diseno mezcla asfaltico paso a paso

DISEO DE MEZCLA ASFALTICA TIPO MDC-2 CON ASFALTO 60/70 DE BARRANCABERMEJAI-LC-10-002LABORATORIO DE CONTROL CALIDAD

2010

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TABLA DE CONTENIDO PG. 1. 2. 3. 4. RESUMEN EJECUTIVO GENERALIDADES PROCEDIMIENTOS 6 CARACTERIZACION DE AGREGADOS PETREOS Y LLENANTE MINERAL 5. CARACTERIZACION DEL LIGANTE BITUMINOSO 6. DISEO DE LA MEZCLA ASFALTICA ANEXOS ANEXO A. ANEXO B. ANEXO C. ANEXO D. 3 4 12 21 22

ENSAYOS SOBRE AGREGADOS PETREOS FICHA TECNICA DEL ASFALTO HOJA DE DATOS MARSHALL SUSCEPTIBILIDAD A LA HUMEDAD (TRACCION INDIRECTA)


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1. RESUMEN EJECUTIVO Se presenta el diseo de mezcla asfltica en caliente tipo denso MDC-2 de acuerdo a los requerimientos del Articulo 450-07 del Instituto Nacional de Vas INVIAS, elaborada con materiales ptreos de la Planta de Conasfaltos en Bello - Antioquia, obtenidos de la explotacin minera de los depsitos aluviales del Ro Medelln, como ligante asfaltico se ha usado asfalto convencional de penetracin 60/70 conforme a los requerimientos del Articulo 400-07 del Instituto Nacional de Vas, y la incorporacin de cal hidratada como llenante mineral de aporte. El diseo ha sido elaborado cumpliendo con la metodologa de diseo del Instituto del Asfalto de acuerdo a su manual MS-2 y la norma INV E-799-07 Anlisis Volumtrico de mezclas asflticas compactadas en caliente, los clculos relevantes del diseo han sido realizados mediante la aplicacin del software SW-2 del Instituto del Asfalto. El acomodamiento de los materiales ptreos en la gradacin de diseo ha sido verificado mediante los parmetros del Mtodo Bailey. En este diseo se han incorporado los siguientes materiales ptreos: Triturado de Triturado de Arena triturada de Arena Gruesa triturada lavada Arena menor de 2.5 mm. En cuanto al contenido de asfalto de la mezcla, el intervalo en el cual se cumplen los criterios del numeral 450.4.2.2 se encuentra definido entre el 4.95% y 5,40% de asfalto, para un contenido ptimo de asfalto de 5,2%.Las caractersticas del diseo son: % de Asfalto: % de Llenante: Estabilidad: Flujo: Relacin estabilidad/Flujo Peso unitario de la mezcla: Peso especfico terico mezcla: Vacos totales con aire: Vacos en agregado mineral: Vacos llenos con asfalto: Porcentaje de asfalto absorbido: Relacin Llenante/Ligante Vacios en el llenante compactado en seco: Peso unitario del llenante en tolueno: Concentracin critica del llenante mineral: ndice de pelcula de asfalto: Relacin de esfuerzos de traccin hmedo/seco (%TSR): 5,2% 5,2% 1620 Kg-f. 3.22 mm. 503 Kg-f/mm 2440 Kg/m3 2,563 4,5 % 15.7% 71.2% 0,60% 1,15 43.43% 0,77 g/cm 0,31 g/cm 8.2 m 82%


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2. GENERALIDADES

Descripcin de muestras: A continuacin se relacionan la descripcin de las muestras utilizadas para el diseo Marshall de la mezcla MDC-2 elaborada con asfalto de penetracin 60/70 y materiales ptreos de CONASFALTOS S.A.Tabla 1 Descripcin de las muestras

Clase Agregado Grueso Agregado Grueso Agregado Fino Agregado Fino Agregado Fino Ligante Aditivo

Referencia CA-2 CA-3 FA-1 FA-2 FA-3 LI AD

Descripcin Triturado de (3208-3) Triturado de (3208-3) Arena triturada < (3203) Arena triturada lavada < Arena lavada < 2.5 mm Asfalto 60/70 de Barranca Adhere-HP Plus

Cantidad 50 Kg. 50 Kg. 50 Kg. 50 Kg. 50 Kg. 4 Galones de Galn

Fecha de realizacin de ensayos: En las tablas 2, 3 y 4, se presentan las fechas de realizacin de los ensayos requeridos para el diseo:Tabla 2. Ensayos sobre agregados ptreos


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Ensayo Anlisis Granulomtrico Limite liquido e ndice de Plasticidad Peso especifico del agregado grueso Peso especifico del agregado fino Peso unitario de agregados sueltos y compactos Equivalente de Arena Limpieza superficial del agregado grueso Solidez en sulfato de sodio Desgaste en maquina de los ngeles Resistencia al desgaste en el Micro-Deval Resistencia por el mtodo de 10% de Finos Partculas alargadas y aplanadas Porcentaje de caras fracturadas Angularidad del agregado fino Coeficiente de pulimento acelerado Peso especifico del llenante mineral Concentracin critica del llenante mineral Peso unitario del llenante mineral en tolueno Vacios del llenante compactado en seco

Fecha (Ao/mes/da) 2010/02/17 2010/02/17 2010/01/20 2010/01/21 2010/02/02 2010/02/06 2010/01/05 2009/08/22 2010/01/13 2010/01/20 U. Javeriana 2010/02/12 2010/01/06 2010/02/12 2010/02/12 2009/01/16 2010/02/12 2010/02/12 2010/02/12 2010/02/22 EVALTEC

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Tabla 3 Ensayos sobre el ligante asfaltico

Ensayo Penetracin a 25C Punto de Ablandamiento ndice de penetracin Viscosidad a 60C Solubilidad en tricloroetileno Contenido de agua Ductilidad Punto de Chispa Prdida de masa por envejecimiento en pelcula delgada Penetracin retenida Incremento en el punto de ablandamiento Peso especifico del asfalto Curva ReolgicaTabla 4 Ensayos sobre la mezcla asfltica

Fecha (Ao/mes/da) 2010/01/26 Laboratorio externo CORASFALTOS

Ensayo Elaboracin de especmenes Marshall Peso unitario de la mezcla asfltica Peso especifico terico mximo de mezclas asflticas Porcentaje de vacios con aire de mezclas compactadas Estabilidad y Flujo Marshall Anlisis Volumtrico de mezclas asflticas Susceptibilidad a la humedad por traccin Indirecta Deformacin Plstica en Pista Mdulo Dinmico Ley de Fatiga

Fecha (Ao/mes/da) 2010/02/11 a 20

Pendiente 2010/01/29 Pendiente


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3. PROCEDIMIENTOS

3.1

Granulometra del agregado mineral Norma: INV E 213 Mediante este ensayo se determina la distribucin de los tamaos de las partculas de una cantidad de muestra seca del rido, por separacin a travs de una serie de tamices dispuestos sucesivamente de mayor a menor abertura de malla. 3.2 Limite lquido e ndice de Plasticidad Norma: INV E 125 y 126 Mediante estos ensayos se determinan las condiciones de consistencia del suelo con cambios de humedad, el lmite lquido se determina como la humedad para la cual las dos mitades de una pasta de suelo depositado en la cazuela de Casagrande se juntan en el fondo de la ranura hasta 13 mm de longitud por la accin de 25 golpes, el limite plstico es el contenido mnimo de humedad en el cual se pueden hacer rollos de 3 mm de dimetro sin que estos se desmoronen, la diferencia entre el limite liquido y el limite plstico es el ndice de plasticidad. 3.3 Peso especifico de agregado grueso Norma: INV E-223 Con este ensayo se determina el peso especifico aparente y nominal del material grueso del tamao igual o mayor al tamiz No. 4. Se define el peso especfico aparente como la relacin entre el peso al aire del slido y el peso de agua correspondiente a su volumen aparente, y el peso especifico nominal a la relacin entre el peso al aire del slido y el peso de agua correspondiente a su volumen nominal. 3.4 Peso especifico de agregado fino Norma: INV E-222 Con este ensayo se determina el peso especfico aparente y real de los agregados con tamao inferior al tamiz No. 4 y el retenido tamiz No. 200. Se define el peso especfico aparente como la relacin entre el peso al aire del slido y el peso de agua correspondiente a su volumen aparente, y el peso especifico nominal a la relacin entre el peso al aire del slido y el peso de agua correspondiente a su volumen nominal. 3.5 Peso unitario y % de vacios de agregados compactados y sueltos Norma: INV E-217 Por medio de este mtodo se determinan los pesos unitarios sueltos y compactos de los agregados con el fin de determinar las proporciones para mezclas de concreto asfaltico por medio del mtodo Bailey, El peso unitario compacto se determina tas acomodar los agregados en tres capas apisonadas con 25 golpes de una varilla en recipiente de volumen conocido, el peso unitario compacto consiste en el acomodamiento de material en el mismo volumen por un llenado mediante paladas. 3.6 Equivalente de Arena Norma: INV E-133 Este ensayo busca determinar la proporcin de polvo nocivo, o material arcilloso presente en los agregados finos, separando estos materiales por medio de un agente


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floculante que genera que las arenas pierdan la cobertura arcillosa, posteriormente por sedimentacin se determinan las alturas de arena y arcilla presentes en la muestra. 3.7 Determinacin de la limpieza superficial del agregado grueso Norma: INV E-237 Mediante este ensayo se determina la cantidad de impurezas representadas como polvo fino menor que 0.5 mm que recubre los agregados gruesos y puede llegar a generar problemas de adherencia con el ligante asfaltico, se obtiene mediante la separacin entre dos muestras anlogas de agregados retenidos en el tamiz N, una de las muestras es lavada sobre el tamiz N35 y se determina la proporcin de polvo adherido en relacin con el peso seco de la otra muestra. 3.8 Sanidad de los agregados ptreos frente a la accin de una solucin de sulfato de sodio Norma: INV E-220 Este ensayo busca evaluar la durabilidad del agregado ptreo en trminos de su resistencia a la alteracin ante agentes qumicos, la solucin de sulfato de sodio entra por los poros del agregado y ante 5 ciclos consecutivos de humedecimiento y secado forma cristales que generan el rompimiento de las partculas de agregado que sean ms sensibles a la solucin. 3.9 Resistencia al desgaste en maquina de los ngeles Norma: INV E-218 Por medio de este mtodo se determina la resistencia al desgaste de los agregados gruesos tras ser sometidos a la accin de cargas abrasivas y 500 revoluciones en la mquina de los ngeles. 3.10 Resistencia al desgaste por medio del Micro-Deval (Ensayo Externo) Norma: INV E-238 Por medio de este mtodo se determina la resistencia al desgaste de los agregados gruesos tras ser sometidos a la accin de cargas abrasivas, agua y rotacin a 100 rpm durante 2 horas en el equipo Micro-Deval 3.11 Resistencia por el mtodo de 10% de finos Norma: INV E-224 Con este mtodo se determina la resistencia a la compresin de los agregados gruesos, determinando la carga mxima en kN para una penetracin de 20 mm y que produzca un 10% de material ms fino que 2.36 mm (tamiz N8). 3.12 Partculas alargadas y aplanadas Norma: INV E- 240 Mediante el uso del calibrador proporcional se determina el % de partculas alargadas y/o aplanadas en los agregados gruesos. 3.13 Porcentaje de caras fracturadas en los agregados Norma: INV E-226 Este ensayo determina el grado de fracturacin de los agregados gruesos, analizando las partculas con una y con dos ms caras fracturadas.


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3.14 Angularidad del agregado fino Norma: INV-E-239 Mediante este ensayo se calcula el porcentaje de vacios del agregado ms fino que 2.36 mm 3.15 Coeficiente de pulimento acelerado (Ensayo Externo) Norma: INV-E-232 Esta norma describe el procedimiento de laboratorio para determinar la susceptibilidad al pulimento de los agregados, mediante la mquina de pulimento acelerado, valorando esta susceptibilidad por medio del Coeficiente de Pulimento Acelerado (CPA), determinado con ayuda del pndulo de friccin.

3.16 Peso especifico del llenante mineralNorma: INV E-128 Con este ensayo se determina el peso especfico del llenante mineral (Filler) por medio de un picnmetro. Es la relacin entre el peso en el aire de un cierto volumen de slidos a un temperatura dada y el peso en el aire del mismo volumen de agua a la misma temperatura. 3.17 Concentracin Crtica del Llenante Mineral Norma: INV E-745 Con este procedimiento se determina la concentracin crtica de material pasa N200 (llenante mineral) en una mezcla de llenante asfalto, el valor hallado debe ser mayor que la concentracin en volumen del llenante en una determinada mezcla asfltica, por lo tanto, se debe comparar el valor obtenido con lo hallado en el diseo Marshall. El propsito de este ensayo es evitar problemas de rigidez en el pavimento que conlleven a una eventual fisuracin de la mezcla al paso de las cargas. 3.18 Peso unitario aparente de llenante en tolueno Norma: INV E- 225 Por medio de esta norma se determina el peso unitario aparente de un material llenante por sedimentacin empleando como medio lquido el Tolueno. Este parmetro es una medida relativa del grado de finura del llenante ensayado. 3.19 Penetracin de ligantes asfalticos (Ensayo Externo) Norma: INV E-706 Este ensayo permite evaluar el grado de penetracin de un cemento asfaltico, evaluando cuanto penetra una aguja de referencia en un tiempo de 5 segundos y con 100 g de carga, realizado el ensayo a 25C 3.20 Punto de Ablandamiento del asfalto (Ensayo Externo)

Norma: INV E-712


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Este ensayo determina la temperatura mxima a la cual un asfalto empieza a fluir ante pequeas cargas.

3.21 ndice de penetracin de cementos asfaltos Norma: INV E-724 Mediante este ensayo se calcula un parmetro que da indicio de la susceptibilidad trmica del cemento asfaltico.3.22 Mtodo para determinar la viscosidad de asfaltos empleando viscosmetro rotacional (Ensayo Externo) Norma: INV-E-717 Por medio del viscosmetro rotacional se determina la viscosidad de los asfaltos a alta temperatura, la viscosidad est dada por la resistencia al movimiento impuesta a una aguja seleccionada inmersa en el asfalto y que rota a una velocidad definida (rpm) para un torque cercano al 98%. 3.23 Solubilidad en Tricloroetileno (Ensayo Externo)

Norma: INV-E-713Este ensayo busca determinar las impurezas presentes en el asfalto, definidas estas como las partculas insolubles en Tricloroetileno. 3.24 Agua en materiales asfalticos por destilacin (Ensayo Externo) Norma: INV E-704 Mediante la destilacin de una muestra de asfalto, se determina el contenido de agua presente en el ligante, este valor es til para la produccin de asfalto en las torres de destilacin. 3.25 Ductilidad de materiales asfalticos (Ensayo externo) Norma INV E-702 Por medio de este ensayo se determina una medida de trabajabilidad del asfalto, sometiendo a elongacin en un bao de agua a temperatura controlada de 25C en el ductilimetro a una tasa de deformacin de 5 mm/min. 3.26 Punto de Ignicin y llama en la copa abierta de Cleveland Norma: INV E-709 Mediante esta norma se determina la temperatura a la cual un asfalto entra en llama, por lo cual es til para el manejo seguro del asfalto en planta. 3.27 Envejecimiento del asfalto en pelcula delgada en movimiento Norma: INV E-720 Mediante este ensayo se simula en el horno RTFOT el envejecimiento que puede alcanzar un asfalto en el proceso de produccin de la mezcla asfltica en caliente. 3.28 Peso especifico del asfalto Norma: INV E-707 Con este ensayo se determina la gravedad especfica del asfalto mediante el mtodo del picnmetro, con el fin de realizar los clculos respectivos del diseo Marshall Pgina


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3.29 Resistencia de mezclas Bituminosas empleando el aparato Marshall Norma: INV E-748 Con este ensayo se puede determinar la resistencia a la deformacin plstica de una briqueta de mezcla bituminosa para pavimentacin. El procedimiento puede emplearse tanto para proyecto de diseo de mezclas en el laboratorio como para el control en obra de las mismas. El tipo de material a ensayar son briquetas cilndricas de 4 de dimetro por 2 de altura, rompindolas posteriormente en la prensa Marshall y determinando su estabilidad y deformacin. 3.30 Peso unitario de mezclas asflticas compactadas Norma: INV E-733 Con este procedimiento se determina el peso especfico aparente y el peso unitario de mezclas asflticas compactadas de Granulometra densa. El resultado de este ensayo sirve para determinar las caractersticas y el porcentaje de vacos presentes en la mezcla. 3.31 Peso especifico terico mximo de mezclas asflticas (GMM) Norma: INV E-735 Con este procedimiento se determina el peso especfico terico mximo de mezclas asflticas sin compactar. Se define como la relacin del peso de un volumen dado de material con respecto a un volumen igual de agua a la misma temperatura. El resultado de este ensayo sirve para determinar las caractersticas y el porcentaje de vacos presentes en la mezcla. 3.32 Porcentaje de vacios de aire en mezclas asflticas compactadas Norma: INV E-736 Mediante este clculo se determina el % porcentaje de compactacin de las mezclas asflticas, como la relacin entre el peso especfico del espcimen (E-733) y el peso especfico terico mximo (E-735) 3.33 Anlisis Volumtrico de mezclas asflticas compactadas en caliente Norma: INV E-799 Mediante este procedimiento se determina las propiedades volumtricas de la mezcla asfltica compactada, con el fin de realizar los clculos pertinentes al diseo Marshall de la mezcla. 3.34 Susceptibilidad a la humedad de mezclas asflticas mediante la prueba de traccin Indirecta Norma: INV E-725 Con este procedimiento se determina la relacin de esfuerzos de traccin entre dos subgrupos (hmedo y seco) de concreto asfltico. Se preparan de 6 a 10 briquetas compactadas a un volumen de vacios con aire entre el 6% y el 8%, el subgrupo hmedo se satura entre el 55% y 80% y se somete a inmersin en agua a 60C durante 24 horas, transcurrido el tiempo estas briquetas se secan al aire durante dos horas y se fallan junto al subgrupo seco a compresin diametral con el marco de carga Lottman a una velocidad de aplicacin de carga de 50.8 mm/min, determinando la carga mxima de rotura para cada subgrupo y el esfuerzo de traccin promedio de cada subgrupo, la relacin de esfuerzos de traccin debe ser superior al 80%.


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3.35 Deformacin plstica en pista Norma: INV E-756 Mediante la mquina de ensayo en pista (Wheel Tracker) se determina la tasa de deformacin de mezclas asflticas compactadas, realizando el ensayo a 60C y 900 kPa, til este valor para la determinacin de susceptibilidad al ahuellamiento de las mezclas asflticas.


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4. CARACTERIZACION DE MATERIALES PETREOS Y LLENANTE MINERAL

Los materiales ptreos para la elaboracin de mezclas asflticas, son explotados de los depsitos aluviales del Ro Medelln y compuestas por depsitos consolidados de gravas y arenas pertenecientes a la formacin Qan, estos depsitos son explotados bajo las licencias mineras RMC-073 y 074, L 14284 y RPP 050, ubicadas en el Km 12 de la Autopista Norte, entre los municipios de Bello y Copacabana.

Foto 1 Vista Panormica de la Mina de CONASFALTOS S.A

4.1

Ensayos de Clasificacin

Granulometra de los materiales ptreos y el llenante mineralCon el fin de obtener la combinacin optima en laboratorio de los materiales ptreos producidos por CONASFALTOS S.A. y destinados para la fabricacin de mezclas densas en caliente, se realiz la granulometra individual a cada uno de los materiales componentes de la mezcla asfltica, en la tabla 5 y el ANEXO A se muestran los resultados de dicha caracterizacin.


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Tabla 5 Porcentajes de pasa de los materiales ptreos y llenante mineral

Tamiz E-11

Abertura (mm)

Nombre y Tipo de Agregado (% de Pasa)

CA-2100 48.5 12.4 0.8 0.5 0.4 0.3 0.3

CA-3100 100.0 95.2 13.8 1.4 0.7 0.5 0.4

A <

A < lavada

A < 2.5 mm

FA-1100 100.0 100.0 72.9 36.1 17.4 11.7 8.7

FA-2100.0 100.0 100.0 71.0 42.9 19.3 7.1 3.0

FA-3100.0 100.0 100.0 100.0 98.6 81.2 38.0 8.2

N4 N10 N40 N80 N200

19.5 12.7 9.5 4.75 2.00 0.42 0.18 0.075

Limite liquido e ndice de Plasticidad El material pasante el tamiz N 40 no presenta plasticidad N.P.

4.2

Ensayos que definen las propiedades gravimtricas de los agregados Pesos especficos de los agregados grueso y fino

A continuacin se presentan los resultados de los ensayos de los pesos especficos de la combinacin de la mezcla de diseo realizados a gruesos y arenas.

Tabla 6 Resultados de Gravedades especificas en agregados gruesos y finos

Nombre y Tipo de Agregado ParmetroGruesos Finos

Retenido en N4

Pasa N4 2.754 2.779 2.824 0.89

Gsb (neto) Gs s.s.s (aparente) Gsa (nominal) % Absorcin

2.747 2.772 2.817 0.91

Peso unitario suelto y compacto de agregados grueso y fino La tabla 7 muestra los resultados de los pesos unitarios de los materiales ptreos


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Tabla 7Pesos unitarios sueltos y compactos de los agregados ptreos

Nombre y Tipo de Agregado Parmetro

CA-2 1496 1605 46.2 42.3

CA-3 1487 1569 45.4 42.4

A <

A < lavada

A < 2.5 mm

Peso unitario suelto Peso unitario compacto % de Vacios suelto % de Vacios compacto4.3

FA-1 1676 1930 46.5 42.5

FA-2 1579 1772 45.8 42.3

FA-3 1491 1645 43.4 37.5

Ensayos que evalan la limpieza de los agregados Equivalente de Arena

A continuacin se presentan los datos correspondientes al ensayo de equivalente de arena realizado al material ptreo menor que el tamiz N 40 producto de la combinacin de agregados.Tabla 8 Equivalente de arena

Probeta 1 2 3

Altura Arcilla

Altura Arena

Equivalente de Arena 59.5 58.1 59.1 59

4.2 2.5 4.3 2.5 4.4 2.6 Promedio El equivalente de arena aproximado al 1% es: 59% Contenido de impurezas

Los valores correspondientes al contenido de impurezas de los agregados gruesos destinados se encuentran consignados en la tabla 9.Tabla 9 Datos para la determinacin de la limpieza superficial


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Muestra sin lavar para humedad M1h (g) Muestra seca en el horno M1s (g) ndice de Sequedad Muestra hmeda Mh (g) Muestra seca lavada Ms(g) Masa seca de la muestra ensayada m (g) Impurezas Ms- m (g) Coeficiente de limpieza Superficial %

2070.2 2065.3 0.998 2063.5 2058.6 2052.1 6.5 0.31

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4.4

Ensayos que evalan la resistencia de los agregados ptreos Solidez en sulfato de sodio

Los resultados de las prdidas por el ensayo de solidez en sulfato de sodio para la combinacin de agregados en el diseo son: Prdidas en el agregado fino: Prdidas en el agregado grueso 1.3% 1.0%

Desgaste en maquina de los ngeles La tabla 10 muestra los datos correspondientes al ensayo de desgaste en maquina de los ngeles Las condiciones del ensayo fueron las siguientes: Gradacin B: 2500 10 g de material pasa y se retiene en N de esferas: 11 N de vueltas: 500 2500 10 g de material pasa y se retiene en 3/8 Velocidad: 30 a 33 RPM

Tabla 10 Resultado de desgaste

Peso inicial (g) 5005.7

Peso de esferas (g) 4589.2

Peso final (g) 4251.3

% Desgaste 15.1

Evaluacin de la resistencia al desgaste del agregado grueso utilizando el equipo Micro-Deval (Ensayo Externo) La tabla 11 muestra los datos correspondientes al ensayo de desgaste en Micro Deval. En el ANEXO A se muestra los resultados del ensayo. Las condiciones del ensayo fueron las siguientes: Gradacin 1 N de vueltas: 12000 100 revoluciones Tiempo de rotacin: 120 1 min

Tabla 11Resultado desgaste Micro - Deval

TMN 12.5 mm

1500.3

1355.3


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Condicin

Peso inicial (g)

Peso final (g)

% Desgate Micro - Deval 9.7

Evaluacin de la resistencia mecnica del agregado grueso por el mtodo de 10% de finos La tabla 12 muestra los resultados del ensayo de 10% de finos realizado al material en estado seco y despus de 48 horas de InmersinTabla 12 Resistencia por el mtodo de 10% de Finos

Condicin

Penetracin (mm)

Peso Inicial ma (g) 2914.6

Peso final mr (g) 2586.2 2584.5 2588.1

% de Prdida %f1 382.6 380.2 377.6

Carga X1 (kN) 11.27 11.23 11.08

Carga C10, (kN) 350.8 349.5 350.6 350.3

Seca

15 mm

2911.4 2910.6

Promedio 2925.3 Hmeda 15 mm 2920.4 2922.1 2596.2 2597.7 2592.5 301.5 306.9 310.5 11.25 11.05 11.28

276.8 285.5 284.5 282.3

Promedio La relacin de resistencias hmedo/seco es de 81% Coeficiente de pulimento acelerado (Ensayo Externo)

Este ensayo permite dar un valor que califica la resistencia del agregado a ser pulimentado por la accin de las cargas de transito, el valor del coeficiente de pulimento acelerado es de 0.45. 4.5 Ensayos que evalan la forma de los agregados ptreos Porcentaje de caras fracturadas Las tablas 13 y 14 muestran los datos obtenidos del ensayo de caras fracturadas al agregado ptreo.Tabla 13 Partculas con una ms caras fracturadas

Tamiz a " a " SUMA

Peso inicial (g)

Peso 1 mas (g) 596.3 587.2

% Partculas 95.9 94.7

% Gradacin. Original 10.3 7.5 17.8

Calculo E=CxD 987.6 710.3 1697.6 95.4

Porcentaje de partculas con una o ms caras fracturadas


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621.9 620.0

Tabla 14 Partculas con dos ms caras fracturadas

Tamiz a " a " SUMA

Peso inicial Peso 2 mas (g) (g) 621.9 620.0 579.3 552.3

% Partculas 93.2 89.1

% Gradacin. Original 10.3 7.5 17.8

Calculo E=CxD 959.4 668.1 1627.6 91.4

Porcentaje de partculas con dos o ms caras fracturadas

Porcentaje de caras fracturadas: 95/91 (Una mas/Dos ms caras fracturadas) ndices de alargamiento y Aplanamiento Las tablas 15 y 16 muestran los datos obtenidos del ensayo de caras fracturadas al agregado ptreo.Tabla 15 Partculas aplanadas

Tamiz a " a " " a SUMA

Peso inicial (g)

Pasa el calibrador (g) 67.3 14.3 6.9

% Pasa el calibrador 14.8 2.0 3.6

% Gradacin. Original 10.3 7.5 7.9 25.7

Calculo E=CxD 152.44 15.0 28.44 195.88 7.6

454.3 699.1 191.4

Porcentaje de partculas aplanadas

Tabla 16 Partculas alargadas

Tamiz

a " a " " a SUMA

Peso inicial (g) 454.3 699.1 191.4

Retiene el calibrador (g) 23.9 41.4 47.1

% Partculas 5.3 5.9 24.6

% Gradacin. Original 10.3 7.5 7.9 25.7

Calculo E=CxD 54.59 44.25 193.34 292.18 11.4

Porcentaje de partculas alargadas Relacin de partculas: 8/12 (aplanadas/alargadas)


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17

Angularidad del Agregado Fino La tabla 17. Muestra la Angularidad del agregado fino calculada a partir del ensayo INV E-239 mtodo ATabla 17 Angularidad del agregado fino

Angularidad del agregado Fino (FAA Test)

Lectura 1 100.0 147.945 2.754 46.28 46.18

Lectura 2 100.0 148.5 2.754 46.08

Volumen del cilindro (ml) Peso de la muestra (g) Peso especifico del agregado fino Vacos sin compactar en el agregado fino % Promedio de Vacios sin compactar 4.6

Ensayos que evalan las caractersticas del llenante mineral de aporte Peso Unitario del llenante en tolueno

La tabla 18 muestra los datos correspondientes al peso unitario del llenante en tolueno, el valor se calcula con la expresin:

B =Tabla 16 Peso unitario del llenante en tolueno

P V

Lectura

Peso P (g)

Volumen V (ml) 13 13 13

PB (g/cm3)

PB Promedio (g/ml)

1 2 3

10.00 10.00 10.00

0.77 0.77 0.77

0.77

Concentracin critica del llenante mineral Se calcula la concentracin crtica del llenante mediante la frmula:

CS =

P V Gsb


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18

Debido a la naturaleza del llenante mineral de aporte el peso especfico del material combinado se realizo por el mtodo del frasco de Le Chatelier

Tabla 17 Peso especifico del llenante mineral

DETERMINACIN No. Temperatura de ensayo Peso del matraz + agua Peso del matraz + muestra+ agua a Peso de la muestra seca Volumen de la muestra

(C) W2 (g) W1 (g) Wo, (g) Wo + W2 - W1

1 24.6 278.9 324.5 71.0 25.4 2.795 0.99756 2.788

2 246 280.7 329.2 75.6 27.1 2.790 0.99756 2.783

Gravedad especifica de la muestra Gs = Wo / (Wo+W2-W1) Factor de correccin de acuerdo a temperatura Gravedad especifica a 20C K Gs = Gs x K

El valor promedio del peso especfico del llenante es de 2.786

Tabla 18 Concentracin critica del llenante

Lectura

Peso P (g)

Volumen V (ml) 11 11 11

Gsb

CS

1 2 3

9.0 9,0 9.5 Promedio

2.786

0.293 0.293 0.310 0.299

Este valor debe ser comparado con la concentracin real en volumen calculada con la siguiente expresin:

CV =

Tabla 21 Relacin entre la concentracin real en volumen y la concentracin critica

F F+A

% de Asfalto 4 4.5 5 5.5 6

G Bulk 2374 2397 2420 2453 2461

F0.043 0.043 0.043 0.043 0.043

A0.093 0.106 0.119 0.133 0.146

Cv0.313 0.287 0.265 0.246 0.229

Cv/Cs1.05 0.96 0.89 0.82 0.77

Vacios en el llenante compactado en seco Se calcula el porcentaje de vacios frmula: del llenante compactado en seco mediante la


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19

Vacios = 1

P a e Gsb

Tabla 22 % de vacios del llenante compactado en seco

DETERMINACIN No. Masa del cilindro mas pistn, (g) rea del cilindro a (cm) Lectura inicial del llenante (cm) Masa del cilindro mas piston mas muestra (g) Lectura final del llenante e (cm) Masa del llenante P (g) Gravedad especifica del llenante Gs Porcentaje de vacios del llenante compactado en seco

1

2 865.1 5.027

3

1.76 874.5 1.18 9.4

1.82 874.9 1.25 9.8 2.786

1.79 873.9 1.08 8.8

0.43

0.44

0.42

El valor promedio de vacios del llenante compactado en seco es de 43%


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20

5. CARACTERIZACION DEL LIGANTE BITUMINOSO 5.1 Propiedades fisicoqumicas (Ensayos externos- Corasfaltos)

Los valores de las propiedades fisicoqumicas del asfalto se presentan en la tabla 23, comparados con los valores exigidos por el INVIAS Artculo 400-07:Tabla 23 Propiedades Fsico mecnicas del asfalto

Propiedad Penetracin a 25C, 100 g y 5 s (0.1 mm) Punto de ablandamiento (C) ndice de penetracin Peso especfico, 25/25C Viscosidad rotacional a 60C (Poise) Prdida de masa (%) Punto de Chispa C Ductilidad (25C, 5 cm/min) Contenido de Agua (%) Solubilidad en tricloroetileno Penetracin Residual (%)

Valor 67 47.4 -0.79 1.018 2173 0.401 277 Mayor de 140 0.0 99.95 55.7

Especificacin Mn. Mx. 60 70 - 1.0 + 1.0 1500 1.0 230 100 0.2 99 52 -

Los valores de temperatura de mezcla y compactacin para asfalto se reportan en la tabla 24.Tabla 19 Temperaturas optimas de mezcla y compactacin en laboratorio

Temperatura Mezcla Compactacin

Valor (C) 151 - 157 140 - 145


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21

6. DISEO DE LA MEZCLA ASFALTICA 6.1 Seleccin de la gradacin de diseo Teniendo en cuenta los requerimientos del artculo 450-07 del Instituto Nacional de Vas, se determin la combinacin ptima de diseo que satisface los criterios granulomtricos y de empaquetamiento de los agregados ptreos en la mezcla (Mtodo Bailey). En cuanto a gradacin la combinacin de agregados ptreos esta deber satisfacer la franja granulomtrica correspondiente a la mezcla MDC-2, la tabla 25 y la muestra los valores limites correspondientes a esta gradacin de acuerdo a requerimientos del INVIAS tabla 450.2.

Tabla 20 Franja granulomtrica para mezcla asfltica en caliente INVIAS-2007

TIPO DE MEZCA DENSA MDC-2

19.0 100

12.5 80-95

TAMIZ (mm / U.S. Standard) 9.5 4.75 2.00 0.425 N4 N10 N40 % PASA 70-88 49-65 29-45 14-25

0.180 N80 8-17

0.075 N200 4-8

Tabla 26Dosificacin de agregados ptreos

Clase Agregado Grueso Agregado Grueso Agregado Fino Agregado Fino Agregado Fino

Referencia CA-2 CA-3 FA-1 FA-2 FA-3

Descripcin Triturado de Triturado de Arena triturada < Arena triturada lavada < 5 mm Arena lavada < 2.5 mm

Proporcin 20.0 3.7 55.0 9.3 12.0

Ilustracin 2 Gradacin de diseo


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22

CURVA GRANULOMETRICA

100 90 80 70 % PASA 60 50 40 30 20 10 0 3/4 1/2 3/8 N N 10 N 40 N 80 N2 ABERTURA (mm )

La tabla 27 muestra los valores obtenidos de % de pasa para la combinacin de agregados ptreos de diseo.Tabla 21 Franja Interna de la Frmula de trabajo

TIPO DE MEZCA DENSA MDC-2 Combinacin Franja Interna

19.0 100 100 100

12.5 80-95 90 86-94

TAMIZ (mm / U.S. Standard) 9.5 4.75 2.00 0.425 N4 N10 N40 % PASA 70-88 49-65 29-45 14-25 82 57 36 19 78-86 53-61 33-39 16-22

0.180 N80 8-17 12 9-15

0.075 N200 4-8 5.2 4.2-6.2

6.2 Diseo Volumtrico de la mezcla asfltica por medio del Mtodo Marshall Con base en los requerimientos de la tabla 450.4 de la especificacin INVIAS se disea la mezcla asfltica, con 5 porcentajes de asfalto desde 4.0 a 6.0 variando cada 0.5% y tomando como criterio de seleccin una mezcla asfltica tipo MDC-2 destinada para rodadura con nivel de transito NT3. La tabla 28 muestra los requisitos de diseo de la mezcla asfltica.


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23

Tabla 22 Criterios para el diseo Marshall

CARACTERISTICA Compactacion (golpes por cara) Estabilidad mnima (kg-f) Flujo (mm) Vacios con aire (%) Vacios en agregado mineral (%) Vacios llenos de asfalto (%) Relacin llenante / Asfalto efectivo Concentracin del llenante Relacin Estabilidad/Flujo (kg/mm)

NORMA DE ENSAYO INV E-748 E-748 E-748 E-799 y E-748 E-799 y E-748 E-799 y E-748 E-799 E-745 E-748

VALOR DE REFERENCIA 75 900 2 3.5 46 15 65 - 75 0.8 - 1.2 Valor critico 300 - 600

Peso especifico terico mximo de mezclas asflticas Una vez se han definido los porcentajes de asfalto para el diseo (4,0 a 6.0% variando cada 0,5%) se realizan las mezclas asflticas y se determina el peso especifico terico mximo de la mezcla, as como la funcin Rice la cual relaciona el Peso especifico con el porcentaje de asfalto.Tabla 23 Peso especifico mximo medido

% DE ASFALTO

Peso Material (g)

4.0 4.5 5.0 5.5 6.0

2012.8 2039.6 2024.3 2060.0 2033.3

Peso Picnmetro + Mezcla +Agua (g) 8634.2 8644.2 8628.6 8643.4 8622.4

Peso Picnmetro + Agua (g) 7391.9 7391.9 7391.7 7391.9 7391.9

GMM

GMM ajustado

2.612 2.591 2.571 2.548 2.533

2.611 2.591 2.571 2.551 2.531

La ecuacin que relaciona el peso especfico terico mximo de la mezcla asfltica con el porcentaje de asfalto es: Gmm = -0.040*% Asfalto + 2.773 Calculo del Asfalto efectivo De acuerdo a la normativa INV E-799-07 se determinan el peso especfico efectivo del agregado ptreo


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24

= Aplicando la formula tenemos: = . (

. . .

= .

Con este valor se calcula el porcentaje de asfalto absorbido Pba = ) %

=

.

.

( .

. . = .

)

%= .

%

Con este valor se calcula el porcentaje efectivo de asfalto

= .

%

. %

= .

%

Determinacin del ndice de Pelcula de Asfalto De acuerdo a la norma de ensayo INV E-741-07 se determina el espesor en micras (m) de la pelcula de asfalto que recubre los agregados ptreos con base en la frmula del AUSTROROADS = 100 2.65 10

En donde:

Pb es el % de Asfalto en peso Dsb es la densidad bulk de los agregados combinados en T/m3 Db es la densidad del asfalto a 25C en T/m3


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25

Pbe es el % de asfalto efectivo en peso en la mezcla

A: es el rea superficial de los agregados combinados en m2/kg, la cual es calculada a partir de la siguiente expresin: = + . + . + . + . + . + . + . ) .

En donde:

a es el porcentaje de pasa de la malla de 4.75 mm (tamiz N4) b es el porcentaje de pasa de la malla de 2.36 mm (tamiz N8) c es el porcentaje de pasa de la malla de 1.18 mm (tamiz N16) d es el porcentaje de pasa de la malla de 0.60 mm (tamiz N30) e es el porcentaje de pasa de la malla de 0.30 mm (tamiz N50) f es el porcentaje de pasa de la malla de 0.15 mm (tamiz N100) g es el porcentaje de pasa de la malla de 0.075 mm (tamiz N200)

Reemplazando los porcentajes de pasa tenemos: = 2 + 0.02 58.6 + 0.04 41.2 + 0.08 30.8 + 0.14 22.1 + 0.30 16.8 + 0.60 10.0 + 1.60 5.0) 0.20482 = 6.09 = Se calcula el IPL (ndice de Pelcula de Ligante) 4.63 2.751 10 = 8.18 100 5.2 2.65 6.09 1.018

En el anexo C se muestran los valores obtenidos en el ensayo MarshallTabla 24 Caractersticas obtenidas en el ptimo de asfalto

CARACTERISTICA Estabilidad mnima (kg-f) Flujo (mm) Vacios con aire (%) Vacios en agregado mineral (%) Vacios llenos de asfalto (%) Relacin llenante / Asfalto efectivo Concentracin del llenante Estabilidad/Flujo (kg/mm)

< 0.31 300 - 600

0.258 503


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26

VALOR DE REFERENCIA 900 2 3.5 46 15 65 - 75 0.8 - 1.2

VALOR AL OPTIMO 1620 3.22 4.8 15.4 71.2 1.15

Las ilustraciones 4 a 15 muestran los resultados del diseo Marshall de cada una de las propiedades de la mezcla.ESTABILIDAD vs % DE ASFALTO1900

1800 1700ESTABILIDAD Kg

1600 1500

1400

1300 3.5 4 4.5 5 5.5 6 6.5

% DE ASFALTO

Ilustracin 4 Estabilidad Vs % de Asfalto

FLUJO vs % DE ASFALTO

4

FLUJO (mm)

3.5

3

2.5 3.5 4 4.5 5 5.5 6 6.5

Ilustracin 5 Flujo Vs % de Asfalto


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27

% DE ASFALTO

RIGIDEZ MARSHALL vs % DE ASFALTO550

Rigidez (kg/mm)

500

450

400

350 3.5 4 4.5 5 5.5 6 6.5

% DE ASFALTO

Ilustracin 6 Relacin Estabilidad/Flujo Vs % de Asfalto

ESTABILIDAD vs % DE ASFALTO1800 1700

ESTABILIDAD Kg

1600 1500 1400 1300 1200 1100 3.5 4 4.5 5 5.5 6 6.5

% DE ASFALTO

Ilustracin 7 Estabilidades individuales Vs % de Asfalto


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28

DENSIDAD vs % DE ASFALTODENSIDAD BULK (Kg/m)2480 2460 2440 2420 2400 2380 2360 3.5 4 4.5

% DE ASFALTO

5

5.5

6

6.5

Ilustracin 8 Densidad Vs % de Asfalto

GMM vs % DE ASFALTO

2.63 2.61 2.59

GMM

2.57 2.55 2.53 2.51 3.5 4 4.5 5 5.5 6 6.5

% DE ASFALTO

Ilustracin 9 Peso especifico Rice Vs % de Asfalto


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29

VACIOS CON AIRE vs % DE ASFALTO

10 9 8 7 6% VTM

5 4 3 2 1 0 3.5 4 4.5 5 5.5 6 6.5

% DE ASFALTO

Ilustracin 10 Vacios con aire Vs % de Asfalto

VACIOS EN AGREGADOS MINERALES vs % DE ASFALTO

17.5

17

% VAM

16.5

16

15.5

15 3.5 4 4.5 5 5.5 6 6.5

% DE ASFALTO

Ilustracin 11 Vacios en Agregado Mineral Vs % de Asfalto


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30

VACIOS CON ASFALTO vs % DE ASFALTO

100 95 90 85 80

% VFA

75 70 65 60 55 50 45 40 3.5 4 4.5 5 5.5 6 6.5

% DE ASFALTO

Ilustracin 12 Vacios llenos con asfalto Vs % de Asfalto

FILLER/ASFALTO EFECTIVO vs % DE ASFALTO

FILLER/ASFALTO EFECTIVO

1.6 1.5 1.4 1.3 1.2 1.1 1 0.9 0.8 3.5 4 4.5 5 5.5 6 6.5

% DE ASFALTO

Ilustracin 13 Relacin Llenante/ligante efectivo Vs % de Asfalto


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31

Cv/Cs vs % DE ASFALTO

1.1

1

Cv/Cs

0.9

0.8

0.7

0.6 3.5 4 4.5 5 5.5 6 6.5

% DE ASFALTO

Ilustracin 14 Relacin Concentracin real / critica Vs % de Asfalto IPA vs % DE ASFALTO

12INDICE DE PELICULA DE ASFALTO

11 10 9 8 7 6 5 4 3.5 4 4.5 5 5.5 6 6.5

% DE ASFALTO

Ilustracin 15 ndice de pelcula de asfalto Vs % de Asfalto

6.3 Susceptibilidad a la humedad mediante la prueba de traccin Indirecta La tabla 30 muestra los resultados de la mezcla asfltica tipo MDC-2 evaluada conforme a la frmula de trabajo.


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32

Tabla 25 Susceptibilidad a la humedad TSR

SUSCEPTIBILIDAD A LA HUMEDAD DE MEZCLAS ASFALTICAS (TSR) SUBGRUPO HUMEDO Resistencia % % a la Densidad % Vacos Probeta Saturacin Saturacin Traccin Bulk con aire Inicial Final Indirecta (kPa) 1 2.388 6.48 41.1 34.85 900.3 2 2.382 6.72 88.4 73.34 940.7 3 2.389 6.42 60.0 53.34 951.9 4 2.388 6.48 50.3 44.39 843.9 Promedio 6.5 60.0 51.5 909 Diferencia de 2 resultados Desviacin Estndar (kPa) 48.81 107.90 (kPa) SUBGRUPO SECO 5 2.397 6.09 1105.3 6 2.392 6.29 1147.0 7 2.396 6.15 No aplica 1135.0 8 2.393 6.26 1066.4 Promedio 6.2 1113 Diferencia de 2 resultados Desviacin Estndar (kPa) 35.94 80.61 (kPa) Valor de Relacin de esfuerzos a traccin (TSR %) = 82% Inspeccin Visual: No se evidencia desprendimiento y/o fracturamiento % de expansin Inicial = 1.33% % de expansin final = 1.31%

Se evidencia el cumplimiento de resistencia a la humedad al obtenerse un valor superior al 80% especificado por el INVIAS en su numeral 450.4.2.2, para garantizar una buena resistencia al desprendimiento se uso aditivo mejorador de adherencia Adhere HP-PLUS al 0.8% en peso con respecto al peso total del asfalto.


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33

ANEXOS ANEXO A. ANEXO B. ANEXO C. ANEXO D. ENSAYOS SOBRE AGREGADOS PETREOS FICHA TECNICA DEL ASFALTO HOJA DE DATOS MARSHALL SUSCEPTIBILIDAD A LA HUMEDAD (TRACCION INDIRECTA)


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34

diseno mezcla asfaltico paso a paso

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