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PAVIMENTOSPAVIMENTOS
DPTO. ACADÉMICO DE MECÁNICADPTO. ACADÉMICO DE MECÁNICA
DE SUELOSDE SUELOS
Ing. LuisaIng. Luisa ShuanShuan LucasLucas
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PavimentoPavimento
EstructuraEstructura queque descansadescansa sobresobre elel terrenoterreno dedefundación,fundación, formadoformado porpor capascapas horizontaleshorizontales dede
espesoresespesores variablesvariables dede acuerdoacuerdo alal diseñodiseño.. LasLas capascapas sese construyenconstruyen compactadascompactadas yy concon
materialesmateriales apropiadosapropiados
EstaEsta construidoconstruido parapara soportarsoportar cargascargas est ticasest ticas yymóvilesmóviles porpor unun tiempotiempo determinadodeterminado
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Partes de un PavimentoPartes de un Pavimento
Terreno natural
Base
Subbase
Capa asfaltica
Terreno natural
Subbase
Subrasante
Losa de concreto
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TiposTipos de pavimentosde pavimentos
TienenTienen una base flexible óuna base flexible ó semirígidasemirígida sobre la cualsobre la cualse ha construido una capa de rodamiento formadase ha construido una capa de rodamiento formadapor una mezcla bituminosa de alquitrán o asfalto.por una mezcla bituminosa de alquitrán o asfalto.
SUBBASE
RODADURA
BASE
SUBRASANTE MEJORADA
SUBRASANTE
PAVIMENTO
FLEXIBLE
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Son aquellos en los cuales su capa deSon aquellos en los cuales su capa derodamiento esta formada por concreto derodamiento esta formada por concreto de
cementocemento PórtlandPórtland..
TiposTipos de pavimentosde pavimentos
SUBBASE
LOSA
SUBRASANTE
PAVIMENTO
RÍGIDO
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HRHF
CONCRETO ASFALTO
COMPARACIÓN DE LA DISTRIBUCIÓN DE CARGAS ENCOMPARACIÓN DE LA DISTRIBUCIÓN DE CARGAS ENPAVIMENTOS EQUIVALENTESPAVIMENTOS EQUIVALENTES
ÁREA GRANDEDE DISTRIBUCIÓNDE CARGA
Esfuerzos Pequeñosen subrasante Esfuerzos grandes
en subrasante
ÁREA PEQUEÑADE DISTRIBUCIÓNDE CARGA
Grandes deformacionesPequeñas deformaciones
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Mayor tiempo deduración hasta 40años
Menor costo deconstrucción
Duración de 10 a 15
RÍGIDO FLEXIBLE
COMPARACIÓNCOMPARACIÓN
Menor gasto demantenimiento
Mayor costo de
construcción
No toleratemperatura extremas
Requiere obras de
drenaje
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CarreterasCarreteras
pavimentadas enpavimentadas enelel perúperú
Carreteras pavimentadas a nivelmundial al año 2006FUENTE: BANCO MUNDIAL
Perú 13.9%Perú 13.9%Ecuador 14.8 %Ecuador 14.8 %
México 38.2%México 38.2%
Suiza 100%Suiza 100%
Reino Unido 100%Reino Unido 100%
Japón 91.6 %Japón 91.6 %
China 66 %China 66 %
Japón 79.3%Japón 79.3%
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DISEÑO DE PAVIMENTOSDISEÑO DE PAVIMENTOS
FUNDACIÓN
TRÁFICO
MATERIALES
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FUNDACIÓN Placa de Carga,CBR, FWD
DISEÑO DE PAVIMENTOS DEDISEÑO DE PAVIMENTOS DECONCRETOCONCRETO
TR FICO
CONCRETO
on eo yclasificación
Mr, f´c
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DISEÑO DE PAVIMENTOSDISEÑO DE PAVIMENTOS
DE CONCRETODE CONCRETO
PLACA DE CARGAPLACA DE CARGA
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a t o , p
PLACA DE CARGAPLACA DE CARGA
Medida directa del valor elástico-estáticodel Módulo k de Reacción de la Sub-
rasante ó coeficiente de balasto
DISEÑO DE PAVIMENTOSDISEÑO DE PAVIMENTOSDE CONCRETODE CONCRETO
∆ = 1.25 mm (0.05 in)
k = p / ∆
P r e s
i ó n
e n
e l P
l
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SUBSUB--BASESBASES Dar soporte uniforme y constanteDar soporte uniforme y constante Evitar el bombeoEvitar el bombeo Controlar las variacionesControlar las variaciones
volumétricas de lavolumétricas de la subrasantesubrasante
DISEÑO DE PAVIMENTOS DE CONCRETODISEÑO DE PAVIMENTOS DE CONCRETO
TipoTiposubbasesubbase
la fundaciónla fundaciónCONCRETOCONCRETO
La resistencia que se especifica paraLa resistencia que se especifica paralos pavimentos de concreto es la delos pavimentos de concreto es la detracción por flexión (tracción por flexión (MrMr) ASTM C78) ASTM C78
Generalmente se adoptan valores: 3,8Generalmente se adoptan valores: 3,8
-- 5,05,0 MPaMPa
EspesorEspesorde losade losa
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FUNDACIÓN
DISEÑO DE PAVIMENTOSDISEÑO DE PAVIMENTOSFLEXIBLESFLEXIBLES
CBR Subrasante
TR FICO
Estructura
v u ,ejes equivalentes
Espesor capa base,subbase, caparodadura
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CAUSAS DE LA DEGRADACIÓN DE UNCAUSAS DE LA DEGRADACIÓN DE UN
PAVIMENTOPAVIMENTO ASFÁLTICOASFÁLTICO
El tráfico.El tráfico. Condiciones de humedad yCondiciones de humedad y
saturación, consecuenciassaturación, consecuencias..
Dimensionamiento de la estructuraDimensionamiento de la estructuradel pavimentodel pavimento Calidad de los materiales de suCalidad de los materiales de su
control y puesta en obra.control y puesta en obra.
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Estudio Geotécnico paraEstudio Geotécnico parapavimentospavimentos
Exploración geotécnicaExploración geotécnica
I n ifi i n l r iI n ifi i n l r i
comportamiento.comportamiento. Ensayos de laboratorioEnsayos de laboratorio
Diseño y recomendacionesDiseño y recomendaciones
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Objetivos del Análisis GeotécnicoObjetivos del Análisis Geotécnico
Establecer las condiciones geológicas. Clasificación, localización y propiedades
ingenieriles de los materiales dentro delárea. Presencia de suelos es eciales. Prevenir cualquier problema que puedapresentarse durante o después de laconstrucción.
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Roca
• En general buena Resistenciay comportamiento:
-Ignea buena-Sedimentarias regular-Lutitas sensibles al agua-Pizarras deleznables
RECONOCIMIENTO DEL TERRENO DE FUNDACIONRECONOCIMIENTO DEL TERRENO DE FUNDACION
Terreno
Suelo
•Gravas, arenas y limos , es decir, suelosfriccionantes tienen capacidad de cargageneralmente suficiente y características decompresibilidad que no generan
asentamientos considerables.
•Arenas y limos muy sueltos puedenpresentar problemas de asentamiento yerosión; pero dependerá del tipo de carga queeste soportando la vía.
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Exploración Geotécnica en las Vías deExploración Geotécnica en las Vías deTransporteTransporte
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Exploración Geotécnica en las Vías deExploración Geotécnica en las Vías deTransporteTransporte
FOTO ARCHIVO Ing. Luisa Shuan
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Propiedades físicas predominantes:-- Distribución granulométrica- Forma de partículas
SUELOS GRANULARESSUELOS GRANULARES
Bloques - Boleos - Gravas – ArenasResistencia basada en característicasResistencia basada en características físicas:físicas:
- Tamaño m ximo- Densidad relativa
ArenaGrava
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SUELOS GRANULARESSUELOS GRANULARES
Buena capacidad de soporte deBuena capacidad de soporte desubrasantesubrasante..
Buen drenaje.Buen drenaje.
Buen comportamiento enBuen comportamiento enterraplenados .terraplenados .
Gravas ideal para canterasGravas ideal para canteras
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Arcilla, limo, limo arcillosos.Propiedades físicas predominantes::
- Plasticidad
SUELOS FINOSSUELOS FINOS
-- Consistencia in situ
Materiales asociados a problemasen subrasantes: expansión,compresibilidad, etc.
FOTO ARCHIVO Ing. Luisa Shuan
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PlasticidadPlasticidad eses lala propiedadpropiedad deldelsuelosuelo finofino queque lele permitepermite ser ser moldeadomoldeadoyy soportar soportar deformacionesdeformaciones rápidasrápidas..
LaLa consistenciaconsistencia plásticaplástica eses unaunapropiedadpropiedad dede loslos suelossuelos finosfinos yydependedepende deldel contenidocontenido dede humedadhumedad..
A mayor plasticidadmenor calidad como
subrasante.
SUELOS FINOSSUELOS FINOS
Baja capacidad de soporteBaja capacidad de soportedede subrasantesubrasante..
Mal drenaje.Mal drenaje.
Mal comportamiento enMal comportamiento enterraplenados, requiereterraplenados, requiereestabilización.estabilización.
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ENSAYOSENSAYOS DE LABORATORIO PARADE LABORATORIO PARAPAVIMENTOSPAVIMENTOS
Clasificación y propiedades índice de losClasificación y propiedades índice de lossuelossuelos. . .. . .
Ensayos de calidad en materiales deEnsayos de calidad en materiales decanteracantera
Compactación y controles durante laCompactación y controles durante laconstrucciónconstrucción
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Granulometría
Límite lí uido límite lástico
Ensayos de ClasificaciónEnsayos de Clasificación y propiedadesy propiedades
índice de los suelosíndice de los suelos
Humedad Natural, peso unitario y otros
Clasificación de suelos SUCS Y AASHTO
ANÁLISIS GRANULOMÉTRICO POR
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EQUIPOEQUIPO –– TAMICESTAMICES
ANÁLISIS GRANULOMÉTRICO PORTAMIZADO
Á É
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ANÁLISIS GRANULOMÉTRICO POR TAMIZADO
ÉÉRepresentación gráfica delRepresentación gráfica del
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CURVA GRANULOMÉTRICACURVA GRANULOMÉTRICAp gp g
análisis granulométrico enanálisis granulométrico enescalaescala semilogarítmicasemilogarítmica
Á É
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ANÁLISIS GRANULOMÉTRICO POR TAMIZADO
Gravas:Gravas:PasaPasa TamízTamíz 3 “ (75mm) y retiene3 “ (75mm) y retieneTamízTamíz Nº 4 (4.75mmNº 4 (4.75mm))
Arena gruesa:Arena gruesa:
Partículas de diámetro entrePartículas de diámetro entre4.754.75(Nº4)(Nº4) y 2.00mmy 2.00mm(Nº10)(Nº10)
ArenaArena mediamedia::
PasaPasa tamíztamíz Nº 10 (Nº 10 ( 2.002.00mm)mm) yyRetiene Nº 40 0.425mmRetiene Nº 40 0.425mm
ÍÍ
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Estado semilíquido estado plástico estado semisólido estado solido
L.L. L.P. L.C.
ω
aumenta
LÍMITES DE ATTERBERGLÍMITES DE ATTERBERG
LÍMITE LÍQUIDO LÍMITE PLÁSTICO
CBRCBR
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CBR CBR CALIFORNIA BEARING RATIO ASTM D1883
El CBR, está definido como el esfuerzo requerido para que unpistón normalizado penetre en el suelo a una profundidad
determinada, comparado con el esfuerzo requerido para que elpistón penetre hasta esa misma profundidad en una muestra patrónconsistente en piedra chancada.
=
Carga unitaria patrónPenetración Carga unitaria patrón
mm Pulgada Mpa Kg/cm2 psi
2,54 0,1 6,90 70,00 1000
5,08 0,2 10,30 105,00 1500
7,62 0,3 13,10 133,00 1900
10,16 0,4 15,80 162,00 230012,7 0,5 17,90 183,00 2600
El CBR se calcula para una penetración de 0.1” , siempre que sea mayor que el CBR para 0.2P pulg. Se acepta el mayor entre ambos.
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Los ensayos de CBR seLos ensayos de CBR sehacen usualmente sobrehacen usualmente sobremuestras compactadasmuestras compactadasal contenido deal contenido dehumedad óptimo para elhumedad óptimo para elsuelosuelo determinado condeterminado conelel ensayo deensayo decom actacióncom actación
CURVA
Presión (Lb/pulg.2) Vs.Penetración (pulg.)
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CBRClasificación
general usos
Sistema de Clasificación
Unificado AASHTO
0 - 3 muy pobre subrasante OH,CH,MH,OL A5,A6,A73 - 7 pobre a regular subrasante OH,CH,MH,OL A4,A5,A6,A7
Clasificación de suelos para uso en
Pavimentos según C.B.R.
- regu ar su - ase , , , A2,A4,A6,A7
SM,SP
20 - 50 bueno base,subbase GM,GC,W,SM A1b,A2-5,A3
SP,GP A2-6
> 50 excelente base GW,GM A1-a,A2-4,A3
COMPACTACIÓN DEL SUELOCOMPACTACIÓN DEL SUELO
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La compactación depende de varios factores como:- Tipo de suelo- Distribución granulométrica
- Forma de partículas- Energía de compactación
COMPACTACIÓN DEL SUELOCOMPACTACIÓN DEL SUELO
-
Vv2
VsVs
Vv1
Vv1 > Vv2
γ γγ γ d1 < γ γγ γ d2
MétodosMétodos dede CompactaciónCompactación dede laboratoriolaboratorio
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MétodosMétodos dede CompactaciónCompactación dede laboratoriolaboratorio
Dinámicos (impacto)Ensayo ProctorMateriales < ¾ ’’
Por AmasadoEnsayo Mini-HarvardMateriales <Nº10 (2mm),compactacion en capas poraccion del émbolo .
Por VibraciónPara arenas, usode mesavibratoria
Ensayo - Proctor Modificado
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ENSAYO - Proctor Modificado
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ω γ
+=1
m
d
CURVA DENSIDAD SECA vs HUMEDAD
2.220
2.260
2.300
c a ( g r / c m
3 )
ENSAYO - Proctor Modificado
2.100
2.140
2.180
0.0 2.0 4.0 6.0 8.0 10.0 12.0 14.0
Humedad (%)
D e n s i d a d
S
Determinar: γ dmáx = Densidad Seca Máxima
O.C.H = Optimo contenido de humedad
CompactaciónCompactación de campode campo
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pp pp
GradoGrado dede CompactaciónCompactación ((GcGc))
100(%) ⋅=dmáx
d
cG γ
RODILLO PATA DE CABRA: Compactación en
suelos finos por amasado.RODILLO LISO: Compactación ensuelos granulares por presión.
DeterminaciónDeterminación de lade la densidaddensidad de Campode Campo
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DeterminaciónDeterminación de lade la densidaddensidad de Campode Campo
Método nuclear Basados en una fuenteemisora radioactiva de rayos γ ,
Método del Cono y la ArenaMétodo destructivo.
ENSAYOS EN ASFALTOSENSAYOS EN ASFALTOS
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ENSAYOS EN ASFALTOSENSAYOS EN ASFALTOS
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C ió d lC ió d l
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VentajasVentajas DesventajasDesventajas
Proceso de
curado
Mezclas
Aplicacion
Aplicacion
Costocombustible yCostocombustible y Por enfriamiento
Tipo deasfalto
Comparación de mezclas enComparación de mezclas encaliente, diluídos y emulsionescaliente, diluídos y emulsiones
energiaenergia
Diluídos TrabajabilidadTrabajabilidad ContaminacionContaminacionAtmosfericaAtmosferica
Evaporacion delsolvente
Emulsion
menor costo
menor consumo deenergiaNo contaminante
menor costo
menor consumo deenergiaNo contaminante
Emulsion debemanejarse concuidado
Emulsion debemanejarse concuidado
Rompimiento,Coalescencia,Expulsionagua
ENSAYO DE AFINIDAD
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ENSAYO DEENSAYO DEADHERENCIAADHERENCIA
AGREGADO GRUESOAGREGADO GRUESO
AGREGADO - ASFALTO
ENSAYO DE RIEDEL WEBERENSAYO DE RIEDEL WEBERENSAYO DE AFINIDAD
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AGREGADO FINOAGREGADO FINO AGREGADO - ASFALTO
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CANTERAS DE MATERIALCANTERAS DE MATERIALDE PRÉSTAMODE PRÉSTAMO
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CANTERASCANTERAS
FOTOS ARCHIVO Ing. Luisa Shuan
CRITERIOS PARA
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Calidad del material extraíble de acuerdo al
usoLugar accesible y explotable porprocedimientos menos costosos
SELECCIONAR UNA CANTERA
Mínima distancia de acarreo a obraTratamiento mínimo para su utilizaciónEvitar que la explotación no genere problemaslegales o perjudique a los habitantes de unaregión.Evitar el impacto ambiental negativo quepueda afectar la flora, fauna y medio ambiente
- Afloramientos rocosos a cielo
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Afloramientos rocosos a cielo
abierto y profundo
- Depósitos Coluviales-Residuales
- Lechos de ríoUBICACIÓN DE
CANTERAS
- Depósitos eólicos (dunas)
•Naturaleza del depósito, geología, estratigrafia, ubic. N.F.
• Volumen disponible• Propiedades , cumplimiento de especificaciones.•Posibles usos.•Accesos, medios de explotación
PARÁMETROS CUALITATIVOS DEL MATERIAL
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CARAS DE FRACTURAPuede requerir chancadopara su utilización
ANGULOSIDADDepende del origen y proceso
GRANULAR
PUREZA•Presencia de impurezas
orgánicas, arcilla o limos.Puede ser necesarioprocesar el material natural
.
rango de angulosas aredondeadasFORMA•Relación geométrica entre longitud,ancho y espesor. Descripción comopartículas, chatas, alargada, chatas yalargadas
•El contenido en exceso de partículaschatas y alargadas es no deseable
DUREZAResistencia a laabrasión, depende dela roca madre
ANGULOSIDAD TÍPICA DE LOS GRANOS
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CANTERA DE ROCA
SEDIMENTARIA
USO : AFIRMADO
FOTO ARCHIVO Ing. Luisa Shuan
CANTERA DE ROCAÍGNEA
USO : AFIRMADO
FOTO ARCHIVO Ing. Luisa Shuan
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CANTERA DE LECHO DERÍO (FLUVIAL)
USO :AGREGADO PARA
CONCRETO
CANTERA: RÍO MANTARO
CANTERA DE MATERIALRESIDUAL
USO : AFIRMADO
FOTO ARCHIVO Ing. Luisa Shuan
FOTO ARCHIVO Ing. Luisa Shuan
PROYECTO : MANTENIMIENTO PERIÓDICO DE LA CARRETERA ISCOZACÍN - BELLA ESPERANZA - PUERTO BERMUDEZTRAMO : TRAMO II : BELLA ESPERANZA - PUERTO BERMUDEZ
1. DATOS GENERALES
FICHA DE CANTERA
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1. DATOS GENERALES
DENOMINACIÓN DE
LA CANTERA
UBICACIÓN Km. 40 + 540 DISTANCIA AL EJE ( m )a 20 m del ejede la carretera
PROPIETARIO -- USOS RENDIMIENTO (%) TRATAMIENTO
LADO DERECHO SB 90 E, Tp, Ts,Z,M
PERIODO DE EXPLOTACION TODO EL AÑO BG 90 E,Tp, Ts, Z, M
MSR 90 E,Tp, Ts, Z, M
ACCESO (m) Favorable ,carretera MCCP 85 E,Tp, Ts, Z y MPOTENCIA ( m3 ) 125,000 R 95 E,Tp,Z,M
Explosivos X LEYENDA:
Tractor X SB : Sub Base
Cargador X BG : Base Granular
CANTERA Km. 40+540
EXPLOTACIÓN
R : Relleno
2. CARACTERÍSTICAS DE LOS AGREGADOS MSR : Mejoramiento Subrasante
MACS : Mezcla asfáltica en caliente de SuperficieMATERIAL MCCP : Mezcla de Concreto con Cemento Portland
FORMA N : Explotacion directa eliminando partículas mayores de 2"
TEXTURA SUPERF. E : Explosivos
CARAS DE FRACT. Z : Zarandeo
COLOR Tp : Triturado Primario
DUREZA Ts : Triturado SecundarioM : Mezclado
3. ENSAYOS S : Secado
A : Aditivo mejorador de adherencia tipo AminaL. Líquido N°40 (ASTM D 4318) (%) 22,1 F : Filler (Cal hidratada)
L. Plástico N°40 (ASTM D 4318) (%) N.P.I. Plástico N°40 (ASTM D 4318) (%) N.P.Clasificación SUCS GP-GMClasificación AASHTO A-1a (0)CBR (ASTM D 1883) (al 100% MDS) 108,1Abrasión (ASTM C 131) 32,3Equivalente Arena (ASTMD2419) (%) 36,5
4. OBSERVACIONES:Para la explotación eliminar la capa superficial intemperizada
Beige claroMedia
Subangulosa 100%Roca
rugosa-
ARCHIVO Ing. Luisa Shuan
ENSAYOS DE CALIDAD EN MATERIAL DE CANTERA
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ENSAYO Sub-base Base
Asfalto
Piedra Arena
Granulometria X X X X
Limites Atterberg X XX
Porctor modificado X X
C.B.R. X X
Abrasión X X X
Equivalente arena X XX
% Chatas y Alargadas X X X
% Caras de fractura X X X
Impurezas orgánicas X X X X
Durabilidad X X X X
Gravedad especifica y
absorcionX X
Peso unitario X X
Adherencia X
Riedel weber X
ENSAYOS DE ABRASIÓN – MÁQUINA DE LOS ANGELES ASTM C-131
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ENSAYOS DE ABRASIÓN –MÁQUINA DE LOS ANGELES ASTMC-131
Se coloca 5 kg deagregado y 12 esferas de400 gr. Aprox. en lamáquina de y se gira 500revoluciones.
ENSAYOS DE EQUIVALENTE ARENA
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ENSAYOS DE EQUIVALENTE ARENA
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Equivalente de arena (EA) = Lectura de arena * 10Lectura de arcilla
•Valores altos de equivalente arena indica el predominio del material granular
Valores bajos de equivalente arena indica el predomino de matriz con exceso definos que puede ser perjudicial.
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ENSAYOS DE PARTÍCULAS CHATAS Y ALARGADAS
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ENSAYOS DEPARTÍCULAS CHATASY ALARGADAS
FOTO ARCHIVO Ing. Luisa Shuan
Norma N N
Requerimientos
Altit d
Requerimientos Agregado Grueso
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EnsayoNorma
MTC
Norma
ASTM
Norma
AASHTO
Altitud
< Menor de 3000msnm
> 3000 msnm
Partículas con una carafracturada
MTC E 210 D 5821 80% min. 80% min.
Partículas con doscaras fracturadas
MTC E 210 D 5821 40% min. 50% min.
Abrasión Los Angeles MTC E 207 C 131 T 96 40% máx 40% maxPartículas Chatas yAlargadas (1)
MTC E 221 D 4791 15% máx. 15% máx.
Sales Solubles Totales MTC E 219 D 1888 0.5% máx. 0.5% máx.
Pérdida con Sulfato de Sodio
-.- m x.
Pérdida con Sulfato deMagnesio MTC E 209 C 88 T 104 -.- 18% máx.
Ensayo Norma
Requerimientos
< 3 000 m.s.n.m. > 3 000 m.s.n.m
Indice Plástico MTC E 111 4% máx 2% máx
Equivalente de arena MTC E 114 35% mín 45% mín
Sales solubles totales MTC E 219 0,55% máx 0,5% máx
Indice de durabilidad MTC E 214 35% mín 35% mín
Requerimientos Agregado Fino