test Subbase Granular a 3 = 0.11 CBR = 30 Valor-R = 60 E = 100 MPa 15.000 psi 6.5% pasa el tamiz No 200
- 42. Bases Tratadas con Cemento Resistencia a la pérdida de soporte Incremento del soporte estructural Resistencia a la humedad Resistencia al bombeo de finos Resistencia al ciclo hielo-deshielo
- 43. Base Tratada con Cemento En el AASHTO Road Test a 2 = 0.22 Resistencia a la compresión = 5.5 MPa (800 psi) a los 7 días E = 5500 Mpa (800,000psi)
- 44. Bases Tratadas con Asfalto Con cemento asfáltico o emulsión % de asfalto cercano al 6% para evitar la erosión Resistencia a la pérdida de soporte Incremento en el soporte estructural Resistencia a la humedad Resistencia al bombeo
- 45. Bases Tratadas con Asfalto en el AASHTO Road Test a 2 = 0.32 Estabilidad Marshall = 7200 N E = 2400 MPa (350,000psi)
- 46. Bases Permeables El agua drena rápidamente a través de la base y hacia afuera de la estructura del pavimento, su uso es creciente a pesar de ser una técnica relativamente nueva. Tratada o no tratada Espesor mínimo = 100 mm Datos de desempeño a largo plazo limitados El drenaje no es un sustituto del espesor
- 47. Datos de Materiales para el Diseño Capa de rodadura de Hormigón Módulo de Rotura Módulo Elástico Capa de rodadura de Asfalto Módulo Elástico Coeficiente estructural de capa Capa Base y Subbase Módulo Elástico Coeficiente estructural de capa