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
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