metodologÍas aplicables en el desarrollo de playas de...

3

METODOLOGÍAS APLICABLES EN EL DESARROLLO DE PLAYAS DE ACTIVIDADES AGRÍCOLA-GANADERA

Becaria: Gladys Sosa.

Tutor: Julián Rivera.

Área Estudios del Transporte.

Año 2009

4

1. Introducción En la primera etapa de este trabajo se planteó el problema de que la Argentina cuenta con un gran número de localidades relacionadas con la actividad agrícola ganadera, a las cuales arriban vehículos de gran porte, generando conflicto en el tránsito y deterioro de la calzada. Como solución se propuso sacar el camión de la ciudad, dotándola para ello de una playa de estacionamiento (temporario o transitorio) con servicios e instalaciones necesarias. Como metodología se propuso la recopilación de antecedentes, el análisis de campo inicial, la selección del predio definitivo, la realización del relevamiento a nivel proyecto del predio seleccionado, el proyecto propiamente dicho, el relevamiento de la demanda, el relevamiento de la oferta y por último se llegó al programa de necesidades y diseño para la construcción de una playa para el transporte de carga, relacionado con la producción agrícola-ganadera.

2. Objetivo y Alcance El objetivo de este trabajo será profundizar los análisis de las diversas metodologías disponibles para la resolución de los pasos metodológicos detectados durante la primera etapa. Mediante estudios como éstos se puede, por ejemplo, establecer la ubicación óptima de estas playas, la cantidad de dársenas de estacionamiento necesarias a futuro para cubrir la demanda en una ciudad determinada, etc. En el trabajo en cuestión se tratan ambas temáticas.

3. Metodología Para Establecer el Predio Más Apropiado Se pretende el uso de una metodología que permita determinar en forma rápida y sencilla el punto óptimo de implantación de la playa de estacionamiento para camiones, para ser utilizada en estudios primarios o preliminares. Para ello se opta, por su simplicidad y adaptabilidad a la temática en cuestión, por un modelo del tipo de lista compensada de errores , el cual se procede a explicar y especificar a continuación. Conceptualmente el modelo consiste en evaluar las ventajas y desventajas de diversos predios seleccionados en forma preliminar, considerando diversos factores y su incidencia en la toma de decisión. Para poder aplicar este modelo en principio se debe seleccionar una serie de puntos de la ciudad en donde las geometrías, servicios, etc., indiquen la posibilidad de establecer la playa. Paso seguido, se instrumenta una puntuación para cada uno de estos puntos en cuanto a los factores decisivos , que va desde 1 (uno) en el caso más desfavorable, hasta 5 (cinco) en el estado óptimo. El listado de factores decisivos recomendados (pueden seleccionarse algunos diferentes en cuestión de particularidades propias del lugar en estudio) con su correspondiente ponderación recomendada (nuevamente esta ponderación puede modificarse en función de particularidades) es: - dimensiones del predio (4 puntos) - accesos que rodean al predio, accesibilidad (3 puntos) - cercanía a puntos de importancia (2 puntos) - infraestructura existente (1 punto) - impacto ambiental (2 puntos) - servicios existentes (3 puntos) Luego, mediante el producto de cada una de las calificaciones en cada punto seleccionado, con su correspondiente ponderación, se obtiene una calificación ponderada

5

para cada factor, las cuales sumadas dan una calificación final ponderada para cada punto seleccionado. De esta manera, se procede a la evaluación de cada una de las alternativas de ubicación y se opta por la que ofrezca el mayor puntaje. A manera de ejemplo se adjunta el siguiente esquema, en donde se observan tres puntos seleccionados hipotéticos (A, B y C).

En los cuadros se han volcado las calificaciones obtenidas en cada punto seleccionado, afectadas luego por las ponderaciones recomendadas. En el cuadro final puede observarse que el punto más conveniente que se ha determinado es el C.

4. Metodología Para la Determinación del Número de Dársenas Una vez establecidos los límites de la zona en estudio (localidad en estudio), se efectúa un análisis de la ubicación de las empresas dentro de la misma, considerando

6

complementariamente aspectos tales como población, accesos principales, zonificación, etc. Para esto se realiza la consulta a distintas fuentes (una de ellas podrá ser la guía de empresas de la cuidad en estudio) para determinar las empresas efectivas en el lugar, discriminándolas entre agrícolas y ganaderas, y junto con ello sus especialidades (trigo maíz, soja, girasol, etc., o ganado lanar, vacuno, porcino, equino, etc., según corresponda), como así también su envergadura. De esta forma se obtiene una agrupación de empresas según distintas categorías de las cuales se elegirá una de cada tipología, para realizarle la encuesta y extrapolar los resultados a las restantes. En caso de ciudades chicas posiblemente se debe entrevistar a todas las empresas, debido por un lado a que posiblemente haya solamente una empresa de cada categoría y, por otro lado, que siendo poca la cantidad de compañías no debería resultar dificultoso llevar a cabo dicha encuesta, disminuyendo así el error de la extrapolación, necesaria en ciudades grandes o de gran cantidad de empresas. En caso de que haya varias empresas similares, resulta conveniente optar por aquella que tenga más antigüedad, dado que ésta es posible disponga por lo tanto de mayor volumen de antecedentes útiles. La encuesta a realizarse recaba los siguientes datos: - Tipo de empresa, especialidad, época de máxima demanda, época de mínima demanda, cantidad de vehículos pesados diarios necesarios para cubrir dicha demanda, cantidad de unidades con las que cuenta la empresa, datos del progreso de la demanda y de la cantidad de unidades adquiridas en los últimos años, junto con las estimaciones a futuro de estos parámetros. A continuación se vuelca un modelo de encuesta utilizable:

PLAYA PARA CAMIONES

Ciudad: ..................... Nombre de la empresa: .. . Dirección: . . Tipo de empresa: Agrícola Ganadera Especialidad: .. Antigüedad (años): . Época de máxima demanda (cantidad de camiones diarios utilizando la playa):

Época de mínima demanda (cantidad de camiones diarios utilizando la playa):

Cantidad de camiones que posee la empresa: .

Evolución en la adquisición de camiones en los últimos años:

Evolución de la demanda traducida a camiones diarios en los últimos años:

Perspectivas a futuro en la demanda y adquisición:

Observaciones:

En la encuesta se recaban datos necesarios para la estimación del número de dársenas requerido en la playa de camiones, más una serie de datos adicionales, empleables en aplicaciones que busquen establecer otra serie de parámetros, como es el caso por

7

ejemplo de los servicios adicionales al estacionamiento. Es por ello que se consulta en cuanto a la cantidad de camiones diarios que efectúan su actividad con relación a la Empresa, y sobre cuántos de éstos son propios. Ya que con estos últimos es posible establecer que usarán en su totalidad la playa, no así los contratados en el caso de servicios adicionales, ya que por no pertenecer a la empresa puede que efectúen estos servicios en otras ciudades (mantenimiento, engrase, lavado, etc.). Realizada esta encuesta, puede establecerse para la empresa en cuestión el número de dársenas que ésta requiere en el presente, para la hipotética playa de camiones. Una vez que se cuenta con las encuestas de cada tipología de Empresa (si se desea puede efectuarse más de una encuesta por tipología y obtener luego los promedios) se efectúa la extrapolación de resultados (en caso de ser necesario) al resto de la población de Empresas. Se arriba de esta forma a la cantidad de dársenas necesarias en la playa en el presente. El paso siguiente es estimar la cantidad de dársenas necesarias a futuro (en un año de proyecto estimado en función de una vida útil de 15 a 20 años). Esto puede efectuarse de diversas maneras, de las cuales se citan dos: La primera es generando la sumatoria de dársenas necesarias a futuro denunciadas por las Empresas durante las encuestas. La segunda se basa en un estudio de regresión entre los datos del PBI de los últimos años y la cantidad de empresas agrícola-ganaderas en esos mismos años. Determinada esta función de regresión, y empleando predicciones de PBI en años futuros, obtenidas de publicaciones técnicas económicas especializadas en la temática, se realiza la extrapolación a futuro para obtener el número de dársenas buscado. En el cuadro siguiente se observa un caso hipotético en donde se ha efectuado una regresión lineal para obtener la función a ser utilizada luego a futuro.

PB I

CR

EC

IMIE

NT

O D

E L

AS

EM

PR

ES

AS

20002001

20022003

20042005

20062007

20082009

En la aplicación la regresión no debe necesariamente ser lineal, ya que puede ser el caso de que se obtengan mayores coeficientes de determinación con algún tipo de regresión no lineal en específico.

8

Tampoco es necesario que la variable independiente sea el PBI, ya que podría emplearse por ejemplo los volúmenes de producción en las actividades relacionadas, la población, etc. De igual modo la variable dependiente podría no ser necesariamente el número en general de dársenas, sino que podrían emplearse regresiones por separado para establecer el número de dársenas para cada tipología de Empresa, que luego sumadas diera el número total buscado, etc.

5. Conclusión: Este trabajo consta de una metodología de análisis desarrollada que facilita la selección de la ubicación geográfica de un sector capaz de cubrir las necesidades en cuanto a servicios e instalaciones que permitan solucionar el problema del deterioro de la calzada y la congestión del transito, y la confección de su programa de necesidades, involucrando las siguientes tareas:

Determinación de la ubicación del predio

Dimensionado de dársenas necesarias

Redacción del programa de necesidades complementario

This document was created with Win2PDF available at http://www.win2pdf.com.The unregistered version of Win2PDF is for evaluation or non-commercial use only.

http://www.win2pdf.com

9

SUCEPTIBILIDAD AL AHUELLAMIENTO EN CARPETAS ASFALTICAS

Becario: Juan Pablo Nieto.

Tutor: Oscar Rebollo.

Área Material Viales.

Año 2009.

10

Introducción

El trabajo de tesis correspondiente al área mezclas asfáltica contiene conceptos generales de la misma (clasificación de M.A, dosificación por método Marshall, curvas granulométricas, especificaciones técnicas, etc.) además de aquellas referente a la tesis (ahuellamiento de la sección transversal de la carpeta de rodamiento, Rutting, por variación de la temperatura de compactación y contenido límite de arena silicia). El alcance del análisis de una variable se sustenta en la relación con el empirismo (en técnica y tecnológica) que la ingeniería (ante una necesidades social) demanda. Tal análisis escapa a este trabajo, donde la experiencia en laboratorio (en su relación interdisciplinar con profesionales) guía el nivel teórico práctico a alcanzar por el tesista. Esto último hace mención a la publicación en revista científica de un tema tratado. Con una motivación de esclarecer el abanico de variables que enmascara la falla de la carpeta por ahuellamiento (Rutting) se dedicara comentarios conceptuales de las mismas, donde se pondrá de manifiesto las variables con mayor peso. Así se presenta un anexo con los conceptos generales referente a mezclas y temas de ahuellamiento extraídos de diferentes lecturas, tomando como eje fundamental de referencia la maestría en ing. Ambiental Botasso G.H.

11

Incidencia de la Temperatura de Compactación en el Ahuellamiento de Mezclas Asfálticas Densas El presente trabajo pretende desarrollar criterios de diseño de mezclas asfálticas densas en caliente, que resistan a las deformaciones plásticas o permanentes por falla en la carpeta de rodadura. Si bien son muchos los factores que intervienen en el diseño para tal criterio de falla, se hace hincapié en la temperatura de compactación de la mezcla, remarcando la importancia de su relación con la respuesta final de la capa de rodadura. La acumulación de deformaciones plásticas en una capa de concreto asfáltico se caracteriza por una sección transversal del pavimento que no se encuentra en la posición original de diseño, zona de contacto con el neumático, representando la integración de pequeñas deformaciones irrecuperable, producto de la densificación del material y flujo plástico. En este tipo de fallas, es central que el diseño de la mezcla asfáltica resista las acciones dinámicas del tránsito. Son relevantes las condiciones ambientales, tales como humedad y temperatura, y cobra especial importancia la intensidad del tránsito y la frecuencia del mismo. Las cargas pesadas y lentas serán en general, las que mayor incidencia posean al elevarse el tiempo de permanencia de la carga. Las variaciones de temperatura de las mezclas representarán situaciones típicas de obras, por tal motivo los ensayos que se realizan son los de controles rutinarios previstos, como todos los parámetros del ensayo Marshall y el ensayo de adherencia de la norma AASHTO 283-89, repitiéndose para todas las temperaturas en estudio, correlacionando estos valores con el ensayo Wheel Tracking Test.

Materiales 1.- Ligante asfáltico Se optó por un cemento asfáltico CA-30 caracterizándose el mismo conforme a la Normativa Argentina IRAM 6835

Asfaltos para uso vial (Clasificación por viscosidad). Los valores se muestran en la Tabla 1.

Tabla 1: Clasificación de asfalto IRAM 6835 Ensayo Método AC-30

Viscosidad 60 ºC, 1 rpm, S29, (P)

IRAM 6837 1260

Punto de ablandamiento (ºC)

IRAM 6841

52 Índice de Penetración IRAM 6604

-0.6 Viscosidad 135 ºC, 10 rpm, S21,

(P)

IRAM 6837 4,9

Oliensis IRAM 6594

Negativo

Sobre el residuo de RTFOT IRAM 6839

Índice de durabilidad 5.3 2 Ductilidad a 25 °C, 5 cm / min.

(cm) IRAM 6579

> 100

2.- Agregados El agregado utilizado es un granito gris cuarzo-feldespático, proveniente de la ciudad de Olavaria provincia de Buenos Aires, el motivo de la elección obedece al gran uso que se le da a este tipo de agregados. En las Tabla 2 se muestran los valores obtenidos y las normas de los ensayos del agregado grueso, los cuales cumplen con los valores de exigencia de los pliegos, en la Tabla 3 se muestran los del agregado fino.

12

Tabla 2: Agregado Grueso

Tabla 3: Agregado Fino

Parámetro NORMA Valor

Parámetro NORMA

Valor

Peso especifico (g/cm3) IRAM 1533

2.68

Peso específico

(g/cm3) IRAM 1520 2.64

Absorción (%) IRAM 1533

0,5

Equivalente de arena (%)

IRAM 1682 71 Desgaste Los Ángeles

(%) IRAM 1532

21

Índice de lajas IRAM 1687-1 24,2

Índice de agujas IRAM 1687-2 23,6

Partículas con dos ó más caras de fractura IRAM 1851

100

3.- Filler

El material fino de aporte utilizado, Filler, es cal hidráulica, en la Tabla 4 se muestra la granulometría y en la Tabla 5 la Concentración Crítica.

Tabla 4: Granulometría Filler IRAM 1641

Tabla 5: Concentración Crítica IRAM 1542

Abertura de Malla (mm)

Tamiz Nº % PASA

Cv Cc Cv/Cc

590 30 99,9 0,317

0,335 0,95 297 50 96,3 < 1,00 (VERIFICA) 74 200 84,8

4.- Preparación de las Muestras 4.1- Mezcla Asfáltica La mezcla asfáltica adoptada es del tipo densa, denominada CAC D20, el uso granulométrico de referencia se observa en la Tabla 6, mientras que en la Tabla 7 se detalla el huso granulométrico resultante de la combinación de las fracciones y en el Grafico 1 las curvas mencionadas.

Tabla 6: Límites de la Mezcla

Tabla 7: CAC D20 LEMaC

Abertura de Malla

(mm)

Tamiz Nº

% Pasa Abertura de Malla

(mm)

Tamiz Nº

% Pasa

Mínimo

Máximo

25400 1´ 100 100 25400 1´ 100 19100

3/4 ´ 83 97 19100

3/4 ´ 95,1 9520 3/8´ 60 75 9520 3/8´ 64,9 4760 4 45 60 4760 4 52.2 2380 8 33 47 2380 8 38.6 590 30 17 29 590 30 19,6 297 50 12 21 297 50 14,9 74 200 5 8 74 200 6.1

Gráfico 1 - Curvas Granulométricas de las Mezclas

13

0

20

40

60

80

100

120

10 100 1000 10000 100000ABERTURA DE MALLA (mm)

% P

ASA

CURVA MÍNIMA

CURVA MÁXIMA

CURVA

El porcentaje de ligante óptimo, determinado mediante la metodología Marshall, según las Normas de Vialidad Nacional, VN-E9; VN-E12; VN-E27; VN-E32, fue de 4.9 % respecto del total de la muestra, utilizando para la dosificación una energía de compactación de 75 golpes por cara. Las propiedades principales se resumen a continuación en la Tabla 8, que salen del promedio de tres determinaciones y en la Tabla 9 se muestran los valores del ensayo de adherencia mediante la expresión del Índice de Resistencia Conservada, que se obtiene del promedio del resultado de tres ensayos para cada estado de acondicionamiento.

Tabla 8: Parámetros Marshall de Verificación de Fórmula

Densidad Rice

(g/cm3)

Densidad Marshall (g/cm3)

Vacíos (%)

Estabilidad (Kg.)

Fluencia (mm)

Relación Est./Fluencia

(kg./cm.)

VAM (%)

RB/V (%)

2,508 2,420 3,5 1211 4,5 2691 15,4

77,2

Tabla 9: Índice de Resistencia Conservada AASHTO T 283

Temperatura de Ensayo

Tracción Indirecta

S/Acond (R1)

Tracción Indirecta

Acond. (R2)

IRC =R2 / R1 x 100

ºC gr./cm2 gr./cm2 % 145 15,8 15,4 97,5

5.- Resultados y Evaluación de los Ensayos

A la mezcla se le realizaron las determinaciones Marshall, Adherencia y Wheel Tracking Test, para cada temperatura de compactación adoptada, en la Tabla 10 se muestran los valores del promedio de tres determinaciones. La Tabla 11 muestra los valores del ensayo de Tracción Indirecta, los valores obtenidos son promedio de tres determinaciones, en la Foto 1 se muestra el ensayo y en la Foto 2 la probeta rota después del ensayo. En la Tabla 12 se muestran los valores del ensayo Wheel Tracking Test, se ve en la Foto 3 el inicio del ensayo y en la Foto 4 la huella obtenida en la probeta después del mismo.

14

Tabla 10: Parámetros del ensayo Marshall

Temperatura de

Ensayo (ºC)

Densidad Rice (g/cm3)

Densidad

Marshall (g/cm3)

Vacíos (%)

Estabilida

d (Kg)

Fluencia (mm)

Relación

Est./Fluencia (kg/cm)

VAM

(%)

RB/V

(%)

145

2,508

2,420 3,5 1211 4,5 2691 15,4

77,2

135 2,418 3,6 1290 4,2 3071 15,4

76,8

130 2,419 3,5 1200 4,4 2727 15,4

77,0

125 2,412 3,8 1077 4,2 2564 15,6

74,0

120 2,414 3,7 1081 4,4 2457 15,6

74,4

115 2,410 3,9 1075 5,5 1955 15,7

73,6

110 2,410 3,9 1060 5,3 2000 15,7

73,6

100 2,409 3,9 1044 5,3 1970 15,8

73,4

95 2,396 4,5 1000 5,8 1724 16,2

71,0

90 2,387 4,8 875 6,1 1434 16,5

69,4

Tabla 11: Índice de Resistencia Conservada AASHTO T 283


Tracción Indirecta

S/Acond (R1)

Tracción Indirecta

Acond. (R2)

IRC = R2 / R1 x 100

ºC gr./cm2 gr./cm2 % 145 15,8 15,4 97,5 135 15,9 14,1 88,7 130 15,3 12,6 82,4 125 14,0 11,3 80,7 120 14,1 10 70,9 115 13,6 9,2 67,6 110 13,0 8,6 66,2 100 13,1 8,1 61,8 95 10,8 7,2 66,7 90 10,6 6 56,6

Foto 1: Ensayo Tracción Indirecta Foto 2: Probeta ensayada

15

Tabla 12: Medición del Ahuellamiento

Método BS EN 12697-22, Bituminous mixtures

Test methods for hot mix

asphalt

Part 22: Wheel tracking test.

Probeta Nº


(ºC)

Índice de compactación

(%)

Rut depth (profundidad de huella) =

RDAIR

Proportional rut depth

(profundidad de huella

proporcional) = PRDAIR ( mm/mm)

Wheel-tracking

slope =WTSAIR = (mm/103

ciclos de carga)

1 145 98,9 4,4 0,088 0,209 2

98,0 4,4 0,088 0,321 3 135 97,9 5,2 0,104 0,213 4

97,6 5,5 0,110 0,325 5 130 98,0 6,0 0,120 0,423 6

98,2 6,3 0,126 0,412 7 125 97,4 6,9 0,138 0,456 8

97,0 7,6 0,152 0,426 9 120 97,1 7,7 0,154 0,498

10

97,2 7,2 0,144 0,564 11 115 98,1 7,8 0,156 0,520 12

97,0 7,5 0,150 0,613 13 110 96,0 8,9 0,178 0,721 14

96,0 8,2 0,164 0,568 15 100 92,0 9,3 0,186 0,300 16

93,0 10,7 0,214 0,465 17 95 93,0 11,6 0,232 0,620 18

92,8 12,0 0,240 0,552 19 90 91,5 13,5 0,270 0,510 20

90,5 13,9 0,278 0,443

Foto 3: Equipo en posición de inicio del ensayo Foto 4: Probeta ensayada

En el Gráfico 2 se muestran las curvas de deformación obtenidas para cada temperatura de ensayo en función de las pasadas.

16

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000 5500 6000 6500 7000 7500 8000 8500 9000 9500 10000 10500PASADAS

DE

FO

RM

AC

ION

ES

PROBETA 1 145 ºC PROBETA 2 145 ºCPROBETA 3 135 ºC PROBETA 4 135 ºCPROBETA 5 130 ºC PROBETA 6 130 ºCPROBETA 7 125 ºC PROBETA 8 125 ºCPROBETA 9 120 ºC PROBETA 10 120 ºCPROBETA 11 115 ºC PROBETA 12 115 ºCPROBETA 13 110 ºC PROBETA 14 110 ºCPROBETA 15 100 ºC PROBETA 16 100 ºCPROBETA 17 95 ºC PROBETA 18 95 ºCPROBETA 19 90 ºC PROBETA 20 90 ºC

Gráfico 2 - Curvas de Deformación vs. Pasadas

6.- Análisis de los Resultados

.1- Análisis del Ensayo Marshall

Los resultados obtenidos con el ensayo Marshall cuando la temperatura de compactación disminuye en la mezclas confeccionadas con asfalto convencional, muestra que hay una leve variación de los parámetros mecánicos. Se ve que van disminuyendo muy levemente la densidad Marshall y la estabilidad, aumentando la fluencia a medida que diminuye la temperatura, como así también se ve que el porcentaje de vacío va aumentando. La diferencia en la densidad no supera el 2%, si relacionamos los parámetros obtenidos en la compactación de la mezcla a la temperatura de diseño, con los parámetros obtenidos en la compactación de la mezcla a la más baja temperatura adoptada, como se muestran en la Tabla 11, y representado en los gráficos siguientes.

0

5

10

15

20

80

100

120 140 160

Densidad

Marshall (g/cm3) Vacíos

(%)

VAM (%)

17

580

1080

1580

2080

2580

3080

3580

80 100 120 140 160

Estabilidad (Kg)

RelaciónEst./Fluencia(kg/cm)

2- Análisis del Ensayo de Tracción Indirecta Los resultados obtenidos con este ensayo muestran que cuando disminuye la temperatura de compactación de las mezclas, los valores del Índice de Resistencia Conservada van bajando notoriamente. Estos llegan a ser menores que los valores de exigencia establecidos para este ensayo del 80%, poniendo de manifiesto que con pérdidas del 20% o mayores de temperatura de compactación se pierde adherencia [Tabla 12], reflejado en la siguiente gráfica.

Resistencia conservada145

135130125

120115110

10095

9050

60

70

80

90

100

90 100 110 120 130 140 150Temperatura [ºC]

Po

rcen

tag

e[%

]

3- Análisis del Ensayo de Wheel Tracking Test En este ensayo se ve claramente que cuando la temperatura de compactación de las mezclas asfálticas diminuye, las deformaciones plásticas aumentan rápidamente, llegando estas a superar el 300% del valor de la deformación de la mezcla compactada con la temperatura de diseño. Los valores que se obtuvieron se muestran en la Tabla 13. En

0

20

40

60

80

100

80 100

120

140

160

VAM (%)

RB/V (%)

18

el Grafico 1 se muestran las curvas de Deformación en función de los Ciclos, siendo cada Ciclo 26.5 pasadas/minutos. La pendiente de ahuellamiento, WTS, aumenta en forma notoria con la disminución de la temperatura. Cabe destacar que este ensayo no determina una propiedad fundamental si no valorar la aptitud al ahuellamiento de la mezcla. Para una mejor visualización de las conclusiones del ensayo se presentan tres gráficas:

0

5

10

15

90 110 130 150

Temperatura[ºC]

Pro

fun

did

ad d

e h

uel

la[]

0

0,05

0,1

0,15

0,2

0,25

0,3

90 110 130 150

Temperatura[ºC]

Pro

fun

did

ad d

e h

uel

la

pro

po

rcio

nal

[mm

/mm

]

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

90 110 130 150

Temperatura[ºC]

Vel

oci

dad

de

def

orm

ació

n

[10e

6mm

/min

]

7.- Conclusiones 1. Cuando las mezclas asfálticas en caliente se compactan a temperaturas menores que las recomendadas, el ensayo Marshall no refleja claramente lo que ocurre en la misma, hasta cierta temperatura pudiendo confundirse estos valores como un error del operario, ya que los valores obtenidos en forma volumétrica y mecánica están dentro de los parámetros permitido por la Norma. 2. En lo que respecta al ensayo de Adherencia realizado bajo Norma AASHTO T 283, se ve como disminuye el porcentaje del Índice de Resistencia Conservada, cuando se compacta a menor temperatura que la recomendada. En este caso se mantiene una ley de variación correspondiendo a cada disminución de temperatura una disminución del

19

valor del Índice de Resistencia Conservada, llegando a perderse la adherencia entre agregado y asfalto para una disminución del 20% o más de la temperatura de compactación. 3. El ensayo de Wheel Tracking pone de manifiesto claramente lo que sucede con las mezclas compactadas a temperaturas menores que las recomendadas, registrándose mayores pendientes de ahuellamiento, profundidad de huella y profundidad de huella proporcional.

20

Incorporación de arena silicia (A.S) [En porcentaje máximo permitido por especificaciones técnicas]

Caracterización de agregados

Agregado Grueso

Agregado Fino

Parámetro NORMA Valor

Parámetro NORMA

Valor

Peso especifico (g/cm3) IRAM 1533

2.68

Peso específico

(g/cm3) IRAM 1520 2.64

Absorción (%) IRAM 1533

0,5 Equivalente de

arena (%) IRAM 1682 71 Desgaste Los Ángeles

(%) IRAM 1532

21

Índice de lajas IRAM 1687-1 24,2

Índice de agujas IRAM 1687-2 23,6

Partículas con dos ó más caras de fractura IRAM 1851

100

Análisis granulométrico

Elección del porcentaje de Áridos.

Observación

No se tuvo en cuenta la condición de proximidad de TAMICES MEDIOS a la curva de gruesos, como componente al aumento de la resistencia al ahuellamiento.

Ambas distribuciones granulométricas son semejantes.

Tal elección es función de la mezcla a diseñar, CAC D20, con límites granulométricos adoptados por pliegos de Comisión Permanente del Asfalto

Tamiz Abert. 6:20 AS 0:6

1 25400 100,0 100,0 100,0

3/4 19100 96,1 100,0 100,0

3/8 9520 30,4 100,0 100,0

4 4760 4,0 99,8 96,7

8 238 1,6 99,4 65,3

30 590 1,1 57,8 28,2

50 297 1,0 2,9 21,4

200 74 0,6 0,4 9,2

21

Nº MUESTRA MATERIALES % (Mezcla)

% (Áridos)

792 PIEDRA 6:20 6:20 47,4 47,4 793 Arena silicia AS 0,0 0,0 790 Arena granítica 0:6 0:6 52,6 52,6 791 PIEDRA 6:12 6:12 0,0 0,0 794 Asfalto CA 30 ASF. 5,0

100,0 100,00

Tabla de porcentajes de áridos (sin A.S)

ABERTURA C. Min Tamiz CAC D 20 C. Max

micrómetros

25400 100 1 100,0 100

19100 83 3/4 98,2 100

9520 58 3/8 67,0 74

4760 42 4 52,8 57

2380 29 8 35,1 44

590 14 30 15,4 24

297 9 50 11,7 18

74 4 200 5,1 8

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

10 100

1000

10000

100000

22

Determinación del porcentaje óptimo de asfalto por el método Marshall,

Prob. Nº

Peso al

Aire

Peso Sumergido

Volumen

Densidad

Densidad

Rice Vacíos

Lectura

Factor De

Corrección

g g cm3

g/cm3

g/cm3

%

1 1198

684 514 2,331 2,471 5,7 110 1,00

2 1196

685 511 2,341 2,471 5,3 100 1,00

3 1200

688 512 2,344 2,471 5,1 103 1,00 4 1191

688 503 2,368 2,468 4,1 107 1,04 5 1192

687 505 2,360 2,47 4,4 134 1,04 6 1188

684 504 2,357 2,468 4,5 118 1,04 7 1185

684 501 2,365 2,445 3,3 134 1,04 8 1188

685 503 2,362 2,445 3,4 142 1,04 9 1186

684 502 2,363 2,445 3,4 129 1,04 10 1197

692 505 2,370 2,440 2,9 142 1,04 11 1191

688 503 2,368 2,440 3,0 126 1,04 12 1205

694 511 2,358 2,440 3,4 142 1,00 13 1191

685 506 2,354 2,440 3,5 98 1,04 14 1192

684 508 2,346 2,440 3,8 97 1,04 15 1201

693 508 2,364 2,440 3,1 120 1,04

Estabilidad Fluencia Porcentaje de Asfalto

Vacios Agregado Mineral

Relación Betún Vacios

Estabilidad Fluencia

Kg. mm % VAM % RBV % kg/cm 950 4,2

4,6 16,1 66,7 2262

864 3,5 2467 890 4,9 1815 961 4,7

4,8 15,6 72,5 2045

1204 4,4 2735 1060 4,2 2523 1204 5,0

5,0 15,2 77,9 2407

1275 4,5 2834 1159 4,5 2575 1275 5,0

5,2 15,4 80,1 2551

1132 5,1 2219 1226 5,0 2453 880 3,9

5,4 16,2 78,5 2257

871 4,9 1778 1078 3,9 2764

23

PLANILLA DE PROMEDIOS

% Asfalto


Vacios

Vam Rbv Densidad

Marshall

Relación Estabilidad

Fluencia % kg mm % % % g/cm3

kg/cm

4,6 901 4,2 5,4 16,1 66,7 2,338 2182 4,8 1075 4,4 4,3 15,6 72,5 2,362 2434 5,0 1212 4,7 3,3 15,2 77,9 2,363 2605 5,2 1211 5,0 3,1 15,4 80,1 2,365 2407 5,4 943 4 3,5 16,2 78,5 2,355 2266

Gráficos:

Mezcla con A.S Tal etapa experimental presento inconvenientes en la dosificación del ligante óptimo, por el método Marshall, como se visualiza en los gráficos Estabilidad, Fluencia, VAM, RBV. RE-F y Va respecto a diferentes porcentajes de asfalto. La elección del contenido óptimo de ligante se verificó, con el criterio de no variar el %Asf por ser parámetro de la resistencia al ahuellamiento, en un 5% (valor verificado en la mezcla patrón).

0,0

1,0

2,0

3,0

4,0

5,0

6,0

4 4,2 4,4 4,6 4,8 5 5,2 5,4 5,6

% ASFALTO

% V

AC

IOS

15,0

15,2

15,4

15,6

15,8

16,0

16,2

16,4

16,6

16,8

17,0

4 4,2 4,4 4,6 4,8 5 5,2 5,4 5,6

% ASFALTO

VA

M

60,061,062,063,064,065,066,067,068,069,070,071,072,073,074,075,076,077,078,079,080,081,082,083,0

4 4,2 4,4 4,6 4,8 5 5,2 5,4

% ASFALTO

RB

V

2000

2100

2200

2300

2400

2500

2600

2700

4 4,2 4,4 4,6 4,8 5 5,2 5,4 5,6 5,8

% ASFALTO

850

900

950

1000

1050

1100

1150

1200

1250

1300

4 4,2 4,4 4,6 4,8 5 5,2 5,4 5,6 5,8

% ASFALTO

2,0

2,5

3,0

3,5

4,0

4,5

5,0

5,5

6,0

4 4,2 4,4 4,6 4,8 5 5,2 5,4 5,6 5,8% ASFALTO

24

Nº Muestra Materiales % (Mezcla)

% (Áridos)

792 PIEDRA 6:20 6:20 43,5 45,8 793 ARENA SILICIA AS 8,0 8,4 790 Arena granítica 0:6 0:6 43,5 45,8 791 PIEDRA 6:12 6:12 0,0 0,0 794 Asfalto CA 30 ASF. 5,0

Total

100,0 100,0

Prob. Nº

Peso al Aire

Peso Sumergido

Volumen

Densidad

Densidad Rice Vacíos LECTURA

g g cm3

g/cm3

g/cm3

% 1 1199 694 505 2,374 2,47 3,9 101 2 1198 694 504 2,377 2,47 3,8 103 3 1201 694 507 2,369 2,47 4,1 114 4 1210 703 507 2,387 2,45 2,6 105 5 1212 693 519 2,335 2,45 4,7 74 6 1201 698 503 2,388 2,45 2,5 119 7 1201 698 503 2,388 2,447 2,4 189 8 1195 694 501 2,385 2,447 2,5 111 9 1197 694 503 2,380 2,447 2,7 117 10 1192 693 499 2,389 2,450 2,5 112 11 1193 695 498 2,396 2,450 2,2 105 12 1200 701 499 2,405 2,450 1,8 112 13 1196 696 500 2,392 2,430 1,6 124 14 1203 698 505 2,382 2,430 2,0 108 15 1203 701 502 2,396 2,430 1,4 112

0

20

40

60

80

100

120

10

100

1000

10000 100000

25

Factor de Corrección

Estabilidad

Fluencia

Porcentaje de Asfalto

Vacios Agregado Mineral

Relación Betún Vacios


1,04 kg mm % VAM % RBV % kg/cm 1,04 907 4,9

4,6 14,8 73,6 1851

1,04 925 4,6 2011 1,04 1024 4,2 2438 1,04 943 3,9

4,8 14,6 77,7 2418

1,00 639 4,6 1389 1,04 1069 4,0 2672 1,04 1697 4,9

5,0 14,5 82,3 3464

1,04 997 6,0 1662 1,04 1051 5,6 1876 1,04 1006 4,4

5,2 14,6 85,1 2286

1,04 943 4,9 1925 1,00 967 4,9 1974 1,04 1114 3,2

5,4 14,5 88,7 3480

1,04 970 4,7 2064 1,04 1006 4,5 2235

% Asfalto Estabilidad

Fluencia

Vacios

VAM RBV Densidad Marshall

Relación Estabilidad

Fluencia % kg mm % % % g/cm3

kg/cm 4,6 952 4,6 3,9 14,8 73,6 2,373 2100 4,8 884 4,2 3,3 14,6 77,7 2,370 2160 5,0 1248 5,5 2,6 14,5 82,3 2,384 2334 5,2 972 4,7 2,2 14,6 85,1 2,396 2062 5,4 1030 4 1,6 14,5 88,7 2,390 2593

26

Ensayo WTT

Ahuellamiento

0

1

2

3

4

5

6

0 2000 4000 6000 8000 10000 12000

Ciclos (rpm)

Def

orm

ació

n (m

m) Sin Arena Silicia

(promedio)Con ArenaSilicia(promedio)

0,0

1,0

2,0

3,0

4,0

5,0

4,4 4,6 4,8 5 5,2 5,4 5,6

% ASFALT O

60,061,062,063,064,065,066,067,068,069,070,071,072,073,074,075,076,077,078,079,080,081,082,083,084,085,086,087,0

4,4 4,6 4,8 5 5,2 5,4

% ASFALT O

2 0 0 0

2 0 5 0

2 10 0

2 15 0

2 2 0 0

2 2 5 0

2 3 0 0

2 3 5 0

2 4 0 0

4 , 4 4 , 6 4 , 8 5 5 , 2 5 , 4

% ASFALTO

850

900

950

1000

1050

1100

1150

1200

1250

1300

4,4 4,6 4,8 5 5,2 5,4 5,6 5,8

% ASFALT O

2,0

2,5

3,0

3,5

4,0

4,5

5,0

5,5

6,0

4,4 4,6 4,8 5 5,2 5,4 5,6

% ASFALT O

14,5

14,5

14,6

14,6

14,7

14,7

14,8

14,8

14,9

4,5 4,6 4,7 4,8 4,9 5 5,1 5,2 5,3 5,4 5,5

% A s f a l t o

27

La incorporación de arena silícia (8%: máximo permitido) en una mezcla CAC D20 trae una disminución muy marcada de la resistencia al ahuellamiento, plasmada en aumento (considerable) de la profundidad de huella

(aprox. 200%Refer. mas, 2.2 a 5.19), y más aún la pendiente de huella

(aprox. 400%Refer. mas, 0.052 a 0.256).

Mediciones y conclusión: Medición del Ahuellamiento

Método BS EN 12697-22, Bituminous mixtures

Test methods for hot mix asphalt

Part 22: Wheel tracking test.

Probeta Nº Temperatura de Ensayo

(ºC)

Índice de compactació

n (%)

Rut depth (profundidad de huella)

= RDAIR

Proportional rut depth

(profundidad de huella

proporcional) = PRDAIR ( mm/mm)

Wheel-tracking

slope =WTSAIR = (mm/103

ciclos de carga)

Comparativa 145 95 2.3 0.046 (4.6 %) 0.052

Arena Silicia

95 5.19 0.138 (13.8 %)

0.256

Se indican con azul los datos extraidos en la tabla.

Corte del la probeta de WTT:

Conclusiones:

28

Tabla correspondiente al ensayo WTT:

Deformaciones

Ciclos

1,53 2,45 1139,5 Sin

Arena Con

Arena 1,53 2,47 1166

Promedio

Promedio

1,54 2,49 1192,5

0,53 0,68 26,5 1,54 2,5 1219

0,71 0,95 53 1,55 2,52 1245,5

0,79 1,11 79,5 1,54 2,53 1272

0,87 1,24 106 1,57 2,55 1298,5

0,93 1,33 132,5 1,57 2,57 1325

0,98 1,41 159 1,58 2,58 1351,5

1,02 1,48 185,5 1,57 2,59 1378

1,06 1,54 212 1,6 2,61 1404,5

1,08 1,6 238,5 1,6 2,62 1431

1,11 1,64 265 1,61 2,63 1457,5

1,14 1,69 291,5 1,61 2,65 1484

1,15 1,73 318 1,62 2,66 1510,5

1,18 1,77 344,5 1,62 2,68 1537

1,21 1,8 371 1,64 2,7 1563,5

1,21 1,84 397,5 1,64 2,71 1590

1,23 1,87 424 1,64 2,72 1616,5

1,24 1,9 450,5 1,65 2,73 1643

1,27 1,93 477 1,66 2,75 1669,5

1,27 1,95 503,5 1,66 2,76 1696

1,29 1,98 530 1,66 2,77 1722,5

1,31 2,01 556,5 1,67 2,78 1749

1,32 2,03 583 1,67 2,79 1775,5

1,34 2,06 609,5 1,68 2,81 1802

1,34 2,09 636 1,69 2,82 1828,5

1,36 2,11 662,5 1,69 2,83 1855

1,38 2,13 689 1,69 2,84 1881,5

1,38 2,15 715,5 1,69 2,85 1908

1,38 2,17 742 1,71 2,86 1934,5

1,42 2,2 768,5 1,71 2,88 1961

1,42 2,22 795 1,72 2,89 1987,5

1,42 2,23 821,5 1,71 2,9 2014

1,43 2,25 848 1,73 2,91 2040,5

1,44 2,28 874,5 1,73 2,92 2067

1,45 2,3 901 1,74 2,93 2093,5

1,46 2,31 927,5 1,72 2,94 2120 1,47 2,33 954 1,74 2,95 2146,5

29

1,48 2,35 980,5 1,74 2,96 2173 1,49 2,37 1007 1,74 2,97 2199,5 1,5 2,39 1033,5 1,74 2,98 2226 1,5 2,4 1060 1,74 2,99 2252,5 1,51 2,42 1086,5 1,76 3 2279 1,52 2,44 1113 1,76 3,01 2305,5

1,76 3,02 2332 1,92 3,41 3524,5

1,76 3,03 2358,5 1,92 3,42 3551

1,77 3,04 2385 1,92 3,43 3577,5

1,78 3,05 2411,5 1,93 3,43 3604

1,78 3,06 2438 1,93 3,44 3630,5

1,78 3,07 2464,5 1,94 3,45 3657

1,78 3,08 2491 1,93 3,46 3683,5

1,79 3,09 2517,5 1,94 3,46 3710

1,79 3,1 2544 1,94 3,47 3736,5

1,8 3,11 2570,5 1,94 3,48 3763

1,81 3,12 2597 1,95 3,49 3789,5

1,81 3,13 2623,5 1,94 3,49 3816

1,81 3,13 2650 1,96 3,5 3842,5

1,82 3,15 2676,5 1,96 3,51 3869

1,82 3,16 2703 1,95 3,52 3895,5

1,77 3,16 2729,5 1,97 3,52 3922

1,82 3,17 2756 1,96 3,54 3948,5

1,84 3,18 2782,5 1,97 3,54 3975

1,83 3,19 2809 1,98 3,55 4001,5

1,84 3,2 2835,5 1,97 3,55 4028

1,84 3,21 2862 1,98 3,56 4054,5

1,85 3,21 2888,5 1,97 3,57 4081

1,86 3,22 2915 1,98 3,58 4107,5

1,85 3,23 2941,5 1,99 3,58 4134

1,86 3,24 2968 1,99 3,59 4160,5

1,86 3,25 2994,5 2 3,59 4187

1,86 3,26 3021 2 3,6 4213,5

1,87 3,27 3047,5 1,99 3,61 4240

1,87 3,28 3074 1,98 3,61 4266,5

1,88 3,28 3100,5 2 3,62 4293

1,88 3,29 3127 2 3,63 4319,5

1,88 3,31 3153,5 2 3,63 4346

1,89 3,31 3180 2,01 3,64 4372,5 1,88 3,32 3206,5 2,01 3,64 4399

30

1,89 3,32 3233 2,02 3,65 4425,5 1,89 3,33 3259,5 2,02 3,65 4452 1,89 3,34 3286 2,02 3,66 4478,5 1,87 3,35 3312,5 2,02 3,67 4505 1,9 3,36 3339 2,03 3,67 4531,5 1,9 3,37 3365,5 2,03 3,68 4558 1,9 3,37 3392 2,03 3,68 4584,5 1,91 3,38 3418,5 2,03 3,69 4611 1,91 3,39 3445 2,04 3,69 4637,5 1,9 3,4 3471,5 2,04 3,7 4664 1,92 3,41 3498 2,04 3,71 4690,5

2,04 3,71 4717 2,16 4,21 5909,5

2,05 3,71 4743,5 2,16 4,22 5936

2,05 3,83 4770 2,16 4,22 5962,5

2,05 3,84 4796,5 2,16 4,23 5989

2,05 3,85 4823 2,16 4,24 6015,5

2,05 3,86 4849,5 2,16 4,25 6042

2,04 3,87 4876 2,17 4,25 6068,5

2,06 3,88 4902,5 2,18 4,26 6095

2,06 3,89 4929 2,18 4,28 6121,5

2,07 3,9 4955,5 2,18 4,28 6148

2,07 3,91 4982 2,19 4,29 6174,5

2,06 3,92 5008,5 2,18 4,29 6201

2,06 3,93 5035 2,18 4,3 6227,5

2,08 3,94 5061,5 2,18 4,31 6254

2,07 3,95 5088 2,19 4,32 6280,5

2,07 3,96 5114,5 2,2 4,32 6307

2,08 3,97 5141 2,19 4,33 6333,5

2,08 3,98 5167,5 2,19 4,35 6360

2,08 3,99 5194 2,19 4,35 6386,5

2,09 4 5220,5 2,2 4,35 6413

2,09 4 5247 2,2 4,36 6439,5

2,09 4,01 5273,5 2,21 4,37 6466

2,09 4,02 5300 2,21 4,38 6492,5

2,09 4,03 5326,5 2,21 4,38 6519

2,09 4,04 5353 2,21 4,39 6545,5

2,11 4,05 5379,5 2,21 4,4 6572

2,1 4,06 5406 2,21 4,4 6598,5

2,11 4,07 5432,5 2,22 4,42 6625 2,13 4,07 5459 2,22 4,42 6651,5

2,11 4,07 5485,5 2,22 4,43 6678

31

2,13 4,08 5512 2,22 4,43 6704,5 2,12 4,09 5538,5 2,23 4,44 6731 2,13 4,1 5565 2,23 4,45 6757,5 2,13 4,11 5591,5 2,24 4,46 6784 2,13 4,12 5618 2,24 4,46 6810,5 2,13 4,12 5644,5 2,24 4,47 6837 2,13 4,13 5671 2,24 4,48 6863,5 2,13 4,14 5697,5 2,24 4,48 6890 2,13 4,15 5724 2,24 4,49 6916,5 2,15 4,16 5750,5 2,24 4,5 6943 2,14 4,16 5777 2,24 4,51 6969,5 2,14 4,17 5803,5 2,25 4,51 6996 2,14 4,18 5830 2,25 4,52 7022,5 2,15 4,19 5856,5 2,27 4,53 7049 2,16 4,2 5883 2,26 4,54 7075,5

2,26 4,54 7102 2,3 4,82 8294,5

2,27 4,54 7128,5 2,3 4,83 8321

2,27 4,55 7155 2,34 4,84 8347,5

2,27 4,56 7181,5 2,34 4,84 8374

2,26 4,57 7208 2,3 4,85 8400,5

2,3 4,58 7234,5 2,31 4,85 8427

2,29 4,58 7261 2,34 4,86 8453,5

2,3 4,59 7287,5 2,43 4,86 8480

2,3 4,6 7314 2,34 4,87 8506,5

2,32 4,61 7340,5 2,38 4,87 8533

2,32 4,61 7367 2,39 4,88 8559,5

2,32 4,62 7393,5 2,31 4,89 8586

2,28 4,63 7420 2,31 4,89 8612,5

2,33 4,63 7446,5 2,33 4,9 8639

2,27 4,64 7473 2,32 4,9 8665,5

2,32 4,64 7499,5 2,34 4,91 8692

2,26 4,65 7526 2,34 4,94 8718,5

2,31 4,66 7552,5 2,33 4,92 8745

2,33 4,66 7579 2,31 4,93 8771,5

2,33 4,67 7605,5 2,32 4,93 8798

2,34 4,67 7632 2,32 4,94 8824,5

2,34 4,68 7658,5 2,35 4,95 8851

2,34 4,69 7685 2,34 4,95 8877,5 2,35 4,69 7711,5 2,35 4,96 8904

2,3 4,7 7738 2,33 4,96 8930,5

2,26 4,7 7764,5 2,32 4,97 8957

32

2,28 4,71 7791 2,34 4,97 8983,5 2,29 4,71 7817,5 2,34 4,98 9010 2,31 4,72 7844 2,32 4,98 9036,5 2,31 4,73 7870,5 2,32 4,99 9063 2,33 4,73 7897 2,34 5 9089,5 2,33 4,74 7923,5 2,35 5 9116 2,36 4,75 7950 2,32 5,01 9142,5 2,28 4,75 7976,5 2,33 5,01 9169 2,27 4,76 8003 2,33 5,02 9195,5 2,3 4,77 8029,5 2,34 5,03 9222 2,4 4,77 8056 2,32 5,03 9248,5 2,31 4,77 8082,5 2,33 5,03 9275 2,3 4,78 8109 2,32 5,04 9301,5 2,3 4,79 8135,5 2,35 5,05 9328 2,38 4,79 8162 2,32 5,05 9354,5 2,29 4,8 8188,5 2,35 5,06 9381 2,3 4,8 8215 2,33 5,06 9407,5 2,31 4,81 8241,5 2,37 5,07 9434 2,34 4,82 8268 2,34 5,08 9460,5

2,34 5,08 9487 2,32 5,19 9964

2,36 5,09 9513,5 2,35 5,19 9990,5

2,34 5,09 9540 2,33 5,19 10017

2,33 5,1 9566,5

2,4 5,11 9593

2,33 5,11 9619,5

2,38 5,12 9646

2,34 5,12 9672,5

2,36 5,13 9699

2,34 5,14 9725,5

2,35 5,14 9752

2,33 5,15 9778,5

2,34 5,14 9805

2,33 5,16 9831,5

2,34 5,16 9858

2,31 5,17 9884,5

2,34 5,17 9911

2,28 5,18 9937,5

Deformaciones

33

Anexo

La columna vertebral de este anexo corresponde a conceptos de la tesis de Maestría de Botasso G. (Ing Civil, año 2007, ingeniería ambiental incorporación del caucho reciclado de neumáticos ), con agregados de otros autores con objeto de enriquecer los expuestos.

Mezzlas asfalticas:

Las mezclas asfálticas se emplean en la construcción de pavimentos, ya sea en capas de rodadura o en capas inferiores y su función es proporcionar una superficie de rodamiento cómoda, segura y económica a los usuarios de las vías de comunicación, facilitando la circulación de los vehículos, aparte de transmitir adecuadamente las cargas debidas al tránsito a la subrasante natural que lo soportan (Davis R., 1988)

Se define como mezcla bituminosa en caliente la combinación de un ligante hidrocarbonado, áridos (incluido el polvo mineral) y, eventualmente, aditivos, de manera que todas las partículas del árido queden recubiertas por una película homogénea de ligante. Su proceso de fabricación implica calentar el ligante y los áridos (excepto, eventualmente, el polvo mineral de aportación) y su puesta en obra debe realizarse a una temperatura mas elevada que la ambiente (superior a los 130ºC) (PG3. Pliego De Especificaciones Técnicas Del Ministerio De Fomento De España, 2001).

Se deben considerar dos aspectos fundamentales en el diseño y proyecto de un camino (Botasso et al, 2002):

La función resistente,

que determina los materiales y los espesores de las capas a emplear en la construcción.

La función superficial,

que determina las condiciones de textura y acabado que se deben exigir a las capas superiores del camino para que resulten seguras y confortables.

Como material estructural se puede caracterizar de varias formas; así por ejemplo la evaluación de parte de sus propiedades como cohesión, adherencia, estabilidad, deformación, comportamiento modular y comportamiento frente a acciones dinámicas tales como las deformaciones plásticas permanentes. El comportamiento de la mezcla depende de circunstancias externas a ellas mismas, tales como son el tiempo de aplicación de la carga y de la temperatura. Por esta causa su caracterización y propiedades tienen que estar vinculado a estos factores (temperatura y duración de la carga), lo que implica la necesidad del conocimiento de la reología del material (Asphalt Institute, 1997).

CLASIFICACIÓN DE LAS MEZCLAS ASFÁLTICAS

Existen varios parámetros de clasificación para establecer las diferencias entre las distintas mezclas y las clasificaciones pueden ser diversas (PG3. Pliego De Especificaciones Técnicas Del Ministerio De Fomento De España, 2001): Por fracciones de agregado pétreo empleado

Mastic asfáltico: Polvo mineral más ligante.

Mortero asfáltico: Agregado fino más mastic.

Concreto asfáltico: Agregado grueso más mortero.

34

Macadam asfáltico: Agregado grueso más ligante asfáltico.

Por la temperatura de puesta en obra

Mezclas asfálticas en caliente: Se fabrican con asfaltos a temperaturas elevadas, en el rango de los 150 grados centígrados, según la viscosidad del ligante; se calientan también los agregados, para que el asfalto no se enfríe al entrar en contacto con ellos. La puesta en obra se realiza a temperaturas muy superiores a la ambiente, pues en caso contrario, estos materiales no pueden extenderse y menos aún compactarse adecuadamente.

Mezclas asfálticas en frío: El ligante suele ser una emulsión asfáltica (debido a que se sigue utilizando en algunos lugares los asfaltos fluidificados), y la puesta en obra se realiza a temperatura ambiente.

Por la proporción de vacíos en la mezcla asfáltica Este parámetro suele ser imprescindible para que no se produzcan deformaciones plásticas como consecuencia del paso de las cargas y de las variaciones térmicas.

Mezclas cerradas o densas: La proporción de vacíos no supera el 6 %.

Mezclas semi cerradas o semi densas: La proporción de vacíos está entre el 6 % y el 10 %.

Mezclas abiertas: La proporción de vacíos supera el 12 %.

Mezclas porosas o drenantes: La proporción de vacíos superior al 20 %.

Por el tamaño máximo del agregado pétreo

Mezclas gruesas: Donde el tamaño máximo del agregado pétreo excede los 10 mm.

Mezclas finas: También llamadas microaglomerados, lechadas, tratamientos superficiales, etc., se trata de mezclas formadas básicamente por un árido fino incluyendo el polvo mineral y un ligante asfáltico. El tamaño máximo del agregado pétreo determina el espesor mínimo con el que ha de extenderse una mezcla que vendría a ser del doble al triple del tamaño máximo o incluso su tamaño máximo como el tratamiento superficial.

Por la estructura del agregado pétreo.

Mezclas con esqueleto mineral: Poseen un esqueleto mineral resistente; su componente de resistencia debida al rozamiento interno de los agregados es notable. Ejemplo, las mezclas abiertas y los que genéricamente se denominan concretos asfálticos, aunque también una parte de la resistencia de estos últimos, se debe al mastic.

Mezclas sin esqueleto mineral: No poseen un esqueleto mineral resistente; la resistencia es debida exclusivamente a la cohesión del mastic. Ejemplo, los diferentes tipos de masillas asfálticas.

35

Por la granulometría.

Mezclas continuas: Una cantidad muy distribuida de diferentes tamaños de agregado pétreo en el huso granulométrico.

Mezclas discontinuas: Una cantidad muy limitada de tamaños de agregado pétreo en el huso granulométrico. Generalmente con falta de una fracción entre los tamices Nº 4 y 8 de ASTM.

En resumen, el siguiente gráfico ordena las mezclas por porcentaje creciente de ligante como así presenta Jair (Capacitación 2009 LeMiT 2009, Mario Jair, Américan Bitumen Tecnólogy Manager):

Además enlista un gran número de tipo de mezclas (que luego se harán pequeñas menciones):

CAC D12: Concreto Asfáltico Convencional Denso, tamaño Máximo de agregado 12mm (1/2 ).

CAC S 12: Concreto Asfáltico Convencional Semidenso, tamaño Máximo de agregado 12mm (1/2 ).

CAD 12: Concreto Asfáltico Drenante, tamaño Máximo de agregado 12mm (1/2 ).

MAC M8 y MAC M10: Microconcretos Asfálticos de granulometría Discontinua Monogranular, tamaño Máximo de agregado 8mm (1/3 ) y 10mm (2/5 )

MAC F8 y MAC F10: Microconcretos Asfálticos de granulometría Discontinua, tamaño Máximo de agregado 8mm (1/3 ) y 12mm (2/5 ).

MAC M8 y MAC M10: Concretos asfálticos tipo SMA.

Mezclas gruesas:

CAC D20: Concreto Asfáltico Convencional Denso, tamaño Máximo de agregado 19mm (3/4 ).

CAC S20: Concreto Asfáltico Convencional Semidenso, tamaño Máximo de agregado 19mm (3/4 ).

CAC G20: Concreto Asfáltico Convencional Grueso, tamaño Máximo de agregado 19mm (3/4 ).

CAC S25: Concreto Asfáltico Convencional Semidenso, tamaño Máximo de agregado 25mm (1 ).

CAC G25: Concreto Asfáltico Convencional Grueso, tamaño Máximo de agregado 25mm (1 ).

CAC S25: Concreto Asfáltico Convencional Semidenso, tamaño Máximo de agregado 25mm (1 ).

36

CAD 20: Concreto Asfáltico Drenante, tamaño Máximo de agregado 19mm (1 ).

SMA 20: Concretos asfálticos tipo SMA, tamaño Máximo de agregado 19mm (1 ).

Fotos distintos pavimentos

Consideraciones Para la Selección y Proyecto de una Mezcla Asfáltica

En muchas ocasiones, el proyecto de una mezcla asfáltica se reduce a determinar su contenido de ligante; sin embargo, ésa es sólo la última fase de un proceso más amplio, que requiere de un estudio cuidadoso de todos los factores involucrados, a fin de garantizar un comportamiento adecuado de la mezcla y un considerable ahorro económico en la solución (Estudio De Las Mejoras Mecánicas De Mezclas Asfálticas Con Desechos De Llantas, 2002).

Las fases de las que consta el proyecto de una mezcla son las siguientes:

Análisis de las condiciones en las que va a trabajar la mezcla: tránsito, tipo de infraestructura (carretera, vía urbana, aeropuerto, etc.), la capa de la que se trata (rodadura, intermedia o base) y espesor, naturaleza de las capas subyacentes, intensidad del tráfico pesado, clima, etc. Asimismo, hay que distinguir si se trata de un pavimento nuevo o de una rehabilitación (Fernández Del Campo J.A., 2001).

Determinación de las propiedades fundamentales que ha de tener la mezcla, dadas las condiciones en las que ha de trabajar. Debe establecerse la resistencia a las deformaciones plásticas o la flexibilidad, entre otras.

Elección del tipo de mezcla que mejor se adapte a los requerimientos planteados, incorporando en este análisis las consideraciones económicas o de puesta en obra que haya que considerar.

Materiales disponibles y elección de los agregados pétreos, los cuales deben cumplir con determinadas especificaciones, pero que en general serán los disponibles en un radio limitado y, por lo tanto, a un costo razonable. Asimismo, hay que elegir el polvo mineral de aportación y su relación con la cantidad de ligante asfáltico.

Elección del tipo de ligante (asfalto, asfalto modificado, emulsión asfáltica); el costo es siempre un factor muy relevante. Esto será de acuerdo al tipo de mezcla, tipo de tránsito, clima.

Dosificación o determinación del contenido óptimo de ligante según un proceso que debe adaptarse al tipo de mezcla, la cual debe hacerse para distintas combinaciones de las fracciones disponibles del agregado pétreo, de manera que las granulometrías conjuntas analizadas estén dentro de un huso previamente seleccionado.

37

Otros factores a tener en cuenta en el diseño y selección de una mezcla asfáltica son los siguientes: exigencias de seguridad vial, estructura del camino, técnicas de diseño y ejecución, sitio de construcción del pavimento (topografía, temperatura, terreno, periodo de lluvias, trazado de la vía, entre otros), condiciones de drenaje entre otros.

Deformación plástica en una mezcla asfáltica:

Figura 1-1: deformaciones permanentes.

Se puede decir que las deformaciones plásticas son canales que se forman a lo largo de la trayectoria longitudinal de circulación de los vehículos, exactamente en las huellas por donde ruedan los neumáticos sobre el pavimento. Representan la acumulación de pequeñas deformaciones permanentes producidas por aplicaciones de carga provenientes del mismo rodado de los vehículos sobre la superficie del pavimento y es uno de los tipos de deterioro que más preocupa dentro del estudio del comportamiento de las mezclas asfálticas en caliente, debido a su incidencia preponderante en el camino, y su alta intervención como factor generador de accidentes (Padilla Rodriguez A., 2002). La acumulación de deformaciones plásticas en una capa de concreto asfáltico pueden ser causadas por una reducción volumétrica del material que compone la mezcla asfáltica y por las deformaciones debidas a los esfuerzos cortantes que transmiten las cargas del tránsito. La deformación plástica permanente se caracteriza por una sección transversal del pavimento que no se encuentra en la posición original de diseño; se llama permanente porque representa una acumulación de pequeñas cantidades de deformación irrecuperable que ocurre cada vez que se le aplica la carga. Existen dos tipos principales (Garnica Anguas P. et al, 2004):

Por fallas en la subrasante Por fallas en la capa de la mezcla asfáltica

Ahuellamiento de una subrasante débil

Ahuellamiento (rutting) de una mezcla débil

Figura: distintos tipos de ahuellamientos

Dado esto último (según Morea, Deformaciones permanentes en mezclas asfálticas, Problemática y medición en laboratorio), reserva el concepto de

38

ahuellamiento (Rutting, citado en trabajos en México) para deformaciones plásticas debido a capas débiles en la carpeta asfáltica y deformación a aquellas generadas en capas subyacentes. En este tipo de fallas es central el diseño de las mezclas asfálticas que resistan las acciones dinámicas del tránsito. Resultan relevantes las condiciones ambientales, tales como humedad y temperatura, y cobra especial importancia la intensidad del tránsito y la frecuencia del mismo. Las cargas pesadas y lentas serán en general las que mayor incidencia posean en las deformaciones plásticas, al elevarse el tiempo de permanencia de la carga.

Deformaciones plásticas permanentes en mezclas asfálticas. Foto: Ahuellamiento

Siendo necesario tener una medida de si la mezcla que se diseña es susceptible al ahuellamiento para poder corregir el problema a tiempo y no verlo en el pavimento ya colocado con los inconvenientes que ello ocasiona, dentro del PET de mezclas asfálticas en caliente de bajo espesor para carpetas de rodamiento redactado por la CPA se especifica al ensayo de rueda cargada como de determinación obligatoria, para una base de datos:

Formación del ahuellamiento en una mezcla asfáltica Se puede decir que los mecanismos principales de formación de huellas en el área de solicitación es el siguiente:

Compactación del tránsito. En esta fase inicial, la compactación debida al tránsito tiene una mayor influencia en las deformaciones.

39

Luego, el volumen que disminuye por debajo de las llantas es aproximadamente igual al volumen que se incrementa por los bordes en la parte superior del pavimento. Esto es un indicador de que mayormente la compactación se lleva a cabo bajo las solicitaciones del tránsito y que las huellas son causadas primordialmente por desplazamiento con volumen constante (flujo plástico). Esta fase se consideró en gran parte para representar el comportamiento de la deformación en el tiempo de vida del pavimento.

La deformación a través de las capas de concreto asfáltico es mayor cerca de la superficie donde se aplican las cargas y gradualmente decrece en las capas de niveles inferiores. El flujo plástico se reduce con la profundidad (Hofstra et al, 1972). Este importantísimo concepto del mecanismo de de ahuellamiento en una mezcla es evidenciado a través de ensayos Axiales, Triaxiales, entre otros, con diferentes grados de representatividad en la predicción del ahuellamiento (así los ensayos WTT, Corte, Tracción, creep valoran pero no reproducen el fenómeno, Francesio-ahuellamiento prematuro en P.A-) dando la siguiente gráfica:

El flujo plástico (etapa terciaria) se manifiesta luego de la densificación de la mezcla (etapa secundaria), y se interpretaría como el desplazamiento de una capa (interior a la mezcla) sin resistencia de su entorno (Esfuerzo de Corte nulo), caracterizado por una variación de volumen igual a cero, y es el valor a determinar. Así, parámetro como el módulo de elasticidad tanto de la mezcla como el asfalto, módulo dinámico, viscosidad de corte cero (ZSV, concepto también usado para la compactación de la mezcla con A.M) y comportamiento pseudoplástico del asfalto (modificados) varían este valor. La repuesta del asfalto ante una carga es deformarse elásticamente consumiendo energía (recuperable) por tal y fluir donde la energía no es recuperable disipado como calor. El parámetros G*/sin ( G* resistencia total del material; sin no elasticidad relativa del ligante- desfasaje entre la tensión aplicada y la deformación correspondiente) mide la componente elástica en el fenómeno de ahuellamiento bajo el concepto de ZSV (importancia en asfaltos modificados, SBS-EVA). Según Agnusdei et.al, la estabilidad dinámica (WTT y HWTT) de la mezcla son función de ZSV (proporción directa).

Principales factores a considerar Los principales factores que hacen sensible a una mezcla al ahuellamiento son (Brown S. F. et al, 1979):

Granulometría de los áridos.

Forma, tamaño y textura de los áridos.

Contenido de polvo mineral en la mezcla.

Tipo y cantidad de ligante asfáltico. Modificación del asfalto.

Contenido de Vacíos en el agregado mineral y contenido de vacíos en la mezcla asfáltica.

Cargas por eje equivalente de los vehículos y presión de contacto de los neumáticos con el pavimento y frecuencia.

Las condiciones ambientales.

40

Detalle de cada ítem:

Granulometría de los áridos

Las mezclas de granulometrías densas son de mejor prestación ya que mitigan la aparición de huellas. Cuando las mezclas asfálticas densas o de granulometrías continuas, se compactan adecuadamente con buenos equipos y a temperatura adecuada, se logran mezclas con menor porcentaje de vacíos y con mayores puntos de contacto entre las partículas que las mezclas de granulometría abierta. Las mezclas abiertas o de granulometría discontinua presentan una mayor susceptibilidad a las deformaciones plásticas y son aún más vulnerables a las deformaciones plásticas a temperaturas altas que las mezclas densas o elaboradas con granulometrías continuas (Brown et al, 1974).

Forma, tamaño y textura de los áridos En climas cálidos, donde las deformaciones permanentes son más factibles de aparecer la textura de la superficie del agregado desarrolla un rol de significación. Tanto la textura como la forma del agregado son valores que traban la mezcla, producen una mayor fricción interna y el rozamiento final hace que disminuya el riesgo a generar deformación permanente. En este estudio el efecto de la trituración en la textura superficial no fue definido, debido a que es muy difícil separar los efectos de la textura superficial y los de la forma, debido a las caras de fractura. De esta forma se puede decir que las experiencias realizadas han notado el mejor comportamiento de las mezclas con áridos triturados que con naturales, y que a medida que la fracción natural aumenta, se incrementa el riesgo a la deformación permanente. El empleo de áridos de mayor angularidad y el aumento de la fracción triturada, obliga al diseño de mezclas más trabadas, a modificar los trenes de compactación contribuyendo el esqueleto mineral a la componente elástica del material; su forma y textura influyen en las propiedades elásticas de las mezclas asfálticas, así como la compactación, ya que un esqueleto mineral bien compactado tiene un mayor comportamiento elástico (Uge et al, 1974).

Además, autores como Morea- Padilla mencionan en La granulometría final que cuanto más gruesa menos deformaciones permanentes tendrá la mezcla asfáltica, controlando la curva granulométrica en los límites inferiores para los tamaños medios de tamices, sobre todo en el rango de las arenas.

Las propiedades volumétricas en las que hay que hacer hincapié son los porcentajes de vacíos y asfalto, como ya se indico, en porcentaje de vacíos optimo de alrededor de 4 % para una mezcla densa. para evitar exudaciones y deformaciones. Para el porcentaje de asfalto este no debe ser excesivo de lo contrario se tendrá una mezcla más deformable y propensa a sufrir exudaciones. En Las mezclas del tipo SMA o microaglomerados son diferentes tanto en tecnología como diseño (porcentajes de asfalto de entre 6 y 7 %) escapan a estas consideraciones por ser desarrollos especiales.

Las anteriores son premisas a la hora de diseñar las cuales deben verificarse de alguna manera. Aquí es donde entra en juego el ensayo de rueda cargada. Este nos revelara en cierta medida el futuro comportamiento de la mezcla una vez que esta este colocada en el pavimento. Este ensayo nos permitirá ver posibles cambios en el diseño debido a un mal funcionamiento de la mezcla en este ensayo.

Contenido de polvo mineral en la mezcla. El polvo mineral junto con el ligante forman el mastic asfáltico. La calidad de éste tiene una importancia fundamental en el comportamiento reológico, impermeabilidad y

41

durabilidad de la mezcla asfáltica. Los factores que intervienen para conseguir un buen mastic son diversos: a) La relación polvo mineral/asfalto de manera que cuanta más alta es esta relación, más elevada es la viscosidad de masa y más rígida es la mezcla. b) La finura del polvo mineral y su afinidad por el agua. Es importante comprobar la insensibilidad al agua de los polvos minerales ya que estos ponen en riesgo la estabilidad de la mezcla. El Test de Lottman modificado y la estabilidad remanente del ensayo Marshall ponen en evidencia los riesgos. El riesgo de sensibilidad al agua del mortero de la mezcla puede deberse no solamente a la naturaleza del polvo mineral sino también a ciertas composiciones químicas de algunos asfaltos. El polvo mineral tiene un papel fundamental en el comportamiento de las mezclas asfálticas por su elevada superficie específica, en función de su naturaleza, finura, actividad y proporción en la que entra a formar parte de la mezcla. El polvo mineral o filler forma parte del esqueleto mineral y por lo tanto soporta las tensiones por rozamiento interno o por contacto entre las partículas; además cumple con las siguientes funciones (Padilla Rodríguez A., 2002):

Rellena los vacíos del esqueleto de agregados gruesos y finos; por lo tanto impermeabiliza y densifica el esqueleto. Sustituye parte del asfalto o betún que de otra manera sería necesario para conseguir unos huecos en mezcla suficientemente bajos.

Proporciona puntos de contacto entre agregados de mayor tamaño y los encaja limitando sus movimientos, aumentando así la estabilidad del conjunto.

Facilita la compactación, actuando a modo de rodamiento entre los áridos más gruesos.

Hace la mezcla más trabajable al envolver los áridos gruesos y evitar su segregación.

Tipo y cantidad de ligante asfáltico. Modificación del asfalto. Los ligantes asfálticos necesariamente deben ser de mayor viscosidad a efectos de aumentar la resistencia a las deformaciones plásticas. El uso de cualquier tipo de modificador de asfalto mejora el comportamiento frente a las solicitaciones pesadas y lentas combinados con elevadas temperaturas. Se debe recordar que se produce una tensión con el concepto de rigidez. La componente elástica del ligante asfáltico contribuye a aumentar el comportamiento elástico de la mezcla; de igual forma, el ligante influye decisivamente en la componente viscosa y su mayor presencia dentro de la mezcla hace que aumente ésta (Corté et al, 1994). En cuanto a la cantidad de ligante asfáltico se puede diseñar en forma preliminar con el ensayo Marshall, para luego hacer las comprobaciones con ensayos dinámicos. Los elevados contenidos de asfalto producen mezclas de bajos vacíos en las mezclas y como consecuencia un incremento potencial en la susceptibilidad a la deformación plástica de la mezcla ( Mahboub, et al, 1988). En general se ha observado una mejora en las mezclas con ligantes modificados frente a estados de solicitaciones dinámicas como la del tránsito. Los modificadores pueden ser utilizados para incrementar la rigidez de las mezclas asfálticas a temperaturas crítica, reduciendo la susceptibilidad ante la formación de huellas (Monismith et al., 1994). Cave mencionar que los asfaltos por sus propiedades viscosas, a temperaturas bajas se comportan como sólidos, y elevadas fluyen, propiedad usada para la puesta en obra de la mezcla (las óptimas o mínimas). Tales temperaturas son determinadas en laboratorio con relación a parámetros de viscosidad Broockfield, en asfaltos Newtonianos y No-Newtonianos (modificados).a estos últimos se determina bajo el concepto de ZSV (viscosidad de corte cero). Entiéndase fluidos No-Newtonianos aquellos donde la viscosidad y la velocidad de fluir(o de corte) están en dependencia (menor viscosidad a mayores velocidades, y la pérdida de viscosidad es perdida de esfuerzo de corte).

42

(Agnusdei et.al-Efecto de la temperatura de preparación y compactación en mezclas con asf. modif.)

Contenido de vacíos en el agregado mineral y contenido de vacíos en la mezcla asfáltica

La buena resistencia a la deformación plástica de las mezclas requieren bajo contenido de vacíos en el agregado mineral (para VAM>10%) y la granulometría deseada para mínimos contenidos de VAM puede ser determinada usando ensayos a agregados secos. Sin embargo se debe tener precaución que la mezcla contenga el mínimo nivel de vacíos teóricos en el agregado mineral. Puede ser deseable que hubiera suficientes vacíos en el agregado mineral con el fin de asegurar que la cantidad de ligante asfáltico sea satisfactoria ( Cooper, et al,1985). Se ha encontrado que los desplazamientos relativos de las partículas minerales ocurren cuando la mezcla asfáltica es manejada a altas temperaturas (durante la extensión y compactación de la mezcla) o a moderada temperatura, pero también bajo cargas prolongadas sucede de la misma forma (Uge y Van de Loo, 1974). En general, se puede decir que un incremento en el contenido de vacíos (para Va>3%) en la mezcla provoca una baja en la resistencia de la mezcla a la deformación plástica. Por lo que por durabilidad y por plasticidad resulta conveniente ser muy cuidadosos en el control de vacíos de la mezcla en obra. Por último, las mezclas con bajo contenido de vacíos se comportaron mejor que las mezclas con altos contenidos de vacíos. El grado de compactación es uno de los principales parámetros de calidad de las mezclas, especialmente para diseños críticos con bajos contenidos de ligante para favorecer la resistencia al ahuellamiento. Es por eso que los cuidados en la colocación deben extremarse pues un buen diseño puede fracasar en el proceso de colocación. Se tiene que mencionar que la compactación es un factor crítico en la preparación de muestras para evaluación en el laboratorio. Se debe tratar de simular y reproducir, en la medida de lo posible, la compactación que se lleva a cabo en campo en condiciones reales. En los casos del diseño de mezclas, se deben incluir requisitos sobre los porcentajes mínimos y máximos aceptables referentes al contenido de vacíos tanto en la mezcla como en el agregado mineral para poder garantizar un funcionamiento adecuado del pavimento durante el periodo de servicio (Padilla Rodriguez A., 2002).

Cargas por eje equivalente de los vehículos y presión de contacto de los neumáticos con el pavimento y frecuencia

El contacto de los neumáticos con el pavimento vuelve a ser un punto central. Como se mencionó en las características superficiales en relación a la adherencia, se deben diseñar mezclas que sean de adecuada macro y micro textura. Desde el punto de vista estructural deben ser considerados los neumáticos como el elemento de apoyo, por lo que la presión de inflado y el área de contacto es un factor importante a considerar. Las presiones altas de contacto sobre los pavimentos están directamente relacionadas con los valores de las cargas por eje de los vehículos, lo que conlleva a la formación de huellas son presiones altas de contacto sobre los pavimentos. A su vez es importante considerar la frecuencia del tránsito. Un aumento en el número de repeticiones de carga establece una disminución en la resistencia de los pavimentos a la generación de deformaciones plásticas; es decir, que cuando se incrementa el número de repeticiones de carga, el pavimento es más susceptible a sufrir este tipo de deterioro (Monosmith et al, 1994)

Las condiciones ambientales

43

Las altas temperaturas actúan sobre la consistencia del asfalto (lo reblandecen) ocasionando una enorme susceptibilidad a sufrir deformaciones plásticas debido a que la mezcla presenta un comportamiento muy viscoso, que la hace fluir y desplazarse con mucha facilidad. La temperatura medioambiental, por lo tanto, es un factor que influye de una manera muy importante en las deformaciones plásticas de los pavimentos porque permite que una mezcla asfáltica se comporte de manera viscosa o elástica. La presencia de agua puede aumentar la susceptibilidad de una mezcla asfáltica a las deformaciones plásticas permanentes. Los efectos del agua pueden ser considerados en la fase inicial de diseño de las mezclas o como una parte del proceso de evaluación de las mezclas. Cuando existe una modificación de la estructura de pavimento de estado seco a húmedo, se presenta una disminución de la resistencia de la mezcla. Haciendo una síntesis se puede decir, tal como lo citan Angelone et al, 2006 (IMAE, Universidad Nacional de Rosario), que los efectos principales en las variaciones citadas son las siguientes: TABLA Nº 1

Síntesis de principales efectos sobre la resistencia al ahuellamiento

44

Modelos para medir ahuellamientos

GRAFICO Nº 1. Modelo reológico del comportamiento de materiales

GRÁFICO Nº 2 - Evolución de la deformación permanente para una carga cíclica Donde:

: Tensión : deformación específica P: deformación específica axial permanente R: deformación específica axial resiliente.

El comportamiento de la mezcla frente a un estado de solicitación es mediante el inmediato desarrollo de deformaciones específicas del tipo elástico, seguidas por otras del tipo viscoso y dependientes del tiempo tal cual se expresara con anterioridad. Si la carga es cíclica, como la que se muestra en la figura, la deformación plástica se va acumulando en el tiempo. La evolución de la deformación en el tiempo se desarrolla en tres fases: La primaria: se produce rápidamente en los primeros ciclos La secundaria: propia de cada mezcla como se ha visto. La terciaria: es una deformación a volumen constante y deformaciones por corte.

GRAFICO: Etapas de las deformaciones permanentes

45

Deformaciones plásticas permanentes según el número de ciclos

Los modelos matemáticos actuales para el cálculo de la deformación plástica permanente fueron desarrollados por Kaloush, Gráfico anterior. Este tipo de modelo evolucionó en el tiempo a modelos más completos que tienen en cuenta la mayoría de los factores que se mencionan en la tabla 1.

Formulación de deformaciones plásticas permanentes

El método AASHTO 2002 de diseño de pavimentos sintetiza la ecuación de cálculo en la

fórmula N: Número de ciclos T: Temperatura

d

: Tensor desviador : Viscosidad del ligante a 60 ºC

Vbeff: Porcentaje de volumen efectivo del ligante Va: Porcentaje de vacíos ai ; bi : Constantes de correlación experimentales

Equipo para medir ahuellamiento desarrollado en el LEMaC El instrumental para medir ahuellamiento, tanto el ensayo propiamente dicho como el equipo para compactar las probetas fueron desarrollados en el LEMaC, en el marco de la presente Tesis. Se ha realizado contratando especialistas en el diseño electrónico, eléctrico, mecánico, hardware y software para que se ajustara a la actual normativa vigente en la Comunidad Europea, 2004. (BS EN 12697-22:2003 Bituminous mixtures. Test methods for hot mix asphalt part 22. Wheel Tracking). A continuación se dan las características del equipo y la muestra de ensayo:

46

Características de la probeta

De acuerdo al espesor de la capa

Espesor probeta (cm) 2.5 4 6 8 Tamaño máximo del agregado (mm)

< 8 8<TMT>16

16<TMT<22

22<TMT<32

Espesor probetas en función del tamaño máximo del agregado

Dimensiones de la probeta: La probeta utilizada es de 30 cm de lado

Probeta de ensayo

Cantidad de probetas: 2 probetas

Grado de compactación exigido: El mas cercano al 100 %, mínimo 97 %

Determinación de la densidad: según Norma EN 12697-33 o EN 12697-32 con muestra sumergida

Acondicionamiento previo al ensayo: 4 horas a 60 ºC [Rango máx. 70ºC y mín. Tamb.].

Características de la rueda:

Diámetro: 20 cm

Ancho: 5 cm

Espesor: 2 cm

Dureza Shore A: 80

Carga estática: 700 N

Característica de la pista:

Recorrido: 23 cm

Frecuencia: 26,5 ciclos/minutos

Temperatura de Ensayo: 60 ºC precisión 0,1 ºC Largo del brazo:

1 m Dispositivo de control de la temperatura

Con termocuplas en el recinto Elementos de medición de las deformaciones

LVDT Duración del ensayo

10000 ciclos o 20 mm de huella Resolución en la medición del ahuellamiento: 0,01 mm

Cada muestra esta compuesta por el promedio de 25 puntos distribuidos en los 100 mm centrales de la probeta

Análisis de resultados: Procedimiento B según la norma la BS EN 12697-22:2003

47

Pendiente de ahuellamiento:

ciclos

mmddWTS AGUAAIRE 3

500010000/ 105

Fórmula : Pendiente media de ahuellamiento Donde:

Di= profundidad de la huella a los i ciclos

WTS= pendiente media de ahuellamiento

Además se informa

PRD, profundidad de ahuellamiento media proporcional: Es el promedio de la profundidad de la huella respecto del espesor de 2 o mas muestras expresadas en porcentaje de +-0,1% para N ciclos de carga.

RD, profundidad de ahuellamiento media: Profundidad de huella de 2 o más muestras +-0,1 mm para N ciclos de carga.

Diagrama del equipo de Wheel Tracking Test

Equipo de Wheel Tracking del LEMaC

El ensayo de Wheel Tracking Test, a pesar de estar normalizado, se ha realizado de muy diversas formas por lo que se desarrollando en el país un inter-laboratorio con los 5 equipos disponibles (2009) con el fin de evaluar el funcionamiento de los equipos y la

48

correlación entre los datos obtenidos. Este instrumental fue adquirido por el LAPIV de la Universidad Nacional de La Plata, el IMAE de la Universidad Nacional de Rosario, el LEMIT de la Comisión de Investigaciones Científicas de la Provincia de Buenos Aires, Repsol-YPF Polo Ensenada y por el LEMaC de la Universidad Tecnológica Nacional Facultad Regional La Plata. Los resultados permiten establecer un ranking del comportamiento de las mezclas frente a deformación plástica permanente. Operan como ensayos de PASA

NO PASA , y

no permite predecir el ahuellamiento final de la mezcla en servicio.

Hamburgo Wheel Tracking Test.

Are mención a tal ensayo por la importancia que el mismo tiene (Morea- Daño por humedad-).El método consiste en someter a una probeta de mezcla asfáltica -preparada y compactada en el laboratorio- o bien a una muestra tomada de un pavimento, a cargas repetitivas mediante la acción alternativa de una rueda de acero. El método se basa en medir la deformación producida por la rueda sobre la mezcla asfáltica. Esta deformación es graficada en función del número de pasadas de la rueda.

El equipo, ver figura, está constituido por una rueda de acero de 203,6 mm de diámetro y 47 mm de ancho que ejerce una carga de 705 N (71 Kg) sobre una probeta de mezcla asfáltica de aproximadamente 30 cm x 30 cm x 5 cm. La rueda se mueve a razón de 50 pasadas por minuto alcanzando una velocidad de aproximadamente 0,305 m/s en el punto medio de la probeta. La muestra se encuentra sumergida en un baño de agua que se encuentra termostatizado a 50 °C. La mezccla se compacta a una densidad tal de obtener un porcentaje de vacíos del orden del 6 al 8 %. De esta manera se genera una mayor red de vacíos dentro de la mezcla haciendo el efecto del agua más notorio.

Fig. 5: Hamburgo Wheel Tracking.

Los datos que se registran son graficados en una curva de deformaciones producida en función del número de pasadas de la rueda. Una representación típica de lo que se obtiene es mostrada en la figura.

Fig. 6: curva deformación versus número de pasadas

49

Tal cual se aprecia la curva resultante presenta dos pendientes bien diferenciadas. La denominada pendiente creep slope o pendiente de deformación se emplea para medir o evaluar la susceptibilidad al ahuellamiento. La misma mide la acumulación de deformación permanente debido a mecanismos que se diferencian del daño producido por el agua. La segunda pendiente conocida como stripping slope o pendiente de descubrimiento, indica la acumulación de deformación permanente debido a daños por humedad y es utilizada para evaluar dichos daños. El punto de inflexión entre las dos pendientes conocido como stripping point o punto de descubrimiento, es el número de pasadas de la rueda en el que se comienza a notar los daños ocasionados por el agua. Es a partir de este punto en donde se produce el desprendimiento de la capa de cemento asfáltico del agregado pétreo y se visualiza la pérdida de adherencia.

A los efectos de evaluar las características de adherencia de un determinado agregado pétreo, muchas instituciones especializadas indican informar el valor de las pendientes de deformación y de descubrimiento junto con el punto de inflexión. Otras consideran el desempeño de un agregado pétreo respecto a sus características de adherencia. En cuenta la consistencia de los ligantes empleados sobre la base de su PG, para lo cual aconseja tomar como valores límites del ensayo, el número de pasadas para alcanzar una profundidad de huella o deformación de 12,5 mm y de acuerdo a los siguientes límites que se observan en la tabla .

PG N° Pasadas para 12,5 mm

64 10.000

70 15.000

76 20.000

En nuestro caso particular un PG 64 corresponde aproximadamente a un asfalto CA-20 (70/100), un PG 70 a un CA-30 (50/60) y un PG 76 a un asfalto generalmente modificado con polímeros.Un Punto de inflexión por debajo de las 10.000 pasadas es indicativo de un potencial daño por humedad en la mezcla.

50

RETENCIÓN DE ASFALTO EN PRODUCTOS

GEOSINTÉTICOS

Becario: Apas, Ana Liguen.

Tutor: Ing. Delbono, Héctor Luís.

Área Medio Ambiente y Obras Civiles.

Año 2009.

51

Resumen

El presente trabajo describe las experiencias desarrolladas en el ensayo normalizado de retención de asfalto aplicado a geotextiles no tejidos, presentando los resultados logrados y las conclusiones obtenidas, describiendo el tipo de producto utilizado y los casos de obra para los cuales es necesario determinar este importante parámetro.

Introducción

Un geosintético es un producto en el que, por lo menos, uno de sus componentes es a base de polímero sintético o natural, que se presenta en forma de hoja, banda o estructura tridimensional, usado en contacto con el suelo o con otros materiales dentro del campo de la geotecnia o de la ingeniería civil. El ensayo de retención de asfalto, se aplica dentro de la amplia gama de productos geosistéticos, en los denominados geotextiles del tipo no tejido. Los geotextiles son un fieltro o manto de fibras sintéticas que puede ser fabricado de diferentes formas, los mismos se aplican en todos los campos de la ingeniería en donde se esté en contacto con el terreno. Sus funciones se basan en su capacidad de filtración y su alta resistencia mecánica.

Casos de Obra en Donde se Aplican Estos Productos

Pavimentación

En lo que hace a la pavimentación los geotextiles, tanto Tejidos como No tejidos, cumplen las funciones de separación, estabilización, refuerzo y drenaje. El uso de un geotextil en la subrasante, evita que el agregado de la capa superior se mezcle con la misma y que el bombeo de los finos de las subrasantes débiles surja hacia la capa de agregado. De esta manera se mantiene el espesor original de las capas del camino, que de otra manera, destruiría el apoyo del mismo, reduciendo su vida útil. Así mismo el uso de refuerzos geosintétcos permite una significativa reducción en la base granular y evita eventuales deformaciones que puedan perjudicar el desempeño del pavimento. Estos factores contribuyen a una considerable reducción de costos en la ejecución y manutención de la vía, siendo esta pavimentada o no. La secuencia de instalación de un geotextil como separador entre la sub base y la subrasante de un pavimento es la siguiente:

Como paso inicial se debe preparar el terreno, removiendo los bloques de roca, trocos y arbustos que existan en la subrasante. Luego se rellenarán los huecos existentes para conformar una superficie plana. Sobre dicha superficie se colocará el geotextil que estabilizará y mejorará la subrasante (Fig. 1).

Figura 1.

52

Luego se descargará el material de agregado en el lugar escogido (Fig. 2), en este paso debe procurarse que ninguna máquina transite sobre el geotextil, o al menos hasta que la primera capa del material sea compactada.

Figura 2.

Luego se esparcirá el material de relleno sobre el geotextil con una primera capa compactada de 15cm, como se observa en la figura 3. Finalmente se compacta dicho material de relleno para dar paso al tráfico o comenzar la colocación de la capa de rodadura (Fig. 4).

Figura 3.

Figura 4.

El resultado que se obtiene al separa la base de la sub-base con un geotextil se puede observar en la figura 5:

Figura 5 Función del geotextil como separador.

Repavimentación

En el caso de la repavimentación asfáltica, dentro de los mecanismos que ocasionan la aparición y el incremento de fisuras, se destaca el fenómeno de "reflejo de fisuras", es decir la aparición del agrietamiento de la superficie antigua sobre la nueva capa. El origen de dicho fenómeno es diverso, entre sus causas principales se tienen: la fatiga ocasionada por la repetición de las cargas de tránsito; la retracción impedida; los movimientos de las capas inferiores del pavimento y los defectos de tipo constructivo. Para el caso en que la causa se deba a la fatiga, una de las soluciones aconsejadas para retardar la aparición de fisuras es la interposición de una interfase viscoelástica, S.A.M.I. (Stress Absorbing Membrane Interlayer). Dentro de ellas, la más difundida por su economía y practicidad, es la constituida por un geotextil embebido en asfalto entre la

53

superficie fisurada y las nuevas capas de pavimento. Estas intercapas prevendrán y reducirán el calcado de fisuras, la aparición de fisuras del tipo de piel de cocodrilo y los fenómenos de ahuellamiento y corrugamiento. Las dos funciones básicas que cumple el geotextil impregnado con asfalto para poder suministrar sus beneficios, son:

Barrera Impermeabilizadora

Conformada por un geotextil no tejido especial para repavimentación, albergará una cantidad determinada de cemento asfáltico hasta lograr su saturación, además de una cantidad adicional para permitir la adhesión del geotextil a la capa asfáltica inferior y a la nueva capa de rodadura. La cantidad de cemento asfáltico a utilizar es uno de los parámetros donde se debe tener mayor cuidado. Una de las normas constructivas internacionales para repavimentación, (Task Force 5, compuesta por la AASHTO, American Association of State Highway and Transportation Officials, la AGC, Associated General Contractors y la ARTBA American Road & Transportation Builders Association) exige que como mínimo la cantidad de cemento asfáltico para saturar el geotextil debe ser de 0.9 L/m2. Una cantidad insuficiente de ligante podría causar que el geotextil no se sature totalmente, perdiéndose el efecto de impermeabilidad o puede que la adhesión entre el geotextil y la capa de concreto asfáltico no sea suficiente, originando tiempo después la aparición de pequeños baches. Una cantidad excesiva de ligante originará una superficie potencial de falla por deslizamiento, al igual que el problema de la exudación de asfalto.

Membrana Amortiguadora de Esfuerzos

Cuando una capa de repavimentación es colocada sobre la superficie antigua, los esfuerzos incluidos por agrietamiento en la capa de concreto asfáltico antigua, pueden ser transmitidos hacia la nueva capa de repavimentación, originando un agrietamiento por reflexión temprana. El instalar un geotextil para repavimentación entre la capa de concreto asfáltico nueva y vieja ayuda a retardar el agrietamiento por reflexión, suministrando una capa flexible de espesor suficiente que absorbe parte de los esfuerzos entre la capa de pavimento antiguo y la capa de pavimento nuevo, permitiendo movimientos leves dentro de la intercapa del geotextil, sin tensionar la capa de repavimentación de concreto asfáltico. De esta forma se prolonga la vida de servicio de las capas repavimentadas. De estudios realizados se ha concluido que las 2/3 partes del alivio de esfuerzos se debe al cemento asfáltico que satura el geotextil y el resto es por el geotextil que funciona como contenedor. Como ejemplo de la repavimentación con geotextiles se puede mencionar el caso de la repavimentación de la Ruta Nacional Nº9, la cual vincula las ciudades de Rosario y Buenos Aires. En la Figura 6 se puede observar el estado en el que se encontraba la ruta, previo al fresado. Realizado el mismo se preparará la superficie de apoyo del geotextil por medio de soplado y barrido intensivo, rellenándose cualquier oquedad, grieta o fisura que pudieran ocasionar una discontinuidad de la superficie de apoyo. Luego se realiza un primer riego de cemento asfáltico en caliente, a razón de 0,7 lts/m², para de este modo garantizar la adherencia entre el geotextil y la superficie del pavimento existente así como también un embebimiento parcial del geotextil.

54

Figura 6 Pavimento existente previo al fresado.

Luego, por medio de un bastidor de empuje diseñado a tal efecto, se procede a colocar el geotextil no tejido, como se indica en la figura 7. Seguidamente se coloca el segundo riego de cemento asfáltico a fin de lograr una completan impregnación del geotrextil, (Fig. 8) dejando un pequeño excedente para que actúe a modo de riego de liga con la carpeta de rodamiento.

Figura 7 Instalación del geotextil con un bastidor de empuje.

Figura 8 Segundo riego de cemento asfáltico en caliente

Figura 9 Geotextil extendido y con ambos riegos aplicados.

Figura 10 Se observa la flexibilidad del geotextil que le permite

copiar las irregularidades del fresado.

Por último se procede a colocar y compactar la carpeta asfáltica por los medios usuales en repavimentación (Fig 11).

55

Figura 11 Colocación de la nueva carpeta de rodamiento

Retención de Asfalto en Geotextiles:

Se entiende por retención de asfalto al volumen de cemento asfáltico retenido por el geosintético por unidad de área de la probeta después de inmersión en cemento asfáltico. La retención de asfalto es un procedimiento de ensayo para todo el ancho de la tela para pavimento. El uso de este método de ensayo es para establecer un valor índice para proveer criterios normalizados. Procedimiento de ensayo según Norma IRAM 78027 en correspondencia con la Norma

ASTM D 6140-00.

Procedimiento de ensayo:

Se seleccionan al azar 8 muestras rectangulares de 100x200mm: 4 en el sentido perpendicular a la de fabricación y 4 en la dirección de fabricación para cada ensayo individual de la muestra. Se precalienta el cemento asfáltico a 135 ± 2 ºC y se colocan a las muestras unos ganchos que luego facilitarán el manipuleo de las mismas (Fig. 12). Se sumergen las muestras en el cemento asfáltico (Fig.13) manteniendo la temperatura de la estufa y se mantienen sumergidas durante 30 minutos.

Figura 12 Muestra geotextil No Tejido con ganchos

Figura 13 Geotextil embebidos en asfalto

Después de la inmersión se cuelgan para que drenen, a lo largo del eje longitudinal vertical, manteniéndolas en estufa a 135 ± 2 ºC, durante 30 min de uno de los bordes y durante otros 30 min del otro borde para obtener una saturación uniforme de la tela (Fig.14). Se extraen las muestras de la estufa y se deja que la muestra saturada con cemento asfáltico se enfríe (Fig. 15) por lo menos durante treinta minutos y se cortan todos los excesos, como ser gotas en los bordes. Se pesan las muestras saturadas con asfalto con una precisión de 0.1 gr.

56

Figura 14 Geotextiles en etapa de escurrimiento

Figura 15 Geotextil en etapa de secado.

Luego se procede al cálculo del promedio de la retención de asfalto observada para todas las probetas aceptables. Para el cálculo de la retención de asfalto para cada muestra individual de ensayo se procede de la siguiente manera:

RA= (msat - mg)/ Ag

Donde: RA: es la retención de asfalto en litros por metro cuadrado msat: masa de cada probeta saturada, en gramos mg: masas de cada probeta del geotextil antes de la inmersión, en gramos Ag: área de cada probeta de geotextil antes del ensayo, en metros cuadrados : densidad del asfalto a 21ºC, en gramos por litro.

Se presentan los resultados promedio obtenidos de ensayos realizados para tandas de 3 determinaciones de 4 probetas en sentido longitudinal al rollo y perpendicular al mismo.

Empresa 1

Producto Ret. paralela [L/m2]

Ret. perpendicular

[L/m2]

Retención [L/m2]

120gr 1.1 1.2 1.15 150gr 1.3 1.2 1.25 300gr 1.8 1.8 1.8

Empresa 2


Ret. perpendicular

[L/m2]

Retención [L/m2]

120gr 0.8 0.82 0.81 150gr 1.8 1.9 1.85 300gr 2.2 2.0 2.1

Empresa 3


Ret. perpendicular

[L/m2]

Retención [L/m2]

120gr 0.9 1.0 0.95 150gr 1.3 1.45 1.37

57

Analizando los resultados se realizó la búsqueda de las cartillas técnicas de las principales empresas comercializadoras para comparar los resultados obtenidos con los que las empresas declaran de sus productos. Los datos que figuran en la cartilla de la Empresa 1 son:

Empresa 1 Producto Retención de asfalto [L/m2]

120gr 1.3 150gr 1.5 300gr 2.0

En la cartilla de la Empresa 2, solo figuran los porcentajes de retención de asfalto para dos de los tres productos ensayados. Los mismos son:


120gr 1.3 150gr 1.5

Los datos que figuran en la cartilla de la Empresa 3 son los siguientes:


120gr 1.0 150gr 1.1

Muestras de ge otextil antes y después de la incorporación de asfalto

Conclusiones

Como primer observación se puede mencionar que en aquellos geotextiles de más gramaje se obtiene una retención de asfalto mayor que en aquellos de menor gramaje.

Figura 16 Entramado de geotextil virgen

Figura 17 Entramado de geotextil embebido en asfalto

58

El producto de 120gr de la Empresa 2, según los resultados obtenidos en el ensayo realizado no se podría usar para la repavimentación ya que su retención de asfalto es menor a 0.9 L/m2 según se menciona más arriba. Según describe el fabricante este se utiliza en membranas asfálticas prefabricadas. Como objetivo de experiencia se utilizo en la práctica de los ensayos.

Si bien los valores que se obtuvieron en los ensayos realizados difieren a los especificados en las cartillas técnicas, los mismos están dentro del rango de aceptación.

El producto de 120gr. y 150gr. de la Empresa 3 no son utilizados en repavimentación, esta Empresa especifica un gramaje de 400 gr. para su utilización en obras de repavimentación.

La variación de retención de asfalto en productos de la misma empresa y del mismo gramaje pueden variar, en muy pequeño rango, debido a la orientación, largo y densidad de fibras en la muestra tomada del rollo comercial de 100m de longitud y 3m de ancho. Esto puede deberse a que el sistema de producción en este tipo de productos se realiza incorporando las fibras en forma aleatoria.

El embeber las probetas en asfalto hace que las fibras se orienten de otra manera (tipo rulo) logrando unir mas la malla del geotextil, obteniendo así una impermeabilización mas efectiva.

Bibliografía

(1) Método para medir capacidad de retención de asfalto en geosintéticos , Autores: E. Fensel, G. Botasso, L. Sassara.

(2) Caracterización de geosintéticos para uso vial , autores: E. Fensel, G. Botasso, L Ricci.

(3) Geotextiles, funciones y aplicaciones Manual técnico de la empresa Pavco. (www.coval.com.co/.../man_pavco_geotextiles_funciones_aplicaciones)

(4) Repavimentación, recomendaciones constructivas y de diseño Manual técnico de la empresa Pavco. (www.coval.com.co/.../man_pavco_geotextiles_repavimentacion.pdf)

(5) Información técnica de casos de obra de la empresa Bidim Repavimentación de la ruta nacional Nº9

año 1999. (6) Norma IRAM 78027 Geosintéticos. Determinación de la retención de asfalto por

los geotextiles empleados en pavimentación asfáltica en todo su ancho

http://www.coval.com.co/.../man_pavco_geotextiles_funciones_aplicaciones

http://www.coval.com.co/.../man_pavco_geotextiles_repavimentacion.pdf

59

ESTUDIO DEL SISTEMA DE ENCABEZADO DE PROBETAS CILÍNDRICAS CON PLACAS DE ELASTÓMERO

Análisis del uso de las placas de dureza Shore A=50, A= 60 y A = 70

Becaria: Alderete Natalia.

Tutor: Ing. Marcelo Barreda.

Área Estructuras y Materiales.

Año 2009.

60

1. Introducción

En este trabajo se completa el estudio sobre el empleo de las placas de neopreno [1] en el ensayo a compresión de probetas cilíndricas de hormigón. Para tal fin fueron realizados los ensayos correspondientes, es decir, se realizó la calificación del sistema de acuerdo a lo que indica la norma IRAM 1709[2]. A su vez se profundiza un poco más en el análisis estadístico de los requisitos establecidos por la norma. Razón por la cual se realizaron también cálculos con ciertas variaciones de los estadísticos, con intenciones de averiguar la influencia en los resultados de la calificación o no del sistema con placas elastoméricas. Con el objetivo de obtener un marco histórico y de resaltar la importancia que se ha dado al encabezado se desarrolla una breve reseña sobre los diferentes métodos utilizados para mejorar las bases en el ensayo a compresión.

2. El Tratamiento de las Bases

El tratamiento de las bases de las probetas es un tema que, aunque constituye una tarea de rutina, resulta de gran incidencia en el ensayo de compresión. No resulta por lo tanto llamativo que se hayan investigado tan variadas formas de acondicionar o tratar las bases. En los años ´20 el sistema de encabezado regularmente utilizado era el de pasta de cemento, que se encuentra vigente en la actualidad regularizado mediante la norma IRAM 1553. En el año 1928 comenzó el estudio sobre el empleo de mortero de azufre para el tratamiento de las base; para el año 1939 los laboratorios emplearían este sistema de manera común, el cual sigue siendo el más utilizado en la actualidad. En los años ´40 se investigó la variación de los resultados mediante la evaluación de mortero de azufre y uno de yeso en el cual se encontró que la utilización de azufre brindaba un pequeño aumento en el desempeño. A partir de los ´50 se encontraron limitaciones en la utilización del azufre debido a que un estudio encontró que las probetas no desarrollaban su resistencia total debido al curado incompleto del encabezado. Basados en estos descubrimientos, se recomendó hacer la capa de mortero de azufre lo más delgada posible. Se evidencia esto en la norma, que en la actualidad impone un límite al espesor de las bases. Asimismo un estudio comparativo entre las placas de neopreno y mortero de azufre arribó a la conclusión que aunque las resistencias con las placas parecían ser mayores, esta diferencia era insignificante. A su vez que la variación asociada con las placas elastoméricas no era mayor que aquella asociada con el mortero de azufre. También se investigó el empleo de placas de aluminio, placas de corcho y el pulido para tratar las bases. [3] Actualmente la norma española UNE además del empleo de pasta de cemento y mortero de azufre avala el método de la caja de arena, el cual consiste en colocar un cierto volumen de arena una caja ubicada sobre una superficie horizontal. Luego la probeta se pone en el montón de arena y se sujeta en su posición mientras se hace funcionar el vibrador durante 20 segundos, se vierte la cera de parafina hasta el borde de la caja y se deja endurecer. Seguidamente se libera la probeta y se gira sobre la otra cara, repitiendo la operación con una segunda caja. [4] Un programa de ensayo a pequeña escala diseñado por la Federal Highway Administration (FHWA) no encontró diferencias significativas en los ensayos a compresión entre encabezado con azufre y placas de neopreno. Aunque sí se hallaron diferencias significativas entre bases pulidas y encabezadas. Asimismo el departamento de Ingeniería Civil de la Universidad de Bogazici, Istanbul, concluyó que el uso de las placas de neopreno presentó grandes ventajas prácticas y significativas sobre la pasta de cemento y el encabezado con mortero de azufre,

61

incluyendo la reducción de costos, ahorro de tiempos y un ambiente de trabajo más seguro. [5] Se destacan las diversas maneras de tratar las bases y la diversidad de estudios e investigaciones que se han realizado para encontrar un método adecuado, lo cual evidencia la importancia que reviste un buen sistema de encabezado.

3. Análisis Estadístico

Para el análisis del empleo de las placas de neopreno la norma IRAM 1709, como así también la ASTM C 1231[6], estipula el empleo de indicadores estadísticos para determinar la aceptación del sistema. Basándose en la distribución T de Student permite averiguar un intervalo de confianza con una pequeña cantidad de datos.

3.1 Nociones de Probabilidad

Se llama intervalo de confianza en estadística al par de números entre los cuales se estima que estará cierto valor desconocido con una determinada probabilidad de acierto. Esta probabilidad de éxito en la estimación se representa por 1-

y se denomina nivel de confianza. En estas circunstancias

es, una medida de las posibilidades de fallar en la estimación mediante tal intervalo.[7] El nivel de confianza y la amplitud del intervalo varían conjuntamente, de forma que un intervalo más amplio tendrá más posibilidades de acierto (mayor nivel de confianza), mientras que para un intervalo más pequeño, que ofrece una estimación más precisa, aumentan sus posibilidades de error. Para la construcción de un determinado intervalo de confianza es necesario conocer la distribución teórica que sigue el parámetro a estimar, en este caso se utiliza la distribución de T de Student. En probabilidad y estadística, la distribución T es una distribución de probabilidad que surge del problema de estimar la media de una población normalmente distribuida cuando el tamaño de la muestra es pequeño (<30), en este trabajo el tamaño de la muestra es de varía entre diez y once. Asimismo en estos casos la desviación típica de una población se desconoce y debe ser estimada a partir de los datos dados. Se efectuaron en este trabajo, los cálculos correspondientes a la distribución para un nivel de confianza del 95%( = 5%), 98%( = 2%) y 99% ( = 1%). En cada caso se determinó el estimador de la tabla adecuada para el valor de confianza dado. [7]

De esta manera se realizó una comparación entre los diferentes valores que se obtienen al variar, aumentar y disminuir, el porcentaje del nivel de confianza. Es importante destacar que al aumentar el nivel de confianza se agranda el intervalo, lo cual implica una mayor dispersión en los resultados que se obtengan. Sin embargo, implica a su vez que hay mayor probabilidad que el resultado obtenido sea certero. [8] La norma 1709 Método para el uso de encabezado con placas de elastómero en la determinación de la resistencia a la compresión de probetas cilíndricas establece la utilización de la distribución de T de Student para un nivel de confianza del 95%, es decir

62

=5%. Con lo cual es necesario poder satisfacer la siguiente desigualdad con los valores

obtenidos de los ensayos pertinentes:

X p 0,98 X s + (t . Sd) / n

Esta expresión indica que la resistencia media de las probetas ensayadas con placas de neopreno debe ser mayor o igual al 98 % de la resistencia promedio de las probetas gemelas encabezadas con mortero de azufre, utilizando la distribución de T de Student.

4. Resultados

Se detallan a continuación los resultados obtenidos del ensayo de compresión utilizando como tratamiento de las bases mortero de azufre (arena, azufre y grafito) en la mitad de las probetas ensayadas y placas de neopreno en la otra mitad, las probetas fueron realizadas del mismo pastón y curadas bajo las mismas condiciones.

Placa de dureza Shore 50

Par de probetas Nº

Encabezado de neopreno Encabezado de azufre Diferencia d

Mpa Mpa Mpa

1 15,84 13,58 2,26

2 16,98 14,43 2,55

3 17,83 14,71 3,11

4 18,11 14,99 3,11

5 18,11 14,99 3,11

6 18,39 15,28 3,11

7 18,67 17,83 0,85

8 18,67 18,39 0,28

9 18,90 18,67 0,23

10 19,24 19,24 0

Promedio 18,07 16,21 1,86

Desviación Estándar 0,45

X p 0,98 X s + (t . Sd) / n

18,07> (0,98) * (16,21) + [(1,833 * 0,45) / 10] 18,07>16,15 (El sistema califica)

Resistencia a Compresión

13

15

17

19

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

nº par de probetas

MP

a Placas

Azufre

63


Par de probetas Nº

Encabezado de neopreno Encabezado de azufre Diferencia d

Mpa Mpa Mpa

1 22,35 21,22 1,13

2 22,58 21,79 0,79

3 22,92 22,35 0,57

4 25,41 22,64 2,77

5 25,46 22,64 2,83

6 26,030 22,92 3,11

7 26,03 22,92 3,11

8 26,60 27,16 -0,57

9 26,60 27,16 -0,57

10 26,88 27,45 -0,57

Promedio 25,09 23,82 1,27


X p 0,98 X s + (t . Sd) / n



20

22

24

26

28

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

nº de probetas

MP

a Placas

Azufre

64



30

32

34

36

38

40

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

nº par de probetas

MP

a Placas

Azufre

Par de probetas Nº

Encabezado de neopreno

Encabezado de azufre Diferencia d

Mpa Mpa Mpa

1 33,10 30,27 2,83

2 33,39 31,69 1,70

3 35,65 32,54 3,11

4 35,93 32,82 3,11

5 36,22 33,39 2,82

6 36,50 33,39 3,11

7 36,50 33,67 2,83

8 37,07 33,95 3,11

9 37,35 33,95 3,40

10 38,48 35,65 2,83

11 38,48 36,78 1,70

Promedio 36,24 33,46 2,78


X p 0,98 X s + (t . Sd) / n


De esta manera se realizó la calificación para los tres pares de placas de neopreno de dureza Shore 50, 60 y 70 respectivamente. A su vez se puede observar que el rango de resistencias satisface a aquel requerido por la norma, ya que entre la menor y la mayor resistencia entre las 20 probetas existe una diferencia menor a 7 MPa.

4.1 Análisis con Diferentes Niveles de Confianza

El objetivo fundamental de la estadística es inferir características de una población analizando una parte de ella denominada muestra. De esta forma permite extraer conclusiones de una población a partir de una muestra representativa. La norma

65

considera como mínimo 20 probetas (10 pares) del mismo pastón como una muestra representativa. En este trabajo se evaluaron 10 pares con placas de dureza Shore A=50 y A=60 y 11 pares con dureza shore A =70, de esta manera al trabajar con una muestra reducida estaríamos en las peores condiciones estadísticas ya que al aumentar el tamaño disminuye la variabilidad. Por lo que no resultaría llamativo que al aumentar el tamaño de la muestra se obtengan resultados más favorables aún. Un intervalo de confianza es un conjunto de valores formado a partir de una muestra de datos de forma que exista la posibilidad de que el parámetro poblacional ocurra dentro de dicho conjunto con una probabilidad específica. Esta probabilidad específica recibe el nombre de nivel de confianza. Se efectuaron los cálculos estipulados en la norma con dos niveles de confianza diferentes. Se eligieron intervalos de 90% y 99%, con el fin de obtener datos en un intervalo menor al indicado por la norma y también un intervalo de mayor confianza para verificar si el sistema calificaba aún con estos niveles de confianza. Los resultados obtenidos son los siguientes:

X p 0,98 X s + (t . Sd) / n

n= 9

n= 10

90%

Placas de dureza Shore A=50



99%




90% t= 1,3830 1,383

99% t= 2,8214 1,383

90% t= 1,3725 1,383

99% t= 2,7638 1,383

18,07> (0,98) * (16.21) + [(1,3830 * 0,45) / 10]

18,07> 16,08 (El sistema califica)

25,08> (0,98) * (23.82) + [(1,3830 * 1,57) / 10] 25,08>24,03 (El sistema califica )

36.48> (0,98) * (33.47) + [(1,3725 * 2.77) / 11] 36.48>33.95 (El sistema califica)

18,07> (0,98) * (16.21) + [(2,8214 * 0,45) / 10]

18,07> 16,28 (El sistema califica)



66

De acuerdo a estos valores se observa que si se establezca un mayor intervalo, que nos indica que dentro del rango dado se encuentra el valor real de un parámetro con mayor porcentaje de certeza, el sistema de placas de neopreno igualmente califica. En el caso de un intervalo de confianza menor, que ofrece una estimación más precisa también se satisface la inecuación habilitando al sistema de encabezado.

5. Conclusiones

De lo expuesto anteriormente queda a la vista la utilización de las placas de elastómero como material apto para el tratamiento de las bases en el ensayo a compresión del hormigón, los resultados obtenidos muestran claramente que satisfacen la inecuación indicada en la norma 1709, como así también la norma ASTM C 1231. A su vez, el empleo de las placas internacionalmente ha sido avalado mediante varios estudios a través de los años, considerándose un sistema de encabezado rápido, eficaz y con marcada tendencia a su utilización generalizada. Cabe destacar que el empleo de placas de neopreno como sistema para el tratamiento de las bases está siendo implementado en el LEMaC-Centro de Investigaciones Viales- , como método complementario al encabezado con mortero de azufre.

67

6. Bibliografía

6.1 Referenciada

[1] Estudio del sistema de encabezado de probetas cilíndricas con placas de elastómero . Subtema: Análisis del uso de las placas de dureza Shore A= 50 , 2009. [2] Norma IRAM 1709 Método para el uso d encabezado con placas de elastómero en la determinación de la resistencia a la compresión de probetas cilíndricas, 2002. [3] Evaluation of Capping Systems for High-Strength Concrete Cylinders by John Eggers, P.E. Sadí Torres, P.E., Louisiana Transportation Research Center, Marzo 2006. [4] Norma Española UNE-EN-123900-3 ; Ensayos de hormigón endurecido, Junio 2003, [5] Effects of end conditions on compressive strength and static elastic modulus of very high strength concrete. Mehmet Gesog lu, Erhan Gu¨neyisi, Turan O¨zturan* M. Gesog lu et al. / Cement and Concrete Research 32 , 2002. [6] Norma ASTM C 1231 Standard Practice for Use of Unbonded Caps in Determination of Compressive Strength of Hardened Concrete Cylinders, 2000. [7] Ruiz C. M; Morcillo A. M. C; García G. J; CASTILLO V. C; 2000 Curso de Probabilidad y Estadística Ed. Universidad de Málaga. [8] Probabilidad y Estadística: Aplicaciones y Métodos. Mc Graw Hill. Meyer, Y. , 1993.

6.2 Consultada

- Significance of Tests and Properties of Concrete and Concrete-Making Materials; Capítulo3: Concrete Strength Testing, Celik Ozyildirim1 and Nicholas J. Carino2 , Abril 2006. - The Effect of Capping Condition on the Compressive Strength of Concrete Hollow Blocks, Osama A. Abaza, Ameed Abu Salameh;Civil Engineering Dept., Faculty of Eng., An-Najah N. University, Nablus, Palestine, Mayo 2003. - Effect of Elastic Modulus of Capping Material and Measures Strenght of High-Stenght Concrete Cylinders; Cement , Concrete and Aggregates, CCAGDP, Vol20, Nº2, Diceimbre de 2008. - Norma IRAM 1546. Hormigón de Cemento pórtland. Método de ensayo de compresión, 1992. - Norma ASTM C 617 Standard Practice for Capping Cylindrical concrete Specimens, 1998.

68

CÁLCULO DE CURVAS HORIZONTALES Y VERTICALES MEDIANTE PLANILLAS EXCEL

Becario: Juan Ignacio Calderón.

Tutores: Ing. Luis Agustín Ricci y el Sr. Luciano Brizuela.


Año 2009.

69

En este apunte se desarrollaran las tareas efectuadas como investigación de becario, como objetivo se ha planteado el aprendizaje y conocimiento de los lineamientos fundamentales para el diseño geométrico de curvas horizontales y verticales a proyectar en caminos. Como aporte o elemento innovador se utilizaran herramientas informáticas actuales generando planillas automatizadas que brinden apoyo al proyectista vial. Con dichas planillas se estudiaran la sensibilidad de algunos parámetros intervinientes en el cálculo de dichas curvas.

2. Desarrollo: A continuación se describirán los conceptos básicos del diseño geométrico de curvas para caminos, de manera de tener en claro los parámetros que intervendrán en la ejecución de las planillas automatizadas.

2.1 Alineamiento Planimétrico: En el diseño de un camino, la intersección de dos tramos rectos se resuelve mediante la incorporación de una curva, la cual generalmente es circular. Al hablar de curvas horizontales el factor fundamental para su definición es el Radio. Para la definición del mismo influyen muchos puntos como el peralte, la fricción, velocidad directriz, etc.

Peralte:

El peralte es la inclinación transversal de la calzada que compensa en parte las fuerzas centrípetas que se generan al transitar en tramos curvos. Estos rondan entre el 6 y el 10 % según las condiciones en que se desarrolla la ruta.

Coeficiente de fricción lateral:

La variación de este coeficiente con la velocidad directriz se ha considerado lineal adoptándose la siguiente relación empírica:

f = 0.196

0.0007 VD siendo: f = coeficiente de fricción (adimensional) VD = velocidad directriz (km/h)

Radios mínimos de curvatura:

De acuerdo a los coeficientes de fricción lateral adoptados se han determinado los radios mínimos de las curvas circulares, para cada valor del peralte, de acuerdo a la expresión siguiente:

R=0.007865 (VD2 / p + f) Siendo: R = radio circular (m) VD = velocidad directriz (km/h) p = peralte (adimensional) f = coeficiente de fricción (adimensional)

Radios mínimos deseables:

Un primer criterio para fijar radios deseables, seria el de encuadrar en tal denominación, a aquellos en los que la fricción, utilizada para vehículos

70

marchando a la velocidad directriz, corresponda a coeficientes menores que la mitad de los máximos. En ese caso se utilizaría el 50 % del coeficiente de fricción f. Por otra parte, un segundo criterio seria el de considerar como deseables, los radios que durante la noche permitan iluminar suficientemente a objetos colocados en el camino, a una distancia igual a la de frenado. Por lo general la velocidad de los vehículos es menor durante la noche, se considera suficiente adoptar la distancia de frenado correspondiente a una velocidad igual al 90 % de la directriz. En ese caso se utilizaría el 90 % de la velocidad directriz VD. Ahora bien al transitar por un tramo recto y pasar a circular por una curva

circular, se genera una incorporación de una fuerza centrípeta inmediata que influye en la comodidad o confort del conductor. Para evitar esa incomodidad se suelen incorporar curvas de transición que permitan un aumento gradual de la fuerza centrípeta. Dichas curvas suelen llamarse Curvas de Transición y se emplean para las mismas la geometría de una espiral por poseer una disminución gradual de su radio.

Curvas de Transición:

El factor fundamental a definir en una curva de transición es su longitud. Existen 3 criterios para este punto:

* Comodidad * Apariencia general * Apariencia del borde

1º criterio Comodidad Adoptando como transición la espiral de Euler y en el caso que, en cada uno de sus puntos, el peralte sea proporcional al desarrollo de la curva, se llega a que la longitud necesaria esta dada por la siguiente formula: Le = 93.6 VD/A (0.007865 VD2/R

p) Siendo: Le = longitud espiral (m) VD = velocidad directriz (km/h) A = aceleración de la aceleración centrifuga en (m/seg3)* R = radio circular (m) p = peralte (adimensional) * el valor de A que no proporciona ninguna sensación de incomodidad a los ocupantes de los vehículos, está comprendido entre 0.30 m/seg3 y 0.6 m/seg3. Se adopta el valor de 0.45 m/seg3 (promedio de los dos anteriores).

2º criterio-Apariencia general Se considera que la transición debe tener una longitud mínima tal que un vehiculo marchando a la velocidad directriz, no tarde menos de 2 segundos en recorrerla. En consecuencia la longitud mínima en metros está dada por la siguiente expresión:

Le = VD / 1.8 siendo:

71

Le = longitud espiral (m) VD = velocidad directriz (km/h) En ningún caso se introducirá una longitud de transición inferior a 30 metros.

3º criterio- Apariencia de borde Normalmente, el desarrollo del peralte debe efectuarse a lo largo de la espiral. En consecuencia, bajo este aspecto, la longitud mínima surge de la pendiente relativa máxima a dar al borde exterior de la curva de transición con respecto al eje de la calzada. Para suavizar el quiebre de pendiente en los bordes de la curva en los puntos T.E. (tangente espiral) y C.E. (curva espiral), se han adoptado los siguientes valores máximos de la pendiente relativa de los bordes de la calzada respecto al eje:

i = 40 / VD Siendo: i = pendiente relativa mencionada (%) VD = velocidad directriz (km/h) Además, siendo a y S el ancho y sobreancho (en metros) de la calzada, y p el peralte; la longitud mínima de la transición deberá ser la siguiente:

Le = 1.25 (a+S) p V

Longitudes de transición a adoptar: En este caso se adopta la mayor de las tres longitudes (criterios), redondeándolo en múltiplos de 10 metros.

Longitudes deseables: Se recalca que las longitudes antes calculadas son las mínimas. Desde el punto de vista estético, cuando no hay inconvenientes de otra índole, es aconsejable aumentarlas en el orden del 50 % al 100% sobre todo para curvas de radios amplios y velocidades directrices elevadas. Además para que el aspecto agradable de la curva de transición pueda ser apreciado por los usuarios, su longitud no deberá ser inferior a la décima parte del radio.

Radios a partir de los cuales no es indispensable introducir curvas de transición:

Se considera que cuando el desplazamiento E entre la curva circular y la tangente es menor que 0.10 m es innecesario introducir una curva de transición entre ambas, ya que el vehiculo describirá de por si una transición sin apartarse más de 0.10 metros del eje de su trocha. La expresión que da aproximadamente este desplazamiento es la siguiente:

E = Le2 / 24 R Teniendo en cuenta la condición de comodidad, despreciando el peralte y resolviendo matemáticamente, se llega a despejar el valor R y se obtiene:

R = 0.098 VD2

En este caso R es el radio mínimo que no requerirá transición y VD la velocidad directriz fijada.

72

Sobreanchos:

Para mantener en las curvas las mismas condiciones de seguridad en el cruce de vehículos que en las rectas, es necesario introducir sobreanchos, por las siguientes razones:

a- el vehiculo al describir la curva, ocupa un mayor ancho, ya que generalmente las ruedas traseras recorren una trayectoria ubicada en el interior de la descripta por las ruedas delanteras. Además el extremo lateral delantero, describe una trayectoria exterior al del vehiculo.

b- La dificultad que experimentan los conductores para mantenerse en el centro de su trocha debido a la menor facilidad de apreciar la posición relativa de sus vehículos dentro de la curva. Esta de más decir que esta dificultad aumentaría con la velocidad y disminuye a medida que los radios de las curvas son mayores.

Para determinar la magnitud del sobreancho, debe elegirse un vehiculo representativo del transito de la ruta. Dada la gran proporción de camiones que circulan por los caminos, se ha tomado como vehiculo representativo un camión semiremolque de las siguientes dimensiones: Distancia entre la parte frontal y eje delantero (L1) = 1.20 m Distancia entre el eje delantero y el eje trasero de la unidad tractora (L2) = 4.30 m Distancia entre el eje trasero de la unidad tractora y el eje del semiremolque (L3) = 6.40 m Siendo R el radio de la curva en metros y VD la velocidad directriz en km/hora, la expresión que da el sobreancho S, en metros, de un camino de 2 trochas es la siguiente: S = 2 [R- R2

(L2 2 + L3

2 ) ] + ( R2 + L1 (2 L2 + L1 ))

R + (VD/10 R) En caso de curvas con transición espiral, el sobreancho se deberá repartir, en general, por partes iguales a ambos lados del eje; en cambio para curvas con transición simple, se lo ubicara siempre en el borde interior de la curva circular. Por razones practicas no se proporciona sobreancho a las curvas, cuando su calculo arroje un valor inferior a 0.50 m.

2.2 Alineamiento Altimétrico: Para obtener un cambio gradual entre dos rasantes rectilíneas continuas de diferente pendiente, es necesario introducir entre ellas una curva vertical. El diseño geométrico de las curvas verticales, deberá permitir que se cumplan las siguientes condiciones: 1º Seguridad para el transito 2º Comodidad para los ocupantes de los vehículos 3º Apariencia estética de la rasante 4º Drenaje superficial adecuado Existen 2 tipos de curvas:

Curvas Convexas:

Se trata de determinarlos parámetros de este tipo de curvas que permitan cumplir simultáneamente las cuatro condiciones impuestas anteriormente.

1º condición - Seguridad para el transito

73

Para satisfacer esta condición, es indispensable contar con distancias de visibilidad, desde el ojo del conductor hasta el posible obstáculo, iguales a las de detención. Se consideran los casos de operación diurna y nocturna. a- para operación diurna, las distancias de detención elegidas, son las correspondientes a la velocidad directriz. b- para operación nocturna se han adoptado distancias de detención correspondientes a una velocidad igual al 90 % de la directriz. Para el cálculo de los parámetros es necesario conocer los siguientes términos: P Parámetro mínimo absoluto para operación diurna. P: Parámetro mínimo absoluto para operación nocturna. P: parámetro mínimo deseable. D1: distancia de detención correspondiente a la velocidad directriz. D : distancia de detención correspondiente al 90 % de la velocidad directriz. h: altura del ojo del conductor (1.10 m) h : altura del objeto (0.20 m) h : altura de los faros del vehiculo (0.65 m) h : altura del vehiculo (1.35 m ) i: diferencia algebraica de pendientes. L: longitud de la curva vertical. Parámetros mínimos absolutos para operación diurna:

P = 2 D1 / i - 2( h + h )² /i2 (valida para L< D1 )

P = D12 / 2( h + h )² (valida para L> D1 )

Parámetros mínimos absolutos para operación nocturna:

P = 2 D / i - 2( h + h )² / i2 (valida para L< D ) P = D 2 / 2( h

+ h )² (valida para L> D )

Parámetros mínimos deseables:

P

= 2 D1 / i - 2( h + h )² / i2 (valida para L< D1 )

P = D12 / 2( h + h )² (valida para L> D1 )

2º condición - Comodidad de los ocupantes de los vehículos a- aceleración radial máxima: al circular un vehiculo por una curva vertical, sus ocupantes están sujetos a una aceleración radial determinada por la velocidad de aquel y el radio de curvatura. Respecto del valor máximo admisible de dicha aceleración, que no ocasione sensación de incomodidad, variando entre 1.20 m/seg² a 0.15 m/seg². Se considera que en general un valor de 0.30 m/seg² responde con amplitud a las exigencias de la comodidad. Teniendo en cuenta que el parámetro de las parábolas cuadráticas es igual al radio de curvatura en su vértice y que estas son sensiblemente equivalentes a curvas circulares a radio igual a dicho parámetro, se tiene:

P = VD² / a

74

Como a = 0.30 m/seg²

P = 0.25 VD²

3º condición - Apariencia estética de la rasante Desde el punto de vista estético, para evitar que la rasante presente un aspecto no satisfactorio, se ha fijado para las curvas verticales convexas, una longitud mínima dependiente de la velocidad directriz. Siendo Lmin la longitud mínima en metros y VD la velocidad directriz en km/hora, la expresión adoptada es la siguiente:

Lmín. = 0.7 VD

Pmín. = 0.7 VD / i

En esta última expresión Pmín es el parámetro, e i la diferencia algebraica de pendientes. Independientemente de la velocidad directriz, se ha elegido, como limite inferior de los parámetros, el valor de 400 metros, o sea:

Pmín = 400 (en metros)

4º condición - Drenaje superficial adecuado El problema del drenaje solo se presenta en las curvas verticales con pavimentos provistos de cordones. Las Normas A.A.S.H.O. de diseño geométrico de caminos rurales consideran que en estos casos el drenaje es adecuado, cuando a una distancia de 15.20 metros de dicho punto, la pendiente longitudinal es igual o mayor que 0.35 %. Esto implica que el parámetro no supere los 4.350 m, o sea que para velocidades superiores a 90 km/hora, esta condición estaría en general en contraposición con las del criterio de seguridad. No obstante es poco frecuente, en caminos rurales, el uso de cordones.

Sobrepaso de vehículos: Para el caso de operación diurna en que a lo largo de la distancia de sobrepaso (D2) correspondiente a la velocidad directriz, haya un solo alineamiento recto y que altimétricamente, haya solamente dos rasantes unidas por una curva vertical convexa; los parámetros mínimos que permiten la maniobra de sobrepaso están dados por las siguientes expresiones:

P = 2 D2 / i - 2( h + h -0.05)² /i2 (valida para L< D2)

P = D22 / 2( h + h -0.05)² (valida para L> D2)

Debido a la baja altura de los faros de los coches, en curvas convexas, de noche, un conductor recién puede ver directamente un vehiculo que se acerca en sentido contrario, a una distancia menor que en el caso de operación diurna. No obstante, debido a la iluminación indirecta de elementos próximos al camino, tales como árboles, taludes, etc., o aun el propio resplandor de los

75

faros en la atmósfera, puede apreciarse la aproximación de una vehiculo en sentido contrario, antes de percibir directamente la luz de sus faros. De suponerse curvas horizontales y verticales o de existir mas de una curva vertical a lo largo de una distancia igual a la de sobrepaso, deberá verificarse que no existan obstáculos por encima de la visual de dicha longitud, tendida de ojo del conductor a vehiculo, a alturas sobre la calzada de 1.10 m y de 1.30 m respectivamente.

Curvas Cóncavas:

Las condiciones que debe cumplir el diseño geométrico de estas curvas son las ya mencionadas anteriormente.

1º condición - Seguridad para el transito En este caso prevalecen las condiciones de operación nocturna, ya que dada la configuración de la curva, no hay problemas de visibilidad en horas diurnas. Se han adoptado como mínimos absolutos, los parámetros que permiten una suficiente iluminación nocturna a una distancia igual a la de frenado, correspondiente a una velocidad del vehiculo equivalente al 90 % de la velocidad directriz. Usando las notaciones dadas para las curvas convexas tendremos: Parámetros mínimos absolutos (operación nocturna)

P = 2 D / i

(2h + 0.035 D ) / i2 (valida para L< D ) P = D 2 / (2h + 0.035 D )² (valida para L> D )

Parámetros mínimos deseables (operación nocturna)

P = 2 D1 / i

(2h + 0.035 D1) / i2 (valida para L< D1) P = D12 / (2h + 0.035 D1) (valida para L> D )

Tanto para 2º condición - Comodidad de los ocupantes de los vehículos , 3º condición - Apariencia estética de la rasante , como 4º condición - Drenaje superficial adecuado los cálculos se efectúan de la misma manera que en curvas convexas.

Sobrepaso de vehículos: Hay que tener en cuenta cuando la curva vertical es cóncava, y la misma se desarrolla en correspondencia con una intersección a distinto nivel, que la visual del conductor puede quedar obstruida por la estructura superior. Teniendo en cuenta que la condición más desfavorable se produce cuando el vértice de la curva cóncava se encuentra aproximadamente en correspondencia con la estructura superior, con suficiente exactitud, los parámetros mínimos de las curvas verticales están dados por las siguientes expresiones:

P = 2 D2 / i

8 (D

(h1 +h ) / 2) / i² (valida para L< D2)

P = D2 ² / 8( H - (h1 +h´) / 3) (valida para L> D2 )

76

Siendo: H = altura de la estructura sobre el pavimento de la curva vertical, en metros. h1 = altura del ojo del conductor sobre el pavimento. El caso mas desfavorable corresponde a un conductor de ómnibus con h1 = 2.20 m. h = altura del objeto. Se adopta el valor de 0.20 m

Análisis de Sensibilidad

Se hizo un análisis de sensibilidad para saber que variable tenía mayor predominancia en el cómputo de curvas horizontales, es decir, que factor influye más en el cálculo del Radio de Curvatura. Llegando a la conclusión evidente de que la Velocidad Directriz es la variable con mayor peso . El método que se realizo para dicho análisis fue: Tomar las variables influyentes en el calculo del radio de curvatura (Velocidad Directriz; coeficiente de fricción lateral y peralte) e ir manteniendo constante dos (2) de ellas y variar una (1). Esta variación corresponde a un aumento y disminución del 10% con respecto a un valor estándar. A continuación se presentan las graficas obtenidas.

Sensibilidad R vs VD

y = 11x - 550

R2 = 1

0

100

200

300

400

500

600

700

80 85 90 95 100 105 110 115

Velocidad Directriz (km/h)

Rad

io A

do

pta

do

(m

)

Sensibilidad R vs f

y = -29586x2 + 5769,2x + 300

R2 = 1

510

520

530

540

550

560

570

580

0,1 0,11 0,12 0,13 0,14 0,15

Coef. de Fricción

Rad

io A

do

pta

do

(m

)

Serie1

Polinómica (Serie1)

77

Sensibilidad R vs P

y = -3750x + 850

R2 = 1

510520530540550560570580590

0,06 0,07 0,08 0,09

Peralte

Rad

io A

do

pta

do

(m

)

Serie1

Lineal (Serie1)

Así también se realizo un análisis para Curvas verticales, utilizando el método anterior; llegando a la misma conclusión.

Sensibilidad

010002000300040005000600070008000

80 90 100 110 120

Velocidad Directriz

Par

amet

ro

Serie1


Sensibilidad

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

0,9 1 1,1 1,2 1,3

Alt. Ojo del Conductor

Par

amet

ro

Serie1


78

Sensibilidad

010002000300040005000600070008000

0,17 0,19 0,21 0,23

Alt. del Objeto

Par

amet

ro

Serie1


Conclusión: Como conclusión podemos decir que sin duda alguna, la informática ha dado un giro rotundamente en cuanto a velocidad de calculo y por ende menor tiempo, agilizando las tareas de cálculos en gran escala. Sin dejar de lado la atención de los resultados obtenidos. Esta tecnología es muy útil para los profesionales de nuestra rama, con innumerables aplicaciones. Además se hizo un análisis de sensibilidad lo cual certificó que dentro de las variables que afectan el radio de curvatura , la Velocidad Directriz es la de mayor importancia. En tanto, para curvas verticales, sigue siendo la Velocidad Directriz la variable predominante.

Bibliografía:

Normas de diseño geométrico de caminos rurales. Por el Ing. Federico G.O.Ruhle

Trazado y Diseño Geométrico de Caminos Ruales. Ing. Francisco J.

Sierra

79

EENNSSAAYYOOSS DDEE PPEERRMMEEAABBIILLIIDDAADD SSOOBBRREE PPRROODDUUCCTTOOSS

GGEEOOSSIINNTTÉÉTTIICCOOSS SSEEGGÚÚNN NNOORRMMAA IIRRAAMM 7788000077

7788001100::

SSOOLLUUCCIIOONNEESS TTEECCNNOOLLÓÓGGIICCAASS AASSOOCCIIAADDAASS AALL UUSSOO DDEE

GGEEOOSSIINNTTÉÉTTIICCOOSS EENN LLAA OOBBRRAA VVIIAALL ..

Becario: Chappa, Ana Cecilia.

Tutor: Ing. Delbono, Hector Luís.


Año 2009.

80

INDICE

1.- Resumen

2.- Introducción

3.- Definición de Geosintético.

4.- Clasificación.

5.- Funciones.

-Filtro.

-Drenaje.

-Impermeabilización.

6.- Ejemplos de Obras.

7.- Ensayos realizados según norma.

- Permeabilidad normal al plano en productos geosintéticos (NORMA IRAM

78007, basada en la ISO/DIS 11058, siendo su correspondiente la ASTM D

4491-85)

- Permeabilidad planar en productos geosintéticos (basado en la Norma

IRAM 78010, siendo su correspondiente la ASTM D 4716)

8.- Conclusiones.

9.- Bibliografía.

81

ENSAYOS DE PERMEABILIDAD SOBRE PRODUCTOS GEOSINTÉTICOS EN EL MARCO DEL PID:

SOLUCIONES TECNOLÓGICAS ASOCIADAS AL USO DE

GEOSINTÉTICOS EN LA OBRA VIAL

1.- Resumen

El informe da a conocer los procedimientos de ensayos normalizados, resultados y conclusiones, necesario para caracterizar un geotextil en cuanto a sus propiedades hidráulicas dentro de la Obra Civil.

2.- Introducción

Los Geosintéticos tuvieron sus primeras aplicaciones en las obras civiles en los años 70. Los resultados positivos hicieron que su utilización se extienda a varios campos de la Ingeniería Civil, este documento hará hincapié en las funciones hidráulicas que poseen los geosintéticos dentro de la Obra Civil pero específicamente en aquellas donde interviene el pasaje del fluido en varios sentidos como en los casos de drenaje, filtración e impermeabilidad, para las cuales se realizaron los ensayos de permeabilidad normalizados. Conforme a estos y su implementación en obra obtendremos ciertas conclusiones a exponer. También veremos que varios geosintéticos compiten entre si para dar una misma solución hidráulica. Al día de hoy los avances han evolucionado satisfactoriamente logrando realizar los ensayos con todos los parámetros exigidos por la Norma y con geotextiles de distintos gramajes que van de 150gr, 200gr, 400gr, 500gr, 600gr y 700gr.

3.- Definición

Productos elaborados a partir de varios tipos de polímeros, es decir unos de sus componentes es a base de polímeros sintéticos o natural. Comprenden productos manufacturados (geoplásticos), productos que incluyen en su fabricación tecnología textil (geotextiles) y productos formados por ambas tecnologías: textil y plástica. Estos textiles técnicos son estructuras planas que se presentan en forma de fieltro, manto, lámina o estructura tridimensional; son usados para mejorar y hacer posible la ejecución de ciertos proyectos de construcción utilizadas comúnmente en obras hidráulicas, obras viales, edilicias, sistemas de control de erosión, aplicaciones medioambientales, movimientos de suelos, fundaciones, etc.

4.- Clasificación

Una clasificación actualizada después del desarrollo de los mismos durante los últimos años puede ser la siguiente:

*Geotextiles: materiales permeables que pueden ser tejidos

o no tejidos . *Geomembranas: láminas impermeables y flexibles. *Geomallas o Geogrillas: estructuras planas con forma de mallas abiertas y regulares. *Geored: estructura de tres dimensiones permeable y su función principal es la de drenar. *Geodren: placa sintética impermeable que presenta resaltos cónicos que actúan como separadores del filtro geotextil que cubre la cara opuesta. Queda conformada una sección hueca drenante a través de la cual el fluido fluye. *Geoceldas: estructura tridimensional permeable en forma de panal de abeja y espesores importantes que le sirve para encerrar el suelo entre sus celdas.

82

*Geomantas: estructura tridimensional permeable formada por una red densa de hilados. *Geocompuestos: material compuesto por uno o más geotextiles y otro geosintético. Existen varias combinaciones que favorecen el comportamiento del conjunto en ciertas funciones específicas.

5.- Funciones

Las funciones principales que poseen los Geosintéticos son: Filtro, separación, refuerzo, impermeabilización (depósitos de líquidos y desechos), drenaje verticales y subterráneos, protección, contención, control de erosión. Para dichas funciones existen en el mercado una amplia variedad de geosintéticos que cumplen con dichas exigencias. El identificar la función que va a desempeñar el geosintético es uno de los pasos iniciales en un proceso de diseño. Como dijimos al principio del informe se hará hincapié en las funciones hidráulicas que pueden clasificarse en primera instancia de la siguiente manera:

Filtrar: circulación de un fluido a través del geosintético.

Drenar: circulación de un fluido en el plano del geosintético.

Impermeabilización o barrera: no permitir el paso de sólidos o líquidos a través del geosintético.

Dentro de estas funciones son varios los geosintéticos aptos para cumplimentarlas. El Geotextil por ser un material permeable cumple la función de drenar, filtrar y de barrera. La Geomembrana es un material esencialmente impermeable usada como barrera de líquido o vapor. Tanto el Geodren como la Geored funcionan como material drenante. El Geocompuesto drenante cuya función principal es drenar en el plano del mismo y el Geocompuesto filtrante de protección en taludes y fondo de encauzamientos, dejando una libre circulación de agua y evitando la migración de finos de los taludes y fondos del encauzamiento. En el LEMaC se desarrollan dos tipos de ensayos en relación a la circulación de fluidos en productos geosintéticos, ellos son Permeabilidad Planar en productos geosintéticos (basado en la Norma IRAM 78010, siendo su correspondiente la ASTM D 4716) y Permeabilidad normal al plano en productos geosintéticos (mediante la NORMA IRAM

78007, basada en la ISO/DIS 11058, siendo su correspondiente la ASTM D 4491-85). Para dichos ensayos, como veremos más adelante, se utilizaron geotextiles no tejidos de diferentes gramajes. En el mercado existen geotextiles no tejidos y tejidos:

El geotextil tejido es producido mediante el entrelazado, generalmente en ángulos rectos, de dos o más juegos de fibras, filamentos, cintas u otros elementos.

El geotextil no tejido es producido por amarres (mediante fricción y/o cohesión y/o adhesión) de fibras orientadas con una dirección específica o aleatoria.

Tejido

No Tejido

Geotextiles (distintos gramajes)

83

Especificación de geotextiles no tejidos: Descripción: Material textil flexible, no tejido, presentado en forma de láminas y constituido exclusivamente por filamentos continuos poliméricos unidos mecánicamente y estabilizados a la acción de la radiación U.V. Requisitos a cumplir por el geotextil:

Tipo Propiedades/Características

Un.

I

II

III

IV

V

Norma

Mecánicas Resistencia mínima a la tracción en sentido longitudinal

Carga distribuida

kN/m 8 10 16 21 31 IRAM 78012 ASTM D 4595 ISO 10319

Alargamiento a rotura en cualquier sentido comprendido entre

% 45 - 55 IRAM 78012 ASTM D 4595 ISO 10319

Resist. mínima al desgarre trapezoidal en sentido longitudinal

N

220

300

440

540

800 ASTM D 4533

Resist. mínima al punzonado (Pisón CBR)

kN

1,30

2,00

3,10

4,10

6,00

IRAM 78011 ISO 12236

Resistencia mínima al reventado

MPa

1,20

1,70

2,60

3,40

5,00

ASTM D 3786

Hidráulicas

Abertura de filtración comprendida entre micron

250 y

150

230 y

130

190 y

110

160y 90

130 y 60

ISO 12956 ASTM D 4751

Permeabilidad normal mínima

cm/s 0,40 IRAM 78007 ISO 11058 ASTM D 4491

Permeabilidad planar mínima (Presión 20 kPa) cm/s 0,60 ASTM D 4716

IRAM 78010

Transmisividad (Presión 20 kPa) cm²/s 0,07

0,09

0,12

0,15

0,21

ASTM D 4716 IRAM 78010

Físicas Aspecto: "Las capas deben estar exentas de defectos tales como zonas raleadas, agujeros o acumulación de filamentos". Color: "No se admiten materiales cuyos polímeros constituyentes no hayan sido estabilizados contra los rayos ultravioletas (p. ej.: productos blancos o incoloros)."

Especificación de geotextiles tejidos: Descripción: Geotextil tejido biaxial constituido por laminillas de polipropileno de alta tenacidad altamente estabilizados a la radiación UV. Requisitos a cumplir por el geotextil:

84

Tipo Propiedades/Características

Un.

I

II

III

IV

V

Norma

Mecánicas Resistencia mínima a la tracción en la dirección longitudinal Carga distribuida

kN/m 25 35 55 75 100 IRAM 78012 ASTM D 4595 ISO 10319

Alargamiento a rotura máximo en cualquier sentido % 25

IRAM 78012 ASTM D 4595 ISO 10319

Resistencia mínima al punzonado (Pisón CBR)

kN

3,5

4,5

4,5

4,5

4,5 IRAM 78011 ISO 12236

Hidráulicas

Abertura de filtración máxima micron 300 300 300 300 300 ISO 12956 ASTM D 4751

Permeabilidad mínima para un gradiente de 0,10 m

litros/ m²/seg 10

IRAM 78007 ISO 11058 ASTM D 4491

Durabilidad

Resistencia mínima a la degradación

Pérdida inferior al 50% de la resistencia a la tracción inicial luego de una exposición de 3.400hs

ASTM G 53

5.1. Filtro

La textura altamente permeable del geotextil permite un rápido pasaje del agua a través de su plano, a la vez que retiene de manera eficaz las partículas (incluso las más finas) del suelo. Este desempeño como filtro se mantiene perdurable durante una vida útil extensa, compatible con la utilidad de la aplicación proyectada. La estructura compuesta suelo - geocelda (figura 1) tiene gran permeabilidad facilitando la absorción del agua durante las precipitaciones de lluvia por lo que disminuye el escurrimiento, y consecuentemente la erosión (figura 2).

5.2. Drenaje

Actuando como elemento drenante el geotextil permite el libre escurrimiento de líquidos a través de su espesor. El geotextil posee una alta conductividad de agua en el plano de la manta, siendo de eficacia comprobada en el caso de drenes o colchones filtrantes.

Figura 2 Utilización

de la Geocelda

Figura 1 Geocelda

85

Figura 3 Sistema Drenante

En la figura 3 se observa la posición en la cual debe colocarse el geotextil para desarrollar un sistema drenante.

Cuando se construyen drenes horizontales, como ser zanjas de intercepción y captación de aguas, el geotextil se utiliza para evitar el acarreo de los finos del suelo hacia el interior del dren, actuando como elemento de transición entre el material permeable del dren (arena o grava) y el suelo natural o del terraplén. El material drenante puede venir de la trituración de piedra o roca, ó ser una combinación de los dos. Una vez que el filtro ha sido llenado con el material drenante, se debe cubrir completamente con el geotextil, guardando los traslapos recomendados. Por encima del dren se coloca una subbase granular de agregados compactados. (Figura 4)

La función de diseño de una Geored (figura 6) y un Geodren (figura 7) está completamente dentro del área de drenaje, son usados para conducir fluidos de todo tipo.

El Geodren (figura 7) es un geo compuesto liviano, resistente y flexible en forma de manta que se presenta como drenaje vertical, ubicado en la interfase suelo/estructura y con un

Figura 5 Geotextil uso en caminos

Figura 6 Georedes

Figura 4 Geotextil uso drenes longitudinales

86

sistema colector drenante. Generalmente se complementa con un geotextil externo como filtro, por lo que puede considerarse en estos casos como un geocompuesto.

Los drenes verticales deberán contar con un núcleo de polietileno flexible a fin de evitar una elevada disminución de su capacidad drenante bajo presión de confinamiento. No se admitirán núcleos de estructuras tridimensionales compresibles.

5.3. Barrera o Impermeabilización

Las Geomembranas son láminas delgadas impermeables de caucho o material plástico usados principalmente para recubrir y tapar las instalaciones de almacenaje de sólidos o líquidos. La principal función es siempre como barrera de líquido o vapor. Entre las aplicaciones se pueden mencionar las siguientes:

Recolección de Lixiviados. (Figura 9) Protección de tanques industriales.

Los geocompuestos, combinación de geotextiles (filtración y protección), geomembranas (impermeabilidad) y georedes (acción de drenaje y distribución de cargas), poseen una alta capacidad filtrante y drenante. Esta combinación ofrece un sistema de filtro-drenaje-protección muy completo y eficiente.

Distintos tipos de geocompuestos Geocompuesto Geored + Geotextil: este geocompuesto tiene gran capacidad de filtrar y

drenar, producido por la unión de la geored y geotextil. El uso de las georedes, con su gran capacidad de drenar y distribuir cargas, y el geotextil para filtrar permiten un sistema fácil de instalar para filtrar

drenar

proteger . La posibilidad de escoger diversas soluciones con los diferentes geocompuestos, con sus características únicas, permite al proyectista una amplia selección para sus necesidades de proyecto.

Geocompuesto Geomembrana + Geored + Geotextil: este Geocompuesto es una combinación de una geomembrana y un geotextil. Esta combinación que tiene alta

Figura 7 Geodren

Figura 8 Dren Vertical

Figura 9 Geomembrana de Impermeabilización

87

capacidad drenante y filtrante, ofrece un sistema completo de drenaje y protección además de dar la condición de impermeabilización.

6.- Ejemplos de Obras

Ejemplo de Permeabilidad Planar: Drenaje: Generalmente en los drenajes, los geotextiles son utilizados como material filtrante y los agregados como material drenante. Los geotextiles no tejidos pueden ser usados en la composición de caminos para salida del exceso del agua de los vacíos del suelo en su proceso de consolidación, acelerando el asentamiento (Figura 10). El geotextil separa los dos tipos de suelo y evita la contaminación del material inerte con el suelo de cimentación, previniendo la acumulación de agua y permitiendo tener una base bien drenada y por lo tanto seca. (Figura 11)

Ejemplo de Permeabilidad Normal:

Subrasante viales:

Cuando la traza de un camino atraviesa terrenos agresivos existe el peligro que las sales que pueden ascender por capilaridad dañen las capas resistentes del pavimento. Para evitar los riesgos de un deterioro prematuro de la obra vial se utilizan geomembranas sintéticas como barrera impermeable. Con ellas se forman láminas impermeables, continuas y flexibles, que poseen además la suficiente resistencia mecánica como para atravesar indemne el proceso constructivo de la obra vial que protegen. (Figura 12)

Refuerzos de Terraplenes:

La disponibilidad de una amplia gama de geotextiles y geogrillas, en especial los que alcanzan resistencias muy elevadas a la tracción con muy bajas deformaciones gracias al empleo de nuevos polímeros, permite ejecutar, de manera sencilla y segura, terraplenes sobre suelos de muy bajo valor soporte, y aún donde puedan producirse cavidades subterráneas.

Figura 11 Drenaje de Caminos

Figura 10 Colocación de Geotextil

Figura 12 Geomembrana en

subrasante vial

88

Sobre suelos blandos:

Cuando se requiere la construcción de un terraplén sobre un manto de suelo de baja capacidad portante, la instalación directa sobre el terreno de geotextiles o geogrillas de elevada resistencia y baja fluencia como refuerzo de base, permite lograr la estabilidad del sistema, evitando así soluciones onerosas y/o de difícil implementación tales como el recambio de suelos o el uso de fundaciones indirectas. (Figura 13)

Sobre cavidades o instalaciones:

La aplicación de geogrillas de alto módulo permite independizar los terraplenes que se ejecutan sobre terrenos donde existan cavidades subterráneas. Del mismo modo permite una excelente distribución de las cargas del terraplén en los casos que deban protegerse estructuras o instalaciones susceptibles a las mismas. (Figura 14)

7.- Ensayos

Permeabilidad normal al plano en productos geosintéticos (NORMA IRAM 78007, basada en la ISO/DIS 11058, siendo su correspondiente la ASTM D 4491-85)

Este ensayo tiene fundamental importancia en productos que serán utilizados con requerimientos de flujo a través de ellos. Se han utilizado muestras de Geotextil No Tejido de filamento continuo.

* Resultados obtenidos en los ensayos realizados a los distintos gramajes de Geotextiles No Tejidos:

Figura 13 Refuerzo de Terraplén sobre suelos blandos

Figura 14 Refuerzo de Terraplén

sobre cavidades

89

Empresa Gramaje Muestras

Índice de pérdida de

carga (mm) Índice de velocidad

(mm/s)

(1)

120 gr.

1 9,4 55,4

2 5 90,5

3 7 68,09

4 10 53

5 12 46

150 gr.

1 8,5 63,5

2 8,5 64,5

3 16 42

4 16 39

5 13 49

300 gr.

1 29 32

2 25 34

3 15 53

4 20 40

5 19,7 40,2

(2)

120gr.

1 6,5 75,2 2 7,8 65,2

3 11,8 46,5

4 10 55,1

5 14 46,5

150gr.

1 12 51

2 14,8 44 3 10,2 57.6 4 6,5 62,5 5 7 66

300gr.

1 16,7 45,8 2 13,9 45,2 3 10,8 45,2 4 11,8 48,5 5 12,4 42,8

(3)

120 gr.

1 6 80 2 7,4 77 3 8 71 4 8,5 67 5 9,5 61

150 gr.

1 11 62 2 13,5 56,5 3 10 71 4 14 56 5 10 61

Este tipo de ensayo no proporciona en forma directa el valor de permeabilidad de la muestra como lo hace el ensayo de permeabilidad planar basado en la Norma IRAM

90

78010; sino que da a conocer rangos de índice de pérdida de carga e índice de velocidad, aptos para establecer el nivel de aceptación o no del material. De esta manera el control de calidad en los productos queda justificado. Índice de pérdida de carga: Perdida de carga correspondiente a una velocidad de 20 mm/s a través de la muestra, redondeada al milímetro. Índice de velocidad: Velocidad correspondiente a una pérdida de carga de 50 mm a través de la muestra, redondeada al mm/s. En la siguiente planilla se observa el valor promedio de índice de pérdida de carga e índice de velocidad para cada gramaje de geotextil no tejido ensayado.

Permeabilidad al agua normal al plano (Valores Promedios)

Método de carga hidráulica constante

Empresa Gramaje Índice de pérdida de carga (mm)

Índice de velocidad (mm/s)

(1) 120 gr. 8,68 62,6

150 gr. 12,4 51,6

300 gr. 21,74 39,84

(2) 120gr. 10,02 57,7

150gr. 10,1 56,22

300gr. 13,12 45,5

(3) 120 gr. 7,88 71,2

150 gr. 11,7 61,3

* Especificación del ensayo de una de las muestras de Geotextil No Tejido, tablas utilizadas, datos y gráficos obtenidos:

Permeabilidad al agua normal al plano: Método de carga hidráulica constante. Empresa (2) 120gr. Fecha = 14/09/09 Muestra N° 3: Área del permeámetro = 0,0019635 (m2)

Temp. de ensayo = 22ºC

Determinación de la carga

máxima

Carga Hidráulica

Volumen de agua

Tiempo

Temp. del agua

Corrección de

viscosidad

Velocidad

H (m) V (m3) t (s) T (ºC) RT

V (mm/s)

0,00 0,000 0,02 0,00120 32 22 0,95352512

18,211 0,066 60,000

91

Índice de pérdida de carga (mm) 11,8

Índice de velocidad (mm/s) 46,5

Permeabilidad planar en productos geosintéticos (basado en la Norma IRAM 78010, siendo su correspondiente la ASTM D 4716)

Este ensayo tiene fundamental importancia en productos que serán utilizados con requerimientos de flujo que sigue al geosintéticos en forma paralela sin atravesarlo. Se han utilizado muestras de Geotextil No Tejido de filamento continuo. * Resultados más significativos obtenidos de los ensayos a los distintos gramajes de Geotextiles No Tejidos, en sentido longitudinal y transversal al rollo:

Carga Hidráulica H

(m)

Volumen de agua V

(m³)

Tiempo t(seg)

Temp. del agua T

(ºC)

Corrección de viscosidad RT

Velocidad V (mm/s)

0,066 0,0038 36 22 0,9535 51,260 0,053 0,0036 37 22 0,9535 47,250 0,040 0,0035 40 22 0,9535 42,492 0,026 0,0032 44 22 0,9535 35,318 0,013 0,0023 50 22 0,9535 22,339

Empresa 1 Gramaje 120 gr. Sentido Longitudinal al rollo

Probeta q20/0,1 (L/m.s)

q100/0,1 (L/m.s)

q200/0,1 (L/m.s)

q20/1,0 (L/m.s)

q100/1,0 (L/m.s)

q200/1,0 (L/m.s)

1 0,00503073

0,00393206

0,00297966

0,06167939

0,01908206

0,01486914

2 0,00378487

0,00271775

0,00231298

0,02602099

0,01146432

0,01110229

3 0,00370791

0,00247194

0,00222475

0,01800986

0,00876416

0,00815741

Media 0,00417450

0,00304058

0,00250579

0,03523675

0,01310351

0,01137628

Curva H vs V

0,00

0,01

0,02

0,03

0,04

0,05

0,06

0,07

0 10 20 30 40 50 60

Velocidad (mm/s)

Pér

did

a d

e c

arga

(m)

92

8.- Conclusiones

Permeabilidad normal al plano en productos geosintéticos: Podemos destacar que en los ensayos para cada gramaje se encontraron resultados dentro de un rango de valores no muy amplio, es decir casi similares. Este ensayo nos da una noción de la pérdida de agua o pasaje de agua en mm cuando atraviesa el filtro a una cierta velocidad calculada en mm/seg. De los valores promedios obtenidos observamos que cuando los gramajes de los geotextiles aumentan, es decir la maya esta más abierta, hay una tendencia a que la pérdida de carga aumente y la velocidad del flujo disminuya.

Empresa 1 Gramaje 120 gr. Sentido Transversal al rollo

Probeta q20/0,1 (L/m.s)

q100/0,1 (L/m.s)

q200/0,1 (L/m.s)

q20/1,0 (L/m.s)

q100/1,0 (L/m.s)

q200/1,0 (L/m.s)

1 0,00378487

0,00283591 0,00231298

0,02449035 0,01114138

0,01110229

2 0,00383577

0,00278093 0,00236555

0,01575863 0,00850639

0,00829567

3 0,00329592

0,00258358 0,00187008

0,06417541 0,01934563

0,01334848

Media 0,00363885

0,00273347

0,00218287

0,03480813

0,01299780

0,01091548

Curvas de valores promedioscapacidad de flujo en el plano

0,000

0,010

0,020

0,030

0,040

0,050

20 100 200Esfuerzo normal de compresión (KPa)

Cap

acid

ad d

e flu

jo

en e

l pla

no

(L/m

.s)

Gradiente 1,0

Gradiente 0,1

Curvas de valores promedioscapacidad de flujo en el plano

0,000

0,010

0,020

0,030

0,040

0,050

20 100 200Esfuerzo normal de compresión (KPa)

Cap

acid

ad d

e fl

ujo

en

el p

lan

o (

L/m

.s)

Gradiente 1,0

Gradiente 0,1

93

Por lo tanto, según estos valores, los productos pueden ser utilizados según los requerimientos que la obra demande, siempre hablando de flujo normal al plano del geotextiles.

Permeabilidad planar en productos geosintéticos: Se observo, que la permeabilidad planar es mayor a medida que aumenta el gramaje de los geotextiles. La mayor conducción de fluido se produce en el sentido transversal del rollo en los Geotextiles No Tejidos, la orientación de las fibras son las que mandan en la conducción, aunque de los distintos ensayos realizados puede observarse que la mayor conducción se produce en el sentido del rollo.

Conclusión general para ambos ensayos: Los valores obtenidos en las experiencias realizadas dependen fuertemente de la orientación y densidad de fibras que la muestra posee, esto debido al sistema de producción utilizado en la elaboración de estos tipos de productos mediante incorporación de fibras en forma aleatoria.

9.- Bibliografía

(1) GEOSINTÉTICOS. Desde la fabricación a su aplicación en obra . LEMaC Centro de Investigaciones Viales

CIT INTI Centro de Investigación y Desarrollo Textil. Año 2003

(2) Norma IRAM 78007 Determinación de las características de permeabilidad al agua normal al plano, sin carga .

(3) Norma IRAM 78010 Determinación de las características de permeabilidad planar .

(4) Norma IRAM 78026 Clasificación, funciones y usos . (5) Norma IRAM 78004-1 y IRAM 78004-2 Geotextiles y productos relacionados

Determinación del espesor a presiones prefijadas Parte 1: Capas individuales. Parte 2: Capas individuales de productos multicapas.

(6) Desarrollo de equipos para determinaciones de permeabilidad en productos Geosintéticos . Autores: Luis Delbono, Gerardo H. Botasso.

(7) Especificaciones Técnicas de Geotextiles tejidos y no tejidos (www.coripa.com.ar/productos/2-Geotextiles-No-tejidos - /3-Geotextiles-Tejidos).

(8) Utilización de Geosintéticos, ejemplos de obras

(www.coripa.com.ar/productos)

http://www.coripa.com.ar/productos/2-Geotextiles-No-tejidos

http://www.coripa.com.ar/productos

94

ENSAYOS DE HORMIGON EN ESTADO FRESCO Y ENDURECIDO

Becario: Scanferla Lucas Jordán.

Tutor: Ing. Marcelo Barreda.

Área Estructuras y Materiales de Construcción.

Año 2009.

95

Objetivo Principal Del Trabajo:

El presente trabajo tiene como fin analizar los diferentes ensayos de laboratorio que se realizan al hormigón en estado fresco y endurecido. Efectuando a lo largo del desarrollo una revisión panorámica, necesariamente superficial, del amplio conjunto de temas que conforman la especialidad. Tanto las mezclas frescas como las endurecidas se estudian y se ensayan a partir de normas que rigen su aprobación; como por ejemplo la norma IRAM 1536 que refiere a Ensayo de Asentamiento con Tronco Cono de Abrams .

Introducción:

El Hormigón se presenta a lo largo de su vida bajo dos aspectos físicos muy diferentes; en primer término, inmediatamente después del mezclado y por un breve lapso, participa de las propiedades de un líquido más o menos viscoso y con posterioridad alcanza el estado aparentemente solido, en el que se mantiene por el resto de su vida útil. Durante el periodo en el que se comporta como un liquido se lo identifica con la denominación de mezcla u hormigón fresco , mientras que a partir del instante en que comienza a ofrecer resistencia a la deformación por aplicación de cargas y por lo tanto a mantener, por lo menos aparentemente, su forma más o menos constante, se lo denomina mezcla u hormigón endurecido .

Propiedades Del Hormigón:

Definición: El Hormigón es una mezcla homogénea, compuesta por una pasta adhesiva de cemento portland y agua que mantiene adheridas un conjunto de partículas de materiales generalmente inertes, denominados agregados. A estos componentes debe sumarse en todos los casos la presencia de un volumen variable ocupado por huecos o vacios que contienen aire. Composición: El hormigón debe ser homogéneo en todos sus aspectos. Está compuesto por la pasta cementicia (cemento portland y agua), los materiales granulares (agregados inertes) y aire incorporado intencional. Estados del Hormigón: El Hormigón tiene tres etapas fundamentales dentro de su elaboración: primero la Mezcla Fresca

que es cuando se agitan todos los componentes para lograr un conflicto intimo, lo que se logra, para hormigoneras comunes, en un lapso del orden de 1 a 2 minutos. Una vez hecha la mezcla fresca el hormigón comienza un proceso de hidratación, ni bien se mezcla el agua con el cemento; este proceso se denomina Fraguado . Luego del fraguado (de 4 a 10 horas), es cuando el hormigón comienza a adquirir resistencia mecánica, es decir que ofrece resistencia a la rotura en ensayos. Por último el hormigón comienza a endurecerse, el proceso continua por años hasta que se completa la hidratación de todas las partículas de cemento ( Mezcla Endurecida ); para ello es necesaria la presencia de agua, o sea que si el hormigón en algún momento deja de estar en contacto con agua, interrumpe su hidratación.

Ensayos en las Mezclas Frescas:

Durante el periodo en que el Hormigón se comporta como un liquido se lo denomina en estado fresco . El lapso dura aproximadamente entre 1 y 3 horas. Se le pueden realizar los siguientes ensayos; calcular el grado de fluidez del hormigón (consistencia).

Para lograr obtener buenos resultados en las estructuras de hormigón, primero debe realizarse una buena dosificación de materiales para que los ensayos que se realicen en el estado fresco y endurecido puedan dar los mejores resultados posibles. A continuación, puede observarse una tabla de dosificación realizada en el LEMaC

96

Dosificación Hormigón 21-10-09 (Modificación 2)

P(Kg) D V(m3) Arenas P(Kg) 0.03 P(grs) 0.07 Agua 138 1.00

0.138 4.1 4140 9660 Cemento CPC

380 3.06

0.124 11.4 11400 26600

Agregado Grueso

1035 2.67

0.388 31.1 31050 72450

Agregado Fino

878 2.65

0.331 Arena Gruesa

615 18.4 18441 43022

Aire 0.015 Arena Fina

263 7.9 7903 18438

Sikament 4.56 1.20

0.004 878 0.1 137 319.2 a/c 0.36 1.000

Resultados de los ensayos realizados en el laboratorio con dicha dosificación: Se moldearon 20 probetas de 15 x 30 cm; el asentamiento de la mezcla resulto dar 4,0 cm. Resultados a Compresión de probetas a 7 días

circunferencia Carga (Tn) probeta 47.5 330 07 47.5 230 08 47.5 305 09 47.5 240 10

Ensayo de Asentamiento con Tronco de Cono de Abrams (Norma IRAM 1536).

Para efectuar el ensayo de Asentamiento debemos colocar un Tronco de cono de chapa (de 30 cm de altura y 20 cm de diámetro de base inferior y 10 cm de diámetro de base superior) sobre una superficie lisa, plana y no absorbente, se lo mantiene afirmado contra el piso, apoyando los pies sobre las orejas inferiores del dispositivo. El molde Tronco-Cónico se llena con la mezcla en tres capas iguales, compactadas con la varilla (de acero común liso de 16 mm de diámetro y 60 cm de largo) mediante 25 golpes enérgicos por capa, que atraviesan la capa a compactar, pero no las inferiores. Cuando se llega a la base superior se enrasa con cuchara dejando la superficie de hormigón lisa. Se levanta el molde tomándolo por las manijas superiores hasta dejar libre totalmente la mezcla en

97

estudio. Esta operación se efectúa inmediatamente después de completada la compactación y en forma vertical y gradual. La medición del Asentamiento se efectúa colocando una regla apoyada sobre el molde, la regla establece un plano de comparación horizontal a 30 cm de altura sobre el piso. Se mide con otra regla graduada el descenso producido en el punto central de la base superior con respecto a la altura original. El valor determinado es el Asentamiento. Se adapta especialmente al estudio de hormigones plásticos, con valores de asentamiento comprendidos entre 2 y 16 cm. Fuera de estos dos limites los asentamientos medidos no resultan confiables, en cuanto a su relación con las propiedades de la mezcla. En términos generales se puede decir que cuando menor sea el valor del asentamiento medido, mayor será el esfuerzo necesario para compactar el hormigón en obra.

Nota: El ensayo completo, desde el llenado hasta el retiro del molde, se realizara sin interrupciones y en un lapso menor a 5 minutos.

98

Ensayo de penetración (Semiesfera de Kelly), (Norma IRAM 1689).

El dispositivo utilizado es una semiesfera de acero con un vástago graduado en cm y ½ cm, provisto de una manija en su extremo superior, con un peso total de 13.620 +- 45 gramos. La semiesfera está vinculada con un armazón liviano (que se apoya sobre la superficie del hormigón), desplazable con respecto a la semiesfera. Para ejecutar el ensayo de penetración se coloca la semiesfera sobe la superficie horizontal del hormigón fresco ya compactado (losa) y se deja penetrar la semiesfera en el interior de la masa hasta detenerse; se mide la penetración leyendo en la escala graduada del vástago el valor correspondiente a la intersección del vástago con el armazón liviano, el que queda apoyado en la superficie del hormigón sin hundirse. Medición de la penetración: El valor determinado en cm es el valor de la penetración; que mide la consistencia del hormigón. Mediante ensayos paralelos de asentamiento de tronco de cono y penetración de la semiesfera, se efectúa la contrastación de esta, para correlacionar penetraciones con asentamientos. Es especialmente apto el método para determinar consistencia de hormigones correspondientes a estructuras extensas y horizontales, tales como losas de entrepisos o pavimentos (hormigones de asentamientos inferiores a 10 cm). Tabla de correlación:

Asentamiento cm

Penetración cm

2.5 1.9

5.0 3.1 7.5 4.3 10.0 5.5

99

Ensayo de consistencia con mesa de Graf (Norma IRAM 1690).

Dispositivo: Consiste en un armazón que soporta una superficie plana y lisa de forma cuadrada, de 70 cm de lado, con un peso de 16 kg . Esta superficie, cubierta por una chapa de acero es móvil, pudiendo girar a lo largo de uno de sus lados, con respecto al armazón. El levantamiento máximo de la superficie o mesa, se limita con una traba, a 4cm. Procedimiento: Se coloca el hormigón en el tronco de cono ubicado en el centro de la mesa, se llena en 2 capas y se compacta con 10 golpes por capa, con una varilla de acero de 12,5 mm de diámetro y punta redondeada. Luego se retira el molde, se levanta la tapa de la mesa hasta que haga tope con la pestaña ubicada a 4 cm sobre la misma, y se deja caer 15 veces, en 25 +- 5 segundos. Se miden los diámetros de la mezcla extendida sobre la mesa, en dirección paralela a los lados de la misma. Se toma el promedio de los dos valores como extendido expresado en cm. La fluidez se calcula mediante la expresión:

f = c/d c = Extendido en cm, d = diámetro de la base mayor del cono (cm).

Dimensiones tronco de cono para: T.M. AF > 20mm. Base mayor : 30cm. Base menor :20 cm. Altura: 15 cm.

Consistómetro Ve-Be

El ensayo consiste en forzar una mezcla previamente moldeada en el tronco de cono, a que tome la forma de un cilindro. Esto se logra efectuando como 1er paso, en ensayo de cono en el interior de un recipiente cilíndrico y luego de retirar el molde tronco cónico se coloca sobre la mezcla una placa de acrílico transparente unida a un vástago lastrado; todo el conjunto está sobre una mesa vibradora que se pone en funcionamiento y provoca la fluidificación del hormigón , produciéndose el cambio de forma .Se mide el tiempo que tarda el tronco de cono en pasar a la forma de cilindro (para ello se observa a través de la placa de acrílico el aspecto de la masa). Ese tiempo se mide en segundos, que se llaman grados Ve-Be. Marcha del ensayo: Se efectúa el ensayo de tronco de cono por varillado o vibrado (según su consistencia), se retira el molde y se apoya el disco de acrílico sobre la mezcla, y luego se pone en marcha el vibrador de la mesa y simultáneamente un cronometro; se mide en segundos el tiempo que demande el pasaje de la mezcla, de la forma de tronco de cono a la de cilindro. Relación entre grados Ve-Be y asentamientos

100

De la observación del cuadro anterior surge que su campo específico de empleo corresponde a las mezclas secas , cuyo asentamiento es nulo o a lo sumo de hasta 3 cm.

Ensayo de Peso unitario de la mezcla fresca (P.U.H.F.) y contenido de aire incorporado:

Son ensayos muy sencillos pero que brindan informaciones sumamente importantes. El primero consiste en determinar el peso de un volumen conocido de hormigón fresco, compactado en forma normalizada (por ejemplo molde cilíndrico de 15 x 30 cm llenado en 3 capas con compactación similar al ensayo de asentamiento). Dado que el volumen del recipiente (VR), llenado hasta enrase superior puede conocerse con precisión (si es estanco, se lo llena con agua proveniente de probeta graduada al cm3) lo mismo que su peso (PR), por diferencia de pesadas (lleno a vacio), y haciendo el cociente de esa diferencia por el volumen del recipiente, se determina el P.U.H.F

P.U.H.F. = (PR + HF)

PR

VR Si el P.U.H.F.E (Ensayo) es inferior al P.U.H.F.T (Teórico), el cociente entre ambos, multiplicado por 100, nos da el porcentaje del volumen aparente que está realmente ocupado por hormigón; el resto es, por lo tanto aire incorporado en burbujas semi-microscopicas (AI) y no huecos macroscópicos. La diferencia al 100% m es el contenido porcentual de aire incorporado (conocido como método gravimetrico)

101

Otra forma de determinar el contenido de aire incorporado es mediante el método por presión, empleando al efecto el aparato de Washington. Las características de este dispositivo y la forma de realizar el ensayo, se verán cuando se estudien los aditivos. Para determinar la composición de la mezcla fresca consiste en proceder a tomar una muestra representativa del hormigón fresco; pesarla y hacerla pasar por los tamices de 4.8 mm y de 0.150 mm de altura (n 4 y n 100). Posteriormente se lavan con agua las dos fracciones obtenidas y se secan en estufa hasta peso constante. Dado que el peso del hormigón fresco (PHF) se compone de la suma de los de la pasta cementicia (PPC) y los agregados (PAF y PAG) se obtienen las siguientes expresiones:

PHF = PPC + PAF + PAG

Si se conocen el PHF y los PAF y PAG, puede obtenerse el PPC en la siguiente forma:

PPC = PHF

(PAF + PAG)

Estas determinaciones permiten conocer rápidamente el grado de homogeneidad del hormigón, a medida que se lo elabora.

Ensayos en las Mezclas Endurecidas:

Las mezclas endurecidas corresponden a la tercer etapa en la vida del hormigón, la que comienza en el momento en que este ha alcanzado un grado de hidratación tal de la pasta de cemento que contiene, como para que la misma sea ya capaz de mantener unidos entre si los granos de los agregados en forma permanente. Esto se pone en evidencia por la resistencia que ofrece una pieza de hormigón, por ejemplo, al cambio de forma por acción de una solicitación mecánica (caso del ensayo de compresión). La resistencia mecánica es la más conocida de las propiedades de la mezcla endurecida. El hormigón luego del periodo de fraguado, comienza a dar resistencia hasta endurecerse por completo a los 28 días.

Ensayo de resistencia a la rotura por compresión:

Por lo general se realiza el ensayo en probetas de forma cilíndrica de esbeltez igual a 2 (altura de la probeta/diámetro de la base). Se moldean las probetas de acuerdo a las Normas IRAM 1524 y 1534, el moldeo se efectúa colocando y compactando el hormigón en forma similar a la empleada para el ensayo de asentamiento que se realiza con el tronco de cono de Abrams. Este procedimiento es válido solo para hormigones de 3cm o mas de asentamiento; para mezclas más secas la compactación deberá efectuarse por vibración , ya sea mediante vibrador de inmersión (diámetro máximo del elemento vibrante : 25mm para probetas de 15 x 30). Curado: Las probetas se mantienen en sus moldes durante un periodo mínimo de 24 hs. En ese lapso no deberán sufrir vibraciones, sacudidas, ni golpes, se protegerá la cara superior con arpillera húmeda, lamina de polietileno o tapa mecánica y se mantendrá en ambiente protegido de inclemencias climáticas (calor, frio, lluvia, viento). Una vez transcurridas las primeras 24 hs, se procede a desmoldar e inmediatamente se acondiciona la probeta para su mantenimiento hasta el momento de ensayo. Durante este periodo (7,14 o 28 días) deben mantenerse condiciones de temperatura y humedad, según norma IRAM 1524 y 1534, la probeta debe mantenerse en un medio ambiente con no menos del 95% de humedad relativa, y en cuanto a la temperatura , en los 21 ºC , con una tolerancia en más o menos de 3 ºC para la obra y de 1 ºC para el laboratorio (o lo que es lo mismo, en obra la temperatura puede oscilar entre 18 ºC y 24 ºC.

102

Probeta de hormigón para ensayo

Encabezado: Previo al ensayo de compresión, deben prepararse las superficies de las bases del cilindro de manera que resulten paralelas entre si y al mismo tiempo planas y lisas con las tolerancias de norma. Esto se consigue en forma muy sencilla, efectuando el procedimiento denominado encabezado , para el que en la actualidad se emplea habitualmente una mezcla en base a azufre, grafito y polvo calcáreo, la que calentada hasta la fusión se coloca sobre una bandeja de acero pulido endurecido; inmediatamente se apoya sobre esa mezcla fundida la probeta en posición vertical (para lo cual el dispositivo encabezador está provisto de guías). Como consecuencia del contacto con la probeta, que está a temperatura ambiente, la mezcla se endurece y se adhiere firmemente a la base de la probeta, lo que permite de inmediato repetir la operación con el extremo opuesto de la probeta, y esta queda así en condiciones de ser sometida al ensayo de rotura por compresión.

Encabezadores de probetas de 15 x 30 Azufre

Ejecución de ensayo de rotura por compresión: Se utilizan prensas con capacidad de 100 a 150 toneladas. Se mide la deformación de la probeta al aplicársele cargas cada vez mayores. En algunas prensas hidráulicas debe disponerse una tabla de conversión, que permita calcular la carga aplicada. La velocidad de aplicación de la carga sobre la probeta tiene influencia importante en el resultado del ensayo; en efecto las cargas excesivamente rápidas, al no dar tiempo a la deformación de todas las partículas de la probeta, dan como consecuencia una carga de rotura artificialmente elevada; en cambio la carga excesivamente lenta provoca el efecto contrario. El ritmo de la velocidad debe mantenerse entre 250 y 600 kg por segundo para probetas de 15 cm de diámetro, a partir del 50 % de la carga de rotura. En cuanto a la

103

exactitud de las lecturas de la prensa, debe verificarse con una periodicidad de entre 6 meses y 1 año según el uso, debiendo mantenerse el error de lectura por debajo del 1%.

Ensayo de Compresión de probeta

Se realizan ensayos a compresión a testigos (extracción en obra) Extracción y ensayo de probetas testigo ·Generalidades: Cuando sea necesario determinar la resistencia del hormigón correspondiente a una obra ya ejecutada, pueden obtenerse probetas talladas directamente de la obra. Las probetas se extraen mediante perforadoras tubulares, con las que se obtienen testigos cilíndricos cuyas caras extremas se cortan posteriormente con disco. Cuando se trata de pilares, conviene muestrear en el tercio superior de los mismos. El pacómetro es el detector magnético de armaduras, aplicado a la superficie del hormigón permite localizar la presencia y el trazado de las armaduras hasta profundidades del orden de los 10 cm. Dimensiones de las probetas: Las probetas cilíndricas destinadas al ensayo de compresión tendrán un diámetro " 10 cm y su altura como mínimo el doble del diámetro. El diámetro no debe ser inferior al triple del tamaño máximo del árido. Es conveniente que las probetas no se extraigan antes de los 28 días. Sus bases de ensayo no deben tener irregularidades grandes y deben ser perpendiculares al eje de la probeta. Preparación y conservación de las probetas: En el caso en que la obra o estructura de la que se han extraído las probetas vaya a estar sometido a humedad continuamente, o a saturación de agua, las probetas talladas y refrentadas deben mantenerse antes del ensayo durante 40 a 48 horas en agua. Evaluación de la resistencia: La influencia de la edad, está ligada fundamentalmente al tipo de cemento y al grado de maduración del hormigón. Si se desease estimar la resistencia a otra edad distinta de la ensayada, habría que utilizar correlaciones específicas para cada cemento; en su defecto, pueden emplearse valores medios como los indicados en la tabla

104

Imagen de testigo

Ensayo de resistencia a la flexión:

Se efectúa habitualmente sobre vigas de forma prismática de sección transversal cuadrada, confeccionadas con hormigón simple, de 15 cm de lado y 53 cm de largo. La colocación del hormigón se efectúa en 2 capas de igual altura y para la compactación se emplea la misma varilla que para las probetas de compresión. La cantidad de golpes por capa es de 1 por cada 15cm2 de sección horizontal. El ensayo se efectúa colocando la viga sobre dos apoyos distanciados 45cm entre si y 4 cm de los extremos.

Las cargas se aplican en los tercios de la distancia entre apoyos (o sea que quedan 15 cm entre si y a la misma distancia de los apoyos). El dispositivo indicado en el croquis puede materializarse en lugares donde no se disponga de prensa, ya que consiste en una simple palanca (para una relación: a + b / a = 10, la fuerza a aplicar F, en los hormigones comunes oscila entre 200 y 400 kg.

Ensayo de tracción por compresión:

Fue propuesto por el ingeniero brasileño Lobo Carneiro (por eso se lo llama también ensayo brasileño). Consiste en aplicar una carga de compresión a una probeta cilíndrica, colocada en la prensa con su eje longitudinal en dirección horizontal. En esta posición, el contacto entre los cabezales de la prensa y la probeta se produce a lo largo de dos generatrices, que corresponden a la intersección de un plano diametral vertical, con la superficie lateral de la probeta. A fin de distribuir uniformemente la carga, se interponen entre los cabezales y

105

las generatrices de la probeta, pequeños listones de madera de 4 mm de espesor, 25 mm de ancho y la longitud de la probeta. Como consecuencia de la solicitación a que es sometida la probeta, se demuestra que en coincidencia con el plano diametral ya mencionado, se produce un esfuerzo de tracción pura, lo que se pone en evidencia al producirse la rotura, a lo largo de dicho plano. El cálculo de la carga unitaria de rotura por tracción, se efectúa aplicando la expresión siguiente: t(Kg/cm2) = 2P = P .

d l 706 cm2 Donde el valor indicado para el denominador (706 cm2) es aplicable exclusivamente, para el caso de la probeta de 15 cm de diámetro y 30 cm de altura.

Durabilidad:

Es la capacidad de la mezcla endurecida, de soportar sin deteriorarse, las solicitaciones provocadas por agentes físicos o químicos, que pueden agredir al hormigón, no solo en su superficie, sino también en el interior de su masa. La posibilidad de que el ataque se produzca en el interior del hormigón, se debe a la existencia de los canales capilares, que se forman como consecuencia del fenómeno de exudación.

Variaciones dimensionales:

Las mezclas cementicias (pastas, morteros u hormigones) experimentan cambios en sus dimensiones por la acción de las siguientes causas: 1) Variación de la humedad del ambiente, 2) cambios de temperatura, 3) cargas instantáneas y 4) cargas permanentes. A continuación se analiza cada uno de los valores que pueden alcanzar dichos cambios de dimensiones, en función de distintas variables.

Contracción durante el fraguado:

Se pone en evidencia por una disminución de volumen de la mezcla, durante el periodo de fraguado, como consecuencia de las reacciones que se producen entre el agua y el cemento, que dan origen a compuestos químicos cuyo volumen es menor que la suma de los volúmenes del agua y del cemento que intervienen en el proceso. Estas contracciones son menos importantes en comparación con las que se producen como consecuencia de la contracción por secado del hormigón.

Contracción por secado de la mezcla endurecida:

Es una disminución de volumen, provocada por la contracción de los golpes de cemento hidratado, como consecuencia de la evaporación del agua contenida en los canales capilares.

106

Mezcla Retracción durante el fraguado (mm/m)

Pasta cementicia 7,0 Mortero

(500 kg CPN/m3) 4,4

Hormigón (350Kg CPN/ m3 hn 2,0

Influencia del tipo de mezcla sobre la retracción durante el fraguado. Temperatura: 20°C-humedad:50% - velocidad del aire: 1m/seg.

Como se puede observar en el grafico 4, el proceso se amortigua con el paso del tiempo, ya que para pasta cementicia se produce durante los primeros días una contracción de 0,7 mm/m, mientras que para que se duplique ese valor, deben transcurrir 100 días y con posterioridad, solo se incrementa la contracción en 0,3 mm/m al pasar de 100 a 1000 días. De este grafico surge que para humedades relativas mayores de 90%, la pasta aumenta su volumen, es decir se produce un hinchamiento .

107

En esta tabla figuran las variaciones de la contracción en función de los contenidos de cemento y puede observarse que existe una relación casi directa entre ambas variables (para un incremento del 80% en el contenido de cemento, se incrementa la contracción en un 60 %). La contracción por secado provoca agrietamientos, especialmente en piezas de hormigón simple o débilmente armadas, limitadas en sus movimientos por condiciones de vínculo. Los valores más habituales, para hormigones normales, oscilan entre 0,5 y 1 mm/m y en los mismos influyen en forma prioritaria, como se verá en los gráficos siguientes, la edad, la humedad del aire, la velocidad del viento y el contenido de cemento y de agua de mezclado

Variaciones dimensionales por acción de cargas:

El hormigón se diferencia de otros materiales de construcción, en lo referente a su comportamiento bajo la acción de cargas, porque se deforma de una manera cuando la carga es de aplicación instantánea, y de otra, cuando es de larga duración.

Deformación para cargas instantáneas: Para determinar la deformación instantánea, se calcula el modulo de elasticidad (E), en base a la curva obtenida en un ensayo carga-deformación. El ensayo se realiza sobre probetas cilíndricas normales (15cm x 30cm) que se colocan en la prensa, adicionándoles un dispositivo medidor de acortamientos (mediante comparador de cuadrante, con menor lectura 1/100 mm). Al cargar la probeta; esta se acorta y pueden irse anotando pares de valores correspondientes a cargas unitarias de compresión ( b) y acortamientos unitarios

= l / l , donde l es el acortamiento medido en 1/100 mm y l la base de medición , o distancia entre los puntos en los cuales se fija el extensómetro a la probeta

108

(Eb = b).

Como el modulo de elasticidad es la pendiente de la curva carga-deformación (que es

una recta en el periodo elástico, para el acero) , en el caso del hormigón debe aclararse que pendiente se toma, dado que la representación grafica de los puntos correspondientes a los pares de valores, es una curva desde el origen. El criterio habitual es adoptar como valor para Eb, la pendiente de la secante al origen, que pasa por el punto de la curva que corresponde al 40% de la carga de rotura. Si bien el valor del modulo de elasticidad del hormigón depende de varios factores, el que influye en forma más directa es la resistencia a la rotura por compresión (a su vez esta se encuentra influida por otra serie de variables, que por lo tanto actúan sobre ese valor de Eb, en forma indirecta). Cuando no se dispone de valores provenientes del ensayo directo, puede adoptarse distintas expresiones empíricas para calcular Eb, en función de la resistencia a la compresión; la expresión tradicionalmente empleada es la siguiente: Eb = 1000

bn (para bn = 250 kg/cm2 da Eb = 250.000kg/cm2) Donde Eb y bn

se miden en kg/cm2 y

bn es la resistencia promedio a la rotura por compresión a la edad en que se efectué el estudio. El PRAEH da dos valores para Eb:

1) Cargas de corta duración (menos de 24 hs)

Eb = 21000 Para bk = 170 kg/cm2

Da Eb = 273.800 kg/cm2

2) Cargas permanentes

Eb = 7000 Para bk = 170 kg/cm2

Da Eb = 91.300 kg/cm2 Donde

bk es la resistencia característica a la compresión en kg/cm2. La diferencia entre los valores mencionados se debe a que en el caso de las cargas permanentes, se ha tenido en cuenta el fenómeno de fluencia lenta .

Deformación para cargas permanentes:

Si la carga se mantiene constante durante un cierto tiempo se producen deformaciones, que en su mayor parte, ni son reversibles ni elásticas. Al cabo de 2 o 3 años las deformaciones pueden llegar a ser entre 2 y 4 veces mayores que las provocadas por las cargas instantáneas. Este fenómeno se conoce con el nombre de fluencia lenta ( creep en ingles), se atribuye a la expulsión del agua coloidal contenida en el gel de cemento. La velocidad de expulsión y la deformación consiguiente son funciones de la intensidad de la carga aplicada y del frotamiento producido en los canales capilares de la pasta cementicia hidratada. Las deformaciones por aplicación de cargas son, según PRAEH, para hormigones de

bk = 170 kg/cm2 y cargas de b = 85 kg/cm2, las siguientes:

1) Cargas de corta duración : b1 = 0,3 mm/m

2) Cargas permanentes : b2= 0,9 mm/m

109

Bibliografía:

1) Curso de Tecnología del Hormigón A.N Castiarena. 2) Instituto Argentino de Racionalización de Materiales (IRAM) 3) Normas IRAM 1546. Hormigón de Cemento Portland. Método de ensayo de

compresión, 1992 4) Norma IRAM 1553 Hormigón de cemento Portland. Preparación de las bases de

probetas cilíndricas y testigos cilíndricos, para ensayos a la compresión, 1983. 5) Aïtcin P. C.; High Performance Concrete; Editorial E and FN Spon, 1998.

110

CARACTERIZACIÓN DE AGREGADOS PARA

TRATAMIENTOS SUPERFICIALES

Becario: Catriel Gisela.

Tutor: Ing. Soengas Cecilia.

Área: Materiales Viales.

Año 2009

111

1. Tratamientos superficiales

1. 2. Descripción: Son aplicaciones de ligante asfáltico y áridos sobre capas de bases flexibles recién

construidas, de buena calidad y del espesor adecuado para soportar las cargas del tránsito. Su función consiste en proteger la capa de base y proporcionarle una capa de desgaste sin polvo, sobre la que el tráfico pueda moverse cómoda y seguramente.

Existen distintos tipos de Tratamientos Superficiales, dependiendo de su uso pero principalmente de la disponibilidad y calidad de los materiales en la cercanía de ella. Los tratamientos pueden ser simples, dobles o triple, la elección dependerá de las condiciones climáticas y el tipo de tránsito liviano que circulará.

Hay muchos métodos de dosificación planteados:

Teóricos

Prácticos

Empíricos

Dentro de este último encontramos el método más difundido en la Argentina propuesto por el Ing. E. L. Tagle, llamado Regla del 9

5

3 o simplemente Regla de Tagl. Este método determina la cantidad de ligante en los tratamientos simples, dobles y triples, en función de las cantidades y características granulométricas de los agregados pétreos a emplear.

1. 3. Diseño: Los elementos que componen la ejecución del tratamiento simple, se grafican en la

Figura 1

Figura 1. Esquema del tratamiento superficial simple

2. Materiales: Los materiales empleados en la actualidad y que componen un tratamiento superficial

son, las emulsiones asfálticas, convencionales o modificadas y agregados pétreos, de estos últimos haremos hincapié por ser el objeto de nuestro estudio.

2.1. Agregados Los áridos se clasifican en finos y gruesos, definiendo como:

a) Árido fino; a aquel que pasa el tamiz 4,8 mm (Nº 4) el 95% o más. b) Árido grueso; aquel donde el porcentaje retenido en el tamiz 4,8 mm (Nº 4) es como mínimo el 5%.

A continuación se describen los áridos utilizados en un Tratamiento Simple. La dosificación del mismo está basada en la Regla de Tagle. La misma no tiene en cuenta la dosificación del árido de sellado pero éste fue incorporado en el presente trabajo, ya que

Estabilizado granular de 5 cm de espesor

Riego del tratamiento de emulsión catatónica

Piedra partida 6:20 del tratamiento

Riego de sello de emulsión asfáltica

Sello de arena de trituración 0:3

112

el sellado es un componente más de los tratamientos superficiales para la protección del mismo tratamiento.

2.1.1. Piedra Partida 6:20 La misma proviene del Sur de la provincia de Córdoba. Los análisis que se detallan a

continuación fueron realizados por exigencias de las Especificaciones Técnicas Generales de la Dirección Nacional de Vialidad, en su edición de 1998.

Algunos otros ensayos fueron realizados para contribuir como un gran aporte para su selección, como por ejemplo el análisis petrográfico. Del mismo se desprendió que el agregado utilizado corresponde a una Arenita Feldespática, en la Tabla 1 y el Figura 2, se pueden visualizar la composición mineralógica.

Tabla 1. Composición del agregado

Cuarzo

Feldespato Potásico Plagioclasa Piroxeno

Otros

% % % % %

11 31 45 9 4

Figura 2. Minerales de Roca Ensayos:

Peso Específico o densidad relativa: Se define como la relación de su peso respecto al peso de un volumen absoluto igual de agua. En el caso del agregado estudiado, su resultado fue de 2.719 gr/ cm3 (con mayor precisión se detalla en la Tabla 7)

Absorción: Según la norma IRAM 1520, se define: La cantidad de agua expresada como un porcentaje, que puede ser retenida en los poros de un material, en un período prefijado de tiempo . En el caso del agregado estudiado, su resultado fue de 0.524 % (con mayor precisión se detalla en la Tabla 7)

Pasa Tamiz Nº 200: Esta exigencia fue realizada ya que en el Pliego de Especificaciones Técnicas Generales de la Dirección Nacional de Vialidad, se cita: que si el material que pasa el tamiz 75 µm (Nº 200) por vía húmeda es mayor del 5 por ciento respecto al peso total de la muestra, la cantidad de material librado por el tamiz de 75 µm (Nº 200) en seco, deberá ser igual o mayor que el 50 por ciento de la cantidad librada por lavado . Los resultados obtenidos fueron: Vía Húmeda: 3.9 % y Vía Seca: 4.2 % por lo cual, cumple con lo antes mencionado y no es necesaria la utilización de emulsión asfáltica de corte medio. (Ver tabla 4 y 5)

Polvo Adherido: Este ensayo está referido a la cantidad de material inerte que contiene el agregado mineral, el resultado fue de 1.1 ml (ver tabla 8) siendo aceptable el valor ya que para piedra partida o pedregullo, el máximo admisible, según la norma de ensayo VN E68 75 de la Dirección Nacional de Vialidad, es de 2,0 ml.

Granulometría: Es una característica física fundamental de todo conjunto de partículas, pues influye de forma importante en la resistencia mecánica del mismo. La práctica ha establecido para las diferentes unidades de obra, usos granulométricos en los que debe encontrarse la granulometría o fórmula de trabajo, respecto a la cual han de fijarse las máximas desviaciones en obra. Suelen usarse granulometrías sensiblemente continuas, a fin de conseguir la máxima compacidad del conjunto, aunque también se usan

113

granulometrías uniformes (caso de microaglomerados) o discontinuas (por ejemplo mezclas drenantes).

Para ajustar una granulometría dentro de un huso normalizado, se parte de fracciones uniformes que se mezclan en las proporciones adecuadas. Los análisis granulométricos se realizan por cuarteo de las muestras para luego conformar la curva estipulada por las Especificaciones Técnicas generales de la Dirección Nacional de Vialidad.

La graduación de los agregados influye sobre los vacíos en el agregado mineral (V.A.M.), los vacíos de aire, estabilidad, y densidad de las mezclas. Afecta la trabajabilidad, segregación y compactación de las mismas. Además tiene importancia debido a que la combinación de tamaños de partículas o agregados que produzcan el mínimo de vacíos, producirá una mezcla muy estable volumétricamente y, por consiguiente, se requerirá un mínimo de material ligante, obteniéndose deformaciones mínimas.

Del análisis del agregado en estudio y luego de conformar las curvas de acuerdo a lo estipulado por las Especificaciones Técnicas Generales de la DNV y viendo que el agregado no cumplía con ninguna de ellas, se decidió conformar lo estipulado por la Norma IRAM 1684/74 Agregados para Tratamientos Superficiales Bituminosos, Simples y Múltiples. De las diferentes curvas que propone esa norma, se optó por la denominada como D (19 mm a 9.5 mm). En la Figura 3 se puede visualizar

Curva D - Norma IRAM 1684/74

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

1 10 100 1000 10000 100000

abertura de tamices IRAM

% q

ue

pas

a

Límite Superior

Curva del Material

Límite Inferior

Figura 3. Granulometría del agregado

Desgaste los Ángeles: El agregado pétreo está sujeto a una rotura adicional, y aun desgaste por abrasión, durante la elaboración, colocación y compactación de las mezclas asfálticas para pavimentación. El agregado sufre además la abrasión debido a las cargas de tránsito. Deben tener por lo tanto en cierto grado capacidad de resistir la trituración, degradación y desintegración. El ensayo de abrasión o desgaste Los Ángeles mide la resistencia al uso o abrasión del agregado minerales. El límite establecido es que sea menor al 20% en la capa de rodadura, pudiendo ser mayor en otros tipos de mezclas. El Resultado del ensayo para el agregado en estudio fue del 20 %, cumpliendo con los valores establecidos anteriormente. (Ver tabla 13)

114

Cubicidad, Índice de Laja, Elongación: Las formas de las partículas del árido grueso afectan fundamentalmente al esqueleto granular. Según su forma, las partículas pueden clasificarse en redondeadas, cúbicas, lajosas o agujas.

a) La forma lajosa o simplemente lajas se debe a partículas planas, con una dimensión muy inferior a las otras dos dimensiones.

b) Las agujas son partículas alargadas, con una dimensión muy superior a las otras dos restantes.

Las lajas y las agujas pueden romperse con facilidad durante la compactación o después bajo la acción del tráfico, modificando con ello la granulometría del árido. En consecuencia, deben imponerse limitaciones en el contenido de partículas con estas formas. En términos generales, en una fracción de árido no se debe superar el 30% en peso de estas partículas. Además de la forma de las partículas del árido grueso, se debe tener en cuenta su angulosidad, que influye junto con la textura superficial de las partículas en la resistencia del esqueleto granular, por su contribución al rozamiento interno. Se evalúa la angulosidad únicamente por el porcentaje de partículas con dos o más caras de fractura. En resumen, los áridos cúbicos son los más adecuados por su buena forma y angulosidad. El resultado de los ensayos fue:

Índice de Laja 12% (ver tabla 12)

Índice de Elongación 23% (ver tabla 11)

2.1.2.2 Arena de trituración 0:3 El análisis petrográfico desprendió que el agregado utilizado presenta tres tipos de

rocas que componen la misma, por lo cual se ha subdivido en 3 muestras a, b c. La submuestras a

corresponde a un Granito Feldespático, la submuestra b

corresponde a una Roca Hipoabisal (diabasa) y la submuestra c

trata de una roca con un alto grado de alteración, lo cual impide realizar un análisis composicional de detalle. En la Tabla 2, se pueden visualizar la composición mineralógica de cada una.

Tabla 2 - a. Composición del agregado

Cuarzo

Feldespato Potásico Plagioclasa Piroxeno

Otros

% % % % %

40,8 45 7,2 4 3

Tabla 2 - b. Composición del agregado

Plagioclasa

Piroxeno

Olivino Magnetita

Otros

% % % % %

45,6 22 9,8 21 1,6

2.1.2.2 Ensayos: Equivalente arena: El ensayo de equivalente de arena es un método para la determinación de las proporciones relativas de polvo fino no conveniente o de materiales similares a la arcilla en la porción que pasa el tamiz 4,75 mm (N° 4). El límite establecido

115

para el ensayo de equivalente arena es que este sea mayor al 50%. El resultado fue de 63%, cumpliendo con los valores establecidos anteriormente.

Ensayos Para la Caracterización de Agregados en Tratamientos Superficiales.

Granulometría IRAM

agregado 6:20 peso muestra 5268

acumulados

tamiz peso retenido %retenido % que pasa 3/4 86 1,6 98,4 1/2 2970 56,4 43,6 3/8 4372 83,0 17,0 1/4 5118 97,2 2,8 4 5212 98,9 1,1 8 5236 99,4 0,6 30 5239 99,4 0,6 50 5240 99,5 0,5 200 5256 99,8 0,2

fondo 5265 Tabla 3

PASA TAMIZ 200 VIA HUMEDA AGREGADO 6:20 MUESTRA

Peso de la muestra seca, antes del lavado(P2) 2504 Peso de la muestra seca, después del lavado(P1) 2467,4

Peso del material que pasa el tamiz Nº 200 (P1-P2)=P 36,6 % en peso (P* 100 / P2) 3,9

Tabla 4

PASA TAMIZ 200 VIA SECA AGREGADO 6:20 MUESTRA

Peso de la muestra seca, antes del tamizado (P2) 2566,4 Peso de la muestra seca, después del tamizado (P1) 2548,8


Tabla 5

PUV SECO Y SUELTO AGREGADO 6:20 MUESTRA

Peso de la medida vacía (P1) 6342 Peso de la medida llena(P2) 26794

Peso del agregado contenido (P2-P1)=P 20452 Volumen de la medida 14703

PUV (gr./cm3) 1,391 Tabla 6

116

PESO ESPECIFICO IRAM 1533 Peso de la muestra seca a 100 º C = m 5188

Peso del material sumergido = ma 3264 Peso saturado a superficie seca = ms 5201

Densidad relativa real = d1 = m/(m-ma) 2,719 Densidad relativa aparente = d2 = m/(ms-ma) 2,678

Densidad relativa aparente s.s.s = d3 = ms/(ms-ma) 2,685 Absorción 0,524

Tabla 7

POLVO ADHERIDO 1,1 Tabla 8


Peso de la muestra seca, antes del lavado(P2) 106 Peso de la muestra seca, después del lavado(P1) 96,4


Tabla 9


Peso de la muestra seca, antes del lavado(P2) 104 Peso de la muestra seca, después del lavado(P1) 99

Peso del material que pasa el tamiz Nº 200 (P1-P2)=P 5 % en peso (P* 100 / P2) 4,81

Tabla 10

PUV SECO Y SUELTO AGREGADO 0:3 MUESTRA

Peso de la medida vacía (P1) 2655 Peso de la medida llena (P2) 6995

Peso del agregado contenido (P2-P1)=P 4340 Volumen de la medida 2812

PUV (gr./cm3) 1.543 Tabla 10

INDICE DE ELONGACIÓN IRAM 1687 - 2

fracción granulométrica

(pulgadas) calibre

masa total de cada fracción "i" ensayada

(mi)

% de partículas retenidas en cada tamiz Ri (g/100gr)

masa de las partículas

que no pasan por la ranura del calibrador

(mei)

masa de las

partículas que pasan

por la ranura del calibrador

Iei= (mei/mi)*100

Iei*Ri

índice de elongación

IE = (Iei*Ri)/ ri

3/4 - 1/2 29,3 943 56,4 124 819 13,1 741,6

23 1/2 - 3/8 20,3 513 83,0 108 405 21,1 1747,4 3/8 - 1/4 14,7 213 97,1 66 147 31,0 3008,7

AGREGADO

06:20

Ri

236,5 (IEi*Ri)

5497,7

Tabla 11

117

INDICE DE LAJOSIDAD IRAM 1687 - 1

fracción granulométrica

(pulgadas) calibre

masa total de cada

fracción "i"

ensayada (mi)

% de partículas retenidas en cada tamiz Ri (g/100gr)

masa de las

partículas que no

pasan por la ranura

del calibrador

masa de las partículas que pasan

por la ranura del calibrador

(mei)

ILi= (mei/mi)*100

ILi*Ri

indice de lajosidad

IL = (ILi*Ri)/ Ri

3/4 - 1/2 9,8 949 56,4 838 111 11,7 659,7

12,3 1/2 - 3/8 6,8 521 83 456 65 12,5 1035,5 3/8 - 1/4 4,9 21 97,1 18,4 2,6 12,4 1202,2

AGREGADO 06:20 Ri

236,5 (ILi*Ri)

2897,4

Tabla 12

AGREGADO fracción

granulométrica (pulgadas)

DESGASTE LOS ANGELES

06:20 curva

A curva B

curva C

curva D

curva E curva

F curva

G

numero de bolas

3 - 2 1/2

2 1/2 - 2

11 2 - 1 1/2

1 1/2 - 1

peso de las bolas

1 - 3/4

3/4 - 1/2 2502 4576 1/2 - 3/8 2502

3/8 - 1/4

1/4 - 4

4 - 8 peso total de la muestra lavada

=m 5004

Nº de rotaciones del tambor 500

peso retenido tamiz Nº 12 =m1 4002 peso pasa tamiz

Nº12 1516 P= m-

m1/m*100 20,0 Tabla 13

Conclusiones: Los ensayos realizados sobre los agregados para ser usados en tratamiento superficial simple dieron correctamente, lo que nos permita la utilización de los mismos para realizar el trabajo.

Bibliografía:

Control de Calidad de Tratamientos Superficiales Según el Método MoDOT T72 Lic. Carlos DEL POZO, Sr. Oscar REBOLLO, Mgt. Ing. H. Gerardo BOTASSO, Ing. Adrián CUATTROCCHIO, Ing. Cecilia SOENGAS.

Áridos; Oscar Rebollo.

Normas IRAM

Normas Vialidad Nacional.

118

REOLOGÍA DE LIGANTES ASFALTICOS MEDIANTE EL

VISCOSIMETRO BROOKFIELD

Becario: García Eiler Luciana Martina.

Tutor: Ing. Cecilia Soengas.

Área: Materiales Viales.

Año 2009.

119

I. Introducción El conocimiento de la consistencia de los materiales a través de determinaciones de viscosidad es uno de los parámetros principales cuando se quiere medir el comportamiento al flujo de fluidos líquidos o semisólidos, entre los cuales podemos citar a los asfaltos. Además, conocemos que el asfalto es una suspensión coloidal en la cual los asfaltenos están rodeados por una fase estabilizada de resinas polar formando una miscela compleja dispersa en una fase oleosa malténica; ofreciendo diferentes comportamientos reológicos según la naturaleza de esta. Al igual que otros materiales fluidos que necesitan ser bombeados, mezclados, vertidos, etc. también en los asfaltos es de relevante importancia el estudio de la consistencia de los mismos en función del tiempo, de la temperatura y del esfuerzo al cual se encuentran sometidos. La consistencia del asfalto decrece a medida que aumenta la temperatura, por lo cual deben ser estudiados como materiales termoplásticos. A muy bajas temperaturas se comporta como un sólido rígido, a temperaturas medias tiene un comportamiento visco-elástico y a altas temperaturas es un líquido viscoso.

I. A. Conceptos de Reología La reología se define como la ciencia que estudia la deformación y el flujo de la materia. Esto explica cómo un material responde a fuerza. Es la ciencia de flujo que estudia la deformación de un cuerpo sometido a esfuerzos externos. Estudia la respuesta mecánica de un material, cuyas propiedades varían en función de la temperatura y al tiempo de aplicación de una carga, excluyéndose los fenómenos de rotura.

I. B. Conceptos de Viscosidad La viscosidad se puede definir como una medida de la resistencia a la deformación del fluido. Este concepto relaciona el esfuerzo cortante con la velocidad de deformación.

: µ . D Donde:

: esfuerzo cortante µ: viscosidad

D: velocidad de deformación

120

Existen 3 tipos de viscosidad: la dinámica, la cinemática y la aparente:

Viscosidad dinámica (µ): representando la curva de fluidez (esfuerzo cortante frente a

velocidad de deformación) se define como la pendiente en cada punto de dicha curva.

Viscosidad cinemática (v): relaciona la viscosidad dinámica con la densidad del fluido utilizado.

Viscosidad aparente (µ): se define como el cociente entre el esfuerzo cortante y la velocidad de deformación. La viscosidad para fluidos no newtonianos, esta denominación se explica en el siguiente punto:

En el Gráfico Nº 1 se puede apreciar la representación de la viscosidad dinámica y aparente.

I. C. Tipos de fluidos Existen tres tipos de fluidos: newtonianos, no newtonianos y viscoelásticos:

Newtonianos; proporcionalidad entre el esfuerzo de cortante y la velocidad de deformación.

No Newtonianos; no hay proporcionalidad entre el esfuerzo cortante y la velocidad de deformación.

Viscoelásticos; se comportan como líquidos y sólidos, presentando propiedades de ambos. La relación entre el esfuerzo cortante aplicado y la velocidad de deformación viene dada por la Ley de viscosidad de Newton la cual responde a la ecuación:

xy

du

dt.

VISCOSIDAD DINÁMICA

VISCOSIDAD APARENTE

Pendiente en cada punto

Pendiente desde el origen

Velocidad de Deformación (1/s)

Esfuerzo cortante (Pa)

Gráfico Nº 1: Curva de fluidez

121

Siendo: xy = esfuerzo cortante (mPa)

= viscosidad dinámica del fluido (mPa·s)

du/dy = velocidad de deformación del fluido (s-1) = D Estas unidades son obtenidas por el análisis dimensional de la pag.2 siendo las más utilizadas en reología. En el Cuadro Nº 1 se pueden apreciar los distintos tipos de fluidos.

Cuadro Nº 1: Tipos de Fluidos

I. C. 1. Fluidos newtonianos Este se caracteriza por cumplir la Ley de Newton, es decir, que existe una relación lineal entre el esfuerzo cortante y la velocidad de deformación. Si por ejemplo se triplica el esfuerzo cortante, la velocidad de deformación se va a triplicar también. Esto es debido a que el término

(viscosidad) es constante para este tipo de fluidos y no depende del esfuerzo cortante aplicado. Hay que tener en cuenta también que la viscosidad de un fluido newtoniano no depende del tiempo de aplicación del esfuerzo, aunque sí puede depender tanto de la temperatura como de la presión a la que se encuentre. I. C. 2. Fluidos no newtonianos Son aquellos en los que la relación entre esfuerzo cortante y la velocidad de deformación no es lineal. Estos fluidos a su vez se diferencian en dependientes e independientes del tiempo. I. C. 2. 1. Fluidos independientes del tiempo de aplicación: Estos fluidos se pueden clasificar dependiendo de si tienen o no esfuerzo umbral, es decir, si necesitan un mínimo valor de esfuerzo cortante para que el fluido se ponga en movimiento. I. C. 2. 1. a. Fluidos sin esfuerzo umbral:

Fluidos pseudoplásticos: Este tipo de fluidos se caracterizan por una disminución de su viscosidad, y de su esfuerzo cortante, con la velocidad de deformación.

Fluidos dilatantes:

122

Estos son suspensiones en las que se produce un aumento de la viscosidad con la velocidad de deformación, es decir, un aumento del esfuerzo cortante con dicha velocidad. El fenómeno de dilatación se produce debido a la fase dispersa del fluido. En dicho fluido tiene lugar un empaquetamiento de las partículas, dejando a la fase continua casi sin espacio. Si a continuación se aplica un esfuerzo, el empaquetamiento se altera y los huecos entre las partículas dispersas aumentan. Además, conforme aumenta la velocidad de deformación aplicada, mayor turbulencia aparece y más difícil es el movimiento de la fase continua por los huecos, dando lugar a un mayor esfuerzo cortante (la viscosidad aumenta). I. C. 2. 1. b Fluidos con esfuerzo umbral, llamados también plásticos Este tipo de fluido se comporta como un sólido hasta que sobrepasa un esfuerzo cortante mínimo (esfuerzo umbral) y a partir de dicho valor se comporta como un líquido. Los fluidos plásticos, a su vez, se diferencian en la existencia de proporcionalidad entre el esfuerzo cortante y la velocidad de deformación, a partir de su esfuerzo umbral. Si existe proporcionalidad, se denominan fluidos plásticos de Bingham y si no la hay, se denominan solo plásticos. I. C. 2. 2. Fluidos dependientes del tiempo de aplicación: Este tipo de fluidos se clasifican en dos tipos: los fluidos tixotrópicos, en los que su viscosidad disminuye al aumentar el tiempo de aplicación del esfuerzo cortante, recuperando su estado inicial después de un reposo prolongado, y los fluidos reopécticos, en los cuales su viscosidad aumenta con el tiempo de aplicación de la fuerza y vuelven a su estado anterior tras un tiempo de reposo. I. C. 2. 2. a. Fluidos tixotrópicos Estos se caracterizan por un cambio de su estructura interna al aplicar un esfuerzo. Esto produce la rotura de las largas cadenas que forman sus moléculas. Dichos fluidos, una vez aplicado un estado de cizallamiento (esfuerzo cortante), sólo pueden recuperar su viscosidad inicial tras un tiempo de reposo. I. C. 2. 2. b. Fluidos reopécticos Los fluidos reopécticos, se caracterizan por tener un comportamiento contrario a los tixotrópicos, es decir, que su viscosidad aumenta con el tiempo y con la velocidad de deformación aplicada y presentan una histéresis inversa a estos últimos. Esto es debido a que si se aplica una fuerza se produce una formación de enlaces intermoleculares conllevando un aumento de la viscosidad, mientras que si cesa ésta se produce una destrucción de los enlaces, dando lugar a una disminución de la viscosidad. I. C. 3. Fluidos viscoelásticos Los fluidos viscoelásticos se caracterizan por presentar a la vez tanto propiedades viscosas como elásticas. Esta mezcla de propiedades puede ser debida a la existencia en el líquido de moléculas muy largas y flexibles o también a la presencia de partículas líquidas o sólidos dispersos. I. D. Cuadro de fluidos Para una mejor comprensión de los tipos de fluidos se representan dos tipos de gráficas, la Curva de Fluidez y la Curva de Viscosidad . En la Curva de Fluidez se grafica el esfuerzo cortante frente a la velocidad de deformación (

vs. D), mientras que en la Curva de Viscosidad se representa la viscosidad en función de la velocidad de deformación (

vs. D) y ejemplos de cada uno de ellos, los cuales se pueden observar en el Cuadro Nº 2:

123

TIPO DE FLUIDO CURVA DE FLUIDEZ CURVA DE VISCOSIDAD COMPARACIÓN EJEMPLOS

NEWTONIANOS

Con el aumento de la velocidad de

deformación aumenta el esfuerzo

de corte en forma proporcional. La

viscosidad se mantiene constante

ya que es la tg de dicha recta.

agua, aceite, asfaltos convencionales aaltas temperaturas, etc.

NO NEWTONIANOSPSEUDOPLÁSTICOS

No dependen del tiempo de

aplicación de la fuerza. Dependen

de la velocidad de deformación. Al

aumentar la velocidad de

deformación disminuye el esfuerzo

de corte y por ende la viscosidad.

kétchup, mostaza,algunas clases depinturas, suspensiones acuosas de arcilla,asfaltos modificadoscon polímeros a altas temperaturas, etc.

NO NEWTONIANOS DILATANTES

Son independientes del tiempo de aplicación. Se produce un aumento de la viscosidad con la velocidad de deformación, es decir, un aumento del esfuerzo de corte con dicha viscosidad. Con velocidades bajas el fluido se comporta como un líquido de baja viscosidad y con velocidades de deformación altas como un sólido.

harina de maiz,disoluciones dealmidón muyconcentradas, arenamojada, dióxido detitanio, etc.

NO NEWTONIANOS PLÁSTICOS

Se comporta como un sólido hasta

que sobrepasa un esfuerzo

cortante mínimo (esfuerzo umbral),

luego de este valor se comporta

como un líquido. Pueden ser

proporcionales el esfuerzo cortante

con la velocidad de deformación

(fluidos plásticos de Bingham) o no

(fluidos plásticos).

chocolate, arcilla,mantequilla, mayonesa, pasta dedientes, emulsiones,espumas, etc.

NO NEWTONIANOS TIXOTRÓPICOS

Dependen del tiempo de aplicación de la fuerza. La viscosidad va disminuyendo al aplicar una fuerza y acto seguido vuelve a aumentar al cesar dicha fuerza debido a la reconstrucción de sus estructuras y al retraso que se produce para adaptarse al cambio. Aparece el fenómeno de histéresis.

pinturas, yogurt, tintasde impresión, salsa detomate, aceites delpetróleo, nylon, etc.

NO NEWTONIANOS REOPÉCTICOS

Dependen del tiempo de aplicación de la fuerza. La viscosidad va aumentando al aplicar una fuerza y acto seguido vuelve a disminuir al cesar dicha fuerza. Comportamiento contrario a los tixotrópicos. Aparece el fenómeno de histéresis.

yeso, etc.

Cuadro Nº 2: Curvas de los distintos tipos de fluidos

II. Ligantes Asfalticos

II. A. Definición de ligante asfáltico El asfalto puede definirse como un ligante hidrocarbonado sólido o semisólido, natural o preparado a partir de hidrocarburos naturales por destilación, oxidación o cracking, que contienen una baja proporción de productos volátiles. Los cementos asfálticos provenientes del petróleo están formados por compuestos de alto peso molecular. Estos compuestos son de estructura muy compleja, siendo

124

hidrocarburos y hetero compuestos formados por carbono e hidrógeno acompañados de pequeñas fracciones de nitrógeno, azufre y oxígeno y frecuentemente de Ni, V, Fe, Mg, Cr, Ti, Co, etc. Los tipos de hidrocarburos que intervienen en su composición son:

Parafínicos.

Nafténicos.

Aromáticos.

Existe una primera destilación mediante precipitación con hidrocarburos saturados de bajo peso molecular (pentano y heptano). Conviven así dos fracciones: A. La fracción insoluble, que se la denomina asfaltenos. B. La fracción soluble, que se la denomina maltenos. Los asfaltenos a temperatura ambiente son un cuerpo sólido, negro y frágil; son hidrocarburos aromáticos. Estos ejercen gran influencia sobre las características adhesivas y aglomerantes. Su contenido varía entre el 5% y el 25% dependiendo del crudo y del proceso de obtención. Los maltenos, fracción soluble en heptano, son de aspecto aceitoso. Entre ellos se encuentra el malteno aromático; son los de menor peso molecular en el asfalto y representan entre el 40% y el 60% del ligante. De acuerdo a la estructura coloidal los asfaltos se pueden clasificar en:

TIPO SOL: Suficiente contenido de resina y aceite.

TIPO GEL: Escaso contenido de resina y aceite. La estructura coloidal está relacionada con las propiedades de los betunes asfálticos, en especial con las reológicas. Así aparecen asfaltos con comportamiento newtoniano, como los tipos sol, y los viscoelásticos, como los tipos gel.

II. B. Ligantes asfálticos modificados Es un asfalto al cual se le ha añadido de manera homogénea y estable, en un cierto porcentaje previamente analizado, algún tipo de aditivo para mejorar sus propiedades reológicas. El asfalto es un material muy susceptible a los cambios de temperatura, sufre envejecimiento por intemperismo, es afectado por la oxidación y fotodegradación. Sus propiedades mecánicas son muy pobres: es quebradizo a bajas temperaturas y fluye un poco arriba de la temperatura del medioambiente, además de tener una baja recuperación elástica, lo que limita ampliamente su rango de utilidad. Por estas razones el material asfáltico, en ocasiones, tiene que ser modificado mediante la adición de un agente químico para mejorar sustancialmente sus propiedades reológicas, es decir, que mejoren su comportamiento para una amplia gama de condiciones de temperatura o de aplicación de las cargas (altos desempeños en su funcionamiento al momento de estar en servicio, recibiendo las cargas del trafico y soportando los posibles gradientes de temperatura). El término aditivo es general y puede referirse a muy diversos materiales. Con el rápido desarrollo de la tecnología existen en el mercado numerosos productos que pueden tener efectos beneficiosos, aunque deban usarse con prudencia y con el pleno conocimiento de su comportamiento. Los principales tipos de adiciones de un cemento asfáltico son las siguientes:

Mejoradores de adherencia:

son agentes de superficie, que incorporados al asfalto optimizan la interacción de éste con los áridos.

Filler:

polvos calcáreos o espesantes: El aporte de finos a las mezclas asfálticas hace que se conforme con el ligante asfáltico, el denominado masic asfáltico, que es el encargado de aglomerar los agregados gruesos de las mezclas asfálticas y dar las características de micro asperezas a efectos de disminuir la distancia de frenado. El pasante por el tamiz Nº 200 de ASTM califica al filler, y mediante la determinación de la

125

concentración crítica de filler se puede estimar la máxima admisión del polvo de aportación.

Asfaltitas:

Es un asfalto natural en estado sólido. Poseen un alto contenido de

asfaltenos en aproximadamente un 95% y se incorporan con muy baja energía, con un simple mezclado. Tiene así el sistema un óptimo comportamiento a altas temperaturas ambientes, una mala performance a bajas temperaturas rigidizando las mezclas.

Fibras:

El objeto de su adición es lograr mezclas con mayor capacidad de retención de

asfalto a efectos de dotar a las mismas de mayor durabilidad y brindar mayor impermeabilidad a la estructura del pavimento protegiendo las capas ligadas de aporte estructural.

Polímeros:

Con la incorporación de polímeros se busca contar con ligantes mas viscosos a temperaturas elevadas para reducir las deformaciones permanentes de las mezclas que componen las capas de rodamiento, aumentando la rigidez y por otro lado disminuir el fisuramiento por efecto térmico a bajas temperaturas y por fatiga, aumentando su elasticidad. Finalmente permite disponer de un ligante de mejores características adhesivas y de mayor durabilidad.

II. C. Clasificación de asfaltos para uso vial por viscosidad Los asfaltos se clasifican por viscosidad mediante la Norma IRAM 6835. Esta norma establece las características de los asfaltos normales clasificados mediante la viscosidad a 60ºC; siendo la clasificación detallada en el Cuadro Nº 3:

Clase Ámbito de viscosidad

(dPas) CA - 5 400 - 800 CA - 10 800 - 1600 CA - 20 1600 - 2400 CA - 30 2400 - 3600 CA - 40 3600 - 4800

Cuadro Nº 3: Clasificación de ligantes por viscosidad

III. Viscosimetros

III. A. Viscosímetros capilares: Se realiza la viscosidad de asfaltos convencionales a 60 ºC. Los dos tipos más comunes en uso son el viscosímetro de vacío del Asphalt Institute y el viscosímetro de vacío Cannon

Manning, los cuales se pueden ver en la Figura Nº 1. Se calibran con aceites normalizados. Para cada viscosímetro se obtiene un factor de calibración . Generalmente, los viscosímetros vienen calibrados por el fabricante quien suministra estos factores. El viscosímetro se monta en un baño de agua a temperatura constante, controlado termostáticamente. Se vuelca asfalto precalentado en el tubo grande hasta que alcanza el nivel de la línea de llenado. El viscosímetro lleno se mantiene en el baño por un cierto tiempo hasta que el sistema alcance la temperatura de equilibrio de 60 ºC (140 ºF). Se aplica un vacío parcial en el tubo pequeño para inducir el flujo, porque el cemento asfáltico a esta temperatura es muy viscoso para fluir fácilmente a través de los tubos capilares del viscosímetro. También se conecta al sistema una bomba de vacío. Luego que el baño, viscosímetro y el asfalto se han estabilizado en 60 ºC (140 ºF), se aplica vacío y se mide con un cronómetro el tiempo, en segundos, que tarda el cemento asfáltico en fluir entre dos de las marcas. Multiplicando este tiempo por el factor de calibración del viscosímetro se obtiene el valor de la viscosidad en poises, la unidad patrón para medir viscosidad absoluta.

126

El viscosímetro de vacío del Asphalt Institute tiene muchas marcas para medir el tiempo. Seleccionando el par apropiado, se puede usar para asfaltos con una amplia variación de consistencias.

Figura Nº 1: Viscosímetros de Vacío

III. B. Viscosímetros rotacionales: Estos se clasifican en: Analógicos denominados con la letra T y digitales denominados con las letras DV.

III. B. 1. Analógicos: Este tipo de viscosímetro solo mide torque, el cual multiplicado por un factor (depende de la aguja y de la velocidad) da como resultado la viscosidad.

III. B. 2. Digitales: Posee una pantalla en la cual leemos directamente la viscosidad, el torque, etc. Para medir viscosidades en ligantes asfálticos se pueden utilizar tanto los viscosímetros analógicos como los digitales aunque en la actualidad solo se utilizan para este tipo de ensayos los viscosímetros digitales debido a que nos brindan más datos que los viscosímetros analógicos y nos da la posibilidad mediante la incorporación de un software se obtener gráficos de las viscosidades obtenidas. Hay distintos modelos dependiendo del rango de las viscosidades a medir, en el Cuadro Nº 4 está la clasificación.

Tipo de Viscosidad

Modelos

Baja LV Media RV

Alta HA y

HB Cuadro Nº 4: Clasificación de modelos de viscosímetros

Para la obtención de las viscosidades de ligantes asfálticos se pueden utilizar todos los modelos mencionados anteriormente.

IV. Viscosimetro BROOKFIELD En el LEMaC contamos con un Viscosímetro Brookfield RVDV

II + Pro con cámara termostatizada de tipo Brookfield Thermosel. El viscosímetro Brookfield DV-II+Pro mide la viscosidad de fluidos a rangos de corte dados. Este aparato ofrece una versatilidad excepcional en las modalidades permitidas

Viscosímetro de vacío del Asphalt Institute

Viscosímetro de vacío de Cannon - Manning

127

por la operación tradicional, la operación automática a través de programas brindadas desde la PC o por el control completo por PC usando el software Brookfield Wingather. Lo principal operación del viscosímetro DV

II + Pro es guiar una aguja (que esta

sumergida en el líquido a ensayar) a través de un resorte calibrado. El arrastre debido a la viscosidad del fluido contra la aguja, esta medido por la deflexión del resorte. La deflexión del resorte está medida por un transductor giratorio. El principio de medida se basa en aplicar una velocidad de giro constante y medir la resistencia (par de torsión) que ofrece la muestra al giro de la aguja. Se dispone además de un horno eléctrico cerámico controlado por un programador de temperaturas para la medida de la viscosidad a varias temperaturas. La cámara termostatizada tipo Brookfield Thermosel dispone de un recipiente térmico, un controlador de temperaturas, un juego de rotores, cámaras de muestra, gradilla para las cámaras de muestreo, un tapón aislante y alicates de extracción.

Foto Nº 1: Viscosímetro Brookfield con cámara termostatizada de tipo Brookfield Thermosel.

Foto Nº 2: Cámara de muestra y juego porta aguja

alargador - aguja.

128

Foto Nº 3: Soporte de cámaras de muestra, aguja y pinza de extracción.

V. Norma IRAM 6837: Determinación de la viscosidad mediante un viscosímetro rotacional con cámara termostatizada, de tipo Brookfield Thermosel o de características similares. Esta norma describe un procedimiento para la medición de la viscosidad aparente del asfalto en un ámbito de temperatura entre 38 ºC y 200 ºC, empleando un viscosímetro rotacional con cámara termostatizada, de tipo Brookfield Thermosel o características similares.

V. A. Procedimiento de ensayo:

Calentar el asfalto a una temperatura de aproximadamente 80 ºC mayor que el punto de ablandamiento o hasta que esté lo suficientemente fluido como para poder ser vertido en el cono.

Colocar la cantidad de asfalto necesaria.

Seleccionar la temperatura de ensayo con el controlador de temperaturas y encenderlo.

Presionar cualquier tecla para tarar en cero el equipo (autocering).

Colocar el juego porta aguja

alargador - aguja en el cabezal del eje del viscosímetro.

Seleccionar el número de aguja y las revoluciones por minuto para comenzar el ensayo.

Colocar la cámara dentro del horno del thermosel.

Bajar la aguja hasta que haga tope la guía de ensayo sobre la base del horno.

Colocar la tapa del thermosel y esperar 30 minutos para que se estabilice la temperatura.

Luego encender el Brookfield. Pasados los 60 segundos tomar la viscosidad que indica la pantalla.

Son aceptados los valores en los cuales el torque sea mayor o igual al 10% y menor que el 98%, de no ser así variar las R.P.M.

Repetir la operación con las nuevas R.P.M.

En el caso de fluidos newtonianos tomar los valores de SS (esfuerzo de corte) y SR (índice de corte) para luego graficarlos.

V. B. Determinación de Viscosidades en Asfaltos Convencionales En los asfaltos convencionales se determina la viscosidad para establecer los siguientes parámetros:

Para clasificarlos según la Norma IRAM 6835. Se realiza la viscosidad a 60º como se ve en el Cuadro Nº 5.

129

VISCOSIDAD BROOKFIELD IRAM 6835

TEMPERATURA VISCOSIDAD RPM SS SR TORQUE

ºc Cp %

60 426000 0,6 637,5 0,15 25,5

60 427000 1,5 1495 0,375 64,1

60 427000 2 2135 0,5 85,4

Cuadro Nº 5: Viscosidad de asfalto convencional

Debido a que e esa temperatura el fluido es newtoniano se promedian las viscosidades tomadas a diferentes R.P.M. siendo esta 426667Cp, lo que lo clasifica como un CA- 40.

SR-SS

0

500

1000

1500

2000

2500

0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6

SR

SS

Gráfico Nº 2: SR-SS

Para determinar las temperaturas de mezclado y compactación de las mezclas asfálticas. Se realiza la viscosidad a 135º C, 150º C, 170º C y 190º C. Se grafica la curva de calentamiento entre las viscosidades obtenidas a las temperaturas dadas. Se considera temperatura de mezclado la que se obtiene para una viscosidad de 0,17+-0,02 Pa s y la temperatura de compactación para una viscosidad de 0,28+-0,03 Pa s. En el Cuadro Nº 6 se observan las viscosidades obtenidas.

TEMPERATURA

VISCOSIDAD (ºC) (cP) 135 582 150 283 170 129 190 67

Cuadro Nº 6: Viscosidad-Temperatura Asfalto Convencional

130

VISCOSIDAD-TEMPERATURA

1

10

100

1000

100 120 140 160 180 200

TEMPERATURA ºC

VIS

CO

SID

AD

cP

Gráfico Nº 3: Viscosidad-Temperatura Asfalto Convencional

Por los resultados obtenidos del ensayo se considera temperatura de mezclado de la mezcla 163ºC y temperatura de compactación 144ºC como se observa en el Gráfico Nº 3.

V. C. Determinación de Viscosidades en Asfaltos Modificados Para asfaltos modificados la viscosidad se realiza a una determinada temperatura especificando las R.P.M y la aguja utilizadas durante el ensayo, debido a que su comportamiento es no newtoniano. Se grafican las temperaturas en el eje x y las viscosidades obtenidas en el eje y. Se miden las propiedades del asfalto modificado a altas temperaturas para determinar las características de mezclado y compactación. Al igual que en los asfaltos convencionales se considera temperatura de mezclado la que se obtiene para una viscosidad de 0,17+-0,02 Pa s y la temperatura de compactación para una viscosidad de 0,28+-0,03 Pa s.

Gráfico Nº 4:Viscosidad-Temperatura Asfalto Modificado Como se observa en el cuadro la temperatura de mezclado de este asfalto modificado es de 148 ºC y la de compactación de 135ºC como se observa el Gráfico Nº 4.

131

Bibliografia

Norma IRAM 6835 Asfaltos para uso vial- Clasificados por viscosidad- Requisitos

Norma IRAM 6837 Determinación de la viscosidad mediante un viscosímetro rotacional con cámara termostatizada, de tipo Brookfield Thermosel o de características similares

Tesis Ing. Hugo Gerardo Botasso Inclusión del Caucho Reciclado en Mezclas Asfálticas

UTN FRLP

Tesis Becario de Investigación Gisela Catriel Reología en Ligantes Asfálticos

LEMaC UTN FRLP

BROOKFIELD THERMOSEL ACCESSORY Operating Instructions

132

IMPLEMENTACIÓN DE ENSAYOS DE TRACCIÓN EN GST

BAJO EL METODO DE DESGARRO TRAPEZOIDAL

Becario: Rosso Guido.

Tutores: Ing. Enrique Fensel e Ing. Luis Delbono.


Año 2009.

133

Desarrollo:

Luego de la puesta a punto de la realización de ensayos de tracción en GST adaptándose al uso de la Máquina Universal existente en el LEMaC, se plantea la realización de los ensayos bajo distintos métodos (Ensayos de tracción en probetas anchas, Desgarro Trapezoidal, y otros) como lo plantean las distintas normativas (IRAM, ASTM). Luego de implementar la metodología se procede a valorar distintas muestras de Geotextiles provistos por distintas Empresas comercializadoras de estos productos. La tesis descripta se encuentra ligada a los trabajos propuestos dentro del PID Soluciones Tecnológicas Asociadas al uso de Geosintéticos en la Obra Vial , el que se

encuentra en plena ejecución dentro del Programa de Incentivos bajo la identificación: 25/ I 033.

Determinación de la resistencia al desgarro trapecial en geotextiles

(Norma IRAM 78017)

Introducción:

Este ensayo permite conocer cuál es la fuerza requerida para lograr desgarrar la tela, cortando los hilos o la trama de la misma, cuando se produce una lesión en ella. Es una manera de medir la propagación de una rotura localizada. Se usa para geotextiles tejidos o no tejidos por el método trapezoidal. Cuando se use para control de calidad y ensayos de conformidad, la prueba de desgarro trapezoidal no proporciona toda la información necesaria para todas las aplicaciones de diseño, debiendo utilizarse otros métodos de ensayo. Es aplicable a la mayoría de los geotextiles, incluyendo telas tejidas, telas no tejidas, telas recubiertas, telas en tejido de punto y fieltros, que son utilizados para aplicaciones geotécnicas.

Hay distintos casos en lo que son utilizados los geosintéticos según la función que desempeña en la obra, en cuanto al esfuerzo de tracción al que está sometido se distinguen distintos casos, como por ejemplo su colocación en terraplenes donde la capacidad portante de un terraplén está influenciada determinantemente por el sistema tricapa terraplén/geotextil/subsuelo, y los esfuerzos de tracción son importantes.

Figura 1: Colocación de geotextil en base de terraplén.

Los geotextiles tejidos en su mayoría son fabricados con polipropileno, material que se caracteriza por tener un mal comportamiento a la fluencia para las condiciones requeridas en este tipo de materiales. Presentan resistencia a tracción entre 20KN/m y 80KN/m y debido a la naturaleza de su estructura, poseen un alargamiento medio que varia entre 15% y el 30%.

134

Para trabajar como refuerzo, las dos principales características a ser observadas, para cualquier geosintético, es la resistencia a tracción y el alargamiento, siendo estas propiedades las presentadas por los fabricantes en sus cartillas técnicas. Los geotextiles en general poseen características técnicas específicas, que varían conforme al polímero y al método de fabricación. Tomando estas circunstancias se diseñan distintos tipos de ensayos que valoren las características para las cuales han sido diseñados. El desgarro trapecial está orientado a valorar la resistencia luego de producida una lesión a la continuidad de la manta. Uno de los casos más comunes se produce cuando el geotextil corre el riesgo de ser punzonado, debido a su baja deformación de rotura, como consecuencia de la aplicación de cargas dinámicas en etapa de servicio o constructiva (por ejemplo, presencia de agregados afilados o aplicación de fuertes cargas dinámicas como las del tráfico ferroviario), es factible que aparezca alguna rotura localizada. La resistencia a propagación del desgarro en la tela debe ser tal que asegure el mantenimiento de la función de separación del geotextil, frente al eventual punzonado. En la figura puede observarse la esquematización del momento en que el geotextil es punzonado.

Figura 2

Una alta deformabilidad en el geotextil le permite adaptarse sin romper a las irregularidades en la superficie de contacto derivadas del acomodamiento de base y subrasante frente a las solicitaciones. En estos casos, el ensayo de propagación de la rotura no es representativo de la solicitación real pues, al deformarse la manta adaptándose a la forma de la interfase, no se producirían concentraciones de tensiones. Por la misma causa disminuirá también el riesgo de rotura por punzonado.

Procedimiento para la realización del Ensayo

Se marca el contorno de un trapecio isósceles sobre una probeta rectangular del material de ensayo (Figura 3) sobre uno de cuyos lados se hace un corte inicial. Se sujetan los lados no paralelos del trapecio marcado en las mordazas paralelas de una maquina de ensayo de tracción. Se incrementa la separación de las mordazas continuamente de manera que se propague el desgarro a través de la probeta. Se obtiene la resistencia al desgarro, como el máximo valor de la fuerza de desgarro, a partir de la curva fuerza alargamiento.

135

Figura 3

Plantilla para el ensayo del desgarre trapecial Probetas Se cortan probetas rectangulares de 75mm x 200mm. Se marca cada probeta con la plantilla trapecial. Se hace un corte preliminar de 15mm en el centro del lado de 25mm, como se muestra en la figura 3. Se toman 10 probetas en la dirección longitudinal y 10 probetas en la dirección transversal.

Ensayo Se establece la distancia entre las mordazas al comienzo del ensayo en 25 mm. Se fija la velocidad de la máquina en 300mm/min. Se asegura la probeta de ensayo en las mordazas, sujetándola a lo largo de los lados no paralelos del trapecio de manera que los bordes de las mordazas estén en línea con el lado de 25mm de largo del trapecio, y el corte se encuentre a mitad de camino entre las mordazas. Se mantiene el borde corto tirante y se deja que la tela restante forme pliegues. Se pone en funcionamiento la máquina y se obtiene la fuerza de desgarro como la fuerza máxima alcanzada, medida en Newton.

A

Exhibición de varios máximos B

Exhibición de un solo máximo Figura 4

Curvas características de fuerza de desgarro-alargamiento

Desarrollo de la Tesis

Durante el año se ensayaron geotextiles de distintos fabricante por el método de desgarro trapezoidal siguiendo el procedimiento indicado anteriormente y fijado por la norma IRAM correspondiente. Luego de obtenidos los resultados, se hizo una comparación con estos valores y los estipulados por la empresas en sus cartillas técnicas.

136

En las páginas siguientes se muestran imágenes que se tomaron durante el desarrollo del ensayo. Luego se exponen los resultados obtenidos.

Fotos de ensayo

Figura 5 Figura 6

Figura 7 Figura 8

Figura 9 Figura 10

Figura 11

137

Resultados Para este caso se presenta un ejemplo de todo lo desarrollado, con un tipo de geotextil y tres fabricantes determinados que comercializan este producto. De los tres fabricantes se tomaron el mismo tipo de geotextil y gramajes de manera de poder comparar los resultados. Fabricantes: Empresa 1, Empresa 2, Empresa 3. Tipo de geotextil: no tejido Gramajes: 120, 150, 300. Muestras: De cada gramaje se tomaron 10 probetas en dirección transversal y 10 probetas en dirección paralelo al sentido de fabricación. La toma de muestra se realizo como marca la normativa IRAM Nº 78003 Para cada muestra se calculo separadamente el promedio de las resistencias de desgarro máximas en las direcciones paralelo y transversal.

Ensayo de geotextil no tejido. Condición de las probetas de ensayo en estado seco En las tablas 1, 2, 3 se muestra la carga de desgarro en Newton obtenida en las dos direcciones (paralelo y transversal a la dirección de fabricación). En la primera fila de las tablas se encuentra el fabricante y los gramajes. En las filas restantes se encuentra la dirección de ensayo y las cargas de desgarro obtenidas para cada gramaje.

EMPRESA 1 120 150 300

PARALELO (N) 221 225 359

TRANSVERSAL (N)

189 203 271

Tabla 1

EMPRESA 2 120 150 300

PARALELO (N) 165 267 478

TRANSVERSAL (N)

217 327 498

Tabla 2

EMPRESA 3 120 150

PARALELO (N) 217 285

TRANSVERSAL (N)

272 319

Tabla 3

En las cartillas de las distintas empresas se presentan los siguientes valores (los mismos están basados en la norma ASTM-D 4533, directamente comparable a lo expresado en la Norma IRAM Nº 78.017)

EMPRESA 1 120 150 300

PARALELO (N) 190 220 300

TRANSVERSAL (N)

180 200 270

Tabla 4

EMPRESA 2 120 150 300

PARALELO (N) 200 260 340

TRANSVERSAL (N)

235 330 410

Tabla 5

EMPRESA 3 120 150

PARALELO (N) 210 230

TRANSVERSAL (N)

250 290

Tabla 6

138

A modo de comparación se realizo el siguiente cuadro.

Cuadro comparativo

Productos

Resultados

Laboratorio Empresas

Empresa 1

120 P 221 190

T 189 180

150 P 225 220

T 203 200

300 P 359 300

T 271 270

Empresa 2

120 P 205 200 T 237 235

150 P 267 260 T 327 330

300 P 478 340 T 498 410

Empresa 3

120 P 217 210 T 272 250

150 P 285 230 T 319 290

P: dirección paralela a la de fabricación T: dirección transversal a la de fabricación

A modo de ejemplo se presenta una curva obtenida en el laboratorio de fuerza

alargamiento, gráfico emitido por la máquina universal, siendo este de la forma característica que presenta este tipo de ensayo.

139

Conclusiones

Se observa que los valores hallados marcan en general una tendencia a estar dentro de los límites aceptables de variación que presentan este tipo de materiales en la solicitación descripta. Estando estos por encima de los valores publicados por las empresas en sus cartillas técnicas.

La carga de desgarro varía para una misma empresa y mismo gramaje de geotextil dentro de las 10 muestras ensayadas para cada dirección, esto puede deberse a que el sistema de producción en este tipo de producto se realiza incorporando las fibras en forma aleatoria. En el presente trabajo se muestran solo los valores promedio de las 10 probetas ensayadas, no los valores individuales de las mismas.

Si bien los valores que se obtuvieron en los ensayos realizados difieren a los especificados en las cartillas técnicas, los mismos en promedio, están dentro del rango de aceptación.

Otra observación es que el tipo de curvas (fuerza-alargamiento) obtenidas presentan varios máximos. Se tomo la fuerza máxima para el cálculo, como marca la norma IRAM 78017.

Bibliografía

(1) Geosintéticos. Desde la fabricación a su aplicación en obra . LEMaC Centro de investigaciones Viales

CIT INTI Centro de Investigación y Desarrollo Textil. Año 2003.

(2) Análisis del uso de los geotextiles en la ingeniería civil . Sociedad Argentina de mecánica de suelos.

(3) Esquema de Norma IRAM 78017 Determinación de la resistencia al desgarro trapecial para geotextiles

(4) Programa Tesc, Guía do Usuario (5) Linguagem Test Script, Versao 3.5

140

ABSORCIÓN POR SUCCIÓN CAPILAR DEL HORMIGÓN

Becario: Cristian Sakurai

Tutor: Ing. Marcelo F. Barreda

Área Estructuras y Materiales de Construcción

Año 2009

141

Introducción La capacidad y la velocidad de succión del hormigón, y particularmente del hormigón de recubrimiento, es un parámetro asociado con la durabilidad de las estructuras de hormigón. El método es sensible a los cambios de las características de las mezclas y, principalmente, a las condiciones de curado. Por lo tanto resulta una herramienta eficaz para especificaciones basadas sobre el desempeño, dependiendo el resultado del contenido de humedad inicial del hormigón. Los valores de medición obtenidos deben ser adecuadamente interpretados, en función de las características propias del ensayo, el tamaño de las probetas o testigos, el acondicionamiento previo, etc. Por este motivo, salvo que las condiciones establecidas se respeten estrictamente, los valores que se obtengan sólo tienen valor comparativo. El reglamento CIRSOC 201 - 2005 establece que los hormigones de las estructuras que estarán sometidas a cualquier clase de exposición, excepto la exposición correspondiente a un medio no agresivo, deben tener una velocidad de succión capilar igual o menor que 4 g/m2.s1/2, medida de acuerdo con el ensayo de la norma IRAM 1871.

Absorción por Succión Capilar El hormigón es un material extremadamente complejo y su comportamiento en servicio depende de numerosos factores: las teorías de cálculo estructural; el diseño de dosificación; los materiales utilizados; los procesos de elaboración, moldeo y curado de la estructura de la cual forma parte y el medio ambiente en el cual se encuentra emplazada. Luis Fernández Luco (3) sostiene que la porosidad es un parámetro

condicionante de primer orden para asegurar la durabilidad del hormigón, y esta relación se refleja en prácticamente todos los reglamentos y códigos . Para profundizar en esta dependencia no basta con considerar la presencia de poros en la masa, hay que analizar también su distribución geométrica y espacial y los mecanismos de transporte de fluidos dentro del hormigón. Dos materiales con igual porosidad pero distinta conectividad entre los poros, se comportarán en forma diferente con respecto al ingreso de agentes agresivos. El material con poros interconectados será más susceptible a este efecto. Los fenómenos capilares influyen en los mecanismos de transporte de líquidos en el hormigón, dadas las características de su sistema de poros, que puede asimilarse a un conjunto de tubos cilíndricos paralelos y de muy pequeño espesor. La absorción capilar es el mecanismo de transferencia de líquidos más rápido, esta está directamente relacionada con la durabilidad del hormigón. Una herramienta confiable para caracterizar la estructura de poros en forma comparativa, es la determinación de la capacidad de absorción capilar. La succión capilar puede ser medida solamente en morteros y hormigones parcialmente saturados, no produciéndose el fenómeno de succión en materiales saturados, mientras que en los materiales totalmente secos la absorción del agua se efectúa en los capilares y también en el gel, por lo cual los resultados no son comparables por encontrarse distorsionados. (4)

142

Además del contenido inicial de humedad y de su uniformidad, cuando el transporte de líquidos en sólidos porosos se debe a la tensión superficial que actúa en los capilares, el transporte del líquido está influenciado por las características del liquido (viscosidad, densidad, tensión superficial), por las características del solido poroso (estructura de poros y energía superficial), tiempo y condiciones de curado, características de las mezclas y temperatura.(6)

Absorción capilar-durabilidad Según (7) la durabilidad es la capacidad de la mezcla ya endurecida de soportar sin deteriorarse, las solicitaciones provocadas por agentes físicos y químicos, que pueden agredir al hormigón, no solo en su superficie, sino también en el interior de su masa, La posibilidad de que el ataque se produzca en el interior del hormigón, se debe a la existencia de los canales capilares, que forman se forman como consecuencia del fenómeno de exudación. En los casos en que el hormigón deba estar en contacto con líquidos, los mismos pueden introducirse en el interior de la masa del hormigón, utilizando a ese efecto, las vías de acceso que les ofrecen los canales capilares, una vez en el interior, esos líquidos pueden actuar agresivamente sobre el hormigón, de una u otra de las formas siguientes:

Poniendo en contacto sustancias químicas en solución en el agua, que puedan reaccionar con compuestos hidratados del cemento y den como resultado sustancias solubles que siguen el camino inverso, restando cohesión a la pasta cementicia (lixiviación de la cal por aguas acidas, puras o carbónicas agresivas)

Ídem anterior, pero formando compuestos expansivos que provoquen esfuerzos de tracción, los que al no ser soportados por el hormigón, traen como consecuencia su agrietamiento (reacción de sulfato sobre AC3; se obtiene sulfoaluminato de calcio, Sal de Candlot con gran aumento de volumen)

Acción física de tracción, provocada por aumento de volumen del agua contenida en los canales capilares, cuando esta se congela, debido a bajas temperaturas.

Reacción expansiva de los álcalis del cemento con ciertos agregados (ópalos, calcedonias), que pueden producirse en presencia de agua y dan lugar a agrietamiento del hormigón por tracción.

Clases de Exposiciones a las que se Encuentra Sometido el Hormigón Según el reglamento CIRSOC 201 Los hormigones de las estructuras que estarán sometidos a las clases de exposiciones A2, A3, CL, M1, M2, M3, C1, C2, Q1, Q2 y Q3 (Tablas 2.1 y 2.2) deben tener una velocidad de succión capilar igual o

menor que 4,0 g/m2

s1/2

, medida de acuerdo con el ensayo de la norma IRAM 1871:2004 con probetas cilíndricas de 100 mm de diámetro.

Clases de exposición generales que producen corrosión de armaduras

143

1 2 3 4 5 6

EXPOSICIÓN

Desig Clase Subclase Descripción del medio ambiente Ejemplos ilustrativos

A 1 No agresiva Ninguno

Interiores de edificios no

sometidos a condensaciones.

Elementos exteriores de

edificios, revestidos.

Hormigón masivo interior.

Estructuras en ambientes

rurales y climas desérticos, con

precipitación media anual

<250mm.

Interiores de edificios

protegidos de la intemperie.

Columnas y vigas exteriores revestidas con materiales cerámicos o materiales que demoran la difusión del CO2.

A 2

Ambiente normal

Temperatura moderada y fría, sin congelación.

Humedad alta y media con ciclos de mojado y secado

Corrosión por

carbonatación

Interiores de edificios expuestos al aire con HR

65% o a condensaciones.

Exteriores expuestos s lluvias con precipitación media anual < 1.000 mm.

Elementos enterrados en suelos húmedos o sumergidos.

Sótanos no ventilados.

Fundaciones.

Tableros y pilas de puentes.

Elementos de hormigón en cubiertas de edificios.

Exteriores de edificios.

Interiores de edificios con humedad del aire alta o media.

Pavimentos.

Losas p/estacionamientos.

A 3 Clima tropical y subtropical Corrosión por

carbonatación

Exteriores expuestos a lluvias con precipitación media anual 1.000 mm.

Temp. media mensual durante más de 6 meses al año

25 ºC.

Idem A 2

CL

Húmedo o sumergido, con cloruros de origen diferente del medio marino

Corrosión por cloruros

Superficie de hormigón expuestas al rociado o fluctuación del nivel de agua con cloruros.

Hormigón expuesto a aguas naturales contaminadas por desagües industriales.

Piletas de natación sin revestir.

Fundaciones en contacto con aguas subterráneas.

Cisternas en plantas potabilizadoras.

Elementos de puentes.

M1

Marino

Al aire

Corrosión por cloruros

A más de 1 km de la línea de marea alta y contacto eventual con aire saturado de sales.

Construcciones alejadas de la costa pero en la zona de influencia de los vientos cargados de sales marinas (*).

M2

Al aire

A menos de 1 km de la línea de marea alta y contacto permanente o frecuente con aire saturado de sales.

Construcciones próximas a la costa.

Sumergidos

Sumergidos en agua de mar, por debajo del nivel mínimo de mareas.

Estructura de defensas costera.

Fundaciones y elementos sumergidos de puentes y edificios en el mar.

M 3 Sumergidos

En la zona de fluctuación de mareas o expuesto a salpicaduras del mar.

Estructuras de defensas costeras, fundaciones y elementos de puentes y edificios.

144

Requisitos de durabilidad a cumplir por los hormigones, en función del tipo de exposición de la estructura

1 2 3 4 5 6

Desig Clase Subclase Descripción del medio ambiente Ejemplos ilustrativos donde se pueden dar las clases de exposición

C1

Congelación

y deshielo

Sin sales descongelan-tes

Ataque por congelación y deshielo

Elementos en contacto frecuente con agua, o zonas con HR ambiente media en invierno superior al 75 %, y que tengan una probabilidad mayor del 50 % de alcanzar al menos una vez temperaturas debajo de los -5ºC.

Superficies expuestas a la lluvia o a atmósferas húmedas.

Estructuras que contienen agua o la conducen.

C 2 Con sales descongelan-tes

Ataque por congelación y deshielo y por sales descongelan-tes

Estructuras destinadas al tráfico de vehículos o peatones por zonas con más de 5 nevadas anuales o con temperatura mínima media en los meses de invierno inferior a 0 ºC.

Pistas de aterrizaje, caminos y tableros de puentes.

Superficies verticales expuestas a la acción directa del rociado con agua que contiene sales descongelantes.

1 2 3 4 5 6

Desig Clase Subclase Descripción del medio ambiente Ejemplos ilustrativos donde se pueden dar las

clases de exposición

Q 1

Ambientes con agresividad química

Moderado

Ataque químico

Suelos, aguas o ambientes que contienen elementos químicos capaces de provocar la alteración del hormigón con velocidad lenta (TABLAS 2.3 y 2.4).

Q 2

Fuerte

Suelos, aguas o ambientes que contienen elementos químicos capaces de provocar la alteración del hormigón con velocidad media (TABLAS 2.3 y 2.4).

Exposición al agua de mar.

Q 3 Muy fuerte

Suelos, aguas o ambientes que contienen elementos químicos capaces de provocar la alteración del hormigón con velocidad rápida (TABLAS 2.3 y 2.4).

145

Parámetro

Tipo de exposición de las estructuras

Corrosión por corrosión de armaduras

Degradación distinta a la corrosión de armaduras

A 1 A 2 A 3 M 1 M 2 C 1 (2)

C 2

(2)

Q 1 Q 2 Q 3

(3)

Razón a/c máxima (1): Hormigón simple Hormigón armado Hormigón pretensado

--- 0.60 0.60

--- 0.50

0.50

--- 0.50

0.50

0.45 0.45 0.45

0.45 0.40 0.40

0.45 0.45

0.45

0.40 0.40 0.40

0.50 0.50 0.50

0.45 0.45 0.45

0.40 0.40 0.40

Mínima clase de resistencia (MPa): Hormigón simple Hormigón armado Hormigón pretensado

--- 20 20

--- 25 30

--- 30 35

30 35 40

35 40 45

30 30 30

35 35 35

30 30 35

35 35 40

40 40 45

Penetración de agua o succión capilar según 2.2.11

no si si si si si si si si si

(1) Cuando se use cemento portland más una adición mineral activa, se debe reemplazar la razón agua/cemento (a/c), por la razón agua/material cementicio

a/(c+x) , que tenga en cuenta la suma del cemento portland (c) y la cantidad y eficiencia de la adición (x). (2) Debe incorporarse intencionalmente aire, en la cantidad requerida en la TABLA 5.3. (3) Adicionalmente, se debe proteger a la estructura con una membrana, película o material impermeable, capaz de resistir la agresión.

(1)Influencia de la Relación Agua

Cemento La relación agua

cemento (a/c) afecta no solamente la resistencia a la compresión del hormigón sino también su permeabilidad. Pequeños cambios en esa relación (a/c) pueden significar apreciables diferencias en la permeabilidad. La relación agua

cemento (a/c) se define como el peso del agua presente por unidad de peso de cemento. A menor relación a/c, mayor es la concentración de la pasta. A mayor relación a/c, mayor es la dilución de la pasta.

Figura 2

Con menores relaciones a/c, la concentración creciente de granos de cemento en la pasta deja menos espacio entre ellos para ser ocupados por el agua, al estar más unidos unos con otros. En resumen, hay mayor espacio entre los granos de cemento de la pasta a medida que aumenta la relación agua

cemento.

146

Inicialmente el espacio entre los granos de cemento forma una red continua, llena de agua, formada por los poros capilares. A medida que los granos de cemento se van hidratando, generan cristales que bloquean los poros y esto hace al hormigón menos penetrante. Los poros pequeños son bloqueados más fácilmente que los grandes y mientras más granos de cemento se tengan (menor relación a/c) el bloqueo será mayor con lo que se consigue una menor permeabilidad y un hormigón más durable

Influencia del Curado Con el fin de obtener un eficiente bloqueo de los poros capilares, los granos de cemento deben hidratarse. Para esto es indispensable proceder al curado del hormigón, que permite controlar su humedad y temperatura, después de su

147

colocación y operaciones de terminación. El tiempo de curado para obtener una pasta de cemento impermeable es función de la relación agua

cemento.

Cuanto menor es la relación a/c, menor es el tiempo requerido de hidratación para cerrar los vacíos existentes entre los granos de cemento lo suficiente para cerrar los vacíos existentes entre ellos (tabla)

Relación agua

cemento inicial Duración del curado húmedo 0,40 3 días 0,45 7 días 0,50 14 días 0,60 6 días 0,70 12 días

0,70 imposible

Probetas y Testigos de Ensayo (5)

Las muestras de ensayo están constituidas por probetas que cumplan con lo establecido en la IRAM 1524 e IRAM 1534, según corresponda, y/o testigos calados de hormigón endurecido que cumplan con lo establecido en la IRAM 1551.

Una serie de ensayo está formada por tres probetas o testigos, como mínimo.

Se utilizarán probetas o testigos cilíndricos de 50 mm ± 2 mm de altura y 100 mm de diámetro nominal cuando la totalidad del agregado grueso empleado pase por el tamiz IRAM 26,5 mm, o de 150 mm de diámetro nominal cuando la totalidad del agregado grueso empleado pase por el tamiz IRAM 37,5 mm, obtenidos mediante el aserrado de las probetas y de los testigos extraídos.

Los valores obtenidos con probetas o testigos de distinto diámetro no son comparables.

La determinación de la altura de probetas y testigos se debe realizar según la IRAM 1574.

Se denomina base de absorción de la probeta o del testigo, aquélla sobre la que se desea realizar el ensayo.

Probetas Se procede a realizar un primer aserrado a 30 mm del extremo correspondiente a la base de contacto de la probeta con el molde, se descarta el corte realizado y se reitera el aserrado de la probeta a una distancia de 50 mm ± 2 mm. Esta porción conforma la probeta de ensayo (ver figura).

148

Figura - Probeta de ensayo El aserrado se debe realizar luego de los 28 d del curado húmedo, debiendo iniciarse el ensayo antes de los 42 d después del moldeo.

Testigos Los testigos extraídos de estructuras en servicio deben ser normales a la superficie expuesta y ensayarse colocando dicha superficie en contacto con el agua (ver figura). Luego de realizar la extracción de los testigos, se procede a realizar el aserrado a 50 mm ± 2 mm de la superficie expuesta.

Figura 2 - Testigos de ensayo

149

Metodología del Ensayo El método para determinar la absorción capilar consiste en registrar la ganancia de masa de una muestra constituida por una rodaja de hormigón sometida al contacto con aguas por una de sus caras (4)

Figura, esquema de ensayo

Procedimiento Para Realizar el Ensayo (El procedimiento se encuentra detallado claramente en la norma IRAM 1871)

Conclusiones

En los diferentes hormigones, la velocidad y capacidad de succión capilar se incrementan con el aumento de la relación agua cemento.

En Hormigones de igual relación agua cemento el aumento del tamaño máximo del agregado grueso ocasiona un incremento en la porosidad y por lo tanto en la absorción de agua. Facilitando el ingreso de agentes externos.

Si bien los requisitos de resistencia son importantes a la hora de diseñar una estructura, se debe tener en cuenta los requisitos de durabilidad, y el tipo de ambiente al que estará sometido, ya que sería anti-económico realizar las reparaciones en las estructuras antes de que cumpla su ciclo de vida útil.

Próximo Objetivo Se pretende implementar en el laboratorio (LEMaC) el ensayo de absorción por succión capilar,

150

Bibliografía (1)www.icpa.org.ar/files/per,bol%20137.doc (2) Reglamento Cirsoc 201 (3) Fernández Luco, Luis

Capítulo 1. La durabilidad del hormigón: su relación

con la estructura de poros y los Mecanismos de transporte de fluidos

Durabilidad del hormigón estructural

Asociación Argentina de Tecnología del Hormigón

ISBN 987-99797-2-9

Autoeditor, La Plata, 2001

pp 1

45 (4).Revista ciencia y Tecnología del hormigón Nº 10 (5) IRAM 1871 - Método de ensayo para determinar la capacidad y la velocidad de succión capilar de agua del hormigón endurecido (6) Durabilidad del hormigón estructural Asociación Argentina de Tecnología del Hormigón (7) Curso de Tecnología del Hormigón A. N. Castiarena

http://www.icpa.org.ar/files/per,bol%20137.doc

151

CONTRACCIÓN POR SECADO DEL HORMIGÓN

Becario: Marino Patricia Esther

Tutor: Barreda Marcelo Fabián

Área Estructuras y Materiales

Año: 2009

152

Introducción La contracción por secado es la deformación más importante no dependiente de las cargas aplicadas que experimenta el hormigón convencional sano y es considerada una de las principales causa de su fisuración. Entre los parámetros no dependientes del hormigón que más afectan la contracción por secado están la humedad relativa, la velocidad y duración del secado, y también las dimensiones lineales del elemento estructural. La pérdida de agua que provoca la contracción por secado corresponde a la pasta, actuando los agregados como elementos de restricción interna que reducen muy significativamente la magnitud de aquélla. Primero se produce la pérdida del agua libre, lo cual causa poca o ninguna contracción. A medida que continúa el secado, se pierde el agua adsorbida, es decir aquella que se encuentra en estrecho contacto con la superficie sólida de los poros y vacíos de la pasta de cemento endurecida. Se ha sugerido que la mayor causante de esta deformación es la pérdida del agua adsorbida y del agua intercapa del gel de cemento hidratado (C-H-S). La magnitud de la contracción por secado depende de diversos factores, algunos de ellos vinculados con la composición del hormigón, otros con las condiciones ambientales de exposición, fundamentalmente humedad y temperaturas ambientes, pero también con aspectos vinculados a las dimensiones y forma de la estructura y la cantidad y distribución de las armaduras. La magnitud de las tensiones de tracción desarrolladas durante el secado del hormigón, y consecuentemente la posibilidad de fisuración, depende de la combinación de factores tales como: a) magnitud de la contracción, b) grado de restricción, c) módulo de elasticidad del hormigón y d) creep o relajación del hormigón. Por lo tanto, en lo que hace a la fisuración, en este caso la contracción es sólo uno de los factores que determinan que aquélla efectivamente se produzca. Todas aquellas medidas tomadas tanto para el diseño y empleo del hormigón, incluyendo su protección inicial y curado, que tiendan a reducir la contracción por secado del hormigón, reducirán también su tendencia a la fisuración. Pero hay que tener presente que algunas de esas medidas tienden a reducir también el creep o la relajación y a aumentar el módulo de elasticidad del hormigón, lo cual no es deseable para estos efectos. En definitiva, la reducción de la tendencia a la fisuración por contracción por secado requiere también de medidas vinculadas con el proyecto estructural, en cuanto a la cantidad y distribución de armaduras y a distribución de juntas. Para minimizar y hasta eliminar la tendencia a la fisuración por estas causas también se pueden utilizar hormigones de contracción compensada, pero su uso está limitado a determinadas aplicaciones [1]. La contracción por secado se determina utilizando la norma argentina IRAM 1597, método de ensayo de cambio de largo en morteros y hormigones de cemento Pórtland.

Contracción por Secado del Hormigón Durante su secado, el hormigón se contrae. Donde no haya restricción, el movimiento ocurre libremente y no desarrolla tensiones y fisuras (Figura 1 superior). Si los esfuerzos de tracción que resultan de la contracción por secado restringida superan la resistencia a tracción del hormigón, se desarrollan fisuras (Figura 1 inferior). Fisuras aleatorias se pueden desarrollar si las juntas no se espacian adecuadamente y el hormigón está restringido en cuanto a su acortamiento (Figura 2). Las juntas de contracción en losas sobre el terreno deben espaciarse con distancias de 24 a 36 veces el espesor de la losa para que puedan controlar las fisuras aleatorias (Figura 3). Las juntas en muros son igualmente importantes para el control del fisuración (Figura 4).

153

Figura 1

Figura 2

Figura 3

Figura 4

154

Fig. 1 No hay desarrollo de fisuración en el hormigón que esté libre para contraerse (losa sobre rodillos). Sin embargo, una losa sobre el terreno está restringida por la subbase (u otro elemento), creando tensiones y fisuras. Fig. 2 Fisuras típicas de contracción de una losa sobre el terreno. Fig. 3 Una junta de contracción que funciona adecuadamente controla la localización de las fisuras de contracción. Fig. 4 Juntas de contracción en las losas y muro presentados aquí, minimizarán la formación de fisuras. La figura 5 muestra la relación entre la tasa de secado en diferentes profundidades, contracción por secado y pérdida de masa del hormigón de densidad normal (Hanson 1968). La contracción puede continuar por muchos años, dependiendo del tamaño y de la forma del hormigón. La tasa y la cantidad final de contracción son normalmente menores en grandes masas de hormigón que en pequeñas masas, por otro lado, la contracción continúa por un periodo más largo, en grandes masas. Relaciones volumen-área superficial mayores (elementos grandes) experimentan menos retracción, como se enseña en la Figura 6.

155

Fig. 5. Distribución de la humedad relativa en varias profundidades, contracción por secado y pérdida de masa de cilindros de 150 x 300 mm (6 x 12 pulg.) sometidos a curado húmedo por 7 días y posteriormente secados en ambiente de laboratorio a 23° C (73° F) y 50% HR (Hanson 1968).

Fig. 6. Contracción por secado de cilindros de varios tamaños producidos con Elgin, hormigón de grava de Illinois (Hansen y Mattock 1966). La tasa y la cantidad de contracción por secado en pequeños especimenes producidos con varios tipos de cemento se presentan en la Figura 7. Los especimenes tuvieron inicialmente un curado húmedo por 14 días a 21°C (70°F), después se almacenaron al aire por 38 meses a la misma temperatura y con humedad relativa de 50%.La contracción registrada en la edad de 38 meses varió de 600 a 790 millonésimos. El promedio de 34% de esta contracción ocurrió en el primer mes y, al final de 11 meses, se registró un promedio de 90% con relación a la contracción a los 38 meses.

156

Fig. 7. Resultados de larga duración de ensayos de contracción por secado del Departamento de Recursos Hídricos Norteamericano (U.S. Bureau of Reclamation). La contracción varió de 600 a 790 millonésimos después de 38 meses de secado. En este estudio, la contracción de los hormigones producidos con cementos con aire incluido fue similar a la contracción de los hormigones sin aire incluido (Bureau of Reclamation 1947 y Jackson 1955).

Factores que Afectan la Contracción

Componentes El factor controlable más importante, que afecta la contracción por secado, es la cantidad de agua por unidad de volumen de hormigón. La Figura 8 presenta los resultados de ensayos que muestran la relación entre contenido de agua y contracción por secado. Se puede minimizar la contracción manteniéndose el contenido de agua lo más bajo posible. Esto se puede lograr haciendo que el contenido de agregado grueso sea lo más alto posible (disminuyéndose el contenido de pasta).

157

Fig. 8. Relación entre el contenido total de agua y la contracción por secado. El área sombreada representa un gran número de mezclas con varias proporciones. La contracción por secado aumenta con el incremento del contenido de agua. El uso de bajo revenimiento (asentamiento de cono de Abrams) y métodos de colocación

(colado) que minimizan los requisitos de agua son factores fundamentales en el control de la contracción del hormigón. Cualquier práctica que aumente los requisitos de pasta de cemento, tales como uso de alto asentamiento (sin superplastificantes), temperaturas del hormigón fresco excesivamente altas, contenido alto de agregado fino o uso de agregado grueso de tamaño pequeño incrementará la contracción. Una pequeña cantidad de agua se puede adicionar al hormigón premezclado en la obra sin afectar las características de contracción por secado, siempre que las adiciones estén de acuerdo con las especificaciones de mezcla (Suprenant y Malisch 2000). La uniformidad general de la contracción en hormigones con diferentes tipos de cemento en diversas edades se muestra en la Figura 7. Sin embargo, esto no significa que todos los cementos o materiales cementantes tienen contracción similar. Los materiales cementantes suplementarios en dosis normales normalmente tienen poco efecto sobre la contracción. La Figura 9 muestra que los hormigones con dosis normales de cenizas volantes seleccionadas tuvieron un desempeño similar al hormigón de control, producido sólo con cemento portland como material cementante.

158

Fig. 9. Contracción por secado de hormigones con ceniza volante comparada con una mezcla de control. Los gráficos representan el promedio de cuatro cenizas volantes clase C (ASTM) y seis cenizas clase F (ASTM), con la contracción por secado raramente superando 0.01 punto porcentual. La dosis de ceniza volante fue de 25% del material cementante (Gebler y Klieger 1986). Los agregados en el hormigón, especialmente los agregados gruesos, restringen físicamente la contracción de la pasta de cemento en hidratación. La granulometría, el tamaño máximo, la forma y la textura del agregado se han sugerido como factores que influyen en la contracción. Se acepta en general que el modulo de elasticidad del agregado es lo mas importante; la influencia de otras características del agregado puede ser indirecta, es decir a través de su efecto en el contenido de agregado del hormigón, o sobre su compactabilidad. La importancia del modulo de elasticidad del agregado en el control de las deformaciones es obvia de acuerdo con los datos de Troxell y otros1, que muestran que la contracción se incrementa 2.5 veces cuando un agregado con un modulo de elasticidad alto fue sustituido por un agregado con bajo modulo de elasticidad. El contenido de pasta afecta la contracción por secado de los morteros más que la de los hormigones. En cuanto al influencia del tipo de agregado, los duros y rígidos difícilmente se comprimen y proporcionan más restricción a la contracción que los agregados más blandos y menos rígidos. Como un ejemplo extremo, si pelotas de acero sustituyesen el agregado grueso común, se disminuiría la contracción en 30% o más. La contracción por secado se puede reducir evitándose agregados que tienen contracción por secado alta, y agregados que contienen grandes cantidades de arcilla. Agregados de cuarzo, granito, feldespato, caliza y dolomita generalmente producen hormigones con baja contracción por secado (ACI comité 224). La mayoría de los aditivos químicos tienen poca influencia sobre la contracción. Sin embargo, el uso de aceleradores, tales como el cloruro de calcio, aumenta la contracción por secado del hormigón. Algunos aditivos reductores de agua, principalmente aquéllos que contienen un acelerador para compensar el efecto retardador del aditivo, a pesar de la disminución del contenido de agua, pueden aumentar la contracción por secado. Tanto los aditivos reductores de agua de alto rango (Fig. 10) como los inclusores de aire tienen poco efecto sobre la contracción por secado.

1 G. E. Troxell, J. M. Raphael y R. E. Proc. ASTM, Vol. 58, Págs. 1101-20,1958

159

Fig. 10. Contracción por secado del hormigón, producidos con reductores de agua de alto rango seleccionados, (N, M y X), comparados con una mezcla de control (c) (Whiting y Dziedzic 1992).

Curado La duración y el tipo de curado pueden afectar la tasa y la cantidad final de la contracción por secado. Los compuestos de curado, selladores y revestimientos pueden retener la humedad libre en el hormigón por largos periodos de tiempo, retrasando la contracción por secado. Los métodos de curado húmedo, tales como la niebla, el rociado o el yute húmedo, retardan la contracción hasta que el curado se haya acabado, después de los cuales, el hormigón se seca y se contrae a una tasa normal. Temperaturas iniciales de curado más bajas pueden disminuir la contracción por secado (Fig. 11). El curado al vapor también reduce la contracción por secado. Están disponibles programas de computadora para predecir el efecto del curado y de las condiciones ambientales sobre la contracción y el fisuración (FHWAy Transtec 2001). Hedenblad (1997) ofrece herramientas para el pronóstico de la contracción por secado para diferentes métodos de curado y tipo de construcción [2]

160

Fig. 11. Efecto del curado inicial sobre la contracción por secado de prismas de hormigón de cemento portland. El hormigón con curado húmedo inicial de siete días a 4°C (40°F) tuvo menos contracción que un hormigón con curado húmedo inicial a 23°C (73°F). Se obtuvieron resultados similares en hormigóns contiendo 25% de ceniza volante como parte del material cementante (Gebler y Klieger 1986).

Tiempo y humedad La difusión del agua adsorbida y el agua retenida por la tensión capilar en pequeños poros (por debajo de 50mm) de la pasta de cemento hidratada, hacia los grandes vacíos capilares dentro del sistema o hacia la atmósfera, es un proceso dependiente del tiempo que tiene lugar en periodos largos. En pruebas a largo plazo, que duraron mas de 20 años, Troxell y otros encontraron que para un amplio rango de proporciones de la mezcla, tipos de agregado y condiciones ambientales y de carga, solamente de 20 a 25% de la contracción por secado de 20 años, se llevo a cabo en 2 semanas, 50 a 60% en 3 meses y 75 a 80 % en un año.

Geometría del elemento de hormigón Debido a la resistencia del agua a transportarse del interior del concreto a la atmósfera, la velocidad de la perdida de agua será obviamente controlada por la longitud de la senda recorrida por el agua que esta siendo expelida durante la contracción por secado. A una humedad relativa constante, tanto el tamaño como la forma de un elemento de hormigón determinan la magnitud de la contracción. Es conveniente expresar los parámetros del tamaño y la forma por una simple cantidad de términos de espesor efectivo o espesor teórico, que es igual al área de la sección dividida el semiperimetro en contacto con la atmósfera [3].

Conclusión Para minimizar los riesgos asociados a la aparición de fisuras de contracción se han desarrollado distintos recursos. Algunos de ellos asociados con el diseño de la mezcla, otros con el diseño estructural del elemento o simplemente previendo adecuadamente la ocurrencia de fisuras para guiarlas mediante juntas de control. En lo que se refiere al diseño de la mezcla, la contracción esta asociada con el contenido y calidad de la pasta de cemento, además del desarrollo del grado de hidratación. La solución más elemental es incrementar el tamaño máximo del agregado y emplear

161

aditivos reductores de agua, aun cuando no este totalmente claro si este último recurso trae ventajas significativas en lo que respecta a la reducción de la contracción .El tipo y mineralogía del agregado también influye, análogamente a lo que ocurre con los distintos tipos de cemento. Si se aborda el problema desde un punto de vista estructural, lo que se intenta entonces es absorber las tensiones de tracción mediante la armadura dimensionada a tal efecto. Básicamente, el acero no controla el nivel global de la contracción del hormigón (aunque esta puede restringirse parcialmente) sino que permite distribuir la fisuración de modo que no sea perjudicial para la resistencia y durabilidad del elemento estructural. Un caso que merece mención especial es el uso del pretensazo para el control de la fisuración. En este caso no se controla la contracción sino que se evita la fisuración del hormigón mediante la aplicación d un esfuerzo de compresión originado en el tesado de la armadura. El diseño y ejecución de juntas de control permite guiar el desarrollo de las fisuras para que tengan un aspecto aceptable desde un punto de vista estético y, lo mas importante, para poder proceder a su tratamiento correspondiente (sellado e impermeabilización, si fuera necesario). El ejemplo más común lo encontramos en la ejecución de pavimentos de hormigón. Entre los distintos hormigones especiales diseñados para reducir la tendencia a la fisuración o incluso evitarla, hay dos grandes grupos: aquellos que mediante el uso de aditivos especiales actúan de forma de reducir la contracción (aditivos reductores de contracción) y los que la compensan, total o parcialmente, mediante la generación de expansiones controladas en la masa, y que se conocen como hormigones de contracción compensada (HCC).

Referencias

Klaric Milán. E., Fisuración y Ataques Físicos al Hormigón , en AAVV, Durabilidad del Hormigón Estructural, Asociación Argentina de Tecnología del Hormigón, Irassar, Edgardo F. (ed.), La Plata, Provincia de Buenos Aires, República Argentina, 2001, pp. 54-58.

Kosmatka, Steven H., Kerkhoff, Beatriz, Panarese, William C., Tanesi, Jussara, Diseño y Control de Mezclas de Hormigón , Portland Cement Association, Skokie,

Illinois, EE.UU., 2004, pp. 308-312.

Mehta, P. Kumar, Monteiro, Paulo J. M. Concreto. Estructura, propiedades y materiales , Instituto Mexicano del Cemento y del Concreto, México, 1998, pp. 57-82

Fernández Luco, Luis, Hormigón de contracción compensada , en AAVV, Hormigones Especiales, Asociación Argentina de Tecnología del Hormigón, Irassar, Edgardo F. (ed.), La Plata, Provincia de Buenos Aires, República Argentina, 2004, pp.183-213.

162

MANEJO DEL SOFTWARE TRANSCAD ESPECIALIZADO EN TRANSPORTE, LOGÍSTICA Y

OPERACIONES.

Análisis de recorridos de los vehículos de los Transporte Público

Becarios: Rolón Rocío. Tutor: Ing. Rivera Julián.


Año 2009.

163

1. Introducción En la actualidad los problemas de transporte no sólo se han hecho más comunes, sino que han tomado mayor severidad que nunca, tanto en los países industrializados como en los países en desarrollo; y constituyen una característica diaria en la vida de los habitantes de las ciudades. En la tesis desarrollada en el 2008 se estableció un documento que contenía una metodología para ser aplicable en la resolución de los problemas del transporte, en particular, el transporte público automotor. La metodología de análisis analizada comprendía:

o Establecer objetivos y metas o Recolección de información: facilidades de transporte, uso del suelo y viajes.

Pronóstico para el área. o Análisis de futuras alternativas: Predicción de viajes

Demanda futura

Generación

Distribución de viajes

Asignación por itinerarios

Asignación modal o Evaluación de las posibles soluciones y recomendación de un plan o

estrategia o Implementación de la solución escogida

La continuación de la nombrada tesis es el objetivo de esta nueva tesis que es la utilización de herramientas de avanzada para la resolución de problemas de transporte. Este trabajo incluye una descripción del manejo del software TransCAD Versión 4.5 y de los parámetros que se tuvieron en cuenta para establecer los valores a ingresar, así como también las hipótesis predeterminadas. TransCAD es un sistema de información geográfica (SIG) diseñado especialmente para profesionales de transporte con el objeto de almacenar, mostrar y analizar datos de transporte. TransCAD extiende los tradicionales modelos de datos SIG para incluir los datos objeto de los estudios de transporte, tales como:

- Redes de transporte - Matrices - Rutas y sistemas de ruta - Datos con referencias lineales

Nos interesa analizar Las Rutas y Sistemas de Ruta, que indican caminos tomados por los autobuses que viajan de un lugar a otro. TransCAD incluye las herramientas para crear, mostrar, revisar y modificar las rutas, así como una tecnología de mapeo para trazar las rutas con un claro diseño. Se puede organizar un juego de rutas relacionadas en una sola capa de sistema de ruta, e incluir los atributos de la ruta, lugares de parada y horarios del vehículo.

2. Procedimiento 2.1. Modelos de transporte La necesidad de conocer en un futuro el impacto que tendrá sobre la demanda de pasajeros la reestructuración de la red de transporte público, hace necesario la utilización de un programa de simulación, que en este caso se trata del software TransCAD. La utilización de esta herramienta permite evaluar la captación de pasajeros que obtendrán las redes de transporte propuestas, el grado de cobertura y accesibilidad, así como indicadores operacionales globales del sistema y por ruta. Para la realización del modelo se ha utilizado el programa de planificación del transporte TransCAD, que se caracteriza por:

- Ser un programa sobre una base SIG (Sistema de Información Geográfica)

164

- Contener de forma integrada todos los componentes que constituyen un modelo de transportes (generación/atracción; reparto modal; asignación).

- Tener una fácil adaptación a sistemas gráficos, bases de datos y modelos de transporte.

2.2. Construcción del Modelo de Asignación de Transporte Público La construcción de un modelo de transporte público se estructura en la ejecución de cinco etapas (que fueron descriptas en detalle en la tesis del 2008): · Etapa 1. Recopilación de la información base sobre la red de transporte público: velocidades, itinerarios, paradas, características operativas. · Etapa 2. Introducción en formato requerido por TransCAD de la información recopilada anteriormente: construcción del route system

· Etapa 3. Zonificación y Conectividad. · Etapa 4. Preparación de las matrices origen-destino actuales. · Etapa 5. Asignación del modelo. A continuación, se explica en detalle el proceso de construcción de una red de transporte público en TransCAD.

Abrir el programa TransCAD

Existen 5 pasos básicos necesarios para crear un sistema de rutas: 1. Conocer el significado de cada elemento a utilizar. 2. Identificar o crear una capa de línea sobre la cual se creará el sistema de rutas. 3. Crear un archivo de red para el área de cobertura del sistema de rutas. 4. Crear un archivo de sistema de rutas en blanco. 5. Usar la caja de herramientas del sistema de rutas para crear y editar las rutas.

Paso 1: - Transcad almacena rutas en un Sistema de Rutas. Un Sistema de Rutas es un mapa

de capas que contiene una colección de rutas, las cuales pueden tener datos asociados.

- Rutas: están definidas como una serie de características de una línea. Cada característica de una línea es parte de una ruta y es referido como segmento, por el cual pueden pasar una o varias rutas.

165

- Paraderos de ruta: se trata de elementos ubicados a lo largo de una ruta, los cuales marcan la localización donde los viajeros pueden abordar o descender de un vehículo.

- Paraderos físicos: es un inventario de los lugares físicos que pueden ser paraderos de ruta. Si el sistema de ruta presenta paraderos físicos entonces los paraderos deben ser creados en dichos paraderos. Estos paraderos direcciones distinguen por sentido de circulación.

Paso 2: File / Open / seleccionar el directorio / seleccionar tipo de archivo (*.dbd , *.cdf) / seleccionar el archivo / open del archivo geográfico tipo línea.

Mapa de La ciudad de Bayonne

166

Paso 3: Crear las matrices O-D, para la red en análisis. Paso 4:

Creación de un sistema de rutas con sus paraderos.

Un Sistema de Rutas puede tener:

Ningún paradero.

Únicamente paraderos de ruta.

Paraderos físicos y paraderos de ruta. Si el Sistema de Ruta tiene paraderos físicos, estos deben ser creados antes de crear y editar paraderos y rutas. Tanto los paraderos físicos como los de ruta se representan como una capa de puntos.

167

Paso 5: Usar la caja de herramientas del sistema de ruta para crear y editar las rutas.

5.1. Editamos parámetros en Route Systems: introducimos los datos que analizaremos (tiempo y longitud), penalidades y otras ediciones.

168

5.2. Con las barras de dibujo que aparecen, dibujamos nuestra ruta o rutas si plateamos varias alternativas. Podemos medir tiempos y longitudes de las alternativas propuestas.

5.2.1. Creación de las rutas: se trata de comparar dos recorridos o rutas, que unen el punto A y B,

A

B

169

Recorridos de la ruta 1:

Recorrido de la ruta 2:

170

Longitud y tiempo de la ruta 1:

171

Longitud y tiempo de la ruta 2:

172

5.2.2. Paso seguido se verifican las rutas que se crearon:

173

5.3. Para la asignación, primeramente se deben ubicar las paradas de buses, hacer la verificación apagando una ruta, seguir el procedimiento de asignación y obtener los resultados. Para el caso de ejemplo primero se analizó la ruta 1, luego se apagó la ruta 1 y se efectuó el análisis para la ruta 2.

175

5.3.1. Se confecciona y abre la matriz de vehículos (se realiza en Excel y luego desde TransCAD se importa). En el ejemplo las paradas de buses son 12, por lo tanto la matriz que se confeccionó es de 12 x 12.

Matriz de vehículos:

176

Matriz de tiempo de viajes en minutos:

5.3.2. Para la asignación se debe ir a Transit /Create transit network, y se da ok.

177

5.3.3. Desde allí se despliega una ventana y se van adoptando los valores o se adoptan los que están recomendados por el propio programa.

\

178

Luego se van seleccionando cada una de las pestañas y se cargan los parámetros: - General:

- Mode:

179

- Fare:

- Weights:

180

- Park y ride:

- Others:

181

5.3.4. Paso seguido se continúa con la corrida del software, primero yendo a Transit/Transit Assigment,

182

5.3.5. Se da Ok y se va Transit/Matriz O-D, se adoptan los valores y el método de asignación, para ello el software posee los siguientes métodos:

- Todo o nada: Este método se caracteriza por su simpleza operativa, ya que se basa en asignar todos los pasajeros que realizan un determinado viaje OD, a la mejor ruta que conecta dichos puntos.

- Pathfinder: Este método fue desarrollado por Caliper a partir de métodos existentes; agregándole diferentes elementos de manera tal de mejorar la caracterización de los accesos, los egresos, los transbordos y sobretodo incorporando las tarifas de las distintas rutas de manera tal de optimizar el proceso de selección de la mejor ruta.

- Stochastic User Equilibrium: Este es un método iterativo en el cual los pasajeros seleccionan la mejor ruta en función de lo atractivo de las mismas, del tiempo de viaje, los tiempos perdidos en las transferencias y las tarifas.

- Shortest Path o método del Camino Crítico: Con esta herramienta TransCAD permite visualizar el camino más corto a través de una red, entre dos paradas de un route system o entre nodos de la capa base de líneas, además de tener en cuenta el costo de viaje.

El método que se utilizó para dasarrollar el ejemplo fue el método Shortest Path.

184

5.3.6. Una vez aceptado con Ok, se solicita la ubicación para guardar los archivos de resultado.

5.3.7. Aceptando aparecen las advertencias y errores, si los hay. Picando luego en Show report se pueden observar las tablas de resultados.

185

La siguiente figura muestra la asignación en toda la ruta 1 y la escala de flujo de tránsito.

186

Las tablas de resultados para la ruta 1 son las siguientes: Tabla 1:

Tabla de tiempo de viaje en el vehículo

Tabla 2:

Tabla de pasajeros por ruta Del proceso de asignación surge una tabla con la cantidad de pasajeros que inician o terminan su viaje en cada una de las paradas, para cada una de las rutas ingresadas en el modelo y el costo de viaje.

187

5.4. Se repiten todos los puntos del ítem 3 para la ruta 2 y se obtienen los resultados. Apagando la ruta 1.

188

Los resultados son:

Tabla 1

189

Tabla 2

2.2. Comparación de los dos posibles itinerarios del Transporte Público Parámetros:

- Tiempo: comparando las dos posibilidades, la ruta 1 tiene un tiempo en el vehículo entre la parada de bus 1 y 12 (entre el punto A y B) de 1,52 minutos y la ruta 2 de 2,01, siendo más ventajosa la alternativa de la ruta 1.

- Costo generalizado del viaje: comparando los dos itinerarios, el itinerario1 para hacer el recorrido desde el nodo 11 al 12 tiene un costo de 0.0279 y para la posibilidad 2 es de 0.2290.

Realizando la asignación cuando las dos rutas están activas:

190

3. Conclusiones

La figura anterior muestra el parámetro de costos ya analizado. Además muestra que no asigna ningún pasajero a la ruta 2, debido a que por el método del camino minímo utilizado por el software, la ruta 1 es la que resulta ventajosa no sólo en tiempo sino en costo también. Este trabajo demuestra la importancia de la utilización de este programa debido a la variedad de alternativas que se pueden analizar, la variedad de parámetros que se pueden usar, como también la rapidez de obtención de los resultados que nos ayudará en la toma de decisión en los proyectos que se presenten.

metodologÍas aplicables en el desarrollo de playas de...

Documents