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Proyecto de Grado
CAPITULO 1 ASPECTOS GENERALES
1.1. INTRODUCCÍON El desarrollo de los pueblos está unido a una serie de factores económicos, que indudablemente requieren de una adecuada comunicación e integración caminera.
En vista de todo aquello es importante ofrecer a los usuarios; caminos más estables, cómodos y seguros, tanto en la geometría como la superficie de rodado. Tomando en cuenta la parte Económica y Ambiental. El diseño y mejoramiento de estándar del camino Ocurí – Uncía, nos da la oportunidad de evaluar: Un mejoramiento de estándar convencional del pavimento vs un mejoramiento de estándar en frío con emulsión asfáltica in situ, reciclando el material del camino existente para darle una superficie impermeabilizada. 1.2. ANTECEDENTES En la actualidad el uso de emulsiones asfálticas se ha incrementado, dado que ya se ha prohibido en muchos países el uso
de
rebajados
asfálticos
o
cutbacks
que
emplean solventes caros y ecológicamente contaminan el ambiente. Las emulsiones
han
sido
y
son
utilizadas
rejuvenecimiento, etc. Sin
en
embargo
tratamientos superficiales, estabilizaciones, reciclaje, todavía
existe
bastante desconfianza debido
a algunas malas experiencias que se han tenido con estas en la colocación de carpetas asfálticas.
Las emulsiones asfálticas fueron desarrolladas por primera vez a comienzos del siglo XX. Fue en los años 20 cuando su uso se generalizó a las aplicaciones viales. El uso de las emulsiones asfálticas creció de manera relativamente lenta, limitado por el tipo de
Diseño y Mejoramiento de Estándar con Emulsión Asfáltica del Camino “Ocurí – Uncía”
Egr. Daygoro Jhoann Robles Delgadillo
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emulsiones disponibles y por la falta de conocimientos sobre su correcta aplicación. El desarrollo ininterrumpido de nuevos tipos y grados sumado a equipos de construcción y prácticas mejoradas, ofrece ahora una amplia gama
de
vial
Su
puede
ser trabajado
con
emulsiones.
elección. uso
genera
beneficios económicos y ambientales. En los años posteriores a Mundial
los
volúmenes
y
cargas
de tránsito
Cualquier
empezaron
a
la
asfaltado
sustanciales
Segunda
aumentar
Guerra
pero
los
ingenieros viales comenzaron a reducir el empleo de emulsiones asfálticas, a partir del año 1953 el empleo de cemento asfáltico se ha incrementado enormemente, mientras que el uso de los demás productos
asfálticos
se
ha
mantenido
casi
constante.
Se Menciona en seguida algunos de los factores que han contribuido al interés en el uso de emulsiones asfálticas:
La crisis energética de comienzos de los años 70. El embargo del
Medio
Oriente
EE.UU. de América a
indujo tomar
a
de
la Administración Federal de Energía de los
medidas
de
conservación
de
la
energía.
emulsiones asfálticas no requieren la incorporación de un solvente para
ser
líquidas.
Además
petróleo
de
Las
petróleo
las emulsiones asfálticas pueden utilizarse en la
mayoría de los casos sin necesidad de calentamiento. Ambos factores contribuyen al ahorro de energía.
Preocupación
por
reducir
la
polución
atmosférica.
Las emulsiones asfálticas
eliminan hacia la atmósfera poco o nada de sustancias hidrocarbonadas.
La capacidad de ciertos tipos de emulsiones de recubrir la superficie agregados
húmedos.
Esto
reduce
las necesidades
de
combustible
de para
calentar y secar los agregados.
La disponibilidad de una variedad de tipos de emulsión. Se han nuevas satisfacer
formulaciones
y
técnicas
de laboratorio
mejoradas
con
desarrollado el
fin
de
los requerimientos de diseño y construcción.
La posibilidad de utilizar materiales en frío en lugares remotos.
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La aplicabilidad de emulsiones en mantenimiento preventivo de
pavimentos,
incrementando la vida útil de pavimentos existentes ligeramente deteriorados.
En resumen dos factores principales contribuyeron al mayor uso de emulsiones asfálticas
la
conservación de energía y la polución atmosférica.
En la actualidad en muchos lugares del mundo se está remplazando el uso de asfaltos
diluidos
por
el
uso
de emulsiones asfálticas. A continuación la Tabla 1.1.
muestra la aplicación de emulsiones en diferentes países.
Tratamientos
Estabilización
Carpetas y
Morteros o
PAIS
Superficiales %
de Suelos %
Bacheo %
Lechadas %
USA
60
16
18
6
JAPON
80
15
5
-
FRANCIA
40
29
20
11
MEXICO
30
30
30
10
ESPAÑA
20
10
40
10
Tabla 1.1. Aplicación de Emulsiones Asfálticas en el mundo.
ESTABILIZACIÓN DEL SUELO CAL - EMULSIÓN EN NAGPUR (NH7), INDIA:
Area Total
600,000 m²
Cantidad Removida
300,000 m³
Tiempo de Entrega
80 días
Ancho de Fresado Promedio de Avance Rendimiento de Fresado
2.40 m 12 m/min 300 m³/h
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ESTABILIZACION DEL SUELO CAL – EMULSIÓN EN NAGPUR (NH7), INDIA
No debemos dejar de lado las aplicaciones crecientes de emulsiones asfálticas en: Sud África, Alemania, Italia, Canadá, Rusia, India, China y Australia. Innovando en el área del reciclaje de pavimentos y estabilizaciones de gran envergadura.
RECICLAJE DE AUTOPISTA CON EMULSION ASFALTICA, MUNICH - ALEMANIA
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En Centroamérica los pioneros son los países de: Puerto Rico y El Salvador, realizando trabajos con emulsión asfáltica: tratamientos superficiales, estabilización, lechadas y reciclaje en una menor proporción. En Sudamérica los pioneros son los países de: Perú, Brasil y Argentina, teniendo aproximadamente más de tres décadas de experiencia en el uso de emulsiones asfálticas con y sin polímeros, en tratamientos superficiales, estabilización, micro-pavimentos y lechadas principalmente.
CONSTRUCCIÓN MANUAL DE CARPETA ASFÁLTICA EN CHINCHA - PERU
MEZCLA ARENA-EMULSIÓN EN AERÓDROMO PUERTO ESPERANZA - PERU
COLOCACIÓN DE CARPETA ASFÁLTICA DE 3" EN SATIPO - PERU
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SELLADO DE GRIETAS
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MICROPAVIMENTO MECANIZADO
LECHADA ASFÁLTICA MANUAL
ANTAMINA – PERU
ESTABILIZACIÓN DE BASE IQUITOS - PERU
HUARAZ – PERU
COMPACTACIÓN DE SUELO ESTABILIZADO MINERA YANACOCHA - PERU
En Bolivia una de las pioneras en el uso de emulsiones asfálticas con y sin polímeros, fue la construcción de la carretera Tiquina – Copacabana en el Dpto. de La Paz, región del lago Titicaca en la década de los 90 aproximadamente: DATOS DE CONSTRUCCIÓN:
DISEÑO ESTRUCTURAL:
Longitud: 40 Km
Subrasante Mejorada: 10 cm
Ancho de vía: 10.5 mts.
Base Estabilizada con Emulsión: 15 cm
Pendiente máx: 6 %
Doble capa de Micro-pavimento: 3 cm
Pendiente transversal: - 1.5 % Altitud proyecto: 3,900 - 4,250 msnm Temperatura proyecto: Máx 14°C Mín - 10°C
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MATERIALES DE CONSTRUCCION: Ligante asfáltico: Asfalto Petroperu pen 85/100 Estabilización de base: Emulsión asfáltica catiónica de ruptura lenta tipo CSS-1h Superficie de rodamiento: Emulsión asfáltica modificada con polímeros (SBR) tipo CQS-1p MATERIALES PÉTREOS: Rellenos: Suelo nativo inorgánico Subrasante: Suelo nativo, 90 % inerte Base: Suelo nativo, no triturado Superficie de rodamiento: Roca silícea triturada
ESTABILIZACIÓN DE BASE: EMULSIÓN ASFÁLTICA CATIÓNICA DE RUPTURA LENTA TIPO CSS-1h. En la actualidad, el 2011 se terminó la construcción de carretera Huanuni – Bombo – Llallagua, con el uso de emulsión asfáltica en el tratamiento superficial, además de la doble vía Oruro –
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La Paz en construcción con el uso de emulsiones asfálticas y otros proyectos en construcción o por construirse, donde se especifica el uso de estos materiales bituminosos.
CARRETERA TERMINADA HUANUNI – BOMBO – LLALLAGUA, TRATAMIENTO SUPERFICIAL CON EMULSIÓN
1.3. UBICACIÓN POLÍTICA Y GEOGRÁFICA La zona de estudio se encuentra en la parte sud este del Departamento de Oruro, la carretera Ocurí - Uncía es la prolongación de la carretera Ancacato - Ocurí por la parte sud este del Municipio de Challapata y por la parte norte conectándose con la población de Calamarca en la progresiva 1+700 , asumiendo la progresiva 0+00 en Ocurí, para luego cruzar el rió de aguas calientes y conectarse con la localidad de Culta en la progresiva 2+600 y continuar el trayecto a orillas del rió y a las faldas de la cordillera de Waylloco
pasando por las
comunidades de challapampa, Jalcamariry en la progresiva 10+250, Carpani en la progresiva 11+000, para luego cruzar el río y conectarse con la comunidad de Chiaraque en la progresiva 13+000 y llegar al límite departamental en la población de Parco ventilla en la progresiva 18+000 en el hito denominado Cuchillani, para tener acceso y poder llegar al municipio de Uncía ubicado al norte del departamento de Potosí, pasando por las comunidades de Paria Choco en la progresiva 18+300, para luego dirigirnos a la primera cumbre para conectarnos con la comunidad de Maraca en la progresiva 30+750, Yauviri en la progresiva 38+800, Alta Calazaya en la progresiva 39+100 para luego concluir en la parte sudoeste de Uncía en la Localidad de Mira Flores en la progresiva 41+000. (Ver plano de ubicación en el ANEXO J).
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1.3.1. Latitud y Longitud La zona de estudio se ubica dentro de la jurisdicción del Municipio de Challapata del departamento de Oruro y el municipio de Uncía del departamento de Potosí, teniendo la siguiente situación geográfica: El Municipio de Challapata geográficamente está ubicado entre los paralelos 18º 54’ de latitud Sud y 66º 46’ 00’’ de Longitud oeste del Meridiano de Greenwich, al sud este del departamento de Oruro. El Municipio de Uncía, se encentra ubicada geográficamente, entre los 67º 14’ 48 ‘’ a 67º 42’ 19’’ de longitud Oeste y 18º 23’ 53’’ a 18º 45’ 7 ‘’ de Latitud Sud. Del departamento de Potosí, a una altura que va desde 3.150 a más de 4.300 msnm. 1.3.2. Límites Municipales El Municipio de Challapata limita:
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1
Al Norte con los Municipios de Pazña, Antequera y el municipio de Uncía.
2
Al Sud con el Municipio Santiago de Huari
3
Al Oeste con el Municipio Santiago de Andamarca
4
Al Oeste con el Municipio de Pocoata y Colquechaca.
El Municipio de Uncía limita:
1
Al Este con el Municipio de Chayanta.
2
Al Norte con el Municipio de Llallagua.
3
Al Sud con el Municipio de Pocoata y el departamento de Oruro
4
Al Oeste con el departamento de Oruro.
1.3.3. Relieve y Topografía El área de influencia tiene una topografía variada característica de la zona altiplánica, observándose en el (Municipio de Challapata) y una vegetación agreste propia del altiplano boliviano; toda la región está rodeada por la cordillera oriental La zona está formada por una cadena montañosa que corresponde a la cordillera oriental siendo sus exponentes más sobresalientes la serranía de Waylloco. En las laderas y faldas de esos cerros se hallan las diversas comunidades que corresponden a las zonas Culta, Challapampa y Parco Ventilla en lo que corresponde al municipio de Challapata, en la zona de influencia del Municipio de Uncía se encuentra ubicada a las faldas de tres cumbres elevadas con una topografía montañosa, rocosa, accidentada, arcillosa y presenta las siguientes características: Amplitudes termales diarias muy elevadas. Estación seca de invierno y lluviosa en verano, la misma que coincide con los períodos vegetativos. Escasa humedad. Vientos con velocidad elevada que originan condiciones de erosión eólica. Por otra parte también podemos mencionar que el área de influencia en su primer tramo Ocurrí- Cuchillani, la topografía presenta un terreno pedregoso la ruta se encuentra a orillas del rio de aguas calientes a las falda de
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las dos cordilleras con zonas
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ecológicamente similares, semiáridas, con cuencas, micro cuencas, cañadones profundos, ríos con caudales considerables durante las épocas lluviosas, en lo que representa al área de influencia en terreno potosino la topografía presenta colinas con pendientes profundas, serranías y alturas altiplánicas de característica pedregosa, teniendo la vegetación es de tipo de puna. Presenta tres cumbres con una altura de 4.000 a
4.500 m.s.n.m., con
pendientes entre 6% a un 40% aproximadamente homogénea a ondulada con disección por procesos de encauzamiento de ríos y quebradas. En las pampas el relieve se caracteriza por ser plano, ligeramente inclinado a ligeramente ondulado disectado por cursos de ríos poco profundos con planicies que sirven de pastoreo aptas para cultivos.
1.3.4. Clima a) Temperatura Máxima y Mínima
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El clima presenta características propias del altiplano con alta radiación solar correspondiente a estepa montano altitudinal cuyas temperaturas tienen variaciones intensas y muy marcadas en las estaciones del año. Las precipitaciones son irregulares, teniendo una predominancia de vientos procedentes del Noroeste principalmente entre los meses de Agosto a Septiembre, hace que exista un proceso de desertificación por los factores climatológicos.
En la siguiente Tabla 1.2. Se muestra los datos obtenidos en la estación meteorológica del Municipio de Challapata. Valores Meses
Temperaturas º C Máxima
Media
Mínima Media
Media
Máxima Extrema
Mínima Extrema
Enero
10,9
17,8
3,9
20,1
0,7
Febrero
10,7
17,3
4,0
20,2
1,2
Marzo
10,6
17,9
2,8
20,4
-1,6
Abril
9,0
17,7
0,4
20,4
-2,8
Mayo
6,2
16,0
-3,9
18,5
-8,2
Junio
2,9
14,0
-9,1
18,3
-12,7
Julio
2,8
14,5
-9,0
17,5
-12,9
Agosto
4,8
15,7
-6,5
18,8
-11,3
Septiembre
6,9
17,7
-4,0
18,6
-8,5
Octubre
9,1
19,4
-0,8
22,4
-7,5
Noviembre
11,2
19,9
2,7
23,0
-3,0
Diciembre
11,6
19,7
3,3
22,8
-2,1
Promedio
8,1
17,3
-1,3
20,1
-5,7
Tabla 1.2. Temperatura Máxima y Mínima de la Zona de Influencia. Fuente: SENAMHI – Oruro. La Temperatura es variada teniendo como promedio 8.1 ºC., al año y temperaturas mínimas de -5.7 ºC., siendo la temperatura máxima de 20.1 ºC. En el territorio del Municipio de Uncía no cuenta con información climatológica actualizada solo se tiene datos del PDM (1997), la estación actualizada más cercana se tiene en el municipio más cercano de Llallagua los mismos se detallan en la Tabla 1.3.:
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Ene
Feb
Mar
Abr
May
Jun
Jul
Ago
Sep
Oct
Nov
Dic
Promedio Anual
Tº Media extrema
2.00
1.10
2.20
1.50
-3.00
-5.20
-6.30
-3.20
-2.90
2.50
1.50
1.30
-0.71
Tº Mínima media
3.60
4.10
3.50
2.60
-0.20
-3.60
-2.10
-1.50
0.10
1.00
2.70
2.80
1.08
Tº Media ambiente
9.10
10.50
7.70
8.20
7.10
5.60
6.40
7.70
7.20
7.50
9.60
9.30
7.99
Tº Máxima media
16.10
17.00
15.20
13.80
14.50
14.80
15.00
17.00
14.30
17.20
18.20
16.60
15.81
Tº Máxima extrema
19.40
18.90
19.20
17.70
16.20
16.60
17.10
18.00
17.10
18.70
16.40
16.90
17.68
Tº Máxima mínima
8.00
8.00
7.00
4.00
2.00
2.00
6.00
6.00
9.00
8.00
8.00
8.00
6.33
Tº Altiplano máxima
11.00
11.00
10.00
11.00
9.00
6.00
10.00
8.00
12.00
12.00
11.00
12.00
10.25
Precipitación Pluvial
27.70
100.20
87.80
22.10
7.20
5.10
3.60
8.60
21.20
34.30
60.30
105.50
40.30
FACTOR
Total Anual
483.6
Tabla 1.3. Información Climatológica de Llallagua. Fuente: Estación Llallagua, Universidad Nacional de Siglo XX.
En general el clima es frío y semi seco por estar comprendido en las alturas de 3150 a 4500 msnm. Con una temperatura de -4.9º C en época de invierno y una máxima extrema de 22.8ºC y una media anual de 7.3ºC a 11.6ºC.
Para un periodo de 11 años de registro meteorológico del municipio de Uncía se tiene el resumen en la Tabla 1.4.: FENOMENO Promedio de precipitación anual
INFORMACIÓN 465.1 mm/año
Promedio de temperatura máxima extrema
20.4º C
Promedio de temperatura mínima extrema
-0.2º C
Vientos promedio del Noreste Evapotranspiración potencial, total anual
3.3 nudos 1,902.5 mm/año
Tabla 1.4. Registro Meteorológico del Municipio de Uncía. Fuente: INE – Uncía (Registro meteorológico del municipio de Uncía 2007). b) Riesgos Climáticos La zona de influencia presenta factores climáticos adversos, teniendo a consecuencia de ellos una producción agrícola mínima con poco excedente económico. Los factores climáticos tienen mucha importancia en las actividades económicas de la región, teniendo una dependencia directa para la producción agropecuaria, estos agentes
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se enuncian a continuación: Vientos. Existe presencia de vientos helados provenientes del norte dirigido hacia el sur, con la velocidad más alta en el mes de Junio (3.2 Km./h). Estos vientos incrementan la evaporización y disminuyen la humedad relativa del medio ambiente, con el recorrido que se realizó se pudo evidenciar que los constantes vientos hacen que la capa arable sea más débil y por consecuencia trae la erosión de las tierras fértiles. En la parte de la cordillera los vientos son más fuertes por las profundas depresiones que actúan como en cañadones. En cambio en la zona de la planicie los vientos tienen mayor intensidad principalmente en los lugares arenosos y de regular intensidad en los territorios donde existen elevaciones de poca altura como colinas y serranías. El Rayo. Es un fenómeno negativo, más frecuente en la época de verano y parte de otoño especialmente en los meses de Enero a Mayo con pronunciadas tormentas eléctricas causando destrozos y desgracias en las zonas. Este fenómeno es inevitable debido a la ausencia de árboles en casi toda la región que servirían como pararrayos naturales, además de la ausencia o falta de pararrayos construidos en lugares elevados. Las Heladas. Es el fenómeno más negativo que afecta a la producción agrícola y pecuaria. La helada tiene dos orígenes: Por el desplazamiento de aire frío de la Cordillera Occidental que produce una masa de aire helado y con mayor presencia en los meses de Mayo a Agosto; se origina también por la radiación o pérdida de calor del suelo que se produce casi todos los meses del año, especialmente en Enero y Febrero. Las heladas casi siempre conjugan su acción con la sequía; además el cambio brusco de temperaturas al alba es el más responsable de los daños a las actividades agropecuarias que las bajas temperaturas en sí, lo que explica el efecto dañino de las heladas particularmente en las zonas planas de pie de monte y en la cordillera su efecto es localizado. Las Granizadas.
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La importancia de la granizada reside en los daños considerables que producen en la producción agropecuaria, debido al impacto físico con bastante intensidad y en forma muy localizada. El periodo donde se produce con mayor frecuencia es en verano (Diciembre, Enero y Febrero), según las estaciones meteorológicas en toda la región de influencia se produce de 5 a 10 días de granizo por año. Estas inclemencias por lo general perjudican a los cultivos principalmente a la papa y a los pastos nativos, causando la ausencia de la floración y formación de semillas; por otro lado la granizada afecta al ganado camélido ocasionando la muerte de las crías recién nacidas que lamentablemente es la época de parición. Las Sequías
Los meses que presentan sequía son: Junio, Julio, Agosto, Septiembre, Octubre, Noviembre y a veces Diciembre, en los últimos dos meses la temperatura se va incrementando, esto permite que los pastizales empiecen a rebrotar, además coincide con la época de siembra, sin embargo el déficit hídrico y la poca fertilidad de la tierra hace difícil realizar la misma, ya que la germinación no es adecuada puesto que todos los terrenos para cultivo carecen de riego.
Inundaciones. Este fenómeno causado por aumento del caudal de los ríos de la zona de influencia, origina inundaciones a los largo de su curso y en las riberas, ocasionando daños a los pastizales nativos con el aumento de la erosión y con disminución de áreas de pastoreo.
1.3.5. Suelo En un análisis preliminar de inspección del lugar, se determina el predominio del material granular con referencia al suelo fino, habiendo suelos areno limosos y arcillosos pero en mucha menor cantidad con respecto al material granular. Sobre esta base de información a lo largo del trazo se dará el conocimiento principal de la clasificación y la determinación de sus propiedades físico-mecánicas y determinar la aptitud de los materiales que constituye
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la subrasante natural en el trazo, así mismo de los Bancos de Préstamo disponibles en la zona. 1.3.6. Recursos Hídricos La región posee recursos hídricos limitados por estar dentro del altiplano y por la escasa precipitación pluvial. a) Cuencas y Sub - Cuencas
El recurso hídrico más importante proviene de dos fuentes; el río Huchusuma que delimita la zona central y norte, cuyo caudal en época de estiaje es de aproximadamente 40 lt/seg., con un pH ligeramente salino, cuyas aguas son aprovechadas para riego de cultivos y consumo del ganado; y el río Tacagua que en época de estiaje su cauce es mínimo, porque sus aguas se retienen en la represa, aguas utilizadas para el riego de la pampa. Otra fuente de agua es el Lago Poopó aunque su uso agrícola es nulo.
Por otra parte, en la zona existe el sistema de riego N°2 Tacagua, la segunda más grande e importante del país, cuyo estudio, diseño y la construcción se efectúo entre 1957 y 1961, inicialmente fue diseñada para una capacidad de 37 millones de metro cúbicos, en la actualidad sólo se almacenan 26 millones de metro cúbicos, constituyendo una obra de riego de gran magnitud con fines agrícolas; cuyo objetivo principal, fue la introducción de variedades de trigo blando. Sin embargo, con el tiempo se observa el cambio de actitud de los usuarios y se inicia la siembra de forrajes introducidos como la alfalfa, cebada y avena, para la alimentación del ganado bovino y ovino.
La Tabla 1.5. Detalla los principales ríos del Municipio de Challapata:
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RIOS
RIOS - LAGOS
Huancarani
Río Verde
Tolapalca
Esquillani
Crucero
Malliri Lupjati Ancasiri
Pachori
Huachacalla 1 y 2
Cruce Aguas Calientes
Toro
Huaylla Vinto Ancacato
Lluspina (Ancacato)
Huchusuma- Pucara
Torompalca
Cachuyo
Mamanicollo
Huchusuma Tadeo
Challuma
Cañavi
Patacuyo Ilave Chico
Tacagua
Jireroma
Capaj Amaya- Laramcota
Pequereque 1 y 2
Cahuallli
Senka
Catariri
Sacari
Changara
Condorpujio
Cayachata Poqueriri
San Pedro Puni
Berenguela
Quimsa kurusa
Churacani
Sincoma
Antacollo
Tantatampo
Collana
Vilaque
Milluri
Kalajawira
Cosmine
Rosario
Morrocoy
Pilcomayo
Anaya Khullku
Lago Poopó
Tabla 1.5. Principales Ríos del Municipio de Challapata. Fuente: PDM Challapata.
Los Ríos que se encuentran en el municipio de Uncía, en su mayoría son temporales y se origina en las zonas de altura o serranías. Los ríos del Municipio desembocan en dos importantes cuencas: del lago Poopó y del río Chayanta que se muestra en la Tabla 1.6.:
Cuenca
Sub-cuencas ó afluentes 1º afluente nace en las alturas del Ayllu Chullpa: Río Murata. 2º afluente nace en las alturas de la comunidad
Cuenca del Río Chayanta, formado por tres ríos o afluentes, cada uno con sus afluentes menores.
Siwinkani del Ayllu Chullpa 3º afluente nace en comunidades del Ayllu Laymi, tiene un curso de sur a norte hasta llegar a la Represa
El Tranque; cambia su rumbo hacia el
noreste recorre el territorio Sikuya donde recibe el nombre de Río Tranque hasta unirse con el Río Qullcha. Cuenca central, formada por tres subcuencas que se unen hasta desembocar en el Río Chayanta.
La segunda subcuenca nace en las alturas del Cerro Chayaquiri entre los ayllus Chullpa y Karacha. 1º afluente Sila Qullu nace en la vertiente norte en
Cuenca del Poopó, formado por dos afluentes el Ayllu Chullpa, con un curso de sur a norte hasta
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principales
desembocar al Lago Poopó. 2º La vertiente del sud nace con el nombre de Jan’u Chhaka, en las alturas del Cerro Jira Qullu del Ayllu Chullpa, siguiendo su curso de norte a sur en territorio Chullpa recibe el nombre de Wintilla.
Tabla 1.6. Sub Cuencas o Afluentes. Fuente: PDMs Municipios área de influencia.
1.4. MEJORAMIENTO DE ESTÁNDAR DEL CAMINO
Este mejoramiento de estándar implica:
Verificación de las condiciones geométricas del camino existente y sobreanchos de la plataforma manteniendo el trazo original del camino.
Conformación de sub – base granular (material del camino existente y préstamo lateral), base granular chancada (material de bancos de préstamo) y doble tratamiento superficial (asfalto cortado aplicado en caliente y material chancado de bancos de préstamo) ; [Método Convencional]:
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Reciclado con
emulsión asfáltica in situ
(material granular del camino existente y
préstamo lateral) con la recicladora Wirtgen WR 2500, riego capa superficial delgada (riego de emulsión asfáltica con gravilla o arena de préstamo lateral).
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LA RECICLADORA WIRTGEN WR 2500
1.5. OBJETIVOS Y METAS DEL PROYECTO.
1.5.1. Objetivo General Diseñar y mejorar el estándar de las condiciones estructurales del pavimento y verificar la geometría del camino “Ocurí – Uncía”, aplicando dos métodos de diseño de pavimentos: convencional y no convencional en Bolivia (reciclaje in situ del material del camino existente con emulsión asfáltica).
1.5.2. Objetivos Específicos
Verificar la geometría del camino Ocurí – Uncía para la intercomunicación de las poblaciones de Ancacato – Ocurí – Cuchillani -Mira Flores - Uncía y también con la Ciudad de Oruro y Potosí.
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Diseñar la alternativa del pavimento por el método no Convencional de Estudio (reciclaje in situ del material del camino existente con emulsión asfáltica), conformado con la ayuda de la Recicladora Wirtgen WR 2500
Diseñar comparativamente el pavimento por el método convencional (capa base y doble tratamiento superficial).
Comparar los diseños finales, tanto para el método convencional y el método no convencional de diseño del pavimento.
Elegir la mejor alternativa de diseño del pavimento del camino Ocurí – Uncía, tomando en cuenta la economía y el medio ambiente.
1.5.3. Metas
Aplicar el manual de diseño geométrico de carreteras de la Administradora Boliviana de Carreteras (A.B.C.), realizado en el programa computacional Autodesk Land Desktop, para los 41 Km aprox. De plataforma de acceso.
Ofrecer una metodología de diseño de pavimentos reciclados con (emulsión asfáltica), realizando los ensayos de laboratorio y cálculos según: “EL MANUAL DE ENSAYOS DE SUELOS Y MATERIALES ASFALTOS”, Administradora
Boliviana
de
Carreteras
(A.B.C.)
y
“ASPHALT
RICYCLED MATERIAL MANUAL” (MANUAL DE MATERIAL RECICLADO CON ASFALTO), Wirtgen (2004), en correlación con las Normas A.S.T.M. y A.A.S.H.T.O.
Analizar los costos que implicaría en mejoramiento de estándar de la vía con el uso de un equipo reciclador Wirtgen WR 2500 y con equipo convencional.
Analizar la adquisición de un equipo reciclador para Bolivia.
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CAPITULO 2 ESTUDIOS PRELIMINARES DEL PROYECTO
2.1. INTRODUCCIÓN Los estudios preliminares del proyecto son: los estudios técnicos necesarios para comenzar el Diseño y Mejoramiento de Estándar del Camino, y se refiere a: características de los suelos, topografía, tráfico y drenaje a lo largo del camino de estudio.
2.2. ESTUDIO DE SUELOS
Se presenta en la Tabla 2.1. El resumen general de los suelos a lo largo del camino y los porcentajes existentes de los mismos con referencia al Total de la longitud del tramo.
Suelo
Grupo
A-1
Subgrupo
N° de muestra
Porcentaje
A-1a
12
54.5
A-1b
3
13.6
A-2-4
2
9.1
1
4.6
1
4.6
3
13.6
Porcentaje
A-3 Granulares A-2
81.8
A-2-5 A-2-6 A-2-7
A-4 A-5 Finos
A-6
18.2
A-7-5 A-7 Total muestras
A-7-6 22
100
100
Tabla 2.1. Resumen general de Suelos a lo largo del camino. (Fuente: SEPCAM – Oruro).
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Según el cuadro se determina el predominio del material granular con referencia al suelo fino, sobre esta base de información a lo largo del trazo se da el conocimiento principal de la clasificación y la determinación de sus propiedades físico-mecánicas y determinar la aptitud de los materiales que constituye la superficie de Rodado del Camino Existente en el trazo. Lo cual se verificó con una inspección de Campo realizada a la fecha por el Proyectista para realizar el Diseño y Mejoramiento de Estándar del Camino, lo cual se justifica en el ANEXO H Memoria Fotográfica.
A continuación se muestra la Tabla 2.2. Con las progresivas de ubicación a las que pertenecen este tipo de suelo, de acuerdo a la clasificación realizada.
CLASIFICACIÓN DEL SUELO
Pertenecen a este grupo los suelos del tipo: fragmentos de piedra grava y arena, porcentaje que pasa el tamiz Nº 10 no mayor al 50%, tamiz Nº 40 no mayor al 30%, y el tamiz Nº 200 no mayor al 15%, con índice Plástico no mayor a 6%.
CARACTERÍSTICAS
PROGRESIVAS UBICACIÓN
A- 1a
DE
18+440
22+440
30+440
42+440
TERRENO
20+440
24+440
30+440
46+440
22+440
28+440
32+440
57+940
NATURAL CLASIFICACIÓN DE SUELO
A- 1b
CARACTERÍSTICAS
PROGRESIVAS UBICACIÓN
Pertenecen a este grupo los suelos del tipo: fragmentos de piedra grava y arena, porcentaje que pasa el tamiz Nº 40 no mayor al 50%, tamiz Nº 200 no mayor al 25%, con índice Plástico no mayor a 6%. DE
38+440
TERRENO
40+440 54+440
NATURAL CLASIFICACIÓN DEL SUELO
Pertenecen a este grupo los suelos del tipo: Grava y Arena Limosos y arcillosos porcentaje que pasa el tamiz Nº 200, no mayor a 35%, limite liquido menor a 4%, con índice Plástico menor a 10 %.
CARACTERÍSTICAS PROGRESIVAS UBICACIÓN
A 2– 4
DE
50+440
TERRENO
56+440
NATURAL
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CLASIFICACIÓN DEL SUELO
CARACTERÍSTICAS PROGRESIVAS DE UBICACIÓN
A 2– 7 Pertenecen a este grupo los suelos del tipo: Grava y Arena Limosos y arcillosos porcentaje que pasa el tamiz Nº 200, no mayor a 35%, limite liquido mayor a 41%, con índice Plástico mayor a 11 %. 44+440
TERRENO NATURAL A–4
CLASIFICACIÓN DEL SUELO CARACTERÍSTICAS PROGRESIVAS DE UBICACIÓN
Pertenecen a este grupo los suelos del tipo: Limosos, porcentaje que pasa el tamiz Nº 200, mayor a 36%, limite liquido menor a 40%, índice plástico menor a 10%, con un índice de grupo no mayor a 8%. 48+440
TERRENO NATURAL A–6
CLASIFICACIÓN DEL SUELO CARACTERÍSTICAS
Pertenecen a este grupo los suelos del tipo: Arcillosos, porcentaje que pasa el tamiz Nº 200, mayor a 36%, limite liquido menor a 40%, índice plástico mayor a 11%, un índice de grupo no mayor a 16 %.
PROGRESIVAS DE UBICACIÓN
26+440
TERRENO
34+440 36+440
NATURAL
Tabla 2.2. Clasificación y ubicación de suelos. (Fuente: SEPCAM – Oruro).
2.2.1. Nivel Freático De los sondeos efectuados mediante calicatas se detectó el nivel freático a 0.60 y 0.80 m, en las progresivas. 26+440 y 32+440, respectivamente y filtraciones en la progresiva 42+440.
2.2.2. Ensayos de Verificación de Suelos Son los ensayos necesarios para la verificación y caracterización, para así conocer las condiciones óptimas de mezclado con Emulsión Asfáltica. 2.2.2.1. Descripción e Identificación de Suelos (Procedimiento Visual y Manual) (S0101) (ASTM D2488)
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DIFERENCIAS IMPORTANTES ENTRE GRAVAS, ARENAS, LIMOS Y ARCILLAS:
Identificación de Suelos Finos en el Campo: Posteriormente a quitar las partículas mayores del tamiz de 0,425 mm (Nº 40), se prepara una pastilla de suelo húmedo de aproximadamente 10cm3, debiendo añadirse un poco de agua de manera de tener el suelo suave pero no pegajoso. 1. Dilatancia (reacción al agitado): Colocar la pastilla en la palma y agitar horizontalmente, golpeando vigorosamente varias veces contra la otra mano. Una reacción positiva consiste en la aparición de agua en la superficie de la pastilla, la cual cambia adquiriendo una apariencia de hígado y se vuelve lustrosa. Cuando la pastilla se oprime entre los dedos, el agua y el lustre desaparecen de la superficie, la pastilla se vuelve tiesa y finalmente se agrieta o desmorona. la rapidez de la aparición del agua durante el agitado y de su desaparición durante la opresión sirve para identificar el carácter de los finos de los suelos. a) De reacción rápida, cuando el proceso descrito acontece muy rápidamente (ejemplos: arena fina, arena fina limosa, grava limosa). b) De reacción lenta, cuando el proceso descrito acontece muy lentamente (ejemplos: limo arcilloso, limos, arena arcillosa). c) Sin reacción alguna, cuando el proceso descrito no se presenta (ejemplos: arcilla limosa, arcilla)
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2. Resistencia en estado seco (característica al rompimiento): Se moldea un cilindro de suelo de 2,5cm de diámetro por 2,5cm de altura hasta alcanzar una consistencia de masilla. Se deja secar la pastilla totalmente en un horno, al sol o al aire y se prueba su resistencia rompiéndola y desmoronándola entre los dedos. Esta resistencia es una medida de la fracción coloidal que contiene el suelo. La resistencia en estado seco aumenta con la plasticidad. a) Sin resistencia en estado seco, cuando el suelo seco no se descompone prácticamente (ejemplos: gravas, arenas, mezclas de gravas y arenas). b) Baja resistencia, cuando el suelo seco se desintegra en pequeños pedazos (ejemplos: limos, mezclas de limos y arenas finas). c) Alta resistencia en estado seco, cuando es altamente des integrable, (ejemplos: arcillas, arcillas limosas, arcillas con bajo contenido de finos arenosos). 3. Tenacidad (consistencia cerca del límite plástico): Se moldea un espécimen de 10 cm3 hasta alcanzar la consistencia de masilla, la muestra se rola a mano sobre una superficie lisa, hasta hacer un rollito de 3mm, se amasa y se vuelve a rolar varias veces hasta que se ponga el espécimen tieso, donde pierde su plasticidad y se desmorona cuando alcanza su límite plástico. a) Plasticidad baja, cuando se rola e inmediatamente se desmorona (ejemplos: limos, arenas arcillosas). b) Plasticidad media, cuando se rola el suelo y el rollito al ser presionado con los dedos se deshace inmediatamente (ejemplos: mezclas de arcillas y limos, arenas arcillosas). c) Plasticidad elevada, cuando se rola el suelo y al ser presionado el rollito no se quiebra ante una presión del dedo fuerte (ejemplo: arcilla). Informe: a) Se realizó una inspección visual a lo largo del tramo del proyecto. b) Aplicando este método se observó predominantemente suelos compuestos por grava y arena principalmente con un bajo contenido de Finos. (Ver Figura 2.1.), además del ANEXO G.
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Fig. 2.1. Vista del Terreno predominante a lo largo del Tramo del Proyecto.
2.2.2.2. Recomendaciones Generales para Suelos y sus Aplicaciones como Materiales de Construcción (S0102)
Objeto: Estas especificaciones definen las calidades y graduaciones de mezclas de arena arcillas; gravas o escorias seleccionadas; arenas o material triturado proveniente de pétreos o escorias o cualquier combinación de estos materiales, para ser utilizados como subbases, bases y capas de rodadura. Estos requerimientos son aplicables únicamente a materiales que tienen densidades netas entre 2.000 y 3.000 Kg./m3 y absorciones y graduaciones características. Requerimientos generales: Los áridos gruesos, retenidos sobre tamiz 4,75mm (N°4), deben ser partículas resistentes,
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durables, constituidas de fragmentos de roca, grava o escorias. Materiales que se quiebran con los ciclos alternados de hielo -deshielo y humedad – sequedad, no deben ser usados. Los áridos finos, que pasan por tamiz 4,75mm (N°4), deben estar constituidos por arenas naturales o trituradas y por partículas minerales que pasan por tamiz 0,075mm (N°200). Las fracciones que pasan por tamiz 0,075mm (Nº 200) no deberán ser mayores que los dos tercios de la fracción que pasa por tamiz 0,475mm (Nº40). Los límites de consistencia de la fracción que pasa por tamiz 0,475mm estarán conformes a lo indicado en la Tabla 2.4. Todo el material deberá estar libre de materias orgánicas y terrones de arcillas. La graduación de los materiales deberá estar conforme con los requerimientos de la Tabla 2.3.
Tabla 2.3. Límites de Consistencia o de Atterberg.
Materiales para Subbase: Los materiales para subbase deberán cumplir con los requerimientos estipulados en “Requerimientos generales” y en “Materiales para subbase” y con la graduación TM-50a de la Tabla 2.4. En cuanto a las propiedades mecánicas, el material deberá tener un soporte CBR mayor o igual a 40% y la fracción gruesa deberá tener una resistencia al desgaste, medida por el ensaye de Los Ángeles de no más de 40%. Nota 1: En zonas heladas se deben reconsiderar los límites de Atterberg y el material bajo 0,08 mm, previo estudio de las condiciones locales. Materiales para Base Granular: Los materiales para base granular (estabilización hidráulica) cumplirán con los requerimientos indicados en “Requerimientos generales” y en “Materiales para subbase”. Las granulometrías deberán ajustarse a una de las siguientes bandas: TM-50b, TM-50c o
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TM-25 de la Tabla 2.4.; el porcentaje de chancado, no deberá ser menor que 50%. Cuando el material se use como base para tratamiento superficial doble el contenido mínimo de chancado será de 70%, su tamaño máximo absoluto será de 40 mm. y su Índice de Plasticidad máximo será de 4%, salvo que el proyecto estipule otro valor, debidamente justificado, el que en ningún caso podrá exceder el 6 %. En cuanto a las propiedades mecánicas, el material deberá tener un soporte CBR ≥ 80%; la fracción gruesa deberá tener una resistencia al desgaste, medida por el ensaye de Los Ángeles, de no más de 35%. En caso de tratamiento superficial doble, el soporte deberá ser CBR ≥ 100% ver nota 1. Nota 2: Cuando se emplea como subbase de pavimento de hormigón, el soporte deberá ser CBR ≥ 50%. Materiales para Carpeta de Rodadura: Cuando se prevea que la carpeta de rodadura va a quedar expuesta por varios años, sin una protección asfáltica, el material deberá cumplir con los requerimientos de “Requerimientos generales” y de “Materiales para carpeta de rodadura”, con un contenido mínimo de chancado de 50% y con la banda TM-40c. Nota 3: De acuerdo a circunstancias locales, previo estudio, se podrán variar el fino bajo 0,08 mm y los límites de consistencia. En cuanto a propiedades mecánicas, el material deberá tener un soporte CBR ≥ 60%. En zonas donde se permite efectuar el ensaye sin inmersión, este valor deberá ser del 80%. La fracción gruesa deberá tener una resistencia al desgaste, medida por el ensaye de Los Ángeles, de no más de 30%. Base Granular Tratada con Cemento (GTC): Los materiales para GTC deberán cumplir con los requerimientos de “Materiales para base granular” y con una de las siguientes bandas granulométricas: TM-50c con tamaño máximo absoluto de 40mm o TM-25. Los materiales podrán ser sólo seleccionados, siempre que cumplan con una resistencia característica a la compresión a 7 días de 2,5 MPa. Base Tratada con Cemento (BTC): Los materiales para BTC deberán cumplir con lo establecido en ”Base tratada con cemento (BTC)”, a excepción de las partículas chancadas, cuyo porcentaje deberá ser mayor que
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50% y de la resistencia a la compresión, que debe ser de 4,5 MPa, con una dosis mínima de 5% de cemento. Base Abierta Ligada (BAL): Los materiales deberán cumplir con los requisitos del punto “Requerimientos generales” y con la banda granulométrica TM-40a. Las partículas deben ser 100% chancadas y tener una resistencia al desgaste, medida por el ensaye de Los Ángeles, no mayor que 35%.
Contenido de Humedad: Todos los materiales contendrán una humedad igual o ligeramente mayor que la óptima, necesaria para asegurar la densidad de diseño requerida.
Tabla 2.4. Bandas Granulométricas para Sub-base, Bases y Capas de Rodadura.
Base Tratada con Cemento Asfáltico o Emulsión Asfáltica (Base Negra): Los ensayos tanto de Áridos, Emulsión asfáltica y de la Mezcla para el Diseño se realizarán de acuerdo al Procedimiento del Manual Técnico de la (A.B.C.) referido a la AASHTO y ASTM, pero ya que este Manual no ofrece una especificación de requisitos que deben cumplir los materiales para una Base Tratada con Cemento Asfáltico o Emulsión Asfáltica (Base Negra), se acudió a la Norma Mexicana N·CMT·4·02·003/04 de la Secretaria de Comunicaciones y Transportes (S.C.T.) y la Norma Brasilera (N.B.R.) referida a la AASHTO y ASTM para la Emulsión Asfáltica del fabricante “GRECA ASFALTOS”.
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El material pétreo cumplirá con las características granulométricas que se establecen en la Tabla 2.5 y se muestran en la Figura 2.2, con los requisitos de calidad que se indican en la Tabla 2.6 de la Norma Mexicana N·CMT·4·02·003/04 de la Secretaria de Comunicaciones y Transportes (S.C.T.) en función de la intensidad del tránsito en términos del número de ejes equivalentes acumulados, de ocho coma dos (8,2) toneladas, esperado durante la vida útil del pavimento (ΣL). La curva granulométrica del material pétreo, tendrá una forma semejante a las de las curvas que se muestran en la Figura 2.2 de esta Norma, sin cambios bruscos de pendiente. El tamaño máximo permisible del material pétreo no será mayor de treinta y siete coma cinco (37,5) milímetros (1½”) ni de dos tercios (⅔) del espesor de la capa de base asfáltica compacta.
[1] ΣL = Número de ejes equivalentes acumulados, de 8,2 t, esperado durante la vida útil del pavimento.
Tabla 2.5. Requisitos de Granulometría del Material Pétreo para Bases Tratadas con Cemento Asfáltico o Emulsión Asfáltica (Bases Negras).
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Fig. 2.2. Zonas Granulométricas recomendables del Material Pétreo para Bases Tratadas con Cemento Asfáltico o Emulsión Asfáltica de Mezcla Asfáltica (Bases Negras).
[1] ΣL = Número de ejes equivalentes acumulados, de 8,2 t, esperado durante la vida útil del pavimento. [2] Determinado mediante el procedimientos de prueba que corresponda, de los Manuales que se señalan en la Cláusula C. de esta Norma.
Tabla 2.6. Requisitos de Calidad del Material para Bases Tratadas con Cemento Asfáltico o Emulsión Asfáltica (Bases Negras)
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Informe: a) En el caso particular del proyecto se realizará un diseño de una base tratada con emulsión asfáltica, utilizando el material pétreo del camino existente. b) Los ensayos de control de calidad del material pétreo deberán cumplir con todo lo especificado en: Tabla 2.5, Tabla 2.6 y Figura 2.2. de la Norma Mexicana N·CMT·4·02·003/04 de la Secretaria de Comunicaciones y Transportes (S.C.T.). Ensayos realizados en los posteriores incisos. c) Los ensayos de control de calidad de la emulsión asfáltica deberán cumplir con todo lo especificado en: la Norma Brasilera (N.B.R.) referida a la AASHTO y ASTM para la emulsión asfáltica del fabricante “GRECA ASFALTOS”. d) Los ensayos de diseño de la mezcla deberán cumplir con todo lo especificado en: Manual Técnico de la (A.B.C.) referido a la AASHTO y ASTM con apoyo de la Norma Mexicana N·CMT·4·02·003/04 de la Secretaria de Comunicaciones y Transportes (S.C.T.). 2.2.2.3. Conservación y Transporte de Muestras de Suelos (S0201) (ASTM D4220)
Objeto: Este método establece métodos para la conservación de las muestras inmediatamente después de obtenidas en el terreno, así como para su transporte y manejo. Puede implicar, igualmente, el manejo y transporte de muestras de suelos contaminadas con materiales que ofrecen riesgo y de muestras que pueden estar sometidas a cuarentena.
Uso y Significado: El empleo de los diferentes métodos descritos en este método, depende del tipo de muestras obtenidas, del tipo de ensayo y de las propiedades de ingeniería requeridas, de la fragilidad y sensibilidad del suelo, y de las condiciones climáticas. En todos los casos, el objeto primordial es el de preservar las condiciones propias de cada muestra. Los métodos aquí descritos fueron inicialmente desarrollados para muestras de suelo que han de ensayarse para obtener las propiedades de ingeniería; sin embargo, ellos también pueden aplicarse a muestras de suelo o de otros materiales, para otros fines.
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El tipo de materiales y de recipientes requeridos, depende de las condiciones y requerimientos enunciados para los grupos A a D y también del clima, del medio de transporte y de la distancia. Equipos y Materiales: a) Parafina para sellado, puede ser: parafina, cera micro cristalina, cera de abejas, o una combinación de las mismas. b) Discos de metal, de alrededor de 2 mm (1/16") de espesor y con un diámetro ligeramente menor que el diámetro interno del tubo, muestreador o anillo, y para utilizarlos conjuntamente con parafina, tapas y cinta, o ambos. c) Discos de madera, encerados previamente, de 25 mm (1") de espesor y con un diámetro ligeramente menor que el diámetro interior del muestreador o el del tubo. d) Cinta, ya sea plástica a prueba de agua, adhesiva de fricción, o de pegar tubos. e) Estopa de algodón, para emplear con parafina en capas alternadas. f) Tapas, ya sean plásticas, de caucho o de metal, para colocar en los extremos de los tubos de pared delgada, muestreadores con anillos, junto con cinta o parafina. g) Empacadores, empleados para sellar los extremos de la muestra, dentro de los tubos de pared delgada. Nota 1: Se prefieren empacadores de plástico dilatables. Los empacadores dilatables metálicos sellan igualmente bien; sin embargo, en almacenamientos a largo plazo, pueden causar problemas de corrosión. h) Frascos, de boca ancha, con tapa y anillo de caucho o tapa con un papel sellante, y de un tamaño adecuado para recibir confortablemente la muestra, comúnmente de 250 ml, 500 ml, y 1.000 ml. i) Bolsas, ya sean plásticas, de fique, fibra, lona, etc. j) Empaque.- Material para proteger contra vibraciones y choques. k) Aislamiento, ya sea polietileno expandido, burbujas plásticas o del tipo de espuma, que resista cambios de temperatura perjudiciales para el suelo. l) Cajas, para el transporte de muestras de bloque cúbico y elaboradas con tablas de 13 a 19 mm (½ a 3/4") de espesor. m) Cajas cilíndricas, un poco más largas que los tubos de pared delgada. n) Cajas para transporte, de construcción apropiada para protección contra choques y
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vibraciones. Nota 2: Deben observarse las limitaciones de longitud, embalaje y peso para el transporte comercial. o) Material para la identificación.- Incluye los elementos necesarios, tales como rótulos y marcadores para identificar adecuadamente la (s) muestra (s). Precauciones: La preservación y el transporte de muestras de suelos pueden implicar el contacto con materiales, equipos, u operación, que conllevan algún riesgo. Es de responsabilidad de quien utilice este método, consultar y establecer medidas de seguridad y sanidad apropiadas y determinar la posibilidad de aplicar limitaciones reglamentarias antes de su empleo. Instrucciones especiales, descripciones, y marcas en las cajas, deben incluirse en cualquier muestra que pueda contener materiales radioactivos, tóxicos o contaminantes. Procedimiento: 1. Para todas las muestras.- Identifíquense apropiadamente las muestras con membretes, rótulos y marcas, antes de transportarlos, en la siguiente forma: a) Nombre o número de la obra, o ambos. b) Fecha del muestreo. c) Muestra/número y localización de la perforación. d) Profundidad o elevación, o ambas. e) Orientación de la muestra. f) Instrucciones para transporte especial o manejo en el Laboratorio, o ambas, incluyendo la forma como debe quedar colocada la muestra. g) Datos del ensayo de penetración si son aplicables. 2. Transpórtense muestras en cualquier clase de caja mediante cualquier medio de transporte disponible. Si se transportan comercialmente, el recipiente sólo necesita cumplir con las exigencias mínimas de la agencia transportadora y con los restantes requisitos para asegurarse contra la pérdida de la muestra. Grupo A:
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3. Estas muestras deberán conservarse y transportarse en recipientes o empaques sellados a prueba de humedad, todos los cuales deberán ser de espesor y resistencia suficientes para evitar su rotura. Los recipientes o empaques pueden ser bolsas plásticas, frascos de vidrio o de plástico (suponiendo que sean a prueba de agua), tubos de pared delgada, y anillos. Las muestras cúbicas y cilíndricas pueden envolverse en membranas plásticas adecuadas, en papel de aluminio, o ambas (Véase Nota 3) y cubrirse con varias capas de parafina, o sellarse con varias capas de estopa y parafina. 4. Estas muestras pueden enviarse mediante cualquier medio disponible de transporte. Pueden remitirse como fueron preparadas o colocarse en recipientes más grandes, como costales, cajas de cartón o de madera, o canecas. Nota 3: Algunos suelos pueden perforar el papel de aluminio, debido a corrosión. En tales casos, evítese entonces el contacto directo. 5. Bolsas plásticas: Las bolsas plásticas deberán colocarse tan ajustadamente como sea posible alrededor de la muestra, expulsando todo el aire posible. El plástico deberá ser de 0,076 mm. (0.003") o más grueso para evitar escapes. 6. Frascos de vidrio o de plástico.- Si las tapas de los frascos no están selladas con anillos de caucho o con papel parafinado, las tapas deberán sellarse con parafina o con cinta aislante. 7. Tubos de pared delgada: a) Empaques ensanchables: El método preferido para sellar los extremos de las muestras dentro de los tubos es con empaques plásticos que pueden dilatarse. b) Discos parafinados: Para un sellamiento a corto plazo, la parafina es aceptable; a largo plazo (más de 3 días), deben emplearse ceras microcristalinas o combinadas con 15% de cera de abejas o resinas para una mejor adherencia a la pared del tubo y para reducir la contracción. Varias capas delgadas de parafina son mejores que a una capa gruesa. El espesor final deberá ser de 10 mm (0.4"). c) Tapas de los extremos. Las tapas en los extremos de metal, caucho o de plástico, deberán sellarse con cinta. Para almacenamiento a largo plazo (más de 3 días), deberán también parafinarse, aplicando dos o más capas. d) Estopa de algodón y parafina.- Capas alternadas (un mínimo de dos de cada una) de
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estopa y parafina, pueden emplearse para sellar cada extremo del tubo y para estabilizar la muestra. Nota 4: Cuando sea necesario, deberán colocarse separadores o material adecuado de empaque, o ambos, antes de sellar los extremos del tubo, para proporcionar el confinamiento debido. 8. Alienadores o camisas delgadas de anillos: Véanse los literales c) y d) anteriores.
9. Muestras expuestas: Grupo B: 10. Las muestras cilíndricas, cúbicas u otras muestras envueltas en plástico, como polietileno y polipropileno u hojas delgadas de papel de estaño o aluminio, etc., deberán protegerse posteriormente con un mínimo de tres capas de parafina. 11. Las muestras cilíndricas y cubos envueltos en estopa y parafina, deberán sellarse con un mínimo de tres capas de cada una, colocadas alternadamente. 12. Las muestras en cajas de cartón deben empacarse en tal forma, que la parafina pueda vaciarse completamente alrededor de la muestra. Generalmente, deberán envolverse las muestras en plástico o en papel de estaño o de aluminio, antes de parafinarse. Grupo C: 13. Estas muestras deben preservarse y sellarse en empaques como se indica en el aparte “Grupo B”. Adicionalmente, deberán protegerse contra choques, vibraciones y extremo calor o frío. 14. Las muestras transportadas por el personal del muestreo o del Laboratorio, o en la cabina de un vehículo automotor, necesitan colocarse solamente en cajas de cartón o en empaques similares, dentro de los cuales las muestras selladas encajen ajustadamente, evitando golpes, volcamientos, caídas, etc. 15. Para los demás métodos de transporte de muestras, incluyendo buses, encomiendas, camiones, barco, avión, etc., será necesario colocar las muestras selladas en cajas de madera, de metal, o de otro tipo adecuado, que proporcionen amortiguación o aislamiento. 16. El material de amortiguación (aserrín, caucho, polietileno, espuma de uretano, o material de resiliencia similar) deberá empacar completamente cada muestra. La amortiguación entre las muestras y las paredes de las cajas deberán tener un espesor
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mínimo de 25 mm (1"). Un espesor mínimo de 50 mm (2") deberá proporcionarse sobre el piso de la caja. 17. Cuando sea necesario, las muestras deberán remitirse en la misma posición como fueron tomadas. Por otra parte, pueden proporcionarse condiciones especiales, tales como, drenaje controlado o confinamiento suficiente del suelo, o una combinación de éstas.
Grupo D: 18. Deberán cumplir los requerimientos del grupo C más los siguientes: 19. Las muestras deberán manejarse manteniendo la misma orientación con que fueron muestreadas, inclusive durante el transporte, mediante marcas adecuadas sobre la caja de embarque. 20. Para todos los medios de transporte privado o comercial, el cargue, transporte y descargue de las cajas, deberán supervisarse en cuanto sea posible por una persona calificada. (Ingeniero de suelos, inspector, laboratorista o persona designada por el director de proyecto).
Cajas para Empaque: Las siguientes características deben incluirse en el diseño de la caja de empaque para los grupos C y D. a) Debe poderse volver a usar. b) Debe construirse en tal forma que la muestra pueda conservarse en todo momento, en la misma posición que cuando se hizo el muestreo. c) Deberá incluirse suficiente material de empaque para amortiguar y/o aislar los tubos de los efectos adversos de vibración y choque. d) Deberá incluirse suficiente material aislante para evitar excesivos cambios de temperatura. e) Cajas de madera. f) Es preferible la madera al metal.- Puede emplearse lámina exterior que tenga un espesor de 13 a 19 mm (½" a 3/4"). La tapa deberá ir abisagrada y cerrada con aldaba, y asegurada con tornillos. g) Los requerimientos de amortiguación se dan en el aparte “Grupo C”.
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h) Para protección contra variaciones excesivas de temperatura, toda la caja deberá forrarse con un aislamiento de espesor mínimo de 50 mm (2"). Cajas metálicas para despacho: Las cajas metálicas para despachos deberán tener incorporado material de amortiguación y aislante. Alternativamente, el efecto de amortiguación podrá lograrse con un sistema de suspensión de resorte o mediante cualquier otro medio que proporcione protección similar. Otros Recipientes: Pueden emplearse también cajas construidas con material de fibra de plástico o cartón reforzado. Informe: Los datos obtenidos en el campo deberán registrarse e incluirán lo siguiente: a) Nombre o número de la obra, o ambos. b) Fecha (s) del muestreo. c) Muestra/número (s) del sondeo y sitio (s). d) Profundidad (es) o elevación (es), o ambos. e) Orientación de la muestra. f) Posición del nivel freático, si lo hubiera. g) Método de muestreo y datos del ensayo de penetración, si fueren aplicables. h) Dimensiones de la muestra. i) Descripción del suelo (basado en la identificación visual de los Suelos). j) Nombres del Inspector/cuadrilla, Ingeniero de suelos, Jefe del Proyecto, etc. k) Condiciones Climáticas. l) Observaciones Generales.
Precisión: Este método únicamente proporciona información general y cualitativa, por lo cual no es aplicable una proposición general de precisión.
2.2.2.4. Procedimientos para la Preparación de Muestras de Suelos por Cuarteo (S0202) (AASHTO T248)
Objeto:
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Mediante estos procedimientos, se pueden dividir las muestras de suelos obtenidas en el campo, para obtener porciones que sean representativas y que tengan los tamaños adecuados para los diferentes ensayos que se necesite desarrollar. Hay procedimientos manuales y mecánicos; de acuerdo con el tamaño de la muestra de campo y el de la muestra requerida, se pueden aplicar los métodos que se describen más adelante.
Equipo: Cuarteador metálico para separación mecánica. Tendrá un número par de ductos de ancho igual, que no será menor de ocho (8) para suelos con partículas gruesas, o de doce (12) para suelos finos, los cuales descargan alternadamente a cada lado del muestreador. El ancho mínimo de cada ducto será aproximadamente cincuenta por ciento (50 %) mayor que la partícula más grande de la muestra que se va a cuartear. Estos se consiguen comúnmente con tamaños adecuados para partículas menores de 37.5 mm (1½"). Para materiales finos, el cuarteador debe tener ductos de 13 mm (½") de ancho para muestras con tamaño máximo de 9.5 mm (3/8"). El cuarteador está dotado de dos (2) recipientes, colocados uno a cada lado, para recibir las dos mitades de las muestras que pasan a través de él. También estará equipado con una tolva o recipiente de bordes rectos, el cual debe tener un ancho igual o ligeramente menor que el ancho total del conjunto de ductos, por el cual la muestra cae a una velocidad controlada hacia los ductos, sin restricciones o pérdidas de material. Rectángulo de lona, hule o tela plástica de 2.0 m x 2.5 m. Palas, cucharones, palustres y cucharas de diverso tamaño y forma. Escobas y cepillos. Regla enrasadora. Selección del Método: Dentro de los procedimientos para la preparación de muestras por cuarteo, se aplican los siguientes métodos: Método A: Cuarteo manual sobre muestras que pesan más de 10 kg, que se encuentran relativamente secas. Método B:
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Cuarteo manual sobre muestras que pesan menos de 10 kg. Método C: Utilizando los cuarteadores mecánicos cuando se trata de muestras que están más secas que la condición de "saturadas superficialmente secas"; o muestras de áridos que previamente al cuarteo se secan a temperaturas inferiores a las establecidas para los ensayos a que se someterán.
Procedimiento: Método A: Cuarteo manual de muestras de gran tamaño 1. Cuarteo de muestras que pesan más de 50 Kg.: Se coloca la muestra traída del campo, sobre una superficie dura, limpia y nivelada, donde no se pierda, ni se le adicione material. Se mezcla el material completamente, volteándolo con pala, unas tres veces; después de la última mezcla se va conformando una pila cónica, colocando cada palada en el centro, de modo que el suelo ruede hacia la base por todas las direcciones. Cuando no se disponga de una superficie nivelada y limpia, la muestra se coloca sobre un rectángulo de lona, hule o tela plástica. A continuación, se aplana la pila en forma cuidadosa hasta tener un espesor uniforme y un diámetro definido, de forma tal, que cada cuarto de círculo contenga material con todos los tamaños originales de la muestra. El diámetro de la pila aplanada, debe ser aproximadamente entre 6 u 8 veces el espesor de la capa material. Se divide la muestra aplanada en cuatro (4) partes iguales, utilizando una regla o tubo y se retiran dos partes diagonalmente opuestas, incluyendo el material más fino, usando una escoba o cepillo, si es necesario. El material, que queda se vuelve a mezclar tomando paladas alternativamente de cada una de las dos cuartas partes que quedaron. Se repite el proceso de cuarteo hasta que la muestra quede reducida al tamaño deseado. 2. Cuarteo de muestras que pesan entre 10 Kg. y 50 Kg.: Se deposita la muestra sobre la lona y se mezcla elevando alternativamente las esquinas de ésta, tirando hacia la muestra como si se tratara de doblar la lona diagonalmente. Se aplana y continúa el
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proceso como en el caso anterior.
Método B: 3. Cuarteo manual de muestras que pesan menos de 10 kg: Se coloca la muestra traída del campo sobre una superficie dura no absorbente, limpia y nivelada; se mezcla totalmente y se forma una pila cónica miniatura, con ayuda de un palustre o cucharón. Se aplana el cono apretándolo con el palustre. Una vez se logre un espesor uniforme y una figura regular, se cuartea el material cortándolo por diámetros normales entre sí para tener cuatro porciones iguales, de las cuales se descartan dos diagonalmente opuestas. Se repite el proceso hasta obtener la muestra del tamaño deseado. Método C: 4. Cuarteo Mecánico: Se utiliza para cuartear suelos finos y gruesos y áridos finos y gruesos. La muestra que llega del campo una vez se encuentre a las condiciones de humedad adecuadas, se coloca en una bandeja plana o en la tolva del cuarteador distribuida uniformemente de extremo a extremo, de forma que el material cuando pase por los ductos caiga aproximadamente en igual cantidad por cada uno. La rata a la cual se descarga el material debe ser tal, que permita el flujo libre a través de los ductos sin obstrucciones hasta los recipientes. El material de un recipiente, nuevamente se descarga a través del cuarteador y se reserva el del otro para obtener muestras para otros ensayos. Repítase el proceso tantas veces como sea necesario para obtener la muestra del tamaño deseado (Ver Figura 2.4). Informe: a) Para el proyecto se realizó el Método A: Cuarteo de muestras que pesan más de 50 Kg., como se ve en la Figura 2.3.
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Fig. 2.3. Método A: Cuarteo de muestras que pesan más de 50 Kg.
b) Para obtener muestras cuarteadas de menor tamaño se usó el Procedimiento con Cuarteador Metálico o Mecánico, como se ve en la Figura 2.4.
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Fig. 2.4. Procedimiento con Cuarteador Metálico o Mecánico.
2.2.2.5. Preparación en Seco de Muestras de Suelo para Análisis Granulométrico y Determinación de las Constantes Físicas (S0204) (ASTM D421 ASTM D2217 AASHTO T87)
Objeto: Este método se refiere a la preparación en seco de las muestras de suelos, tal como se reciben del terreno para el análisis granulométrico y para la determinación de las constantes del suelo, cuando se necesite conocer estas características de muestras secadas al aire, o cuando se sabe que el sistema de secado no influye sobre los resultados.
Equipos y Materiales: 1. Balanza con precisión de 0,1 gr. 2. Mortero y su pisón forrado en caucho para disgregar las partículas del suelo.
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3. Tamices de: 4,75 mm (No. 4) 2,0 mm (No. 10) 425 µm (No. 40) 75 µm (No. 200) 4. Cuarteador de muestras
Selección de Muestras: Las muestras del suelo tal como se reciben del terreno, deben ser secadas completamente en el aire (o en el horno a una temperatura no mayor de 38 °C (100 °F)). Los grumos o terrones deben ser entonces disgregados completamente en el mortero con un pisón forrado en caucho. Una muestra representativa de la cantidad requerida para ejecutar los ensayos deseados será entonces seleccionada por el método de cuarteo S0202. Las cantidades del material requerido para ejecutar los ensayos individuales son las siguientes: 5. Análisis granulométrico: De los materiales que pasan el tamiz de 2 mm (No.10) se requieren las siguientes cantidades para el análisis mecánico: 115 g para suelos arenosos y 65 g para suelos limosos o arcillosos. 6. Ensayos para determinar constantes de los suelos: Para los ensayos físicos se requiere material que pasa el tamiz de 425 µm (No.40) en una cantidad de 220 g distribuidos como sigue: a) Límite líquido
100 g
b) Límite plástico
15 g
c) Humedad centrífuga equivalente
10 g
d) Factores de contracción
30 g
e) Ensayos de comprobación
65 g
Preparación de las Muestras para los Ensayos: La porción de la muestra secada al aire y seleccionada para el propósito de los ensayos debe ser pesada, anotándose dicho valor como el peso de la muestra total de ensayo sin corrección de la humedad higroscópica. La muestra de ensayo debe separarse sobre el tamiz de 2 mm (No.10).
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La porción retenida en dicho tamiz deberá ser apisonada en el mortero para disgregar los grumos o terrones. Los suelos así desintegrados serán separados entonces en dos fracciones, tamizándolos en el tamiz de 2 mm (No.10). La fracción retenida después del segundo tamizado será lavada para sacarle los materiales finos, secados y pesados. Este peso será anotado como el peso del material grueso. El material grueso, después de ser lavado y secado, será tamizado en el tamiz de 4,75 mm (No.4) anotándose el peso retenido en éste.
Muestras para el Ensayo del Análisis Granulométrico:
La fracción que pasa el tamiz de 2 mm (No.10) en ambas operaciones de tamizado será completamente mezclada y cuarteada para tomar una porción aproximadamente de 115 g para suelos arenosos y aproximadamente de 65 g para suelos limosos o arcillosos para el análisis mecánico. Muestras para Ensayos de las Constantes de Suelos: La porción sobrante del material que pasa el tamiz de 2 mm (No.10) será entonces separada tamizándola con el tamiz de 425 µm (No.40). La fracción retenida en dicho tamiz no será usada. La fracción que pasa el tamiz de 425 µm (No.40) será utilizada para la determinación de las constantes físicas de suelo. Informe: a) Para el proyecto se tomó muy en cuenta las recomendaciones de cantidades de material necesario para cada ensayo de suelos realizado en posteriores incisos.
2.2.2.6. Determinación en Laboratorio del Contenido de Agua (Humedad) de Suelo, Roca y Mezclas de Suelo-Agregado (S0301) (ASTM D2216)
Objeto: Este método cubre la determinación de laboratorio del contenido de agua (humedad) de suelo, roca, y mezclas de suelo-agregado por peso. Por simplicidad, de aquí en adelante,
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la palabra "material" se refiere a suelo, roca o mezclas de suelo-agregado, la que sea aplicable. El contenido de agua del material se define como la relación, expresada en porcentaje, entre la masa de agua que llena los poros o "agua libre", en una masa de material, y la masa de las partículas sólidas de material. Este método no da resultados verdaderamente representativos para materiales que contengan cantidades significativas de haloisita, montmorillonita, o minerales de yeso; suelos altamente orgánicos o materiales en los cuales el agua de los poros contiene sólidos disueltos (como sales en el caso de depósitos marinos). Para los materiales antes mencionados, un método modificado de ensayo o el cálculo previo de algunos datos pueden ejecutarse para obtener resultados consistentes con el propósito de este método. Uso y Significado: Para muchos tipos de suelo, el contenido de agua es una de las propiedades índices más significativas, que se emplea para establecer una correlación entre el comportamiento de dicho suelo y otras propiedades índices. El contenido de agua de un suelo se usa en casi todas las ecuaciones que expresan las relaciones de fase entre aire, agua y sólidos, en un volumen dado de material. En suelos de grano fino (cohesivos), la consistencia depende de su contenido de agua. El contenido de agua de un suelo, junto con sus límites líquidos y plástico, son usados para expresar su consistencia relativa, o índice de liquidez. El término "agua" como se usa en Ingeniería Geotécnica, se asume típicamente como el agua de "poros" o agua "libre" y no aquél que está hidratando las superficies minerales (agua de constitución). Por lo tanto, el contenido de agua de materiales que tienen cantidades significativas de agua hidratada, (agua de constitución), a temperatura ambiente o menor de 110°C (230°F) puede ser engañoso. El término de "partículas sólidas" como se usa en Ingeniería Geotécnica, se asume típicamente como las partículas minerales que se encuentren en su estado natural que no son fácilmente solubles en agua. Por lo tanto, el contenido de agua de los materiales que contienen materias extrañas (como cemento), materiales solubles en agua (como sal) y materia altamente orgánica, normalmente requieren de un tratamiento especial, o de una
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definición calificada del contenido de agua.
Equipo y Materiales: 1. Horno Controlado termostáticamente, preferiblemente del tipo de corriente de aire y que mantenga una temperatura uniforme de 110 ± 5°C (230 ± 9°F) en toda la cámara de secado. 2. Balanzas Que tengan una precisión de ± 0.01 g para muestras que tengan un peso de 200 g o menos; ± 0.1 g para muestras que tengan un peso entre 200 y 1000 g, y ± 1 g para muestras que tengan un peso mayor a 1000 g. 3. Recipientes Vasijas apropiadas hechas de un material resistente a la corrosión y a cambios en su peso al ser sometidas a repetidos calentamientos y enfriamientos, y a operaciones de limpieza. Para muestras con peso menor o próximo a 200 g, se usarán recipientes con tapas de cierre hermético; mientras que para muestras de peso mayor que 200 g se usarán recipientes sin tapa (Nota 1). Se necesita un recipiente para cada determinación del contenido de agua. Nota 1: El propósito de las tapas de cierre hermético es doble: prevenir las pérdidas de humedad de las muestras antes del pesaje inicial y para evitar la absorción de humedad proveniente de la atmósfera después del secado y antes del pesaje final. Preparación de la Muestra: 4. Muestras Manténganse las muestras que estén almacenadas, antes del ensayo, en recipientes no corrosivos, herméticos, a una temperatura entre 3 y 30°C y en un área, en la que no tengan contacto directo con la luz solar (cuarto oscuro). La determinación del contenido de agua, deberá hacerse tan pronto como sea posible, después de la preparación de la muestra, especialmente si se usan recipientes potencialmente oxidables (como tubos de acero de pared delgada, latas de pintura, etc.). 5. Espécimen de Ensayo
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a) Para la determinación del contenido de agua, hecho en conjunto con otros ensayos, el método de selección de la muestra está gobernado por el ensayo más elaborado. b) La manera como se selecciona dicha muestra y el peso requerido, básicamente dependen del propósito (aplicación) del ensayo, del tipo de material que está siendo probado, y del tipo de muestra. En todos los casos, sin embargo, una porción representativa de la muestra total debe ser seleccionada. Si un suelo está estratificado o se encuentra más de un tipo de suelo, selecciónese una porción promedio o porciones individuales o ambas, y especifíquese en el informe de resultados cual porción fue utilizada. Para suelos gruesos, selecciónese la muestra del material después de que éste haya sido mezclado completamente. El peso del material húmedo escogido debe responder a la Tabla 2.7.
Tabla 2.7. Peso de la Muestra Humedad.
Para muestras pequeñas, selecciónese una porción representativa de acuerdo con el siguiente procedimiento: Para suelos no cohesivos, mézclese completamente el material, luego selecciónese un espécimen de prueba que tenga un peso de material húmedo de acuerdo con la tabla anterior (Véase Nota 2). Para suelos cohesivos, remuévase aproximadamente 3 mm de material del perímetro expuesto de la muestra y secciónese éste a la mitad (para ver si el material está estratificado) antes de seleccionar el espécimen de muestra. Si el suelo está estratificado (véase 5 b) la masa del material húmedo seleccionado no debe ser menor de 25 g; o debe estar de acuerdo con la Tabla 2.5., si se notan partículas de grano grueso (Nota 2). c) Usar una muestra de ensayo, más pequeña que el mínimo peso indicado previamente, requiere discreción. Sin embargo, esto puede ser adecuado para el propósito del
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ensayo. Si una muestra tiene un peso menor que aquél previamente indicado, el hecho debe ser registrado en el informe de resultados. Nota 2: En muchos casos, cuando se está trabajando con una muestra pequeña que contiene una cantidad relativamente grande de partículas de grano grueso, es apropiado no incluir estas partículas en el espécimen de prueba. Si esto ocurre, se debe anotar en el informe de resultados. Procedimiento: a) Escójase una muestra de ensayo representativa de acuerdo con el punto 4. b) Colóquese la muestra húmeda en un recipiente limpio, seco, de peso conocido (Nota 3); colóquese la tapa firmemente en posición, y determine el peso del recipiente y la muestra de material usando una balanza apropiada. Anótense los valores. c) Remuévase la tapa y colóquese el recipiente con el material húmedo en un horno, manteniendo la temperatura a 110 ± 5°C (230 ±9°F) y séquese hasta obtener peso constante. (Notas 4, 5 y 6) Nota 3: Para facilitar el secado al horno de muestras de ensayo muy grandes, éstas deben ser colocadas en recipientes que tengan un área superficial amplia (como una bandeja) y el material separado en pequeños grupos. Nota 4: El tiempo requerido para obtener un peso constante variará dependiendo del tipo del material, tamaño de la muestra, tipo del horno, su capacidad, y otros factores. La influencia de estos factores generalmente puede establecerse con un buen juicio, y experiencia con los materiales que se están ensayando y el aparato que se está usando. En la mayoría de los casos, el secado de una muestra durante la noche (16 horas), es suficiente. En los casos donde existan dudas concernientes a lo adecuado del procedimiento de secado, éste debe conducirse hasta que el peso, después de dos períodos de secamiento consecutivos (mayores de 1/2 h) indique un cambio insignificante (menor al 0.1%). Las muestras de arena, se pueden frecuentemente secar a un peso constante después de periodos de 4 horas, cuando se usa un horno de corriente de aire forzada. Nota 5: Del secado en horno a 110 ± 5°C (230 ± 9°F) no siempre resultan valores del contenido de agua relacionados al uso que pretende dársele o la definición básica, especialmente para materiales que contienen yeso u otros minerales que incluyan una cantidad significativa de agua hidratada (agua de constitución), o para suelos
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que contienen cantidades significativas de materia orgánica. En muchos casos, y dependiendo del uso que se pretende dar a estos materiales, puede ser mejor mantener el horno de secado a una temperatura de 60 ± 5°C (140 ± 9°F) o usar un secador de vacío a una presión de vacío de 133Pa (10 mm de Hg) y a una temperatura que varíe entre 23 y 60 °C (73 y 140°F). Si se usa cualquiera de estos métodos de secado, se debe anotar en el informe de resultados. Nota 6: Ya que algunos materiales secos pueden absorber humedad de especímenes húmedos, dichos materiales deben removerse antes de colocar aquellos en el horno. Sin embargo, este requerimiento no será necesario si los especímenes secos van a permanecer en el horno por un período de secado adicional de 16 horas. d) Después que el material se haya secado a peso constante, remuévase el recipiente del horno y colóquese la tapa. Permítase que el material y el recipiente se enfríen a la temperatura ambiente, o hasta que el recipiente pueda ser manejado fácilmente con ambas manos y la operación de pesaje no esté afectada por corrientes convectivas. Determínese el peso del recipiente y de la muestra secada en el horno usando la misma balanza que usó en b.). Consérvese este valor. Si el recipiente no tiene tapa, pésese el material inmediatamente para que la temperatura del recipiente sea tal que la operación del pesaje no sea afectada por corrientes convectivas o después de enfriarlo en un secador. Nota 7: El enfriamiento en secador es recomendable ya que esto previene absorción de humedad proveniente de la atmósfera durante dicho proceso. Cálculos: Calcúlese el contenido de agua de la muestra así: w = ((W1 – W2) / (W2 – Wc)) x100 = (Ww / Ws) x100 Dónde: w = Contenido de agua %. W1= Peso del recipiente y del espécimen húmedo, g. W2= Peso del recipiente y del espécimen seco, g.
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Wc= Peso del recipiente, g. Ww=Peso del recipiente, g. Ws= Peso de las partículas sólidas, g. Observaciones: Los siguientes errores posibles causarían determinaciones imprecisas de la humedad. a) Muestra demasiado pequeña: mientras más grande es la muestra, más precisa es la determinación, debido a que se usan pesos mayores. b) Pérdida de humedad antes del pesado de la muestra húmeda: aún en el recipiente cubierto, la muestra puede perder una cantidad significativa de agua, a menos que la pesada se realice pronto. c) La muestra se saca del horno antes de obtener la condición de peso constante. d) Ganancia de humedad antes de que la muestra secada al horno se haya pesado. e) Pesar la muestra secada al horno cuando aún está caliente. La precisión de una balanza sensible puede ser afectada, por estar caliente la muestra y/o el recipiente al realizar la pesada. f) Peso incorrecto del recipiente. g) Temperatura incorrecta del horno.
Informe: a) La Tabla 2.8, muestra los resultados de verificación del contenido de humedad natural y humedad higroscópica del suelo predominante a lo largo del tramo de proyecto (Ver ANEXO C).
RESULTADOS DEL CONTENIDO DE HUMEDAD) (S0301) (ASTM D2216) TIPO DE HUMEDAD HUMEDAD (%)
HIGROSCOPICA 0,36
NATURAL 1,32
ESPECIFICACIONES N-CMT-4-02-003/04 MINIMA -
MAXIMA 1
Tabla 2.8. Contenido de Humedad Natural y Humedad Higroscópica del Suelo Predominante.
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b) Además el material pétreo cumple lo especificado por la Norma Mexicana N·CMT·4·02·003/04 de la Secretaria de Comunicaciones y Transportes (S.C.T.), para contenido de humedad natural y humedad higroscópica de la Tabla 2.6 del CAPITULO 2, por lo tanto es apto para reciclado con emulsión asfáltica (Ver Figura 2.5).
Fig. 2.5. Horno Controlado Termostáticamente para el Secado de Muestras.
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2.2.2.7. Determinación del Límite Líquido de los Suelos (S0304) (ASTM D4318 AASHTO T89)
Objeto: Este método establece el procedimiento para determinar el límite líquido de los suelos, mediante la máquina Casagrande. Definición: El límite Líquido, es la humedad, expresada como porcentaje de la masa de suelo seco en horno, de un suelo re moldeado en el límite entre los estados líquido y plástico. Corresponde a la humedad necesaria para que una muestra de suelo re moldeada, depositada en la taza de bronce de la máquina Casagrande y dividida en dos porciones simétricas separadas 2 mm entre sí, fluya y entren en contacto en una longitud de 10 mm, aplicando 25 golpes. Equipo y Materiales: 1. Plato de Evaporación: Debe ser de porcelana, acero inoxidable, bronce o aluminio, con un diámetro de aproximadamente 120 mm. 2. Espátula: Debe contar con una hoja flexible de aproximadamente 75 mm de largo y 20 mm de ancho. 3. Aparato de Límite Líquido (Máquina Casagrande): Taza de bronce con una masa de 200 ± 20 g, montada en un dispositivo de apoyo fijado a una base de plástico duro de una resiliencia tal que una bolita de acero de 8 mm de diámetro, dejada caer libremente desde una altura de 25 cm, rebote entre un 75 y un 90%, (Figura 2.6). 4. Acanalador: Combinación de acanalador y calibre, construido de acuerdo con el plano y dimensiones de la figura de la Figura 2.7. 5. Cápsulas para Secado: Debe ser de aluminio, bronce o acero inoxidable. 6. Balanza: La balanza debe tener una precisión de 0,01 g.
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7. Probeta Graduada: La probeta debe tener una capacidad mínima de 25 ml. 8. Horno Provisto de circulación de aire y temperatura regulable capaz de mantener la temperatura a 60 ± 5°C. Nota 1: No se debe ocupar la superficie inferior del horno para el secado de muestras, pues ésta se encuentra siempre a una temperatura superior a la fijada. Nota 2: Se recomienda para una mayor velocidad de secado el uso de hornos con convección forzada.
Ajuste y Control del Aparato de Límite Líquido: 9. Ajuste de la Altura de Caída de la Taza: Gire la manivela hasta que la taza se eleve a su mayor altura. Utilizando el calibrador de 10 mm (adosado al ranurador), verifique que la distancia entre el punto de percusión y la base sea exactamente de 10 mm. De ser necesario, afloje los tornillos de fijación y mueva el de ajuste hasta obtener la altura de caída requerida. Si el ajuste es correcto se escuchará un ligero campanilleo producido por la leva al golpear el tope de la taza; si la taza se levanta por sobre el calibre o no se escucha ningún sonido, realice un nuevo ajuste. 10. Verificaciones Adicionales: a) No debe producirse juego lateral por desgaste entre la taza y el pasador que la sostiene. b) Los tornillos que conectan la taza con el apoyo deben estar apretados. c) El desgaste de la taza no debe sobrepasar la tolerancia de masa especificada en 3. d) El diámetro de la huella del punto de percusión en la base no debe exceder 15 mm. Cuando esto ocurra, pula la base, verificando que se mantiene la resiliencia especificada en 3. e) El desgaste del ranurador no debe sobrepasar las tolerancias dimensionales especificadas en la figura de la Figura 2.5. 11. Antes de cada ensaye verifique que la base y la taza estén limpias y secas. Preparación de la Muestra de Ensaye:
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12. Extraiga por cuarteo una muestra representativa de un tamaño tal que asegure una masa mínima de ensaye de 500 g de material bajo tamiz 0,425 mm (N° 40). 13. Desmenuce los terrones con mortero, sin reducir el tamaño natural de las partículas individuales. 14. Seque la muestra al aire o en horno a una temperatura que no exceda de 60°C. 15. Distribuya de la siguiente forma la masa mínima de ensaye obtenida en 12. Límite Líquido 160 g. Límite Plástico 40 g. Límite de Contracción 100 g. Ensayes de control 200 g. Acondicionamiento de la Muestra: 16. Coloque la muestra en el plato de evaporación; agregue agua destilada y mezcle completamente mediante la espátula. Continúe la operación durante el tiempo y con la cantidad de agua destilada necesarios para asegurar una mezcla homogénea. 17. Cure la muestra durante el tiempo necesario para que las fases líquida y sólida se mezclen homogéneamente. El tiempo de curado de las muestras depende del grado de plasticidad del suelo, para lo cual existe la siguiente clasificación:
Suelos de alta plasticidad: ≥ 24 h
Suelos de plasticidad media: ≥ 12 h
Suelos de baja plasticidad: ≥ 1 h
Procedimiento de Ensaye: 18. Coloque el aparato de límite líquido sobre una base firme. 19. Coloque en la taza una porción de la muestra acondicionada utilizando una espátula; la masa de suelo deberá colocarse centrándola en el punto de apoyo de la taza con la base. 20. Moldee la masa de suelo con la espátula hasta obtener la forma indicada en la figura de la Lámina 8.102.3 B, evitando incorporar burbujas de aire en la mezcla. 21. Enrase y nivele a 10mm en el punto de máximo espesor. 22. Reincorpore el material excedente al plato de evaporación.
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23. Divida la pasta de suelo, pasando el acanalador cuidadosamente a lo largo del diámetro que pasa por el eje de simetría de la taza, de modo que se forme una ranura clara y bien delineada de las dimensiones especificadas. Pase el acanalador, manteniéndolo perpendicular a la superficie interior de la taza; en ningún caso debe existir desprendimiento de la pasta del fondo de la taza; si ello ocurre, retire todo el material y reinicie el procedimiento. La formación de la ranura se debe lograr con el mínimo de pasadas, limpiando el acanalador después de cada pasada. 24. Gire la manivela levantando y dejando caer la taza con una frecuencia de dos golpes por segundo, hasta que las paredes de la ranura entren en contacto en el fondo del surco a lo largo de un tramo de 10 mm.; si el cierre de la ranura es irregular, descarte el resultado. Registre el número de golpes obtenido (N). 25. Retire aproximadamente 10 g del material que se junta en el fondo del surco; colóquelo en una cápsula de secado y determine su humedad (w), de acuerdo con el Método S0301. 26. Transfiera el material que quedó en la taza al plato de evaporación; lave y seque la taza y el ranurador. 27. Continúe batiendo con la espátula la pasta de suelo que quedó en el plato de evaporación para obtener un secado homogéneo. Repita las operaciones precedentes desde 20 en adelante, para dar origen a un nuevo punto. Nota 3: El ensaye se debe realizar desde la condición más húmeda a la más seca; en ningún caso se debe rehumedecer la pasta de suelo. 28. El ensaye requiere de al menos cinco puntos para el trazado de la curva de fluidez. Nota 4: Se recomienda que los puntos seleccionados se encuentren en el rango de 10 a 45 golpes.
Cálculos: 29. Calcule y registre la humedad de cada determinación (w), de acuerdo con el método definido anteriormente para determinar el contenido de humedad. 30. Construya un gráfico semilogarítmico, con la humedad (w) como ordenada en escala aritmética y el número de golpes (N) como abscisa en escala logarítmica.
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31. Dibuje los puntos correspondientes a los resultados de cada una de las cinco (o más) determinaciones efectuadas y construya una recta (curva de fluidez) que pase tan aproximadamente como sea posible por los puntos. Para los casos que se requiera la determinación del límite líquido de los suelos fundamentalmente plásticos, existen varios métodos, el primero que es mediante la determinación del contenido de humedad de un punto, y mediante la aplicación de la ecuación:
𝑊𝐿 = (
𝑁 0,121 ) ×𝑤 25
Dónde: N: número de golpes y w es contenido de humedad. Para los casos que se tengan cinco puntos (lo mínimo que se debe exigir son 3), deberán considerarse dos puntos que contengan la suficiente humedad para que el número de golpes sea menor a 25, y los otros dos puntos con contenidos de humedad de manera de obtener un número de golpes mayor a los 25.
32. Exprese el Límite Líquido (LL) del suelo como la humedad correspondiente a la intersección de la curva de fluidez con la abscisa de 25 golpes, aproximando a un decimal. Nota 5: Más adelante en el ANEXO C se incluye un formato tipo de ficha de ensaye de Límites de Atterberg, en el cual se registrarán los resultados obtenidos en las determinaciones de Límite Líquido, Límite Plástico e Índice de Plasticidad.
Informe: a) El ensayo de verificación para el proyecto se realizó con el aparato de Casagrande eléctrico con contador de la Figura 2.6. b) Los resultados obtenidos en las determinaciones de límite líquido del suelo predominante del tramo se muestran en la Tabla 2.9, cumpliendo con la Norma
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Mexicana N·CMT·4·02·003/04 de la Secretaria de Comunicaciones y Transportes (S.C.T.). c) Para el cálculo detallado del límite líquido (Ver la planilla del ANEXO C).
RESULTADOS DE LÍMITE LÍQUIDO (S0304) (ASTM D4318 AASHTO T89) LIMITE LIQUIDO (%)
20,52
ESPECIFICACIONES N-CMT-4-02-003/04 MINIMA
MAXIMA
-
30
Tabla 2.9. Resultados del Límite Líquido del Suelo predominante del Proyecto.
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Fig. 2.6. Aparato de Límite Líquido (Aparato de Casagrande Eléctrico con Contador).
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Fig. 2.7. Sección de la Ranura en la Pasta de Suelo antes y después del Ensaye Acanaladores.
2.2.2.8. Determinación del Límite Plástico e Índice de plasticidad (S0305) (ASTM D4318 AASHTO T90)
Objeto: Este método establece el procedimiento para determinar el Límite Plástico y el Índice de Plasticidad de los suelos. Definición: 1. Límite Plástico: Humedad expresada como porcentaje de la masa de suelo seco en horno, de un suelo re moldeado en el límite entre los estados plástico y semisólido. Corresponde a la humedad necesaria para que bastones cilíndricos de suelo de 3mm de diámetro se disgreguen en trozos de 0,5a 1cm de largo y no puedan ser re amasados ni reconstituidos. Equipo y Materiales:
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2. Plato de evaporación: Debe ser de porcelana, acero inoxidable, bronce o aluminio, con un diámetro de 120 mm aproximadamente. 3. Espátula: Debe tener una hoja flexible de aproximadamente 75 mm de largo y 20 mm de ancho. 4. Superficie de amasado: Placa de vidrio esmerilado de 20 x 20 cm. 5. Cápsulas para secado: Deben ser de aluminio, bronce o acero inoxidable. 6. Balanza: Debe tener una precisión de 0,01 g. 7. Probeta graduada: Debe tener una capacidad mínima de 25 ml. 8. Patrón de comparación: Alambre o plástico de 3 mm de diámetro. 9. Horno: Debe tener circulación de aire y temperatura regulable, capaz de mantener una temperatura de 60 ± 5 ºC. Extracción y Preparación de la Muestra: Preparación de la Muestra: 10. Extraiga, por cuarteo, una muestra representativa de un tamaño que asegure una masa mínima de ensaye de 500g de material bajo tamiz 0,425mm (Nº 40). 11. Desmenuce los terrones con mortero, sin reducir el tamaño natural de las partículas individuales. 12. Seque la muestra al aire o en horno a una temperatura que no exceda de 60ºC. 13. La masa mínima de ensaye, obtenida en 10 debe distribuirse como sigue:
Límite Líquido 60g
Límite Plástico 40g
Límite de Contracción 100g
Ensayes de Control 200g
Acondicionamiento de la Muestra:
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14. Coloque la muestra en el plato de evaporación; agregue agua destilada y mezcle completamente mediante la espátula. Continúe la operación durante el tiempo y con la cantidad de agua destilada necesarios para asegurar una mezcla homogénea. 15. Cure la muestra durante el tiempo necesario para que las fases líquida y sólida se mezclen homogéneamente. El tiempo de curado de las muestras depende del grado de plasticidad del suelo, existiendo la siguiente clasificación:
Suelos de alta plasticidad: ≥ 24 h
Suelos de plasticidad media: ≥ 12 h
Suelos de baja plasticidad: ≥ 1 h
16. Una vez curado el material, reduzca la humedad si es necesario mediante revoltura con la espátula, hasta que la pasta se vuelva suficientemente plástica para moldearla como una esfera. Procedimiento: 17. Tome una porción de la muestra de ensaye acondicionada de aproximadamente 1 cm3. 18. Amase la muestra entre las manos; luego hágala rodar sobre la superficie de amasado, ejerciendo una leve presión con la palma de la mano hasta conformar un cilindro. 19. Cuando el cilindro alcance un diámetro de aproximadamente 3 mm, doble, amase nuevamente y vuelva a conformar el cilindro. 20. Repita la operación, manteniendo la velocidad y la presión de amasado, hasta que el cilindro se disgregue al llegar a un diámetro de aproximadamente 3 mm, en trozos del orden de 0,5 a 1 cm de largo y no pueda ser re amasado ni reconstituido. 21. Reúna las fracciones del cilindro disgregado y colóquelas en una cápsula de secado, previamente tarada. Determine y registre la humedad (w) de acuerdo con el Método S0301, aproximando a un decimal. 22. Repita las anteriores etapas con dos porciones más de la muestra de ensaye. Cálculos: 23. Calcule el Límite Plástico (LP) como el promedio de las tres determinaciones efectuadas sobre la muestra de ensaye, aproximando a un decimal. Las determinaciones no deben diferir entre sí en más de dos puntos; cuando no se cumpla esta condición, repita todo el ensaye.
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24. Calcule el Índice de Plasticidad (IP) del suelo de acuerdo con la fórmula siguiente:
IP = LL - LP Dónde: IP: Índice de Plasticidad del suelo (%). LL: Límite Líquido del suelo (%). LP: Límite Plástico del suelo (%).
25. Cuando no pueda determinar uno de los dos límites (LL o LP), o la diferencia resulte negativa, informe el Índice de Plasticidad como NP (no plástico). 26. Calcule el Índice Líquido (IL) del suelo de acuerdo con la fórmula siguiente:
𝐼𝐿 =
𝑊 − 𝐿𝑃 𝐿𝑃
Dónde: IL: Índice Líquido del suelo. w: Humedad natural del suelo (%). LP: Límite Plástico del suelo (%). IP: Índice de Plasticidad del suelo (%).
27. Calcule el Índice de Consistencia (IC) del suelo de acuerdo con la fórmula siguiente:
𝐼𝐶 =
𝐿𝐿 − 𝑊 𝐼𝑃
Dónde: IC: Índice de Consistencia del suelo.
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LL: Límite Líquido del suelo (%). W: Humedad natural del suelo (%). IP: Índice de Plasticidad del suelo (%).
Precisión: Repetitividad: Dos resultados obtenidos por un mismo operador sobre la misma muestra, en el mismo laboratorio, usando los mismos aparatos y en días diferentes, se deben considerar dudosos si difieren en más de un 10% del promedio de ambos. Reproducibilidad Dos resultados obtenidos por operadores diferentes, en laboratorios diferentes, se considerarán dudosos si difieren en más de 18% de su promedio. Registro de Resultados: En el
ANEXO C se presenta un formato tipo de ficha de ensaye para registrar los
resultados de límite líquido, límite plástico e índice de plasticidad.
Informe: a) Los resultados obtenidos del ensayo de verificación del límite plástico, índice plástico e índice de consistencia del suelo predominante del tramo se muestran en la Tabla 2.10, cumpliendo con la Norma Mexicana N·CMT·4·02·003/04 de la Secretaria de Comunicaciones y Transportes (S.C.T.).
RESULTADOS LÍMITE PLÁSTICO, ÍNDICE PLÁSTICO E ÍNDICE DE CONSISTENCIA (S0305) (ASTM D4318 AASHTO T90) LIMITE PLASTICO (%) INDICE PLASTICO (%) INDICE DE CONSISTENCIA
15,18 5,34 3,60
ESPECIFICACIONES N-CMT-4-02-003/04 MINIMA -
MAXIMA 6 -
Tabla 2.10. Resultados del Límite Plástico del Suelo predominante del Proyecto.
b) Para el cálculo detallado del límite plástico (Ver la planilla del ANEXO C), también (Ver Figura 2.8).
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Fig. 2.8. Amasado de Cilindros de 3mm, para la Obtención del Límite Plástico.
2.2.2.9. Relaciones de Peso Unitario – Humedad en los Suelos – Método Modificado (S0403) (ASTM D422 AASHTO T180)
Objeto: Este método establece el procedimiento para determinar la relación entre la humedad y la densidad de un suelo, compactado en un molde normalizado, mediante un pisón de 4,5 Kg. En caída libre, desde una altura de 460 mm, con una energía específica de compactación de 2,67 J/cm³ (≈ 27,2 kgf cm/cm³). En suelos que no permiten obtener una curva definida de relación humedad/densidad y que contengan menos de un 12% de partículas menores que 0,08 mm (≈ ASTM N° 200), se debe determinar la densidad de acuerdo con el Método para Determinar la Densidad Relativa en Suelos No Cohesivos. Se describen cuatro procedimientos alternativos: a) Método A - molde de 100mm de diámetro: suelo que pasa por el tamiz de 4,7 5mm (Nº
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4). b) Método B - molde de 150mm de diámetro: suelo que pasa por el tamiz de 4,75mm (Nº 4). c) Método C - molde de 100mm de diámetro: suelo que pasa por el tamiz de 19mm (3/4’’). d) Método D – molde de 150mm de diámetro: suelo que pasa por el tamiz de 19mm (3/4’’). El método por emplear debe indicarse en las especificaciones para el material que debe ensayarse. Si no se especifica debe regirse por las indicaciones del método D.
Equipos y Materiales: 1. Moldes Metálicos: Deben tener forma cilíndrica; pueden estar constituidos por una pieza completa o hendida por una generatriz o bien por dos piezas semicilíndricas ajustables. El molde debe tener un collar separable de aproximadamente 60mm de altura. El conjunto de molde y collar debe estar construido de modo que pueda ajustarse firmemente a una placa base. Optativamente puede estar provisto de un dispositivo para extraer las muestras compactadas en el molde (extrusor). Los moldes deben tener las dimensiones y capacidad volumétrica que se indican: a) Molde de 100mm de diámetro nominal, con capacidad (V) de 0,944 ± 0,008 l, un diámetro interno de 101,6 ± 0,4mm y altura de 116,4 ± 0,1mm (Figura 2.9). b) Molde de 150mm de diámetro nominal, con capacidad (V) de 2,124 ± 0,021 l, un diámetro interno de 152,4 ± 0,7mm y altura de 116,4 ± 0,1mm (Figura 2.10). 2. Pisón Metálico: Debe tener una cara circular de 50 ± 0,2 mm de diámetro y una masa de 4.500 ± 10g. Debe estar equipado con una guía tubular para controlar la altura de caída de 460 ± 2 mm. La guía debe tener a lo menos cuatro perforaciones no menores que 10 mm ubicadas a 20 mm de cada extremo, separadas en 90° entre sí y dejar una holgura suficiente para no restringir la libre caída del pisón. Nota 1: Se pueden emplear otros tipos de pisón siempre que se obtenga la misma energía específica de compactación y siempre que se calibre con varios tipos de suelo de modo de obtener los mismos resultados de relación humedad/densidad. 3. Probetas Graduadas: Una de 500 cm³ de capacidad, graduada a 5 cm³ y otra de 250 cm³ de capacidad,
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graduada a 2,5 cm³. 4. Balanzas: Una de 10Kg. de capacidad y una precisión de 5 g y otra de 1 Kg. de capacidad y una precisión de 0,1g. 5. Horno: De temperatura regulable y circulación de aire. 6. Regla de Acero De 300mm de largo y con un canto biselado. 7. Tamices Tejidos de alambre, de abertura cuadrada de 50 mm (2’’), 19 mm (3/4’’) y 4,75 mm (Nº 4) de abertura nominal. 8. Herramientas Herramientas y paila para mezclado, cuchara, llana, espátula, etc., o un dispositivo mecánico para mezclado. Calibración del Molde: 9. Pese y registre la masa del molde vacío sin collar (mm), aproximando a 1 g. 10. Determine la capacidad volumétrica del molde como sigue: a) Coloque glicerina u otro material impermeabilizante en la unión entre el cilindro y la placa base y ajústelos firmemente sin el collar. b) Coloque el molde sobre una base firme, plana y horizontal. c) Llene el molde con agua a temperatura ambiente y enrase con una placa de vidrio, eliminando burbujas de aire y el exceso de agua; d) Determine la masa de agua que llena el molde (mw) aproximando a 1 g. e) Mida la temperatura del agua y determine su densidad (w) de acuerdo con la Tabla 2.11., interpolando si fuere necesario.
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Tabla 2.11. Densidad del Agua según Temperatura.
11. Determine y registre la capacidad volumétrica aproximando a 1 cm³ (1 ml), dividiendo la masa de agua que llena el molde por su densidad: V = mw/ w.
Extracción y Preparación de la Muestra:
Extracción de muestras: 12. Las muestras se deben obtener de acuerdo con lo indicado por la especificación técnica correspondiente, en el caso de controles de obra o lo indicado por el profesional responsable, en el caso de una prospección. Preparación de muestras: 13. Seque la muestra al aire o en horno a una temperatura menor que 60°C, hasta que se vuelva desmenuzable. Disgregue luego los terrones, evitando reducir el tamaño natural de las partículas. 14. Pase por el tamiz de 4,75 mm (Nº 4) para los métodos A y B y por el tamiz de 19 mm (3/4’’) para los métodos C y D, respectivamente. Descarte el material retenido. Nota 2: Si en el método D (molde de 150 mm) es conveniente mantener el porcentaje de material grueso (que pasa por el tamiz de 50 mm (2’’) y retenido en el tamiz de 4,75 mm (Nº4)) del material original, proceda como sigue: 15. Determine por tamizado el porcentaje de material que pasa por el tamiz de 50 mm (2’’) y es retenido en el tamiz de 19 mm (3/4’’). 16. Reemplace ese material por una masa igual de material que pasa por el tamiz de 19 mm (3/4’’) y es retenido en 4,75 mm (Nº4), tomada de la porción no utilizada del material original.
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Tamaño de la muestra de ensaye Del material preparado según 5, obtenga un tamaño de muestra de ensaye de acuerdo con la Tabla 2.12.
Tabla 2.12. Tamaño de la Muestra de Ensayo.
Acondicionamiento de la Muestra: 17. Homogenice el material de la muestra de ensaye y separe en cinco fracciones del tamaño indicado en la Tabla 2.12. 18. Mezcle completamente cada fracción por separado con agua suficiente para que las humedades alcanzadas por las cinco fracciones varíen aproximadamente dos puntos porcentuales entre sí y que se distribuyan próximas a la humedad óptima (wo). 19. Cure cada fracción durante el tiempo necesario para que las fases líquida y sólida se mezclen homogéneamente. Nota 3: En suelos de alta plasticidad este plazo no debe ser menor que 24 h. En suelos de plasticidad media bastará con 3 h y en los de plasticidad nula con 30 min. Procedimiento: 20. Coloque el molde con su collar sobre una base firme, plana y horizontal (tal como la provista por un cubo o cilindro de hormigón de 90 Kg. o más). 21. Llene el molde con una de las fracciones de muestra como sigue: a) Coloque una capa de material de aproximadamente un quinto de la altura del molde más el collar. b) Compacte la capa con 25 golpes de pisón, uniformemente distribuidos en el molde de 100 mm (Métodos A y C) y 56 golpes en el molde de 150 mm (métodos B y D). c) Repita cuatro veces las operaciones a) y b), escarificando ligeramente las superficies compactadas antes de agregar una nueva capa. Al compactar la última capa debe quedar un pequeño exceso de material por sobre el borde del molde. 22. Terminada la compactación, retire el collar y enrase cuidadosamente con la regla al
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nivel del borde del molde. Tape con material más fino los agujeros superficiales que resulten de la remoción de partículas gruesas en el enrasado. 23. Pese el molde con el suelo compactado. Reste la masa del molde para determinar la masa de suelo compactado que llena el molde (m). Registre, aproximando a 1 g. 24. Determine la densidad húmeda del suelo compactado (Pn) dividiendo la masa de suelo compactado que llena el molde por la capacidad volumétrica del molde:
𝑃𝑛 =
𝑚 𝑣
a) Registre aproximando a 10 Kg./m³. 25. Retire el material del molde y extraiga dos muestras representativas del suelo compactado. Coloque en recipientes herméticos y efectúe dos determinaciones como humedad del suelo compactado (w). 26. Repita las operaciones del 20 al f) con cada una de las fracciones restantes, hasta que haya un decrecimiento en la densidad húmeda del suelo, con un mínimo de cinco determinaciones. El ensaye se debe efectuar desde la condición más seca a la condición más húmeda.
Cálculos: 27. Densidad Seca: Calcule la densidad seca del suelo compactado para cada determinación, de acuerdo con la fórmula siguiente, aproximando a 10 Kg./m³.
𝜌𝑑 =
10𝜌ℎ 𝑤 + 100
Dónde: ρd : Densidad seca del suelo compactado (Kg./m³ ) ρh : Densidad húmeda del suelo compactado (Kg./m³) w : Humedad del suelo compactado (%).
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28. Relación Humedad – Densidad: a) Construya un gráfico con la densidad seca del suelo compactado en las ordenadas y la humedad en las abscisas. Nota 3: Se recomienda incluir en el gráfico la curva paramétrica correspondiente al 100% de saturación para la densidad de partículas sólidas del suelo ensayado, determinada según Método para Determinar la Densidad de Partículas Sólidas. b) Registre los puntos correspondientes a cada determinación y construya una curva conectando dichos puntos. c) Exprese la humedad óptima (wo) como la correspondiente al punto máximo de la curva. d) Exprese la densidad seca máxima (d máx.) como la correspondiente a la humedad óptima. Informe: a) Método empleado (Modificado T-180D) (Ver Figura 2.10 y Figura 2.11).
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Fig. 2.9. Molde 100mm de Diámetro Nominal.
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Fig. 2.10. Molde 150mm de Diámetro Nominal.
Fig. 2.11. Molde 150mm de Diámetro Nominal (Método Modificado T-180D).
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b) Humedad óptima y densidad seca máxima (Ver Tabla 2.13).
RESULTADOS COMPACTACIÓN PROCTOR MODIFICADO (S0403) (ASTM D422 AASHTO T180) DENSIDAD MAXIMA SECA [g/cm3] 2,230 8,33 Tabla 2.13. Humedad óptima y Densidad seca máxima. HUMEDAD OPTIMA [%]
c) Se retuvo el 15,53% de material en el tamiz de (3/4’’) o 19mm y se realizó su descarte por no ser muy representativo. 2.2.2.9.1. Determinación de la Relación de Soporte del Suelo en el Laboratorio (S0404) (CBR de Laboratorio) (ASTM D1883 AASHTO T193)
Objeto: a) Este método establece el procedimiento para determinar un índice de resistencia de los suelos, conocido como Razón de Soporte de California (CBR). El ensaye se realiza normalmente a suelos compactados en laboratorio, con la humedad óptima y niveles de energía variables. Nota 1: La denominación CBR se deriva de "California Bearing Ratio". b) Este método se utiliza para evaluar la capacidad de soporte de suelos de subrasante, como también de materiales empleados en la construcción de terraplenes, subbases, bases y capas de rodadura granulares. c) No obstante que originalmente el método fue diseñado para evaluar el soporte de suelos de tamaño máximo 3/4" (19 mm), el ensaye es aplicable a todos aquellos suelos que contengan una cantidad limitada de material que pasa por el tamiz de 50 mm (2’’) y es retenido en el tamiz de 19 mm (3/4’’). Nota 2: Cuando el tamaño máximo absoluto del material en estudio sea superior a 19 mm (3/4’’), el peso retenido en este tamiz se reemplazará por uno equivalente de material de la misma muestra que pasa por 19 mm (3/4’’) y es retenido en 4,75 mm (Nº 4). Equipos y Materiales:
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1. Prensa de Ensaye: Está conformada por un marco de carga con una capacidad mínima de 44,5 kN (10.000 lbf) y una gata mecánica capaz de desplazar una base metálica rígida a una velocidad uniforme y sin pulsaciones, de 1,27 mm/min., contra el pistón de penetración. Este último debe estar equipado con un dispositivo indicador de carga de una capacidad mínima de 26,7 kN (6.000 lbf), que permita registrar lecturas con una precisión mínima de 50 N. El pistón debe llevar, además, sujeto a él, un dial de penetración graduado en milésimas de pulgada (0,025 mm). Nota 3: Para bajos valores de CBR (inferiores a 5%), se recomienda el uso de dispositivos indicadores de carga con precisión mínima de 30 N. 2. Moldes: Metálicos, cilíndricos, con un diámetro interno de 152,4 ± 0,7 mm y una altura de 177,8 ± 0,5 mm. Deben tener un collar de extensión metálico de 50,8 mm de altura y una placa base metálica de 9,5mm de espesor con perforaciones de un diámetro menor o igual que 1,6 mm. 3. Disco Espaciador: Metálico, cilíndrico, con un diámetro de 150,8 ± 0,8 mm y una altura de 61,4 ±0,2 mm. 4. Pisón: Debe cumplir con lo especificado en la Tabla 2.14.
Tabla 2.14. Características del Pisón a Usar.
5. Aparato Medidor de Expansión (Hinchamiento):
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Compuesto por: a) Una placa metálica de 149,2 ± 1,6mm de diámetro, por cada molde. La placa debe tener perforaciones de un diámetro menor o igual que 1,6mm, y estar provista de un vástago ajustable de metal en el centro, con un sistema de tornillo y contratuerca que permita regular y fijar su altura. b) Un trípode metálico por cada molde, cuyas patas puedan apoyarse en el borde de éste, y que lleve montado en el centro un calibre comparador con indicador de dial, con precisión de lectura 0,025mm. El vástago debe desplazarse libremente y coincidir con el de la placa, de forma tal que permita controlar la posición de ésta y medir el hinchamiento (ver Figura 2.10). c) Un dial para medir expansión, por cada molde, con precisión de lectura 0,025 mm. 6. Cargas: Para cada molde se debe disponer de una carga metálica anular y varias cargas ranuradas de 2,27 ± 0,05 Kg. cada una. La carga anular, de diámetro exterior de 149,2 ± 1,6 mm, debe disponer de una perforación u orificio en el centro de aproximadamente 54 mm de diámetro (ver Figura 2.12). Nota 4: Para disminuir el número de discos de carga necesarios para el ensaye, se pueden utilizar combinadamente discos confeccionados en plomo y en acero.
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Fig. 2.12. Aparato CBR.
7. Pistón de Penetración: Metálico, cilíndrico, de 49,6 ± 0,1 mm de diámetro y una longitud no inferior a 101,6 mm. 8. Otros equipos y Accesorios: a) Un tambor o depósito de capacidad suficiente para la inmersión de los moldes en agua, ubicado en un lugar tal que ésta no alcance su punto de congelación. b) Un horno con circulación de aire y temperatura regulable, que permita el secado de muestras a 110 ± 5 º C. c) Balanza de 20 Kg. de capacidad y precisión 1 g. d) Balanza de 2 Kg. de capacidad y precisión 0,1 g. d) Tamices: Otros: Pailas, recipientes, probetas graduadas, poruñas, espátulas, reglas, brochas, discos de papel filtro, cronómetro, etc. Preparación de la Muestras: Prepare una muestra de acuerdo a lo indicado en los Métodos S0402 o S0403, de un tamaño aproximadamente igual a 70 kg. Efectúe un cuarteo mediante el Método A0505
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para obtener dos porciones de aproximadamente 35 Kg. cada una. Destine una de las porciones de 35 Kg. para el ensaye de humedad - densidad (Métodos S0402 o S0403), y divida el resto de la muestra en 5 porciones representativas de aproximadamente 7 Kg. cada una para la ejecución del ensaye CBR. Relación Humedad – Densidad: Determine el contenido óptimo de humedad y la densidad máxima compactada seca (DMCS) del material, de acuerdo con los Métodos Proctor Normal o Proctor Modificado, métodos B o D. Procedimiento: 9. Compacte al menos 3 probetas en un rango de 90% a 100% de la densidad máxima compactada seca determinada anteriormente. 10. Mezcle homogéneamente con agua cada una de las tres o más porciones de suelo por ensayar, previo secado en horno a 60º C hasta masa constante. Agregue la cantidad de agua necesaria para alcanzar la humedad óptima determinada en “Relación humedaddensidad”. Luego proceda a curar la mezcla, colocando ésta en un dispositivo tapado hasta obtener una distribución uniforme de humedad. Nota 5: En suelos de media a alta plasticidad el plazo de curado podrá variar entre 12 y 24 h. En suelos de baja a nula plasticidad este tiempo se podrá reducir a 30 - 60 min. 11. Para cada molde coloque el disco espaciador sobre la placa base. Fije el molde con su collar de extensión sobre dicha placa y coloque un disco de papel filtro grueso sobre el espaciador. 12. Compacte cada una de las porciones de suelo húmedo en el molde, en un número de capas igual al de las probetas usadas en el ensaye de humedad - densidad. Cada probeta se debe compactar con distinta energía de tal manera que la densidad en la cual se desee determinar la razón de soporte quede entre las densidades de dos probetas. Nota 6: Generalmente se utilizan probetas compactadas con 56, 25 y 10 golpes. Si la densidad en la cual se desea determinar el CBR es menor que la del molde de 10 golpes, se deberá confeccionar otra probeta con menor energía.
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13. Si las muestras van a ser sometidas a inmersión, determine el contenido de humedad al comienzo y al final del procedimiento de compactación (2 muestras). Cada una de ellas debe pesar como mínimo 500g. 14. Si las muestras no se van a someter a inmersión, obtenga la muestra para la determinación de humedad después de efectuar la penetración, según procedimiento indicado en 30. Nota 7: En zonas desérticas, en que se asegure que las precipitaciones anuales son inferiores a 50 mm y no nieva, se puede eliminar la inmersión. 15. Retire el collar de extensión y enrase cuidadosamente el suelo compactado con una regla al nivel del borde del molde. Rellene con material fino bajo 5mm cualquier hueco que pueda haber quedado en la superficie por eliminación de material grueso. 16. Saque la placa base perforada y el disco espaciador y pese el molde con el suelo compactado. Determine la masa del suelo compactado (m), restando la masa del molde. Registre aproximando a 1g. 17. Determine la densidad de la muestra antes de la inmersión ( ), dividiendo la masa de suelo compactado (m) por la capacidad volumétrica del molde (V); ρ = m /V a) Registre, aproximando el resultado a 0,01 g/cm3. 18. Coloque un disco de papel filtro grueso sobre la placa base perforada, invierta el molde y fíjelo a dicha placa, con el suelo compactado en contacto con el papel filtro. Nota 8: Cuando hay riesgo de disgregación del suelo compactado en el molde, éste debe pesarse junto con la placa base. En este caso deben restarse tanto la masa del molde como la de la placa base para determinar m. 19. Coloque el vástago ajustable y la placa perforada sobre la probeta de suelo compactado y aplique las cargas hasta producir una sobrecarga igual a la ejercida por la estructura del pavimento sobre el material en estudio, redondeando a múltiplos de 2,27Kg. (5 lb). En ningún caso debe ser menor que 4,54Kg. (10 lb). 20. Si la muestra va a ser sometida a inmersión, coloque los moldes con sus respectivas cargas en el recipiente sin agua y acomode el aparato de expansión a cada uno de los
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moldes, tomando lecturas iniciales de expansión o hinchamiento. Luego agregue el agua lentamente para no producir movimientos que desajusten el trípode de expansión, permitiendo el libre acceso de ésta a las probetas, las que debe dejar sumergidas durante 96 h. Durante este período mantenga la muestra sumergida a un nivel de agua constante, sin producir vibraciones que puedan alterar las mediciones de expansión. Nota 9: Para suelos granulares que absorben humedad fácilmente y cuyo CBR, efectuado con inmersión de 96 h, sea mayor que 40%, podrá considerarse una reducción del tiempo de inmersión hasta un mínimo de 24 h. 21. Al término del período de inmersión, tome las lecturas finales de expansión a cada una de las probetas y calcule el porcentaje de expansión refiriendo dichas lecturas a la altura inicial de éstas
𝑃𝑜𝑟𝑐𝑒𝑛𝑡𝑎𝑗𝑒 𝑑𝑒 𝐸𝑥𝑝𝑎𝑛𝑠𝑖ó𝑛 =
𝐸𝑥𝑝𝑎𝑛𝑠𝑖ó𝑛 (𝑚𝑚) × 100 116,6
22. Saque el agua libre dejando drenar la probeta a través de las perforaciones de la placa base durante15 min. Cuide de no alterar la superficie de la probeta mientras se extrae el agua. Puede ser necesario inclinar la probeta para eliminar el agua superficial. 23. Retire las cargas y la placa base perforada. Pese el molde con el suelo. Determine la masa de suelo compactado después de la inmersión (mi), restando la masa del molde. Registre aproximando a 1 g. 24. Determine la densidad de la muestra después de la inmersión (i) dividiendo la masa de suelo compactado (mi) por la capacidad volumétrica del molde (v): ρi = mi / v a) Registre, aproximando a 0,01 g/cm3. Penetración 25. Coloque sobre la probeta la cantidad suficiente de cargas para producir una sobrecarga igual a la ejercida por la estructura del pavimento sobre el material en estudio,
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redondeando a múltiplos de 2,27 Kg. (5 lb) y en ningún caso menor que 4,54 Kg. (10 lb). Si la probeta ha sido previamente sumergida, la sobrecarga debe ser igual a la aplicada durante el período de inmersión. Para evitar el solevantamiento del suelo en la cavidad de las cargas ranuradas, coloque en primer lugar la carga anular sobre la superficie del suelo, antes de apoyar el pistón de penetración. Luego coloque las cargas restantes. 26. Apoye el pistón de penetración con la carga más pequeña posible, la cual no debe exceder en ningún caso de 45 N. Coloque los calibres de tensión y deformación en cero. Esta carga inicial se necesita para asegurar un apoyo satisfactorio del pistón y debe considerarse como carga cero para la determinación de la relación carga penetración. Nota 10: El dial de penetración debe estar adosado directamente al pistón y apoyado en el borde del molde. 27. Aplique la carga en el pistón de penetración de manera que la velocidad sea de 1,27 mm/min. 28. Anote las lecturas de carga en los siguientes niveles de penetración: 0,64; 1,27; 1,91; 2,54; 3,18; 3,81; 4,45; 5,08; 7,62; 10,16 y 12,7mm. Nota 11: Para equipos con diales en pulgadas estos intervalos corresponden aproximadamente a: 0,025; 0,050; 0,075; 0,100; 0,125; 0,150; 0,175; 0,200; 0,300; 0,400 y 0,500 pulgadas. 29. Anote la carga máxima alcanzada, registrando la penetración a la que se produce, si esto ocurre para una penetración menor que 12,7mm. 30. El ensaye debe realizarse hasta alcanzar una penetración mínima de 7,62mm (0,300pulgadas). Nota 12: Durante el ensaye no debe sobrepasarse la capacidad de carga del anillo. La última anotación corresponderá a la penetración que se obtenga a la carga máxima admisible del anillo. 31. Saque el suelo del molde y determine su humedad considerando la totalidad de la muestra. Cálculos:
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Curva de Tensión – Penetración: Calcule las tensiones de penetración en MPa, aproximando a un decimal, para lo cual divida las cargas aplicadas (kgf) por el área de la sección transversal del pistón (cm 2); luego divida el resultado obtenido por el factor de conversión 10,2. Trace la curva de cada molde en un mismo gráfico de tensión - penetración. En algunos casos esta curva puede tomar, inicialmente, la forma cóncava hacia arriba debido a irregularidades de la superficie u otras causas. En dichos casos el punto cero debe corregirse trazando una recta tangente a la mayor pendiente de la curva y trasladando el origen al punto en que esta tangente corta a la abscisa. El valor buscado estará desplazado a la derecha en la misma distancia que hay desde el origen hasta la intersección de la curva corregida con la abscisa (ver Figura 2.13).
Fig. 2.13. Corrección de Curvas Tensión – Penetración.
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Razón de Soporte: Empleando los valores de tensión corregidos tomados de la curva tensión - penetración para 2,54 mm y 5,08 mm de penetración, calcule las razones de soporte para cada una de ellas, dividiendo las tensiones corregidas por las tensiones normales de 6,9 MPa y 10,3 MPa, respectivamente. Cuando en el ensaye no se logre una penetración de 5,08 mm, debe extrapolar la curva hasta dicho valor para calcular la razón de soporte. Para los suelos del tipo A-1, A-2-4 y A-2-6, la razón de soporte se calcula sólo para 5,08 mm de penetración. Para los suelos del tipo A-4, A-5, A-6 y A-7, cuando la razón de soporte correspondiente a 5,08 mm resulte mayor que la correspondiente a 2,54 mm, repita el ensaye. Si el ensaye de chequeo entrega un resultado similar, emplee la razón de soporte correspondiente a 5,08 mm de penetración. Para los suelos del tipo A-3, A-2-5 y A-2-7, informe el mayor porcentaje de CBR obtenido entre los correspondientes a 2,54 y 5,08 mm. Razón de Soporte - Densidad Seca: Usando los datos obtenidos para las distintas probetas, dibuje una curva "Razón de Soporte - Densidad Seca de Compactación", como se muestra en el gráfico de la Figura 2.14. Se puede determinar así la Razón de Soporte correspondiente a una densidad seca preestablecida.
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Fig. 2.14. Razón de Soporte (CBR) - Densidad Seca.
Informe: a) Método empleado para preparar y compactar las probetas (Modificado T-180D). Además el acondicionamiento de la muestra fue con Inmersión. b) Los resultados obtenidos del ensayo de verificación de la razón de soporte de California (CBR) del suelo predominante del tramo se muestran en la Tabla 2.15:
RESULTADOS DE C.B.R. Y EXPANSIÓN DEL SUELO PREDOMINANTE (S0404) (ASTM D1883 AASHTO T193) PROCTOR T-180 D D.Max. H.Opt.
2,230 8,33
C.B.R. Diseño
C.B.R. (%) 0.1" 0.2"
Dens. Max 100%
86,38
107,85
Dens. Max 95%
49,33
76,13
Expansión 0,01 0,01
Tabla 2.15. Resultados Obtenidos del Ensayo de Verificación de la Razón de Soporte de California (CBR) del Suelo Predominante del Tramo.
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c) Para el cálculo detallado de la razón de soporte de California (CBR) (Ver la planilla del ANEXO C), también (Ver Figura 2.15).
Fig. 2.15. Probetas Sumergidas durante 4 Días y Medición de la Expansión del Suelo.
2.3. ESTUDIO DE TOPOGRÁFICO El Levantamiento Topográfico se realizó inicialmente por el Servicio Prefectural de Caminos, presentando una Topografía variada típica del altiplano: Diferenciando una parte Llana en la parte inicial del tramo hasta el Hito fronterizo Cuchillani y una parte Ondulada y Montañosa Hasta alcanzar el Municipio de Uncía. Para el presente Proyecto se realizó un Levantamiento Topográfico de verificación a lo largo del trazo respetando el eje del camino y tomando en cuenta detalles requeridos por el Proyectista, para mejor interpretación en gabinete. (VER ANEXO B). 2.4. ESTUDIO DE TRÁFICO Es el estudio de cuantificación y caracterización de los vehículos que transitan en la vía de análisis, debiéndose realizar una serie de actividades para cumplir con los objetivos del Estudio, las cuales se detallan a continuación:
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2.4.1. Trabajo de Campo
Zonificación del área del proyecto.
Ubicación de las estaciones aforos clasificados.
Planificación y cronograma para la realización de trabajos de campo.
Realización de los Aforos Volumétricos Clasificados.
2.4.2. Trabajo de Gabinete
Codificación y trascripción de datos.
Determinación de la composición vehicular.
Cuantificación de los volúmenes de tráfico, obtención del TPDA.
Asignación del tráfico.
Proyección de la demanda.
Análisis de resultados y recomendaciones.
2.4.3. Área de Influencia Directa de la Vía
Provincia
Municipio
EDUARDO AVAROA
Challapata
Población Directa Ocurí Calamarca Congento Culta Challapampa Halcamariri Chacarita Norte Carpani Yupanqui
RAFAEL BUSTILLOS
Uncía
Parco Ventilla Paria Choco Maraca Yauviri Alta Calazaya Miraflores (Uncia)
Fuente: Cartas Geográficas I. G. M
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2.4.4. Área de Influencia Indirecta de la Vía
Provincia
Municipio
EDUARDO AVAROA
Challapata
Población Indirecta Challapata Cruce aguas Calientes Tondoco Chacarita Huancarani Cataviri y Anacato Huayllani Chullunquiani Choco Grande Huacuta
RAFAEL BUSTILLOS
Cututu
Uncía
Tomoyo Bomba de Agua Fuente: Cartas Geográficas I. G. M
2.4.5. Vías de Comunicación de la Zona de Influencia CAMINO
DISTANCIA
ESTADO
Km. Machacamarquita – Huanuni
22
Bueno
Oruro – Machacamarca
30
Bueno
Machacamarca – Challapata
86
Bueno
Huanuni – Challapacheta
21
Regular
Challapacheta – Peñas
39
Regular
Peñas – Tacagua
17
Regular
Vilacota – Peñas
5
Regular
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Poopó – Pazña
22
Bueno
Pazña – Antequera
19
Regular
Antequera – Ticaña
10
Regular
Cruce Ruta 6080 – Tacagua
13
Regular
Tacagua – Abra
7
Regular
Oruro-Uncía
102
Regular
Potosí-Uncía
253
Regular
Tabla 2.16. Vías de Comunicación de la Zona de Influencia. Fuente: Elaboración basada en Datos SEPCAM – ORURO.
2.4.6. Variables de Proyección del Tráfico Para el proyecto se tomará en cuenta el Crecimiento de la Población, el Crecimiento Normal de la Producción y del Parque Automotor de los Municipios de Challapata y Uncía, que influyen directamente en el Proyecto. 1. Crecimiento de la Población: Esta variable influye directamente en el crecimiento del Tráfico, especialmente cuando el Factor de Ocupación vehicular de pasajeros es alto. Toda la zona de influencia sufrió una migración constante hacia otros centros urbanos en busca de fuente laboral, siendo la causa principal para que los Municipios tengan una tasa de crecimiento muy baja en relación a sus departamentos y a nuestro País, como muestra la Tabla 2.17, Según datos estadísticos del INE del Censo de población y vivienda 2001.
País Departamento
Tasa de Crecimiento ínter
Municipio
censal
Bolivia
2,74
Uncía
0,18
Challapata
1,67
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Tabla 2.17. Tasa de Crecimiento Ínter Censal – en Porcentaje. Fuente: INE Censo de población y vivienda 2001.
A partir de estos datos puede estimarse una tasa de crecimiento poblacional promedio de los Municipios de Uncía y Challapata igual a 0,93%. 2. Crecimiento normal de la Producción: Esta variable influye también directamente en el crecimiento del Tráfico, especialmente cuando el Factor de Ocupación vehicular de carga es alto. Debe considerarse el principal producto transportado de la zona, que según los resultados de las encuestas es la agrícola; en este entendido se buscó información estadística al respecto y puede resaltarse las siguientes tasas de crecimiento por producto, mostradas en la Tabla 2.18:
TASA DE CRECIMIENTO
DESCRIPCION
PROMEDIO
Cereales
1,91%
Hortalizas
1,10%
Tubérculos
-1,50%
Forrajes
1,73%
Tabla 2.18. Tasas de Crecimiento Promedio de Productos Agrícolas en el Departamento de Oruro. Fuente: INE.
A partir de estos datos puede estimarse una tasa de crecimiento promedio de crecimiento de la producción igual a 0,81%. 3. Crecimiento del Parque Automotor: Esta variable incide directamente en el Tráfico, ya que un aumento en el número de vehículos supone un incremento en el Volumen Vehicular; se disponen de datos del crecimiento global del parque automotor de los departamentos que influyen directamente en el flujo vehicular de la vía del Proyecto, como muestra la Tabla 2.19, Según datos estadísticos del INE.
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Tabla 2.19. Crecimiento del Parque Automotor por Departamento (2008 – 2009). Fuente: INE.
A partir de estos datos puede extraerse una tasa de crecimiento del parque automotor del Departamento de Oruro igual a 6,64% y una tasa de crecimiento del parque automotor del Departamento de Potosí igual a 5,41%. 4. Tasas de Crecimiento Adoptadas: El Crecimiento de la población y del parque automotor incrementará indiscutiblemente el crecimiento del flujo vehicular en el sector, considerando que el Municipio de Challapata y Uncía y será considerado parte de la Metrópoli Orureña y Potosina. Bajo los criterios anteriormente expuestos se diferenciaron 2 grupos: los Vehículos de transporte de Carga y los Vehículos de transporte de Pasajeros. Para el primer grupo se multiplicaron las tasas de crecimiento del parque automotor con la tasa de crecimiento de la producción y para el segundo grupo se multiplicaron las tasas de crecimiento del parque automotor con la tasa de crecimiento de la población. Para el grupo “Otros” se considera el promedio de las tasas de crecimiento de la población y producción. Finalmente para el crecimiento del parque automotor se efectuó el siguiente análisis:
Se pudo evidenciar que la elasticidad del crecimiento del parque automotor en la Ciudad de Oruro respecto al crecimiento del flujo vehicular en la Ciudad de Potosí es de 0,70 y la Elasticidad del crecimiento del parque automotor en la Ciudad Potosí respecto al de su flujo vehicular es de 0,30.
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Entonces para estimar las tasas de crecimiento a adoptar, se utilizaron las siguientes expresiones:
Para Vehículos de Carga:
TCA TCPA(Oruro ) * 0,70 TCPA( Potosí ) * 0,30* TCPR
Para Vehículos de Pasajeros:
TCA TCPA(Oruro ) * 0,70 TCPA(Potosí ) * 0,30* TCPO
Dónde:
TCA
: Tasa de Crecimiento Adoptada
TCPA
: Tasa de Crecimiento del Parque Automotor
TCPO
: Tasa de Crecimiento de la Población
TCPR
: Tasa de Crecimiento de la Producción
Con esta expresión y con las tasas de crecimiento anteriormente expuestas para cada variable en la Tabla 2.20, se obtienen los Resultados de las tasas de crecimiento a adoptar diferenciadas por tipo de grupo vehicular:
CRECIMIENTO DEL
CRECIMIENTO DE LA
GRUPO
TIPO DE
PARQUE
POBLACIÓN
VEHICULAR
VEHÍCULO
AUTOMOTOR (ORURO
(MUNICIPIO DE UNCÍA
- POTOSÍ)
Y CHALLAPATA)
6,64% - 5,41%
0,93%
TASAS DE CRECIMIENTO ADOPTADAS
Transporte de Pasajeros
1, 2, 4, 5 y 6
CRECIMIENTO DEL GRUPO
TIPO DE
PARQUE
VEHICULAR
VEHÍCULO
AUTOMOTOR (ORURO - POTOSÍ)
5,83%
CRECIMIENTO DE LA
TASAS DE
PRODUCCIÓN
CRECIMIENTO
(MUNICIPIO DE ORUR0)
ADOPTADAS
0,81%
5,08%
Transporte de Carga
3, 7, 8 y 9
6,64% - 5,41%
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10 *
10
6,64% - 5,41%
0,81%
5,46%
* Nota: Para este grupo se utilizó el promedio de las tasas "Población" y "Producción"
Tabla 2.20. Tasas de Crecimiento Adoptadas para el Proyecto. Fuente: Elaboración Propia a Partir de los Datos del INE.
2.4.7. Clasificación Vehicular según La ABC La Administradora Boliviana Carreteras nos da la caracterización de los Vehículos más utilizados en el país, con su respectiva codificación (Ver Figuras 2.16 y 2.17), la cual será utilizada para la caracterización del estudio de tráfico del tramo “Ocurí – Uncía”, obviamente no todos los vehículos de la Figura 2.16, circulan en el tramo por lo tanto solo se realizará el análisis de tráfico solo para los vehículos vistos circular por el tramo:
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Fig. 2.16. Descripción de los Tipos y Clases de Vehículos (Según la A.B.C.).
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Fig. 2.17. Configuración y Codificación de Ejes de Camiones (Según la A.B.C.).
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2.4.8. Tráfico Promedio Diario Mensual (TPDM) Para el cálculo del TPDM se suma el total de los vehículos que circularon por sentido en cada estación y se divide entre siete (promedio de la semana). Este cálculo supone que la semana en la que se efectuó el estudio es representativa del mes de marzo, lo cual es coherente por el comportamiento estacional del tráfico del lugar. En la Tabla 2.21 se muestran los TPDM de marzo por sentido y por estación:
TPDM ESTACIÓN
TRAMO
Ambos Sentido 1
Sentido 2
25
23
Ocurí – Uncía
Cuchillani
Sentidos. 48
Tabla 2.21. Resultados del Tráfico Promedio Diario Mensual (TPDM) Fuente: Propia – Estudio de Tráfico (VER ANEXO D).
2.4.9. Composición Vehicular La Composición Vehicular se determina obteniendo el porcentaje de cada tipo de vehículo respecto al total. Se efectúa el cálculo por sentido, por estación y tipo de vehículo. Se resumen los resultados obtenidos en la Tabla 2.22:
ESTACIÓN
Cuchillani
TRAMO
SENTIDO
COMPOSICION VEHICULAR (%) 1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
1
19,2%
11,6%
11,0%
30,2%
1,2%
7,6%
7,0%
11,0%
0,0%
1,2%
2
22,1%
9,2%
6,7%
30,7%
1,2%
11,7%
6,7%
10,4%
1,2%
0,0%
Ambos
20,6%
10,4%
9,0%
30,4%
1,2%
9,6%
6,9%
10,7%
0,6%
0,6%
12,3%
9,5%
15,3%
25,9%
0,2%
11,2%
12,8%
8,7%
2,7%
1,4%
Ocurí Uncía
Composición Vehicular del Sistema (Promedio):
Tabla 2.22. Resultados de la Composición Vehicular por Tipo de Vehículo. Fuente: Propia – Estudio de Tráfico (VER ANEXO D).
2.4.10. Variación Horaria y Hora Pico De igual forma, la Variación Horaria se calcula obteniendo el porcentaje de vehículos aforados en cada hora respecto al total. Se muestra este dato como referencia, resaltando la Hora Pico (de mayor afluencia) en la Tabla 2.23:
Diseño y Mejoramiento de Estándar con Emulsión Asfáltica del Camino “Ocurí – Uncía”
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97
Proyecto de Grado
ESTACIÓN
Cuchillani
VARIACIÓN HORARIA
TRAMO
Ocurí Uncía
00 - 01
0,0%
01 - 02
0,0%
02 - 03
0,0%
03 - 04
0,0%
04 - 05
1,5%
05 - 06
3,3%
06 - 07
2,7%
07 - 08
6,3%
08 - 09
4,2%
09 - 10
5,4%
10 - 11
4,5%
11 - 12
3,9%
12 - 13
5,1%
13 - 14
5,7%
14 - 15
4,5%
15 - 16
4,8%
16 - 17
7,2%
17 - 18
7,5%
18 - 19
11,6%
19 - 20
10,7%
20 - 21
4,5%
21 - 22
5,7%
22 - 23
0,3%
23 - 24
0,9%
Tabla 2.23. Resultados de Variación Horaria la Hora Pico (de mayor afluencia). Fuente: Propia – Estudio de Tráfico (VER ANEXO D).
2.4.11. Factores Estacionales La falta de datos respecto a la variación mensual del tráfico, producción u otro parámetro relacionado, obliga a estimar factores estacionales en base al testimonio de la gente del lugar (investigación exploratoria). Estos fundamentalmente responden a la estacionalidad de la producción en la zona del proyecto, siendo el mes de Marzo el más representativo. Estos Factores se listan en la Tabla 2.24 a continuación: Diseño y Mejoramiento de Estándar con Emulsión Asfáltica del Camino “Ocurí – Uncía”
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98
Proyecto de Grado
MES
FE
Enero
1
Febrero
1,1
Marzo
1,2
Abril
1,1
Mayo
1
Junio
0,9
Julio
0,8
Agosto
0,9
Septiembre
1
Octubre
1
Noviembre
1
Diciembre
1
Tabla 2.24. Factores Estacionales (Investigación Exploratoria). Fuente: Propia – Estudio de Tráfico (VER ANEXO D).
2.4.12. Tráfico Promedio Diario Anual (TPDA) A partir del TPDM y el Factor Estacional (FE) del mes de marzo se puede determinar el TPDA con la siguiente expresión:
𝑇𝑃𝐷𝐴 =
𝑇𝑃𝐷𝑀 𝐹𝐸𝑚𝑎𝑟𝑧𝑜
A continuación se muestra en la Tabla 2.25 el resumen del TPDA por estación, tramo y sentido:
ESTACIÓN Cuchillani
TPDA
TRAMO Ocurí - Uncía
Sentido 1
Sentido 2
Ambos Sentidos
20
19
40
Tabla 2.25. Resultados del Tráfico Promedio Diario Anual (TPDA). Fuente: Propia – Estudio de Tráfico (VER ANEXO D).
2.4.13. Volumen de Tráfico
Diseño y Mejoramiento de Estándar con Emulsión Asfáltica del Camino “Ocurí – Uncía”
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99
Proyecto de Grado
Se define como el número de vehículos que pasan por un punto determinado de una vía, durante un período de tiempo determinado, así se tienen vehículos por hora, por día o un tráfico promedio día anual, que es el que se utilizará para el estudio que nos ocupa. 2.4.14. Estimación de Tráfico Futuro Este método establece como componentes del tráfico futuro, los siguientes: 1. Tráfico Actual:
Tráfico Existente
Tráfico Atraído o Desviado
2. Incrementos de Tráfico
Tráfico Normal o Crecimiento normal de tráfico
Tráfico Generado o Inducido
1. Tráfico Actual Es el volumen de tráfico establecido, mediante el conteo en vías existentes, o el que se usaría en una nueva carretera si estuviera abierta al tráfico en el presente (Ver Tabla 2.21). En el caso de un mejoramiento el tráfico actual se compone del Existente que utiliza esa vía antes de la mejora y el tráfico que atrae o desvía de otras vías próximas, por las ventajas que después de mejorada ofrece.
Tráfico Atraído o Desviado Se refiere al Tráfico trasladado de otras carreteras o vías de comunicación a la carretera en Estudio por la mejora efectuada en ésta. Actualmente el acceso y topografía del tramo de estudio es difícil, por tal motivo no se considera en forma independiente un Tráfico Desviado; sino que en caso de existir, éste se encontrará inmerso en el Tráfico Generado.
2. Incrementos de Tráfico El crecimiento actual de tráfico, es el aumento de volumen originado por el crecimiento de la Población, del Parque Automotor y de la Producción de la zona de influencia.
Tráfico Normal o Crecimiento normal de tráfico
Diseño y Mejoramiento de Estándar con Emulsión Asfáltica del Camino “Ocurí – Uncía”
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100
Proyecto de Grado
El Tráfico Normal se refiere simplemente al Tráfico actualmente existente, proyectado al futuro con las tasas de crecimiento adoptadas; sin la implicancia de que exista o no algún mejoramiento en la carretera.
Tráfico Generado o Inducido El Tráfico Generado responde fundamentalmente a la mejora del camino, es decir que solo se considera para la Situación con Proyecto; se debe principalmente al ahorro en Costos de Operación Vehicular por las mejoras en las condiciones de diseño de la vía (alineamiento horizontal y vertical, ancho de vía, superficie de rodadura, velocidad de recorrido, etc.). Se puede estimar con la siguiente expresión:
𝑇𝐺 = 𝑒 ∗ 𝐾 ∗ 𝑇𝑁
Dónde: TG : Tráfico Generado TN : Tráfico Normal K : Factor de Reducción de los Costos de Operación Vehicular e : Elasticidad de la Demanda respecto de la Oferta
De la experiencia de otros estudios realizados en el país pueden asumirse una elasticidad igual a e = 0.5 y los siguientes valores de “K” mostrados en la Tabla 2.26:
GRUPO DE
TIPO DE
FACTOR
VEHICULO
VEHICULO
"K"
1 LIVIANOS
2
50%
4 PESADOS
3
Diseño y Mejoramiento de Estándar con Emulsión Asfáltica del Camino “Ocurí – Uncía”
30%
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101
Proyecto de Grado
5 6 7 8 9 10
Tabla 2.26. Valores de “K” por Grupo de Vehículos.
Para la proyección del TPDA de Carga y Pasajeros se utilizan los valores de K=30 y K=50, respectivamente, considerando que los Vehículos Pesados se dedican en general al Transporte de Carga y los Livianos al Transporte de Pasajeros. La Tabla 2.27, muestra los resultados del Tráfico Generado de Carga y Pasajeros:
ELASTICIDAD
FACTOR DE
TRÁFICO
GRUPO
TIPO DE
DE LA
REDUCCIÓN DE LOS
PROMEDIO
TRÁFICO
VEHICULAR
VEHÍCULO
DEMANDA
COSTOS DE
DIARIO
GENERADO
RESPECTO DE
OPERACIÓN
ANUAL
“TG”
LA OFERTA “e”
VEHICULAR “k”
(TPDA)
0,50
0,50
29
ELASTICIDAD
FACTOR DE
TRÁFICO
Transporte de Pasajeros
1, 2, 4, 5 y 6
7
GRUPO
TIPO DE
DE LA
REDUCCIÓN DE LOS
PROMEDIO
TRÁFICO
VEHICULAR
VEHÍCULO
DEMANDA
COSTOS DE
DIARIO
GENERADO
RESPECTO DE
OPERACIÓN
ANUAL
“TG”
LA OFERTA “e”
VEHICULAR “k”
(TPDA)
3, 7, 8 y 9
0,50
0,30
11
2
10
0,50
0,30
0
0
Transporte de Carga 10
Nota: Los valores de Tráfico fueron redondeados al Entero ya que representan Vehículos.
Tabla 2.27. Resultados del Tráfico Generado de Carga y Pasajeros por Grupo Vehicular.
3. Tiempo de Proyección del Tráfico o Período de Diseño
Diseño y Mejoramiento de Estándar con Emulsión Asfáltica del Camino “Ocurí – Uncía”
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102
Proyecto de Grado
Es el Tiempo considerado para proyectar el Tráfico que debe resistir el Diseño hasta el término de dicho tiempo. Según las recomendaciones de la AASHTO-93, se asume un tiempo de proyección del tráfico de: “n” igual a 15 años, (Ver Inciso: 4.4.3. Variables de Diseño Estructural) 4. Situación sin Proyecto En este caso solo se toma en cuenta el Tráfico Normal y su crecimiento, de esta forma se calcula el Tráfico de Vehículos, Carga y Pasajeros para el último año de la vida útil del proyecto utilizando las siguientes expresiones:
𝑄𝑃𝑟𝑜𝑦. = 𝑄𝑜 ∗ (1 + 𝑖)𝑛
𝑄𝑜 = 𝑇𝑁
Dónde: QProy. : Tráfico proyectado para el año deseado Qo
: Tráfico a proyectar
TN
: Tráfico Normal
i
: Tasa de Crecimiento del Tráfico a proyectar
n
: Número de años que se desea proyectar el Tráfico
La Tabla 2.28, muestra los resultados del Tráfico Proyectado para el Año Deseado (Situación sin Proyecto) de Carga y Pasajeros:
GRUPO
TIPO DE
VEHICULAR
VEHÍCULO
TRÁFICO A
TASA DE
PROYECTAR
CRECIMIENTO
(TPDA) “Qo”
ADOPTADA “i”
29
5,83%
TIEMPO DE PROYECCIÓN DEL TRÁFICO “n”
TRÁFICO PROYECTA DO “QProy.”
Transporte de Pasajeros
1, 2, 4, 5 y 6
Diseño y Mejoramiento de Estándar con Emulsión Asfáltica del Camino “Ocurí – Uncía”
15
68
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103
Proyecto de Grado
GRUPO
TIPO DE
VEHICULAR
VEHÍCULO
TRÁFICO A
TIEMPO DE
TASA DE
PROYECCIÓN
TRÁFICO PROYECTA
PROYECTAR
CRECIMIENTO
(TPDA) “Qo”
ADOPTADA “i”
3, 7, 8 y 9
11
5,08%
15
23
10
0
5,46%
15
0
DEL TRÁFICO “n”
DO “QProy.”
Transporte de Carga 10
Nota: Los valores de Tráfico fueron redondeados al Entero ya que representan Vehículos.
Tabla 2.28. Resultados del Tráfico Generado de Carga y Pasajeros por Grupo Vehicular.
5. Situación con Proyecto En este caso se considera el Tráfico Normal, el Tráfico Generado y su crecimiento, de esta forma se calcula el Tráfico de Vehículos, Carga y Pasajeros para el último año de la vida útil del proyecto utilizando las siguientes expresiones: 𝑄𝑃𝑟𝑜𝑦. = 𝑄𝑜 ∗ (1 + 𝑖)𝑛 𝑄𝑜 = 𝑇𝑁 + 𝑇𝐺 𝑇𝐺 = 𝑒 ∗ 𝐾 ∗ 𝑇𝑁 𝑄𝑜 = 𝑇𝑁 ∗ (1 + 𝑒 ∗ 𝐾) 𝑄𝑃𝑟𝑜𝑦. = 𝑇𝑁 ∗ (1 + 𝑒 ∗ 𝐾) ∗ (1 + 𝑖)𝑛
Dónde: QProy. : Tráfico proyectado para el año deseado Qo
: Tráfico a proyectar
TN
: Tráfico Normal
TG
: Tráfico Generado
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Proyecto de Grado
i
: Tasa de Crecimiento del Tráfico a proyectar
n
: Número de años que se desea proyectar el Tráfico
La Tabla 2.29, muestra los resultados del Tráfico Proyectado para el Año Deseado (Situación con Proyecto) de Carga y Pasajeros:
TRÁFICO A GRUPO
TIPO DE
PROYECTAR
VEHICULAR
VEHÍCULO
(TPDA) “Qo” (TN + TG)
TASA DE CRECIMIENTO ADOPTADA “i”
TIEMPO DE PROYECCIÓN DEL TRÁFICO “n”
TRÁFICO PROYECTA DO “QProy.”
Transporte de Pasajeros
1, 2, 4, 5 y 6
5,83%
TRÁFICO A
TASA DE
PROYECTAR
CRECIMIENTO
(TPDA) “Qo”
ADOPTADA “i”
3, 7, 8 y 9
11 + 2 = 13
5,08%
15
27
10
-
5,46%
TOTAL
111
GRUPO
TIPO DE
VEHICULAR
VEHÍCULO
15
84
29 + 7 = 36
TIEMPO DE PROYECCIÓN DEL TRÁFICO “n”
TRÁFICO PROYECTA DO “QProy.”
Transporte de Carga 10
Nota: Los valores de Tráfico fueron redondeados al Entero ya que representan Vehículos.
Tabla 2.29. Resultados del Tráfico Proyectado para el Año Deseado (Situación sin Proyecto) de Carga y Pasajeros por Grupo Vehicular.
Para el cálculo detallado del Tráfico de Diseño del Proyecto: Ver ANEXO D (Procesamiento de Aforos Volumétricos Clasificados).
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105
Proyecto de Grado
2.5. ESTUDIO DE DRENAJE El tramo Ocurí – Uncía, consta de Alcantarillas Cajón y Puentes en buen estado Estructural y en buen funcionamiento. Es fundamental mantener las Obras de Drenaje, para evitar costos adicionales en el mejoramiento de la geometría y paquete estructural de camino, ya que estas se encuentran en buenas condiciones con las características que se muestran en la Tabla 2.30.
Ubicación de Puentes y Alcantarillas a lo largo del Camino
Nº
Prog
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
18+640 22+290 24+320 28+013.50 29+651.98 31+279.23 32+743.50 33+708.97 34+647.96 35+178.17 25+939
Descripcion Puente Río Jucur Mayu (L=120 m.) Alc. Cajon 2C2x2 Puente Río Anta Kkollu (L=200m.) Alc. Cajon 2C2x2 Alc. Cajon 2C2x2 Puente Rio Ventilla(L= 165m.) Alc. Cajon 1C2x2 Alc. Cajon 2C2x2 Alc. Cajon 2C2x2 Alc. Cajon 2C2x2 Alc. Cajon 2C4x2
Caudal
Longitud
29.76
120.00 4.75 200.00 4.75 4.75 165.00 2.5 4.75 4.75 4.75 8.90
12.72 82.62 12.72 12.72 126.88 5.51 12.72 12.72 12.72 25
Tabla 2.30. Ubicación de Puentes y Alcantarillas a lo largo del Camino (Fuente SEDCAM POTOSÍ).
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106
Proyecto de Grado
CAPITULO 3 DISEÑO GEOMÉTRICO
3.1. INTRODUCCIÓN
Se entiende por diseño geométrico de una carretera al proceso de correlacionar sus elementos físicos (alineamientos, pendientes, distancias de visibilidad, peralte, ancho de calzada), con las características de operación, facilidades de frenado, aceleración, condiciones de seguridad, etc. O sea que el diseño geométrico está relacionado con las características topográficas de la región, él trafico proyectado, tipo de vehículo, seguridad, confort y costo de operación.
Por lo cual las Normas y Parámetros de Diseño, de acuerdo a los Términos de Referencia, de las características de diseño geométrico y otros aspectos técnicos del proyecto de ingeniería, están regidas por las Normas para el Diseño Geométrico de carreteras de la Administradora Boliviana de Carreteras.
Por las características del diseño, el proyectista vio por conveniente la aplicación del Software AUTODESK LAND DEVELOPMENT DESKTOP, considerada una aplicación desarrollada para el Diseño Geométrico de Carreteras.
Los trabajos, en los cuales la aplicación de este programa hace más eficiente su desarrollo, son, entre otros, los siguientes:
Planimetría (producción de planos topográficos en planta),.
Modelos tridimensionales de terreno.
Generación de curvas de nivel.
Obtención de cortes del terreno.
Diseño del camino que se desarrolla a lo largo de un eje (incluye diseño en planta, perfiles y secciones tipo o de proyecto).
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107
Proyecto de Grado
Diseño avanzado de caminos (peraltes, ensanches, etc.).
Cálculo de volúmenes producidos por el proyecto, tales como cortes,
terraplenes,
terrazas, pilas, botaderos, etc. 3.2. CATEGORÍA DE CAMINO
La categoría del camino, en función de las características básicas de los parámetros de diseño, se definió de acuerdo al Manual de Diseño Geométrico de Carreteras de la ABC, perteneciendo estas a la Categoría: Camino de Desarrollo D - 30.
3.3. CRITERIOS Y RESUMEN DE LOS PARÁMETROS DE DISEÑO
Con base a los estudios de topografía, suelos, hidráulica, tráfico y al reconocimiento del terreno del camino actual, el Proyectista estableció los parámetros de diseño más adecuados de acuerdo a las características del proyecto. Se consideraron criterios de tipo geométrico que definen el trazado de la vía, tales como velocidad de proyecto, radio mínimo, pendiente longitudinal, peralte máximo, anchos de calzada y berma, pendientes transversales de calzada y berma y otros propios del diseño geométrico de carreteras.
En esta fase de estudio de Diseño Final se aplicaron y establecieron condicionantes relativas a visibilidad de paso y parada, transiciones del peralte, sobreanchos, determinados en función del tipo de vehículo de diseño. RESUMEN DE LOS PARÁMETROS DE DISEÑO GEOMÉTRICO
Los parámetros de diseño geométrico de la carretera son los siguientes: Tabla 3.1.:
RESUMEN DE PRINCIPALES PARÁMETROS DE DISEÑO GEOMÉTRICO CATEGORÍA DE LA CARRETERA Camino de Desarrollo
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Proyecto de Grado
TOPOGRAFÍA PREDOMINANTE Montañosa DERECHO DE VÍA (ZONAS URBANAS) Sección Típica(ST) DERECHO DE VÍA PROMEDIO (ZONAS RURALES) 30 (m) VELOCIDAD DE PROYECTO EN ZONA URBANA
20.00Km/h
VELOCIDAD DE PROYECTO EN ZONA RURAL
30.00Km/h
CALZADA Bidireccional ANCHO DE CALZADA 6.00m
ANCHO DE BERMA 0.00m RADIO MÍNIMO 12.00m
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SOBRE-ANCHO EN LAS CURVAS Calculado PERALTE O SOBRE ELEVACIÓN MÁXIMA 10.00% BOMBEO TRANSVERSAL 3.00% Cóncava – Convexa
VALORES DE K V= 30.00KM/H
2.00 - 4.00 TALUD DE TERRAPLÉN H:2 V:1 TALUD DE CORTE H:1-4 V:1-6
PENDIENTE LONGITUDINAL MÁXIMA 10.00% Para el diseño del tramo carretero: se utilizó el : Manual de Diseño Geométrico de la Administradora Boliviana de Carreteras (2007)
3.4. CÁLCULO DE LOS PARÁMETROS DE DISEÑO
3.4.1. Alineamiento Horizontal
El alineamiento horizontal está compuesto por alineamientos rectos unidos por curvas circulares y/o espirales. Los elementos geométricos del camino en estudio deberán estar convenientemente relacionados para garantizar una operación segura, a una velocidad de Proyecto o directriz.
El criterio principal para este paso, es el de trazar tangentes que se ciñan lo mejor posible el camino actual, con el objeto de:
Minimizar cortes y terraplenes.
Lograr tangentes cuya longitud permita diseñar las curvas circulares que admiten las especificaciones para obtener un alineamiento que proporcione seguridad, comodidad y eficiencia al usuario.
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Procurar que la deflexión entre tangentes sucesivas no sea excesivamente grande, porque obligaría a colocar curvas de radio menores que el mínimo especificado.
Cuando los ángulos centrales de las curvas son pequeños, se evitarán longitudes de curvas cortas para quitar la apariencia de codo.
3.4.2. Distancias de Visibilidad Una carretera o camino debe ser diseñada de manera tal que el conductor cuente siempre con una visibilidad suficiente como para ejecutar con seguridad las diversas maniobras a que se vea obligado o que decida efectuar. En general, el conductor requiere de un tiempo de percepción y reacción para decidir la maniobra a ejecutar y un tiempo para llevarla a cabo. Durante este tiempo total, el o los vehículos que participan en la maniobra recorren distancias que dependen de su velocidad de desplazamiento y que determinan, en definitiva, las distintas distancias de visibilidad requeridas en cada caso. 3.4.2.1. Distancia de Visibilidad de Frenado La Distancia de Frenado sobre una alineación recta de pendiente uniforme, se calcula mediante la expresión:
Df = Vt/3.6 + V2/254(f1+i) Dónde: Df = Distancia de Frenado (m). Vp = Vp según lo definido en la Tabla 3.1. t
= Tiempo de Percepción + Reacción (s).
f1 = Coeficiente de Roce Rodante, Pavimento Húmedo. i
= Pendiente Longitudinal (m/m). + i Subidas respecto sentido de circulación. - i Bajadas respecto sentido de circulación.
Se considera obstáculo aquél de una altura igual o mayor que 0,20 m (h 2), estando situados los ojos del conductor a 1,10 m (h1), sobre la rasante del eje de su carril de circulación.
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Proyecto de Grado
La Tabla 3.2 presenta los valores parciales calculados mediante la expresión citada y el valor redondeado adoptado para (Df). Todo ello considerando que (Vp) corresponde a la velocidad asignada al tramo y que los valores de “t” y “f1” se han actualizado de acuerdo a las tendencias vigentes a la fecha.
Tabla 3.2. Distancia Mínima de Frenado en Horizontal “DF” (DF = 0,555 V + 0,00394 V²/R) (Fuente Manual ABC).
3.4.2.2. Distancia de Visibilidad de Frenado en Puntos Singulares En sectores que se aparten del caso base, trazado recto con rasante en pendiente uniforme, el cálculo de los elementos deberá verificarse o efectuarse de modo de asegurar en todo punto, al menos una visibilidad equivalente a la distancia de frenado requerida. Estos casos se tratan en:
Verificación de “Df” en Curvas Horizontales.
Verificación Gráfica de las Distancias de Visibilidad en Alzado.
Diseño Curvas Verticales por Criterio “Df”.
Verificación de “Df” bajo Estructuras.
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Proyecto de Grado
Fig. 3.1. Distancia de Frenado, Influencia de las Pendientes (Fuente Manual ABC).
3.4.3. Distancia de Visibilidad de Adelantamiento o Sobrepaso La Tabla 3.3 entrega los valores mínimos a considerar en el diseño como visibilidades adecuadas para adelantar. El proyectista deberá verificar en las etapas iniciales del proyecto en que zonas se deberá prohibir el adelantamiento y así adaptar su trazado evitando sectores demasiado largos en que no se pueda ejecutar esta maniobra. Las distancias de adelantamiento se dan en función de la Velocidad de Proyecto Vp, considerando que difícilmente se intentarán maniobras de adelantamiento respecto de vehículos que circulan a velocidades mayores.
Tabla 3.3. Distancia Mínima de Adelantamiento (Fuente Manual ABC).
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Donde sea económico posibilitar el adelantamiento el proyectista procurará dar distancias de visibilidad mayores que las indicadas en la Tabla precedente. 3.4.3.1. Frecuencia de zonas adecuadas para adelantar La visibilidad requerida para los adelantamientos es muy superior a la de frenado. Tratar de diseñar un camino que posea a todo lo largo una Da adecuada para adelantar resulta antieconómico, lo que se acentúa a medida que el terreno pasa de llano a ondulado y de este a montañoso. En el otro extremo, la poca frecuencia de zonas con visibilidad de adelantamiento reduce la capacidad de los caminos bidireccionales, provoca impaciencia en los conductores y hace aumentar el peligro que conllevan las maniobras de adelantamiento arriesgadas. Los sectores con Visibilidad Adecuada para adelantar deberán distribuirse lo más homogéneamente posible a lo largo del trazado. En un tramo de carretera de longitud superior a 5 Km., emplazando en una topografía dada, se procurará que los sectores con visibilidad adecuada para adelantar, respecto del largo total del tramo, se mantengan dentro de los porcentajes que se indican en Tabla 3.4.:
Tabla 3.4. Porcentaje de la Carretera con Visibilidad Adecuada para Adelantar (Fuente Manual ABC).
3.4.3.2. Zonas de No Adelantar Toda vez que no se disponga de la Visibilidad de Adelantamiento mínima, por restricciones causadas por elementos asociados a la planta o elevación o combinación de éstos, la zona de adelantamiento prohibido deberá contar con señalización horizontal, en el caso de pavimentos y mediante señalización vertical en todos los casos. En caminos de alto tránsito en que los mismos vehículos pueden obstaculizar la visibilidad de la señalización, se considerará la utilización de señalización vertical adicional, en el lado izquierdo de la carretera.
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3.4.4. Longitudes mínimas en recta Se debe distinguir las situaciones asociadas a curvas sucesivas en distinto sentido o curvas en “S” de aquellas correspondientes a curvas en el mismo sentido. 3.4.4.1. Curvas en “S” a) En nuevos trazados, deberá existir coincidencia entre el término de la clotoide de la primera curva y el inicio de la clotoide de la segunda curva. b) En las recuperaciones o cambios de estándar, si lo expuesto no es posible, se podrán aceptar tramos rectos intermedios de una longitud no mayor que:
Lrs máx = 0,08 * (A1+ A2) Siendo A1 y A2 los parámetros de las clotoides respectivas. c) Tramos rectos intermedios de mayor longitud, deberán alcanzar o superar los mínimos que se señalan en la Tabla 3.5, los que responden a una mejor definición óptica del conjunto que ya no opera como una curva en S propiamente tal, y están dados por:
Lr mín = 1,4 * Vp
Tabla 3.5. Longitud de Recta Mínima entre Curvas de Distinto Sentido-Condición (c) (Fuente Manual ABC).
3.4.4.2. Tramo Recto entre Curvas en el mismo Sentido Por condiciones de guiado óptico es necesario evitar las rectas excesivamente cortas entre curvas en el mismo sentido, en especial en Terreno Llano y Ondulado Suave con velocidades de proyecto medias y altas. La Tabla 3.6 entrega los valores deseables y mínimos según tipo de terreno y Vp.
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Tabla 3.6. Longitud de Recta Mínima entre Curvas del Mismo Sentido (Fuente Manual ABC).
3.4.5. Peralte Máximo y Fricción Transversal La Tabla 3.7, muestra los valores máximos para el peralte y la fricción transversal, para todo el tramo se adopta:
Tabla 3.7. Valores Máximos para el Peralte y la Fricción Transversal (Fuente Manual ABC).
Para los caminos que consultan un peralte máximo de 7%, se podrá, en casos calificados autorizados por la Administradora Boliviana de Carreteras, subir el peralte a 8% siempre que la línea de máxima pendiente no supere un 11%. El recálculo de Rmín se hará empleando la fricción transversal correspondiente. Lo anterior será aplicable a curvas críticas de un trazado y de ningún modo a todo un camino. En el proyecto se utilizó emax =10% y fmax = 0,18 debido a la topografía existente y el peralte girará alrededor del eje geométrico.
3.4.6. Radio Mínimo El criterio para definir los radios mínimos está en función del valor adoptado de la sobre elevación (peralte) máxima, coeficiente de fricción lateral máxima y de la velocidad de proyecto. Para el cálculo del radio mínimo se emplea la expresión:
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Rmin
Vp 2 127 * (emax f max )
Dónde: Rmin
=
Radio de curva, en Metros.
Vp
=
Velocidad directriz, en Km./hr.
emax
=
Sobre-elevación en m/m o peralte.
fmax
=
Coeficiente de fricción lateral, adimensional, (0.18).
La Tabla 3.8, muestra los radios mínimos absolutos en curvas horizontales, en función de los tipos de carreteras y todos los parámetros ya mencionados.
Tabla 3.8. Radios Mínimos Absolutos en Curvas Horizontales (Fuente Manual ABC).
En el proyecto se utilizó Rmin = 12 m, debido a la topografía y al eje del camino existente. 3.4.6.1. Peralte de Curvas de Radio Superior al Mínimo
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Para radios superiores al mínimo, el peralte varía según la Figura 3.2, para los distintos tipos de carreteras y caminos:
Fig. 3.2. Relación Radio – Peralte para Carreteras y Caminos (Fuente Manual ABC).
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3.4.7. Longitud Mínima de Espiral de Transición (Le) Con el objeto de optimizar las características geométricas del diseño de la carretera se ha previsto el empleo de curvas espirales de transición, entre tramos rectos y curvos, proporcionando con esto una circulación vehicular más segura, al mismo tiempo de prever una mejor apariencia a la carretera. La curva espiral aplicable a las características del terreno es la curva denominada clotoide, para el proyecto se utilizó como longitud de espiral mínimo de 20.00m aplicable para la topografía y categoría de la vía asumida.
Desde el punto de vista del criterio de comodidad dinámica, la longitud de transición ha sido calculada en función de la velocidad, del radio y del cambio de aceleración centrífuga.
La expresión para el cálculo es:
Le
0.0214 Vp 3 RC
Dónde: R
= Radio de curva, en metros.
Le
= Longitud de la espiral, en metros.
Vp
= Velocidad de proyecto, en km/hr.
C
= Tasa de cambio de la aceleración centrífuga, (0.3 a 1.2 m/seg3).
Dónde: C
= 0.3 para FF.CC.
C
= 1.2 para rampas e intersecciones.
C
= 0.6 a 1.0 para carreteras.
También se aplica la expresión:
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Vp 2 L min 6.05 V e 127 R
Esta longitud de transición, también sirve para desarrollar el peralte y el sobre-ancho desde lo normal hasta el máximo en la curva.
Lmin Asumida = 20 m
3.4.8. Sobreancho en Curvas
R
S 2 R R 2 (L22 L23 )
2
L (L21 2L22 ) R
Vp 10 R
Dónde: S :
Sobreancho en metros.
R :
Radio de la curva, en metros.
Vp :
Velocidad directriz, en km/h.
L1 = 0.9 m
Distancia entre el eje y el paragolpe delantero.
L2 = 5.5 m
Distancia entre el eje delantero del tractor y pivote de apoyo del semiremolque.
L3 = 9.1 m
Distancia entre el pivote de apoyo del semirremolque y el eje trasero o punto medio de los ejes traseros.
Los sobreanchos serán calculados para cada una de las curvas del proyecto y sus resultados serán redondeados a la décima de metro.
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3.4.9. Alineamiento Vertical
3.4.9.1. Pendiente Longitudinal Los valores de la pendiente longitudinal corresponden directamente al volumen y composición del tráfico previsto, la clase o categoría de la carretera y la topografía por la que se atraviesa. Así, pendientes muy suaves originan altos incrementos en el movimiento de tierras y en los costos de construcción, en cambio
pendientes fuertes incrementan los costos de
operación vehicular y de mantenimiento. La selección de las pendientes longitudinales estará dirigida al equilibrio de estos factores en el diseño del camino. En este sentido se han adoptado los siguientes valores de la Tabla 3.9:
TERRENO Máximo - Llano - Ondulado - Montañoso - Muy Montañoso Mínimo por drenaje - En corte - En Terraplen
ADMISIBLE 4% 6% 8% 12% 0.35% 0.00%
Tabla 3.9. Radios Mínimos Absolutos en Curvas Horizontales (Fuente Manual ABC).
En general en el proyecto se utilizaron pendientes longitudinales máximas de 10.00%, para sectores muy montañosos.
3.4.9.2. Longitud de Curvas Verticales Se usan curvas verticales para proporcionar un cambio gradual de la inflexión entre dos rasantes rectilíneas contiguas de distintas pendientes, para que los vehículos puedan correr fácilmente cuando ellos cruzan las carreteras. Estas curvas son normalmente de formas parabólicas de segundo grado.
La expresión utilizada fue:
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L K min A
Dónde: L
=
Longitud de curva horizontal (m)
Kmin
=
Valor mínimo adoptado.
A
=
Diferencia algebraica de las gradientes convergentes al PIV.
Para fines del diseño geométrico en sentido longitudinal se utilizaran curvas verticales parabólicas de segundo grado, que posibiliten un paso gradual y seguro entre dos gradientes adyacentes de un perfil longitudinal proporcionando como mínimo, una distancia de visibilidad igual a la distancia mínima de parada, Dp solamente. 3.4.9.3. Longitud mínima de curvas verticales convexas con visibilidad de frenado Las normas de diseño para las curvas verticales establecen sus longitudes mínimas por las circunstancias específicas. Para las carreteras, la longitud mínima de curvas verticales convexas determinada para la condición de visibilidad satisface, además, las exigencias de seguridad, confort y buena apariencia del trazado.
Pueden presentarse dos casos según que la distancia de visibilidad sea mayor o menor que la longitud de la curva. En la Figura 3.3, se muestra los factores que usados en el cálculo de la longitud mínima:
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Cálculo de longitud mínima para la distancia de visibilidad de parada Fig. 3.3. Gráfico para el Cálculo de la Longitud Mínima de Curvas Verticales Convexas (Fuente Manual ABC).
Para la distancia de visibilidad de parada, la altura de objeto usada por AASTHO es 150.00mm. La altura de ojo es de 1070 mm.
La longitud mínima es calculada por las fórmulas:
L min
AS 2
200 h1 h2
Cuando S L
2
200 h1 h2 L min 2S A
2
Cuando S L
3.4.9.4. Longitud mínima de curvas verticales cóncavas con visibilidad de frenado Para las curvas verticales cóncavas, la distancia de visibilidad de parada está determinada por la distancia iluminada por la noche por los faros del automóvil. Las normas del diseño son basadas en una altura del faro de automóvil supuesta de H= 600 mm y una divergencia ascendente de la viga del faro de automóvil de α =1°.
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Cálculo de longitud mínima para la distancia de visibilidad de parada Fig. 3.4. Gráfico para el Cálculo de la Longitud Mínima de Curvas Verticales Cóncavas (Fuente Manual ABC).
La longitud mínima es calculada por las fórmulas:
L min
Cuando S L
AS 2 1203.5S
L min 2S
120 3.5S A
Cuando S L
Los resultados de AASHTO 1994 se ven en la Tabla 3.10:
Vp (Km/h) 30 40
K (m/%) Convexas Longitud Mínima 2 4
Cóncavas Longitud Mínima 4 7
Tabla 3.10. Longitud Mínima de Curvas Verticales Convexas y Cóncavas (Fuente Manual ABC).
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3.4.9.5. Gálibo vertical Un gálibo vertical adecuado debe posibilitar a los camiones, con alturas que corresponden a los límites legales, pasar sin restricciones bajo una estructura, o por un bajo nivel o por un túnel, sin necesidad de que por precaución detenga la marcha o reduzca la velocidad. Se ha establecido un gálibo vertical mínimo igual a 5.50 metros de altura. 3.4.10. Sección Transversal La sección transversal de la carretera es un corte perpendicular al eje de la ruta. Las secciones transversales han sido obtenidas de la faja topográfica dibujada en las láminas de planta y perfil con el mayor cuidado posible (Ver secciones tipo en el ANEXO J). Estas secciones fueron tomadas cada 20 metros y en lugares consideradas críticas, y dibujadas con las elevaciones y dimensiones respectivas, siendo completadas con los taludes de relleno. En el volumen de planos se muestra las dimensiones de las secciones para el proyecto geométrico, de acuerdo a la siguiente descripción:
Plataforma.
Calzada.
Berma.
Pendiente Transversal.
Taludes en Terraplén.
3.4.10.1. Plataforma La carretera tendrá una plataforma normal de total de 6.00 m, que no tiene bermas, en los tramos de curvas este valor sufre cambios debido al sobreancho de diseño. 3.4.10.2. Calzada La carretera tendrá doble calzada, es decir, será bidireccional de 3.00 m de ancho de carril.
3.4.10.2. Bermas La carretera No presenta bermas.
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3.4.10.3. Pendiente Transversal Para la pendiente transversal de los carriles y de las bermas se adoptó el valor de 3.00%, con el fin de asegurar el drenaje superficial de las vías. 3.4.10.4. Taludes en Terraplén Se propone diseñar taludes y cunetas habitualmente utilizados de acuerdo al terreno. Por lo tanto por razones de seguridad vial, estabilidad de taludes y control de erosión, además para cortes con alturas mayores a 6 m se propone terrazas y los taludes (V:H) que se muestran en las Tablas 3.11 y 3.12 :
Tipo/Material
Roca
Roca Pizarra
Tierra Compacta
Corte
3:1
2:1
2:1
Relleno
1:2
1:4
1:6
Tabla 3.11. Taludes de terraplén y corte (Fuente Manual ABC).
Talud horizontal o vertical por tipo de terreno
Altura de taludes en corte o terraplen (m) 0,00 a 1,20 1,20 a 3,00 3,00 a 4,50 4,50 a 6,00 >6,00
Plano u ondulado 6:1 4:1 3:1 2:1 2:1
Montañoso
Muy Montañoso
4:1 3:1 2½ :1 2:1 1½:1
4:1 2:1 1¾:1 1½:1 1½:1
Tabla 3.12. Valores Indicativos para Taludes (Fuente Manual ABC).
Para el cuadro indicado se ha tomado en cuenta las características del tipo de material existente de la zona de emplazamiento (Tierra compacta en y roca pizarra).
3.4.10.5. Sección de Cuneta Se propone una sección con un talud de (V/H) 1:2, con una altura de 0.30 m. y con un contra talud referente al tipo de terreno.
3.5. DESCRIPCIÓN DEL TRAZADO DEFINITIVO
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En el proyecto se diferencian dos sectores, el primero sector Oruro, con inicio en el cruce a Ocurí en la progresiva 18+440 y se perfila en dirección Norte hasta llegar al hito denominado Cuchillani límite departamental entre Oruro y Potosí. El segundo sector Potosí, se inicia en Cuchillani para continuar en dirección Noreste hasta llegar a la zona de Miraflores ingreso que pertenece a la población de Uncía.
Tramo
Progresiva
Este
Norte
Elevación
18+440
754418,99
7927566,91
3.782,00
36+860
749891.50
7943962.97
3.984,54
36+860
749891.50
7943962.97
3.984,54
59+740
757559,48
7955966,07
3.744,55
Oruro
Potosí
Tabla 3.13. Coordenadas y Elevaciones de los Puntos de Inicio y Final en Metros (Fuente Propia).
3.6. PLANIMETRIA DEL TRAZO DEFINITIVO El alineamiento horizontal se ha desarrollado sobre una topografía Llana a Ondulada en el sector de Oruro y de topografía Llana, Ondulada, Montañosa hasta Muy Montañosa en el tramo de Potosí. La tabla 3.14, señala las progresivas y la topografía desarrollada.
POTOSÍ
ORURO
Tramo
Progresiva 18+440 24+105 24+668 27+849 28+085 29+002 30+055 33+416 33+683 36+860 24+105 24+668 27+849 28+085 29+002 30+055 33+416 33+683 37+409 38+123 38+504 39+085 43+994 40+798 41+046 44+146 44+443 44+719 45+125 45+444 48+228 48+459
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Topografía
Llana
Ondulada
Llana
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49+453 50+930 51+819 58+451 40+738 41+843 44+336 44+878 45+444 46+069 47+915 48+459 49+078 49+574 50+258 51+131 52+237 53+100 55+420 50+843 56+320 57+154 58+300 59+404 44+287 46+451 47+377 49+962 51+241 52+003 53+267 53+674 55+702 58+543 36+860 37+602 38+414 42+206 44+146 44+719 45+318 50+118 50+659 51+547 53+392 57+255 57+865 59+117
-
49+851 51+131 52+401 58+990 40+934 42+108 44+609 45+318 45+713 46+227 48+080 48+676 49+218 49+789 50+930 51+425 52+401 53+267 55+615 51+425 56+696 57+763 58+543 59+494 44+443 46+595 47+564 50+118 51+425 52+295 53+392 53+707 56+122 58+810 37+409 37+901 41+623 43+693 44+336 44+878 49+278 50+258 51+131 51+883 57+083 57+437 58+094 59+740
Ondulada
Montañosa
Muy Montañosa
Tabla 3.14. Rango de Progresivas y Topografía (Fuente Propia).
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Tramo
ORURO
Radio
Cantidad
12<=R<=25
0
0.00% Muy Montañosa
25
0
0.00%
47
5
11.90%
Ondulada
R>115
37
88.10%
Llana
42
100.00%
Total
POTOSÍ
Porcentaje
12<=R<=25
133
25
13
6.53%
47
34
17.09%
R>115
19
9.55%
Total
Topografía
Montañosa
66.83% Muy Montañosa
199
Montañosa Ondulada Llana
100.00%
Tabla 3.15. Rango de Radios de las Curvas Horizontales (Fuente Propia).
3.7. ALTIMETRÍA DEL TRAZO DEFINITIVO La altimetría general se distingue por tener pendientes que varían entre los rangos permitidos parte del diseño. Un resumen de los valores de las pendientes (%) de la rasante proyectada a lo largo de la carretera se muestra en la siguiente Tabla:
Tramo
Pendiente
ORURO
Longitud
0 a 3
14963
81.23%
3 a 6
3063
16.63%
6 a 8
394
2.14%
0
0.00%
18420
100.00%
0 a 3
4697
20.53%
3 a 6
7091
30.99%
6 a 8
4841
21.16%
>8
6251
27.32%
22880
100.00%
>8 Total
POTOSÍ
Porcentaje
Total
Tabla 3.16. Porcentaje de Pendientes (Fuente Propia).
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CAPITULO 4 MEJORAMIENTO DE ESTÁNDAR DEL PAQUETE ESTRUCTURAL
4.1. INTRODUCCIÓN Se refiere a aumentar la resistencia del material y reducir al mismo tiempo los efectos perjudiciales del agua mediante uno o varios agentes estabilizadores. En el caso del proyecto se vio conveniente realizar el diseño empleando el reciclaje in situ del material del camino existente con emulsión asfáltica, siendo este un Método No Convencional en Bolivia, pero que ofrece grandes beneficios a niveles ambientales y económicos
4.2. MEJORAMIENTO DE ESTÁNDAR DE CAMINOS DE BAJO VOLUMEN DE TRÁFICO Es mejorar las condiciones estructurales y geométricas del camino, tomando en cuenta un presupuesto reducido y condiciones ambientales limitantes, ya que estos caminos generalmente pasan por zonas protegidas y debido a que el flujo vehicular no es grande se destinan recursos económicos menores. 4.2.1. Las Recicladoras Wirtgen (Recicladora Wirtgen WR 2500 S) Las recicladoras Wirtgen son capaces de materializar cualquier proyecto de reciclado en frío. La WR 2000 es ideal para trabajos más pequeños y pavimentos más delgados, mientras que la WR 4200 se adapta mejor al reciclado de carreteras de mayor importancia y otros proyectos mayores. Así como la recicladora WR 2500 S de la Figura 4.1 nos será muy útil para el Mejoramiento de Estándar de Camino “Ocurí – Uncía”.
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Fig. 4.1. La Recicladora Wirtgen WR 2500 S.
La aplicación más frecuente de estas máquinas es el reciclado de pavimentos existentes, generalmente incluyendo las capas asfálticas superiores y una porción de la capa subyacente (tanto ligada como no ligada). Las máquinas están equipadas con dos sistemas de microprocesadores que controlan el sistema de bombeo, y dos barras de riego, como se esquematiza en la Figura 4.3. El rendimiento de este tipo de máquinas es enorme, y son capaces de aplicar todos los agentes estabilizadores comúnmente conocidos Figura 4.2.
Fig. 4.2. Estabilización con La Recicladora Wirtgen WR 2500.
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Pantalla/Teclado
Control del sistema de apertura y cierre de válvulas Impresora
Control Módulo 1
Procesador
Control Módulo 2
Control Módulo 3
Medición del flujo Bomba de control
Barra control de inyección
Medición de flujo Bomba de control
Dirección de Trabajo
Medición de velocidad de avance Medición de flujo de inyección Sistema control de bomba
Fig. 4.3. Microprocesador para el control del sistema de inyección de la Wirtgen WR 2500 S.
La Construcción del camino “Ocurí – Uncía” se proyecta con la recicladora Wirtgen WR 2500 S, evaluando el uso de esta maquinaria no convencional vs. La maquinaria convencional necesaria para realizar el pavimento convencional con agregados de empréstito, tomando en cuenta el contexto económico y ambiental. Las Dimensiones, funcionamiento específico, cotización y detalles de la recicladora Wirtgen WR 2500 S se mencionan en el ANEXO H 4.3. RECICLAJE DEL MATERIAL DEL CAMINO EXISTENTE CON EMULSION ASFALTICA Las máquinas de reciclado han evolucionado a través de los años, desde las primeras máquinas modificadas para fresar y estabilizar suelos, hasta las recicladoras especializadas utilizadas hoy en día. Estas recicladoras son especialmente diseñadas para lograr la
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capacidad de reciclar capas de pavimento de gran espesor en una sola pasada. A medida que la máquina avanza con el tambor rotando, el agua de un tanque acoplado a la recicladora se llena mediante mangueras dentro de la cámara de mezclado de la recicladora. El flujo de agua es medido con precisión mediante un micro procesador controlado por un sistema de bombeo, mientras que el tambor mezcla el agua con el material reciclado para alcanzar el contenido necesario de humedad. De esta forma es posible conseguir altos niveles de compactación. Agentes estabilizadores líquidos, como lechada cemento / agua o emulsión asfáltica, tanto en forma separada como combinadas, pueden ser introducidas directamente a la cámara de mezclado de una forma similar. En el caso particular del Proyecto se realizará una el Reciclaje o Estabilización del material granular del camino existente con emulsión asfáltica, el cuadro de Reciclaje en Frío nos dará una idea gráfica de lo que queremos hacer (Ver Figura 4.4).
Fig. 4.4. Cuadro de Reciclado en Frío.
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4.3.1. Agente Estabilizador (Emulsión Asfáltica) Debido a los grandes avances tecnológicos, el uso del asfalto como agente estabilizador ha incrementado enormemente su popularidad, aplicado tanto en su forma de emulsión como asfalto espumado. El tratamiento con asfalto cortado (cut back) no es considerado como un proceso de estabilización, ya que el asfalto se dispersa en una manera similar al asfalto de las mezclas en caliente. Sin embargo, debido a razones ambientales, tal tratamiento ha sido prohibido en la mayoría de los países. Estabilizar con asfalto es una manera efectiva, desde el punto de vista de los costos, mejorar la resistencia de un material y reducir al mismo tiempo los efectos perjudiciales del agua. La estabilización asfáltica produce una capa relativamente flexible en comparación al mismo material tratado con cemento. Las emulsiones asfálticas fueron originalmente desarrolladas para resolver dificultades constructivas asociadas a la construcción con asfalto caliente, y también fueron ideadas como aplicaciones para eliminar la emisión de polvo. El incentivo para reducir el consumo de combustibles en la crisis energética de los años ’70 hizo que se generara un explosivo aumento en el uso de las emulsiones en la estabilización de agregado mineral, incluyendo el mezclado con material húmedo a temperaturas ambientales. Una emulsión consiste en dos líquidos inmiscibles, uno en la fase dispersa (pequeños glóbulos de asfalto de 0,001 a 0,01 mm) y otro en la fase continua. Los líquidos son mecánicamente dispersados, en un molino coloidal. Las emulsiones asfálticas estándar consisten en una fase de asfalto (en glóbulos) disperso en una fase continua de agua. El empleo de un emulsificante impide, a través de un agente activo que forma un campo electroestático alrededor de los glóbulos de asfalto, que la fase dispersa pueda unirse y le otorga estabilidad a la emulsión. Después de mezclar la emulsión con el suelo a estabilizar se produce el proceso de “quiebre”, que es la separación del asfalto de la fase de agua y la unión de las gotitas de asfalto con el agregado para producir una película continua de asfalto sobre la superficie de agregado. El exceso de agua del agregado se deposita en la mezcla. El lapso de tiempo entre el mezclado hasta la separación del agua de los glóbulos de asfalto se conoce como el tiempo de “quiebre” (setting). El proceso de quiebre es seguido por el curado, que es la pérdida del agua de la mezcla (principalmente a través de la evaporación) y el incremento de la rigidez y la resistencia a Diseño y Mejoramiento de Estándar con Emulsión Asfáltica del Camino “Ocurí – Uncía”
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la tracción de la capa estabilizada de asfalto. Esto es importante debido a que una mezcla requiere adquirir rigidez y cohesión entre las partículas antes de permitir el tránsito sobre la nueva capa. El quiebre y el posterior curado está afectado por:
La tasa de absorción de agua del agregado (los agregados de textura rugosa y porosa reducen el tiempo de quiebre y de fijación al absorber el agua contenida en la emulsión).
El contenido de humedad de la mezcla previo al mezclado influye en el tiempo de quiebre.
El contenido de humedad de la mezcla después de la compactación influye en el tiempo de curado.
La granulometría del agregado y el contenido de vacíos de la mezcla (densidad alcanzada).
El tipo y calidad de la emulsión. Mayores concentraciones de emulsificador iónico producen emulsiones más estables.
Fuerzas mecánicas causadas por la compactación y el tráfico.
La composición mineral del agregado (por ejemplo, la tasa de curado puede ser afectada por posibles interacciones fisicoquímicas entre la emulsión y la superficie del agregado).
La intensidad de carga eléctrica del agregado en relación a la de la emulsión.
La temperatura del agregado y del aire, debido a que el calor cataliza las reacciones químicas y va a causar que el agua sea disipada y evaporada más rápidamente.
Tipo y porcentaje activo de filler (por ejemplo, cantidad de cal o cemento).
El cemento se utiliza normalmente en conjunto con la emulsión asfáltica. Además de mejorar la resistencia retenida y proveer resistencia mejorada a la humedad, el cemento actúa como una forma de catalizador al controlar el quiebre, incrementando las propiedades resistentes iniciales, ayudando así al acomodo del tráfico. Las investigaciones realizadas acerca de los efectos de combinar cemento con emulsión asfáltica han mostrado que hasta un 1,5 % en masa de cemento puede ser añadido sin reducir significativamente las características de fatiga de la capa estabilizada.
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4.3.1.1. Tipos de Emulsión Existen tres tipos de emulsión, a saber:
Emulsión aniónica producida utilizando emulsificadores cargados negativamente tales como ácidos grasos. Los emulsificadores reaccionan con el hidróxido de sodio para liberar los iones en la solución en un proceso de saponificación.
Emulsión catiónica producida utilizando emulsificadores cargados positivamente como las aminas. Estos emulsificadores deben reaccionar con un ácido (generalmente ácido clorhídrico) antes de que puedan funcionar. El tipo de aminas (por ejemplo, diamina v/s aminas alcoxiladas) determina si el quiebre va a ser rápido o lento (respectivamente).
Emulsión no-iónica, que es fabricada con emulsificadores no cargados. Estas emulsiones no son utilizadas en el reciclado en frío
Emulsiones aniónicas (con pH > 7) En las emulsiones aniónicas las partículas de asfalto se cargan negativamente presentando afinidad por los cuerpos con carga positiva. Los emulsionantes que permiten esta polaridad son generalmente oléalos o resínalos de sosa o de potasa, u otros jabones similares. El estearato sódico es muy usado con este fin: en agua, se ioniza dando un anión soluble en betún de manera que cada glóbulo de betún se rodea de una película de iones de estearato cargados negativamente con lo cual los glóbulos tienden a repelerse evitándose la coagulación de las mismas. La cantidad de emulsionante depende de la estabilidad que se desee en la emulsión, aunque como máximo está en un 2% del peso de la emulsión. Emulsiones catiónicas (con pH < 7) (Tipo de Emulsión Usada en el Proyecto pH = 5) En las emulsiones catiónicas las partículas de asfalto se cargan positivamente presentando por tanto afinidad por los cuerpos de carga negativa. Los emulsionantes que las producen son sales cuaternarias de amonio como el bromuro de cetil Irimetril amonio el cual forma un anión de bromo y un catión que es el radical cetil trimetril amonio cargado positivamente que rodea a las partículas de betún y se adhiere con gran facilidad a los áridos que presentan carga débil negativa.
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Esta carga atrae a las partículas de betún generando en parte la rotura de la emulsión que continúa su rotura por evaporación del agua. La proporción de emulsionante va del 2% al 3% en peso de emulsión, en función de la estabilidad que se desee conferir al sistema. 4.3.1.2. Clasificación de Emulsiones Asfálticas En función de la facilidad de rotura de una emulsión en contacto con los áridos, las mismas se clasifican en: Emulsiones de rotura rápida (R) Emulsiones de rotura media (M) Emulsiones de rotura lenta (L) Las especificaciones españolas establecen los siguientes tipos de emulsiones: EAR O, EAR 1 y EAR 2: Emulsiones aniónicas de rotura rápida, con contenidos mínimos de betún del 43, 60 y 65% respectivamente. Las EAR O pueden tener hasta un 7% de fluidificantes. EAM: Emulsiones aniónicas de rotura media, con contenidos mínimos de betún del 57%. Además pueden tener un máximo del 10% de fluidificantes. EAL 1 y EAL 2: Emulsiones aniónicas de rotura lenta, con contenidos mínimos de betún del 55 y 60% respectivamente. Las EAL 1 pueden tener un máximo del 8% de fluidificantes. ECR O, ECR 1, ECR 2 y ECR 3: Emulsiones catiónicas de rotura rápida, cuyos contenidos mínimos de betún residual son del 43, 57, 62 y 66% respectivamente. El contenido mínimo de fluidificantes es del 7% en las ECR O, del 2% en las ECR 3 y del 5% en las otras dos. ECM: Emulsiones catiónicas de rotura media, con contenidos mínimos de betún puro del 59% y hasta el 12% de fluidificantes. ECL 1 y ECL 2:
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Emulsiones catiónicas de rotura lenta, con contenidos mínimos de betún del 55 y 57% respectivamente. Las primeras pueden tener un 10% de fluidificantes. En algunas ocasiones, a las designaciones anteriores se les añade la letra d (por ejemplo: ECL Id, EAL 2d). Esto indica que el betún residual de la emulsión es más duro que lo habitual, con penetraciones de 60/100 en vez de 130/200.
La carga iónica de las partículas de asfalto depende de la química del agregado. Por ejemplo, la piedra caliza es un agregado alcalino mientras el granito y la cuarcita son agregados acídicos. La influencia de la interacción entre la emulsión asfáltica y el agregado se resume en la Tabla 4.1.
Tabla 4.1. Compatibilidad Agregado / Emulsión.
La razón principal para utilizar emulsión asfáltica como agente estabilizador es permitir que el asfalto se pueda mezclar efectivamente con material frío y húmedo. Esto es una fase transitoria, ya que el producto final deseado es un material ligado con asfalto, lo cual requiere que el asfalto se separe de la suspensión para que así, éste pueda actuar como ligante. Es por esto que las condiciones de quiebre y el régimen de curado posterior son muy importantes para el desempeño futuro de la mezcla.
En el proyecto en particular se utilizaron las especificaciones Brasileras provistas por “GRECA Asfaltos” las cuales se emplearon para el control de calidad. GRECA Asfaltos produce y comercializa todo tipo de Emulsiones Asfálticas Catiónicas para pavimentación, el tipo de es determinado por la naturaleza de las emulsiones y su
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clasificación de acuerdo a su velocidad de rotura, viscosidad Saybolt-Furol, residuo asfaltico, etc., pudiendo ser: De Rotura rápida (RR). De Rotura Média (RM). De Rotura Lenta (RL). De Rotura Controlada (RC). La siguiente estructura presenta la nomenclatura de las Emulsiones Asfálticas Catiónicas de acuerdo con la norma CNP 07/88, del 6 de septiembre de 1988:
Utilización: Dentro de algunas utilizaciones destacamos las siguientes para cada tipo de Emulsión:
RR – 1C: Pintura de ligación.
RR – 2C: Tratamiento superficial simple, doble y triples; macadam asfáltico.
RM – 1C y RM – 2C: Confección de pre mezclas en frío; recuperación o reciclaje de vías urbanas.
RL – 1C: Lechada asfáltica; Confección de pre mezclas en frío; recuperación o reciclaje de vías urbanas.
CM de Imprimación: Imprimación de bases; Estabilización; Confección de pre mezclas en frío; recuperación o reciclaje de vías urbanas.
Técnicas en las que pueden ser utilizadas las Emulsiones Asfálticas:
Tratamiento Superficial Simple, Doble y Triple;
Pintura de Ligación;
Confección de pre mezclas en frío;
Estabilización y/o Reciclaje;
Lechada asfáltica;
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4.4. METODO DE DISEÑO DE MEZCLAS ASFALTICAS EN FRIO CON EMULSIÓN Esta especificación describe el método de diseño para mezclas asfálticas en frío con emulsión del Manual Técnico de la ABC. El procedimiento está orientado a mezclas para caminos de bajo volumen de tránsito con áridos densamente graduados con tamaño máximo menor o igual a 25 mm (1 pulg). Es aplicable a mezclas producidas tanto in situ como en laboratorio, a temperaturas ambiente. El método comprende la realización de las siguientes etapas:
Contenido inicial de emulsión
Contenido de agua de pre mezcla
Contenido óptimo de agua de compactación
Contenido óptimo de asfalto residual
4.4.1. Ensayos de Laboratorio Son los ensayos de laboratorio necesarios para conocer las características del suelo (Ripio) y el control de calidad de los materiales para mejorarlo en este caso (Emulsión Asfáltica), con el propósito de obtener los datos necesarios para realizar el Diseño Estructural según el Método del Manual Técnico de la ABC con apoyo de la Norma Mexicana N·CMT·4·02·003/04 de la Secretaria de Comunicaciones y Transportes (S.C.T.). 4.4.1.1. Resumen Ensayos de Verificación del Suelo a Reciclar con Emulsión Es una compilación de los ensayos de suelos realizados a la capa de ripio que se propone reciclar y se muestran en la Tabla 4.2:
RASUMEN DE ENSAYOS DE VERIFICACIÓN DE SUELOS (RIPIO) HUMEDAD NATURAL (%) LIMITE LIQUIDO (%) LIMITE PLASTICO (%) INDICE PLASTICO (%) INDICE DE CONSISTENCIA
1,32 20,52 15,18 5,34
PROCEDIMIENTO (S0301) (ASTM D2216) (S0304) (ASTM D4318 AASHTO T89) (S0305) (ASTM D4318 AASHTO T90)
3,60
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CLASIFICACION DE SUELOS HUMEDAD ÓPTIMA COMPACTACIÓN PROCTOR MOD. (%) C.B.R. A 0,1" DE PENETRACIÓN AL 100% / 95% (%)
A-1 a (0) / GW - GM 8,33
AASHTO M-145 / SUCS (S0403) (ASTM D422 AASHTO T180)
86,38 / 49,33
(S0404) (ASTM D1883 AASHTO T193)
Tabla 4.2. Compilación de los Ensayos de Verificación de Suelos Realizados a la Capa de Ripio.
4.4.1.2. Ensayos de Control de calidad de la Emulsión Asfáltica Son ensayos de verificación de las características del producto asfáltico que está certificado por el proveedor en este caso “GRECA Asfaltos” se realizarán de acuerdo al procedimiento del Manual Técnico de la (A.B.C.) referido a la AASHTO y ASTM, pero ya que este manual no ofrece una especificación de requisitos que debe cumplir la emulsión asfáltica debemos recurrir a las especificaciones de la Norma Brasilera (N.B.R.) referida a la AASHTO y ASTM para la emulsión asfáltica del fabricante “GRECA ASFALTOS”. 4.4.1.2.1. Método de Residuo por Destilación (A0301) (ASTM D 6997 AASHTO T59-97)
Objetivo: Es
de eliminar los solventes y emulsificantes de manera que se pueda cuantificar la
cantidad de Residuo asfáltico que contiene determinada Emulsión asfáltica y de la misma forma poder hacer una evaluación de dicho Residuo Asfáltico Equipos y Materiales: 1. Destilador de aleación de aluminio (Figura 4.5), aproximadamente de 240 mm de altura por 94 mm de diámetro interior, con un anillo quemador de 125 ± 5 mm, que tiene orificios sobre la periferia interior y que se ajusta alrededor del destilador. 2. Conexión del equipo consistente en un tubo conector, escudo de metal, un condensador enfriado por agua tipo West o Liebig con camisa de vidrio borosilicato o metal y un adaptador adecuado entre el condensador y la probeta graduada de 100 ml , de las dimensiones mostradas en la Figura 4.6.
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3. Termómetro de destilación de rango reducido ASTM, graduados en grados Celsius como se especifica, con un rango entre – 2 y + 300°C, y conforme a los requisitos para termómetros 7C como se prescribe en la norma ASTM E 1. Nota 1: Para detalles del conjunto de piezas y aparatos para el ensaye de destilación, ver Figura 4.6. Ver también Nota 2. 4. Balanza de 5.000 g de capacidad, con una precisión de 0,1 g
Procedimiento: 5. Pese exactamente 200 ± 0,1 g de una muestra representativa de emulsión, pese previamente el destilador, incluyendo tapa, abrazadera, termómetros y empaquetadura, si se usa. 6. Use una empaquetadura de papel aceitado o asbesto entre el destilador y la tapa o ensamble, apoyándolo en la tapa hermética. Asegure la abrazadera que cubre el destilador. 7. Inserte un termómetro a través del corcho en cada uno de los pequeños orificios existentes en la tapa. Ajuste estos termómetros para que el final del bulbo de uno de ellos quede a 6,5 mm desde el fondo del destilador y el bulbo del otro quede aproximadamente a 165 mm desde el fondo del destilador.
Fig. 4.5. Aparato de Destilación de Emulsiones Asfálticas.
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8. Ubique el anillo quemador alrededor del destilador, a 150 mm desde el fondo de éste. Aplique calor con el quemador encendido y ajustado a la llama al mínimo; también aplique calor con un quemador Bunsen al tubo conector, para prevenir la condensación de agua. 9. Mueva el anillo quemador aproximadamente a nivel con el fondo cuando la temperatura leída en el termómetro inferior sea aproximadamente 215°C. Incremente la temperatura a 260 ± 5°C manteniéndola por 15 min. La destilación total debe completarse en 60 ± 15 min contados desde la primera aplicación de calor. Nota 2: La localización del quemador al comienzo del ensaye es flexible; puede levantarse para disminuir el riesgo de sobre espumación o bajarse a la mitad del destilador para emulsiones que no contienen solvente. Los cambios repentinos de la temperatura en el termómetro superior indican espuma sobre el bulbo; quite calor hasta el cese de la espuma. 10. Inmediatamente después de cumplido el período de calentamiento, pese nuevamente el destilador y accesorios como se indicó en 5. Calcule e informe el porcentaje de residuo por destilación; registre el volumen de aceite destilado aproximando a 1/2 ml; calcule e informe el aceite destilado como un porcentaje de volumen sobre el total de la emulsión. Guarde el aceite destilado si desea identificarlo. Nota 3: El destilador a temperatura ambiente 5.Pesa 1,5 g más que a 260°C, corrija este error adicionando 1,5 g del peso bruto obtenido en 10, antes de calcular el porcentaje de residuo por destilación. 11. Quite la tapa del destilador, agite e inmediatamente vierta una porción adecuada de residuo a través de un tamiz de 0,3 mm (Nº 50), dentro de una cápsula metálica de 240 ml, o dentro de un molde adecuado; guarde para realizar los ensayes requeridos. Deje que el residuo en el molde y cápsula se enfríe descubierto a la temperatura ambiente, y luego ensaye el residuo de acuerdo a lo descrito en el Método.
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Fig. 4.6. Destilador, Anillo Quemador de un Diámetro de 125mm y Ensamble del Aparato de Destilación para el Ensayo de Emulsiones Asfálticas.
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Precisión 12. Resultados duplicados del mismo operador no deberían considerarse dudosos a menos que ellos difieran en más de las siguientes cantidades:
Residuo por destilación, % masa 50 a 70
Repetitividad, % masa 1,0
13. Los resultados enviados por cada uno de dos laboratorios no deberían considerarse dudosos a menos que ellos difieran por más que las siguientes cantidades:
Residuo por destilación, % masa 50 a 70
Reproducibilidad, % masa 2,0
14. La precisión para la penetración del residuo por destilación por este método, es la misma que se indica en A0311”Penetración” o en A0103. Informe: a) En la Tabla 4.3 se muestra los resultados del método de residuo por destilación, cumpliendo con las especificaciones de la Norma Brasilera NBR-14896 y NBR-6568 utilizadas por el fabricante “GRECA Asfaltos”, que se encuentran en el ANEXO F. b) Para el cálculo detallado referirse al ANEXO E (Ensayos de Laboratorio).
RESULTADOS RESIDUO POR DESTILACIÓN (A0301) (ASTM D 6997 AASHTO T59-97) TEORICO DE SOLVENTE (% Peso) RESIDUO ASFALTICO (% Peso)
10 56
AGUA (%Peso)
34
ESPECIFICACIONES NBR-14896 y NBR-6568 MINIMA MAXIMA 0 12 45 56 32 55
Tabla 4.3. Resultados del Método de Residuo por Destilación.
4.4.1.2.2. ENSAYE DE VISCOSIDAD (A0303) (ASTM D 244 AASHTO T59-97)
Objetivo: Este método describe el procedimiento para la medida empírica de la viscosidad Saybolt de productos del petróleo a temperaturas especificadas entre 20 y 100°C. Definiciones:
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1. Viscosidad Saybolt Universal El tiempo de flujo en segundos de 60 ml de mezcla que fluye a través de un orificio Universal, calibrado bajo condiciones especificadas. 2. Viscosidad Saybolt Furol El tiempo de flujo en segundos de 60 ml de muestra que fluye a través del orificio Furol, calibrado bajo condiciones especificadas. La viscosidad Furol es aproximadamente un décimo de la viscosidad Universal y se recomienda para productos del petróleo que tienen viscosidad mayor que 1000 s (Saybolt Universal) tales como combustible, aceites y otros materiales residuales. La palabra “Furol” es una contracción de fuel and road oils. Equipos y Materiales: 3. Viscosímetro Saybolt con Baño. 4. Tubo succionador, como se muestra en la Figura 4.7 u otro aparato adecuado. 5. Soporte del termómetro. 6. Aparato para poner el termómetro en el viscosímetro. Un diseño adecuado se muestra en la Figura 4.7. 7. Embudo filtro Como se muestra en la Figura 4.7. 8. Frasco recibidor Como se muestra en la Figura 4.7. 9. Cronómetro Graduado en décimas de segundo y con una exactitud de 0,1 segundos cuando se ensaya sobre un intervalo de 60 min. Los cronómetros eléctricos son aceptables, si son operados sobre un circuito de frecuencia controlada. 10. Termómetro para leer la temperatura de ensaye de la muestra. El termómetro para Viscosidad Saybolt ASTM debe cumplir con lo especificado en la norma ASTM E 1. 11. Termómetro para baño, Termómetros de viscosidad
o cualquier otro medio de
exactitud equivalente.
Preparación de los aparatos: 12. Use un orificio Universal para lubricantes y materiales destilados con tiempos de flujo mayores que 32 s para obtener la exactitud deseada. No es conveniente ensayar con estos orificios líquidos con tiempo de flujo sobre 1000 s. 13. Use el orificio Furol para materiales residuales con tiempo de flujo mayor que 25 s. El tiempo de flujo
Furol es aproximadamente una décima parte del tiempo de flujo
Universal.
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14. Instale el viscosímetro con baño donde esté libre de corrientes de aire y rápidos cambios de temperatura; localícelo de modo que la muestra no se contamine con polvo o vapores durante el ensaye. 15. No debe determinar la viscosidad a temperaturas inferiores a la temperatura de condensación atmosférica de la sala. Temperaturas de la sala sobre los 38°C no introducen errores superiores al 1,0 %; para una normalización y ensayes de arbitraje mantenga la temperatura de la sala entre 20 y 30°C y regístrela. 16. Llene el baño hasta no menos de 6,5 mm por encima del borde de derrame del viscosímetro. El listado de la Tabla 4.5, recomienda el medio del baño por cada temperatura de ensaye. 17. Disponga un revolvedor adecuado y control térmico para el baño, de modo que la muestra no fluctúe en más de ± 0,1°C después de alcanzar la temperatura de ensaye. 18. Limpie el viscosímetro con un solvente efectivo no tóxico y quite todo el solvente del viscosímetro. Nota 2: El émbolo del cual está provisto el viscosímetro no debe ser usado para limpiar los bordes de derrame y pared del viscosímetro pues puede dañarse con el uso.
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Fig. 4.7. Tubo Succionador, Soporte del Termómetro, Embudo y Frasco Recibidor (Aparatos para el Ensayo de Viscosidad Saybolt).
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Calibración del Viscosímetro 19. Calibre el viscosímetro Saybolt Universal a intervalos no mayores que 3 años, midiendo el tiempo de flujo a 38°C de una viscosidad normal apropiada siguiendo el procedimiento dado en los numerales 23 a 29. 20. El tiempo de flujo debe ser igual al valor certificado de la viscosidad Saybolt; si el tiempo de flujo difiere del valor certificado por más de 0,2%, calcule el factor de corrección, F, para el viscosímetro, como sigue:
F=v/t
Dónde: V: Viscosidad Saybolt certificada. T: Tiempo del flujo en segundos a 38°C. Nota 3: El factor de corrección aplicado a todos los niveles de viscosidad para todas las temperaturas, provee la calibración que está basada en una viscosidad normal que tiene un tiempo de flujo entre 200 y 600 s. 21. Calibre el viscosímetro Saybolt Furol a 150°C de la misma manera como se hizo antes, usando una viscosidad normal teniendo un tiempo de flujo mínimo de 90 s. 22. Los viscosímetros u orificios que tienen correcciones superiores al 1,0 % no deben usarse para ensayes de arbitraje. Procedimiento: 23. Si la temperatura de ensaye está por encima de la temperatura de la sala, el ensaye puede acelerarse por precalentamiento de la muestra a no más que 1,6° C por sobre de la temperatura de ensaye. Nota 4: Para materiales asfálticos cortados que tienen componentes altamente volátiles tales como los de curado rápido y curado medio, los precalentamientos no están permitidos en recipientes abiertos. Vierta el material dentro del viscosímetro a la temperatura de la sala o si el material es demasiado viscoso para vaciarlo a la temperatura de la sala, caliéntelo, colocando la muestra en el envase original en un baño de agua a 50°C por unos minutos antes de vaciar. El filtrado a través de una malla de 0,150 mm, como se describe en 24, se omite. Para ensayes sobre la temperatura de la sala, las diferencias mayores de temperatura que se permiten
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durante el período de calentamiento están indicadas en la Tabla 4.3, pero la temperatura del baño deberá ajustarse dentro de los límites prescritos antes del minuto final de agitación, durante el cual la temperatura de la muestra permanece constante (ver 25). 24. Inserte un tapón de corcho, que tenga un cordel unido para quitarlo con facilidad, dentro de la cámara de aire, en el fondo del viscosímetro. El corcho debe encajar estrechamente, lo suficiente para prevenir el escape de aire; una evidencia es la ausencia del líquido por ensayar sobre el corcho cuando se retira. 25. Filtre la muestra preparada a través de una malla 0,150 mm, tamizando directamente dentro del viscosímetro hasta el nivel que está sobre el borde de derrame. 26. Revuelva la mezcla hasta que la temperatura permanezca constante dentro de 0,1°C de la temperatura de ensaye, revolviendo continuamente durante 1 min. Revuelva con el termómetro del viscosímetro puesto en un soporte (Figura 4.7.). Use un movimiento circular de 30 a 50 rpm en el plano horizontal. Nota 5: La viscosidad de aceites refinados del petróleo, aceites lubricantes negros, residuos combustibles y productos cerosos similares, puede ser afectada por la historia térmica previa. Los siguientes procedimientos de precalentamiento deben seguirse para obtener resultados uniformes para viscosidad bajo los 95°C. Para obtener una muestra representativa, caliente la muestra en el recipiente original, cercano a los 50°C, revolviendo y agitándola. Sondee la parte inferior del recipiente con una varilla, para tener la certeza que todo el material ceroso está en solución. Vierta 100 ml dentro de un Erlenmeyer de 125 ml. Taponee sueltamente con un tapón de corcho o goma; sumerja el frasco en el baño con agua en ebullición por 30 min. Mezcle bien, quite la muestra del baño y tamice a través de una malla 0,075 mm directamente dentro del viscosímetro. Complete el ensaye de viscosidad dentro de 1 h después del precalentamiento. Nota 6: Nunca ajuste la temperatura por inmersión de cuerpos calientes o fríos dentro de la muestra. En tal caso el tratamiento termal puede afectar a la muestra y a la precisión del ensaye. 27. Quite el termómetro de la muestra; rápidamente retire el líquido del rebalse hasta que el nivel esté por debajo del borde de éste. Esto se hace colocando el extremo del tubo de
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succión (Figura 4.7) en un punto del rebalse y aplicando succión. No toque el nivel de rebalse con el tubo de succión, o el menisco efectivo de la muestra se verá reducido. 28. Coloque el frasco receptor donde fluya el líquido desde el fondo del viscosímetro, de modo que apenas tope con el cuello del frasco. La marca de graduación estará entre 100 y 130 mm debajo del fondo del tubo del viscosímetro. 29. Suelte el corcho del viscosímetro usando el cordel; al mismo tiempo eche a andar el cronómetro. Pare el cronómetro en el instante que la parte inferior del menisco llegue a la marca de graduación. Informe el tiempo de flujo en segundos.
Cálculos: 30. Multiplique el tiempo de flujo por el factor de corrección para el viscosímetro determinado en 20. Precisión: Los resultados presentados no deben diferir en más de los siguientes: 31. Repetitividad (un operador y aparato): 1% 32. Reproducibilidad (diferentes operadores y aparatos): 2%. Informe: a) Tiempo de flujo como viscosidad Saybolt Furol (Tabla 4.4.) de la muestra a la temperatura de 25 °C, cumpliendo con las especificaciones de la Norma Brasilera NBR14491 utilizadas por el fabricante “GRECA Asfaltos”, que se encuentran en el ANEXO F, además (Ver Figura 4.8). b) Para el cálculo detallado referirse al ANEXO E (Ensayos de Laboratorio).
RESULTADOS VISCOSIDAD SAYBOLT FUROL, 25 °C (A0303) (ASTM D 244 AASHTO T59-97) PROMEDIO VISCOSIDAD SAYBOLT FUROL, 25 °C (Seg.)
34,64
ESPECIFICACIONES NBR-14491 MINIMA MAXIMA 5 50
Tabla 4.4. Viscosidad Saybolt Furol a 25 °C.
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Tabla 4.5. Precisión temperatura de baño recomendado. Nota: (a) Máxima diferencia permitida entre la temperatura del baño y la temperatura de ensaye para mantener el equilibrio térmico al mismo tiempo que se revuelve la muestra en el viscosímetro con el termómetro
Fig. 4.8. Ensayo de Viscosidad Saybolt Furol a 25 °C.
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4.4.1.2.3. SEDIMENTACIÓN (A0305) (ASTM D 244 AASHTO T59-97)
Objetivo: Es el ensayo que nos permite conocer el comportamiento de la Emulsión asfáltica cuando se almacena para su posterior uso Equipos Y Materiales: 1. Dos cilindros de vidrio de 500 ml con base ajustada o moldeada, tapones de corcho o vidrio u otro medio adecuado que los selle herméticamente y que tengan un diámetro externo de 50 ± 5 mm y graduación de 5 ml. 2. Pipeta de vidrio; un sifón y pipeta de 60 ml de forma opcional. 3. Balanza de 1.000 g de capacidad y una precisión de 0,01 g. 4. Horno termostáticamente controlado capaz de mantener una temperatura de 163 ± 3°C. Procedimiento: 5. Ponga 500 ml de muestra representativa en cada uno de los cilindros de vidrio. Tape el cilindro y déjelo sin perturbar en el laboratorio a la temperatura ambiente por 5 días. Después de este período, remueva aproximadamente 55 ml de la parte superior de la emulsión, por medio de la pipeta o sifón, sin alterar el resto. Mezcle cada porción completamente; pese 50 g de cada muestra por separado, en vasos de vidrio, tarados, de 600 ml y determine el residuo asfáltico por evaporación, colocando la muestra en un horno a110 ± 5°C mínimo por 2 horas, hasta masa constante. 6. Después de remover la parte superior de la muestra, saque con una pipeta o sifón aproximadamente 390 ml de cada cilindro. Mezcle toda la emulsión remanente en el cilindro y pese 50 g por separado, en los vasos de vidrio tarados de 600 ml. Determine el residuo asfáltico de cada muestra de acuerdo con 5.
Cálculos: Calcule la sedimentación como sigue: Sedimentación (%) (5 Días) = B – A
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Dónde: A: Promedio del porcentaje de residuo de la parte superior de la muestra. B: Promedio del porcentaje de residuo del fondo de la muestra.
Precisión: El siguiente criterio se usa para juzgar la aceptabilidad de los resultados (95% de probabilidad).
Repetitividad: Resultados duplicados por el mismo operador no serán considerados dudosos a menos que ellos difieran en una cantidad mayor que la señalada:
Tabla 4.6. Repetitividad Sedimentación.
Reproducibilidad: Los resultados entregados por cada uno de dos Laboratorios no serán considerados dudosos a menos que ellos difieran por más de las siguientes cantidades:
Tabla 4.7. Reproductibilidad Sedimentación.
Informe:
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Proyecto de Grado
a) La sedimentación en 5 días a temperatura ambiente (15 °C Aprox.) % en peso (Tabla 4.8), cumpliendo con las especificaciones de la Norma Brasilera NBR-6570 utilizadas por el fabricante “GRECA Asfaltos”, que se encuentran en el ANEXO F, además (Ver Figura 4.9). b) Para el cálculo detallado referirse al ANEXO E (Ensayos de Laboratorio).
RESULTADOS DE SEDIMENTACIÓN A LOS 5 DÍAS A TEMPERATURA AMBIENTE 15 °C (A0305) (ASTM D 244 AASHTO T59-97) SEDIMENTACIÓN, 5 DÍAS, (%) PESO
2,22
ESPECIFICACIONES NBR-6570 MINIMA MAXIMA 15
Tabla 4.8. Resultados de Sedimentación a los 5 Días a Temperatura Ambiente 15 °C.
Fig. 4.9. Sedimentación a los 5 días a Temperatura Ambiente 15 °C.
4.4.1.2.4. ENSAYE DE CONGELAMIENTO (A0308) (ASTM D 244 AASHTO T59-97)
Objetivo: Nos da una idea de cómo se comportaría la Emulsión Asfáltica en caso de hielo y deshielo, para prevenir el almacenaje y la puesta en obra de la misma.
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Proyecto de Grado
Procedimiento: 1. Coloque aproximadamente 400 g de la emulsión en un recipiente metálico limpio, de 500 ml, de manera que pueda cerrarse a presión en la parte superior. 2. Exponga la emulsión en el recipiente cerrado a una temperatura de -18°C por 12 h o más, consecutivas. 3. Al término del período de congelamiento deje que la emulsión se deshiele en el recipiente exponiéndola a la temperatura ambiente. 4. Repita los períodos de hielo y deshielo hasta que la emulsión haya sido sometida a 3 ciclos. 5. Después de los 3 ciclos, la emulsión se mantiene homogénea o se separa en distintas capas; en este último caso no vuelva a homogeneizarla por mezclado a la temperatura del laboratorio. 6. Informe los resultados de este ensaye como Homogénea o Quebrada. Informe: a) En la Fig. 4.10. Se muestra que la emulsión asfáltica se separa en capas después de los 3 ciclos de hielo y deshielo por lo tanto es “Quebrada”.
Fig. 4.10. Congelamiento después de 3 Ciclos “Emulsión Asfáltica Quebrada”.
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Proyecto de Grado
4.4.1.2.5. EXAMEN DEL RESIDUO (A0311) (ASTM D 244 AASHTO T59-97)
Objeto: Los ensayos de densidad, contenido de cenizas, penetración y ductilidad se sugieren para el examen del residuo de la emulsión obtenido por destilación o evaporación. 1) Método para determinar la Densidad (A0102) (ASTM D71-94 AASHTO T229-97)
Objeto: Este método establece el procedimiento para determinar la densidad de los asfaltos, mediante el uso de picnómetro a la temperatura requerida.
Equipos y Materiales: a) Picnómetro, de 24 a 30 ml de capacidad (ver Figura 4.11). b) Balanza analítica. c) Baño termostático capaz de mantener la temperatura requerida en un rango de ± 0,1°C. d) Termómetro de –8 a 32°C, con una precisión de 0,1°C. e) Agua destilada.
Fig. 4.11. Picnómetros.
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Calibración del Picnómetro 1. Determine la masa del picnómetro limpio y seco con su tapa, y desígnela como A, aproximando a 0,01 g. 2. Llene el picnómetro con agua destilada y ajuste firmemente la tapa girándola. Sumerja totalmente el picnómetro en un vaso con agua destilada. Coloque el vaso con el picnómetro en el baño de agua de forma que el agua del baño quede al mismo nivel que la del vaso. Manténgalos en el baño como mínimo 30 min. a la temperatura de ensaye. Retire el picnómetro y seque rápida y cuidadosamente toda humedad superficial, determine la masa y desígnela como B, aproximando a 0,01 g. Nota 1: Se deben tomar las precauciones necesarias para que los equipos y agua estén a la temperatura de ensaye, y para evitar derrames del picnómetro. Nota 2: La temperatura de ensaye debe ser igual a la temperatura de calibración del picnómetro. 3. Si la viscosidad impide seguir el procedimiento descrito, aplique lo que se señala en Procedimientos para Cementos Asfálticos. 4. Caliente una pequeña cantidad de material hasta una condición fluida, mediante la aplicación de calor en forma suave; debe prevenir la pérdida por evaporación. Una vez que la muestra esté suficientemente fluida viértala dentro del picnómetro, limpio y seco, hasta aproximadamente la mitad. Es conveniente calentar ligeramente el picnómetro antes de vaciar el material. Se deben tomar Procedimiento: Procedimiento para asfaltos líquidos de baja viscosidad. 5. Caliente el material asfáltico a la temperatura requerida y viértalo dentro del picnómetro hasta llenarlo, evitando la inclusión de burbujas de aire. Inserte la tapa firmemente en el picnómetro y limpie con un paño el exceso de material que se hubiere derramado por el orificio. Determine la masa del picnómetro y su contenido y desígnela como C, aproximando a 0,01 g (Ver Figura 4.12). 6. Calcule la densidad del asfalto como:
ρ b = C - A × ρw ×1.000 B-A
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Dónde: ρw : Densidad del agua a la temperatura de ensaye (g/cm3 ). ρb : Densidad del asfalto a la temperatura de ensaye (Kg /m3).
Fig. 4.12. Procedimiento para asfaltos líquidos de baja viscosidad (Emulsión Asfáltica).
7. Si la viscosidad impide seguir el procedimiento descrito, aplique lo que se señala en Procedimientos para Cementos Asfálticos. 8. Caliente una pequeña cantidad de material hasta una condición fluida, mediante la aplicación de calor en forma suave; debe prevenir la pérdida por evaporación. Una vez que la muestra esté suficientemente fluida viértala dentro del picnómetro, limpio y seco, hasta aproximadamente la mitad. Es conveniente calentar ligeramente el picnómetro antes de vaciar el material. Se deben tomar precauciones para evitar que el material toque las paredes del picnómetro por encima de su nivel final, y evite la inclusión de burbujas de aire, aplicando ligeramente la llama de un mechero a la superficie del
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picnómetro y del asfalto. Enfríe el picnómetro y su contenido a temperatura ambiente y determine la masa con la tapa incluida. Designe esta masa como C, aproximando a 0,01 g. 9. Termine de llenar con agua destilada, inserte la tapa firmemente, sumérjalo completamente en un vaso lleno de agua destilada y colóquelo en el baño, de acuerdo a lo indicado en 2, a la temperatura de ensaye por unos 30 min. Retire el picnómetro del vaso y séquelo con un paño. Determine la masa y desígnela como D, aproximando a 0,01 g. 10. Determine la densidad del asfalto de acuerdo a la fórmula:
𝜌𝑏 =
𝐶 −𝐴 × 1.000 (𝐵 − 𝐴)(𝐷 − 𝐶)
Dónde: ρb : Densidad del agua a la temperatura de ensaye (g/cm3.). ρw : Densidad del asfalto a la temperatura de ensaye (kg /m3) Contenido de cenizas: Determine la ceniza colocando 2 a 5 g de residuo de la muestra (mi) en un crisol tarado de porcelana o platino y pese la muestra, aproximando a 0,1 g. Queme lentamente la materia combustible y finalmente calcine el residuo hasta que la ceniza quede libre de materia carbonosa. Enfríe el crisol y su contenido en un desecador y pese (mf) informando el resultado como porcentaje de ceniza
% 𝐶𝑒𝑛𝑖𝑧𝑎 =
𝛥𝑚 𝑚𝑖 – 𝑚𝑓 𝑥(100) = 𝑥(100) 𝑚𝑖 𝑚𝑖
Informe: a) Para la emulsión asfáltica el procedimiento para determinar la densidad es el de para asfaltos líquidos de baja viscosidad, utilizando la primera fórmula del Método (A0102).
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b) La Tabla 4.9. Muestra los resultados del ensaye a 25 °C, necesario para realizar el ensayo de estabilidad Marshall modificada. Para el cálculo detallado referirse al ANEXO E (Ensayos de Laboratorio).
RESULTADOS DE DENSIDAD DE LA EMULSION ASFALTICA (A0102) (ASTM D71-94 AASHTO T229-97) DENSIDAD DE LA EMULSION ASFALTICA A 25 °C (gr/cm3)
1,001
ESPECIFICACIONES ASTM D71-94 AASHTO T229-97 Aprox. a 1 (gr/cm3)
Tabla 4.9. Resultados de Densidad de la Emulsión Asfáltica a 25 °C.
2) Método de Ensaye de Penetración (A0103) (ASTM D 5 AASHTO T49-97)
Objeto: Este método describe un procedimiento para determinar la dureza, mediante penetración, de materiales bituminosos sólidos y semisólidos. El ensaye de penetración se usa como una medida de consistencia; valores altos de penetración indican consistencias más blandas. Equipos y Materiales: 1. Penetrómetro Cualquier equipo que permita el movimiento vertical sin fricción apreciable del vástago sostenedor de la aguja, y que sea capaz de indicar la profundidad de la penetración con una precisión de 0,1 mm. El peso del vástago será de 47, 5 ± 0,05 g. El peso total de la aguja y el vástago será de 50, 0 ±0,05 g. Para cargas totales de 100 g y 200 g, dependiendo de las condiciones es en que se aplique el ensaye, se estipulan pesas de 50,0 ± 0,05g y 100,0 ± 0,05g. La superficie sobre la que se apoya la cápsula que contiene la muestra será lisa y el eje del émbolo deberá estar aproximadamente a 90º de esta superficie. El vástago deberá ser fácilmente desmontable para comprobar su peso. 2. Aguja de penetración
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La aguja (ver Figura 4.13) es de acero inoxidable templado y duro, grado 440-C o equivalente, HRC 54 a 60; debe tener aproximadamente 50 mm de largo y su diámetro entre 1,00 y 1,02 mm. Será simétricamente afilada en forma cónica, con un ángulo entre 8,7 y 9, 7º con respecto al largo total del cono, el que debe ser coaxial con el cuerpo recto de la aguja. La variación total axial de la intersección del cono y la superficie recta no debe exceder de 0,2 mm. La punta truncada del cono debe tener un diámetro entre 0,14 y 0,16 mm y en ángulo recto al eje de la aguja con una tolerancia de 2º. El filo de la superficie de la punta truncada debe ser bien formado y libre de rugosidad. Cuando la textura de la superficie se mide de acuerdo con la American National Standard B 46.1 o ISO468, la aspereza superficial (Ra) del cono aguzado debe estar entre 0,2 y 0,3 µm como promedio aritmético. La aspereza superficial (Ra) del eje de la aguja debe estar entre 0,025 y 0,125 micrones. La aguja debe montarse en un casquete de metal no corrosivo, que tenga un diámetro de 3,2 ± 0,05 mm y una longitud de 38 ± 1 mm. La longitud expuesta de la aguja estándar debe estar comprendida entre 40 y 45 mm. La aguja debe estar rígidamente montada en el casquete. La carrera (lectura del indicador de penetración total) de la punta de la aguja y cualquier porción de la aguja relativa al eje del casquete, no deberá exceder de 1 mm. La masa del conjunto casquete - aguja será de 2,50 ± 0,05 g (se puede perforar con taladro o limar el casquete, para controlar el peso). Coloque marcas de identificación individual en el casquete de cada aguja; las mismas marcas no deberían repetirse por un mismo fabricante dentro de un período de tres años.
Fig. 4.13. Aguja de Penetración.
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3. Cápsulas Las cápsulas deben ser de metal o vidrio, de forma cilíndrica y con fondo plano. Sus dimensiones son las siguientes:
Para penetraciones bajo 200. Diámetro (mm) 55 Profundidad (mm) 35
Para penetraciones entre 200 y 350: Diámetro (mm) 55 Profundidad (mm) 70
4. Baño de agua Tendrá una capacidad mínima de10l y un sistema apto para mantenerla temperatura a 25º C, o cualquiera de ensaye, con una tolerancia de ± 0,1ºC; tendrá, además, una bandeja perforada ubicada a no menos de 50 mm del fondo, ni menos de 100 mm bajo el nivel del líquido en el baño. Si el ensaye de penetración se realiza en el mismo baño, éste debe estar provisto de una bandeja que soporte el peso del penetrómetro. Para determinaciones a bajas temperaturas se puede utilizar una solución salina (Nota 1). Nota 1: Se recomienda usar agua destilada en el baño. Se debe evitar la contaminación del baño de agua por agentes superficiales activos, agentes residuales u otros agentes químicos, pues su presencia puede afectar los valores de penetración. 5. Transportador de cápsula Debe tener una capacidad mínima de 350 ml y una profundidad suficiente de agua que permita cubrir la altura del contenedor de la muestra. Debe estar provisto de algún medio que asegure firmemente la cápsula y evite el balanceo; para lo que tendrá tres brazos que permitan a lo menos tres puntos de contacto para sostener la cápsula. 6. Aparato medidor de tiempo Para operar un penetrómetro manual, utilice cualquier aparato que mida el tiempo, tal como un medidor de tiempo eléctrico, un cronómetro o cualquier dispositivo a cuerda, que esté graduado en 0,1 s o menos y cuya precisión esté dentro de ± 0,1 s para un intervalo de 60 s. También se puede utilizar un contador de segundos audible, ajustado para proporcionar un pulso cada 0,5 s. El tiempo para un intervalo de cuenta de 11 pulsos debe ser de 5 ± 0,1 s. Cualquier dispositivo automático que se vaya a conectar al penetrómetro debe ser cuidadosamente calibrado para proporcionar el intervalo de ensayo deseado dentro de ± 0,1 s. 7. Termómetros
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Se pueden usar termómetros de vidrio de rango adecuado, con subdivisiones y escala máxima de error de 0,1ºC, o cualquier otro aparato que mida temperaturas con igual exactitud, precisión y sensibilidad. Los termómetros deben cumplir los requisitos de la Especificación ASTM E1. Los termómetros comúnmente utilizados son los que se indican en la Tabla 4.10:
Tabla 4.10. Termómetros ASTM.
Condiciones Generales: Cuando no se especifiquen las condiciones de ensaye, considere la temperatura, carga y tiempo, en 25°C, 100 g y 5 s, respectivamente. Otras condiciones de temperatura, carga y tiempo pueden usarse para ensayes especiales, tales como los que se muestran en la Tabla 4.11.
CONDICIONES PARA ENSAYES ESPECIALES:
En los casos especiales deben informarse las condiciones especificadas de ensaye.
Tabla 4.11. Ensayes Especiales de Penetración.
Extracción y Preparación de la Muestra: 8. Caliente la muestra cuidadosamente, agitando para prevenir sobrecalentamientos locales, hasta que esté lo suficientemente fluida para vaciar. En ningún caso la temperatura debe elevarse más allá de 60ºC sobre el punto de ablandamiento esperado para los alquitranes, de acuerdo con el método de ensaye ASTM D 36, o no más allá de
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90ºC sobre el punto de ablandamiento para el caso de los asfaltos. No caliente la muestra por más de 30 min. y evite la incorporación de burbujas en la muestra. 9. Vierta la muestra en la cápsula a una profundidad tal que cuando se enfríe a la temperatura de ensaye, la profundidad de la muestra sea a lo menos 10 mm mayor que la profundidad a la cual se espera que la aguja penetre. Vierta dos porciones separadas para cada variación de las condiciones de ensaye. 10. Proteja la cápsula contra el polvo, cubriéndola con un vaso y déjela enfriar al aire a una temperatura entre 15 y 30°C, entre 1 y 1,5 h para una cápsula pequeña (90 ml) y 1,5 y 2 h, para el más gran (175 ml). Cuando utilice el transportador de cápsula, coloque las muestras junto con éste en el baño de agua, manteniéndolas a la temperatura de ensaye. Las muestras en cápsulas pequeñas deben permanecer entre 1 y 1,5 h y en las más grandes, entre 1,5 y 2 h. Procedimiento: 11. Examine la aguja y guía para comprobar que esté perfectamente seca y libre de otros materiales extraños. Si la penetración esperada excede 350 use una aguja larga; en otros casos, utilice una aguja corta. Limpie la aguja de penetración con tolueno u otro solvente adecuado, seque con un paño limpio e inserte la aguja en el penetrómetro. A menos que se especifique otra cosa, coloque el peso de 50 g sobre la aguja, obteniendo una masa total de 100 ± 0,1 g. 12. Si el ensaye se hace con el penetrómetro en el baño, coloque la cápsula con muestra directamente sumergida sobre la superficie de éste (Nota 2), y deje la cápsula con la muestra en el baño, completamente cubierta con agua. Si el ensaye se realiza con el penetrómetro fuera del baño, coloque la muestra en el transportador de cápsula, cúbrala completamente con agua a la temperatura del baño (constante) y ubique el transportador sobre la superficie del penetrómetro. Nota 2: Para ensayes arbitrales es, las penetraciones a temperaturas diferentes de 25°C deben realizarse sin remover la muestra del baño. 13. Posicione la aguja descendiendo lentamente hasta que la punta haga contacto con la superficie de la muestra; realice esto con la punta de la aguja haciendo contacto real con su imagen reflejada sobre la superficie de la muestra, para lo cual empleé una fuente luminosa (Nota 3).
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Nota 3: La posición de la aguja se puede visualizar mejor con la ayuda de un tubo de iluminación de polimetil metacrilato. 14. Haga un mínimo de tres penetraciones en la superficie de la muestra en puntos distanciados al menos 10 mm de la pared de la cápsula y a no menos de 10 mm entre uno y otro. Si se usa el transportador de cápsula, retorne la muestra y el transportador al baño de agua entre determinaciones; use una aguja limpia para cada determinación. Si la penetración es mayor que 200, use un mínimo de tres agujas, dejándolas en la muestra hasta completar las tres penetraciones. Precisión: Use el siguiente criterio para juzgar si los resultados de penetración son aceptables para asfaltos a 25ºC. (El criterio de precisión para otras temperaturas está siendo determinado). 15. Precisión para un solo operador El coeficiente de variación determinado para un solo operador, es de 1,4% para penetraciones sobre 60 y la desviación estándar para un solo operador, desde 0,35 para penetraciones bajo 50. Por lo tanto, los resultados de dos ensayes adecuadamente ejecutados por el mismo operador, con el mismo material de cualquier penetración y usando el mismo equipo, no deberían diferir uno del otro en más de 4% de su media o 1 unidad en otros casos. 16. Precisión entre laboratorios El coeficiente de variación encontrado entre laboratorios es de 3,8% para penetraciones sobre 60 y la desviación estándar entre laboratorios es de 1,4 para penetraciones bajo 50. Por lo tanto, los resultados de dos ensayes adecuadamente ejecutados, con el mismo material de cualquier penetración y en dos laboratorios diferentes, no deberían diferir uno del otro en más de 11% de su media o 4 unidades en otros casos Nota 4: Los valores antes indicados representan los límites de ambas desviaciones estándar.
CRITERIOS DE PRECISION:
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(*) La estimación de la precisión para los alquitranes está basada en los resultados de dos destilados de hulla con penetraciones de 7 y 24. La estimación puede no ser aplicable a materiales de dureza diferente.
Tabla 4.12. Criterios de Precisión para el Ensaye de Penetración.
17. Repetitividad Resultados duplicados por un mismo operador no serán considerados dudosos a menos que ellos difieran por más de las siguientes cantidades:
Rango de penetración del residuo 80 a 200.
Repetitividad, puntos 15.
18. Reproducibilidad Los resultados obtenidos por dos laboratorios no serán considerados dudosos a menos que ellos difieran en más de las siguientes cantidades:
Rango de Penetración del residuo 80 a 200.
Reproducibilidad, puntos 30.
Informe: a) La penetración del residuo asfáltico (100g, 5s, 25°C) (Tabla 4.13), cumpliendo con las especificaciones de la Norma Brasilera NBR-6576 utilizadas por el fabricante “GRECA Asfaltos”, que se encuentran en el ANEXO F, además (Ver Figura 4.14). b) Para el cálculo detallado referirse al ANEXO E (Ensayos de Laboratorio).
ESPECIFICACIONES RESULTADOS DE PENETRACIÓN DEL RESIDUO ASFALTICO A 25 °C (A0105) (ASTM D 113 AASHTO T51-00) PENETRACIÓN DEL RESIDUO ASFALTICO (100g, 5s, 25°C) (0,1mm)
202,00
NBR-6576 MINIMA MAXIMA 50
250
Tabla 4.13. Resultados Penetración del Residuo Asfáltico (100g, 5s, 25°C) (0,1mm).
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Fig. 4.14. Ensayo de Penetración dl Residuo Asfáltico (100g, 5s, 25°C).
3) MÉTODO PARA DETERMINAR LA DUCTILIDAD (A0105) (ASTM D 113 AASHTO T51-00)
Objeto: La ductilidad de un material bituminoso es la longitud, medida en cm., a la cual se alarga (elonga) antes de romperse cuando dos extremos de una briqueta, confeccionada con una muestra y de la forma descrita en 1 se traccionan a la velocidad y temperatura especificadas. A menos que otra condición se especifique, el ensaye se efectúa a una temperatura de 25 ± 0,5 ºC y a una velocidad de 5 cm/min ± 5%. Para otras temperaturas deberá especificarse la velocidad. Diseño y Mejoramiento de Estándar con Emulsión Asfáltica del Camino “Ocurí – Uncía”
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Equipos y Materiales: 1. Moldes: El molde, de bronce o zinc, debe ser similar en diseño al mostrado en la Figura 4.15; los extremos b y b’ se denominan clips y las partes a y a’, lados del molde. Cuando se arme el molde se obtendrá la briqueta especificada, con las dimensiones que se indican: A: Distancia entre los centros: 111,5 a 113,5 mm B: Largo total de la briqueta: 74,5 a 75,5 mm. C: Distancia entre clips: 29,7 a 30,3 mm. D: Borde del clip: 6,8 a 7,2 mm. E: Radio del clip: 15,75 a 16,25 mm. F: Ancho mínimo de la sección transversal: 9,9 a 10,1 mm. G: Ancho de la boca del clip: 19,8 a 20,2 mm. H: Distancia entre los centros de radio: 42,9 a 43,1 mm. I: Diámetro del orificio del clip: 6,5 a 6,7 mm. J: Espesor: 9,9 a 10,1 mm
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Fig. 4.15. Molde para Ductilidad de Muestra de Ensaye.
2. Baño de agua: Mantenga el baño a la temperatura de ensaye especificada, con una tolerancia de ± 0,1 ºC. El volumen mínimo de agua es de 10 l. Sumerja la muestra a una profundidad no menor que 10 cm. y apóyela sobre una bandeja perforada, ubicada a no menos que 5 cm. del fondo del baño. 3. Ductilímetro: Para traccionar las briquetas de material bituminoso se puede usar cualquier aparato construido de modo que la muestra se mantenga continuamente sumergida en agua, como se especifica en 7, al mismo tiempo que los clips se traccionan a una velocidad uniforme y sin vibraciones excesivas. Este aparato debe ser termo regulable para mantener la temperatura especificada en forma homogénea en toda la masa de agua, dentro de la tolerancia indicada en 8. 4. Termómetros: El termómetro por utilizar será ASTM 63 C con un rango de temperatura entre – 8 y 32 ºC; debe cumplir los requerimientos descritos en la norma ASTM E1. Procedimiento:
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5. Preparación del molde: Arme el molde sobre una placa base; cubra cuidadosamente la superficie de la placa y las superficies interiores de los lados a y a’ del molde (Figura 4.15) con una película delgada de desmoldante para prevenir que el material por ensayar se adhiera. La placa sobre la cual se coloca el molde debe estar perfectamente plana y a nivel, de modo que la superficie inferior del molde esté completamente en contacto. 6. Moldeo de las muestras para el ensaye: Caliente la muestra con cuidado, previniendo calentamientos locales, hasta que esté suficientemente fluida para verter. Sin embargo, durante el calentamiento, la temperatura no debe exceder de 80 a 110 ºC por encima del punto de ablandamiento esperado. Tamice la muestra fundida a través del tamiz 0,3 mm (Nº 50); Luego continúe revolviendo y vierta el material dentro del molde. Durante el llenado cuide no tocar ni desarreglar el molde, de modo que no se distorsione la briqueta; vierta con un chorro delgado hacia atrás y hacia adelante, de extremo a extremo, hasta que el molde quede por sobre el nivel de llenado. Deje enfriar a temperatura ambiente por un período de 30 a 40 min y luego coloque en el baño de agua mantenido a la temperatura de ensaye especificada por 30 min. Luego recorte el exceso de ligante asfáltico con una espátula o cuchillo caliente, resistente y afilado, de modo que el molde se ajuste al nivel de llenado. Nota 1: Como desmoldante se puede usar vaselina, silicona u otros. 7. Conservación de las muestras a la temperatura de ensaye: Coloque la placa y el molde con la briqueta en el baño de agua y manténgala por un período de 85 a 95 min. a la temperatura especificada; luego quite la briqueta de la placa, separe las partes a y a’ e inmediatamente ensaye la briqueta. 8. Ensaye: Enganche los anillos de cada extremo de los clips a las clavijas del ductilímetro y sepárelos a la velocidad uniforme especificada hasta la ruptura de la briqueta; se permite una tolerancia de ± 5 % para la velocidad especificada. Mida la distancia en cm. entre los clips traccionados en el momento de producirse la ruptura. Durante el desarrollo del ensaye, el agua en el estanque del ductilímetro cubrirá la briqueta a lo menos 2,5 cm. y ésta se mantendrá continuamente a la temperatura especificada con una tolerancia de ± 0,5 ºC. 9. Recomendaciones para el Ensayo:
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a) Un ensaye normal es aquél en el cual el material entre los dos clips se ha estirado hasta el punto de convertirse en un hilo y la ruptura ocurre en el punto donde el hilo no tiene prácticamente sección transversal. Se informará el promedio de tres ensayes normales como la ductilidad de la muestra, indicando la temperatura de ensaye. b) Si el material bituminoso llega a tener contacto con la superficie del agua o el fondo del baño, el ensaye no será considerado normal. Se ajustará la densidad del agua del baño agregando alcohol metílico o cloruro de sodio de modo que el material bituminoso no llegue a la superficie del agua ni toque el fondo del baño durante el ensaye. c) Si no se obtiene un ensaye normal en tres ensayes sucesivos en iguales condiciones, infórmela ductilidad como “no obtenible” bajo esas condiciones de ensaye.
Informe: a) La ductilidad del residuo asfáltico a 25°C (5cm/min) (Tabla 4.14), cumpliendo con las especificaciones de la Norma Brasilera NBR-6576 utilizadas por el fabricante “GRECA Asfaltos”, que se encuentran en el ANEXO F, además (Ver Figura 4.16). b) Para el cálculo detallado referirse al ANEXO E (Ensayos de Laboratorio).
RESULTADOS DE DUCTILIDAD DEL RESIDUO ASFALTICO A 25 °C (A0105) (ASTM D 113 AASHTO T51-00) DUCTILIDAD DEL RESIDUO ASFALTICO A 25 °C (cm)
102,00
ESPECIFICACIONES NBR-6293 MINIMA MAXIMA 40
-
Tabla 4.14. Resultados de Ductilidad del Residuo Asfáltico a 25°C (5cm/min).
Fig. 4.16. Ensayo de Ductilidad del Residuo Asfáltico a 25°C (5cm/min.).
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Proyecto de Grado
4.4.1.3. Ensayos de la Mezcla Son
los
ensayos
necesarios
de
agregados
(capa
de
ripio)
y
combinación
agregado/emulsión asfáltica, para recabar los datos para el diseño de la mezcla, es decir, cantidades óptimas de emulsión asfáltica y agua de compactación, además, de resistencias óptimas según lo requerido para este proyecto en particular y según los parámetros del: A0704. MÉTODO DE DISEÑO DE MEZCLAS ASFÁLTICAS EN FRÍO CON EMULSIÓN (Manual Técnico de La Administradora Boliviana de Carreteras ABC) con apoyo de la NORMA MEXICANA N·CMT·4·02·003/04 de la Secretaria de Comunicaciones y Transportes (S.C.T.).
4.4.1.3.1. Método para extraer y preparar muestras (A0504) (ASTM C 75 AASHTO T291)
Objeto: Este método establece los procedimientos para extraer y preparar las muestras representativas de áridos finos, gruesos e integrales para fines de ensaye. Se aplicará a los áridos naturales y manufacturados de densidad neta entre 2.000 y 3.000 kg /m3. Definiciones: 1. Muestra de yacimiento: Muestra representativa del árido en su sitio de depósito natural, no sometido a tratamiento alguno. 2. Muestra de producción: Muestra representativa de un árido removido de su depósito natural y sometido a cualquier tratamiento como trituración, lavado o clasificación y que se encuentra sobre cintas transportadoras, o almacenado junto al lugar de extracción o tratamiento. 3. Muestra de obra: Muestra representativa de un árido que se encuentra en una obra, ya sea sobre vehículos o almacenado. 4. Muestra gemela: Conjunto de dos o más fracciones de muestra, separadas por cuarteo según Método A0505.
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Dichas muestras pueden emplearse para verificar el efecto de los procedimientos de ensaye (operador, equipo, etc.) en la dispersión de los resultados. Equipos y Materiales: Las herramientas y accesorios mínimos necesarios para las operaciones de muestreo incluyen pala, bolsas o sacos, cajas o recipientes y otros que sean necesarios considerar para los procedimientos que se establecen en el presente método.
Extracción y Preparación de la Muestra: 5. Aspectos generales: Dado que el muestreo es tan importante como los ensayes mismos, el muestreador debe tomar todas las precauciones necesarias para obtener muestras que sean representativas del material que se va a analizar. Para ello, personal debidamente experimentado debe inspeccionar el material por muestrear en superficie o a través de pozos de prueba o sondajes, según corresponda, a fin de determinar su homogeneidad con un adecuado nivel de confiabilidad. 6. Tamaño de la muestra: a) Muestra de terreno. La cantidad de muestra tomada en terreno debe ser tal que represente la naturaleza y condición de los áridos. Redúzcala por cuarteo hasta obtener una cantidad de al menos el doble de la requerida como muestra de laboratorio, conservando el material restante de la reducción como contra muestra ante cualquier eventualidad. Nota 1: La contra muestra se conservará en el lugar de extracción debidamente identificada y almacenada en bolsas, cajas o recipientes, de modo de evitar contaminaciones, pérdidas o alteraciones del material. b) Muestra de laboratorio. La cantidad de muestra necesaria para ser enviada al laboratorio depende del tipo y número de ensayes a los cuales será sometido el material. Generalmente las cantidades mínimas requeridas para los ensayes básicos de calidad son las siguientes:
Árido fino: 30 kg.
Árido grueso: Una cantidad en kg equivalente a 2 veces el tamaño máximo absoluto del árido grueso, expresado este último en mm.
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Árido integral: En este caso se cumplirá simultáneamente con las cantidades mínimas requeridas para los distintos tipos de áridos antes mencionados.
Nota 2: Para ensayes adicionales y/o especiales se aumentarán los tamaños indicados en 6 b) en la cantidad requerida para ellos. Extracción de Muestras para Reconocimiento de Yacimientos: 7. Procedimientos de extracción: a) Yacimiento con frente descubierto. Inspeccione la(s) cara(s) del yacimiento, para determinar variaciones importantes o existencia de estratos. Extraiga muestras por fajas verticales del frente de explotación, de acuerdo con la homogeneidad del material, la forma de explotación y la facilidad de acceso. Registre el ancho de la faja, la profundidad horizontal y las cotas verticales de extracción de muestras si ello es procedente, además registre las diferencias observables en el color y la estructura. b) Yacimiento sin frente descubierto. Extraiga muestras representativas de los diferentes estratos, identificados en cada pozo de prueba o sondaje, tomando tres o más porciones de cada uno de ellos. Registre la profundidad relativa de extracción de la muestra y el espesor del (de los) estrato(s). 8. Frecuencia de muestreo: a) En yacimientos con frente descubierto, extraiga muestras de fajas verticales ubicadas a distancias inferiores a 30 m. b) En yacimientos sin frente descubierto, ejecute al menos un pozo de prueba o sondaje cada 5.000 m2, uniformemente distribuidos y cubriendo el área de estudio. Extracción de Muestras de producción: De preferencia las muestras de material manufacturado se extraerán de cintas transportadoras. Si esto no es aplicable, se extraerán muestras desde silos, tolvas o depósitos, o bien desde acopios. 9. Procedimientos de extracción: a) Cintas transportadoras. Detenga la cinta a intervalos regulares de tiempo y extraiga porciones de pétreo que correspondan a todo material comprendido entre dos secciones transversales a la cinta, distanciadas en aproximadamente 1 m. Extraiga tres o más porciones de árido hasta completar la muestra.
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b) Silos, tolvas o depósitos. Extraiga porciones de árido en el flujo de la descarga sin incluir el primer y último 10% de ésta. Tome tres o más porciones de material hasta completar la muestra. Emplee, en lo posible, un recipiente que abarque todo el flujo del material. c) Acopios. Utilizando un cargador frontal, extraiga porciones de árido en distintos niveles y ubicaciones rodeando el acopio, evitando sacar material de las zonas inferior y superior de éste. Con las porciones extraídas forme un pequeño acopio debidamente homogeneizado, aplanando su parte superior. Desde éste extraiga manualmente las porciones necesarias para conformar la muestra. 10. Frecuencia de Muestreo: Adopte como frecuencia mínima de muestreo la correspondiente al menor volumen indicado en los siguientes puntos: a) Extraiga una muestra cada 1.000 m3 de cada tipo de árido producido. b) Extraiga una muestra correspondiente al volumen de cada tipo de árido producido en un mes.
Extracción de Muestras de Obra: Las muestras se extraerán desde vehículos o desde el material almacenado. Establezca un control de calidad durante la recepción del material y disponga los acopios según las diferencias que se observen. Nota 3: El control del material almacenado tiene por objetivo cuantificar los efectos de las manipulaciones realizadas y proporcionar antecedentes para el uso de los áridos. 11. Procedimientos de extracción: a) Vehículos. Extraiga porciones de árido en tres o más puntos, profundizando aproximadamente hasta la mitad de la altura de la carga o a intervalos regulares de tiempo durante la descarga. b) Silos, tolvas o depósitos. Proceda de acuerdo con 9 b). c) Acopios. Proceda de acuerdo con 9 c). 12. Frecuencia de muestreo: a) Control de Recepción:
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Extraiga al menos una muestra de cada tipo de árido por cada 500 m3 recepcionados.
Extraiga una muestra cada vez que se cambie de fuente de abastecimiento o se aprecien cambios de calidad del material.
El profesional a cargo podrá disminuir la frecuencia mínima establecida hasta en un 50%, cuando se verifique que no hay cambios significativos en las características del material.
b) Control para el uso:
Extraiga una o más muestras de cada tipo de árido por cada 250 m3 por emplear.
Extraiga una muestra cada vez que se aprecien cambios de calidad del material, debido a tiempo prolongado de almacenamiento en obra, contaminaciones, segregaciones, etc.
El profesional a cargo podrá disminuir la frecuencia mínima establecida hasta en un 50%, cuando se verifique que no hay cambios significativos en las características del material.
Preparación de Muestras: 13. Mezclado: Mezcle con pala, sobre una superficie horizontal y limpia, las porciones de árido obtenidas del muestreo hasta obtener una muestra homogénea, asegurando la incorporación de todas las partículas más finas que la componen. Si se requiere determinar el grado de variabilidad de un acopio, las porciones extraídas de las distintas zonas de éste no deben mezclarse entre sí. 14. Reducción: Reduzca por cuarteo según Método A0505 el tamaño de la muestra extraída, para obtener el tamaño de muestra de laboratorio especificado en 6 b). 15. Transporte a laboratorio: Transporte las muestras en bolsas, cajas o recipientes confeccionados de tal manera de evitar pérdidas de material. Identifíquelas claramente, de acuerdo a lo indicado en “Registro”, con marcas indelebles protegidas de cualquier eventual deterioro. Informe:
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Cada muestra para laboratorio llevará un registro en que se indicarán los siguientes datos: 16. Información mínima: a) Nombre del contrato y contratista. b) Identificación del muestreador (nombre, entidad y/o laboratorio). c) Tipo de material. d) Procedencia del material. e) Tamaño aproximado de la muestra (kg). f) Cantidad de material que representa la muestra (m3). g) Procedimiento de extracción utilizado. h) Empleo propuesto. i) Ensayes requeridos. j) Fecha de extracción. 17. Información optativa a) Ubicación y nombre del yacimiento, depósito, planta de manufacturado u obra. b) Capacidad de producción o consumo diario estimado. c) Procedimientos de explotación y/o manufacturado. d) Radio de alcance (zona que abastece). e) Cualquier información específica relativa a las características del árido o a los requisitos de empleo
4.4.1.3.2. Método para el Cuarteo de Muestras (A0505) (ASTM C 702)
Objeto: Los diferentes tipos y tamaños de áridos requieren que la muestra sea representativa para los varios ensayes a los que será sometida. El material obtenido en terreno debe ser siempre mayor que la cantidad de la muestra requerida para el ensaye. El material debe ser reducido en cantidad de acuerdo al ensaye que se le va a practicar. Este método establece dos procedimientos, uno manual y otro mecánico, para la reducción de muestras de suelo, áridos y agregados pétreos en general. Los mejores resultados se obtienen usando un cuarteador metálico de un tamaño adecuado. Procedimiento Manual:
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A continuación se describe un método para reducir la cantidad del material, cuarteándola manualmente, para obtener muestras menores que 100 kg. a) Para llevar a cabo el cuarteo, el material debe estar húmedo; si está seco, humedézcalo añadiendo agua limpia con un rociador. Mezcle bien el material hasta formar una pila en forma de cono; revuelva de nuevo hasta formar un nuevo cono; repita esta operación tres veces. b) Distribuya una palada llena del material tan uniformemente como sea posible sobre una lona u otra superficie lisa, plana y ancha. Una lona de 150 x 150 cm será suficiente. Cuando la cantidad del material es pequeña, se puede usar una plana de albañil. Continúe colocando material en capas, una sobre la otra, hasta que se haya distribuido todo el material formando un montón plano y ancho, cuyo espesor y distribución de los tamaños del árido sea razonablemente uniforme. No permita la conicidad del árido. c) Divida el montón en cuatro partes iguales, con una pala de borde recto o una plancha de metal. Cuando emplee una lona, el cuarteo puede hacerse convenientemente insertando un palo delgado o varilla por debajo de la lona y levantándola para así dividir la muestra en partes iguales, primero en dos mitades iguales y luego en cuartas partes. (Ver Figura 4.17). d) Remueva dos cuartas partes opuestas y colóquelas a un lado, cuidando de retirar todo el material fino limpiando los espacios despejados con una brocha o escoba. e) Repita el procedimiento indicado desde a) a d) con la porción restante del agregado, hasta que obtenga una muestra de ensaye del tamaño deseado. f) Si lo desea, puede guardar la porción que colocó a un lado para luego hacer un posible ensaye de comprobación.
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Fig. 4.17. Procedimiento de Cuarteo Manual.
Procedimiento con Cuarteador Metálico o Mecánico: El método para reducir a muestras menores que 100 kg mediante un cuarteador metálico es el siguiente: (Ver Figura 4.18). a) Coloque la muestra en uno de los recipientes del cuarteador. b) Vacíe la muestra en el cuarteador. c) Separe el material correspondiente a uno de los recipientes.
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d) Repita el procedimiento con el material del recipiente restante hasta obtener el tamaño de muestra requerido.
Fig. 4.18. Procedimiento con Cuarteador Metálico o Mecánico.
4.4.1.3.3. Método para Tamizar y Determinar la Granulometría (A0506) (ASTM E 40 AASHTO T27-99)
Objeto: Este método establece el procedimiento para tamizar y determinar la granulometría de los áridos. Es aplicable a los áridos que se emplean en la elaboración de morteros, hormigones, tratamientos superficiales y mezclas asfálticas.
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Definiciones: 1. Granulometría: Distribución porcentual en masa de los distintos tamaños de partículas que constituyen un árido. 2. Porcentaje parcial retenido en un tamiz: Porcentaje en masa correspondiente a la fracción directamente retenida en un determinado tamiz. 3. Porcentaje acumulado retenido en un tamiz: Porcentaje en masa de todas las partículas de mayor tamaño que la abertura de un determinado tamiz. Se calcula como la suma del porcentaje parcial retenido en ese tamiz más todos los porcentajes parciales retenidos en los tamices de mayor abertura. 4. Porcentaje acumulado que pasa por un tamiz: Porcentaje en masa de todas las partículas de menor tamaño que la abertura de un determinado tamiz. Se calcula como la diferencia entre el 100% y el porcentaje acumulado retenido en ese tamiz.
Equipos y Materiales: 5. Balanza: Debe tener una capacidad superior a la masa de la muestra más el recipiente de pesaje y una precisión de 0,1 g. 6. Tamices: a) Son tejidos, de alambre y abertura cuadrada, y sus tamaños nominales de abertura pertenecen a las series que se indican en la Tabla 4.15.
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Tabla 4.15. Serie de Tamices Escogidos.
Nota 1: Cuando no se cuente con tamices de aberturas nominales en mm, los tamaños nominales de los tamices podrán ser los correspondientes a ASTM. b) Los marcos de los tamices deben ser metálicos y suficientemente rígidos y firmes para fijar y ajustar las telas de alambre, a fin de evitar pérdidas de material durante el tamizado y alteraciones en la abertura de las mallas. Deben ser circulares, con diámetros de 200 mm y 300 mm, preferentemente para los gruesos. c) Cada juego de tamices debe contar con un depósito que ajuste perfectamente, para la recepción del residuo más fino. d) Cada juego de tamices debe contar con una tapa que ajuste perfectamente para evitar pérdidas de material. 7. Horno: Provisto de circulación de aire y temperatura regulable para las condiciones del ensaye. 8. Herramientas y accesorios: Espátulas, brochas, recipientes para secado, recipientes para pesaje, etc. Extracción y Preparación de la Muestra: Extracción de muestras: Extraiga y prepare las muestras de acuerdo con los Métodos A0505 y A0504.
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Nota 2: Las muestras de áridos finos o áridos mezclados deben humedecerse antes de la reducción para evitar segregaciones y pérdida de polvo. Acondicionamiento de la muestra de ensaye: a) Homogeneice cuidadosamente el total de la muestra de laboratorio en estado húmedo y redúzcala por cuarteo, de acuerdo con el Método A0505 hasta que obtenga, cuando esté seca, un tamaño de muestra ligeramente superior a los valores que se indican en “Tamaño de la muestra de ensaye”. b) No se debe reducir la muestra de laboratorio en estado seco, ni tampoco reducirla a una masa exacta predeterminada. c) Seque la muestra hasta masa constante en horno a una temperatura de 110 ± 5° C. Tamaño de la muestra de ensaye: 9. Para el Árido fino: a) Cuando se emplean los tamices de 200 mm de diámetro, la muestra de ensaye en estado seco debe tener una masa ligeramente superior a los valores que se indican en Tabla 4.16.
Tabla 4.16. Tamaño de la Muestra de Ensaye del Árido Fino.
b) Los
tamaños
de muestra
indicados
en
la
Tabla
4.15
podrán aumentarse
proporcionalmente cuando se empleen tamices de mayor tamaño, siempre que se cumpla lo establecido en 9 c). c) La masa máxima de la muestra será tal que la fracción retenida en cualquiera de los tamices al terminar la operación de tamizado sea inferior a 0,6 g por cm3 de superficie de tamizado. En tamices de 200 mm de diámetro dicha fracción debe ser inferior a 200 g. 10. Para los áridos gruesos: a) Cuando se emplean tamices de 300 mm de diámetro, la muestra de ensaye en estado seco debe tener una masa ligeramente superior a los valores que se indican en Tabla 4.17.
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Tabla 4.17. Tamaño de la Muestra de Ensaye del Árido Grueso.
b) Cuando una muestra contenga una fracción de árido fino superior al 15%, el material debe separase por el tamiz de 4,75 mm o 2,36 mm, según corresponda a hormigón o asfalto, respectivamente, debiéndose determinar y registrar el porcentaje en masa de ambas fracciones. Trate las fracciones de árido fino y árido grueso de acuerdo con 9 y 10, respectivamente. c) Los
tamaños
de muestra
indicados
en
la
Tabla
4.17
podrán aumentarse
proporcionalmente cuando se empleen tamices de mayor tamaño, siempre que se cumpla lo que establece el 10 d). d) La masa máxima de la muestra debe ser tal que la fracción retenida en cualquiera de los tamices al terminar la operación de tamizado pueda distribuirse en una sola capa sobre la malla de tejido de alambre. Procedimiento: 11. Preparación de tamices: Seleccione un juego de tamices de acuerdo con la especificación correspondiente al material por ensayar. Dispóngalos según aberturas decrecientes, montados sobre el depósito receptor y provisto de su tapa. Todos estos elementos deben estar limpios y secos. Verifique los tamaños de abertura de las mallas, a lo menos una vez cada seis meses. 12. Tamizado: Efectúelo en dos etapas: a) Un tamizado inicial que puede ser manual o mecánico.
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b) Un tamizado final que debe ser manual. Nota 3: Se recomienda efectuar primero un tamizado húmedo por el tamiz de 0,075 mm de acuerdo con el Método A0507, y después efectuar el tamizado de acuerdo con el presente método. Para el cálculo de la granulometría tome como base 100% la pesada de la muestra de ensaye en estado seco previa al tamizado húmedo. 13. Tamizado inicial: a) Determine la masa de la muestra de ensaye en estado seco, registre aproximando a 1 g para áridos finos y a 10 g para áridos gruesos; vacíela sobre el tamiz superior y cubra con la tapa. b) Agite el conjunto de tamices por un período suficiente para aproximarse a la condición que se establece en 14 g). 14. Tamizado final: a) Retire el primer tamiz, provisto de depósito y tapa. b) Sosténgalo de un costado con una mano, manteniéndolo ligeramente inclinado. c) Golpee firmemente el costado libre hacia arriba con la palma de la otra mano a un ritmo de 150 golpes/min. d) Gire el tamiz cada 25 golpes en 1/6 de vuelta. e) Al completar cada ciclo de 150 golpes, pese separadamente el material retenido sobre el tamiz y el material que pasa, recogido en el depósito. f) Traslade el material que pasa en cada ciclo al tamiz siguiente. g) Repita el ciclo en el mismo tamiz con el material retenido hasta que se recoja en el depósito una masa inferior al 1% de la masa retenida, con lo cual dé por terminado el tamizado de esa fracción. h) Retire el tamiz siguiente provisto de depósito y tapa para efectuar con dicho tamiz los ciclos necesarios, y así sucesivamente hasta completar todos los tamices. Nota 4: Si resulta difícil el tamizado manual de gravas con tamices de 300 mm de diámetro, se recomienda efectuar los ciclos en tamices de 200 mm de diámetro, cuidando que el material pueda distribuirse formando una sola capa. 15. Determinación de la Masa: Determine la masa final del material retenido en cada tamiz y del material que pasa por el tamiz de menor abertura, recogido en el depósito. Registre con la aproximación que sea mayor entre 1 g y 0,1% de la pesada.
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Cálculos: 16. Sume y registre la masa total (100%) de las fracciones retenidas en todos los tamices y en el depósito receptor. Esta suma no debe diferir de la masa inicial registrada en 13 en más de 3% para los áridos finos y de 0,5% para los áridos gruesos. 17. Cuando no se cumpla con lo especificado en 16, rechace el ensaye y efectúe otro con una muestra gemela. 18. Calcule el porcentaje parcial retenido en cada tamiz, referido a la masa total de las fracciones retenidas, aproximando al 1%. 19. Exprese la granulometría como porcentaje acumulado que pasa, indicando como primer resultado el del menor tamiz en que pasa el 100% y como último resultado, el del primer tamiz en que el porcentaje sea 0%. 20. Adicionalmente la granulometría se puede expresar de acuerdo con cualquiera de las siguientes formas: a) Como porcentaje acumulado retenido, indicando como primer resultado el del menor tamiz en que queda retenido un porcentaje igual a 0%, y como último resultado el del primer tamiz en que el porcentaje acumulado retenido sea 100%. b) Como porcentaje parcial retenido. Expresión Gráfica: La expresión gráfica de la granulometría de un pétreo se debe hacer en un sistema de coordenadas ortogonales, cuya abscisa, a escala logarítmica, indica las aberturas nominales y cuya ordenada, a escala lineal, indica los valores de la granulometría en las formas señaladas en 19 y 20. Informe: a) En la Fig. 4.19 se muestra la expresión gráfica de la granulometría del material (capa de ripio) del tramo, siendo esta una curva cerrada continua con una buena distribución de tamaños, cumpliendo con la Norma Mexicana N·CMT·4·02·003/04 de la Secretaria de Comunicaciones y Transportes (S.C.T.). b) Para el cálculo detallado de esta curva referirse al ANEXO E (Ensayos de Laboratorio), donde se encuentras las fracciones que pasan y que se retienen en cada tamiz.
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CURVA GRANULOMETRICA No 200
No 40
No 10
No 4
3/8" 1/2" 3/4"
1"
1 1/2"
2" 2 1/2" 3"
100.00
Porcentaje que pasa (%)
90.00 80.00 70.00 60.00 50.00 40.00 30.00 20.00
10.00 0.00 0.01
0.1
1 (mm) Tamices
10
100
Fig. 4.19. Curva Granulométrica Cerrada Continua del Material (capa de ripio) del Tramo.
a) La Tabla 4.18 muestra la clasificación de suelos según A.A.S.H.T.O. M-145 y S.U.C.S., que están en función de la granulometría y límites de Atterberg del material (capa de ripio) del tramo.
Norma AASTHO M-145 SUCS
CLASIFICACION DE SUELOS Símbolo Nombres Típicos A-1 a (0) GRAVA BIEN GRADUADA CON ARENA Y LIMO GW - GM
Tabla 4.18. Resultados la Clasificación de Suelos (Capa de Ripio).
a) El procedimiento del ensayo se realizó de acuerdo al Manual Técnico de la ABC referido a: (A0506) (ASTM E 40 AASHTO T27-99), Además el material pétreo cumple con todo lo especificado en la Norma Mexicana de la Secretaria de Comunicaciones y Transportes S.C.T. (N·CMT·4·02·003/04): Tabla 2.5, Tabla 2.6 y Figura 2.2 del CAPITULO 2, por lo tanto es apto para reciclado con emulsión asfáltica. b) Para el cálculo detallado referirse a la planilla de clasificación de suelos del ANEXO C (Estudio de Suelos).
4.4.1.3.4. Método para determinar el Equivalente de Arena (A0509) (ASTM D 2419 AASHTO T176-00) Objeto: Diseño y Mejoramiento de Estándar con Emulsión Asfáltica del Camino “Ocurí – Uncía”
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Este método establece un procedimiento rápido para determinar las proporciones relativas de finos plásticos o arcillosos en los áridos que pasan por tamiz de 4,75 mm (Nº 4). Definiciones: Equivalente de arena Porcentaje de arena propiamente tal con respecto al total de arena y de impurezas coloidales floculadas, particularmente arcillosas, húmicas y eventualmente ferruginosas.
Equipos y Materiales: 1. Probeta Graduada De 30 ± 1 mm de diámetro interior y aproximadamente 400 mm de alto, graduado en milímetros hasta una altura de 380 mm (o graduada en mililitros hasta una capacidad de 270 ml) y provisto de un tapón hermético de caucho (ver Figura 4.20).
Fig. 4.20. Probeta Graduada Capacidad 270 ml.
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2. Pisón Compuesto por los siguientes elementos (ver Figura 4.21).
Fig. 4.21. Pisón de Bronce 450 mm de Largo (Normalizado).
a) Una varilla de bronce de 6 mm de diámetro y 450 mm de largo, con hilo en ambos extremos. b) Un pie de bronce troncocónico, de 25 mm de diámetro basal y 20 mm de altura, con una perforación central con hilo para conectarlo a la varilla. c) Un par de guías que mantengan centrada la varilla en el eje de la probeta. d) Una sobrecarga cilíndrica de acero laminado en frío de 50 mm de diámetro y 53 mm de altura, con una perforación central con hilo para conectarla a la varilla. Esta sobrecarga debe ser rectificada de modo que el conjunto de varilla, pie, guías y sobrecarga tenga una masa de 1 kg ± 5 g. 3. Sifón Compuesto por los siguientes elementos (ver Figura 4.22):
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Fig. 4.22. Sifón con Tubería de Irrigación.
a) Una botella de aproximadamente 4 l, provista de un tapón de caucho con dos perforaciones, a través de las cuales se dispondrán dos tuberías de metal, vidrio, caucho o plástico. b) Una tubería de entrada de aire que penetre al interior de la botella sin tomar contacto con la solución y cuyo tramo exterior debe estar doblado en L. c) Una tubería de irrigación cuyo tramo interior penetre hasta 20 mm del fondo de la botella y cuyo tramo exterior sea una manguera de caucho o plástico de una longitud igual o mayor que 1,5 m provista de un sistema que regule el flujo de la solución (por ejemplo una pinza con tornillo). d) Un tubo irrigador conectado al extremo exterior de la tubería de irrigación, de acero inoxidable de aproximadamente 500 mm de largo, 4 ± 1mm de diámetro interior y con
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su extremo libre cerrado en forma de cuña. Debe tener dos perforaciones de 0,5 ± 0,1 mm de diámetro, una en cada cara plana de la cuña. 4. Medida Un recipiente de 85 ± 5 ml de capacidad. 5. Tamiz De tela de alambre y abertura cuadrada, de 4,75 mm (Nº 4) de abertura nominal de acuerdo con el Método A0506. 6. Recipiente Estanco y de capacidad igual o mayor que 4 l para preparar el reactivo y la solución de ensaye. 7. Agitador mecánico Con un desplazamiento horizontal de 200 ± 2 mm y una velocidad de agitación de 175 ± 2 ciclos/min. 8. Herramientas y accesorios Embudos, botellas para reactivos, regla de enrase, etc. Reactivos 9. Solución base a) Componentes. Emplee los siguientes materiales en las cantidades que se indican:
240 g de cloruro de calcio anhidro, grado técnico.
g de glicerina farmacéutica.
25 g de formaldehído (solución 40% de volumen / volumen).
b) Preparación. Disuelva el cloruro de calcio en 1 l de agua destilada y filtre. Agregue la glicerina y el formaldehído a la solución, mezcle bien y diluya a 2 l con agua destilada. 10. Solución de ensaye Tome 22,5 ml de la solución base y diluya a 1 l con agua destilada. Condiciones Generales: 11. Lugar de ensayo Debe estar libre de golpes o vibraciones que puedan alterar el período de decantación. Cuando se empleen probetas de acrílico deben protegerse de la luz solar directa. Extracción y Preparación de la Muestra: Muestreo
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Proyecto de Grado
Extraiga y prepare las muestras de acuerdo con los Métodos A0504 y A0505 Tamaño de la muestra de ensaye a) La muestra original debe tener un tamaño igual o mayor que 2.000 g de material bajo 5 mm. b) La muestra para cada ensaye debe ser igual a una medida llena enrasada (85 ± 5 ml). Preparación de la Muestra de ensaye 12. Tamizado Pase la muestra original en estado húmedo por el tamiz de 4,75 mm; disgregue manualmente los terrones de material arcilloso. Si el material retenido tiene adheridas capas de material arcilloso, remuévalas secando el material retenido y frotándolo entre las manos sobre un recipiente. El polvo resultante debe incorporarse a la muestra y el material retenido debe desecharse. 13. Reducción Reduzca por cuarteo hasta obtener material suficiente para llenar cuatro medidas. 14. Secado Seque hasta masa constante en horno a una temperatura de 110 ± 5° C; deje enfriar a temperatura ambiente. Procedimiento: 15. Coloque la botella del sifón con la solución de ensaye a aproximadamente 1 m sobre la superficie de trabajo. 16. Sifonee la solución de ensaye en la probeta hasta que alcance un nivel de 100 ± 5 mm. 17. Obtenga por cuarteo el material suficiente para llenar una medida. 18. Llene una medida; asiente el material golpeando el fondo de la medida contra la mesa de trabajo a lo menos 4 veces, enrase y vierta en la probeta. 19. Golpee firmemente el fondo de la probeta contra la palma de la mano hasta desalojar las burbujas de aire. 20. Deje la probeta en reposo por un período de 10 min. 21. Coloque el tapón y suelte la arena del fondo inclinando y sacudiendo el tubo. 22. Agite la probeta y su contenido mediante uno de los siguientes procedimientos:
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a) Agitación manual. Sujete la probeta en posición horizontal y agite vigorosamente en un movimiento lineal horizontal con un desplazamiento de 230 ± 25 mm. Agite 90 ciclos en aproximadamente 30 s. Nota 1: Un ciclo corresponde a un movimiento completo de ida y vuelta. Se recomienda agitar sólo con los antebrazos, manteniendo relajados el cuerpo y los hombros. Nota 2: Antes de autorizar a un operador para realizar el ensaye de equivalente de arena, debe
ser
capaz
de
obtener
resultados
consistentes
sobre
muestras
representativas de cualquier material ensayadas de acuerdo con el procedimiento normal. Los resultados se consideran consistentes si los valores individuales de tres ensayes realizados por el mismo operador sobre muestras gemelas no varían en más de ± 4 puntos respecto al promedio de esos ensayes. Si un operador no es capaz de obtener resultados consistentes, no debe autorizársele a efectuar este ensaye hasta que perfeccione su técnica y obtenga resultados que cumplen con los límites especificados. b) Agitación mecánica. Fije la probeta en el agitador mecánico y agite durante un período de 45 ± 1s 23. Coloque la probeta sobre la mesa de trabajo, destápela y lave sus paredes interiores mediante el irrigador. 24. Introduzca el irrigador hasta el fondo de la probeta con un movimiento lento de penetración y torsión para remover todo el material. 25. Retire el irrigador en forma similar, regulando el flujo de la solución de modo de ajustar el nivel final a 380 mm 26. Deje sedimentar por un periodo de 20 min ± 15 s 27. Al final del período de sedimentación lea y registre el nivel superior de la arcilla (Nt) aproximando al milímetro Nota 3: Si después de 20 min no se ha formado una clara línea de sedimentación, deje reposar el tiempo necesario, registrándolo en el informe. Cuando el tiempo total exceda de 30 min, repita 3 veces el ensaye con muestras del mismo material. Registrar el (Nt) Que requiera el período de sedimentación más breve.
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Proyecto de Grado
28. Introduzca el pisón en la probeta y hágalo descender suavemente hasta que quede apoyado en la arena. Registre el nivel superior de la arena (Na) aproximando al milímetro. Nota 4: Cuando el nivel superior de la arcilla o de la arena quede entre graduaciones, registre la graduación superior como Nt o Na, según corresponda. Cálculos: 29. Calcule el equivalente de arena de acuerdo con la fórmula siguiente, aproximando al 1%.
EA (%) = (Na / Nt) x 100
Dónde: EA: Equivalente de arena (%). Na : Nivel superior de la arena (mm). Nt : Nivel superior de la arcilla (mm).
30. Calcule el equivalente de arena de cada muestra como el promedio aritmético de los resultados de dos ensayes paralelos, con aproximación al 1 % superior. Precisión: 31. Debe aceptarse la determinación del equivalente de arena solamente cuando la diferencia entre dos resultados obtenidos por el mismo operador, en ensayes paralelos sobre muestras gemelas, sea igual o inferior a 4 puntos. 32. Debe ensayar dos nuevas muestras gemelas cuando no se cumpla con lo especificado en 30
Informe: a) La Tabla 4.19 muestra el resultado del equivalente de arena del material (capa de ripio) del tramo:
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RESULTADOS EQUIVALENTE DE ARENA (A0509) (ASTM D 2419 AASHTO T176-00) EQUIVALENTE DE ARENA (%)
41,96
ESPECIFICACIONES N-CMT-4-02-003/04 MINIMA 40
MAXIMA -
Tabla 4.19. Resultados del Equivalente de Arena del Material (Capa de Ripio) del tramo.
b) El procedimiento de agitación fue manual según las recomendaciones del Método A0509. c) Además el material pétreo cumple lo especificado En la Norma Mexicana N·CMT·4·02·003/04 de la Secretaria de Comunicaciones y Transportes (S.C.T.) para Equivalente de Arena de la Tabla 2.6 del CAPITULO 2, por lo tanto es apto para reciclado con emulsión asfáltica. d) Para el cálculo detallado referirse al ANEXO E (Ensayos de Laboratorio).
4.4.1.3.5. Método para determinar el Desgaste mediante la máquina de los Ángeles (A0511) (ASTM E 131 AASHTO T96-99)
Objeto: Este método establece el procedimiento para determinar la resistencia al desgaste de los áridos mayores a 2,36 mm, de densidad neta entre 2.000 y 3.000 Kg/m 3, mediante la máquina de Los Ángeles.
Equipos y Materiales: 1. Máquina de los Ángeles a) Tambor de acero de 710 ± 6 mm de diámetro interior y de 510 ± 6 mm de longitud interior montado horizontalmente por sus vástagos axiales con una tolerancia de inclinación de 1 en 100, uno de los cuales debe tener un dispositivo de polea o similar, para acoplar un motor. En su manto cilíndrico debe tener una abertura para introducir la muestra, con una tapa provista de dispositivos para fijarla firmemente en su lugar y que asegure la estanqueidad del material sobre tamiz N º 50 (0.3 mm).
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b) Debe llevar en su superficie interior una aleta consistente en una plancha de acero desmontable, fijada rígida y firmemente a todo lo largo de una generatriz del cilindro, de modo que se proyecte radialmente hacia el interior en 90 ± 3 mm. La distancia entre la aleta y la abertura, medida a lo largo de la circunferencia exterior del cilindro y en la dirección de rotación, debe ser igual o mayor que 1,25 m. Nota 1: Es preferible utilizar una aleta de acero de sección rectangular montada independientemente de la tapa. Sin embargo, puede emplearse como aleta una de las alas de un perfil L de acero laminado montado en el interior de la tapa, de modo que la carga se reciba por la cara externa del ángulo. Cuando la aleta se deforma debe ser reparada o reemplazada. c) La rotación debe estar comprendida entre 30 y 33 rpm, ser contrapesada e impulsada de modo de mantener una velocidad periférica uniforme y tener incorporado un dispositivo contador de revoluciones con detención automática. Nota 2: Cualquier deslizamiento o punto muerto en el mecanismo de impulsión puede alterar los resultados de ensaye, lo que los hace no comparables con resultados obtenidos en una máquina que produzca una velocidad periférica uniforme. 2. Balanza Con una capacidad superior a 10 kg y una precisión de 1 g. 3. Tamices Deben cumplir con lo especificado en el Método A0506 numeral 6 4. Horno Con circulación de aire y temperatura regulable para las condiciones del ensaye. 5. Esferas (Carga abrasiva) Un juego de esferas de acero de aproximadamente 47 mm de diámetro y de masas diferentes, distribuidas en un rango entre 390 y 445 g.
Extracción y Preparación de la muestra: Muestreo y preparación 6. Extraiga y prepare la muestra de acuerdo con los Métodos A0504 y A0505 7. Determine la granulometría de la muestra de acuerdo con el Método A0506 Tamaño de la muestra
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El tamaño de la muestra (en kg) debe ser igual o mayor que 2 Dn , en que Dn es el tamaño máximo nominal expresado en mm, y no menor que 50 kg para los grados 1 al 5 y 25 kg para los grados 6 y 7. Acondicionamiento de la muestra de ensaye Lave la muestra y séquela hasta masa constante en horno a una temperatura de 110 ± 5 º C. 8. Tamice la muestra obtenida, de acuerdo con el Método A0506, empleando la serie de tamices de aberturas nominales siguientes: 75 mm, 63 mm, 50 mm, 37,5 mm, 25 mm, 19 mm, 12,5 mm, 9,5 mm, 6,3 mm, 4,75 mm y 2,36 mm. Deje el material separado en las fracciones resultantes de este tamizado. 9. Elija de la Tabla 4.19 el grado de ensaye que mejor represente la granulometría de la muestra. Para ello, sume los porcentajes parciales retenidos en los tamices correspondientes a cada uno de los grados y elija para el ensaye el que entregue una mayor suma. Nota 3: En caso que alguna de las fracciones del grado elegido tenga un porcentaje parcial retenido muy bajo, que requiera tamizar una cantidad de material muy alta para componerlo, se considerará como grado de ensaye aquel que entregue la suma de parciales retenidos inmediatamente inferior a la del grado elegido. En el caso del grado 4 se entenderá como porcentaje parcial retenido muy bajo un valor igual o inferior que 4%. 10. Cuando se trate de áridos sin tratamiento ni selección, debe procesar la muestra a fin de componer la banda granulométrica adecuada al uso propuesto y elegir de la tabla el grado de ensaye correspondiente a dicha banda granulométrica. Procedimiento: 11. Pese los tamaños de las fracciones correspondientes al grado elegido, de acuerdo con la Tabla 4.20. Registre la masa del total de material por ensayar como masa inicial de la muestra (mi), aproximando a 1 g. 12. Coloque la masa inicial de material en la máquina de Los Ángeles y ensaye de acuerdo con el grado elegido (número y masa de esferas, y número de revoluciones), según Tabla 4.20:
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Tabla 4.20. Gradaciones para el Ensayo de la Máquina de los Ángeles.
Nota 4: Seleccione las esferas de manera tal que la suma de sus masas individuales cumpla con los valores estipulados en la Tabla 4.20. 13. Una vez completado el número de revoluciones correspondiente, saque el material de la máquina evitando pérdidas y contaminaciones. 14. Separe la carga abrasiva. 15. Efectúe un primer tamizado en un tamiz de 2,36 mm o superior, a fin de evitar dañar el tamiz de corte (1,7 mm). 16. Tamice manualmente el material bajo 2,36 mm por tamiz de 1,7 mm (N°12), según procedimiento de tamizado final descrito en el punto 14 del Método A0506. 17. Reúna todo el material retenido en ambos tamices, lávelo, séquelo hasta masa constante en horno a 100 ± 5 º C y deje enfriar a temperatura ambiente. 18. Pese y registre la masa del material retenido como masa final de la muestra (mf), aproximando a 1 g. 19. Cálculos: Calcule el desgaste del árido como el porcentaje de pérdida de masa de la muestra, aproximando a un decimal, de acuerdo con la siguiente expresión:
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𝑃(%) =
(𝑚𝑖 − 𝑚𝑓) × 100 𝑚𝑖
Dónde: P : Pérdida de masa de la muestra (%). mi : Masa inicial de la muestra (g). mf : Masa final de la muestra (g).
Nota 5: Los resultados de ensaye de los grados 1, 2 y 3 con 1.000 revoluciones no tienen relación consistente con los resultados de los grados 4, 5, 6 y 7 con 500 revoluciones y, por lo tanto, no son comparables. Informe: a) La Tabla 4.21 muestra el resultado del desgaste en la máquina de los Ángeles del material (capa de ripio) del tramo:
RESULTADOS DESGASTE EN LA MÁQUINA DE LOS ÁNGELES (A0511) (ASTM E 131 AASHTO T96-99) DESGASTE EN LA MÁQUINA DE LOS ÁNGELES (%)
29,30
ESPECIFICACIONES N-CMT-4-02-003/04 MINIMA -
MAXIMA 30
Tabla 4.21. Resultados del Desgaste en la Máquina de los Ángeles (Capa de Ripio) del tramo.
b) El grado elegido para el ensayo fue el número 4 de la Tabla 4.20, ya que cumple con la granulometría del material (Ver Figura 4.23).
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Proyecto de Grado
Fig. 4.23. Desgaste en la Máquina de los Ángeles.
c) Además el material pétreo cumple lo especificado en la Norma Mexicana N·CMT·4·02·003/04 de la Secretaria de Comunicaciones y Transportes (S.C.T.) para el desgaste en la máquina de los Ángeles de la Tabla 2.6 del CAPITULO 2, por lo tanto es apto para reciclado con emulsión asfáltica. d) Para el cálculo detallado referirse al ANEXO E (Ensayos de Laboratorio).
4.4.1.3.6. Método para determinar la Densidad Real, la Densidad Neta y la Absorción de Agua en Áridos Gruesos (A0519) (ASTM E 127 AASHTO T85-91)
Objeto: Este método establece los procedimientos para determinar la densidad real, la densidad neta y la absorción de agua en áridos gruesos. Es aplicable a los áridos gruesos de densidad neta entre 2.000 y 3.000 kg//m3, que se emplean en el análisis de suelos, elaboración de hormigones y obras asfálticas. Definiciones: 1. Árido Grueso:
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Material árido retenido en el tamiz de 4,75 mm (Nº 4) en el caso de suelos y hormigones, y en el tamiz de 2,36 mm (Nº 8) cuando se utiliza en asfaltos. 2. Huecos: Espacios vacíos entre las partículas de un material árido. 3. Poros: Espacios vacíos interiores de una partícula de material árido. a) Poro accesible: poro permeable o abierto. b) Poro inaccesible: poro impermeable o cerrado. 4. Densidad ( ρ ): Es el cociente entre la masa (m) y el volumen (v) de un material pétreo a una temperatura especificada. Se expresa en kg//m3. a) Densidad real (ρR). Densidad en que se considera el volumen macizo de las partículas de material árido, más el volumen de los poros accesibles e inaccesibles de esas partículas.
Densidad real del árido seco (ρRS). Densidad real en que se considera solamente la masa del árido seco.
Densidad real del árido saturado superficialmente seco (ρRT). Densidad real en que se considera la masa del árido seco más la masa del agua que llena los poros accesibles.
b) Densidad neta (ρN). Densidad en que se considera el volumen macizo de las partículas de material pétreo más el volumen de los poros inaccesibles. 5. Absorción de agua (α): Masa de agua necesaria para llevar un material árido del estado seco al estado saturado superficialmente seco. Se expresa como porcentaje referido a la masa del pétreo seco. 6. Árido seco: Material secado en horno hasta masa constante. Esta condición se obtiene cuando dos pesadas sucesivas, separadas por 1 h de secado a 110 ± 5º C, difieren en un porcentaje igual o inferior al 0,1 % de la menor masa determinada. Equipos y Materiales: 7. Balanza:
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Proyecto de Grado
De capacidad superior a la masa del canastillo porta muestra más la masa de la muestra de ensaye y una precisión mínima de 1 g. 8. Horno: Con circulación de aire y temperatura regulable para las condiciones del ensaye. 9. Canastillo porta muestra: De alambre de acero inoxidable lo suficientemente resistente para soportar el peso de la muestra, con malla de abertura igual o inferior que 2 mm y de capacidad igual o superior a 4 l. Además, debe estar provisto de un dispositivo que permita suspenderlo del platillo de la balanza. 10. Estanque: Impermeable, inoxidable, de forma y capacidad tal que permita contener totalmente y con holgura el canastillo porta muestra, de acuerdo con el procedimiento especificado en este método. 11. Recipientes: Deben estar limpios, de material resistente, estancos y de capacidad suficiente para contener la muestra de ensaye.
Extracción y Preparación de Muestras: Extracción de muestras Extraiga y prepare las muestras de acuerdo con los Métodos A0504 y A0505. Tamaño de la muestra de ensaye La cantidad mínima de muestra para el ensaye se determina según la Tabla 4.22, en función del tamaño máximo nominal del árido.
Tabla 4.22. Cantidad Mínima de Muestra según Tamaño Máximo Nominal del Árido.
Preparación de la muestra de ensaye
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Proyecto de Grado
a) Puede emplear el material proveniente del ensaye de tamizado, debidamente homogeneizado. b) Elimine por tamizado las partículas inferiores a 4,75 mm, en el caso de hormigones y suelos y las partículas inferiores a 2,36 mm, en el caso de asfaltos. c) Lave la muestra hasta remover el polvo superficial o cualquier materia extraña adherida a las partículas. d) Seque la muestra hasta masa constante en un horno a 110 ± 5º C. e) Enfríe la muestra al aire a temperatura ambiente por un período de 24 ± 4 h. f) Sumerja la muestra en agua a temperatura ambiente por un período de 24 ± 4 h. Nota 1: Se debe tener presente que existen áridos cuya saturación no se completa en 24 h. En ese caso es necesario continuar el control de absorción hasta que dos pesadas sucesivas, separadas por una hora de inmersión, difieran en un porcentaje igual o inferior que el 0,1 % de la menor masa determinada. Procedimiento: Efectúe las siguientes pesadas a la muestra de ensaye: 12. Pesada al aire ambiente del árido saturado superficialmente seco: a) Retire la muestra del agua y seque superficialmente las partículas, haciéndolas rodar sobre un paño absorbente húmedo hasta que desaparezca la película visible de agua adherida. Seque individualmente las partículas mayores manteniendo el árido, ya secado superficialmente, cubierto por un paño húmedo hasta el momento de pesar. Efectúe toda la operación en el menor tiempo posible. b) Determine inmediatamente la masa del pétreo saturado superficialmente seco, por pesada al aire ambiente, aproximando a 1 g. Registre su valor como MSSS. 13. Pesada sumergida: a) Coloque la muestra inmediatamente en el canastillo porta muestra. b) Sumerja el canastillo en agua a 20 ± 3º C, por un período de al menos 3 min. c) Determine la masa sumergida, aproximando a 1 g. Registre su valor como MSUM. Nota 2: Mantenga el canastillo y su contenido totalmente sumergidos durante la operación. Debe procurarse que el elemento de suspensión del canastillo tenga la menor dimensión posible, a fin de minimizar su efecto sobre los resultados. 14. Pesada al aire ambiente del árido seco:
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Proyecto de Grado
a) Retire la muestra del canastillo y vacíela completamente del recipiente, cuidando de no dejar partículas atrapadas. b) Seque la muestra hasta masa constante en horno a una temperatura de 110 ± 5º C. c) Enfríe la muestra hasta temperatura ambiente, en lo posible dentro de un recipiente protegido, para evitar la absorción de humedad del aire. d) Determine la masa de la muestra seca, por pesada al aire ambiente, aproximando a 1 g. Registre su valor como MS. Cálculos: 15. Densidad real (ρR): a) Densidad real del pétreo saturado superficialmente seco (ρRT). Calcule la densidad real del pétreo saturado superficialmente seco según la fórmula siguiente, aproximando a 1 kg/m3.
𝜌𝑅𝑇 (𝐾𝑔/𝑚3 ) =
𝑀𝑆𝑆𝑆 × 1.000(𝐾𝑔/𝑚3 ) 𝑀𝑆𝑆𝑆 − 𝑀𝑆𝑈𝑀
b) Densidad real del árido seco (ρRS). Calcule la densidad real del árido seco según la fórmula siguiente, aproximando a 1 Kg./m3:
𝜌𝑅𝑆 (𝐾𝑔/𝑚3 ) =
𝑀𝑆 × 1.000(𝐾𝑔/𝑚3 ) 𝑀𝑆𝑆𝑆 − 𝑀𝑆𝑈𝑀
16. Densidad neta (ρN): Calcule la densidad neta según la formula siguiente, aproximado a 1 kg/m3.
𝜌𝑁 (Kg/𝑚3 ) =
𝑀𝑆 × 1.000(Kg/𝑚3 ) 𝑀𝑆 − 𝑀𝑆𝑈𝑀
17. Absorción de agua (α): Calcule la absorción de agua según la fórmula siguiente, aproximando a la centésima en porcentaje.
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𝛼 (%) =
𝑀𝑆𝑆𝑆 − 𝑀𝑆 × 100 𝑀𝑆
Dónde: ρ : Densidad (Kg. /m3) α : Absorción (%) M : Masa del árido sumergida (g). M : Masa del árido saturado superficialmente seco (g). M : Masa del árido seco (g). Nota 3: Para efectos prácticos se considerará la densidad del agua como 1.000 kg/m 3. En lugar del valor real a 20 ºC que es 998,20 kg/m3. Expresión de Resultados a) Determine la densidad real, la densidad neta y la absorción de agua de un árido como el promedio aritmético de dos ensayes sobre muestras gemelas. b) Exprese las densidades en kg/m3, aproximando a 1 kg/m3. Exprese la absorción en porcentaje, aproximando a la centésima. Precisión: Acepta la determinación de densidad real, densidad neta y absorción de agua de los áridos gruesos, cuando la diferencia entre los valores obtenidos de los dos ensayes realizados por uno o más laboratoristas, sea: a) Igual o inferior que 20 kg/m3 en la determinación de densidades. b) Igual o inferior que 3 décimas porcentuales en la determinación de la absorción de agua. Informe: a) La Tabla 4.23 muestra los resultados de densidades y absorción del material grueso (capa de ripio) del tramo:
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Proyecto de Grado
RESULTADOS DENSIDADES Y ABSORCION (AGREGADO GRUESO) (A0519) (ASTM E 127 AASHTO T85-91) Pe aparente = A/(A-C)
(Kg/cm3)
2,759
Pe bulk(sss) = B/(B-C)
(Kg/cm3)
2,623
Pe bulk = A/(B-C)
(Kg/cm3)
2,545
Absorcion(%) = (B - A)/A x 100
(%)
3,06
Tabla 4.23. Resultados de Densidades y Absorción del Material Grueso(Capa de Ripio) del tramo.
b) El material cumple con todas las especificaciones del método de ensaye A0519, Norma ASTM E 127 / AASHTO T85-91, tanto en recomendaciones como en precisión (Ver Figura 4.24). c) Para el cálculo detallado referirse a la planilla de peso específico y absorción ANEXO E (Ensayos de Laboratorio).
Fig. 4.24. Canastillo de Acero Inoxidable (Abertura 2mm) para Pesaje del Agregado Grueso.
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Proyecto de Grado
4.4.1.3.7. Método para determinar la Densidad Real, la Densidad Neta y la Absorción de Agua en Áridos Finos (A0520) (ASTM E 128 AASHTO T84-00)
Objeto: a) Este método establece los procedimientos para determinar la densidad real, la densidad neta y la absorción de agua de los áridos finos. b) Es aplicable a los áridos finos de densidad neta entre 2.000 y 3.000 kg/m3, que se emplean en la elaboración de hormigones y obras asfálticas. Definiciones: 1. Árido Fino: Material pétreo que pasa el tamiz de 4,75 mm (N º 4) en el caso de hormigones, y que pasa el tamiz de 2,36 mm (N º 8) cuando se utiliza en asfaltos. 2. Huecos: Espacios vacíos entre las partículas de un material árido. 3. Poros: Espacios vacíos interiores de una partícula de material árido. a) Poro Accesible: poro permeable o abierto. b) Poro Inaccesible: poro impermeable o cerrado. 4. Densidad Es el cociente entre la masa (m) y el volumen (v) de un material árido a una temperatura especificada. Se expresa en kg/m3. a) Densidad real (ρR). Densidad en que se considera el volumen macizo de las partículas de material árido, más el volumen de los poros accesibles e inaccesibles de esas partículas.
Densidad real del árido seco (ρRS). Densidad real en que se considera solamente la masa del árido seco.
Densidad real del árido saturado superficialmente seco (ρRT).
Densidad real en que se considera la masa del pétreo seco más la masa del agua que llena los poros accesibles.
b) Densidad neta (ρN). Densidad en que se considera el volumen macizo de las partículas de material árido más el volumen de los poros inaccesibles. 5. Absorción de agua:
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Proyecto de Grado
Masa de agua necesaria para llevar un material árido del estado seco al estado saturado superficialmente seco. Se expresa como porcentaje referido a la masa del árido seco. 6. Árido seco: Material secado en horno hasta masa constante. Esta condición se obtiene cuando dos pesadas sucesivas, separadas por 1 hora de secado a 110 ± 5 ºC, difieren en un porcentaje igual o inferior al 0,1 % de la menor masa determinada. Equipos y Materiales: 7. Balanza: De capacidad superior a 1 kg y una precisión mínima de 0,1 g. 8. Horno: Con circulación de aire y temperatura regulable para las condiciones del ensaye. 9. Recipientes: Limpios, de material resistente, estancos y de capacidad suficiente para contener la muestra del ensaye. 10. Matraz: Es un matraz aforado en el que se pueda introducir fácilmente la muestra de ensaye. Debe llevar una marca de calibración que indique el volumen contenido con una precisión de ± 0,1 ml. Dicho volumen excederá a lo menos en un 50 % al volumen aparente de la muestra de pétreo fino. Se recomienda emplear un matraz de 500 cm3 de capacidad. También puede emplearse un picnómetro. 11. Molde: Con forma tronco - cónica, de 40 ± 3 mm de diámetro en la parte superior, 90 ± 3 mm de diámetro en la parte inferior y 75 ± 3 mm de altura. Confeccionado con una plancha metálica de un espesor igual o superior que 0,8 mm. 12. Pisón: Es una varilla metálica, con uno de sus extremos de sección plana y circular, de 25 ± 3 mm de diámetro. Debe tener una masa de 340 ± 15 g.
Extracción y Preparación de la Muestra: Extracción de muestras Extraiga y prepare las muestras de acuerdo con los Métodos A0504 y A0505. Tamaño de la muestra de ensaye
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Proyecto de Grado
Para cada ensaye se usará una cantidad de árido fino superior a 50 g e inferior a 500 g. Preparación de la muestra de ensaye a) Corte el material retenido en tamiz de referencia (4,75 mm para hormigón o 2,36 mm para asfalto). b) Si la muestra de laboratorio contiene un porcentaje superior al 15 % de material retenido sobre el tamiz de referencia, considérela como un integral y determine los porcentajes de la fracción retenida y de la fracción que pasa respecto del total de dicha muestra. Ensaye la fracción retenida de acuerdo con el Método A0519 y la fracción que pasa de acuerdo con este Método de ensaye. c) Reduzca por cuarteo, de acuerdo con el Método A0505, la muestra de terreno o la fracción que pasa indicada en “Preparación de la muestra de ensaye” punto b), a una cantidad de árido de aproximadamente el doble del tamaño de muestra de laboratorio requerido. Nota 1: La muestra debe humedecerse antes de efectuar la reducción para evitar la segregación y pérdidas de polvo. d) Seque el árido en horno a una temperatura de 110 ± 5 º C. e) Cubra el árido en su totalidad con el mínimo de agua a temperatura ambiente, necesaria para asegurar su saturación en un período de 24 ± 4 h.
Procedimiento: a) Elimine paulatinamente el exceso de agua, evitando la pérdida de finos. Revuelva la muestra frecuentemente para asegurar un secado uniforme, hasta llevarla a su condición suelta. Nota 2: La eliminación del exceso de agua de la muestra no se debe realizar a fuego directo, ni tampoco utilizar para ello fuertes corrientes de aire. b) Coloque el molde cónico sujeto firmemente contra una superficie lisa, plana y no absorbente, con su diámetro mayor hacia abajo, llénelo con el árido en condición suelta en una capa y enrase. c) Compacte suavemente con 25 golpes de pisón uniformemente distribuidos sobre la superficie. En cada golpe deje caer el pisón libremente desde una altura de 5 mm sobre
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la superficie del árido. Dicha altura debe conservarse, ajustándola a la nueva elevación de la muestra después de cada golpe. d) Remueva cuidadosamente todo material sobrante en la superficie. Levante el molde verticalmente. Si hay humedad libre la muestra conservará la forma del cono. En este caso elimine el exceso de humedad, repitiendo el procedimiento, a intervalos frecuentes, desde a). Cuando, al retirar el molde, el árido caiga suavemente según su talud natural, será indicación que éste ha alcanzado la condición saturada superficialmente seca. Nota 3: La primera verificación de humedad mediante el moldeo del cono debe hacerse cuando aún permanece un mínimo de agua libre, por lo tanto, si el cono se asienta en esta primera verificación, mezcle unos pocos cm3 de agua con el árido y déjelo en un recipiente cubierto durante 30 min y proceda desde a). e) Inmediatamente que el árido alcance la condición de saturado superficialmente seco, obtenga el tamaño de muestra de ensaye requerido, pese y registre su masa. f) Coloque la muestra en el matraz y cúbrala con agua a una temperatura de 20 ± 3º C, hasta alcanzar aproximadamente 2/3 del volumen del matraz. g) Agite el matraz a fin de eliminar burbujas de aire golpeándolo ligeramente contra la palma de la mano. En caso de pétreos muy finos, se debe utilizar una bomba de vacío. h) Deje reposar durante 1 h manteniendo una temperatura de 20 ± 3 º C. i) Llene con agua a 20 ± 3º C hasta la marca de calibración, agite y deje reposar un instante. j) Mida y registre la masa total del matraz con la muestra de ensaye y el agua (Mm). k) Saque la muestra del matraz, evitando pérdidas de material, y séquela hasta masa constante en horno a una temperatura de 110 ± 5º C. Déjela enfriar a temperatura ambiente. Determine y registre la masa de la muestra de ensaye en condición seca (ms). l) Llene el matraz solamente con agua a una temperatura de 20 ± 3º C hasta la marca de calibración. Mida y registre la masa del matraz con agua (Ma). Cálculos: 13. Densidad real:
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a) Densidad Real del árido saturado superficialmente seco (ρRT). Calcule la densidad real del árido saturado superficialmente seco, según la fórmula siguiente, aproximando a 1 kg/m3
𝜌𝑅𝑇 (Kg/𝑚3 ) =
𝑀𝑆𝑆𝑆 × 1.000(Kg/𝑚3 ) 𝑀𝑎 + 𝑀𝑆𝑆𝑆 + 𝑀𝑚
𝜌𝑅𝑇 (Kg/𝑚3 ) =
𝑀𝑆𝑆𝑆 × 1.000(Kg/𝑚3 ) 𝑀𝑎 + 𝑀𝑆𝑆𝑆 − 𝑀𝑚
b) Densidad Real del árido Seco (ρRS). Calcule la densidad real del pétreo seco, según la fórmula siguiente, aproximando a 1 kg/m3: 14. Densidad Neta (ρN): Calcule la densidad neta, según la fórmula siguiente, aproximando a 1kg/m3.
𝜌𝑁 (Kg/𝑚3 ) =
𝑀𝑆𝑆𝑆 × 1.000(Kg/𝑚3 ) 𝑀𝑎 + 𝑀𝑆 − 𝑀𝑚
15. Absorción de Agua (α): Calcule la absorción de agua, según la fórmula siguiente, aproximando a la centésima, en porcentaje
𝛼 (%) =
𝑀𝑆𝑆𝑆 − 𝑀𝑆 × 100 𝑀𝑆
Dónde: ρ
: Densidad (kg/m3)
α
: Absorción (%)
MS : Masa de la muestra seca (g).
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MSSS : Masa de la muestra saturada superficialmente seca (g). Ma
: Masa del matraz con agua hasta la marca de calibración (g).
Mm
: Masa del matraz con la muestra más agua hasta la marca de calibración (g).
Expresión de resultados a) La densidad real, la densidad neta y la absorción de agua de un árido fino se determinan como el promedio aritmético de dos ensayes sobre muestras gemelas. b) En el caso de un integral, la densidad real, la densidad neta y la absorción de agua de los áridos se calculan como el promedio ponderado de la densidad real, densidad neta y la absorción de agua, respectivamente, obtenidas mediante el ensaye por separado de sus dos fracciones, de acuerdo con las siguientes fórmulas:
𝜌(Kg/𝑚3 ) =
𝛼(%) =
1 × (𝜌𝑟 × 𝑃𝑟 + 𝜌𝑝 × 𝑃𝑝 ) 100
1 × (𝛼𝑟 × 𝑃𝑟 + 𝛼𝑝 × 𝑃𝑝 ) 100
Dónde: ρ : Densidad (real o neta) del integral (kg/m3). ρr : Densidad (real o neta) de la fracción retenida (kg/m3). ρp : Densidad (real o neta) de la fracción que pasa (kg/m3). Pr : Porcentaje en masa de la fracción retenida (%). Pp : Porcentaje en masa de la fracción que pasa, (%). α : Absorción de agua del integral (%). αr : Absorción de agua de la fracción retenida (%). αp : Absorción de agua de la fracción que pasa (%).
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c) Exprese las densidades en kg/m3, aproximando a 1 kg/m3, y la absorción en porcentaje, aproximando a la centésima. Precisión: Acepte la determinación de densidad real, densidad neta y absorción de agua de los áridos finos, cuando la diferencia entre los valores obtenidos de los dos ensayes realizados por uno o más laboratoristas sea: a) Igual o inferior que 20 kg/m3 en la determinación de densidades. b) Igual o inferior que 4 décimas porcentuales en la determinación de la absorción de agua.
Informe: a) La Tabla 4.24 muestra los resultados de densidades y absorción del material fino (capa de ripio) del tramo:
RESULTADOS DENSIDADES Y ABSORCION (AGREGADO FINO) (A0520) (ASTM E 128 AASHTO T84-00) Pe bulk(sss) = B/((E-F)-(D-F-B)) (Kg/cm3)
2,577
Pe bulk = A/((E-F)-(D-F-B))
(Kg/cm3)
2,526
Absorcion(%) = (B - A)/A x 100
(%)
2,00
Tabla 4.24. Resultados de Densidades y Absorción del Material Fino (Capa de Ripio) del Tramo.
b) El material cumple con todas las especificaciones del método de ensaye A0520, Norma ASTM E 128 / AASHTO T84-00, tanto en recomendaciones como en precisión (Ver Figura 4.25).
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Fig. 4.25. Molde Tronco – cónico y Pisón para el Agregado Fino.
c) Para el cálculo detallado referirse a la planilla de peso específico y absorción ANEXO E (Ensayos de Laboratorio).
4.4.1.3.8. Método para Determinar el Índice de Lajas (A0503) (AASHTO C 142) Objeto: Este método establece el procedimiento para determinar el Índice de Lajas de un árido. 1. Este índice se emplea principalmente en árido para tratamientos superficiales. 2. Se define Índice de Lajas como el porcentaje en peso de partículas que tienen un espesor (dimensión mínima) inferior a 0,6 veces la dimensión media de la fracción de árido considerada. 3. Este método es aplicable a áridos de tamaño máximo absoluto igual o superior a 6,3 mm. Equipos y Materiales: 4. Balanza De capacidad superior a la masa de la muestra de ensaye y una precisión de 0,1 g. 5. Horno Provisto de circulación de aire y temperatura regulable para las condiciones del ensaye.
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6. Pie de Metro Graduado en décimas de mm (Ver Figura 4.26).
Fig. 4.26. Pie de Metro o Calibrador de Espesores (Acotaciones en mm).
7. Juego de Tamices Según banda granulométrica especificada. 8. Otros Bandejas, pailas, brochas, poruñas, etc.
Extracción y Preparación de la Muestra: 9. Extraiga y prepare las muestras de acuerdo con el Método A0504. La cantidad mínima de muestra se indica en la Tabla 4.25, de acuerdo al tamaño máximo absoluto del árido.
Tabla 4.25. Cantidad Mínima de Muestra de Ensaye.
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10. Seque la muestra, pésela y determine su distribución granulométrica de acuerdo con el Método A0506.
Procedimiento: 11. Las fracciones a considerar para el ensaye son las siguientes: 37,5 – 25 mm, 25 - 19 mm, 19 - 12,5 mm, 12,5 – 9.5 mm, 9.5 - 6,3mm y 6,3 – 4,75 mm. 12. Obtenga por cuarteo una cantidad mínima de 100 partículas de cada fracción y registre su peso como (MTi), aproximando a 0,1 g. Nota 1: Cuando se obtenga una cantidad de material menor que el 5% en cualquier fracción, se puede omitir la determinación correspondiente sin que el resultado cambie apreciablemente. 13. Repita para cada fracción los pasos que a continuación se indican: a) Fije la abertura del pie de metro (Ai) en 0,6 veces su dimensión media, de acuerdo a la siguiente expresión:
𝐴𝑖 =
(𝑇𝑠𝑖 + 𝑇𝑙𝑖 ) × 0,6 2
Dónde: Ai : Abertura del pie de metro para la fracción i (mm). Tsi: Abertura del tamiz superior de la fracción i (mm). TIi : Abertura del tamiz inferior de la fracción i (mm).
b) Haga pasar cada una de las partículas a través de la abertura del pie de metro. c) Pese el total de partículas que pasan por la abertura del pie de metro y registre como (Mpi), aproximando a 0,1 g. d) Calcule el Índice de Lajas de la fracción i (ILi) de acuerdo a la siguiente expresión, aproximando a un decimal:
𝐼𝐿𝑖 =
𝑀𝑃𝑖 × 100 𝑀𝑇𝑖
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Dónde: ILi : Índice de Lajas de la fracción i (%). MPi : Masa de material que pasa por la abertura del pie de metro para la fracción i (g). MTi : Masa total de ensaye de la fracción i (g). Cálculos: El Índice de Lajas del árido (ILi) se obtiene de la siguiente expresión, aproximando al entero:
𝐴𝑖 =
𝛴(𝐼𝐿𝑖 + 𝑅𝑖 ) 𝛴𝑅𝑖
Dónde: IL: Índice de Lajas del árido (%). ILi: Índice de Lajas de la fracción i (%). Ri: Porcentaje parcial retenido de la fracción i (%), aproximado al entero.
Informe: a) La Tabla 4.26 muestra el resultado del índice de lajas o laminaridad del material (capa de ripio) del tramo:
RESULTADOS ÍNDICE DE LAJAS O ÍNDICE DE LAMINARIDAD (A0503) (AASHTO C 142) ÍNDICE DE LAJAS O LAMINARIDAD (%)
48,96
ESPECIFICACIONES N-CMT-4-02-003/04 MINIMA -
MAXIMA 50
Tabla 4.26. Resultados de Índice de Lajas o de Laminaridad del Material (Capa de Ripio) del tramo.
b) Además el material pétreo cumple lo especificado en la Norma Mexicana N·CMT·4·02·003/04 de la Secretaria de Comunicaciones y Transportes (S.C.T.) para el índice de lajas o laminaridad de la Tabla 2.6 del CAPITULO 2, por lo tanto es apto para reciclado con emulsión asfáltica (Ver Figura 4.27).
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Fig. 4.27. Pie de Metro o Calibrador de Espesores.
c) Para el cálculo detallado referirse a la planilla de índice de lajas o laminaridad ANEXO E (Ensayos de Laboratorio).
4.4.1.3.9. Método para Determinar la Densidad Real de Mezclas Asfálticas Compactadas (A0606)
Objeto: Este método establece procedimientos para determinar la densidad real de mezclas asfálticas compactadas. Definiciones: 1. Densidad (ρ): Es el cociente entre la masa (m) de una sustancia y su volumen (v) a una temperatura especificada. Se expresa en kilogramos por metro cúbico (Kg. /m3). 2. Densidad Real (G): Densidad en que se considera el volumen macizo de la probeta, más el volumen de los poros accesibles e inaccesibles. 3. Secado hasta Masa Constante:
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Límite de secado a 50 ± 5° C, en que dos pesadas sucesivas difieren en un porcentaje igual o inferior al 0,1% de la menor masa determinada. La muestra debe dejarse en horno a 50 ± 5° C durante 12 h y luego pesarse cada 2 h. Equipos y Materiales: 4. Balanza: De 2.000 g de capacidad mínima, sensibilidad 0,1 g y una precisión de 0,2 g. Debe estar equipada con un aparato de suspensión adecuado que permita pesar la probeta mientras está suspendida del centro de la balanza. 5. Baño de Agua: Que permita sumergir la muestra mientras está suspendida bajo la balanza, equipado con una válvula de desborde que mantenga constante el nivel de agua. Muestras de Ensaye: 6. Las muestras de ensaye pueden ser mezclas asfálticas moldeadas en el laboratorio o cortadas directamente del pavimento. 7. Para el tamaño de la probeta se recomienda lo siguiente: a) Que el diámetro de las probetas cilíndricas o la longitud de las probetas aserradas sea a lo menos cuatro veces el tamaño máximo del agregado. b) Que el espesor o largo de la probeta sea a lo menos una y media veces el tamaño máximo del agregado. 8. Tome las muestras de pavimentos con brocas o sierras diamantadas o cualquier otro medio adecuado. 9. Separe las distintas capas mediante aserrado u otro medio adecuado. Método A: Probetas Cubiertas con Parafina Procedimiento: 10. Masa de la Probeta sin Parafina: Pese la probeta en aire después de secarla hasta masa constante. Designe esta masa como A. 11. Masa de la Probeta en Aire con Parafina: Cubra la probeta de ensaye, en toda su superficie, con parafina derretida con un espesor suficiente para sellar todos los huecos superficiales. Deje que el recubrimiento se enfríe al
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aire a temperatura ambiente durante 30 min. y luego pese la probeta. Designe esta masa como D. Nota 1: La aplicación de la parafina se puede lograr mejor enfriando la probeta en un refrigerador hasta una temperatura de aproximadamente 4,5°C por 30 min. y luego sumergiéndola en parafina tibia (5,5° C sobre el punto de fusión). Puede ser necesario repasar la superficie con una brocha con parafina caliente para llenar los vacíos más pequeños. Si se desea usar la probeta en otros ensayes que requieran el desprendimiento del cubrimiento de parafina, puede cubrirse la muestra con talco en polvo antes de colocarle la parafina. 12. Masa de la Probeta con Parafina en Agua: Pese la probeta con parafina en un baño de agua a 25 ± 1°C. Designe esta masa como E. 13. Densidad de la Parafina: Determine la densidad de la parafina a 25° C y desígnela como ρ p. Al adoptar un valor típico de 0,91 g/cm3 el error es prácticamente despreciable. Cálculos: Calcule la densidad de la probeta con la fórmula:
𝜌𝐸 =
𝐴
𝑘𝑔 × 1.000 ( 3 ) (𝐷 − 𝐸) (𝐷 − 𝐴) 𝑚 − 𝜌𝑤 𝜌𝑃
Dónde: A : Masa de la probeta seca en aire (g) D : Masa de la probeta seca más parafina en aire (g) E : Masa de la probeta seca más parafina en agua (g) ρp: Densidad de la parafina (25°C) ± 1 g/cm3 ρw: Densidad del agua (1,0 g/cm3) Método B: Probetas con Superficie Saturada Seca Procedimiento: 14. Seque la probeta hasta masa constante.
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15. Enfríela hasta temperatura ambiente (25 ±1°C) y registre la masa seca como A. 16. Sumerja en un baño de agua a 25 ± 1° C por 3 a 5 min. y registre esta masa como C. 17. Saque la probeta del agua y séquela con una toalla húmeda. Designe esta masa como B. 18. Determine el porcentaje de agua absorbida con la siguiente expresión:
𝐴𝑎𝑏 =
𝐵−𝐴 × 100 𝐵−𝐶
Si Aab: es mayor que 2, emplee el Método A. Cálculos Calcule la densidad de acuerdo a la fórmula:
𝐺=
𝐴 𝑘𝑔 × 1.000 ( 3 ) 𝐵−𝐶 𝑚 𝜌𝑤
Dónde: A: Masa de la probeta en aire (g). B: Masa de la probeta en aire con superficie seca (g). C: Masa de la probeta en agua (g). Método C: Geométrico (Sólo para Mezclas de Graduación Abierta; Porcentaje de Huecos Superior a 15) Procedimiento 19. Determine la densidad de una muestra de formas regulares en base a su masa (Kg.) y su volumen medio en forma geométrica (m3). 20. Determine las dimensiones de la probeta basado en el promedio de cuatro medidas, como mínimo, por dimensión.
Informe: a) Se empleó el método B (probetas con superficie saturada seca), ya que “Aab” es menor a 2 en todas las probetas (Ver Figura 4.28).
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Fig. 4.28. Método B (Probetas con Superficie Saturada Seca).
b) Para el cálculo detallado referirse a la planilla de diseño de mezclas en frío – método Marshall modificado ANEXO E (Ensayos de Laboratorio).
4.4.1.3.9.1 MÉTODO DE DISEÑO MARSHALL (A0613)
Objeto: Este procedimiento es aplicable a mezclas en caliente y en frío que contengan áridos con tamaño máximo absoluto igual o inferior a 25 mm. Se puede usar tanto para el diseño en laboratorio como en el control de terreno, y describe una metodología para determinar el óptimo de asfalto en las mezclas.
Determinaciones Previas: 1. Determine la densidad real seca de cada árido que participa en la mezcla y la del filler, si lo hubiere, de acuerdo a los Métodos A0519, A0520 según corresponda. 2. Determine la densidad del cemento asfáltico a 25 º C según Método A0102. 3. Determine la densidad máxima de la mezcla suelta según Método A0505, para un contenido de asfalto próximo al óptimo previsto. 4. Prepare las probetas según Método A0608.
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5. Determine las densidades de las probetas compactadas, según Método A0606. 6. Mida la Estabilidad y la Fluencia de las mezclas usando el equipo Marshall, según Método A0608. Nota 1: Dado que la densidad real seca del filler mineral es difícil de determinar en forma precisa, se recomienda utilizar el método de Le Chatelier. Cálculos: 7. Cálculo de la densidad real seca ponderada de la mezcla de áridos: Cuando la mezcla está compuesta por dos o más áridos, todos con diferentes densidades reales, calcule la densidad real seca de la mezcla de áridos de acuerdo a la expresión: ρRS = P1 ⋅ ρRS1 + P2 ⋅ ρRS 2 + ......... + Pn ⋅ ρRSn Dónde: ρRS : Densidad real seca de la mezcla de agregados. P1, P2,…, Pn: Porcentajes en peso de los áridos 1, 2,... n, expresados en forma decimal. ρRS1, ρRS 2 ,..., ρRSn : Densidades reales secas de los áridos 1, 2,... n. 8. Cálculo de la densidad efectiva del árido: Calcule la densidad efectiva del árido mediante la expresión:
𝜌𝐸 =
100 100 + 𝑃𝑏 𝑃𝑏 𝐷𝑚𝑚 − 𝜌𝑏
Dónde: ρE
: Densidad efectiva del árido (kg/m3).
ρb
: Porcentaje de asfalto referido al árido (%).
Dmm : Densidad máxima de la mezcla suelta (kg/m3). ρb : Densidad del asfalto (kg/m3).
9. Cálculo del porcentaje de asfalto absorbido:
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El asfalto absorbido se expresa como un porcentaje referido al árido y se calcula con la formula siguiente:
𝑃𝑏𝑎 = (
1 𝜌𝑅𝑆
−
1 ) × 𝜌𝑏 × 100 𝜌𝐸
Dónde: ρba : Porcentaje de asfalto absorbido, referido al árido (%). ρRS : Densidad real seca del árido (kg/m3). ρE : Densidad efectiva del árido (kg/m3). ρB : Densidad del asfalto (kg/m3). 10. Cálculo de la densidad máxima de la mezcla para distintos contenidos de asfalto: Al calcular el porcentaje de huecos de aire en la mezcla, es necesario conocer Dmm para cada porcentaje de asfalto considerado. Si bien esto se puede hacer a través del Método A0605 para cada contenido de asfalto, la precisión del ensaye es mejor cuando se aproxima al contenido de asfalto óptimo. Una vez obtenida la Dmm para un determinado contenido de asfalto y calculada la densidad efectiva del árido, calcule la Dmm de la mezcla para cualquier otro porcentaje de asfalto, de acuerdo a la fórmula:
𝐷𝑚𝑚 =
100 + 𝑃𝑏 100 𝑃𝑏 𝜌𝐸 + 𝜌𝑏
Dónde: Dmm : Densidad máxima de la mezcla (kg/ m3). Pb
: Porcentaje de asfalto referido al árido (%).
ρE
: Densidad efectiva del árido (kg/m3), de acuerdo a 8.
ρb
: Densidad del asfalto (kg/ m3).
11. Contenido de Asfalto útil:
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El contenido de asfalto útil (Pbu) de una mezcla, corresponde al contenido de asfalto total menos el contenido de asfalto absorbido por el árido. Se calcula de acuerdo a la fórmula:
Pbu = Pb - Pba
Dónde: Pbu : Porcentaje de asfalto útil referido al árido (%). Pb : Porcentaje de asfalto referido al árido (%). Pba : Porcentaje de asfalto absorbido referido al árido (%). 12. Cálculo de los Vacíos en el árido mineral: El porcentaje de vacíos en el árido mineral (VAM), se calcula de acuerdo a la fórmula:
𝑉𝐴𝑀 = 100 × (1 −
𝐺 100 × ) 𝜌𝑅𝑆 100 + 𝑃𝑏
Dónde: VAM : Porcentaje de vacíos en el árido mineral (%). G
: Densidad de la mezcla compactada (kg/m3).
ρRS
: Densidad real seca del árido (kg/m3).
ρb
: Porcentaje de asfalto referido al árido (%).
13. Cálculo del porcentaje de huecos de aire en la mezcla: El porcentaje de huecos de aire en la mezcla (Va), se calcula de acuerdo a la fórmula:
𝑉𝑎 = 100 × (
𝐷𝑚𝑚 − 𝐺 ) 𝐷𝑚𝑚
Dónde:
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Va
: Porcentaje de huecos de aire en la mezcla (%).
Dmm : Densidad máxima de la mezcla (kg/m3), de acuerdo a 10. : Densidad de la mezcla compactada (kg/m3).
G
14. Cálculo del porcentaje de huecos llenos con asfalto: El porcentaje de huecos llenos con asfalto (VLL), se calcula de acuerdo a la fórmula:
𝑉𝐿𝐿 = 100 × (1 −
𝑉𝑎 ) 𝑉𝐴𝑀
Dónde: VLL
: Porcentaje de huecos llenos con asfalto (%).
Va
: Porcentaje de huecos de aire en la mezcla (%).
VAM : Porcentaje de vacíos en el árido mineral (%).
Acondicionamiento de datos: 15. Los valores de estabilidad obtenidos para probetas de espesores distintos a 63,5 mm deben corregirse, convirtiendo éstos a un valor equivalente a 63,5 mm, utilizando para ello los factores de corrección indicados en Tabla 4.27 del Método A0608.
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Tabla 4.27. Factores de Corrección por Altura para Estabilidad Marshall.
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16. Calcule el valor promedio de la densidad, fluencia y estabilidad corregida, para todas las probetas con un mismo contenido de asfalto. 17. Confeccione los siguientes gráficos, uniendo mediante una curva suave todos los puntos obtenidos: a) Estabilidad v/s porcentaje de asfalto. b) Fluencia v/s porcentaje de asfalto. c) Densidad v/s porcentaje de asfalto. d) Huecos en la mezcla v/s porcentaje de asfalto. e) VAM v/s porcentaje de asfalto.
Determinación del contenido óptimo de asfalto: 18. Capa de Rodadura: a) Determine el contenido óptimo de asfalto de la mezcla considerando las curvas de densidad, estabilidad y huecos en la mezcla. De dichas curvas se determinan los porcentajes de asfalto (Pb) que entreguen:
Máxima estabilidad (Pb1).
Máxima densidad (Pb2).
Contenido de asfalto para un 5% de huecos (Pb3).
El contenido óptimo de asfalto se calcula como la media aritmética de los tres valores obtenidos, es decir:
𝑃𝑏 ó𝑝𝑡𝑖𝑚𝑜 =
𝑃𝑏1 + 𝑃𝑏2 + 𝑃𝑏3 3
b) Verifique que el contenido óptimo de asfalto, con una tolerancia de ± 0,3 puntos porcentuales, cumpla con todos los requisitos de calidad exigidos a la mezcla. En caso contrario, confeccione una nueva serie de muestras. 19. Capa de Base y Capa Intermedia (Binder):
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Seleccione como contenido óptimo de asfalto el porcentaje de ligante que, con una tolerancia de ± 0,5 puntos porcentuales, cumpla con todos los requisitos de calidad exigidos a la mezcla. INFORME: El informe para el proyecto será similar a lo enumerado a continuación, con algunas diferencias que se aclararán en el siguiente inciso, ya que en vez de asfalto tradicional se usará emulsión asfáltica en frío, por lo tanto se realizará un diseño mediante el “Método Marshall Modificado” (Ver Método A0704). 20. Identificación de los Materiales: Indique procedencia, lugar y fecha de muestreo, tanto del asfalto como del árido. 21. Áridos: Indique los siguientes análisis para cada árido: a) Granulometría. b) Densidad aparente suelta. c) Densidad real seca. d) Densidad neta. e) Desgaste de Los Ángeles. f) Índice de Plasticidad. g) Equivalente de arena. h) Cubicidad de partículas. i) Dosificación de áridos. j) Granulometría de la mezcla de áridos. Nota 2: En la confección del informe se debe incluir las correspondientes especificaciones de obra. 22. Asfalto: a) Certificados de Control de Calidad. b) Densidad 23. Mezcla árido – asfalto: a) Densidad máxima de la mezcla. b) Adherencia. c) Porcentaje de asfalto absorbido referido al árido.
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d) Temperatura de mezclado. e) Temperatura de compactación de las probetas. 24. Análisis Marshall: a) Para cada contenido de asfalto considerado se debe incluir:
Densidad.
Huecos en la mezcla.
Vacíos en el agregado mineral (VAM).
Estabilidad.
Fluencia.
b) Gráficos de Densidad, Huecos, VAM, Estabilidad y Fluencia con respecto a cada uno de los porcentajes de asfalto considerados. c) Fórmula de Trabajo. Esta comprende:
Banda de Trabajo, con las siguientes tolerancias: Tamiz 4,75 mm (Nº 4) y superiores. : ± 5 puntos porcentuales. Tamices 2,36 mm (Nº 8) y 1,18 mm (Nº 16). : ± 4 puntos porcentuales. Tamices 0,6 mm (Nº 30) y 0,3 mm (Nº 50). : ± 3 puntos porcentuales. Tamiz 0,15 mm (Nº 100). : ± 2 puntos porcentuales. Tamiz 0,075 mm (Nº 200). : ± 1,5 puntos porcentuales. Contenido óptimo de asfalto para capas de rodadura. : ± 0,3 puntos porcentuales. Contenido óptimo de asfalto para capas de base o intermedia: ± 0,5 puntos porcentuales. Densidad de diseño. Temperatura de mezclado. Temperatura de inicio de compactación
Nota 3: La banda de trabajo podrá salirse de la especificada siempre que la curva granulométrica de diseño quede totalmente comprendida en la banda especificada.
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4.4.1.3.9.2. MÉTODO DE DISEÑO DE MEZCLAS ASFÁLTICAS EN FRÍO CON EMULSIÓN (A0704)
OBJETO: 1. Esta especificación describe el método de diseño para mezclas asfálticas en frío con emulsión. El procedimiento está orientado a mezclas para caminos de bajo volumen de tránsito con áridos densamente graduados con tamaño máximo menor o igual a 25 mm (1 pulg). 2. Es aplicable a mezclas producidas tanto in situ como en laboratorio, a temperaturas ambiente. 3. El método comprende la realización de las siguientes etapas: a) Contenido inicial de emulsión. b) Contenido de agua de pre mezcla. c) Contenido óptimo de agua de compactación. d) Contenido óptimo de asfalto residual.
EQUIPOS Y MATERIALES: 4. Los aparatos y materiales necesarios para este ensayo son los mismos utilizados en el método de diseño Marshall (A0613) nombrados en el Inciso anterior según (AASHTO T 245-97). a) Moldes de compactación: Constituidos por una placa base, molde y collar. El molde debe tener un diámetro interior de 101,6 ± 0,1 mm y una altura de 80 mm; la placa base y el collar se diseñan de modo de poder ajustarse a cualquier extremo del molde, conforme a los detalles de la Figura 4.29.
Fig. 4.29. Placa Base, Molde y Collar para la Compactación de Probetas Marshall.
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b) Extractor: Que sirva para sacar las probetas del molde; debe estar provisto de un disco desplazador de 100 mm de diámetro por 10 mm de espesor (Ver Figura 4.30).
Fig. 4.30. Extractor de Probetas Marshall.
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c) Martillo de compactación: Consiste en una cara circular de 100 mm de diámetro equipada con un peso de 4.515 ± 15 g y construido de modo de obtener una altura de caída 460 ± 2 mm, conforme a los detalles de la Figura 4.31. Las condiciones señaladas aseguran la obtención de una energía por caída de 20,75 J.
Fig. 4.31. Martillo de Compactación de Probetas Marshall.
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d) Pedestal de compactación: Consiste en un poste de madera de 205 x 205 x 455 mm cubierto con una placa de acero de 305 x 305 x 25 mm. El poste va empotrado en hormigón mediante cuatro perfiles ángulo; debe quedar a plomo y la placa de acero debe quedar firmemente afianzada y a nivel. El poste puede ser de roble, pino u otra madera que tenga una densidad seca media de 0,67 a 0,77 g/cm3. e) Sujetador de molde: Consiste en un aro con resorte diseñado para mantener centrado y fijo el molde en el pedestal durante la compactación. f) Mordaza: Consiste en dos segmentos de cilindro, superior e inferior, con un radio interno de 51 ± 0,2 mm, diseñado según la Figura 4.32, para transmitir la carga a la probeta en el ensaye.
Fig. 4.32. Mordaza de Transmisión de Carga a la Probeta Marshall.
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g) Máquina Marshall: Aparato eléctrico, diseñado para aplicar carga a las probetas durante el ensaye, a una velocidad de deformación de 50 ± 1 mm/min. Está equipada con un anillo de prueba calibrado para determinar la carga aplicada, de una capacidad superior a 25 kN y una sensibilidad de 45N con un dial graduado de 0,0025 mm y un medidor de flujo con una precisión de 0,01 mm, para determinar la deformación que se produce en la carga máxima (Ver Figura 4.33). Se puede emplear también esta máquina equipada con sensor y registrador de estabilidad v/s fluencia.
Fig. 4.33. Máquina de Estabilidad Marshall y Medidor de Flujo.
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h) Hornos: Horno de convección forzada y placas calientes, que deben incluir un termostato capaz de controlar y mantener la temperatura requerida dentro de ± 3 ºC. i) Baño de agua: De a lo menos 150 mm de profundidad y controlado termostáticamente a 60 ± 1 º C. El estanque debe tener un fondo falso perforado y un termómetro centrado y fijo (Ver Figura 4.34).
Fig. 4.34. Baño de Agua Controlado Termostáticamente para Probeta Marshall.
j) Equipo misceláneo:
Pailas para calentar el árido.
Recipiente, para calentar el asfalto.
Bol, para mezclar el asfalto y árido.
Espátulas, para el mezclado manual de la mezcla.
Mezclador mecánico, opcional.
Termómetros de rango 10 a 200º C para determinar las temperaturas del árido, asfalto y mezcla bituminosa.
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Balanzas con capacidad 5 kg y precisión 1 g.
Poruñas.
Guantes aislantes para resistir rango de temperatura indicadas anteriormente y guantes de goma.
Pintura, tinta u otro elemento de marcación indeleble, para identificar las probetas.
PROCEDIMIENTO: Determinación del contenido inicial de emulsión: 5. El contenido inicial de emulsión se estima a partir de uno de los siguientes procedimientos: a) E.C.K: Se determina el contenido inicial de emulsión a partir de la determinación del contenido de asfalto aproximado mediante el equivalente centrífugo de kerosene (Método A072). El contenido inicial de emulsión se obtiene según la siguiente fórmula:
% E = T × PAB × 60 R
Dónde: %E : Porcentaje en peso de emulsión asfáltica, sobre el peso del árido seco. T
: Valor según tipo de Capa Estabilizada.
T = 1,1 Base estabilizada con emulsión asfáltica. T = 1,5 Capa de Rodadura estabilizada con emulsión. PAB: Porcentaje aproximado de asfalto u óptimo teórico Hveem. R
: Residuo Emulsión Asfáltica (Número Entero).
b) Fórmula empírica: En caso de no contarse con el equipamiento necesario para realizar el E.C.K, el contenido inicial de emulsión se puede estimar a partir de la siguiente fórmula, la cual fue utilizada para este proyecto en particular.
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% E = [(0,05× A) + (0,1 × B) + (0,5 × C)] × 0,7 Dónde: %E : Porcentaje en peso de emulsión asfáltica, sobre el peso del árido seco. A
: Porcentaje del árido retenido en malla Nº 8 (2,36 mm).
B
: Porcentaje del árido pasante por malla Nº 8 (2,36 mm) y retenido en malla Nº 200 (75 µm).
C
: Porcentaje de árido pasante por malla Nº 200 (75 µm).
c) Cálculo del contenido inicial de emulsión asfáltica mediante la fórmula empírica: Si bien es un valor estimado, nos da una idea para iniciar el diseño con un contenido de emulsión teórico, debido a que el Manual Técnico de la A.B.C., no cuenta con especificaciones de contenidos de emulsión usuales, por lo tanto en el presente proyecto se recurrió a especificaciones del Manual de Reciclado en Frío (Wirtgen), según la experiencia técnica obtenida en el reciclado y estabilización con emulsión asfáltica a lo largo de Alemania, Europa y África (Ver Tabla 4.28).
CÁLCULO DEL CONTENIDO INICIAL DE EMULSIÓN ASFÁLTICA (MÉTODO A0704) % EN PESO DE EMULSIÓN ASFÁLTICA, SOBRE EL ÁRIDO SECO % EN PESO DE RESÍDUO ASFÁLTICO, SOBRE EL ÁRIDO SECO
ESPECIFICACION S/G N/WIRTGEN/04
5,41
5,0 a 7,5 (%)
3,03
3,0 a 4,5 (%)
Tabla 4.28. Cálculo del contenido inicial de emulsión asfáltica mediante la fórmula empírica.
TEST DE CUBRIMIENTO Y ADHESIÓN: 6. Antecedentes: La evaluación preliminar para la selección de una emulsión asfáltica para el diseño de mezcla debe ser acompañada por una evaluación del cubrimiento del árido. El contenido inicial de emulsión se mezcla con el árido a utilizar y se estima visualmente, como un porcentaje del área total, el cubrimiento del árido por parte de la emulsión, la especificación
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Manual Técnico de la A.B.C. exige que deba ser mayor al 50%. La habilidad de la emulsión para cubrir el árido es muy sensible al contenido del agua de pre mezcla del agregado, por lo cual el test de cubrimiento se debe realizar con distintos porcentajes de agua de pre mezcla. 7. Procedimiento – Contenido de Agua de Pre mezcla: a) Separar una muestra representativa de la emulsión asfáltica a utilizar. b) Tamizar y separar los áridos secos al aire en las siguientes fracciones: 25-19 mm; 1912,5 mm; 12,5-9,5 mm; 9,5-4,75 mm y bajo 4,75 mm. c) Preparar un número suficiente de muestras de áridos combinados secos al aire para mezclas de prueba. La masa de cada muestra debe ser de 1200 gr de material seco en horno. Estas muestras se deben confeccionar re mezclando las fracciones antes definidas de modo de igualar el análisis granulométrico. d) Determinar la humedad de una muestra combinada de áridos secos al aire y registrar. e) Colocar una muestra de material en un recipiente, incorporar un porcentaje de agua predeterminado de pre mezcla y mezclar. La cantidad de agua incorporada será tal que cumpla las siguientes consideraciones:
Emulsión asfáltica de curado medio: Prueba inicial deberá ser mezclada sin la adición de agua de pre mezcla, es decir, se debe realizar con el árido en condición seco al aire.
Emulsión asfáltica de curado lento: Comenzar el test con un contenido de agua de pre mezcla de 3 % (Nota 1).
f) Combinar el contenido inicial de emulsión determinado en el punto 5 con el árido húmedo. Mezclar utilizando la mano hasta que el asfalto esté adecuadamente distribuido en toda la mezcla. g) Calcular el contenido de agua libre de la mezcla (Punto 7c + 7e). h) Preparar otras probetas de acuerdo a los pasos d, e y f con incrementos de 1% en el agua de pre mezcla hasta que la mezcla se vea empapada o comience a segregar. Cuando esto ocurra continúe con la siguiente etapa. i) El cubrimiento del árido es evaluado de forma visual. Para cada contenido de agua de pre mezcla, estimar el porcentaje del área total de áridos cubiertos con asfalto y registrar.
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j) Si el cubrimiento del árido es superior al 50% entonces el test es encontrado satisfactorio, por lo tanto se debe seleccionar aquel contenido de agua de pre mezcla que satisfaga con la condición definida. En caso de que el cubrimiento del árido no sea considerado satisfactorio, la emulsión debe ser modificada o se debe seleccionar otro grado de emulsión, realizándose otro ensayo (Notas 2 y 3). Nota 1: Para los áridos que contienen arcilla, la adición del agua de pre mezcla debe realizarse con 24 hrs. de anticipación y debe ser colocado en un recipiente sellado posterior a la mezcla. Nota 2: Para emulsiones asfálticas de curado medio utilice suficiente agua de pre mezcla para permitir un adecuado esparcimiento de la emulsión sobre la mezcla. En algunos casos una excesiva cantidad de agua de pre mezcla podría producir desprendimiento del asfalto de los áridos. Cuando esto ocurra, utilice la cantidad de agua de pre mezcla que permita a lo menos un 50% de cubrimiento de los áridos; las subsecuentes mezclas deberán ser producidas con la cantidad de agua de pre mezcla que produzca el máximo de cubrimiento sin producir desprendimiento del asfalto de los áridos. Nota 3: Las emulsiones asfálticas de curado lento presentan un aumento del porcentaje de cubrimiento a medida que se aumenta el agua de pre mezcla, sin embargo desde cierto punto un aumento del porcentaje de agua de pre mezcla no producirá un aumento del cubrimiento del árido. Este punto será el mínimo contenido de agua de pre mezcla; las subsecuentes mezclas en el diseño deberán ser producidas con este mínimo contenido de agua de pre mezcla. k) Evaluación visual del Cubrimiento del árido con la Emulsión de Curado Medio empleada para el Proyecto: La emulsión catiónica de curado medio del fabricante: “GRECA Asfaltos”, empleada para el diseño se verificó en laboratorio y cumple con las especificaciones de la Norma Brasilera del certificado de calidad emitido por: “GRECA Asfaltos” (Ver ANEXO F), así mismo referido al Manual Técnico de la (A.B.C.), que emplea Normas ASTM Y AASHTO. De igual manera los áridos o material pétreo cumple con la Norma Mexicana N·CMT·4·02·003/04 de la Secretaria de Comunicaciones y Transportes (S.C.T.), así
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mismo referido al Manual Técnico de la (A.B.C.), que emplea Normas ASTM Y AASHTO. Una vez realizados todos los ensayos previamente mencionados, se procede al test de cubrimiento, evaluado en forma visual sin agua de pre mezcla, con 1% de agua de pre mezcla y 2% de agua de pre mezcla (Ver Figura 4.35, 4.36 y 4.37):
Fig. 4.35. Test de Cubrimiento sin agua de pre mezcla.
Fig. 4.36. Test de Cubrimiento con 1% de agua de pre mezcla.
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Además de evaluar el cubrimiento de la emulsión a los áridos, se evaluó visualmente el tiempo de rotura o quiebre de la emulsión, siendo este en promedio 30 minutos una vez que entra en contacto con los áridos. Por lo tanto ese es el tiempo máximo que se debe emplear para mezclar y compactar una capa con este tipo de emulsión de curado medio y este tipo de áridos.
Fig. 4.37. Test de Cubrimiento con 2% de agua de pre mezcla.
l) En forma visual se pudo apreciar que 1% de agua de pre mezcla es la óptima como muestra la Tabla 4.29, ya que ofrece un mejor cubrimiento de los áridos, mayor al 50%, según lo especificado en la Norma del Manual Técnico de la (A.B.C.) (A0704).
RESULTADOS TEST DE CUBRIMIENTO DEL LA EMULSIÓN ASFÁLTICA AL ÁRIDO (MÉTODO A0704) AGUA DE PRE MEZCLA (%)
1,00
CUBRIMIENTO (%)
80,00
ESPECIFICACIONES MT-ABC/A0704 MINIMA 50
MAXIMA -
Tabla 4.29. Resultados Test de Cubrimiento de la Emulsión Asfáltica al Árido.
8. Procedimiento - Test de adhesión:
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a) Pesar una muestra de 100 gr. de la mezcla confeccionada, sin que haya sido sumergida en agua, colocarla en un recipiente de poca profundidad y someterla a un período de curado de 24 hrs. en un horno de tiro forzado a 60 ºC. Al no contar con un horno de tiro forzado, se adaptó en laboratorio un ventilador de aire frío y caliente regulable para realizar el curado durante las 24 hrs. especificadas (Ver Figura 4.38).
Fig. 4.38. Curado de la Muestra con un Ventilador de Aire Frío y Caliente Regulable.
b) Colocar la mezcla curada en un vaso de 600 ml, el cual debe contener 400 ml de agua destilada hirviendo. c) Manteniendo el agua hirviendo, revolver durante tres minutos a una vuelta por segundo (Ver Figura 4.39).
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Fig. 4.39. Vaso de Precipitados con la Muestra y el Agua Hirviendo.
d) Sacar el agua del vaso y colocar la mezcla sobre una pieza de papel absorbente. e) Después de que la mezcla haya secado, evalúe visualmente el porcentaje de asfalto retenido sobre los áridos (Ver Figura 4.40). Si es satisfactorio, continúe el diseño de la mezcla. En caso contrario, la emulsión debe ser modificada o se debe seleccionar otro grado de emulsión.
Fig. 4.40. Muestra Seca en el Papel Absorbente.
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f) A simple vista se ve que la muestra no sufrió un desprendimiento considerable del asfalto, manteniendo una buena adhesión con el árido a utilizar, por lo tanto no es necesario modificar o seleccionar otro grado de emulsión asfáltica. CONTENIDO ÓPTIMO DE AGUA DE COMPACTACIÓN: 9. Antecedentes: Las propiedades de la mezcla están íntimamente relacionadas a la densidad obtenida luego de la compactación. De esta forma es necesario optimizar el contenido de agua de compactación para maximizar la densidad de la mezcla. El procedimiento de diseño de mezcla utiliza el procedimiento Marshall modificado para evaluar las propiedades de la mezcla compactada, en este caso específico evaluando la densidad seca de la muestra. 10. Preparación de probetas: El procedimiento se realiza de acuerdo a los siguientes puntos: a) Cantidad de Muestras: Se deben preparar como mínimo tres probetas con el equipo Marshall para cada uno de los tres contenidos de agua de compactación a utilizar (Nota 4). b) Preparación del molde y el martillo. c) Preparación del árido: Re mezclar las fracciones antes definidas de cada material para producir una masa de 1.100 gr en cada probeta (secos en horno). En un área ventilada, coloque la muestra en un recipiente y determinar la temperatura del árido. La temperatura debe ser ajustada a 22,2 ± 1,7 ºC previo a la mezcla. d) Cálculos: Se requiere realizar los siguientes cálculos: masa del árido, masa de la emulsión asfáltica, masa del agua de pre mezcla y masa de la pérdida de agua para compactación. Los cálculos se realizan según las siguientes fórmulas:
Masa del árido (W) :
𝑊=
𝑎 × 100 100 − 𝑏
Masa de emulsión Asfáltica (X) :
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𝑋=
𝑎 × 𝑏 𝑑
Masa de agua libre adicional para pre mezcla (Y) :
𝑒÷𝑐 )] ÷ 100 𝑑
𝑌 =𝑎×[𝑓−𝑏 −(
Masa de pérdida de agua de compactación (Z) :
𝑍 =𝑎×(
𝑓−𝑔 ) 100
Dónde: a: Masa del árido seco. b: Porcentaje de agua contenida en el árido seco al aire. c: Contenido de asfalto residual deseado (Porcentaje del peso del árido seco). d: Porcentaje residual de asfalto en la emulsión. e: Porcentaje de agua en la emulsión = 100 – d f: Porcentaje del contenido de agua de pre mezcla en la mezcla (masa del agregado seco). g: Porcentaje del contenido de compactación (masa del árido seco).
e) Adición del agua de pre mezcla: Colocar el árido seco al aire en un bol para mezclar. Calcular el monto de agua libre a ser agregada (Y) necesaria para lograr el contenido óptimo de agua de pre mezcla según lo determinado en el test de cubrimiento. La temperatura del agua debe ser ajustada a 22,2 ± 1,7 ºC previo a la mezcla. Agregar el agua a los áridos secos al aire y mezclar durante 1 minuto o hasta que el agua esté completamente dispersa en el árido (Nota 5).
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Determinar la masa de emulsión asfáltica y registrar. Agregar la emulsión asfáltica en los agregados húmedos lentamente a medida que el material es mezclado. Un tiempo de mezcla de 1 minuto, utilizando mezcladora mecánica, debiera ser suficiente. Un tiempo de mezcla excesivo producirá el desprendimiento del asfalto de los áridos. f) Si el contenido de agua de pre mezcla es mayor al contenido de agua para la compactación, entonces es necesario airear la mezcla para lograr el contenido de agua deseado de compactación. En este caso se debe distribuir la mezcla en un plato de tal forma de que su espesor no supere los 25 mm y registrar la masa del plato y la mezcla. La pérdida de agua requerida para la compactación se calcula utilizando la fórmula definida en 10(d). Para reducir el contenido de agua es necesario utilizar un ventilador revolviendo cada 10 minutos la mezcla. El contenido de agua a eliminar se logra pesando sucesivamente la masa del plato y la mezcla hasta alcanzar el contenido de agua de compactación deseada. Registrar. Nota 4: Generalmente 3 incrementos del contenido de agua de compactación en 1% son suficientes para construir la curva densidad/contenido de agua para determinar el óptimo. Nota 5: Materiales que contienen arcilla deben ser colocados en un recipiente sellado por un mínimo de 15 horas. g) Compactación de las muestras: Limpie completamente el molde y la cara de compactación del martillo. Coloque un papel circular en la base del molde antes de introducir la mezcla. Ensamble el molde, coloque toda la mezcla en él y dé con una espátula un acomodamiento de 15 veces a lo largo del perímetro y 10 veces en el interior del molde. Con la espátula, suavice la superficie de la mezcla con suaves movimientos circulares. h) Coloque el molde en el pedestal de compactación y aplique 50 golpes con el martillo de compactación usando una caída libre de 45,72 cm (18 pulg). Remueva el plato de base y el collar, invierta la probeta y vuelva a ensamblar el molde. Aplique 50 golpes más en la otra cara del molde. Remueva el plato de base, el collar y el disco de papel. i) Curado. Cure la probeta con los moldes, durante 24 horas a temperatura ambiente, manteniendo una circulación de aire homogénea por ambos lados de la probeta. j) Saque la probeta del molde y calcule la densidad real de las probetas según Método A0606.
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k) Resultados. Construya un gráfico densidad real versus contenido de fluidos. El contenido de fluidos que maximice la densidad de la probeta se selecciona como el contenido óptimo de compactación. l) Si es necesario poseer más datos para el gráfico, realice más ensayos utilizando contenidos adicionales de agua de compactación. m) El contenido óptimo de compactación deber ser utilizado en todos los ensayos a realizar con respecto al contenido óptimo de asfalto residual.
PROCEDIMIENTO ALTERNATIVO PARA CONTENIDO ÓPTIMO DE AGUA DE COMPACTACIÓN, CONTENIDO ÓPTIMO DE FLUIDO TOTAL (OTFC) (S/G WIRTGEN): Debido a que previamente se realizó en el CAPITULO 2, el ensayo de relaciones de peso unitario – humedad en los suelos – método modificado (S0403) (ASTM D422 AASHTO T180), este procedimiento alternativo investigado se acomoda perfectamente dando las ventajas de ahorro de materiales usados en laboratorio: emulsión asfáltica y agregados. 11. Antecedentes: Cuando se trabaja con emulsiones asfálticas, el “Contenido Total de Fluido” es utilizado en vez del Contenido de Humedad al momento de definir la relación humedad/densidad. La densidad máxima se alcanza con el Contenido Óptimo de Fluido Total (Optimum Total Fluid Content, OTFC), que es la combinación del agua de compactación y emulsión asfáltica en la mezcla. Antes de quebrar, la emulsión asfáltica es un fluido con una viscosidad ligeramente mayor que la del agua. Tanto los componentes del agua como del asfalto de una emulsión actúan como un lubricante para ayudar a la compactación, por lo que ambos deben ser considerados como un solo fluido. Esto se ilustra en la Figura 4.41.
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Fig. 4.41. Ejemplo para la Consideración de Fluidos Totales en la Estabilización de Materiales con Emulsión Asfáltica.
En el ejemplo de la Figura 4.41 muestra el contenido de humedad in-situ de 2,5 %, con un 3,5% de Emulsión Asfáltica aplicada. El material tiene un OTFC de un 7% bajo una compactación estándar. Un porcentaje adicional de 1,0 % de agua se puede agregar durante el reciclado para llevar el contenido total de fluido al óptimo, o aplicar un esfuerzo adicional para alcanzar la densidad máxima (ver Sección 2.2.2.9 del CAPITULO 2). Si el contenido total de fluido del material se acerca al nivel de saturación (como se indica por la línea de porcentaje de vacíos cero), se desarrollarán presiones hidráulicas bajo el rodillo causando que el material se hinche o descompacte. Cuando suceden tales condiciones es imposible compactar el material. Cuando el contenido de humedad de terreno es alto (por ejemplo, cercano al OTFC), la adición de emulsión asfáltica puede incrementar el contenido total de fluido por sobre el punto de saturación. Esta situación no puede ser solucionada reduciendo la cantidad de emulsión asfáltica adicionada debido a que la calidad del producto estabilizado se
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compromete. No se debe agregar cemento a la mezcla para “absorber la humedad excedente” debido a que tal práctica modifica la naturaleza del producto y aumenta su rigidez. Los altos contenidos de humedad in-situ se reducen de mejor manera pre pulverizando el pavimento existente, exponiendo el material y dejando que se seque lo antes de estabilizar. a) Informe del Contenido
Óptimo de Fluido Total (OTFC) para el Diseño del
Proyecto: La Tabla 4.30 muestra los resultados obtenidos en ensayos anteriores que definen el contenido óptimo de fluido total (OTFC):
RESULTADOS DEL CONTENIDO ÓPTIMO DE FLUIDO TOTAL (OTFC) (MÉTODO A0704) HUMEDAD NATURAL (%) AGUA DE PRE MEZCLA (%) HUMEDAD ÓPTIMA COMPACTACIÓN PROCTOR MOD. (%) CONTENIDO ÓPTIMO DE FLUIDO TOTAL (OTFC) (%)
1,32 1,00 8,33 9,33
ESPECIFICACIONES (S0301) (ASTM D2216) MT-ABC/A0704 (S0403) (ASTM D422 AASHTO T180) MT-ABC/A0704
Tabla 4.30. Resultados Contenido Óptimo de Fluido Total (OTFC) para el Diseño del Proyecto.
VARIACIÓN DEL CONTENIDO DE ASFALTO RESIDUAL: 12. Antecedentes: Para determinar el contenido óptimo de asfalto residual para una combinación de árido y emulsión asfáltica definida, es necesario realizar una serie de ensayos con contenidos distintos de asfalto residual, utilizando los contenidos de agua de pre mezcla y de compactación óptimos definidos anteriormente. Las mezclas son preparadas con incrementos porcentuales unitarios de contenido asfáltico residual, con dos contenidos a cada lado del contenido inicial calculado en el punto 5, logrando como mínimo 5 puntos.
De la misma forma se realizará un diseño complementario añadiendo un 1% de cemento Portland IP-30 como filler activo. (Recomendado por: Wirtgen (2004), “Manual de Reciclado en Frío”, 2º Edición), el procedimiento se realizará de la misma manera hasta este punto. A continuación se realizará un informe detallado de procedimiento de
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preparación de probetas con y sin reemplazo de cemento Portland, para determinar el contenido óptimo de asfalto residual en ambos tipos de diseño. DETERMINACIÓN DEL CONTENIDO INICIAL DE EMULSIÓN: 13. Preparación de probetas: El procedimiento se realiza de acuerdo a los mismos puntos especificados en el punto 6. A continuación se definen algunos aspectos específicos a tomar en cuenta en esta etapa. a) Número de muestras: Preparar 6 muestras para cada contenido de asfalto residual (para probetas con y sin filler activo de cemento Portland IP-30). Como se ve en la Figura 4.42:
Fig. 4.42. Seis Muestras Secas Preparadas según la Granulometría de los Áridos.
b) Preparación del molde y el martillo: Igual. c) Preparación de los áridos: sin cambios (Ver Figura 4.43).
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Fig. 4.43. Áridos Secos Separados por Tamaños.
d) Cálculos: sin cambios. e) Adición del agua de mezcla (Ver Figura 4.44): Notar que el mismo contenido de agua óptimo de compactación es utilizado para todos los contenidos de asfalto. Debido a que el contenido de asfalto residual aumenta, el contenido total de fluidos en la mezcla aumenta, debido a que la emulsión aumenta. De esta forma, el contenido del agua de pre mezcla a incorporar disminuirá a medida que aumenta el contenido de asfalto residual. Además se debe tener mucho cuidado al añadir el agua de mezcla, que se de forma homogénea y también no realizar una mezcla muy prolongada como se mencionó anteriormente ya que la muestra puede sufrir una pérdida de humedad considerable , la cual nos dará resultados erróneos al momento de evaluar la Estabilidad Marshall.
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Proyecto de Grado
Fig. 4.44. Adición del Agua de Mezcla.
f) Aireación de las muestras para disminuir el contenido de agua total. Sin cambios. g) Compactación de las probetas: sin Cambios. (Ver Figuras: 4.45, 4.46, 4.47, 4.48, 4.49, 4.50, 4.51, 4.52 y 4.53; pasos detallados para probetas con y sin filler activo de cemento Portland IP-30).
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258
Proyecto de Grado
Fig. 4.45. Pesaje de 1100 gr. de la Combinación de Agregados, (Para Probetas con y sin Filler Activo de Cemento Portland IP-30).
Fig. 4.46. Solo para Probetas con Filler Activo de Cemento Portland IP-30.
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Proyecto de Grado
Fig. 4.47. Adición del Agua de Mezcla (Para Probetas con y sin Filler Activo de Cemento Portland IP-30).
Fig. 4.48. Adición de la Emulsión Asfáltica (Para Probetas con y sin Filler Activo de Cemento Portland IP-30).
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260
Proyecto de Grado
Fig. 4.49. Mezclado Manual a Temperatura Ambiente (Para Probetas con y sin Filler Activo de Cemento Portland IP-30).
Fig. 4.50. Colocación y Reacomodo de la Mezcla en el Molde de Compactación (Para Probetas con y sin Filler Activo de Cemento Portland IP-30).
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261
Proyecto de Grado
Fig. 4.51. Compactación de Probetas 50 Golpes por Cara (Para Probetas con y sin Filler Activo de Cemento Portland IP-30).
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262
Proyecto de Grado
Fig. 4.52. Compactación de 6 Probetas para cada Contenido de Asfalto Residual (Para Probetas con y sin Filler Activo de Cemento Portland IP-30).
Fig. 4.53. Retiro de Filtros después de la Compactación (Para Probetas con y sin Filler Activo de Cemento Portland IP-30).
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h) Curado de las probetas: Curar en el molde durante 24 horas a temperatura ambiente (Ver Figura 4.54), sacar y curar por 24 horas en un horno a 38º C (Ver Figuras 4.55 y 4.56).
Fig. 4.54. Curado en el Molde durante 24 Horas a Temperatura Ambiente antes de la Extracción (Para Probetas con y sin Filler Activo de Cemento Portland IP-30).
Fig. 4.55. Extracción de Probetas después del Curado (Para Probetas con y Filler Activo de Cemento Portland IP-30).
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Fig. 4.56. Curado después de la Extracción con un Ventilador de Aire Frío y Caliente Regulable (Para Probetas con y sin Filler Activo de Cemento Portland IP-30).
PROCEDIMIENTO DE EVALUACIÓN DE PROBETAS: 14. Antecedentes: Para completar el procedimiento de diseño, es necesario realizar una serie de ensayos a las probetas compactadas y curadas (para probetas con y sin filler activo de cemento Portland IP-30). Para el cálculo detallado del diseño referirse a: la planilla de cálculo de estabilidad Marshall modificada ANEXO E. Los ensayos son los siguientes: a) Densidad real realizado a temperatura ambiente según el Método B (probetas con superficie saturada seca) del Manual Técnico de la ABC (A0606), (Ver Figuras: 4.57, 4.58, 4.59 y 4.60; pasos detallados para probetas con y sin filler activo de cemento Portland IP-30).
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Fig. 4.57. Medición con Calibrador de Diámetros y Alturas de Probetas después del Curado (Para Probetas con y sin Filler Activo de Cemento Portland IP-30).
Fig. 4.58. Pesaje de Probetas Secas después del Curado (Para Probetas con y sin Filler Activo de Cemento Portland IP-30).
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Fig. 4.59. Pesaje de Probetas en el Agua después del Curado (Para Probetas con y Filler Activo de Cemento Portland IP-30).
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Fig. 4.60. Pesaje de Probetas Saturadas Superficialmente Secas después del Curado (Para Probetas con y sin Filler Activo de Cemento Portland IP-30).
b) Estabilidad Marshall Modificada y Fluencia de 3 probetas secas a una temperatura de 22,2 ± 1,1ºC, para cada contenido de asfalto residual (Ver Figuras: 4.61 y 4.62).
Fig. 4.61. Secado de Probetas a una Temperatura de 22,2 ± 1,1ºC, (Para Probetas con Filler Activo de Cemento Portland IP-30).
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Fig. 4.62. Estabilidad Marshall Modificada y Fluencia de Probetas Secas a una Temperatura de 22,2 ± 1,1ºC, (Para Probetas con y sin Filler Activo de Cemento Portland IP-30).
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c) Estabilidad Saturada y Fluencia de 3 probetas para cada contenido de asfalto residual (Ver Figuras: 4.63 y 4.64).
Fig. 4.63. Saturación de Probetas durante 1 Hora, (Para Probetas con y Filler Activo de Cemento Portland IP-30).
Fig. 4.64. Estabilidad Marshall Modificada y Fluencia de Probetas Saturadas, (Para Probetas con y Filler Activo de Cemento Portland IP-30).
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d) Análisis de huecos y densidad (Ver la planilla de cálculo de Estabilidad Marshall Modificada ANEXO E). e) Absorción de humedad (Ver Figuras: 4.65, 4.66, 4.67 y 4.68).
Fig. 4.65. Luego de Realizar la Estabilidad Marshall Modificada y Fluencia de Probetas Secas y Saturadas, Tomar una Porción Representativa para Hallar su Humedad, (Para Probetas con y sin Filler Activo de Cemento Portland IP-30).
Fig. 4.66. Pesaje de las Porciones Representativas para Hallar su Humedad, (Para Probetas con y sin Filler Activo de Cemento Portland IP-30).
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Fig. 4.67. Secado en el Horno de las Porciones Representativas para Hallar su Humedad, (Para Probetas con y sin Filler Activo de Cemento Portland IP-30).
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Fig. 4.68. Pesaje de las Porciones Representativas luego del Secado en el Horno, (Para Probetas con y sin Filler Activo de Cemento Portland IP-30).
15. Procedimiento Densidad real: Realizar a temperatura ambiente y según Método A0606. 16. Procedimiento Estabilidad modificada y fluencia: Luego de determinar la densidad de 6 probetas, para un contenido de asfalto específico, evalúe la estabilidad y la fluencia a tres de ellos según Método A0608. Utilice aquellos que poseen una densidad similar. Se deben considerar los siguientes factores: a) La temperatura de la probeta debe mantenerse utilizando un baño de agua. b) Durante el ensayo la tasa de deformación debe ser de 50,8 mm (2 pulg) por minuto hasta que la probeta falle. c) Registrar la fluencia en unidades de 0,25 mm. (0,01 pulg). d) Determinar el contenido de humedad de las probetas posterior al ensaye de fluencia 17. Procedimiento Estabilidad saturada y fluencia:
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Las tres probetas restantes se someterán al ensayo de estabilidad y fluencia luego de ser sometidas a un proceso de desecación al vacío y saturación en agua. a) Cada probeta se coloca en una desecadora al vacío con 100 mm de Mercurio durante un período de una hora. b) Luego se coloca la probeta en agua para su saturación durante 1 hora. c) Realizar el ensayo de estabilidad modificada y fluencia de acuerdo al punto 15. 18. Procedimiento de Análisis de huecos y densidad: Realizar de acuerdo a los siguientes puntos: a) Determine la densidad real seca promedio de todas las probetas con un mismo contenido de asfalto. Elimine los valores que posean más de un 50% de error con respecto al valor promedio. b) Determine el contenido de huecos de acuerdo al procedimiento Marshall, Método A0613. CÁLCULOS: 19. Antecedentes: La estabilidad, fluencia, huecos, densidad real seca y contenido de humedad se encuentran en: la planilla de cálculo de Estabilidad Marshall Modificada ANEXO E y se analizan como sigue: a) Corrija los valores de estabilidad según procedimiento Marshall, cuando sea necesario. b) Calcule el valor promedio de fluencia y estabilidad corregida para un mismo contenido de asfalto según procedimiento Marshall. c) Prepare los siguientes gráficos:
Estabilidad seca y saturada v/s Contenido de Asfalto Residual.
Porcentaje de pérdida de estabilidad v/s Contenido de Asfalto Residual.
𝑃𝑜𝑟𝑐𝑒𝑛𝑡𝑎𝑗𝑒 𝑑𝑒 𝑝é𝑟𝑑𝑖𝑑𝑎 𝑑𝑒 𝑒𝑠𝑡𝑎𝑏𝑖𝑙𝑖𝑑𝑎𝑑 =
𝐸𝑠𝑡𝑎𝑏𝑖𝑙𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑆𝑒𝑐𝑎 − 𝐸𝑠𝑡𝑎𝑏𝑖𝑙𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑆𝑎𝑡𝑢𝑟𝑎𝑑𝑎 × 100 𝐸𝑠𝑡𝑎𝑏𝑖𝑙𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑆𝑎𝑡𝑢𝑟𝑎𝑑𝑎
Densidad Real Seca v/s Contenido de Asfalto Residual.
Porcentaje de Humedad absorbida v/s Contenido de Asfalto Residual.
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Porcentaje total de huecos v/s Contenido de Asfalto Residual.
d) En cada gráfico, conectar los puntos por medio de una curva suavizada que se ajuste de mejor forma a cada uno de los resultados. 20. Contenido óptimo de asfalto: Se define como contenido óptimo de asfalto residual aquel que provee la máxima estabilidad saturada, pero que se ajusta adecuadamente a la absorción de humedad, la pérdida de estabilidad, el total de huecos y al porcentaje de cubrimiento de los áridos. Si no se logra determinar un óptimo en las propiedades evaluadas, el valor óptimo debe ser definido según la mejor combinación de la estabilidad Marshall (seca y saturada), la pérdida de estabilidad y la densidad real seca, tomando especial atención en los efectos del agua en las propiedades de las probetas. Debido a que el Manual Técnico de la (A.B.C.) referido a la AASHTO y ASTM, no ofrece una especificación de requisitos que deben cumplir la mezcla para una base tratada con cemento asfáltico o emulsión asfáltica (base negra), se acudió a la Norma Mexicana N·CMT·4·02·003/04 de la Secretaria de Comunicaciones y Transportes (S.C.T.), que ofrece en la Tabla 4.31 una especificación del porcentaje de vacíos del agregado mineral (VAM):
Tabla 4.31. Vacíos en el agregado mineral (VAM) para bases de mezcla asfáltica diseñadas mediante el método Marshall.
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21. Criterios de diseño: La mezcla con el contenido de asfalto residual seleccionado debe cumplir con la totalidad de los criterios de diseño que se presentan en Tabla 4.32:
Tabla 4.32. Criterios de Diseño para Mezclas Asfálticas en Frio con Emulsión.
También
se
tomó
en
cuento
como
norma
de
apoyo,
la
Norma
N·CMT·4·02·003/04 de la Secretaria de Comunicaciones y Transportes (S.C.T.),
Mexicana que
especifica que la mezcla con el contenido de asfalto residual seleccionado debe cumplir con la totalidad de los criterios de diseño que se presentan en Tabla 4.33, en función del tránsito esperado durante la vida útil del pavimento:
Tabla 4.33. Requisitos de calidad para bases de mezcla asfáltica diseñadas mediante el método Marshall.
22. Tendencias de los gráficos resultantes: Las curvas típicas obtenidas deben tener las siguientes tendencias:
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a) Estabilidad saturada generalmente mostrará un peak para un contenido particular de asfalto residual mientras que la estabilidad seca generalmente mostrará un decrecimiento continuo a medida que el contenido de asfalto residual aumenta. b) El porcentaje de pérdida de estabilidad generalmente decrece a medida que el contenido de asfalto residual aumenta. c) La densidad real seca usualmente presenta un peak para un contenido particular de asfalto residual. d) El porcentaje de humedad absorbida durante la saturación de la probeta decrece a medida que el contenido de asfalto residual aumenta. e) El porcentaje total de huecos decrece a medida que el contenido de asfalto residual aumenta. INFORME: 23. El informe debe incluir los siguientes puntos: a) Áridos: se debe indicar la granulometría, densidad aparente seca, densidad real seca, desgaste de los Ángeles, índice de plasticidad y equivalente de arena. dosificación de áridos (Ver ANEXO C Y ANEXO E). b) Emulsión asfáltica: tipo de emulsión, proveedor, lote y certificado de laboratorio (Ver ANEXO F). c) Mezcla: Resultados de ensayo de cubrimiento y adhesión (Ver ANEXO E). d) Resultados de estabilidad: promedio de las estabilidades de cada probeta para cada contenido de emulsión (Ver planilla del Método Marshall Modificado ANEXO E). e) Dosis óptima de ligante: obtenida a partir del análisis de estabilidad Marshall, porcentaje de pérdida de estabilidad y porcentaje de cubrimiento (Ver INCISO 4.4.2 Y ANEXO E). f) Densidad real para el contenido óptimo de emulsión (Ver INCISO 4.4.2 Y ANEXO E). g) Informar las propiedades volumétricas obtenidas: Vacíos, vacíos llenos de asfalto y VAM (Ver INCISO 4.4.2 Y ANEXO E).
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4.4.2. Cantidad Óptima de Emulsión Asfáltica y Estabilidad de la Mezcla Para obtener las cantidades óptimas para los diseños con y sin filler activo de cemento Portland IP-30, se tomó en cuenta las recomendaciones de las Tablas 4.32 y 4.33, además de las recomendaciones para la tendencia de los gráficos resultantes. Las Tablas 4.34 y 4.35, nos muestran los resultados del: diseño de mezclas asfálticas en frío – método Marshall modificado (con y sin filler activo de cemento Portland IP-30).
DISEÑO DE MEZCLAS ASFÁLTICAS EN FRÍO - MÉTODO MARSHALL MODIFICADO (A0613) / (A0704)
ESPECIFICACIONES NORMA MINIMA
MAXIMA
CONTENIDO ÓPTIMO DE EMULSIÓN ASFALTICA (%)
6,43
MRF-WIRTGEN/04
4
6,5
CONTENIDO ÓPTIMO DE C.A. RESIDUAL (%)
3,60
MRF-WIRTGEN/05
2,5
4
ESTABILIDAD SECA (Lbs)
1102,69
MT-ABC (A0704) / N-CMT-4-02-003/04
500 / 990
-
ESTABILIDAD SATURADA (Lbs)
992,18
MT-ABC (A0704) / N-CMT-4-02-003/04
500 / 990
-
PÉRDIDA DE ESTABILIDAD (%)
9,94
MT-ABC (A0704)
-
50
FLUJO SECO (1/100) FLUJO SATURADO (1/100)
12,43 14,22
N-CMT-4-02-003/04 N-CMT-4-02-003/04
8 8
18 18
(%) DE VACIOS DE AGREGADOS SECOS (VAM)
15,94
N-CMT-4-02-003/04
13
-
(%) DE VACIOS DE AGREGADOS SATURADOS (VAM)
16,07
N-CMT-4-02-003/04
13
-
DENSIDAD REAL SECA (gr/cc)
2,259
-
-
-
0,79
-
-
-
8,00
N-CMT-4-02-003/04
3
8
HUMEDAD ABSORBIDA DURANTE LA SATURACIÓN (%) (%) PROMEDIO ABSOLUTO DE VACIOS EN LA MEZCLA (VMC)
Tabla 4.34. Resultados Diseño de Mezclas Asfálticas en Frío – Método Marshall Modificado.
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DISEÑO DE MEZCLAS ASFÁLTICAS EN FRÍO - MÉTODO MARSHALL MODIFICADO (A0613) / (A0704) CON FILLER ACTIVO DE CEMENTO PORTLAND IP-30
ESPECIFICACIONES NORMA
MINIMA MAXIMA
CONTENIDO ÓPTIMO DE EMULSIÓN ASFALTICA (%)
7,14
MRF-WIRTGEN/04
4
6,5
CONTENIDO ÓPTIMO DE C.A. RESIDUAL (%)
4,00
MRF-WIRTGEN/05
2,5
4
ESTABILIDAD SECA (Lbs)
1108,83
MT-ABC (A0704) / N-CMT-4-02-003/04
500 / 990
-
ESTABILIDAD SATURADA (Lbs)
1075,30
MT-ABC (A0704) / N-CMT-4-02-003/04
500 / 990
-
PÉRDIDA DE ESTABILIDAD (%)
3,03
MT-ABC (A0704)
-
50
FLUJO SECO (1/100) FLUJO SATURADO (1/100)
12,39 12,90
N-CMT-4-02-003/04 N-CMT-4-02-003/04
8 8
18 18
(%) DE VACIOS DE AGREGADOS SECOS (VAM)
16,82
N-CMT-4-02-003/04
13
-
(%) DE VACIOS DE AGREGADOS SATURADOS (VAM)
17,03
N-CMT-4-02-003/04
13
-
DENSIDAD REAL SECA (gr/cc)
2,274
-
-
-
0,24
-
-
-
8,00
N-CMT-4-02-003/04
3
8
HUMEDAD ABSORBIDA DURANTE LA SATURACIÓN (%) (%) PROMEDIO ABSOLUTO DE VACIOS EN LA MEZCLA (VMC)
Tabla 4.35. Resultados Diseño de Mezclas Asfálticas en Frío con Filler Activo de Cemento Portland IP-30 – Método Marshall Modificado.
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4.4.3. Variables de Diseño Estructural y Cálculo de Espesores de Capa Son las variables a considerar en el Método AASHTO-93, con las recomendaciones del Manual de Reciclado en Frío Wirtgen, para comenzar el Diseño Estructural del Pavimento se realizó Ensayos de Laboratorio, además de Trabajo de Campo y Gabinete pertinentes para la obtención de datos imprescindibles a considerar para las Variables de Diseño detalladas a continuación. La ecuación genérica para la determinación del Número Estructural SN y por consiguiente los Espesores de Capa, referida a la cantidad acumulada de un eje estándar de 8,2 Tn. para un periodo de vida útil, es la siguiente:
Log10 W18 Z R S 0 9,36 Log10 NE 1 0,20
PSI Log10 4,2 1,5 0,40
1094 NE 15,19
2,32 Log10 M R 8,07
Dónde: W18 : Número de ejes equivalentes simples de 18 kips que pasarán por el camino durante su vida útil. ZR
: Desviación estándar normal correspondiente al nivel de confianza seleccionado.
S0
: Desviación estándar total.
SN
: Número estructural del pavimento en pulgadas (NE).
∆PSI : Pérdida de serviciabilidad del camino durante su vida útil. MR
: Módulo resiliente del suelo de fundación en libras de fuerza por pulgada al cuadrado (lbf/pulg2).
4.4.3.1. Variables de Tiempo Hay dos variables a tener en cuenta: período de análisis y vida útil del pavimento. La vida útil es el período que media entre la construcción o rehabilitación del pavimento y el momento en que este alcanza un grado de serviciabilidad mínimo. El período de análisis es el tiempo total que cada estrategia de diseño debe cubrir. Puede ser igual que la vida útil, pero en casos en donde se prevén reconstrucciones a lo largo del tiempo, el período de
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análisis comprende varios períodos de vida útil, el del pavimento original y el de los distintos refuerzos. Los períodos de análisis recomendados son:
Tabla 4.36. Períodos de Análisis Recomendados para Distintos Tipos de Caminos (Fuente AASHTO-93).
a) El tipo de camino del proyecto se acomoda al de bajo volumen de tránsito pavimentado, por lo tanto se asume un: período de análisis de 15 años sin rehabilitación, siendo por lo tanto el mismo tiempo de vida útil. Además este tiempo asumido se corrobora con las recomendaciones del manual de reciclado en frío Wirtgen (Ver Inciso 4.6). b) Se debe tomar muy en cuenta el mantenimiento periódico cada 5 años aproximadamente de la superficie de rodado, para ofrecer comodidad permanente a los usuarios. 4.4.3.2. Tráfico Para determinar el tráfico de diseño solicitante de la carretera en el tramo Ocurí - Uncía, se han realizado investigaciones de campo compuestas por aforos volumétricos clasificados ubicados en la estación de Cuchillani. Los resultados de los aforos y de las encuestas se muestran en el Inciso 2.4 (estudio de tráfico) y el cálculo detallado en el ANEXO D (procesamiento de aforos volumétricos clasificados), los que permiten conocer el tráfico promedio diario anual (TPDA) durante el periodo de diseño:
(TPDA) Total para el Período de Diseño = 111 (veh/día)
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4.4.3.2.1. Determinación de los Factores de Equivalencia por Carga En el diseño estructural de pavimentos a través del método AASHTO, la solicitación causada por el tráfico de los vehículos usuarios de la carretera está expresada como el número de repeticiones de aplicación de carga de un eje patrón de 8.2 ton. Para ello, el número de pasadas de los ejes de los vehículos que emplearán la carretera en el periodo de análisis (con diferentes cargas y configuraciones), debe ser correlacionado con el eje patrón a través de factores de equivalencia. Los factores de equivalencia vehicular por carga han sido determinados, para cada tipo de vehículo, a partir de la composición de tráfico detectados en los aforos volumétricos clasificados realizados en el proyecto y empleando los cuadros de la Guía para Diseños de Estructuras de Pavimento de la AASHTO, considerando un índice de serviciabilidad final igual a 2.0 y un número estructural SN = 3. a) Para Buses: El peso total de los buses viene dado por la siguiente expresión:
Wt = Wv + Wc
ó
Wt = Wv + No.P x Wpm
Dónde: Wt
: Peso total
Wv
: Peso del vehículo.
Wc
: Peso de la carga que lleva el vehículo.
No. P : Número de pasajeros. Wpm : Peso promedio de pasajero más equipaje.
Para el caso de los buses, se han considerado en la Tabla 4.37, los siguientes tipos de vehículo de acuerdo a la nomenclatura general establecida definida en el estudio de tráfico.
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Tipo de Bus
Número de Pasajeros
Nomenclatura Estándar
Tipo
Micro-Buses.
25
11
5
Buses Medianos.
40
11
6
Tabla 4.37. Tipos de Buses Considerados para el Diseño.
Se ha considerado, para efectos de cálculo, que el eje delantero de los buses soporta valores cercanos a un tercio del peso total del vehículo y el eje trasero soporta el porcentaje restante. Asimismo se ha considerado, que el eje trasero de los microbuses y buses medianos es eje simple. La estimación de las cargas por eje de los microbuses y buses medianos se muestra en detalle en las Tablas 4.38 (condición carga completa), así como la determinación de los correspondientes coeficientes de equivalencia por eje. El peso en toneladas, convertido a kips (Kp), permite ingresar a las tablas del Apéndice D, de la Guía para el Diseño de Estructuras de Pavimentos publicada por la AASHTO93 (American Association of State Highway and Transportation Officials), del que se obtiene el factor de equivalencia del eje. La suma de los factores parciales por eje obtenidos, proporciona el factor de equivalencia total por vehículo. Se adoptó el criterio de considerar que el 100 % de los buses transitará con carga total completa. Tablas 4.38.
FACTORES DE EQUIVALENCIA PARA BUSES, PAVIMENTO CON EMULSIÓN ASFÁTICA PESOS CONSIDERADOS DE LOS TIPOS DE BUSES CON CARGA COMPLETA
Tipo de Buses Tipo 5 MicroBus Tipo 6 Mediano
Número Nomenclatura de Estándar Pasajeros
Peso Vacío (Tn)
Peso de la Carga (Tn)
Peso Total (Tn)
Distribución de Ejes Cargados Delantero
%
Trasero
%
25
11
6
3,20
9,20
3,00
32,61
6,20
67,39
40
11
10
5,30
15,30
5,30
34,64
10,00
65,36
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283
Proyecto de Grado
DETERMINACIÓN DEL FACTOR EQUIVALENTE CON CARGA COMPLETA
Ejes Cargadas (Tn - Kips) Tipo de Buses Nomenclatura Estándar Delantero Trasero Tipo 5 Micro11 3,00 - 6,614 6,20 -13,669 Bus Tipo 6 11 5,30 - 11,684 10,00 - 22,046 Mediano
Factores de Equivalencia Delantero Trasero Total 0,01868
0,32669
0,34537
0,16293
2,37484
2,53777
b) Para Camiones: El peso total de los camiones, se obtiene de la siguiente manera:
Wt = Wv + Wc Dónde: Wt : Peso total Wv : Peso del vehículo. Wc : Peso de la carga que lleva el vehículo.
Para el caso de los camiones, se han considerado en la Tabla 4.39, los siguientes tipos de vehículo de acuerdo a la nomenclatura general establecida definida en el estudio de tráfico.
Tipo de Camión
Nomenclatura Estándar
7. Camión Mediano (hasta 10 Tn)
11
8. Camión Grande (2 ejes)
12
9. Camión Grande (3 ejes)
122
Tabla 4.39. Tipos de Camiones Considerados para el Diseño.
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Proyecto de Grado
En forma similar al criterio adoptado para los buses se ha considerado, para efectos de cálculo, que el eje delantero de los camiones tipo 7 soporta cerca de un tercio del peso total del vehículo y el eje trasero soporta lo restante. Para el caso de los camiones tipos 8 y 9, cada eje soporta la carga máxima permitida por la Ley de Cargas establecidas en el país. En las Tablas 4.40, se indica el procedimiento seguido para el cálculo del factor equivalente para los camiones mencionados; (condición carga completa). Se adoptó el criterio de considerar que el 100 % de los camiones transitará con carga total completa. El peso en toneladas, convertido a kips (Kp), permite ingresar a las tablas del Apéndice D de la Guía para el Diseño de Estructuras de Pavimentos publicada por la AASHTO-93 (American Association of State Highway and Transportation Officials), del que se obtiene el factor de equivalencia del eje. La suma de los factores parciales por eje obtenidos, proporciona el factor de equivalencia total por vehículo. Tablas 4.40.
FACTORES DE EQUIVALENCIA PARA CAMIONES, PAVIMENTO CON EMULSIÓN ASFÁTICA
PESOS CONSIDERADOS DE LOS TIPOS DE BUSES CON CARGA COMPLETA
Tipo Nomenclatura de Estándar Camión Tipo 7 Tipo 8 Tipo 9
11 12 122
Peso Vacío (Tn)
Peso de la Carga (Tn)
Peso Total (Tn)
4,00 10,00 19,30
5,50 15,00 23,70
9,50 25,00 43,00
Distribución de Ejes Cargados Delantero
%
Trasero
%
3,20 7,00 7,00
33,68 28,00 16,28
6,30 18,00 18,00
66,32 72,00 41,86
Semiremolque
%
18,00
41,86
DETERMINACIÓN DEL FACTOR EQUIVALENTE CON CARGA COMPLETA
Tipo de Camion
Ejes Cargadas (Tn - Kips) Delantero
Trasero
Factores de Equivalencia SemiSemi-remolque Delantero Trasero Total remolque
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Proyecto de Grado
Tipo 7 11
3,20 - 7,005
6,30 -13,889
0,00913
0,34484
0,35398
Tipo 8 12
7,00 - 15,432
18,00 - 39,683
0,53944
2,08343
2,62287
Tipo 9 122
7,00 - 15,432
18,00 - 39,683
0,53944
2,08343
18,00 - 39,683
2,08343
4,70630
c) Para Automóviles y Utilitarios: Pese a que los automóviles y vehículos utilitarios tienen poca influencia en la determinación del número total de ejes equivalentes para el diseño de pavimentos, estos han sido considerados, como se indica en las Tablas 4.41: Tablas 4.41.
FACTORES DE EQUIVALENCIA PARA AUTOMÓVILES Y UTILITARIOS, PAVIMENTO CON EMULSIÓN ASFÁTICA
PESOS CONSIDERADOS DE LOS TIPOS DE BUSES CON CARGA COMPLETA
Tipo de Vehículo
Nomenclatura Estándar
Peso Vacío (Tn)
Peso de la Carga (Tn)
Peso Total (Tn)
Tipo 1 Automóviles
11
0,70
0,80
Tipo 2 Vagonetas
11
0,70
Tipo 3 Camionetas hasta 2 Tn
11
Tipo 4 Minibuses Tipo 10 Otros
Distribución de Ejes Cargados Delantero
%
Trasero
%
1,50
0,70
46,67
0,80
53,33
0,80
1,50
0,70
46,67
0,80
53,33
1,00
1,00
2,00
1,00
50,00
1,00
50,00
11
3,00
4,00
7,00
3,00
42,86
4,00
57,14
11
4,00
6,00
10,00
4,00
40,00
6,00
60,00
DETERMINACIÓN DEL FACTOR EQUIVALENTE CON CARGA COMPLETA
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Tipo de Buses Nomenclatura Estándar
Ejes Cargadas (Tn - Kips) Delantero Trasero
Factores de Equivalencia Delantero Trasero Total
Tipo 1 Automóviles
11
0,70 - 1,543
0,80 -1,764
0,00015
0,00018
0,00033
Tipo 2 Vagonetas
11
0,70 - 1,543
0,80 -1,764
0,00015
0,00018
0,00033
Tipo 3 Camionetas hasta 2 Tn
11
1,00 - 2,205
1,00 - 2,205
0,00038
0,00038
0,00077
11
3,00 - 6,614
4,00 - 8,818
0,01868
0,04623
0,06490
11
4,00 - 8,818
6,00 - 13,228
0,04623
0,29031
0,33654
Tipo 4 Minibuses Tipo 10 Otros
La Tabla 4.42, muestra la determinación del tráfico total de diseño en 2 direcciones, expresado en ejes equivalentes, para el periodo de análisis de 15 años para el método no convencional de estudio: reciclado del material existente con emulsión asfáltica (en frío).
Tabla 4.42. Total de Ejes Equivalentes de Diseño (Esals de Diseño en 2 Direcciones).
4.4.3.2.2. Factor de Distribución por Dirección (DD) En general es 0,5, es decir que del total del flujo vehicular censado, la mitad va por cada dirección, pero en algunos casos puede ser mayor en una dirección que en otra, lo que se
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Proyecto de Grado
dedujo en el censo de tráfico; siendo el Sentido 1: Ocurí - Uncía, la dirección de mayor flujo vehicular, por tanto este valor se toma para el diseño, que es igual a: DD = 0,51. 4.4.3.2.3. Factor de Distribución por Carril (LD) El carril de diseño es que recibe el mayor número de ESALs. Para un camino de dos carriles cualquiera puede ser el carril de diseño, ya que el tráfico por dirección forzosamente se canaliza es ese carril. En este caso LD = 1. Para caminos multicarril, el carril de diseño es el más externo, dado que los camiones y, por lo tanto la mayor parte de los ESALs, usan ese carril. En este caso LD puede variar entre 1 y 0,5. De acuerdo a la Tabla 4.43 se asumió el valor de LD para un camino de dos carriles:
Tabla 4.43. Factor de Distribución por Carril (LD). (Fuente AASHTO-93).
4.4.3.2.4. Cálculo de los ESALs de Diseño para un Solo Sentido o Dirección y Carril Es la solicitación real a la que estará sometido el pavimento de la carretera hasta el término de su vida útil en términos de ejes equivalentes (ESALs) y se determina como sigue:
ESALsDISEÑO ESALs2direcciones * LD * DD
ESALsDISEÑO 24420 *1,00 * 0,51
ESALsDISEÑO 12454 1,25x10 4
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Proyecto de Grado
Dónde: LD : Factor de Distribución por Carril. DD : Factor de Distribución por Dirección.
4.4.3.3. Factor de Confiabilidad (RTOTAL)
El factor de confiabilidad, básicamente consiste en incorporar un grado de incertidumbre en el proceso de diseño, que refleje la probabilidad que el diseño realizado se conserve en condiciones operativas durante todo el periodo de análisis estimado. La guía de diseño de la AASHTO-93, que recomienda valores de nivel de confiabilidad (R) para varias clasificaciones funcionales de la carretera, se adopta el valor promedio de RTOTAL = 0.85 u 85 %, tomando en cuenta el tipo de camino colector y situación zona rural (Ver Tabla 4.44). El valor de la desviación normal estándar (ZR), para el grado de confiabilidad R elegido, es de 1,037 en la alternativa de pavimento: material reciclado con emulsión asfáltica.
Tabla 4.44. Niveles de Confiabilidad Recomendados por Tipo de Camino y Zona. (Fuente AASHTO-93).
4.4.3.4. La Desviación Estándar (So) La desviación estándar (So), es un valor que es seleccionado como representativo de las condiciones de la variación en la predicción de los parámetros de diseño que está entre 0.40 y 0.50, habiéndose adoptado el valor de 0.49 (pav. Flexibles) de la Tabla 4.45 que nos recomienda la AASHTO-93.
Condición de diseño
Desvío Estándar
Variación en la predicción del
0.34 (pav. Rígidos)
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comportamiento del pavimento sin errores
0.44 (pav. Flexibles)
en el tránsito Variación en la prediccion del comportamiento del pavimento con errores en el tránsito
0.39 (pav. Rígidos) 0.49 (pav. Flexibles)
Tabla 4.45. Desviaciones Estándar (So) Recomendadas por Condición de Diseño. (Fuente AASHTO-93).
4.4.3.5. Nivel de Serviciabilidad La serviciabilidad de un pavimento se define como la capacidad de servir al tipo de tráfico para el cual ha sido diseñado. Así se tiene un Índice de Serviciabilidad Presente PSI (present serviciability index) mediante el cual el pavimentos calificado entre 0 (pésimas condiciones) y 5 (perfecto). En el diseño del pavimento se deben elegir la serviciabilidad inicial y final. La inicial, Po, es función del diseño del pavimento y de la calidad de la construcción. La final o terminal, Pt, es función de la categoría del camino ye es adoptada en base a ésta y al criterio del proyectista. Los valores recomendados en la Figura 4.69 son los que se obtuvieron en el AASHO Road Test
Fig. 4.69. Valores Recomendados de Serviciabilidad Inicial y Final. (Fuente AASHTO-93).
Se adoptan los valores de 4,2 para la Serviciabilidad inicial y 2,0 para la Serviciabilidad final o terminal, porque se acomodan al Diseño del Proyecto. 4.4.3.5.1. Pérdida de Serviciabilidad (ΔPSI)
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Proyecto de Grado
Es la diferencia entre la serviciabilidad inicial y final, nos da una idea de cuánto perderá el pavimento la capacidad de servir al tipo de tráfico para el cual ha sido diseñado:
PSI P0 Pt
PSI 4,2 2,0
PSI 2,2
4.4.3.6. Propiedades de los Materiales La caracterización de los materiales que intervienen en la estructura del pavimento, de acuerdo a la Guía de Diseño de la AASHTO-93, se realiza a través del ensayo del Módulo de Resiliencia - MR. Este ensayo no es de aplicación actual en nuestro medio, por lo que se deben efectuar correlaciones a partir de otros ensayos. En nuestro medio normalmente se emplean ensayos de CBR para caracterizar la capacidad portante de los materiales.
4.4.3.6.1. Características de la Subrasante Es el suelo que servirá de fundación para el pavimento, el cual nos interesa sus características físicas de capacidad portante y comportamiento para realizar un diseño óptimo del pavimento, siendo esta una variable importante para el método de diseño de pavimentos de la AASHTO-93. Se realizó los ensayos de verificación de suelos para el tipo de subrasante predominante del tramo, la Tabla 4.46 muestra un resumen de los ensayos realizados y además necesarios para el diseño del pavimento de estudio.
RESUMEN DE ENSAYOS DE VERIFICACIÓN DE SUELOS DE LA SUBRASANTE 8,50 HUMEDAD NATURAL (%) LIMITE LIQUIDO (%) 30,37
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PROCEDIMIENTO (S0301) (ASTM D2216) (S0304) (ASTM D4318 AASHTO T89)
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LIMITE PLASTICO (%) INDICE PLASTICO (%) INDICE DE CONSISTENCIA CLASIFICACION DE SUELOS HUMEDAD ÓPTIMA COMPACTACIÓN PROCTOR MOD. (%)
22,42 7,94
(S0305) (ASTM D4318 AASHTO T90)
2,75 A-4 (0) / SC
AASHTO M-145 / SUCS
C.B.R. A 0,1" DE PENETRACIÓN AL 100% / 95% (%)
18,85 / 8,56
EXPANSIÓN AL 100% / 95% (%)
0,03 / 0,01
8,14
(S0403) (ASTM D422 AASHTO T180) (S0404) (ASTM D1883 AASHTO T193) (S0404) (ASTM D1883 AASHTO T193)
Tabla 4.46. Resumen de Ensayos de Verificación de Suelos de la Subrasante.
Para el cálculo detallado de los ensayos de la subrasante (Ver las planilla del ANEXO C). 4.4.3.6.2. Módulo Resiliente Efectivo de la Subrasante (Mr) Existen una serie de fórmulas que correlacionan el CBR con el Módulo de Resiliencia, sin embargo para el proyecto se utilizarán las siguientes fórmulas, desarrolladas por Heukelom y Klomp:
Mr 22,1 CBR 0,55
(12%
Mr 17,6 CBR 0,64
(CBR<12%); [MPa]
El Módulo Resiliente Efectivo de la
Subrasante de la estructura del pavimento se
determinó por medio de la segunda ecuación presentada arriba, tomando en cuenta el CBR al 95% de Compactación debido a que ya se encuentra una capa de Ripio inmediatamente superior a la Subrasante y esta no se retirara para volver a compactar la subrasante, por lo tanto el (Mr) será:
Mr 17,6 8,560,64
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Mr 69,55 [MPa]
Mr 10087,4 [Psi]
4.4.3.6.2. Coeficientes Estructurales de las Capas El coeficiente estructural de una capa representa la relación empírica entre el número estructural SN y el espesor de dicha capa, siendo una medida de la capacidad relativa del material para actuar como componente estructural de un pavimento. El método AASHTO presenta diversas formas de obtener el valor del coeficiente estructural, en general a través de correlaciones con otras propiedades mecánicas de los materiales (CBR, módulo resiliente, etc.). Estos coeficientes son posibles de determinar a través de ábacos o expresiones matemáticas.
En el proyecto solo se tomará en cuenta el coeficiente estructural del material de ripio a reciclar con emulsión asfáltica y para hallar este coeficiente estructural (a1), se usará el ábaco que recomienda la AASHTO-93 (para base tratada con asfalto y distintos parámetros resistentes), utilizando el parámetro resistente de la estabilidad Marshall saturada (Ver Tabla 4.34), por ser el más desfavorable para el diseño, como muestra la Figura 4.70:
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Proyecto de Grado
2,111 x 105 (Psi)
992,18 (Lbs)
a1 = 0,227
Fig. 4.70. Relación entre Coeficiente Estructural para Base Tratada con Asfalto y Distintos Parámetros Resistentes.
Los resultados del ábaco y de las propiedades de los materiales se muestran en la Tabla 4.47:
Capas
Material
CBR (%)
Estabilidad Marshall Seca/ Saturada (Lbs.)
Módulo Resiliente (Psi)
Coeficientes Estructurales (ai) (Plg./cm)
Base tratada con Asfalto /con Emulsión Asfáltica
Granular (Ripio)
49,33
1102,69 / 992,18
211.111,1
0,227 / 0,091
Suelo Natural
8,56
-
10.087,4
0,060 / 0,024
Subrasante
Tabla 4.47. Resumen de las Propiedades de los Materiales y de Coeficientes Estructurales (ai)
“Diseño de Ripio a Reciclar con Emulsión Asfáltica”.
4.4.3.7. Coeficientes de Drenaje Diseño y Mejoramiento de Estándar con Emulsión Asfáltica del Camino “Ocurí – Uncía”
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El método AASHTO propone la utilización de coeficientes modificados de drenaje para las capas del pavimento, en función de las características de drenaje de los materiales, del material empleado y de la posición de la capa en la estructura. Para eso, la calidad del drenaje es definida en función del tiempo exigido para la remoción del agua del pavimento. Para el proyecto, se han adoptado los siguientes coeficientes de drenaje, a partir de los valores recomendados por la guía de diseño AASHTO-93 en función de la calidad de drenaje y del porcentaje de tiempo que la estructura del pavimento estará sometida a niveles de humedad próximos a la saturación. Se adoptó la calidad de drenaje "regular", es decir, el tiempo de remoción del agua del pavimento será de cerca de una semana, y el porcentaje de tiempo en que el pavimento estará sujeto a condiciones de humedad próximas de la saturación será entre 5% y 25%. En este sentido, para el presente proyecto, se adoptó el siguiente valor de (m1) según las Tablas 4.48 y 4.49: Calidad De Drenaje 50% de Saturación En: 80 % De Saturación en: Excelente 2 horas 2 horas Bueno 1 día 2 a 5 horas Regular 1 semana 5 a 10 horas Pobre 1 mes Más de 10 horas Muy Pobre El agua no drena Mucho más de 10 horas Tabla 4.48. Tiempos Requeridos para Drenar. (Fuente AASHTO-93).
Calidad de Drenaje Excelente Bueno Regular Pobre Muy Pobre
Porcentaje del Tiempo en que el Pavimento Está Sometido a Niveles Cercanos a la Saturación Menos de 1% 1 - 5% 5 - 25% Más de 25% 1,40 -1,35 1,35 -1,30 1,30 - 1,20 1,20 1,35 -1,25 1,25 -1,15 1,15 - 1,00 1,00 1,25 -1,15 1,15 -1,05 1,00 - 0,80 0,80 1,15 -1,05 1,05 -0,80 0,80 - 0,60 0,60 1,05 -0,95 0,95 -0,75 0,75 - 0,40 0,40
Tabla 4.49. Coeficiente de drenaje para pavimento flexible (mi). (Fuente AASHTO-93).
Se adopta el valor promedio del coeficiente de drenaje: m1 igual a 0,9, porque se acomoda al diseño del proyecto. 4.4.3.8. Cálculo de Espesores de Capa
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Para el cálculo de espesores de capa de la estructura del pavimento, es necesario determinar previamente el Número Estructural Requerido (SNREQ), para este propósito se utilizó la Planilla Excel Diseñada por el Proyectista (Ver ANEXO G), esta herramienta computacional está fundamentada en el método AASHTO versión 1993, utilizando la ecuación genérica para la determinación del Número Estructural SN, referida a la cantidad acumulada de un eje estándar de 8,2 Tn. para un periodo de vida útil, ya mencionada en el Inciso 4.3.3. El número estructural (SN) es un valor abstracto que expresa la capacidad estructural de un pavimento, necesaria para una combinación de soporte de la subrasante, número total de repeticiones de un eje estándar de 8,2 Tn, nivel de servicio deseado para el final del período de proyecto (vida útil) y condiciones ambientales. El criterio básico de diseño es que el Número Estructural Requerido (SNREQ) debe ser menor al Número Estructural Disponible (SND), que se obtiene a partir de la consideración de los espesores, coeficientes estructurales y factores de drenaje de las capas que conforman la estructura del pavimento, de acuerdo a la siguiente relación:
SN D a1 H1 a2 m2 H 2 a3 m3 H 3 ... Dónde: SND : Número Estructural Disponible. ai
: Coeficientes estructurales o de capa.
mi
: Coeficientes de Drenaje.
Hi
: Espesores de las capas.
4.4.4. Resultados de Diseño Estructural y Resumen de Espesores de Capa Como se mencionó en anteriores incisos que el diseño estructural utilizando la ecuación genérica del método AASHTO-93, la cual se automatizó en la planilla Excel diseñada por el proyectista (Ver ANEXO G), para evitar los posibles errores de apreciación al usar el ábaco de diseño AASHTO para pavimentos flexibles. En el caso particular del proyecto se propone un diseño no convencional de estudio en frío (Ver Inciso 1.4 CAPITULO I), reciclando el material del camino existente con emulsión
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asfáltica y con una superficie de rodado de un riego de emulsión asfáltica con gravilla, por lo tanto el espesor de capa en este caso es la altura que se debe reciclar con emulsión asfáltica para que el pavimento resista el tráfico de diseño para una vida útil de 15 años, teniendo en cuenta todo lo mencionado: la planilla Excel diseñada por el proyectista (Ver ANEXO G), arrojó los resultados mostrados en la Tabla 4.50: TRAMO: Ocurí – Uncía Tabla 4.50. Alternativa No Convencional de Estudio en Frío (15 años)
Capas
Código
SUPERFICIE DE RODADO
REAG
MATERIAL GRANULAR RECICLADO CON EMULSION ASF.
GREM
SUBRASANTE
SR
Material Riego de Emulsión Asfáltica en Frío con Gravilla Material Granular Reciclado con Emulsión Asfáltica en Frío Suelo Natural
SN(requerido) (mm.)
Hi (cm.)
SN(adoptado) (mm.)
Hi (cm.)
-
1
-
1
36,07
17,7
36,77
18
36,07
18,7
36,77
19
-
-
-
-
Los resultados indican que se debe fresar los 15 cm del material granular (ripio) del camino existente y aumentar 3 cm de material para reciclarlo con 6,43 % en Peso de emulsión asfáltica, luego de terminar este reciclado se realizará el riego de emulsión asfáltica con gravilla para conformar la superficie de rodado de 1 cm de espesor aproximadamente. Teniendo un pavimento de 19 cm. Para el cálculo detallado del diseño estructural: Ver la planilla diseño del pavimento reciclado método AASHTO 1993 (ANEXO G).
4.4.5. Diseños Complementarios y Comparativos Debido a la poca experiencia en el uso de la emulsión asfáltica se realizó un diseño complementario con 1% cemento Portland IP-30 como filler activo, recomendado por el manual de reciclado en frío (Wirtgen 2004) (Ver Inciso 4.4.1.3.9.2). Además también se realizó un diseño comparativo convencional: Ver la planilla diseño del pavimento convencional método AASHTO 1993 (ANEXO G).
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4.4.5.1. Diseño Complementario Añadiendo 1% de Cemento Portland IP-30 como Filler Activo Como se mencionó en el Inciso 4.4.1.3.9.2, el procedimiento de diseño Marshall se realiza añadiendo 1% de cemento Portland IP-30 como filler activo. El cemento se utiliza normalmente en conjunto con la emulsión asfáltica. Además de mejorar la resistencia retenida y proveer resistencia mejorada a la humedad, el cemento actúa como una forma de catalizador al controlar el quiebre, incrementando las propiedades resistentes iniciales, ayudando así al acomodo del tráfico. Las investigaciones realizadas acerca de los efectos de combinar cemento con emulsión asfáltica han mostrado que hasta un 1,5 % en masa de cemento puede ser añadido sin reducir significativamente las características de fatiga de la capa estabilizada. En el caso particular del proyecto se asumió un valor promedio de 1% de cemento Portland IP-30. El diseño estructural es similar que el realizado sin filler activo, pero se debe tomar en cuenta los resultados de estabilidad Marshall modificada de la Tabla 4.35 del Inciso 4.4.2, lo cual solo afectará en el coeficiente estructural del material de ripio a reciclar con emulsión asfáltica añadiendo un 1% cemento Portland IP-30 como filler activo y para hallar este coeficiente estructural (a1’), se usará el ábaco que recomienda la AASHTO-93 (para base tratada con asfalto y distintos parámetros resistentes), utilizando el parámetro resistente de la estabilidad Marshall saturada (Ver Tabla 4.35), por ser el más desfavorable para el diseño, como muestra la Figura 4.71:
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Proyecto de Grado
a1 = 0,236
1075,30 (Lbs)
2,277 x 105 (Psi)
Fig. 4.71. Relación entre Coeficiente Estructural para Base Tratada con Asfalto y Distintos Parámetros Resistentes.
Los resultados del ábaco y de las propiedades de los materiales añadiendo 1% cemento Portland IP-30 como filler activo, se muestran en la Tabla 4.51:
Capas
Material
CBR (%)
Estabilidad Marshall Seca/ Saturada (Lbs.)
Módulo Resiliente (Psi)
Coeficientes Estructurales (ai) (Plg./cm)
Base tratada con Asfalto /con Emulsión Asfáltica y Filler Activo
Granular (Ripio)
49,33
1102,69 / 992,18
227.777,7
0,236 / 0,094
Suelo Natural
8,56
-
10.087,4
0,060 / 0,024
Subrasante
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Proyecto de Grado
Tabla 4.51. Resumen de las Propiedades de los Materiales y de Coeficientes Estructurales (ai)”Diseño con 1% Cemento Portland IP-30 como Filler Activo”.
En este caso se propone un diseño complementario con 1% cemento Portland IP-30 como filler activo, reciclando el material del camino existente con emulsión asfáltica y con una superficie de rodado de un riego de emulsión asfáltica con gravilla, por lo tanto el espesor de capa en este caso es la altura que se debe reciclar con emulsión asfáltica añadiendo 1% de cemento Portland IP-30 en peso, para que el pavimento resista el tráfico de diseño para una vida útil de 15 años, teniendo en cuenta todo lo mencionado: la planilla Excel diseñada por el proyectista (Ver ANEXO G), arrojó los resultados mostrados en la Tabla 4.52: TRAMO: Ocurí – Uncía Tabla 4.52. Alternativa No Convencional de Estudio con 1% Cemento Portland IP-30 como Filler Activo en Frío (15 años)
Capas SUPERFICIE DE RODADO MATERIAL GRANULAR RECICLADO CON EMULSION ASF. 1% DE CEMENTO PORTLAND IP-30 SUBRASANTE
Código
Material
SN(requerido) (mm.)
Hi (cm.)
SN(adoptado) (mm.)
Hi (cm.)
REAG
Riego de Emulsión Asfáltica en Frío con Gravilla
-
1
-
1
GREC
Material Granular Reciclado con Emulsión Asfáltica y Filler Activo en Frío
36,07
16,98
36,11
17
36,07
27,7
36,11
18
-
-
-
-
SR
Suelo Natural
Los resultados indican que se debe fresar los 15 cm del material granular (ripio) del camino existente y aumentar 2 cm de material para reciclarlo con 7,14 % en peso de emulsión asfáltica, luego de terminar este reciclado se realizará el riego de emulsión asfáltica con gravilla para conformar la superficie de rodado de 1 cm de espesor aproximadamente. Teniendo un pavimento de 18 cm. Para el cálculo detallado del diseño estructural: Ver la planilla diseño del pavimento reciclado con filler activo método AASHTO 1993 (ANEXO G).
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4.4.5.2. Diseño Comparativo y/o Convencional Es un diseño que normalmente se realizaría debido a la experiencia en este procedimiento en el país. Para el caso particular del proyecto se tomó en cuenta los siguientes aspectos técnicos para la composición del pavimento convencional: se aprovechará la carpeta de ripio ya existente en el camino como sub-base que tiene como promedio un espesor de 15 cm y además gracias los ensayos realizados para este material por el proyectista podremos obtener el coeficiente estructural (a2) usando el ábaco que recomienda la AASHTO-93 (para sub-base granular y distintos parámetros resistentes), utilizando el parámetro resistente del CBR al 95% (Ver Tabla 4.2), por ser el más desfavorable para el diseño, como muestra la Figura 4.72. Inmediatamente por encima de esta capa se colocará la base de material triturado o chancado con propiedades típicas que se muestran en la Tabla 4.52. La superficie de rodado será un tratamiento superficial doble (TSD).
a1 = 0,126
49,33 (%)
17,76 x 103 (Psi)
Fig. 4.72. Relación entre Coeficiente Estructural para Sub-base Granular y Distintos Parámetros Resistentes.
Los resultados del ábaco y de las propiedades de los materiales del diseño convencional se muestran en la Tabla 4.53:
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Capas
Material
Base
Granular (Triturado) Granular (Ripio) Suelo Natural
Sub-Base Subrasante
CBR (%)
Módulo Resiliente (Psi)
Coeficientes Estructurales (ai) (Plg./cm)
80,00
27.680,0
0,134 / 0,054
49,33
17.760,0
0,126 / 0,050
8,56
10.087,4
0,060 / 0,024
Tabla 4.53. Resumen de las Propiedades de los Materiales y de Coeficientes Estructurales (ai) “Diseño Convencional”.
En este caso se propone un diseño comparativo de un pavimento convencional compuesto por: subrasante (suelo natural), sub-base (material de ripio existente), base (material granular triturado) y con una superficie de rodado con tratamiento superficial doble (TSD), para que el pavimento resista el tráfico de diseño para una vida útil de 15 años, teniendo en cuenta todo lo mencionado: la planilla Excel diseñada por el proyectista (Ver ANEXO G), arrojó los resultados mostrados en la Tabla 4.54: TRAMO: Ocurí – Uncía Tabla 4.54. Alternativa Convencional de Comparación en Caliente (15 años)
Capas
Código
SUPERFICIE DE RODADO
TSD
BASE
BGT
SUB-BASE
SBG
SUBRASANTE
SR
Material Tratamiento Superficial Doble Material Granular Triturado Material Granular Seleccionado (Ripio) Suelo Natural
SN(requerido) (mm.)
Hi (cm.)
SN(adoptado) (mm.)
Hi (cm.)
-
2
-
2
7,87
5,9
8,04
6
28,19
22,2
27,72
22
36,07
30,1
35,76
30
-
-
-
-
Los resultados indican que se debe aumentar 7 cm del material granular (ripio) para conformar la sub-base a parte de los 15 cm de ripio existentes, luego de terminar esta conformación se debe producir material triturado proveniente de un banco de préstamo para conformar 6 cm de base, en seguida se realizará un tratamiento superficial doble
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(TSD) para conformar la superficie de rodado de 2 cm de espesor aproximadamente. Teniendo un pavimento de 30 cm. Para el cálculo detallado del diseño estructural: Ver la planilla diseño del pavimento convencional método AASHTO 1993 (ANEXO G). 4.5. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES DEL DISEÑO DE PAVIMENTOS
En síntesis se realizó tres diseños: no convencional con su alternativa y convencional comparativo. Analizando desde un punto de vista técnico, económico y ambiental, se presentan las siguientes conclusiones del proyectista: En el diseño no convencional con emulsión asfáltica, se experimentó que las mezclas en frío, se realizan de forma más sencilla en laboratorio, debido a que se realizan a temperatura ambiente, además que no emiten gases tóxicos por no ser calentados para su mezcla con los agregados, pero se tuvo dificultad en el mezclado manual homogéneo de la emulsión asfáltica con los agregados, en el proceso de elaboración y rotura de probetas Marshall. En el diseño no convencional con emulsión asfáltica, se evaluó la adición de 1% de cemento Portland IP-30 como filler activo, además de la emulsión asfáltica, notando claramente la mejoría en la mezcla con los agregados, la trabajabilidad, ganancia de resistencia inicial y curado, en el proceso de elaboración y rotura de probetas Marshall. En el diseño no convencional con emulsión asfáltica y sin adición de cemento Portland, se obtuvo una cantidad óptima de emulsión asfáltica menor a la del diseño No convencional con adición de 1% de cemento Portland IP-30 como filler activo, pero se calculó una altura mayor de reciclaje con respecto al diseño no convencional con adición de 1% de cemento Portland IP-30 como filler activo. En el diseño convencional comparativo, se obtuvo una altura considerable de material a aumentar para conformar la capa sub-base, al igual que una altura de material triturado para conformar la capa base, concluyendo que la construcción de esta alternativa
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implicaría la explotación de bancos de préstamo para la conformación de las capas granulares y del tratamiento superficial doble, además que este tratamiento se realizaría en caliente, como se realiza tradicionalmente en el país debido a la disposición de materiales asfálticos para este tipo de procedimiento. Comparando los diseños no convencional y convencional, se ve claramente que el primero tiene mejores características desde un punto de vista técnico y ambiental, pero la disponibilidad de emulsión asfáltica es un factor negativo, ya que deberá importarse. Por lo tanto más adelante se realizará una evaluación económica de ambos diseños para complementar en el caso particular del proyecto.
Con la experiencia de diseño en laboratorio y gabinete, además de todo lo mencionado en las conclusiones el proyectista recomienda: Para el caso particular del proyecto se recomienda la alternativa no convencional con emulsión asfáltica y la adición de 1% de cemento Portland IP-30 como filler activo, ya que la emulsión asfáltica se comporta mejor reológicamente agregando este aglomerante cementado, si bien la cantidad óptima de emulsión asfáltica aumenta en un 0,7% en peso, la altura de reciclaje disminuye en 1 cm, siendo este último más relevante tanto constructivamente como económicamente. Se deberá cumplir las especificaciones técnicas especiales para el reciclaje y el uso de la emulsión asfáltica, para un proceso constructivo óptimo (Ver ANEXO A). Se recomienda el uso de una recicladora para realizar la alternativa no convencional con emulsión asfáltica y la adición de 1% de cemento Portland IP-30 como filler activo, para dosificar con precisión tanto la emulsión asfáltica como el cemento Portland IP-30, además de una precisión en la altura de reciclaje difícil de lograr con una fresadora común.
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CAPITULO 5 ANÁLISIS DE COSTOS Y PRECIOS UNITARIOS
5.1. INTRODUCCIÓN
La elaboración del presupuesto se realizó para el mejoramiento de estándar del paquete estructural con el objeto de realizar un estudio de la factibilidad técnico económica y ambiental de la técnica convencional y no convencional del tramo “OCURÍ - UNCÍA”, se realizó en base al estudio de precios unitarios para cada uno de los ítems de construcción de las dos alternativas de pavimentos y a las cantidades de obra correspondientes.
Con los cómputos métricos y los precios unitarios se elaboró el presupuesto de construcción, para las dos alternativas de pavimentos, ya que son las faenas que interesan al proyectista para realizar un análisis económico y constructivo, para así ver cuál es la alternativa más económica y factible para el proyecto en particular.
El procedimiento utilizado se basa en el cálculo de los costos básicos, rendimientos y complementos propios de la metodología de la ingeniaría de costos viales. 5.2. PRECIOS UNITARIOS
El análisis de los precios unitarios se realiza tomando en cuenta las variaciones económicas del mercado interno y mundial, aranceles e impuestos vigentes, capacidades efectivas de operación de empresas dentro el rubro de la construcción de carreteras, así como parámetros, normas y reglamentos que proporciona la Administradora Boliviana de Carreteras para el diseño.
Para el cálculo de los precios unitarios de las actividades de construcción del paquete estructural del tramo vial “OCURÍ - UNCÍA”, se ha empleado el software QUARK, diseñado
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305
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para el manejo de datos referidos a costos de maquinaria y equipo, mano de obra, materiales e insumos de construcción, que intervienen en los análisis de precios. La utilización de maquinaria y equipo de construcción, la mano de obra necesaria, el uso de herramientas y de los materiales e insumos han sido calculados e incluidos en las planillas de bases de datos correspondientes, tomando en consideración los rendimientos típicos de construcción; luego se determinan porcentajes a los gastos generales, utilidades e impuestos, estos porcentajes son uniformes para todo el proyecto.
5.2.1. Costos Directos Se entiende por costos directos del paquete estructural:
La suma de costos de materiales directos y transporte en obra cuyo insumo debe ser rigurosamente verificado con el fin de tener valores reales.
La mano de obra requerida para la realización de los diferentes ítems componentes del paquete estructural a ser ejecutado.
5.2.2. Costos Indirectos Resultan de la suma de aquellos gastos que por su naturaleza son de aplicación de las obras ejecutadas en un tiempo determinado, comprendiéndose los siguientes aspectos:
Leyes sociales y de trabajo.
Amortización o alquiler de maquinaria, equipo y herramientas.
Gastos generales.
Utilidad.
Pagos de impuestos I.V.A. Impuesto al Valor Agregado e I.T. Impuesto a las transacciones.
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5.3. COSTOS DE MATERIALES E INSUMOS
Para la determinación de estos costos se realizó una cotización de precios de mercado en el departamento de Oruro y Potosí para diferentes materiales e insumos destinados a la construcción del paquete estructural, pero principalmente se realizó la cotización del material asfáltico de proveedores nacionales e internacionales en caso de la emulsión asfáltica, los cuales fueron afectados por el valor que representa el traslado hasta la zona de proyecto.
5.4. MANO DE OBRA
El precio de mercado de la mano de obra, se investigó en el mercado local y se cotejaron estos valores con los contenidos en algunos reportes de la Cámara Nacional de La Construcción, Cámara Departamental de la Construcción de Oruro, Cámara Departamental de Potosí, así como en empresas constructoras de diferentes volúmenes de trabajo y capacidades dentro del rubro de construcción de caminos.
Los costos indirectos de la mano de obra se calculan basados en varios criterios resumidos en el análisis de cargas sociales, que incluyen rubros como: aportes, vacaciones, licencias y enfermedad, días trabajados. Estos criterios permiten determinar la incidencia de las cargas sociales sobre la mano de obra. 5.4.1. Alimentación Aunque la alimentación del personal de construcción no se cancelará al contratista en forma separada; en este acápite se estima el costo promedio de alimentación por persona. En general, el contratista proporciona alimentación a todo su personal y este precio se incluye en el costo de la mano de obra. De acuerdo con los datos recolectados en la zona de la obra, el costo promedio de alimentación es el siguiente:
Descripción
Costo Promedio (Bs/Hombre x
(Días Lab. /
(Bs/Hombre x
Día)
Mes)
Mes)
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Alimentación
40,00
(desayuno, almuerzo y cena)
30
1.200,00
Tabla. 5.1. Precios por Alimentación. (Fuente Propia)
Dentro de las planillas de precios unitarios, el costo de mano de obra incluye la alimentación dentro de la tarifa de cada categoría.
5.4.2. Seguridad Industrial En este rubro se considera la ropa de trabajo y los elementos de seguridad industrial con los que se dota al obrero anualmente, los mismos que son considerados fungibles (sin valor residual). La seguridad industrial es un tema muy importante y constante dentro del desarrollo de la construcción, aquí se establece el costo promedio para los insumos que intervienen, por persona, de equipo para la seguridad industrial.
CANTIDAD N°
DESCRIPCION
UNIDAD (Por Año)
PRECIO
PRECIO TOTAL
UNITARIO
Por Año
Por Mes
(Bs)
(Bs)
(Bs)
1
Botas de goma
Pares
2,00
95,00
190,00
15,83
2
Ropa de trabajo
Juego
2,00
75,00
150,00
12,50
3
Guantes
Pares
2,00
15,00
30,00
2,50
4
Ropa de agua
Juego
1,00
95,00
95,00
7,92
5
Casco protector
Pieza
1,00
35,00
35,00
2,92
Gl
Gl
Gl
150,00
12,50
650,00
54,17
Varios: - Lentes 6
- Máscaras - Cinturones - Botiquín
Tabla. 5.2. Ropa de Trabajo (Seguridad Industrial). (Fuente Propia).
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Dentro de las planillas de precios unitarios, el costo de mano de obra incluye la dotación de insumos para la seguridad industrial. 5.4.3. Cargas Sociales Las cargas sociales relacionadas con la mano de obra se dividen en dos categorías:
Cargas de aplicación directa (inmediata).
Cargas de aplicación diferida.
Las cargas de aplicación directa comprenden los aportes que efectúa el empleador al sistema del seguro social y a los beneficios que recibe el empleado de acuerdo a las disposiciones legales vigentes. Las cargas de aplicación diferida se refieren a los compromisos que el empleador asume con el empleado, en forma voluntaria o forzosa, de acuerdo a circunstancias especiales como: rescisión del contrato de trabajo, días no trabajados por feriados, licencias, y otros.
Tablas 5.3. Cálculo de Cargas Sociales DESGLOSE DE CARGAS SOCIALES
DESCRIPCCIÓN
DÍAS SIN PRODUCCIÓN
JORNALES PAGADOS
Domingos (D.S. 21060 Art. 67)
52
52
Feriados (D.S. 21060 Art. 67)
10
10
Días de lluvias
8
8
Enfermedad
3
3
Ausencia justificada
2
2
Ausencia injustificada
2
0
Día del constructor (26 de Abril)
1
1
Aguinaldo
0
30
Desahucio
0
0
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Vacación
15
15
Prima
0
0
Indemnización
0
30
93
151
TOTAL DÍAS AL AÑO
365 días
DÍAS EFECTIVOS AL AÑO
287 días
JORNALES ABONADOS
438 días
INCIDENCIA POR INACTIVIDAD
1,53
INACTIVIDAD
DESCRIPCION
%
SALARIO MIN
52,61%
DURACION
Anual
PRENATALIDAD
5.00
577,50 Bs
5 mes
144,38 Bs
NATALIDAD
5.00
577,50 Bs
1 mes
28,88 Bs
LACTANCIA
5.00
577,50 Bs
12 mes
346,50 Bs
MATERNIDAD
0.50
1.155,00 Bs
3 mes
17,33 Bs
SEPELIO
1.00
577,50 Bs
1 mes
5,78 Bs 542,85 Bs
DESCRIPCION
%
SALARIO MIN
PONDERADO
PEON
15
1.500 Bs
225 Bs
ALARIFES
1
1.500 Bs
15 Bs
AYUDANTE
8
1.650 Bs
132 Bs
AYUDANTE MECANICO
1
1.950 Bs
20 Bs
ESPECIALISTA
3
2.700 Bs
81 Bs
CHOFER
15
2.400 Bs
360 Bs
OPERADOR EQUIPO LIVIANO
10
2.550 Bs
255 Bs
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OPERADOR EQUIPO PESADO
8
2.850 Bs
228 Bs
OPERADOR DISTRIBUIDOR
5
2.850 Bs
143 Bs
OPERADOR PLANTA
5
2.850 Bs
143 Bs
TOPOGRAFO
1
2.850 Bs
29 Bs
CAPATAZ
3
3.300 Bs
99 Bs
100
SALARIO ANUAL PONDERADO
1.730,00 Bs
20.760,00 Bs
SUBSIDIOS
2,61%
PATRONAL
LABORAL
Caja Nacional de Salud
10,00%
0,00%
AFP Capitalización
1,71%
12,21%
PROVIVIENDA
2,00%
0,00%
INFOCAL
1,00%
0,00%
14,71%
12,21%
APORTES A ENTIDADES
TOTAL
APORTES A ENTIDADES
14,71%
ANTIGUEDAD Porcentaje sobre tres salarios mínimos (4 años)
5,00%
Salario mínimo
577,50
Porcentaje de Obreros Beneficiarios
4,00%
TOTAL
0,20%
ANTIGUEDAD
DESCRIPCCIÓN
0,20%
INCIDENCIA
INACTIVIDAD
52,61%
SUBCIDIOS
2,61%
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APORTES A ENTIDADES
14,71%
ANTIGUEDAD
0,20%
70,13%
TOTAL
Las cargas sociales se establecen en 70,13 %. 5.5. MAQUINARIA Y EQUIPO DE CONSTRUCCIÓN
El proyectista ha realizado, como parte de su metodología de trabajo, una adaptación del sistema recomendado por CATERPILLAR TRACTOR Co. para el cálculo del costo horario de maquinaria y equipo que se utilizará en la construcción del paquete estructural del camino “OCURÍ - UNCÍA”.
Básicamente, el costo horario de la maquinaria y equipo de construcción se determinó considerando en cada caso la vida económica expresada en horas de operación. Se han adoptado los valores de vida media generalmente aceptados para condiciones medias de operación.
El costo de la maquinaria y equipo está constituido por dos ítems principales: costos fijos y costos variables de operación. El costo fijo se calcula en función a los valores de mercado del precio de compra del equipo y el costo financiero de la inversión. Los costos variables dependen de las características del equipo y maquinaria de construcción y se basan en el consumo de combustible y lubricantes, así como en una estimación de los repuestos para el mantenimiento.
5.5.1. Combustibles, Aceites y Lubricantes Los precios de combustibles, aceites y lubricantes se presentan en la Tabla 5.4 y fueron proporcionados por diferentes estaciones de servicio en el Departamento de Oruro.
Ítem Gasolina Especial
Precio
Precio
Bs
$us
3,74 Bs/lt.
0,54 $us./lt.
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Diesel Oil
3,72 Bs/lt.
0,53 $us./lt.
Kerosene
2,72 Bs/lt.
0,39 $us./lt.
Aceites lubricantes automotriz
2,94 Bs/lt.
0,42 $us./lt.
Aceites lubricantes industrial
4,41 Bs/lt.
0,63 $us./lt.
Grasas
2,94 Bs/kg
0,42 $us./kg
Tabla. 5.4. Precios de Combustibles y Lubricantes. (6,98 Bs. / $us. Fuente BCB).
5.5.2. Análisis de Costos Horarios de Equipo y Maquinaria de Construcción Para el análisis de costo horario del equipo y maquinaria de construcción elegida, se realizó una recopilación de datos sobre precios de venta en el mercado nacional. También se empleó la autopista de la información (internet) para obtener referencias y datos de los fabricantes sobre características técnicas de los equipos y maquinaria. Se presenta a continuación un listado con las definiciones de los gastos generalmente incurridos en las operaciones comerciales para la venta de equipos y maquinaria:
Precio FOB = Precio que se paga en el país de origen, sobre plataforma de embarque transoceánico (Free On Board).
Precio CIF = Precio que se paga en el recinto aduanero del país de destino y que comprende el precio FOB, el transporte (fletes) y los seguros (Cost, Insurance, Freights).
Fletes + Seguros = Precio que se paga por el transporte y por la integridad de la mercancía, desde el país de origen hasta el destino. Estos gastos son variables, dependiendo del país de origen, de la mercancía, del país de destino y de los seguros necesarios.
Precio CIF Aduana = Precio FOB + Fletes + Seguros.
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Proyecto de Grado
En nuestro país, además de los gastos arriba mencionados, se deben pagar algunas tasas e impuestos de acuerdo al siguiente detalle:
Tablas 5.5. Aranceles, Impuestos y Servicios para la Importación Aplicados en Bolivia ARANCELES / IMPUESTOS
TASAS
BASE
OBSERVACION
IMPONIBLE
Algunos bienes de capital (maquinarias y equipos) Arancel de Importación
5.00%
CIF - Frontera
tienen una rebaja del 50%. Del arancel de importación.
Tasa de Almacén aduanero
0.50%
CIF - Frontera
Tasa de Verificación
1.95%
FOB - Origen
Aporte Gremial
0.30%
CIF - Frontera
Despacho Aduanero
0.50%
CIF - Frontera
Imp. al Valor Agregado
14.94%
CIF - Aduana
TOTAL COSTO Aproximado:
23.19%
CIF - Frontera
Valor según el servicio prestado. Se establece valor referencial 0.50 % Servicio pagado por el importador a las verificadoras. Aporte gremial a la Cámara de Industria y Comercio (CAINCO) Comisión de la agencia aduanera por despacho de importación. IVA importaciones, grava sobre el valor de mercadería más el arancel. Incluye otros gastos fijos e incremento por base imponible del IVA.
SOBRE UN VALOR CIF DE 100 APLICADO A MAQUINARIA Y EQUIPO ARANCELES / IMPUESTOS
VALOR
BASE IMPONIBLE
Valor CIF
100.00
CIF - Frontera
Valor de Arancel de Importación
5.00
CIF - Frontera
Valor de Almacén aduanero
0.50
CIF - Frontera
Valor de Verificación
1.56
FOB - Origen
Valor Aporte Gremial
0.30
CIF - Frontera
Despacho Aduanero
0.50
CIF - Frontera
SUB-TOTAL COSTO Aproximado:
107.86
CIF - Frontera
Imp. al Valor Agregado
16.11
CIF - Frontera
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TOTAL COSTO Aproximado:
123.97
Valor a añadirse al CIF
23.97%
CIF - Frontera 24.00% Adoptado
5.5.3. Resumen de los Costos Horarios de Equipo y Maquinaria de Construcción En la Tabla 5.6 se presentan los precios de adquisición en dólares americanos y las hipótesis de trabajo anual y vida útil para cada maquinaria y equipo de construcción considerado para el análisis de precios unitarios.
Código
Descripción
Vida
Vida
Vida
Potencia
Útil
Útil
Útil
Precio ($)
(HP)
Años
Horas
Llantas
Equipo
VCC101
CAMION CISTERNA 10000LT
180,00
6,00 2.000,00 2.000,00
64.700,00
VCE102
CAMION DE ESTACAS 4 TN
140,00
5,00 2.000,00 2.000,00
34.300,00
PCF101
CARGADORA FRONTAL 924F 105 HP
105,00
6,00 2.000,00 3.000,00
115.620,00
CPN101
COMPACTADORA NEUMATICA PS-180 77 HP
77,00
8,00 1.500,00 4.000,00
81.180,00
CPP101
COMPACTADORA PATA DE CABRA CP533 145 HP
145,00
8,00 1.500,00 4.000,00
110.000,00
CPR101
COMPACTADORA RODILLO LISO CS563 145 HP
145,00
8,00 1.500,00 4.000,00
125.460,00
DSA101
DISTRIBUIDOR DE AGREGADOS 100 HP
100,00
5,00 1.500,00 2.000,00
76.200,00
DSA102
DISTRIBUIDOR DE ASFALTO 180 HP
180,00
8,00 1.000,00 2.000,00
98.000,00
TRA111
ESCOBA MECANICA NO AUTOPROPULSADA
8,00 1.000,00 4.000,00
14.080,00
MNV101
MOTONIVELADORA 120H 125 HP
125,00
5,00 2.000,00 3.000,00
156.210,00
WR2500
RECICLADORA WR 2500S 670 HP
670,00
15,00 6.000,00 6.000,00
186.000,00
PLA111
PLANTA CALENTADORA DE ASFALTO
170,00
TRA101
TRACTOR AGRICOLA 90 HP
TRA102
TRACTOR AGRICOLA C/ARADO DE DISCOS 90 HP
VCV101
VOLQUETA 10 M3
5,00 1.500,00
35.500,00
90,00
6,00 1.500,00 3.000,00
37.700,00
90,00
6,00 1.500,00 3.000,00
40.200,00
280,00
6,00 2.000,00 2.000,00
61.442,00
Tabla. 5.6. Precios de Maquinaria y Equipo. (Fuente Propia).
La Tabla 5.7 indica la equivalencia operacional de la mano de obra y del equipo utilizado para la construcción del paquete estructural del camino. CHOFER VOLQUETA 10 M3 CAMION CISTERNA 10000LT CAMION DE ESTACAS 4 TN
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315
Proyecto de Grado
OPERADOR EQUIPO LIVIANO COMPACTADORA PATA DE CABRA CP533 145 HP TRACTOR AGRICOLA C/ARADO DE DISCOS 90 HP COMPACTADORA NEUMATICA PS-180 77 HP COMPACTADORA RODILLO LISO CS563 145 HP
OPERADOR EQUIPO PESADO MOTONIVELADORA 120H 125 HP CARGADORA FRONTAL 924F 105 HP RECICLADORA WR 2500S 670 HP
OPERADOR DISTRIBUIDOR DISTRIBUIDOR DE AGREGADOS 100 HP DISTRIBUIDOR DE ASFALTO 180 HP
OPERADOR EQUIPO LIVIANO PLANTA CALENTADORA DE ASFALTO
Tabla. 5.7. Equivalencia Operacional de la Mano de Obra y del Equipo Utilizado. (Fuente Propia).
En la Tabla 5.8 siguiente se resumen los costos horarios de maquinaria y equipo de construcción en dólares americanos.
Tabla. 5.8. Análisis de Costos de Equipo y Maquinaria. (Fuente Propia).
5.6. GASTOS GENERALES
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316
Proyecto de Grado
Los gastos generales y administrativos, aplicados sobre el costo directo de los servicios han sido calculados de acuerdo a la descripción que se muestra a continuación.
Para el cálculo del precio unitario se afectó el costo unitario con un factor de gastos generales y administrativos de 18.31 % de los costos directos, considerado razonable para una empresa constructora promedio y que se desglosa a continuación:
CONCEPTO
Gastos
Gastos
Directos
Indirectos
Total
Gastos Administrativos. -
Personal: Ejecutivo, Técnico y de Apoyo
3.90%
2.70%
-
Pasajes, Hoteles y Viáticos
0.16%
0.10%
-
Comunicaciones: Teléfono, radio, telex, fax, etc.
0.05%
0.02%
-
Alquileres, Depreciación de Activos, Oficinas, Material de escritorio, Planos Asbuilt, etc.
0.10%
0.05%
-
Vehículos
0.15%
0.10%
-
Servicios: Agua, Energía, Mantenimiento Edificios, etc.
0.04%
0.03%
-
Gastos Financieros
0.03%
0.00%
-
Protocolizaciones, etc.
0.01%
0.00%
-
Gastos Legales: Honorarios Abogados, Notarías, etc.
0.04%
0.00%
-
Publicidad, Gastos de Representación, etc.
0.05%
0.00%
7.53%
Gastos de Adjudicación. -
Boleta de buena inversión de Anticipo
0.00%
0.70%
-
Boleta de Seriedad de Propuesta
0.00%
0.04%
-
Gastos de Propuesta, Compra de Pliego, Visita a Obra
0.00%
0.01%
0.75%
Gastos de Seguros y Garantías -
Seguros Contra Accidentes Personales.
0.00%
0.50%
-
Seguros de Accidentes de Vehículos.
0.00%
0.50%
-
Boletas de Cumplimiento de Contrato.
0.00%
3.50%
4.50%
Gastos de Obra -
Laboratorio de ensaye de materiales, suelos y asfaltos
0.10%
0.00%
-
Movilización y desmovilización de Maquinaria y Equipo.
1.00%
0.00%
-
Movilización y desmovilización de Personal.
0.20%
0.00%
1.50%
0.00%
Topografía y Replanteo, Instalación de Faenas, Campamentos, Talleres y Almacenes.
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1.30%
1.50%
317
Proyecto de Grado
Mantenimiento de Transito, Mantenimiento de Desvíos y Construcción de Desvíos etc.
1.70%
0.00%
1.70%
Aportes a Costos Fijos: IUE, CABOCO, CADECO, HAM
0.00%
1.03%
1.03%
TOTAL GASTOS GENERALES
9.03%
9.28%
18.31%
Tabla. 5.9. Análisis de Gastos Generales. (Fuente Propia).
5.7. UTILIDADES
La utilidad considerada para el cálculo del precio final se estimó en un 10% de los costos directos. Este porcentaje representa un porcentaje mayor al que una empresa puede percibir por intereses bancarios, esto con la finalidad de atraer la inversión y el trabajo de empresas del ramo, generando a su vez un efecto multiplicador durante el desarrollo del proyecto. 5.8. ANALISIS DE COSTOS Y PRECIOS UNITARIOS
Los cálculos que se presentan a continuación, se realizaron con el programa computacional especializado en análisis de precios unitarios y presupuestos “QUARK”. El cual nos ayudó a calcular el presupuesto general, precios unitarios y también la duración de la construcción del paquete estructural mediante de la elaboración del diagrama de barras (método Gantt).
El presupuesto general del pavimento convencional y no convencional se encuentra descrito en las Tablas 5.10.
Los precios unitarios calculados para el pavimento convencional y no convencional se encuentran detallados en el ANEXO I.
Los diagramas de barras (método Gantt) están descritos en el ANEXO I.
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318
Proyecto de Grado
Tablas 5.10. Presupuesto General Pavimento Convencional y No Convencional
PRESUPUESTO GENERAL PROYECTO: PAVIMENTO CONVENCIONAL: OCURÍ - UNCÍA Moneda: Dólares Americanos
ÍTEM 1.
DESCRIPCIÓN
UND.
CANTIDAD
PRECIO
COSTO
COSTO ($)
UNITARIO
PARCIAL
TOTAL
PAVIMENTACION 1 1.1
SUB-BASE GRANULAR
M3
21 200,00
8,380
177 656,00
2 1.2
BASE DE MATERIAL GRANULAR
M3
18 100,00
13,600
246 160,00
3 1.3
IMPRIMACION - EJECUCION
M2
252 800,00
0,115
29 072,00
M2
252 280,00
0,115
29 072,00
M2
252 800,00
0,529
133 731,20
L
303 360,00
1,516
459 893,76
L
151 700,00
1,516
229 977,20
L
336 230,00
1,690
568 228,70
1 266 520,00
0,343
434 416,36
4 1.4 RIEGO DE LIGA - EJECUCION 5 1.5 TRATAMIENTO SUPERFICIAL DOBLE - EJECUCION 6 1.8 SUMINISTRO DE ASF. DILUIDO/EMULSION P/IMPRIMACION 7 1.9 SUMINISTRO DE ASF. DILUIDO/EMULSION P/RIEGO DE LIGA 8 1.10 SUMINISTRO DE ASF. DILUIDO P/TRAT. SUPERFICIAL 9 1.13 TRANSPORTE DEL MATERIAL GRANULAR TOTAL
M3K
COSTO TOTAL PAVIMENTACION
2 308 207,22
COSTO PAVIMENTACION P/KM
55 888,79
PRESUPUESTO GENERAL PROYECTO: PAVIMENTO NO CONVENCIONAL: OCURÍ - UNCÍA Moneda: Dólares Americanos
ÍTEM 2.
DESCRIPCIÓN
PAVIMENTACION 1 1.6 MATERIAL IMPORTADO PARA ADICIONAR AL PROCESO DE RECICLADO (PU IDEM ITEM 1.13) 2 1.7 RECICLADO DE 17cm DE ESP. CON EMULSION ASF./CEM. PORTLAND/FRÍO, INCLUYE ITEMS 1,11 Y 1,12 DE SUMINISTRO DE EMULSION ASFALTICA CRM Y CEMENTO PORTLAND IP-30, ADEMAS DE REVESTIMIENTO DE SELLO DE AGREGADOS
UND.
M3K
M2
CANTIDAD
PRECIO
COSTO
COSTO ($)
UNITARIO
PARCIAL
TOTAL
4 956,00
0,343
1 699,91
252 800,00
23,659
5 981 001,72
COSTO TOTAL PAVIMENTACION COSTO PAVIMENTACION P/KM
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5 982 701,63 144 859,60
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319
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CAPITULO 6 ESTUDIO DE IMPACTO AMBIENTAL
6.1. INTRODUCCIÓN
La elaboración del estudio de impacto ambiental se realizó para el mejoramiento de estándar del paquete estructural con el objeto de realizar una evaluación ambiental de la técnica convencional y no convencional del tramo “OCURÍ - UNCÍA”, esta herramienta nos ayudará a identificar cuál de las dos técnicas produce un menor impacto ambiental, lo cual influirá directamente a la elección de la mejor alternativa de paquete estructural para el proyecto en particular.
6.2. ANTECEDENTES
Las evaluaciones del impacto ambiental de proyectos carreteros a nacido como resultado de la falta de coherencia y de adaptación de los métodos tradicionales de evaluación de proyectos que ignoran a la problemática ambiental, ocasionando daños irreversibles a los ecosistemas que en algunos casos determina problemas económicos a los habitantes de las áreas rurales y centros poblados.
Los estudios ambientales se ejecutan para mejorar el diseño de los proyectos viales y para mitigar sus posibles efectos ambientales y sociales negativos. Por lo tanto estos procedimientos posibilitan la detección de problemas en las primeras etapas del ciclo del proyecto. Esta absolutamente comprobado que además de los beneficios ecológicos y sociales se evitan costos adicionales y demora por problemas ambientales que se manifiestan en etapas más avanzadas como ocurre en la preparación o ejecución del proyecto vial.
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320
Proyecto de Grado
Los caminos que actualmente se encuentran en construcción o se planean construir pasa por diversos ecosistemas del territorio Boliviano, muchos de los cuales tienen categorías de áreas protegidas por las particularidades de su flora y fauna silvestre. En las etapas las obras de construcción, operación y mantenimiento de las carreteras ocasionaran una serie de impactos directos e indirectos sobre el medio físico, biológico y socio cultural. Por lo mencionado nace la necesidad de la elaboración de un conjunto de planes de mitigación o eliminación de los impactos negativos, en este sentido los estudios de evaluación de impacto ambiental (EEIA). De un determinado proyecto vial constituyen una herramienta valiosa para proteger los recursos naturales y mitigar los impactos socioculturales.
6.3. DESCRIPCIÓN
La construcción de carreteras produce una serie de impactos ambientales en el entorno físico, biológico y social tanto en las etapas constructivas, de operación y de mantenimiento. El medio afectado dependerá de los ecosistemas por donde pase la obra vial y los factores que caracterizan cada uno de los lugares.
Es necesario mencionar que los impactos por la construcción de vías se pueden diferenciar en Directos ocasionados por los movimientos de tierra y los indirectos que son inducidos Todo dependerá en gran medida de las características del proyecto y del medio. En general se puede considerar las actividades que ocasionan los siguientes impactos:
Actividades de corte de talud, y relleno y disposición de desechos que pueden afectar la geología, suelos, hidrología, calidad del aire, vegetación, fauna y características socioeconómicas culturales.
Contaminación del aire, suelos, aguas, vegetación por el incremento de tráfico de vehículos que generan ruido.
Apertura de nuevas rutas de acceso como vías secundarias y de mantenimiento.
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321
Proyecto de Grado
Colonización de áreas que no eran habitadas por el hombre que afectan a la vegetación, fauna, suelos, hidrología, paisaje y aspectos socioculturales.
En la siguiente Tabla 6.1, se presenta un resumen de las actividades que generan impactos ambientales causados por la construcción vial.
ACTIVIDAD
ACTIVIDADES RELACIONADAS
IMPACTOS POTENCIALES
GENERAL
Apertura de brecha o senda
Desestabilización
de
(incluye caminos de acceso
suelo
de
a bancos de préstamo y de
erosión
propiedad
movimientos de tierra.
privada
o
y
procesos por
los
concesionada).
Caminos
de
servicio
Culturización
de
comunidades Nativas.
(desvíos para mantener el tráfico
durante
la
construcción
o
Expropiaciones y cambio en el uso de la tierra.
rehabilitación).
Contaminación del suelo,
Instalación y funcionamiento
agua y aire, con residuos
de
sólidos,
campamentos
permanentes y temporales.
liquidas
descargas y
emisión
de
gases.
Corte
de
taludes
y
Construcción
movimiento
de Carreteras
campamentos permanentes
hidrocarburos
y temporales.
sustancias peligrosas.
Préstamo
de
de
materiales
Derrames
de y
Accidentes mecánicos.
(extracción y/o producción).
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322
Proyecto de Grado
operación y mantenimiento
Generación de ruido y polvo.
de equipo y maquinarias.
Deforestación.
Alteración
Conformación de capa de rodadura
(terraplén
y
plataforma).
escurrimiento y
de
Pavimento (rígido o flexible, tratamiento
de
la
superficial
recarga
de
acuíferos.
superficial
simple, doble o triple).
Afectación del patrimonio cultural, arqueológico y
obras
de
arte
mayor
paleontológico.
(puentes, viaductos, túneles, muros
de
contención)
menor
y
Cambio en el paisaje.
Afectación a
(alcantarillas,
cunetas, muros de encause, bajantes
y
zanjas
de
coronamiento).
la fauna
(bloqueo del movimiento, atropello
disturbios
sensoriales)
Uso
de
aditivos
para
concreto (aceleradores de fraguado, impermeabilizadores, etc.).
Señalización vial.
Liberación del derecho de vía
(expropiaciones,
reasentamientos, afectaciones del derecho de
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323
Proyecto de Grado
vía).
Disposición
de
material
excedente.
Vehículos motorizados y de
Generación de ruido.
Contaminación
tracción humana y animal.
Vehículos
oficiales,
atmosférica.
particulares y públicos.
transporte
de
carga
pasajeros
sustancias peligrosas (o
(Urbano,
en caso de exceso de carga).
Interdepartamental
e
internacional).
Accidentalidad.
Transporte turístico.
Desarrollo inducido a lo
Operación del transporte
de
y
interprovincial,
Derrame accidental
largo de la vía.
terrestre
Transporte
de
sustancias
peligrosas.
Generación de residuos sólidos
Talleres de mecánica.
Estaciones de servicios.
Llanterías.
Funcionamiento
de
terminales.
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324
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Actividades de peaje.
Actividades de pesaje.
Tabla. 6.1. Identificación de Impactos Ambientales.
6.4. FICHA TÉCNICA
Es un documento técnico que marca el inicio del proceso de evaluación de impacto ambiental, el mismo que se constituye en instrumento para la determinación de la categoría de EIA. Este documento; incluye información sobre el proyecto, la identificación de impactos clave y la identificación de la posible solución para los impactos negativos.
6.4.1. Contenido de la Ficha Ambiental La ficha ambiental presenta los siguientes parámetros:
Información general, datos de la unidad productiva, identificación del proyecto, localización y ubicación del proyecto.
Descripción del proyecto, duración, alternativas y tecnología, inversión total, descripción de actividades.
Recursos naturales del área que serán aprovechados, materia prima, insumos y producción que demande el proyecto.
Generación de residuos, de ruido, almacenamiento y manejo de insumos, posibles accidentes y contingencias.
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325
Proyecto de Grado
Consideraciones
ambiéntales,
identificación
de
los
impactos
clave
cuya
determinación precisa necesitara un amplio análisis, de acuerdo a los criterios establecidos.
Formulación de medidas de mitigación y prevención, que minimicen o eviten los impactos clave identificados, así como el programa de monitoreo.
Matriz de identificación de impactos ambientales.
A partir de la información contenida en la ficha ambiental se determinara la categoría de EIA del proyecto. 6.4.2. Identificación de las Categorías de Evaluación de Impacto Ambiental El Art. 25 de la ley de Medio Ambiente establece las siguientes categorías de evaluación de impacto ambiental:
Categoría I: Evaluación Analítica Integral, nivel que por el grado de incidencia de efectos en varios atributos del ecosistema, deberá incluir en sus estudios el análisis detallado y la evaluación de todos los factores del sistema ambiental, conformado por sus subsistemas: físico; biológico, socio-cultural, jurídico-institucional, destacado cada uno de sus respectivos atributos ambientales.
Categoría II: Evaluación Analítica Específica, nivel que por el grado de incidencia de afectos en alguno de los atributos del ecosistema considera en sus estudios el análisis detallado y la evaluación de factores específicos de uno o más de los subsistemas: físicos, biológicos, socio-económico-cultural, jurídico-institucional, del sistema ambiental, así como el análisis y sustento técnico del resto de los factores del sistema. Categoría III:
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326
Proyecto de Grado
No requiere de EIA Analítica Especifica, pero puede ser aconsejable su revisión conceptual nivel que por las características ya estudiadas y conocidas de programas, planes, obras proyectos y actividades, no se considera que tenga un impacto significativo sobre el ambiente, sin embargo, ameritan la inclusión de medidas de mitigación y el adecuado seguimiento. Categoría IV: No requiere de EIA, aquellas actividades que no están contempladas en las tres categorías anteriores.
La Subsecretaria de Medio Ambiente nos brinda un procedimiento computarizado de evaluación de impactos ambientales PCEIA que representa un subsistema del Sistema Nacional de Evaluación de Impacto Ambiental SNEIA y tiene como propósito fundamental categorizar la EIA de acuerdo a la identificación de impactos en la ficha ambiental, como mecanismo que facilita el registro de información. Este procedimiento computarizado de Evaluación de Impactos Ambientales PCEIA, se realizó para las dos alternativas de paquete Estructural (convencional y no convencional) como se muestra a continuación:
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327
Proyecto de Grado
CAPITULO 7 CONCLUSIONES Y RECOMEDACIONES GENERALES DEL PROYECTO
7.1. INTRODUCCIÓN
Luego de haber realizado una evaluación técnica, económica y ambiental, el proyectista está capacitado para recomendar los diseños más funcionales y factibles para el proyecto en particular, teniendo en cuenta estos principios se debe elegir la mejor alternativa de pavimento o paquete estructural, ya que es la faena constructiva en estudio, tanto en diseño como en ejecución y entendiendo que las demás actividades del proyecto serán similares, por lo tanto el estudio se enfocó principalmente en el pavimento y las posibles alternativas de mejoramiento propuestas por el proyectista.
7.2. FAENAS CONSTRUCTIVAS DEL PAQUETE ESTRUCTURAL
Las faenas constructivas del paquete estructural o pavimento, tanto para el Método convencional y no convencional, se detallan en el ANEXO A (Especificaciones Técnicas), donde se detallan los diferentes ítems necesarios para la ejecución de las dos técnicas de construcción de pavimentos.
En el proyecto en particular se detallan también en el ANEXO A, Especificaciones Técnicas Especiales, ya que es el alcance del presente estudio. Muestra un método no convencional en nuestro país y que presenta faenas poco comunes en nuestro medio, además de insumos y maquinaria especial para esta nueva tecnología. 7.3. EVALUACION Y ELECCIÓN DE ALTERNATIVAS
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328
Proyecto de Grado
El objetivo del proyecto es estudiar estas alternativas convencional y no convencional, para así, proponer el diseño más funcional, económico y ambiental. De tres alternativas, la parte técnica y funcional nos dejó solo dos: el diseño convencional y el no convencional con 1% de filler activo de cemento Portland IP-30.
Estos dos diseños se evaluaron económicamente y ambientalmente, para definir cuál sería la mejor alternativa de pavimento o paquete estructural.
La alternativa no convencional con 1% de filler activo de cemento Portland IP-30, nos ofrece grandes ventajas ambientales ya que explota una cantidad mínima de materiales de bancos de préstamo y reutiliza el material del camino existente, además que la técnica en frío nos ofrece seguridad para los operadores y mínimas emisiones de gases a la atmósfera. Pero el costo inicial es 2,5 veces más al del diseño convencional, lo cual hace que nos inclinemos por la alternativa convencional para el caso particular del proyecto sabiendo que los materiales asfálticos para esta alternativa están disponibles con mayor facilidad, pero además de elevar la rasante afectando así las obras de drenaje, la ejecución de esta alternativa se realizará en mayor tiempo, más personal y más maquinaria. 7.4. CONCLUSIONES GENERALES DEL PROYECTO
Debido al aspecto económico se optó por la alternativa convencional, pero se detalla en seguida una lista de ventajas y desventajas de las dos alternativas, además de recomendaciones del proyectista para el diseño no convencional para el caso particular del proyecto:
7.4.1. Ventajas Alternativa Convencional
Disponibilidad de materiales asfálticos tradicionales.
Costo inicial menor.
Mano de obra calificada debido a la experiencia en la técnica convencional.
Disponibilidad de maquinaria liviana y pesada para la ejecución
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329
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Experiencia en obtención y adopción de espesores de capas granulares, que además se conoce cómo se comportan con el tráfico y condiciones ambientales de nuestro territorio.
Mejores condiciones de drenaje y evacuación de aguas del paquete estructural, debido a los materiales granulares que conforman el pavimento.
Posibilidad de consultar otros proyectos similares en el país y una gran variedad de textos y normas actualizadas de consulta.
7.4.2. Desventajas Alternativa Convencional
Se debe elevar a altas temperaturas el material asfáltico, provocando accidentes y emisiones gaseosas tóxicas para los seres vivos.
La ejecución del pavimento es más larga (720 días calendario), debido a que se deben realizar más faenas constructivas.
Se debe elevar la cota rasante de un camino ya existente, lo cual afecta significativamente a las obras de arte mayor, por la sobrecarga que incide en estas.
Se deben explotar bancos de préstamo que a se encuentran a distancias considerables, además de aumentar los costos de acarreo de materiales, se deberá mitigar el impacto ambiental que esta explotación causa, incrementando el costo de mitigación ambiental
Mayor producción de partículas suspendidas debido al movimiento de tierras.
Maquinaria imprecisa para la distribución y/o riego de los diluidos asfálticos.
Mayor impacto ambiental en suelos, agua y aire (Ver ficha ambiental).
7.4.3. Ventajas Alternativa No Convencional
Técnica más segura para el personal por realizarse en frío.
Emisiones mínimas de gases tóxicos dañinos para la salud de los seres vivos (Ver ficha ambiental).
La ejecución del pavimento es más corta (573 días calendario), debido a que se deben realizar menos faenas constructivas.
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330
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Alternativa que no eleva la cota rasante considerablemente, aplicable a proyectos de mejoramiento, rehabilitación y proyectos carreteros que se realizan por etapas o fases.
Explotación mínima de bancos de préstamo debido al reciclaje del material del camino existente.
Impacto ambiental mínimo comparado con otras técnicas de construcción de pavimentos (Ver ficha ambiental).
Controles de calidad y de supervisión menos riesgosos en laboratorio y en campo.
7.4.4. Desventajas Alternativa No Convencional
Disponibilidad de emulsión asfáltica, además del costo elevado de puesta en obra de la misma.
Incremento en los costos de reciclaje con la inclusión de cemento Portland, además del transporte que implicará para trasladarlo a la obra.
Disponibilidad de recicladora apta para un buen desempeño del reciclaje, además del costo elevado de mantenimiento de la misma.
Movilización de la recicladora que implica un costo adicional, por su gran tamaño.
Almacenamiento riguroso de la emulsión asfáltica, para evitar congelamientos o roturas no previstas.
Afinidad del material granular con la emulsión asfáltica, que implica varias pruebas y emulsiones especiales en algunos casos.
Poca experiencia técnica y operacional para la ejecución de esta alternativa en nuestro país, además de poca bibliografía de consulta y normas Bolivianas que no contienen esta metodología.
7.4.5. Conclusiones
Se respondió algunas dudas sobre el uso de la emulsión asfáltica y del procedimiento de reciclaje en frío, proponiendo un diseño en frío que mejora las características estructurales del pavimento además de las funcionales.
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Se evaluó los diseños convencional y no convencional, utilizando los mismos datos de entrada y caracterizando las propiedades resistentes de los materiales con las ayuda de los ensayos de laboratorio. Obteniendo un diseño convencional más económico en el análisis de costos, predominante a la hora de la decisión de la alternativa, debido a la situación económica de nuestro país y departamentos implicados directamente. 7.4.6. Recomendaciones En seguida se detallan las recomendaciones que el proyectista enuncia con la experiencia ganada, en laboratorio y en gabinete, con respecto al uso de un material nuevo (emulsión asfáltica) y los beneficios que se podría lograr si este es usado correctamente:
La inclusión de 1% de cemento Portland a la mezcla con emulsión asfáltica, produce un mejor comportamiento reológico del material, además de una mejor trabajabilidad en laboratorio, lo que se reflejará en campo.
Se debe buscar la emulsión asfáltica adecuada para un determinado tipo de agregado y de trabajo a realizarse, lo cual es fundamental para el éxito del proyecto.
Se debe almacenar correctamente la emulsión asfáltica, evitando su congelamiento en invierno especialmente en el altiplano, almacenándolo en recipientes plásticos protegidos herméticamente, para evitar que la lluvia u otros fluidos se mezclen con el material.
Se recomienda hacer un diseño Marshall modificado para cada tipo de material y emulsión, ya que los resultados varían significativamente para cada caso
No se debe calentar o hacer hervir la emulsión, que a pesar de no ser inflamable, produce gases tóxicos y olores desagradables.
Se debe hacer una análisis exhaustivo de costos, además de Impacto Ambiental para lograr hacer factible la propuesta del reciclado en frío, además de obtener los datos más reales posibles, lo cual se complica en nuestro medio debido a la falta de experiencia en Bolivia, pero son notorios los beneficios técnicos y ambientales que este procedimiento en frío ofrece, los cuales no debemos dejar de lado en el momento de optar por esta alternativa.
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332
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I N D I C E G E N E R A L
CAPITULO 1 ASPECTOS GENERALES
1.1. INTRODUCCIÓN _________________________________________________________ 1 1.2. ANTECEDENTES_________________________________________________________ 8 1.3. UBICACIÓN POLÍTICA Y GEOGRÁFICA ______________________________________ 8 1.3.1. Latitud y Longitud ____________________________________________________ 9 1.3.2. Latitud y Longitud ____________________________________________________ 9 1.3.3. Relieve y Topografía __________________________________________________ 9 1.3.4. Clima ______________________________________________________________ 11 1.3.5. Suelo ______________________________________________________________ 15 1.3.6. Recursos Hídricos ___________________________________________________ 16 1.4. MEJORAMIENTO DE ESTÁNDAR DEL CAMINO _______________________________ 18 1.5. OBJETIVOS Y METAS DEL PROYECTO. _____________________________________ 21 1.5.1. Objetivo General ____________________________________________________ 21 1.5.2. Objetivos Específicos ________________________________________________ 21 1.5.3. Metas ______________________________________________________________ 22
CAPITULO 2 ESTUDIOS PRELIMINARES DEL PROYECTO
Diseño y Mejoramiento de Estándar con Emulsión Asfáltica del Camino “Ocurí – Uncía”
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333
Proyecto de Grado
2.1. ESTUDIO DE SUELOS _________________________________________________ 23 2.2. ESTUDIO TOPOGRÁFICO ________________________________________________ 2.3. ESTUDIO DE TRÁFICO __________________________________________________
CAPITULO 3 DISEÑO GEOMÉTRICO
3.1. INTRODUCCIÓN ________________________________________________________ 3.2. CATEGORIA DE CAMINO _________________________________________________ 3.3. CRITERIOS Y RESUMEN DE LOS PARÁMETROS DE DISEÑO ___________________ 3.4. CÁLCULO DE LOS PARÁMETROS DE DISEÑO ________________________________ 3.4.1. Alineamiento Horizontal __________________________________________________ 3.4.2. Distancias de Visibilidad _______________________________________________ 3.4.3. Distancia de Visibilidad de Adelantamiento o Sobrepaso _____________________ 3.4.4. Longitudes mínimas en recta ___________________________________________ 3.4.5. Peralte Máximo y Fricción Transversal ___________________________________ 3.4.6. Radio Mínimo _______________________________________________________ 3.4.7. Longitud Mínima de Espiral de Transición (Le) _____________________________ 3.4.8. Sobreancho en Curvas _______________________________________________ 3.4.9. Alineamiento Vertical ________________________________________________ 3.4.10. Sección Transversal ________________________________________________ 3.5. DESCRIPCIÓN DEL TRAZADO DEFINITIVO _________________________________ 3.6. PLANIMETRIA DEL TRAZO DEFINITIVO ____________________________________ 3.7. ALTIMETRIA TRAZO DEFINITIVO _________________________________________ 3.8. SEÑALIZACIÓN.....................................................................................................................
Diseño y Mejoramiento de Estándar con Emulsión Asfáltica del Camino “Ocurí – Uncía”
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334
Proyecto de Grado
3.8.1. SEÑALES.......................................................................................................................
CAPITULO 4 MEJORAMIENTO DE ESTÁNDAR DEL PAQUETE ESTRUCTURAL
4.1. INTRODUCCIÓN __________________________________________________________ 4.2. MEJORAMIENTO DE ESTÁNDAR DE CAMINOS DE BAJO VOLÚMEN DE TRÁFICO 4.2.1. Las Recicladoras Wirtgen (La Recicladora Wirtgen WR 2500 S) _____________ 21 4.3. RECICLAJE IN SITU DEL MATERIAL DEL CAMINO EXISTENTE CON EMULSIÓN ASFÁLTICA _____________________________________________________________ 18 4.4. METODO DE DISEÑO DE MEZCLAS ASFÁLTICAS EN FRIO CON EMULSION ______ 21 4.4.1. Ensayos de Laboratorio ______________________________________________ 21 4.4.2. Cantidad Óptima de Emulsión Asfáltica y Estabilidad de la Mezcla ___________ 21 4.4.3. Variables de Diseño Estructural y Cálculo de Espesores de Capa ____________ 22 4.4.4. Resultados de Diseño Estructural y Resumen de Espesores de Capa ________ 22 4.5. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES DEL DISEÑO DE PAVIMENTOS __________
CAPITULO 5 ANÁLISIS DE COSTOS Y PRECIOS UNITARIOS
5.1. INTRODUCCIÓN _________________________________________________________ 8 5.2. PRECIOS UNITARIOS ______________________________________________________ 5.2.1. Rendimiento de la Recicladora Wirtgen WR 2500S ________________________ 21 5.2.2. Costos Directos _____________________________________________________ 21 5.2.3. Costos Indirectos ____________________________________________________ 22 5.3. COSTOS DE MATERIALES E INSUMOS_______________________________________
Diseño y Mejoramiento de Estándar con Emulsión Asfáltica del Camino “Ocurí – Uncía”
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335
Proyecto de Grado
5.4. MANO DE OBRA __________________________________________________________ 5.4.1. Alimentación________________________________________________________ 21 5.4.2. Seguridad Industrial _________________________________________________ 21 5.4.3. Cargas Sociales ____________________________________________________ 21 5.5. MAQUINARIA Y EQUIPO DE CONSTRUCCIÓN _________________________________ 5.5.1. Combustibles, Aceites y Lubricantes ___________________________________ 21 5.5.2. Análisis de Costos Horarios de Equipo y Maquinaria de Construcción _______ 21 5.5.3. Resumen de los Costos Horarios de Equipo y Maquinaria de Construcción ___ 21 5.6. GASTOS GENERALES _____________________________________________________ 5.7. UTILIDADES _____________________________________________________________ 5.8. ANALISIS DE COSTOS Y PRECIOS UNITARIOS ________________________________ 5.9. PRESUPUESTO GENERAL _________________________________________________
CAPITULO 6 ESTUDIO DE IMPACTO AMBIENTAL
6.1. INTRODUCCIÓN __________________________________________________________ 6.2. ANTECEDENTES__________________________________________________________ 6.3. DESCRIPCIÓN ____________________________________________________________ 6.4. FICHA TÉCNICA __________________________________________________________ 6.4.1. Contenido de la Ficha Ambiental ______________________________________ 21 6.4.2. Identificación de las Categorías de Evaluación de Impacto Ambiental ________ 21
CAPITULO 7 ASPECTOS COMPLEMENTARIOS DEL PROYECTO
Diseño y Mejoramiento de Estándar con Emulsión Asfáltica del Camino “Ocurí – Uncía”
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336
Proyecto de Grado
7.1. INTRODUCCIÓN _________________________________________________________ 8 7.2. FAENAS CONSTRUCTIVAS DEL PAQUETE ESTRUCTURAL ______________________ 7.3. EVALUACION Y ELECCIÓN DE ALTERNATIVAS ______________________________ 18 7.4. CONCLUSIONES GENERALES DEL PROYECTO ______________________________ 21
www.abc.gob.bo
Servicio Departamental de Caminos (Oruro y Potosí).
Servicio Nacional de Meteorología.
ASTEC (1998), “Fresado y Reciclaje de Pavimentos”, Revista Potencia Vol. 403.
Decoene, (1989), “Réutilisation en place d ‘enrobés bitumineux”,.
Wirtgen (2004), “Asphalt Ricycled Material Manual”, 2º Edición. o
ANEXOS
Plano de Ubicación “Camino Ocurí – Uncía”, Departamento de Oruro.
BIBLIOGRAFÍA
www.abc.gob.bo
Servicio Departamental de Caminos (Oruro y Potosí).
Servicio Nacional de Meteorología.
ASTEC (1998), “Fresado y Reciclaje de Pavimentos”, Revista Potencia Vol. 403.
Decoene, (1989), “Réutilisation en place d ‘enrobés bitumineux”, Centre de Recherches Routières, Bruselas.
Wirtgen (2004), “Asphalt Ricycled Material Manual”, 2º Edición.
ANEXOS ANEXO A
ESPECIFICACIONES TÉCNICAS
ANEXO B
DATOS TOPOGRÁFICOS
ANEXO C
ESTUDIO DE SUELOS
Diseño y Mejoramiento de Estándar con Emulsión Asfáltica del Camino “Ocurí – Uncía”
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337
Proyecto de Grado
ANEXO D
ESTUDIO DE TRÁFICO
ANEXO E
ENSAYOS DE LABORATORIO
ANEXO F
MEMORIAS DE CÁLCULO
ANEXO G
PRECIOS UNITARIOS
ANEXO H
PLANOS
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CAPITULO 1 ASPECTOS GENERALES
1.1. INTRODUCCÍON El desarrollo de los pueblos está unido a una serie de factores económicos, que indudablemente requieren de una adecuada comunicación e integración caminera.
En vista de todo aquello es importante ofrecer a los usuarios; caminos más estables, cómodos y seguros, tanto en la geometría como la superficie de rodado. Tomando en cuenta la parte Económica y Ambiental. El diseño y mejoramiento de estándar del camino Ocurí – Uncía, nos da la oportunidad de evaluar: Un mejoramiento de estándar convencional del pavimento vs un mejoramiento de estándar en frío con emulsión asfáltica in situ, reciclando el material del camino existente para darle una superficie impermeabilizada. 1.2. ANTECEDENTES En la actualidad el uso de emulsiones asfálticas se ha incrementado, dado que ya se ha prohibido en muchos países el uso
de
rebajados
asfálticos
o
cutbacks
que
emplean solventes caros y ecológicamente contaminan el ambiente. Las emulsiones
han
sido
y
son
utilizadas
rejuvenecimiento, etc. Sin
en
embargo
tratamientos superficiales, estabilizaciones, reciclaje, todavía
existe
bastante desconfianza debido
a algunas malas experiencias que se han tenido con estas en la colocación de carpetas asfálticas.
Las emulsiones asfálticas fueron desarrolladas por primera vez a comienzos del siglo XX. Fue en los años 20 cuando su uso se generalizó a las aplicaciones viales. El uso de las emulsiones asfálticas creció de manera relativamente lenta, limitado por el tipo de
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1
Proyecto de Grado
emulsiones disponibles y por la falta de conocimientos sobre su correcta aplicación. El desarrollo ininterrumpido de nuevos tipos y grados sumado a equipos de construcción y prácticas mejoradas, ofrece ahora una amplia gama
de
vial
Su
puede
ser trabajado
con
emulsiones.
elección. uso
genera
beneficios económicos y ambientales. En los años posteriores a Mundial
los
volúmenes
y
cargas
de tránsito
Cualquier
empezaron
a
la
asfaltado
sustanciales
Segunda
aumentar
Guerra
pero
los
ingenieros viales comenzaron a reducir el empleo de emulsiones asfálticas, a partir del año 1953 el empleo de cemento asfáltico se ha incrementado enormemente, mientras que el uso de los demás productos
asfálticos
se
ha
mantenido
casi
constante.
Se Menciona en seguida algunos de los factores que han contribuido al interés en el uso de emulsiones asfálticas:
La crisis energética de comienzos de los años 70. El embargo del
Medio
Oriente
EE.UU. de América a
indujo tomar
a
de
la Administración Federal de Energía de los
medidas
de
conservación
de
la
energía.
emulsiones asfálticas no requieren la incorporación de un solvente para
ser
líquidas.
Además
petróleo
de
Las
petróleo
las emulsiones asfálticas pueden utilizarse en la
mayoría de los casos sin necesidad de calentamiento. Ambos factores contribuyen al ahorro de energía.
Preocupación
por
reducir
la
polución
atmosférica.
Las emulsiones asfálticas
eliminan hacia la atmósfera poco o nada de sustancias hidrocarbonadas.
La capacidad de ciertos tipos de emulsiones de recubrir la superficie agregados
húmedos.
Esto
reduce
las necesidades
de
combustible
de para
calentar y secar los agregados.
La disponibilidad de una variedad de tipos de emulsión. Se han nuevas satisfacer
formulaciones
y
técnicas
de laboratorio
mejoradas
con
desarrollado el
fin
de
los requerimientos de diseño y construcción.
La posibilidad de utilizar materiales en frío en lugares remotos.
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2
Proyecto de Grado
La aplicabilidad de emulsiones en mantenimiento preventivo de
pavimentos,
incrementando la vida útil de pavimentos existentes ligeramente deteriorados.
En resumen dos factores principales contribuyeron al mayor uso de emulsiones asfálticas
la
conservación de energía y la polución atmosférica.
En la actualidad en muchos lugares del mundo se está remplazando el uso de asfaltos
diluidos
por
el
uso
de emulsiones asfálticas. A continuación la Tabla 1.1.
muestra la aplicación de emulsiones en diferentes países.
Tratamientos
Estabilización
Carpetas y
Morteros o
PAIS
Superficiales %
de Suelos %
Bacheo %
Lechadas %
USA
60
16
18
6
JAPON
80
15
5
-
FRANCIA
40
29
20
11
MEXICO
30
30
30
10
ESPAÑA
20
10
40
10
Tabla 1.1. Aplicación de Emulsiones Asfálticas en el mundo.
ESTABILIZACIÓN DEL SUELO CAL - EMULSIÓN EN NAGPUR (NH7), INDIA:
Area Total
600,000 m²
Cantidad Removida
300,000 m³
Tiempo de Entrega
80 días
Ancho de Fresado Promedio de Avance Rendimiento de Fresado
2.40 m 12 m/min 300 m³/h
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ESTABILIZACION DEL SUELO CAL – EMULSIÓN EN NAGPUR (NH7), INDIA
No debemos dejar de lado las aplicaciones crecientes de emulsiones asfálticas en: Sud África, Alemania, Italia, Canadá, Rusia, India, China y Australia. Innovando en el área del reciclaje de pavimentos y estabilizaciones de gran envergadura.
RECICLAJE DE AUTOPISTA CON EMULSION ASFALTICA, MUNICH - ALEMANIA
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En Centroamérica los pioneros son los países de: Puerto Rico y El Salvador, realizando trabajos con emulsión asfáltica: tratamientos superficiales, estabilización, lechadas y reciclaje en una menor proporción. En Sudamérica los pioneros son los países de: Perú, Brasil y Argentina, teniendo aproximadamente más de tres décadas de experiencia en el uso de emulsiones asfálticas con y sin polímeros, en tratamientos superficiales, estabilización, micro-pavimentos y lechadas principalmente.
CONSTRUCCIÓN MANUAL DE CARPETA ASFÁLTICA EN CHINCHA - PERU
MEZCLA ARENA-EMULSIÓN EN AERÓDROMO PUERTO ESPERANZA - PERU
COLOCACIÓN DE CARPETA ASFÁLTICA DE 3" EN SATIPO - PERU
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SELLADO DE GRIETAS
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MICROPAVIMENTO MECANIZADO
LECHADA ASFÁLTICA MANUAL
ANTAMINA – PERU
ESTABILIZACIÓN DE BASE IQUITOS - PERU
HUARAZ – PERU
COMPACTACIÓN DE SUELO ESTABILIZADO MINERA YANACOCHA - PERU
En Bolivia una de las pioneras en el uso de emulsiones asfálticas con y sin polímeros, fue la construcción de la carretera Tiquina – Copacabana en el Dpto. de La Paz, región del lago Titicaca en la década de los 90 aproximadamente: DATOS DE CONSTRUCCIÓN:
DISEÑO ESTRUCTURAL:
Longitud: 40 Km
Subrasante Mejorada: 10 cm
Ancho de vía: 10.5 mts.
Base Estabilizada con Emulsión: 15 cm
Pendiente máx: 6 %
Doble capa de Micro-pavimento: 3 cm
Pendiente transversal: - 1.5 % Altitud proyecto: 3,900 - 4,250 msnm Temperatura proyecto: Máx 14°C Mín - 10°C
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MATERIALES DE CONSTRUCCION: Ligante asfáltico: Asfalto Petroperu pen 85/100 Estabilización de base: Emulsión asfáltica catiónica de ruptura lenta tipo CSS-1h Superficie de rodamiento: Emulsión asfáltica modificada con polímeros (SBR) tipo CQS-1p MATERIALES PÉTREOS: Rellenos: Suelo nativo inorgánico Subrasante: Suelo nativo, 90 % inerte Base: Suelo nativo, no triturado Superficie de rodamiento: Roca silícea triturada
ESTABILIZACIÓN DE BASE: EMULSIÓN ASFÁLTICA CATIÓNICA DE RUPTURA LENTA TIPO CSS-1h. En la actualidad, el 2011 se terminó la construcción de carretera Huanuni – Bombo – Llallagua, con el uso de emulsión asfáltica en el tratamiento superficial, además de la doble vía Oruro –
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Proyecto de Grado
La Paz en construcción con el uso de emulsiones asfálticas y otros proyectos en construcción o por construirse, donde se especifica el uso de estos materiales bituminosos.
CARRETERA TERMINADA HUANUNI – BOMBO – LLALLAGUA, TRATAMIENTO SUPERFICIAL CON EMULSIÓN
1.3. UBICACIÓN POLÍTICA Y GEOGRÁFICA La zona de estudio se encuentra en la parte sud este del Departamento de Oruro, la carretera Ocurí - Uncía es la prolongación de la carretera Ancacato - Ocurí por la parte sud este del Municipio de Challapata y por la parte norte conectándose con la población de Calamarca en la progresiva 1+700 , asumiendo la progresiva 0+00 en Ocurí, para luego cruzar el rió de aguas calientes y conectarse con la localidad de Culta en la progresiva 2+600 y continuar el trayecto a orillas del rió y a las faldas de la cordillera de Waylloco
pasando por las
comunidades de challapampa, Jalcamariry en la progresiva 10+250, Carpani en la progresiva 11+000, para luego cruzar el río y conectarse con la comunidad de Chiaraque en la progresiva 13+000 y llegar al límite departamental en la población de Parco ventilla en la progresiva 18+000 en el hito denominado Cuchillani, para tener acceso y poder llegar al municipio de Uncía ubicado al norte del departamento de Potosí, pasando por las comunidades de Paria Choco en la progresiva 18+300, para luego dirigirnos a la primera cumbre para conectarnos con la comunidad de Maraca en la progresiva 30+750, Yauviri en la progresiva 38+800, Alta Calazaya en la progresiva 39+100 para luego concluir en la parte sudoeste de Uncía en la Localidad de Mira Flores en la progresiva 41+000. (Ver plano de ubicación en el ANEXO J).
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1.3.1. Latitud y Longitud La zona de estudio se ubica dentro de la jurisdicción del Municipio de Challapata del departamento de Oruro y el municipio de Uncía del departamento de Potosí, teniendo la siguiente situación geográfica: El Municipio de Challapata geográficamente está ubicado entre los paralelos 18º 54’ de latitud Sud y 66º 46’ 00’’ de Longitud oeste del Meridiano de Greenwich, al sud este del departamento de Oruro. El Municipio de Uncía, se encentra ubicada geográficamente, entre los 67º 14’ 48 ‘’ a 67º 42’ 19’’ de longitud Oeste y 18º 23’ 53’’ a 18º 45’ 7 ‘’ de Latitud Sud. Del departamento de Potosí, a una altura que va desde 3.150 a más de 4.300 msnm. 1.3.2. Límites Municipales El Municipio de Challapata limita:
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Proyecto de Grado
1
Al Norte con los Municipios de Pazña, Antequera y el municipio de Uncía.
2
Al Sud con el Municipio Santiago de Huari
3
Al Oeste con el Municipio Santiago de Andamarca
4
Al Oeste con el Municipio de Pocoata y Colquechaca.
El Municipio de Uncía limita:
1
Al Este con el Municipio de Chayanta.
2
Al Norte con el Municipio de Llallagua.
3
Al Sud con el Municipio de Pocoata y el departamento de Oruro
4
Al Oeste con el departamento de Oruro.
1.3.3. Relieve y Topografía El área de influencia tiene una topografía variada característica de la zona altiplánica, observándose en el (Municipio de Challapata) y una vegetación agreste propia del altiplano boliviano; toda la región está rodeada por la cordillera oriental La zona está formada por una cadena montañosa que corresponde a la cordillera oriental siendo sus exponentes más sobresalientes la serranía de Waylloco. En las laderas y faldas de esos cerros se hallan las diversas comunidades que corresponden a las zonas Culta, Challapampa y Parco Ventilla en lo que corresponde al municipio de Challapata, en la zona de influencia del Municipio de Uncía se encuentra ubicada a las faldas de tres cumbres elevadas con una topografía montañosa, rocosa, accidentada, arcillosa y presenta las siguientes características: Amplitudes termales diarias muy elevadas. Estación seca de invierno y lluviosa en verano, la misma que coincide con los períodos vegetativos. Escasa humedad. Vientos con velocidad elevada que originan condiciones de erosión eólica. Por otra parte también podemos mencionar que el área de influencia en su primer tramo Ocurrí- Cuchillani, la topografía presenta un terreno pedregoso la ruta se encuentra a orillas del rio de aguas calientes a las falda de
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las dos cordilleras con zonas
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10
Proyecto de Grado
ecológicamente similares, semiáridas, con cuencas, micro cuencas, cañadones profundos, ríos con caudales considerables durante las épocas lluviosas, en lo que representa al área de influencia en terreno potosino la topografía presenta colinas con pendientes profundas, serranías y alturas altiplánicas de característica pedregosa, teniendo la vegetación es de tipo de puna. Presenta tres cumbres con una altura de 4.000 a
4.500 m.s.n.m., con
pendientes entre 6% a un 40% aproximadamente homogénea a ondulada con disección por procesos de encauzamiento de ríos y quebradas. En las pampas el relieve se caracteriza por ser plano, ligeramente inclinado a ligeramente ondulado disectado por cursos de ríos poco profundos con planicies que sirven de pastoreo aptas para cultivos.
1.3.4. Clima a) Temperatura Máxima y Mínima
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11
Proyecto de Grado
El clima presenta características propias del altiplano con alta radiación solar correspondiente a estepa montano altitudinal cuyas temperaturas tienen variaciones intensas y muy marcadas en las estaciones del año. Las precipitaciones son irregulares, teniendo una predominancia de vientos procedentes del Noroeste principalmente entre los meses de Agosto a Septiembre, hace que exista un proceso de desertificación por los factores climatológicos.
En la siguiente Tabla 1.2. Se muestra los datos obtenidos en la estación meteorológica del Municipio de Challapata. Valores Meses
Temperaturas º C Máxima
Media
Mínima Media
Media
Máxima Extrema
Mínima Extrema
Enero
10,9
17,8
3,9
20,1
0,7
Febrero
10,7
17,3
4,0
20,2
1,2
Marzo
10,6
17,9
2,8
20,4
-1,6
Abril
9,0
17,7
0,4
20,4
-2,8
Mayo
6,2
16,0
-3,9
18,5
-8,2
Junio
2,9
14,0
-9,1
18,3
-12,7
Julio
2,8
14,5
-9,0
17,5
-12,9
Agosto
4,8
15,7
-6,5
18,8
-11,3
Septiembre
6,9
17,7
-4,0
18,6
-8,5
Octubre
9,1
19,4
-0,8
22,4
-7,5
Noviembre
11,2
19,9
2,7
23,0
-3,0
Diciembre
11,6
19,7
3,3
22,8
-2,1
Promedio
8,1
17,3
-1,3
20,1
-5,7
Tabla 1.2. Temperatura Máxima y Mínima de la Zona de Influencia. Fuente: SENAMHI – Oruro. La Temperatura es variada teniendo como promedio 8.1 ºC., al año y temperaturas mínimas de -5.7 ºC., siendo la temperatura máxima de 20.1 ºC. En el territorio del Municipio de Uncía no cuenta con información climatológica actualizada solo se tiene datos del PDM (1997), la estación actualizada más cercana se tiene en el municipio más cercano de Llallagua los mismos se detallan en la Tabla 1.3.:
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12
Proyecto de Grado
Ene
Feb
Mar
Abr
May
Jun
Jul
Ago
Sep
Oct
Nov
Dic
Promedio Anual
Tº Media extrema
2.00
1.10
2.20
1.50
-3.00
-5.20
-6.30
-3.20
-2.90
2.50
1.50
1.30
-0.71
Tº Mínima media
3.60
4.10
3.50
2.60
-0.20
-3.60
-2.10
-1.50
0.10
1.00
2.70
2.80
1.08
Tº Media ambiente
9.10
10.50
7.70
8.20
7.10
5.60
6.40
7.70
7.20
7.50
9.60
9.30
7.99
Tº Máxima media
16.10
17.00
15.20
13.80
14.50
14.80
15.00
17.00
14.30
17.20
18.20
16.60
15.81
Tº Máxima extrema
19.40
18.90
19.20
17.70
16.20
16.60
17.10
18.00
17.10
18.70
16.40
16.90
17.68
Tº Máxima mínima
8.00
8.00
7.00
4.00
2.00
2.00
6.00
6.00
9.00
8.00
8.00
8.00
6.33
Tº Altiplano máxima
11.00
11.00
10.00
11.00
9.00
6.00
10.00
8.00
12.00
12.00
11.00
12.00
10.25
Precipitación Pluvial
27.70
100.20
87.80
22.10
7.20
5.10
3.60
8.60
21.20
34.30
60.30
105.50
40.30
FACTOR
Total Anual
483.6
Tabla 1.3. Información Climatológica de Llallagua. Fuente: Estación Llallagua, Universidad Nacional de Siglo XX.
En general el clima es frío y semi seco por estar comprendido en las alturas de 3150 a 4500 msnm. Con una temperatura de -4.9º C en época de invierno y una máxima extrema de 22.8ºC y una media anual de 7.3ºC a 11.6ºC.
Para un periodo de 11 años de registro meteorológico del municipio de Uncía se tiene el resumen en la Tabla 1.4.: FENOMENO Promedio de precipitación anual
INFORMACIÓN 465.1 mm/año
Promedio de temperatura máxima extrema
20.4º C
Promedio de temperatura mínima extrema
-0.2º C
Vientos promedio del Noreste Evapotranspiración potencial, total anual
3.3 nudos 1,902.5 mm/año
Tabla 1.4. Registro Meteorológico del Municipio de Uncía. Fuente: INE – Uncía (Registro meteorológico del municipio de Uncía 2007). b) Riesgos Climáticos La zona de influencia presenta factores climáticos adversos, teniendo a consecuencia de ellos una producción agrícola mínima con poco excedente económico. Los factores climáticos tienen mucha importancia en las actividades económicas de la región, teniendo una dependencia directa para la producción agropecuaria, estos agentes
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se enuncian a continuación: Vientos. Existe presencia de vientos helados provenientes del norte dirigido hacia el sur, con la velocidad más alta en el mes de Junio (3.2 Km./h). Estos vientos incrementan la evaporización y disminuyen la humedad relativa del medio ambiente, con el recorrido que se realizó se pudo evidenciar que los constantes vientos hacen que la capa arable sea más débil y por consecuencia trae la erosión de las tierras fértiles. En la parte de la cordillera los vientos son más fuertes por las profundas depresiones que actúan como en cañadones. En cambio en la zona de la planicie los vientos tienen mayor intensidad principalmente en los lugares arenosos y de regular intensidad en los territorios donde existen elevaciones de poca altura como colinas y serranías. El Rayo. Es un fenómeno negativo, más frecuente en la época de verano y parte de otoño especialmente en los meses de Enero a Mayo con pronunciadas tormentas eléctricas causando destrozos y desgracias en las zonas. Este fenómeno es inevitable debido a la ausencia de árboles en casi toda la región que servirían como pararrayos naturales, además de la ausencia o falta de pararrayos construidos en lugares elevados. Las Heladas. Es el fenómeno más negativo que afecta a la producción agrícola y pecuaria. La helada tiene dos orígenes: Por el desplazamiento de aire frío de la Cordillera Occidental que produce una masa de aire helado y con mayor presencia en los meses de Mayo a Agosto; se origina también por la radiación o pérdida de calor del suelo que se produce casi todos los meses del año, especialmente en Enero y Febrero. Las heladas casi siempre conjugan su acción con la sequía; además el cambio brusco de temperaturas al alba es el más responsable de los daños a las actividades agropecuarias que las bajas temperaturas en sí, lo que explica el efecto dañino de las heladas particularmente en las zonas planas de pie de monte y en la cordillera su efecto es localizado. Las Granizadas.
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La importancia de la granizada reside en los daños considerables que producen en la producción agropecuaria, debido al impacto físico con bastante intensidad y en forma muy localizada. El periodo donde se produce con mayor frecuencia es en verano (Diciembre, Enero y Febrero), según las estaciones meteorológicas en toda la región de influencia se produce de 5 a 10 días de granizo por año. Estas inclemencias por lo general perjudican a los cultivos principalmente a la papa y a los pastos nativos, causando la ausencia de la floración y formación de semillas; por otro lado la granizada afecta al ganado camélido ocasionando la muerte de las crías recién nacidas que lamentablemente es la época de parición. Las Sequías
Los meses que presentan sequía son: Junio, Julio, Agosto, Septiembre, Octubre, Noviembre y a veces Diciembre, en los últimos dos meses la temperatura se va incrementando, esto permite que los pastizales empiecen a rebrotar, además coincide con la época de siembra, sin embargo el déficit hídrico y la poca fertilidad de la tierra hace difícil realizar la misma, ya que la germinación no es adecuada puesto que todos los terrenos para cultivo carecen de riego.
Inundaciones. Este fenómeno causado por aumento del caudal de los ríos de la zona de influencia, origina inundaciones a los largo de su curso y en las riberas, ocasionando daños a los pastizales nativos con el aumento de la erosión y con disminución de áreas de pastoreo.
1.3.5. Suelo En un análisis preliminar de inspección del lugar, se determina el predominio del material granular con referencia al suelo fino, habiendo suelos areno limosos y arcillosos pero en mucha menor cantidad con respecto al material granular. Sobre esta base de información a lo largo del trazo se dará el conocimiento principal de la clasificación y la determinación de sus propiedades físico-mecánicas y determinar la aptitud de los materiales que constituye
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la subrasante natural en el trazo, así mismo de los Bancos de Préstamo disponibles en la zona. 1.3.6. Recursos Hídricos La región posee recursos hídricos limitados por estar dentro del altiplano y por la escasa precipitación pluvial. a) Cuencas y Sub - Cuencas
El recurso hídrico más importante proviene de dos fuentes; el río Huchusuma que delimita la zona central y norte, cuyo caudal en época de estiaje es de aproximadamente 40 lt/seg., con un pH ligeramente salino, cuyas aguas son aprovechadas para riego de cultivos y consumo del ganado; y el río Tacagua que en época de estiaje su cauce es mínimo, porque sus aguas se retienen en la represa, aguas utilizadas para el riego de la pampa. Otra fuente de agua es el Lago Poopó aunque su uso agrícola es nulo.
Por otra parte, en la zona existe el sistema de riego N°2 Tacagua, la segunda más grande e importante del país, cuyo estudio, diseño y la construcción se efectúo entre 1957 y 1961, inicialmente fue diseñada para una capacidad de 37 millones de metro cúbicos, en la actualidad sólo se almacenan 26 millones de metro cúbicos, constituyendo una obra de riego de gran magnitud con fines agrícolas; cuyo objetivo principal, fue la introducción de variedades de trigo blando. Sin embargo, con el tiempo se observa el cambio de actitud de los usuarios y se inicia la siembra de forrajes introducidos como la alfalfa, cebada y avena, para la alimentación del ganado bovino y ovino.
La Tabla 1.5. Detalla los principales ríos del Municipio de Challapata:
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RIOS
RIOS - LAGOS
Huancarani
Río Verde
Tolapalca
Esquillani
Crucero
Malliri Lupjati Ancasiri
Pachori
Huachacalla 1 y 2
Cruce Aguas Calientes
Toro
Huaylla Vinto Ancacato
Lluspina (Ancacato)
Huchusuma- Pucara
Torompalca
Cachuyo
Mamanicollo
Huchusuma Tadeo
Challuma
Cañavi
Patacuyo Ilave Chico
Tacagua
Jireroma
Capaj Amaya- Laramcota
Pequereque 1 y 2
Cahuallli
Senka
Catariri
Sacari
Changara
Condorpujio
Cayachata Poqueriri
San Pedro Puni
Berenguela
Quimsa kurusa
Churacani
Sincoma
Antacollo
Tantatampo
Collana
Vilaque
Milluri
Kalajawira
Cosmine
Rosario
Morrocoy
Pilcomayo
Anaya Khullku
Lago Poopó
Tabla 1.5. Principales Ríos del Municipio de Challapata. Fuente: PDM Challapata.
Los Ríos que se encuentran en el municipio de Uncía, en su mayoría son temporales y se origina en las zonas de altura o serranías. Los ríos del Municipio desembocan en dos importantes cuencas: del lago Poopó y del río Chayanta que se muestra en la Tabla 1.6.:
Cuenca
Sub-cuencas ó afluentes 1º afluente nace en las alturas del Ayllu Chullpa: Río Murata. 2º afluente nace en las alturas de la comunidad
Cuenca del Río Chayanta, formado por tres ríos o afluentes, cada uno con sus afluentes menores.
Siwinkani del Ayllu Chullpa 3º afluente nace en comunidades del Ayllu Laymi, tiene un curso de sur a norte hasta llegar a la Represa
El Tranque; cambia su rumbo hacia el
noreste recorre el territorio Sikuya donde recibe el nombre de Río Tranque hasta unirse con el Río Qullcha. Cuenca central, formada por tres subcuencas que se unen hasta desembocar en el Río Chayanta.
La segunda subcuenca nace en las alturas del Cerro Chayaquiri entre los ayllus Chullpa y Karacha. 1º afluente Sila Qullu nace en la vertiente norte en
Cuenca del Poopó, formado por dos afluentes el Ayllu Chullpa, con un curso de sur a norte hasta
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principales
desembocar al Lago Poopó. 2º La vertiente del sud nace con el nombre de Jan’u Chhaka, en las alturas del Cerro Jira Qullu del Ayllu Chullpa, siguiendo su curso de norte a sur en territorio Chullpa recibe el nombre de Wintilla.
Tabla 1.6. Sub Cuencas o Afluentes. Fuente: PDMs Municipios área de influencia.
1.4. MEJORAMIENTO DE ESTÁNDAR DEL CAMINO
Este mejoramiento de estándar implica:
Verificación de las condiciones geométricas del camino existente y sobreanchos de la plataforma manteniendo el trazo original del camino.
Conformación de sub – base granular (material del camino existente y préstamo lateral), base granular chancada (material de bancos de préstamo) y doble tratamiento superficial (asfalto cortado aplicado en caliente y material chancado de bancos de préstamo) ; [Método Convencional]:
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Reciclado con
emulsión asfáltica in situ
(material granular del camino existente y
préstamo lateral) con la recicladora Wirtgen WR 2500, riego capa superficial delgada (riego de emulsión asfáltica con gravilla o arena de préstamo lateral).
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LA RECICLADORA WIRTGEN WR 2500
1.5. OBJETIVOS Y METAS DEL PROYECTO.
1.5.1. Objetivo General Diseñar y mejorar el estándar de las condiciones estructurales del pavimento y verificar la geometría del camino “Ocurí – Uncía”, aplicando dos métodos de diseño de pavimentos: convencional y no convencional en Bolivia (reciclaje in situ del material del camino existente con emulsión asfáltica).
1.5.2. Objetivos Específicos
Verificar la geometría del camino Ocurí – Uncía para la intercomunicación de las poblaciones de Ancacato – Ocurí – Cuchillani -Mira Flores - Uncía y también con la Ciudad de Oruro y Potosí.
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Diseñar la alternativa del pavimento por el método no Convencional de Estudio (reciclaje in situ del material del camino existente con emulsión asfáltica), conformado con la ayuda de la Recicladora Wirtgen WR 2500
Diseñar comparativamente el pavimento por el método convencional (capa base y doble tratamiento superficial).
Comparar los diseños finales, tanto para el método convencional y el método no convencional de diseño del pavimento.
Elegir la mejor alternativa de diseño del pavimento del camino Ocurí – Uncía, tomando en cuenta la economía y el medio ambiente.
1.5.3. Metas
Aplicar el manual de diseño geométrico de carreteras de la Administradora Boliviana de Carreteras (A.B.C.), realizado en el programa computacional Autodesk Land Desktop, para los 41 Km aprox. De plataforma de acceso.
Ofrecer una metodología de diseño de pavimentos reciclados con (emulsión asfáltica), realizando los ensayos de laboratorio y cálculos según: “EL MANUAL DE ENSAYOS DE SUELOS Y MATERIALES ASFALTOS”, Administradora
Boliviana
de
Carreteras
(A.B.C.)
y
“ASPHALT
RICYCLED MATERIAL MANUAL” (MANUAL DE MATERIAL RECICLADO CON ASFALTO), Wirtgen (2004), en correlación con las Normas A.S.T.M. y A.A.S.H.T.O.
Analizar los costos que implicaría en mejoramiento de estándar de la vía con el uso de un equipo reciclador Wirtgen WR 2500 y con equipo convencional.
Analizar la adquisición de un equipo reciclador para Bolivia.
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CAPITULO 2 ESTUDIOS PRELIMINARES DEL PROYECTO
2.1. INTRODUCCIÓN Los estudios preliminares del proyecto son: los estudios técnicos necesarios para comenzar el Diseño y Mejoramiento de Estándar del Camino, y se refiere a: características de los suelos, topografía, tráfico y drenaje a lo largo del camino de estudio.
2.2. ESTUDIO DE SUELOS
Se presenta en la Tabla 2.1. El resumen general de los suelos a lo largo del camino y los porcentajes existentes de los mismos con referencia al Total de la longitud del tramo.
Suelo
Grupo
A-1
Subgrupo
N° de muestra
Porcentaje
A-1a
12
54.5
A-1b
3
13.6
A-2-4
2
9.1
1
4.6
1
4.6
3
13.6
Porcentaje
A-3 Granulares A-2
81.8
A-2-5 A-2-6 A-2-7
A-4 A-5 Finos
A-6
18.2
A-7-5 A-7 Total muestras
A-7-6 22
100
100
Tabla 2.1. Resumen general de Suelos a lo largo del camino. (Fuente: SEPCAM – Oruro).
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Según el cuadro se determina el predominio del material granular con referencia al suelo fino, sobre esta base de información a lo largo del trazo se da el conocimiento principal de la clasificación y la determinación de sus propiedades físico-mecánicas y determinar la aptitud de los materiales que constituye la superficie de Rodado del Camino Existente en el trazo. Lo cual se verificó con una inspección de Campo realizada a la fecha por el Proyectista para realizar el Diseño y Mejoramiento de Estándar del Camino, lo cual se justifica en el ANEXO H Memoria Fotográfica.
A continuación se muestra la Tabla 2.2. Con las progresivas de ubicación a las que pertenecen este tipo de suelo, de acuerdo a la clasificación realizada.
CLASIFICACIÓN DEL SUELO
Pertenecen a este grupo los suelos del tipo: fragmentos de piedra grava y arena, porcentaje que pasa el tamiz Nº 10 no mayor al 50%, tamiz Nº 40 no mayor al 30%, y el tamiz Nº 200 no mayor al 15%, con índice Plástico no mayor a 6%.
CARACTERÍSTICAS
PROGRESIVAS UBICACIÓN
A- 1a
DE
18+440
22+440
30+440
42+440
TERRENO
20+440
24+440
30+440
46+440
22+440
28+440
32+440
57+940
NATURAL CLASIFICACIÓN DE SUELO
A- 1b
CARACTERÍSTICAS
PROGRESIVAS UBICACIÓN
Pertenecen a este grupo los suelos del tipo: fragmentos de piedra grava y arena, porcentaje que pasa el tamiz Nº 40 no mayor al 50%, tamiz Nº 200 no mayor al 25%, con índice Plástico no mayor a 6%. DE
38+440
TERRENO
40+440 54+440
NATURAL CLASIFICACIÓN DEL SUELO
Pertenecen a este grupo los suelos del tipo: Grava y Arena Limosos y arcillosos porcentaje que pasa el tamiz Nº 200, no mayor a 35%, limite liquido menor a 4%, con índice Plástico menor a 10 %.
CARACTERÍSTICAS PROGRESIVAS UBICACIÓN
A 2– 4
DE
50+440
TERRENO
56+440
NATURAL
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CLASIFICACIÓN DEL SUELO
CARACTERÍSTICAS PROGRESIVAS DE UBICACIÓN
A 2– 7 Pertenecen a este grupo los suelos del tipo: Grava y Arena Limosos y arcillosos porcentaje que pasa el tamiz Nº 200, no mayor a 35%, limite liquido mayor a 41%, con índice Plástico mayor a 11 %. 44+440
TERRENO NATURAL A–4
CLASIFICACIÓN DEL SUELO CARACTERÍSTICAS PROGRESIVAS DE UBICACIÓN
Pertenecen a este grupo los suelos del tipo: Limosos, porcentaje que pasa el tamiz Nº 200, mayor a 36%, limite liquido menor a 40%, índice plástico menor a 10%, con un índice de grupo no mayor a 8%. 48+440
TERRENO NATURAL A–6
CLASIFICACIÓN DEL SUELO CARACTERÍSTICAS
Pertenecen a este grupo los suelos del tipo: Arcillosos, porcentaje que pasa el tamiz Nº 200, mayor a 36%, limite liquido menor a 40%, índice plástico mayor a 11%, un índice de grupo no mayor a 16 %.
PROGRESIVAS DE UBICACIÓN
26+440
TERRENO
34+440 36+440
NATURAL
Tabla 2.2. Clasificación y ubicación de suelos. (Fuente: SEPCAM – Oruro).
2.2.1. Nivel Freático De los sondeos efectuados mediante calicatas se detectó el nivel freático a 0.60 y 0.80 m, en las progresivas. 26+440 y 32+440, respectivamente y filtraciones en la progresiva 42+440.
2.2.2. Ensayos de Verificación de Suelos Son los ensayos necesarios para la verificación y caracterización, para así conocer las condiciones óptimas de mezclado con Emulsión Asfáltica. 2.2.2.1. Descripción e Identificación de Suelos (Procedimiento Visual y Manual) (S0101) (ASTM D2488)
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DIFERENCIAS IMPORTANTES ENTRE GRAVAS, ARENAS, LIMOS Y ARCILLAS:
Identificación de Suelos Finos en el Campo: Posteriormente a quitar las partículas mayores del tamiz de 0,425 mm (Nº 40), se prepara una pastilla de suelo húmedo de aproximadamente 10cm3, debiendo añadirse un poco de agua de manera de tener el suelo suave pero no pegajoso. 1. Dilatancia (reacción al agitado): Colocar la pastilla en la palma y agitar horizontalmente, golpeando vigorosamente varias veces contra la otra mano. Una reacción positiva consiste en la aparición de agua en la superficie de la pastilla, la cual cambia adquiriendo una apariencia de hígado y se vuelve lustrosa. Cuando la pastilla se oprime entre los dedos, el agua y el lustre desaparecen de la superficie, la pastilla se vuelve tiesa y finalmente se agrieta o desmorona. la rapidez de la aparición del agua durante el agitado y de su desaparición durante la opresión sirve para identificar el carácter de los finos de los suelos. a) De reacción rápida, cuando el proceso descrito acontece muy rápidamente (ejemplos: arena fina, arena fina limosa, grava limosa). b) De reacción lenta, cuando el proceso descrito acontece muy lentamente (ejemplos: limo arcilloso, limos, arena arcillosa). c) Sin reacción alguna, cuando el proceso descrito no se presenta (ejemplos: arcilla limosa, arcilla)
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2. Resistencia en estado seco (característica al rompimiento): Se moldea un cilindro de suelo de 2,5cm de diámetro por 2,5cm de altura hasta alcanzar una consistencia de masilla. Se deja secar la pastilla totalmente en un horno, al sol o al aire y se prueba su resistencia rompiéndola y desmoronándola entre los dedos. Esta resistencia es una medida de la fracción coloidal que contiene el suelo. La resistencia en estado seco aumenta con la plasticidad. a) Sin resistencia en estado seco, cuando el suelo seco no se descompone prácticamente (ejemplos: gravas, arenas, mezclas de gravas y arenas). b) Baja resistencia, cuando el suelo seco se desintegra en pequeños pedazos (ejemplos: limos, mezclas de limos y arenas finas). c) Alta resistencia en estado seco, cuando es altamente des integrable, (ejemplos: arcillas, arcillas limosas, arcillas con bajo contenido de finos arenosos). 3. Tenacidad (consistencia cerca del límite plástico): Se moldea un espécimen de 10 cm3 hasta alcanzar la consistencia de masilla, la muestra se rola a mano sobre una superficie lisa, hasta hacer un rollito de 3mm, se amasa y se vuelve a rolar varias veces hasta que se ponga el espécimen tieso, donde pierde su plasticidad y se desmorona cuando alcanza su límite plástico. a) Plasticidad baja, cuando se rola e inmediatamente se desmorona (ejemplos: limos, arenas arcillosas). b) Plasticidad media, cuando se rola el suelo y el rollito al ser presionado con los dedos se deshace inmediatamente (ejemplos: mezclas de arcillas y limos, arenas arcillosas). c) Plasticidad elevada, cuando se rola el suelo y al ser presionado el rollito no se quiebra ante una presión del dedo fuerte (ejemplo: arcilla). Informe: a) Se realizó una inspección visual a lo largo del tramo del proyecto. b) Aplicando este método se observó predominantemente suelos compuestos por grava y arena principalmente con un bajo contenido de Finos. (Ver Figura 2.1.), además del ANEXO G.
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Fig. 2.1. Vista del Terreno predominante a lo largo del Tramo del Proyecto.
2.2.2.2. Recomendaciones Generales para Suelos y sus Aplicaciones como Materiales de Construcción (S0102)
Objeto: Estas especificaciones definen las calidades y graduaciones de mezclas de arena arcillas; gravas o escorias seleccionadas; arenas o material triturado proveniente de pétreos o escorias o cualquier combinación de estos materiales, para ser utilizados como subbases, bases y capas de rodadura. Estos requerimientos son aplicables únicamente a materiales que tienen densidades netas entre 2.000 y 3.000 Kg./m3 y absorciones y graduaciones características. Requerimientos generales: Los áridos gruesos, retenidos sobre tamiz 4,75mm (N°4), deben ser partículas resistentes,
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durables, constituidas de fragmentos de roca, grava o escorias. Materiales que se quiebran con los ciclos alternados de hielo -deshielo y humedad – sequedad, no deben ser usados. Los áridos finos, que pasan por tamiz 4,75mm (N°4), deben estar constituidos por arenas naturales o trituradas y por partículas minerales que pasan por tamiz 0,075mm (N°200). Las fracciones que pasan por tamiz 0,075mm (Nº 200) no deberán ser mayores que los dos tercios de la fracción que pasa por tamiz 0,475mm (Nº40). Los límites de consistencia de la fracción que pasa por tamiz 0,475mm estarán conformes a lo indicado en la Tabla 2.4. Todo el material deberá estar libre de materias orgánicas y terrones de arcillas. La graduación de los materiales deberá estar conforme con los requerimientos de la Tabla 2.3.
Tabla 2.3. Límites de Consistencia o de Atterberg.
Materiales para Subbase: Los materiales para subbase deberán cumplir con los requerimientos estipulados en “Requerimientos generales” y en “Materiales para subbase” y con la graduación TM-50a de la Tabla 2.4. En cuanto a las propiedades mecánicas, el material deberá tener un soporte CBR mayor o igual a 40% y la fracción gruesa deberá tener una resistencia al desgaste, medida por el ensaye de Los Ángeles de no más de 40%. Nota 1: En zonas heladas se deben reconsiderar los límites de Atterberg y el material bajo 0,08 mm, previo estudio de las condiciones locales. Materiales para Base Granular: Los materiales para base granular (estabilización hidráulica) cumplirán con los requerimientos indicados en “Requerimientos generales” y en “Materiales para subbase”. Las granulometrías deberán ajustarse a una de las siguientes bandas: TM-50b, TM-50c o
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TM-25 de la Tabla 2.4.; el porcentaje de chancado, no deberá ser menor que 50%. Cuando el material se use como base para tratamiento superficial doble el contenido mínimo de chancado será de 70%, su tamaño máximo absoluto será de 40 mm. y su Índice de Plasticidad máximo será de 4%, salvo que el proyecto estipule otro valor, debidamente justificado, el que en ningún caso podrá exceder el 6 %. En cuanto a las propiedades mecánicas, el material deberá tener un soporte CBR ≥ 80%; la fracción gruesa deberá tener una resistencia al desgaste, medida por el ensaye de Los Ángeles, de no más de 35%. En caso de tratamiento superficial doble, el soporte deberá ser CBR ≥ 100% ver nota 1. Nota 2: Cuando se emplea como subbase de pavimento de hormigón, el soporte deberá ser CBR ≥ 50%. Materiales para Carpeta de Rodadura: Cuando se prevea que la carpeta de rodadura va a quedar expuesta por varios años, sin una protección asfáltica, el material deberá cumplir con los requerimientos de “Requerimientos generales” y de “Materiales para carpeta de rodadura”, con un contenido mínimo de chancado de 50% y con la banda TM-40c. Nota 3: De acuerdo a circunstancias locales, previo estudio, se podrán variar el fino bajo 0,08 mm y los límites de consistencia. En cuanto a propiedades mecánicas, el material deberá tener un soporte CBR ≥ 60%. En zonas donde se permite efectuar el ensaye sin inmersión, este valor deberá ser del 80%. La fracción gruesa deberá tener una resistencia al desgaste, medida por el ensaye de Los Ángeles, de no más de 30%. Base Granular Tratada con Cemento (GTC): Los materiales para GTC deberán cumplir con los requerimientos de “Materiales para base granular” y con una de las siguientes bandas granulométricas: TM-50c con tamaño máximo absoluto de 40mm o TM-25. Los materiales podrán ser sólo seleccionados, siempre que cumplan con una resistencia característica a la compresión a 7 días de 2,5 MPa. Base Tratada con Cemento (BTC): Los materiales para BTC deberán cumplir con lo establecido en ”Base tratada con cemento (BTC)”, a excepción de las partículas chancadas, cuyo porcentaje deberá ser mayor que
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50% y de la resistencia a la compresión, que debe ser de 4,5 MPa, con una dosis mínima de 5% de cemento. Base Abierta Ligada (BAL): Los materiales deberán cumplir con los requisitos del punto “Requerimientos generales” y con la banda granulométrica TM-40a. Las partículas deben ser 100% chancadas y tener una resistencia al desgaste, medida por el ensaye de Los Ángeles, no mayor que 35%.
Contenido de Humedad: Todos los materiales contendrán una humedad igual o ligeramente mayor que la óptima, necesaria para asegurar la densidad de diseño requerida.
Tabla 2.4. Bandas Granulométricas para Sub-base, Bases y Capas de Rodadura.
Base Tratada con Cemento Asfáltico o Emulsión Asfáltica (Base Negra): Los ensayos tanto de Áridos, Emulsión asfáltica y de la Mezcla para el Diseño se realizarán de acuerdo al Procedimiento del Manual Técnico de la (A.B.C.) referido a la AASHTO y ASTM, pero ya que este Manual no ofrece una especificación de requisitos que deben cumplir los materiales para una Base Tratada con Cemento Asfáltico o Emulsión Asfáltica (Base Negra), se acudió a la Norma Mexicana N·CMT·4·02·003/04 de la Secretaria de Comunicaciones y Transportes (S.C.T.) y la Norma Brasilera (N.B.R.) referida a la AASHTO y ASTM para la Emulsión Asfáltica del fabricante “GRECA ASFALTOS”.
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El material pétreo cumplirá con las características granulométricas que se establecen en la Tabla 2.5 y se muestran en la Figura 2.2, con los requisitos de calidad que se indican en la Tabla 2.6 de la Norma Mexicana N·CMT·4·02·003/04 de la Secretaria de Comunicaciones y Transportes (S.C.T.) en función de la intensidad del tránsito en términos del número de ejes equivalentes acumulados, de ocho coma dos (8,2) toneladas, esperado durante la vida útil del pavimento (ΣL). La curva granulométrica del material pétreo, tendrá una forma semejante a las de las curvas que se muestran en la Figura 2.2 de esta Norma, sin cambios bruscos de pendiente. El tamaño máximo permisible del material pétreo no será mayor de treinta y siete coma cinco (37,5) milímetros (1½”) ni de dos tercios (⅔) del espesor de la capa de base asfáltica compacta.
[1] ΣL = Número de ejes equivalentes acumulados, de 8,2 t, esperado durante la vida útil del pavimento.
Tabla 2.5. Requisitos de Granulometría del Material Pétreo para Bases Tratadas con Cemento Asfáltico o Emulsión Asfáltica (Bases Negras).
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Fig. 2.2. Zonas Granulométricas recomendables del Material Pétreo para Bases Tratadas con Cemento Asfáltico o Emulsión Asfáltica de Mezcla Asfáltica (Bases Negras).
[1] ΣL = Número de ejes equivalentes acumulados, de 8,2 t, esperado durante la vida útil del pavimento. [2] Determinado mediante el procedimientos de prueba que corresponda, de los Manuales que se señalan en la Cláusula C. de esta Norma.
Tabla 2.6. Requisitos de Calidad del Material para Bases Tratadas con Cemento Asfáltico o Emulsión Asfáltica (Bases Negras)
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Informe: a) En el caso particular del proyecto se realizará un diseño de una base tratada con emulsión asfáltica, utilizando el material pétreo del camino existente. b) Los ensayos de control de calidad del material pétreo deberán cumplir con todo lo especificado en: Tabla 2.5, Tabla 2.6 y Figura 2.2. de la Norma Mexicana N·CMT·4·02·003/04 de la Secretaria de Comunicaciones y Transportes (S.C.T.). Ensayos realizados en los posteriores incisos. c) Los ensayos de control de calidad de la emulsión asfáltica deberán cumplir con todo lo especificado en: la Norma Brasilera (N.B.R.) referida a la AASHTO y ASTM para la emulsión asfáltica del fabricante “GRECA ASFALTOS”. d) Los ensayos de diseño de la mezcla deberán cumplir con todo lo especificado en: Manual Técnico de la (A.B.C.) referido a la AASHTO y ASTM con apoyo de la Norma Mexicana N·CMT·4·02·003/04 de la Secretaria de Comunicaciones y Transportes (S.C.T.). 2.2.2.3. Conservación y Transporte de Muestras de Suelos (S0201) (ASTM D4220)
Objeto: Este método establece métodos para la conservación de las muestras inmediatamente después de obtenidas en el terreno, así como para su transporte y manejo. Puede implicar, igualmente, el manejo y transporte de muestras de suelos contaminadas con materiales que ofrecen riesgo y de muestras que pueden estar sometidas a cuarentena.
Uso y Significado: El empleo de los diferentes métodos descritos en este método, depende del tipo de muestras obtenidas, del tipo de ensayo y de las propiedades de ingeniería requeridas, de la fragilidad y sensibilidad del suelo, y de las condiciones climáticas. En todos los casos, el objeto primordial es el de preservar las condiciones propias de cada muestra. Los métodos aquí descritos fueron inicialmente desarrollados para muestras de suelo que han de ensayarse para obtener las propiedades de ingeniería; sin embargo, ellos también pueden aplicarse a muestras de suelo o de otros materiales, para otros fines.
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El tipo de materiales y de recipientes requeridos, depende de las condiciones y requerimientos enunciados para los grupos A a D y también del clima, del medio de transporte y de la distancia. Equipos y Materiales: a) Parafina para sellado, puede ser: parafina, cera micro cristalina, cera de abejas, o una combinación de las mismas. b) Discos de metal, de alrededor de 2 mm (1/16") de espesor y con un diámetro ligeramente menor que el diámetro interno del tubo, muestreador o anillo, y para utilizarlos conjuntamente con parafina, tapas y cinta, o ambos. c) Discos de madera, encerados previamente, de 25 mm (1") de espesor y con un diámetro ligeramente menor que el diámetro interior del muestreador o el del tubo. d) Cinta, ya sea plástica a prueba de agua, adhesiva de fricción, o de pegar tubos. e) Estopa de algodón, para emplear con parafina en capas alternadas. f) Tapas, ya sean plásticas, de caucho o de metal, para colocar en los extremos de los tubos de pared delgada, muestreadores con anillos, junto con cinta o parafina. g) Empacadores, empleados para sellar los extremos de la muestra, dentro de los tubos de pared delgada. Nota 1: Se prefieren empacadores de plástico dilatables. Los empacadores dilatables metálicos sellan igualmente bien; sin embargo, en almacenamientos a largo plazo, pueden causar problemas de corrosión. h) Frascos, de boca ancha, con tapa y anillo de caucho o tapa con un papel sellante, y de un tamaño adecuado para recibir confortablemente la muestra, comúnmente de 250 ml, 500 ml, y 1.000 ml. i) Bolsas, ya sean plásticas, de fique, fibra, lona, etc. j) Empaque.- Material para proteger contra vibraciones y choques. k) Aislamiento, ya sea polietileno expandido, burbujas plásticas o del tipo de espuma, que resista cambios de temperatura perjudiciales para el suelo. l) Cajas, para el transporte de muestras de bloque cúbico y elaboradas con tablas de 13 a 19 mm (½ a 3/4") de espesor. m) Cajas cilíndricas, un poco más largas que los tubos de pared delgada. n) Cajas para transporte, de construcción apropiada para protección contra choques y
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vibraciones. Nota 2: Deben observarse las limitaciones de longitud, embalaje y peso para el transporte comercial. o) Material para la identificación.- Incluye los elementos necesarios, tales como rótulos y marcadores para identificar adecuadamente la (s) muestra (s). Precauciones: La preservación y el transporte de muestras de suelos pueden implicar el contacto con materiales, equipos, u operación, que conllevan algún riesgo. Es de responsabilidad de quien utilice este método, consultar y establecer medidas de seguridad y sanidad apropiadas y determinar la posibilidad de aplicar limitaciones reglamentarias antes de su empleo. Instrucciones especiales, descripciones, y marcas en las cajas, deben incluirse en cualquier muestra que pueda contener materiales radioactivos, tóxicos o contaminantes. Procedimiento: 1. Para todas las muestras.- Identifíquense apropiadamente las muestras con membretes, rótulos y marcas, antes de transportarlos, en la siguiente forma: a) Nombre o número de la obra, o ambos. b) Fecha del muestreo. c) Muestra/número y localización de la perforación. d) Profundidad o elevación, o ambas. e) Orientación de la muestra. f) Instrucciones para transporte especial o manejo en el Laboratorio, o ambas, incluyendo la forma como debe quedar colocada la muestra. g) Datos del ensayo de penetración si son aplicables. 2. Transpórtense muestras en cualquier clase de caja mediante cualquier medio de transporte disponible. Si se transportan comercialmente, el recipiente sólo necesita cumplir con las exigencias mínimas de la agencia transportadora y con los restantes requisitos para asegurarse contra la pérdida de la muestra. Grupo A:
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3. Estas muestras deberán conservarse y transportarse en recipientes o empaques sellados a prueba de humedad, todos los cuales deberán ser de espesor y resistencia suficientes para evitar su rotura. Los recipientes o empaques pueden ser bolsas plásticas, frascos de vidrio o de plástico (suponiendo que sean a prueba de agua), tubos de pared delgada, y anillos. Las muestras cúbicas y cilíndricas pueden envolverse en membranas plásticas adecuadas, en papel de aluminio, o ambas (Véase Nota 3) y cubrirse con varias capas de parafina, o sellarse con varias capas de estopa y parafina. 4. Estas muestras pueden enviarse mediante cualquier medio disponible de transporte. Pueden remitirse como fueron preparadas o colocarse en recipientes más grandes, como costales, cajas de cartón o de madera, o canecas. Nota 3: Algunos suelos pueden perforar el papel de aluminio, debido a corrosión. En tales casos, evítese entonces el contacto directo. 5. Bolsas plásticas: Las bolsas plásticas deberán colocarse tan ajustadamente como sea posible alrededor de la muestra, expulsando todo el aire posible. El plástico deberá ser de 0,076 mm. (0.003") o más grueso para evitar escapes. 6. Frascos de vidrio o de plástico.- Si las tapas de los frascos no están selladas con anillos de caucho o con papel parafinado, las tapas deberán sellarse con parafina o con cinta aislante. 7. Tubos de pared delgada: a) Empaques ensanchables: El método preferido para sellar los extremos de las muestras dentro de los tubos es con empaques plásticos que pueden dilatarse. b) Discos parafinados: Para un sellamiento a corto plazo, la parafina es aceptable; a largo plazo (más de 3 días), deben emplearse ceras microcristalinas o combinadas con 15% de cera de abejas o resinas para una mejor adherencia a la pared del tubo y para reducir la contracción. Varias capas delgadas de parafina son mejores que a una capa gruesa. El espesor final deberá ser de 10 mm (0.4"). c) Tapas de los extremos. Las tapas en los extremos de metal, caucho o de plástico, deberán sellarse con cinta. Para almacenamiento a largo plazo (más de 3 días), deberán también parafinarse, aplicando dos o más capas. d) Estopa de algodón y parafina.- Capas alternadas (un mínimo de dos de cada una) de
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estopa y parafina, pueden emplearse para sellar cada extremo del tubo y para estabilizar la muestra. Nota 4: Cuando sea necesario, deberán colocarse separadores o material adecuado de empaque, o ambos, antes de sellar los extremos del tubo, para proporcionar el confinamiento debido. 8. Alienadores o camisas delgadas de anillos: Véanse los literales c) y d) anteriores.
9. Muestras expuestas: Grupo B: 10. Las muestras cilíndricas, cúbicas u otras muestras envueltas en plástico, como polietileno y polipropileno u hojas delgadas de papel de estaño o aluminio, etc., deberán protegerse posteriormente con un mínimo de tres capas de parafina. 11. Las muestras cilíndricas y cubos envueltos en estopa y parafina, deberán sellarse con un mínimo de tres capas de cada una, colocadas alternadamente. 12. Las muestras en cajas de cartón deben empacarse en tal forma, que la parafina pueda vaciarse completamente alrededor de la muestra. Generalmente, deberán envolverse las muestras en plástico o en papel de estaño o de aluminio, antes de parafinarse. Grupo C: 13. Estas muestras deben preservarse y sellarse en empaques como se indica en el aparte “Grupo B”. Adicionalmente, deberán protegerse contra choques, vibraciones y extremo calor o frío. 14. Las muestras transportadas por el personal del muestreo o del Laboratorio, o en la cabina de un vehículo automotor, necesitan colocarse solamente en cajas de cartón o en empaques similares, dentro de los cuales las muestras selladas encajen ajustadamente, evitando golpes, volcamientos, caídas, etc. 15. Para los demás métodos de transporte de muestras, incluyendo buses, encomiendas, camiones, barco, avión, etc., será necesario colocar las muestras selladas en cajas de madera, de metal, o de otro tipo adecuado, que proporcionen amortiguación o aislamiento. 16. El material de amortiguación (aserrín, caucho, polietileno, espuma de uretano, o material de resiliencia similar) deberá empacar completamente cada muestra. La amortiguación entre las muestras y las paredes de las cajas deberán tener un espesor
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mínimo de 25 mm (1"). Un espesor mínimo de 50 mm (2") deberá proporcionarse sobre el piso de la caja. 17. Cuando sea necesario, las muestras deberán remitirse en la misma posición como fueron tomadas. Por otra parte, pueden proporcionarse condiciones especiales, tales como, drenaje controlado o confinamiento suficiente del suelo, o una combinación de éstas.
Grupo D: 18. Deberán cumplir los requerimientos del grupo C más los siguientes: 19. Las muestras deberán manejarse manteniendo la misma orientación con que fueron muestreadas, inclusive durante el transporte, mediante marcas adecuadas sobre la caja de embarque. 20. Para todos los medios de transporte privado o comercial, el cargue, transporte y descargue de las cajas, deberán supervisarse en cuanto sea posible por una persona calificada. (Ingeniero de suelos, inspector, laboratorista o persona designada por el director de proyecto).
Cajas para Empaque: Las siguientes características deben incluirse en el diseño de la caja de empaque para los grupos C y D. a) Debe poderse volver a usar. b) Debe construirse en tal forma que la muestra pueda conservarse en todo momento, en la misma posición que cuando se hizo el muestreo. c) Deberá incluirse suficiente material de empaque para amortiguar y/o aislar los tubos de los efectos adversos de vibración y choque. d) Deberá incluirse suficiente material aislante para evitar excesivos cambios de temperatura. e) Cajas de madera. f) Es preferible la madera al metal.- Puede emplearse lámina exterior que tenga un espesor de 13 a 19 mm (½" a 3/4"). La tapa deberá ir abisagrada y cerrada con aldaba, y asegurada con tornillos. g) Los requerimientos de amortiguación se dan en el aparte “Grupo C”.
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h) Para protección contra variaciones excesivas de temperatura, toda la caja deberá forrarse con un aislamiento de espesor mínimo de 50 mm (2"). Cajas metálicas para despacho: Las cajas metálicas para despachos deberán tener incorporado material de amortiguación y aislante. Alternativamente, el efecto de amortiguación podrá lograrse con un sistema de suspensión de resorte o mediante cualquier otro medio que proporcione protección similar. Otros Recipientes: Pueden emplearse también cajas construidas con material de fibra de plástico o cartón reforzado. Informe: Los datos obtenidos en el campo deberán registrarse e incluirán lo siguiente: a) Nombre o número de la obra, o ambos. b) Fecha (s) del muestreo. c) Muestra/número (s) del sondeo y sitio (s). d) Profundidad (es) o elevación (es), o ambos. e) Orientación de la muestra. f) Posición del nivel freático, si lo hubiera. g) Método de muestreo y datos del ensayo de penetración, si fueren aplicables. h) Dimensiones de la muestra. i) Descripción del suelo (basado en la identificación visual de los Suelos). j) Nombres del Inspector/cuadrilla, Ingeniero de suelos, Jefe del Proyecto, etc. k) Condiciones Climáticas. l) Observaciones Generales.
Precisión: Este método únicamente proporciona información general y cualitativa, por lo cual no es aplicable una proposición general de precisión.
2.2.2.4. Procedimientos para la Preparación de Muestras de Suelos por Cuarteo (S0202) (AASHTO T248)
Objeto:
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Mediante estos procedimientos, se pueden dividir las muestras de suelos obtenidas en el campo, para obtener porciones que sean representativas y que tengan los tamaños adecuados para los diferentes ensayos que se necesite desarrollar. Hay procedimientos manuales y mecánicos; de acuerdo con el tamaño de la muestra de campo y el de la muestra requerida, se pueden aplicar los métodos que se describen más adelante.
Equipo: Cuarteador metálico para separación mecánica. Tendrá un número par de ductos de ancho igual, que no será menor de ocho (8) para suelos con partículas gruesas, o de doce (12) para suelos finos, los cuales descargan alternadamente a cada lado del muestreador. El ancho mínimo de cada ducto será aproximadamente cincuenta por ciento (50 %) mayor que la partícula más grande de la muestra que se va a cuartear. Estos se consiguen comúnmente con tamaños adecuados para partículas menores de 37.5 mm (1½"). Para materiales finos, el cuarteador debe tener ductos de 13 mm (½") de ancho para muestras con tamaño máximo de 9.5 mm (3/8"). El cuarteador está dotado de dos (2) recipientes, colocados uno a cada lado, para recibir las dos mitades de las muestras que pasan a través de él. También estará equipado con una tolva o recipiente de bordes rectos, el cual debe tener un ancho igual o ligeramente menor que el ancho total del conjunto de ductos, por el cual la muestra cae a una velocidad controlada hacia los ductos, sin restricciones o pérdidas de material. Rectángulo de lona, hule o tela plástica de 2.0 m x 2.5 m. Palas, cucharones, palustres y cucharas de diverso tamaño y forma. Escobas y cepillos. Regla enrasadora. Selección del Método: Dentro de los procedimientos para la preparación de muestras por cuarteo, se aplican los siguientes métodos: Método A: Cuarteo manual sobre muestras que pesan más de 10 kg, que se encuentran relativamente secas. Método B:
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Cuarteo manual sobre muestras que pesan menos de 10 kg. Método C: Utilizando los cuarteadores mecánicos cuando se trata de muestras que están más secas que la condición de "saturadas superficialmente secas"; o muestras de áridos que previamente al cuarteo se secan a temperaturas inferiores a las establecidas para los ensayos a que se someterán.
Procedimiento: Método A: Cuarteo manual de muestras de gran tamaño 1. Cuarteo de muestras que pesan más de 50 Kg.: Se coloca la muestra traída del campo, sobre una superficie dura, limpia y nivelada, donde no se pierda, ni se le adicione material. Se mezcla el material completamente, volteándolo con pala, unas tres veces; después de la última mezcla se va conformando una pila cónica, colocando cada palada en el centro, de modo que el suelo ruede hacia la base por todas las direcciones. Cuando no se disponga de una superficie nivelada y limpia, la muestra se coloca sobre un rectángulo de lona, hule o tela plástica. A continuación, se aplana la pila en forma cuidadosa hasta tener un espesor uniforme y un diámetro definido, de forma tal, que cada cuarto de círculo contenga material con todos los tamaños originales de la muestra. El diámetro de la pila aplanada, debe ser aproximadamente entre 6 u 8 veces el espesor de la capa material. Se divide la muestra aplanada en cuatro (4) partes iguales, utilizando una regla o tubo y se retiran dos partes diagonalmente opuestas, incluyendo el material más fino, usando una escoba o cepillo, si es necesario. El material, que queda se vuelve a mezclar tomando paladas alternativamente de cada una de las dos cuartas partes que quedaron. Se repite el proceso de cuarteo hasta que la muestra quede reducida al tamaño deseado. 2. Cuarteo de muestras que pesan entre 10 Kg. y 50 Kg.: Se deposita la muestra sobre la lona y se mezcla elevando alternativamente las esquinas de ésta, tirando hacia la muestra como si se tratara de doblar la lona diagonalmente. Se aplana y continúa el
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proceso como en el caso anterior.
Método B: 3. Cuarteo manual de muestras que pesan menos de 10 kg: Se coloca la muestra traída del campo sobre una superficie dura no absorbente, limpia y nivelada; se mezcla totalmente y se forma una pila cónica miniatura, con ayuda de un palustre o cucharón. Se aplana el cono apretándolo con el palustre. Una vez se logre un espesor uniforme y una figura regular, se cuartea el material cortándolo por diámetros normales entre sí para tener cuatro porciones iguales, de las cuales se descartan dos diagonalmente opuestas. Se repite el proceso hasta obtener la muestra del tamaño deseado. Método C: 4. Cuarteo Mecánico: Se utiliza para cuartear suelos finos y gruesos y áridos finos y gruesos. La muestra que llega del campo una vez se encuentre a las condiciones de humedad adecuadas, se coloca en una bandeja plana o en la tolva del cuarteador distribuida uniformemente de extremo a extremo, de forma que el material cuando pase por los ductos caiga aproximadamente en igual cantidad por cada uno. La rata a la cual se descarga el material debe ser tal, que permita el flujo libre a través de los ductos sin obstrucciones hasta los recipientes. El material de un recipiente, nuevamente se descarga a través del cuarteador y se reserva el del otro para obtener muestras para otros ensayos. Repítase el proceso tantas veces como sea necesario para obtener la muestra del tamaño deseado (Ver Figura 2.4). Informe: a) Para el proyecto se realizó el Método A: Cuarteo de muestras que pesan más de 50 Kg., como se ve en la Figura 2.3.
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Fig. 2.3. Método A: Cuarteo de muestras que pesan más de 50 Kg.
b) Para obtener muestras cuarteadas de menor tamaño se usó el Procedimiento con Cuarteador Metálico o Mecánico, como se ve en la Figura 2.4.
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Fig. 2.4. Procedimiento con Cuarteador Metálico o Mecánico.
2.2.2.5. Preparación en Seco de Muestras de Suelo para Análisis Granulométrico y Determinación de las Constantes Físicas (S0204) (ASTM D421 ASTM D2217 AASHTO T87)
Objeto: Este método se refiere a la preparación en seco de las muestras de suelos, tal como se reciben del terreno para el análisis granulométrico y para la determinación de las constantes del suelo, cuando se necesite conocer estas características de muestras secadas al aire, o cuando se sabe que el sistema de secado no influye sobre los resultados.
Equipos y Materiales: 1. Balanza con precisión de 0,1 gr. 2. Mortero y su pisón forrado en caucho para disgregar las partículas del suelo.
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3. Tamices de: 4,75 mm (No. 4) 2,0 mm (No. 10) 425 µm (No. 40) 75 µm (No. 200) 4. Cuarteador de muestras
Selección de Muestras: Las muestras del suelo tal como se reciben del terreno, deben ser secadas completamente en el aire (o en el horno a una temperatura no mayor de 38 °C (100 °F)). Los grumos o terrones deben ser entonces disgregados completamente en el mortero con un pisón forrado en caucho. Una muestra representativa de la cantidad requerida para ejecutar los ensayos deseados será entonces seleccionada por el método de cuarteo S0202. Las cantidades del material requerido para ejecutar los ensayos individuales son las siguientes: 5. Análisis granulométrico: De los materiales que pasan el tamiz de 2 mm (No.10) se requieren las siguientes cantidades para el análisis mecánico: 115 g para suelos arenosos y 65 g para suelos limosos o arcillosos. 6. Ensayos para determinar constantes de los suelos: Para los ensayos físicos se requiere material que pasa el tamiz de 425 µm (No.40) en una cantidad de 220 g distribuidos como sigue: a) Límite líquido
100 g
b) Límite plástico
15 g
c) Humedad centrífuga equivalente
10 g
d) Factores de contracción
30 g
e) Ensayos de comprobación
65 g
Preparación de las Muestras para los Ensayos: La porción de la muestra secada al aire y seleccionada para el propósito de los ensayos debe ser pesada, anotándose dicho valor como el peso de la muestra total de ensayo sin corrección de la humedad higroscópica. La muestra de ensayo debe separarse sobre el tamiz de 2 mm (No.10).
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La porción retenida en dicho tamiz deberá ser apisonada en el mortero para disgregar los grumos o terrones. Los suelos así desintegrados serán separados entonces en dos fracciones, tamizándolos en el tamiz de 2 mm (No.10). La fracción retenida después del segundo tamizado será lavada para sacarle los materiales finos, secados y pesados. Este peso será anotado como el peso del material grueso. El material grueso, después de ser lavado y secado, será tamizado en el tamiz de 4,75 mm (No.4) anotándose el peso retenido en éste.
Muestras para el Ensayo del Análisis Granulométrico:
La fracción que pasa el tamiz de 2 mm (No.10) en ambas operaciones de tamizado será completamente mezclada y cuarteada para tomar una porción aproximadamente de 115 g para suelos arenosos y aproximadamente de 65 g para suelos limosos o arcillosos para el análisis mecánico. Muestras para Ensayos de las Constantes de Suelos: La porción sobrante del material que pasa el tamiz de 2 mm (No.10) será entonces separada tamizándola con el tamiz de 425 µm (No.40). La fracción retenida en dicho tamiz no será usada. La fracción que pasa el tamiz de 425 µm (No.40) será utilizada para la determinación de las constantes físicas de suelo. Informe: a) Para el proyecto se tomó muy en cuenta las recomendaciones de cantidades de material necesario para cada ensayo de suelos realizado en posteriores incisos.
2.2.2.6. Determinación en Laboratorio del Contenido de Agua (Humedad) de Suelo, Roca y Mezclas de Suelo-Agregado (S0301) (ASTM D2216)
Objeto: Este método cubre la determinación de laboratorio del contenido de agua (humedad) de suelo, roca, y mezclas de suelo-agregado por peso. Por simplicidad, de aquí en adelante,
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la palabra "material" se refiere a suelo, roca o mezclas de suelo-agregado, la que sea aplicable. El contenido de agua del material se define como la relación, expresada en porcentaje, entre la masa de agua que llena los poros o "agua libre", en una masa de material, y la masa de las partículas sólidas de material. Este método no da resultados verdaderamente representativos para materiales que contengan cantidades significativas de haloisita, montmorillonita, o minerales de yeso; suelos altamente orgánicos o materiales en los cuales el agua de los poros contiene sólidos disueltos (como sales en el caso de depósitos marinos). Para los materiales antes mencionados, un método modificado de ensayo o el cálculo previo de algunos datos pueden ejecutarse para obtener resultados consistentes con el propósito de este método. Uso y Significado: Para muchos tipos de suelo, el contenido de agua es una de las propiedades índices más significativas, que se emplea para establecer una correlación entre el comportamiento de dicho suelo y otras propiedades índices. El contenido de agua de un suelo se usa en casi todas las ecuaciones que expresan las relaciones de fase entre aire, agua y sólidos, en un volumen dado de material. En suelos de grano fino (cohesivos), la consistencia depende de su contenido de agua. El contenido de agua de un suelo, junto con sus límites líquidos y plástico, son usados para expresar su consistencia relativa, o índice de liquidez. El término "agua" como se usa en Ingeniería Geotécnica, se asume típicamente como el agua de "poros" o agua "libre" y no aquél que está hidratando las superficies minerales (agua de constitución). Por lo tanto, el contenido de agua de materiales que tienen cantidades significativas de agua hidratada, (agua de constitución), a temperatura ambiente o menor de 110°C (230°F) puede ser engañoso. El término de "partículas sólidas" como se usa en Ingeniería Geotécnica, se asume típicamente como las partículas minerales que se encuentren en su estado natural que no son fácilmente solubles en agua. Por lo tanto, el contenido de agua de los materiales que contienen materias extrañas (como cemento), materiales solubles en agua (como sal) y materia altamente orgánica, normalmente requieren de un tratamiento especial, o de una
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definición calificada del contenido de agua.
Equipo y Materiales: 1. Horno Controlado termostáticamente, preferiblemente del tipo de corriente de aire y que mantenga una temperatura uniforme de 110 ± 5°C (230 ± 9°F) en toda la cámara de secado. 2. Balanzas Que tengan una precisión de ± 0.01 g para muestras que tengan un peso de 200 g o menos; ± 0.1 g para muestras que tengan un peso entre 200 y 1000 g, y ± 1 g para muestras que tengan un peso mayor a 1000 g. 3. Recipientes Vasijas apropiadas hechas de un material resistente a la corrosión y a cambios en su peso al ser sometidas a repetidos calentamientos y enfriamientos, y a operaciones de limpieza. Para muestras con peso menor o próximo a 200 g, se usarán recipientes con tapas de cierre hermético; mientras que para muestras de peso mayor que 200 g se usarán recipientes sin tapa (Nota 1). Se necesita un recipiente para cada determinación del contenido de agua. Nota 1: El propósito de las tapas de cierre hermético es doble: prevenir las pérdidas de humedad de las muestras antes del pesaje inicial y para evitar la absorción de humedad proveniente de la atmósfera después del secado y antes del pesaje final. Preparación de la Muestra: 4. Muestras Manténganse las muestras que estén almacenadas, antes del ensayo, en recipientes no corrosivos, herméticos, a una temperatura entre 3 y 30°C y en un área, en la que no tengan contacto directo con la luz solar (cuarto oscuro). La determinación del contenido de agua, deberá hacerse tan pronto como sea posible, después de la preparación de la muestra, especialmente si se usan recipientes potencialmente oxidables (como tubos de acero de pared delgada, latas de pintura, etc.). 5. Espécimen de Ensayo
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a) Para la determinación del contenido de agua, hecho en conjunto con otros ensayos, el método de selección de la muestra está gobernado por el ensayo más elaborado. b) La manera como se selecciona dicha muestra y el peso requerido, básicamente dependen del propósito (aplicación) del ensayo, del tipo de material que está siendo probado, y del tipo de muestra. En todos los casos, sin embargo, una porción representativa de la muestra total debe ser seleccionada. Si un suelo está estratificado o se encuentra más de un tipo de suelo, selecciónese una porción promedio o porciones individuales o ambas, y especifíquese en el informe de resultados cual porción fue utilizada. Para suelos gruesos, selecciónese la muestra del material después de que éste haya sido mezclado completamente. El peso del material húmedo escogido debe responder a la Tabla 2.7.
Tabla 2.7. Peso de la Muestra Humedad.
Para muestras pequeñas, selecciónese una porción representativa de acuerdo con el siguiente procedimiento: Para suelos no cohesivos, mézclese completamente el material, luego selecciónese un espécimen de prueba que tenga un peso de material húmedo de acuerdo con la tabla anterior (Véase Nota 2). Para suelos cohesivos, remuévase aproximadamente 3 mm de material del perímetro expuesto de la muestra y secciónese éste a la mitad (para ver si el material está estratificado) antes de seleccionar el espécimen de muestra. Si el suelo está estratificado (véase 5 b) la masa del material húmedo seleccionado no debe ser menor de 25 g; o debe estar de acuerdo con la Tabla 2.5., si se notan partículas de grano grueso (Nota 2). c) Usar una muestra de ensayo, más pequeña que el mínimo peso indicado previamente, requiere discreción. Sin embargo, esto puede ser adecuado para el propósito del
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ensayo. Si una muestra tiene un peso menor que aquél previamente indicado, el hecho debe ser registrado en el informe de resultados. Nota 2: En muchos casos, cuando se está trabajando con una muestra pequeña que contiene una cantidad relativamente grande de partículas de grano grueso, es apropiado no incluir estas partículas en el espécimen de prueba. Si esto ocurre, se debe anotar en el informe de resultados. Procedimiento: a) Escójase una muestra de ensayo representativa de acuerdo con el punto 4. b) Colóquese la muestra húmeda en un recipiente limpio, seco, de peso conocido (Nota 3); colóquese la tapa firmemente en posición, y determine el peso del recipiente y la muestra de material usando una balanza apropiada. Anótense los valores. c) Remuévase la tapa y colóquese el recipiente con el material húmedo en un horno, manteniendo la temperatura a 110 ± 5°C (230 ±9°F) y séquese hasta obtener peso constante. (Notas 4, 5 y 6) Nota 3: Para facilitar el secado al horno de muestras de ensayo muy grandes, éstas deben ser colocadas en recipientes que tengan un área superficial amplia (como una bandeja) y el material separado en pequeños grupos. Nota 4: El tiempo requerido para obtener un peso constante variará dependiendo del tipo del material, tamaño de la muestra, tipo del horno, su capacidad, y otros factores. La influencia de estos factores generalmente puede establecerse con un buen juicio, y experiencia con los materiales que se están ensayando y el aparato que se está usando. En la mayoría de los casos, el secado de una muestra durante la noche (16 horas), es suficiente. En los casos donde existan dudas concernientes a lo adecuado del procedimiento de secado, éste debe conducirse hasta que el peso, después de dos períodos de secamiento consecutivos (mayores de 1/2 h) indique un cambio insignificante (menor al 0.1%). Las muestras de arena, se pueden frecuentemente secar a un peso constante después de periodos de 4 horas, cuando se usa un horno de corriente de aire forzada. Nota 5: Del secado en horno a 110 ± 5°C (230 ± 9°F) no siempre resultan valores del contenido de agua relacionados al uso que pretende dársele o la definición básica, especialmente para materiales que contienen yeso u otros minerales que incluyan una cantidad significativa de agua hidratada (agua de constitución), o para suelos
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que contienen cantidades significativas de materia orgánica. En muchos casos, y dependiendo del uso que se pretende dar a estos materiales, puede ser mejor mantener el horno de secado a una temperatura de 60 ± 5°C (140 ± 9°F) o usar un secador de vacío a una presión de vacío de 133Pa (10 mm de Hg) y a una temperatura que varíe entre 23 y 60 °C (73 y 140°F). Si se usa cualquiera de estos métodos de secado, se debe anotar en el informe de resultados. Nota 6: Ya que algunos materiales secos pueden absorber humedad de especímenes húmedos, dichos materiales deben removerse antes de colocar aquellos en el horno. Sin embargo, este requerimiento no será necesario si los especímenes secos van a permanecer en el horno por un período de secado adicional de 16 horas. d) Después que el material se haya secado a peso constante, remuévase el recipiente del horno y colóquese la tapa. Permítase que el material y el recipiente se enfríen a la temperatura ambiente, o hasta que el recipiente pueda ser manejado fácilmente con ambas manos y la operación de pesaje no esté afectada por corrientes convectivas. Determínese el peso del recipiente y de la muestra secada en el horno usando la misma balanza que usó en b.). Consérvese este valor. Si el recipiente no tiene tapa, pésese el material inmediatamente para que la temperatura del recipiente sea tal que la operación del pesaje no sea afectada por corrientes convectivas o después de enfriarlo en un secador. Nota 7: El enfriamiento en secador es recomendable ya que esto previene absorción de humedad proveniente de la atmósfera durante dicho proceso. Cálculos: Calcúlese el contenido de agua de la muestra así: w = ((W1 – W2) / (W2 – Wc)) x100 = (Ww / Ws) x100 Dónde: w = Contenido de agua %. W1= Peso del recipiente y del espécimen húmedo, g. W2= Peso del recipiente y del espécimen seco, g.
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Wc= Peso del recipiente, g. Ww=Peso del recipiente, g. Ws= Peso de las partículas sólidas, g. Observaciones: Los siguientes errores posibles causarían determinaciones imprecisas de la humedad. a) Muestra demasiado pequeña: mientras más grande es la muestra, más precisa es la determinación, debido a que se usan pesos mayores. b) Pérdida de humedad antes del pesado de la muestra húmeda: aún en el recipiente cubierto, la muestra puede perder una cantidad significativa de agua, a menos que la pesada se realice pronto. c) La muestra se saca del horno antes de obtener la condición de peso constante. d) Ganancia de humedad antes de que la muestra secada al horno se haya pesado. e) Pesar la muestra secada al horno cuando aún está caliente. La precisión de una balanza sensible puede ser afectada, por estar caliente la muestra y/o el recipiente al realizar la pesada. f) Peso incorrecto del recipiente. g) Temperatura incorrecta del horno.
Informe: a) La Tabla 2.8, muestra los resultados de verificación del contenido de humedad natural y humedad higroscópica del suelo predominante a lo largo del tramo de proyecto (Ver ANEXO C).
RESULTADOS DEL CONTENIDO DE HUMEDAD) (S0301) (ASTM D2216) TIPO DE HUMEDAD HUMEDAD (%)
HIGROSCOPICA 0,36
NATURAL 1,32
ESPECIFICACIONES N-CMT-4-02-003/04 MINIMA -
MAXIMA 1
Tabla 2.8. Contenido de Humedad Natural y Humedad Higroscópica del Suelo Predominante.
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b) Además el material pétreo cumple lo especificado por la Norma Mexicana N·CMT·4·02·003/04 de la Secretaria de Comunicaciones y Transportes (S.C.T.), para contenido de humedad natural y humedad higroscópica de la Tabla 2.6 del CAPITULO 2, por lo tanto es apto para reciclado con emulsión asfáltica (Ver Figura 2.5).
Fig. 2.5. Horno Controlado Termostáticamente para el Secado de Muestras.
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2.2.2.7. Determinación del Límite Líquido de los Suelos (S0304) (ASTM D4318 AASHTO T89)
Objeto: Este método establece el procedimiento para determinar el límite líquido de los suelos, mediante la máquina Casagrande. Definición: El límite Líquido, es la humedad, expresada como porcentaje de la masa de suelo seco en horno, de un suelo re moldeado en el límite entre los estados líquido y plástico. Corresponde a la humedad necesaria para que una muestra de suelo re moldeada, depositada en la taza de bronce de la máquina Casagrande y dividida en dos porciones simétricas separadas 2 mm entre sí, fluya y entren en contacto en una longitud de 10 mm, aplicando 25 golpes. Equipo y Materiales: 1. Plato de Evaporación: Debe ser de porcelana, acero inoxidable, bronce o aluminio, con un diámetro de aproximadamente 120 mm. 2. Espátula: Debe contar con una hoja flexible de aproximadamente 75 mm de largo y 20 mm de ancho. 3. Aparato de Límite Líquido (Máquina Casagrande): Taza de bronce con una masa de 200 ± 20 g, montada en un dispositivo de apoyo fijado a una base de plástico duro de una resiliencia tal que una bolita de acero de 8 mm de diámetro, dejada caer libremente desde una altura de 25 cm, rebote entre un 75 y un 90%, (Figura 2.6). 4. Acanalador: Combinación de acanalador y calibre, construido de acuerdo con el plano y dimensiones de la figura de la Figura 2.7. 5. Cápsulas para Secado: Debe ser de aluminio, bronce o acero inoxidable. 6. Balanza: La balanza debe tener una precisión de 0,01 g.
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7. Probeta Graduada: La probeta debe tener una capacidad mínima de 25 ml. 8. Horno Provisto de circulación de aire y temperatura regulable capaz de mantener la temperatura a 60 ± 5°C. Nota 1: No se debe ocupar la superficie inferior del horno para el secado de muestras, pues ésta se encuentra siempre a una temperatura superior a la fijada. Nota 2: Se recomienda para una mayor velocidad de secado el uso de hornos con convección forzada.
Ajuste y Control del Aparato de Límite Líquido: 9. Ajuste de la Altura de Caída de la Taza: Gire la manivela hasta que la taza se eleve a su mayor altura. Utilizando el calibrador de 10 mm (adosado al ranurador), verifique que la distancia entre el punto de percusión y la base sea exactamente de 10 mm. De ser necesario, afloje los tornillos de fijación y mueva el de ajuste hasta obtener la altura de caída requerida. Si el ajuste es correcto se escuchará un ligero campanilleo producido por la leva al golpear el tope de la taza; si la taza se levanta por sobre el calibre o no se escucha ningún sonido, realice un nuevo ajuste. 10. Verificaciones Adicionales: a) No debe producirse juego lateral por desgaste entre la taza y el pasador que la sostiene. b) Los tornillos que conectan la taza con el apoyo deben estar apretados. c) El desgaste de la taza no debe sobrepasar la tolerancia de masa especificada en 3. d) El diámetro de la huella del punto de percusión en la base no debe exceder 15 mm. Cuando esto ocurra, pula la base, verificando que se mantiene la resiliencia especificada en 3. e) El desgaste del ranurador no debe sobrepasar las tolerancias dimensionales especificadas en la figura de la Figura 2.5. 11. Antes de cada ensaye verifique que la base y la taza estén limpias y secas. Preparación de la Muestra de Ensaye:
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12. Extraiga por cuarteo una muestra representativa de un tamaño tal que asegure una masa mínima de ensaye de 500 g de material bajo tamiz 0,425 mm (N° 40). 13. Desmenuce los terrones con mortero, sin reducir el tamaño natural de las partículas individuales. 14. Seque la muestra al aire o en horno a una temperatura que no exceda de 60°C. 15. Distribuya de la siguiente forma la masa mínima de ensaye obtenida en 12. Límite Líquido 160 g. Límite Plástico 40 g. Límite de Contracción 100 g. Ensayes de control 200 g. Acondicionamiento de la Muestra: 16. Coloque la muestra en el plato de evaporación; agregue agua destilada y mezcle completamente mediante la espátula. Continúe la operación durante el tiempo y con la cantidad de agua destilada necesarios para asegurar una mezcla homogénea. 17. Cure la muestra durante el tiempo necesario para que las fases líquida y sólida se mezclen homogéneamente. El tiempo de curado de las muestras depende del grado de plasticidad del suelo, para lo cual existe la siguiente clasificación:
Suelos de alta plasticidad: ≥ 24 h
Suelos de plasticidad media: ≥ 12 h
Suelos de baja plasticidad: ≥ 1 h
Procedimiento de Ensaye: 18. Coloque el aparato de límite líquido sobre una base firme. 19. Coloque en la taza una porción de la muestra acondicionada utilizando una espátula; la masa de suelo deberá colocarse centrándola en el punto de apoyo de la taza con la base. 20. Moldee la masa de suelo con la espátula hasta obtener la forma indicada en la figura de la Lámina 8.102.3 B, evitando incorporar burbujas de aire en la mezcla. 21. Enrase y nivele a 10mm en el punto de máximo espesor. 22. Reincorpore el material excedente al plato de evaporación.
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23. Divida la pasta de suelo, pasando el acanalador cuidadosamente a lo largo del diámetro que pasa por el eje de simetría de la taza, de modo que se forme una ranura clara y bien delineada de las dimensiones especificadas. Pase el acanalador, manteniéndolo perpendicular a la superficie interior de la taza; en ningún caso debe existir desprendimiento de la pasta del fondo de la taza; si ello ocurre, retire todo el material y reinicie el procedimiento. La formación de la ranura se debe lograr con el mínimo de pasadas, limpiando el acanalador después de cada pasada. 24. Gire la manivela levantando y dejando caer la taza con una frecuencia de dos golpes por segundo, hasta que las paredes de la ranura entren en contacto en el fondo del surco a lo largo de un tramo de 10 mm.; si el cierre de la ranura es irregular, descarte el resultado. Registre el número de golpes obtenido (N). 25. Retire aproximadamente 10 g del material que se junta en el fondo del surco; colóquelo en una cápsula de secado y determine su humedad (w), de acuerdo con el Método S0301. 26. Transfiera el material que quedó en la taza al plato de evaporación; lave y seque la taza y el ranurador. 27. Continúe batiendo con la espátula la pasta de suelo que quedó en el plato de evaporación para obtener un secado homogéneo. Repita las operaciones precedentes desde 20 en adelante, para dar origen a un nuevo punto. Nota 3: El ensaye se debe realizar desde la condición más húmeda a la más seca; en ningún caso se debe rehumedecer la pasta de suelo. 28. El ensaye requiere de al menos cinco puntos para el trazado de la curva de fluidez. Nota 4: Se recomienda que los puntos seleccionados se encuentren en el rango de 10 a 45 golpes.
Cálculos: 29. Calcule y registre la humedad de cada determinación (w), de acuerdo con el método definido anteriormente para determinar el contenido de humedad. 30. Construya un gráfico semilogarítmico, con la humedad (w) como ordenada en escala aritmética y el número de golpes (N) como abscisa en escala logarítmica.
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31. Dibuje los puntos correspondientes a los resultados de cada una de las cinco (o más) determinaciones efectuadas y construya una recta (curva de fluidez) que pase tan aproximadamente como sea posible por los puntos. Para los casos que se requiera la determinación del límite líquido de los suelos fundamentalmente plásticos, existen varios métodos, el primero que es mediante la determinación del contenido de humedad de un punto, y mediante la aplicación de la ecuación:
𝑊𝐿 = (
𝑁 0,121 ) ×𝑤 25
Dónde: N: número de golpes y w es contenido de humedad. Para los casos que se tengan cinco puntos (lo mínimo que se debe exigir son 3), deberán considerarse dos puntos que contengan la suficiente humedad para que el número de golpes sea menor a 25, y los otros dos puntos con contenidos de humedad de manera de obtener un número de golpes mayor a los 25.
32. Exprese el Límite Líquido (LL) del suelo como la humedad correspondiente a la intersección de la curva de fluidez con la abscisa de 25 golpes, aproximando a un decimal. Nota 5: Más adelante en el ANEXO C se incluye un formato tipo de ficha de ensaye de Límites de Atterberg, en el cual se registrarán los resultados obtenidos en las determinaciones de Límite Líquido, Límite Plástico e Índice de Plasticidad.
Informe: a) El ensayo de verificación para el proyecto se realizó con el aparato de Casagrande eléctrico con contador de la Figura 2.6. b) Los resultados obtenidos en las determinaciones de límite líquido del suelo predominante del tramo se muestran en la Tabla 2.9, cumpliendo con la Norma
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Mexicana N·CMT·4·02·003/04 de la Secretaria de Comunicaciones y Transportes (S.C.T.). c) Para el cálculo detallado del límite líquido (Ver la planilla del ANEXO C).
RESULTADOS DE LÍMITE LÍQUIDO (S0304) (ASTM D4318 AASHTO T89) LIMITE LIQUIDO (%)
20,52
ESPECIFICACIONES N-CMT-4-02-003/04 MINIMA
MAXIMA
-
30
Tabla 2.9. Resultados del Límite Líquido del Suelo predominante del Proyecto.
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Fig. 2.6. Aparato de Límite Líquido (Aparato de Casagrande Eléctrico con Contador).
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Fig. 2.7. Sección de la Ranura en la Pasta de Suelo antes y después del Ensaye Acanaladores.
2.2.2.8. Determinación del Límite Plástico e Índice de plasticidad (S0305) (ASTM D4318 AASHTO T90)
Objeto: Este método establece el procedimiento para determinar el Límite Plástico y el Índice de Plasticidad de los suelos. Definición: 1. Límite Plástico: Humedad expresada como porcentaje de la masa de suelo seco en horno, de un suelo re moldeado en el límite entre los estados plástico y semisólido. Corresponde a la humedad necesaria para que bastones cilíndricos de suelo de 3mm de diámetro se disgreguen en trozos de 0,5a 1cm de largo y no puedan ser re amasados ni reconstituidos. Equipo y Materiales:
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2. Plato de evaporación: Debe ser de porcelana, acero inoxidable, bronce o aluminio, con un diámetro de 120 mm aproximadamente. 3. Espátula: Debe tener una hoja flexible de aproximadamente 75 mm de largo y 20 mm de ancho. 4. Superficie de amasado: Placa de vidrio esmerilado de 20 x 20 cm. 5. Cápsulas para secado: Deben ser de aluminio, bronce o acero inoxidable. 6. Balanza: Debe tener una precisión de 0,01 g. 7. Probeta graduada: Debe tener una capacidad mínima de 25 ml. 8. Patrón de comparación: Alambre o plástico de 3 mm de diámetro. 9. Horno: Debe tener circulación de aire y temperatura regulable, capaz de mantener una temperatura de 60 ± 5 ºC. Extracción y Preparación de la Muestra: Preparación de la Muestra: 10. Extraiga, por cuarteo, una muestra representativa de un tamaño que asegure una masa mínima de ensaye de 500g de material bajo tamiz 0,425mm (Nº 40). 11. Desmenuce los terrones con mortero, sin reducir el tamaño natural de las partículas individuales. 12. Seque la muestra al aire o en horno a una temperatura que no exceda de 60ºC. 13. La masa mínima de ensaye, obtenida en 10 debe distribuirse como sigue:
Límite Líquido 60g
Límite Plástico 40g
Límite de Contracción 100g
Ensayes de Control 200g
Acondicionamiento de la Muestra:
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14. Coloque la muestra en el plato de evaporación; agregue agua destilada y mezcle completamente mediante la espátula. Continúe la operación durante el tiempo y con la cantidad de agua destilada necesarios para asegurar una mezcla homogénea. 15. Cure la muestra durante el tiempo necesario para que las fases líquida y sólida se mezclen homogéneamente. El tiempo de curado de las muestras depende del grado de plasticidad del suelo, existiendo la siguiente clasificación:
Suelos de alta plasticidad: ≥ 24 h
Suelos de plasticidad media: ≥ 12 h
Suelos de baja plasticidad: ≥ 1 h
16. Una vez curado el material, reduzca la humedad si es necesario mediante revoltura con la espátula, hasta que la pasta se vuelva suficientemente plástica para moldearla como una esfera. Procedimiento: 17. Tome una porción de la muestra de ensaye acondicionada de aproximadamente 1 cm3. 18. Amase la muestra entre las manos; luego hágala rodar sobre la superficie de amasado, ejerciendo una leve presión con la palma de la mano hasta conformar un cilindro. 19. Cuando el cilindro alcance un diámetro de aproximadamente 3 mm, doble, amase nuevamente y vuelva a conformar el cilindro. 20. Repita la operación, manteniendo la velocidad y la presión de amasado, hasta que el cilindro se disgregue al llegar a un diámetro de aproximadamente 3 mm, en trozos del orden de 0,5 a 1 cm de largo y no pueda ser re amasado ni reconstituido. 21. Reúna las fracciones del cilindro disgregado y colóquelas en una cápsula de secado, previamente tarada. Determine y registre la humedad (w) de acuerdo con el Método S0301, aproximando a un decimal. 22. Repita las anteriores etapas con dos porciones más de la muestra de ensaye. Cálculos: 23. Calcule el Límite Plástico (LP) como el promedio de las tres determinaciones efectuadas sobre la muestra de ensaye, aproximando a un decimal. Las determinaciones no deben diferir entre sí en más de dos puntos; cuando no se cumpla esta condición, repita todo el ensaye.
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24. Calcule el Índice de Plasticidad (IP) del suelo de acuerdo con la fórmula siguiente:
IP = LL - LP Dónde: IP: Índice de Plasticidad del suelo (%). LL: Límite Líquido del suelo (%). LP: Límite Plástico del suelo (%).
25. Cuando no pueda determinar uno de los dos límites (LL o LP), o la diferencia resulte negativa, informe el Índice de Plasticidad como NP (no plástico). 26. Calcule el Índice Líquido (IL) del suelo de acuerdo con la fórmula siguiente:
𝐼𝐿 =
𝑊 − 𝐿𝑃 𝐿𝑃
Dónde: IL: Índice Líquido del suelo. w: Humedad natural del suelo (%). LP: Límite Plástico del suelo (%). IP: Índice de Plasticidad del suelo (%).
27. Calcule el Índice de Consistencia (IC) del suelo de acuerdo con la fórmula siguiente:
𝐼𝐶 =
𝐿𝐿 − 𝑊 𝐼𝑃
Dónde: IC: Índice de Consistencia del suelo.
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LL: Límite Líquido del suelo (%). W: Humedad natural del suelo (%). IP: Índice de Plasticidad del suelo (%).
Precisión: Repetitividad: Dos resultados obtenidos por un mismo operador sobre la misma muestra, en el mismo laboratorio, usando los mismos aparatos y en días diferentes, se deben considerar dudosos si difieren en más de un 10% del promedio de ambos. Reproducibilidad Dos resultados obtenidos por operadores diferentes, en laboratorios diferentes, se considerarán dudosos si difieren en más de 18% de su promedio. Registro de Resultados: En el
ANEXO C se presenta un formato tipo de ficha de ensaye para registrar los
resultados de límite líquido, límite plástico e índice de plasticidad.
Informe: a) Los resultados obtenidos del ensayo de verificación del límite plástico, índice plástico e índice de consistencia del suelo predominante del tramo se muestran en la Tabla 2.10, cumpliendo con la Norma Mexicana N·CMT·4·02·003/04 de la Secretaria de Comunicaciones y Transportes (S.C.T.).
RESULTADOS LÍMITE PLÁSTICO, ÍNDICE PLÁSTICO E ÍNDICE DE CONSISTENCIA (S0305) (ASTM D4318 AASHTO T90) LIMITE PLASTICO (%) INDICE PLASTICO (%) INDICE DE CONSISTENCIA
15,18 5,34 3,60
ESPECIFICACIONES N-CMT-4-02-003/04 MINIMA -
MAXIMA 6 -
Tabla 2.10. Resultados del Límite Plástico del Suelo predominante del Proyecto.
b) Para el cálculo detallado del límite plástico (Ver la planilla del ANEXO C), también (Ver Figura 2.8).
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Fig. 2.8. Amasado de Cilindros de 3mm, para la Obtención del Límite Plástico.
2.2.2.9. Relaciones de Peso Unitario – Humedad en los Suelos – Método Modificado (S0403) (ASTM D422 AASHTO T180)
Objeto: Este método establece el procedimiento para determinar la relación entre la humedad y la densidad de un suelo, compactado en un molde normalizado, mediante un pisón de 4,5 Kg. En caída libre, desde una altura de 460 mm, con una energía específica de compactación de 2,67 J/cm³ (≈ 27,2 kgf cm/cm³). En suelos que no permiten obtener una curva definida de relación humedad/densidad y que contengan menos de un 12% de partículas menores que 0,08 mm (≈ ASTM N° 200), se debe determinar la densidad de acuerdo con el Método para Determinar la Densidad Relativa en Suelos No Cohesivos. Se describen cuatro procedimientos alternativos: a) Método A - molde de 100mm de diámetro: suelo que pasa por el tamiz de 4,7 5mm (Nº
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4). b) Método B - molde de 150mm de diámetro: suelo que pasa por el tamiz de 4,75mm (Nº 4). c) Método C - molde de 100mm de diámetro: suelo que pasa por el tamiz de 19mm (3/4’’). d) Método D – molde de 150mm de diámetro: suelo que pasa por el tamiz de 19mm (3/4’’). El método por emplear debe indicarse en las especificaciones para el material que debe ensayarse. Si no se especifica debe regirse por las indicaciones del método D.
Equipos y Materiales: 1. Moldes Metálicos: Deben tener forma cilíndrica; pueden estar constituidos por una pieza completa o hendida por una generatriz o bien por dos piezas semicilíndricas ajustables. El molde debe tener un collar separable de aproximadamente 60mm de altura. El conjunto de molde y collar debe estar construido de modo que pueda ajustarse firmemente a una placa base. Optativamente puede estar provisto de un dispositivo para extraer las muestras compactadas en el molde (extrusor). Los moldes deben tener las dimensiones y capacidad volumétrica que se indican: a) Molde de 100mm de diámetro nominal, con capacidad (V) de 0,944 ± 0,008 l, un diámetro interno de 101,6 ± 0,4mm y altura de 116,4 ± 0,1mm (Figura 2.9). b) Molde de 150mm de diámetro nominal, con capacidad (V) de 2,124 ± 0,021 l, un diámetro interno de 152,4 ± 0,7mm y altura de 116,4 ± 0,1mm (Figura 2.10). 2. Pisón Metálico: Debe tener una cara circular de 50 ± 0,2 mm de diámetro y una masa de 4.500 ± 10g. Debe estar equipado con una guía tubular para controlar la altura de caída de 460 ± 2 mm. La guía debe tener a lo menos cuatro perforaciones no menores que 10 mm ubicadas a 20 mm de cada extremo, separadas en 90° entre sí y dejar una holgura suficiente para no restringir la libre caída del pisón. Nota 1: Se pueden emplear otros tipos de pisón siempre que se obtenga la misma energía específica de compactación y siempre que se calibre con varios tipos de suelo de modo de obtener los mismos resultados de relación humedad/densidad. 3. Probetas Graduadas: Una de 500 cm³ de capacidad, graduada a 5 cm³ y otra de 250 cm³ de capacidad,
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graduada a 2,5 cm³. 4. Balanzas: Una de 10Kg. de capacidad y una precisión de 5 g y otra de 1 Kg. de capacidad y una precisión de 0,1g. 5. Horno: De temperatura regulable y circulación de aire. 6. Regla de Acero De 300mm de largo y con un canto biselado. 7. Tamices Tejidos de alambre, de abertura cuadrada de 50 mm (2’’), 19 mm (3/4’’) y 4,75 mm (Nº 4) de abertura nominal. 8. Herramientas Herramientas y paila para mezclado, cuchara, llana, espátula, etc., o un dispositivo mecánico para mezclado. Calibración del Molde: 9. Pese y registre la masa del molde vacío sin collar (mm), aproximando a 1 g. 10. Determine la capacidad volumétrica del molde como sigue: a) Coloque glicerina u otro material impermeabilizante en la unión entre el cilindro y la placa base y ajústelos firmemente sin el collar. b) Coloque el molde sobre una base firme, plana y horizontal. c) Llene el molde con agua a temperatura ambiente y enrase con una placa de vidrio, eliminando burbujas de aire y el exceso de agua; d) Determine la masa de agua que llena el molde (mw) aproximando a 1 g. e) Mida la temperatura del agua y determine su densidad (w) de acuerdo con la Tabla 2.11., interpolando si fuere necesario.
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Tabla 2.11. Densidad del Agua según Temperatura.
11. Determine y registre la capacidad volumétrica aproximando a 1 cm³ (1 ml), dividiendo la masa de agua que llena el molde por su densidad: V = mw/ w.
Extracción y Preparación de la Muestra:
Extracción de muestras: 12. Las muestras se deben obtener de acuerdo con lo indicado por la especificación técnica correspondiente, en el caso de controles de obra o lo indicado por el profesional responsable, en el caso de una prospección. Preparación de muestras: 13. Seque la muestra al aire o en horno a una temperatura menor que 60°C, hasta que se vuelva desmenuzable. Disgregue luego los terrones, evitando reducir el tamaño natural de las partículas. 14. Pase por el tamiz de 4,75 mm (Nº 4) para los métodos A y B y por el tamiz de 19 mm (3/4’’) para los métodos C y D, respectivamente. Descarte el material retenido. Nota 2: Si en el método D (molde de 150 mm) es conveniente mantener el porcentaje de material grueso (que pasa por el tamiz de 50 mm (2’’) y retenido en el tamiz de 4,75 mm (Nº4)) del material original, proceda como sigue: 15. Determine por tamizado el porcentaje de material que pasa por el tamiz de 50 mm (2’’) y es retenido en el tamiz de 19 mm (3/4’’). 16. Reemplace ese material por una masa igual de material que pasa por el tamiz de 19 mm (3/4’’) y es retenido en 4,75 mm (Nº4), tomada de la porción no utilizada del material original.
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Tamaño de la muestra de ensaye Del material preparado según 5, obtenga un tamaño de muestra de ensaye de acuerdo con la Tabla 2.12.
Tabla 2.12. Tamaño de la Muestra de Ensayo.
Acondicionamiento de la Muestra: 17. Homogenice el material de la muestra de ensaye y separe en cinco fracciones del tamaño indicado en la Tabla 2.12. 18. Mezcle completamente cada fracción por separado con agua suficiente para que las humedades alcanzadas por las cinco fracciones varíen aproximadamente dos puntos porcentuales entre sí y que se distribuyan próximas a la humedad óptima (wo). 19. Cure cada fracción durante el tiempo necesario para que las fases líquida y sólida se mezclen homogéneamente. Nota 3: En suelos de alta plasticidad este plazo no debe ser menor que 24 h. En suelos de plasticidad media bastará con 3 h y en los de plasticidad nula con 30 min. Procedimiento: 20. Coloque el molde con su collar sobre una base firme, plana y horizontal (tal como la provista por un cubo o cilindro de hormigón de 90 Kg. o más). 21. Llene el molde con una de las fracciones de muestra como sigue: a) Coloque una capa de material de aproximadamente un quinto de la altura del molde más el collar. b) Compacte la capa con 25 golpes de pisón, uniformemente distribuidos en el molde de 100 mm (Métodos A y C) y 56 golpes en el molde de 150 mm (métodos B y D). c) Repita cuatro veces las operaciones a) y b), escarificando ligeramente las superficies compactadas antes de agregar una nueva capa. Al compactar la última capa debe quedar un pequeño exceso de material por sobre el borde del molde. 22. Terminada la compactación, retire el collar y enrase cuidadosamente con la regla al
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nivel del borde del molde. Tape con material más fino los agujeros superficiales que resulten de la remoción de partículas gruesas en el enrasado. 23. Pese el molde con el suelo compactado. Reste la masa del molde para determinar la masa de suelo compactado que llena el molde (m). Registre, aproximando a 1 g. 24. Determine la densidad húmeda del suelo compactado (Pn) dividiendo la masa de suelo compactado que llena el molde por la capacidad volumétrica del molde:
𝑃𝑛 =
𝑚 𝑣
a) Registre aproximando a 10 Kg./m³. 25. Retire el material del molde y extraiga dos muestras representativas del suelo compactado. Coloque en recipientes herméticos y efectúe dos determinaciones como humedad del suelo compactado (w). 26. Repita las operaciones del 20 al f) con cada una de las fracciones restantes, hasta que haya un decrecimiento en la densidad húmeda del suelo, con un mínimo de cinco determinaciones. El ensaye se debe efectuar desde la condición más seca a la condición más húmeda.
Cálculos: 27. Densidad Seca: Calcule la densidad seca del suelo compactado para cada determinación, de acuerdo con la fórmula siguiente, aproximando a 10 Kg./m³.
𝜌𝑑 =
10𝜌ℎ 𝑤 + 100
Dónde: ρd : Densidad seca del suelo compactado (Kg./m³ ) ρh : Densidad húmeda del suelo compactado (Kg./m³) w : Humedad del suelo compactado (%).
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28. Relación Humedad – Densidad: a) Construya un gráfico con la densidad seca del suelo compactado en las ordenadas y la humedad en las abscisas. Nota 3: Se recomienda incluir en el gráfico la curva paramétrica correspondiente al 100% de saturación para la densidad de partículas sólidas del suelo ensayado, determinada según Método para Determinar la Densidad de Partículas Sólidas. b) Registre los puntos correspondientes a cada determinación y construya una curva conectando dichos puntos. c) Exprese la humedad óptima (wo) como la correspondiente al punto máximo de la curva. d) Exprese la densidad seca máxima (d máx.) como la correspondiente a la humedad óptima. Informe: a) Método empleado (Modificado T-180D) (Ver Figura 2.10 y Figura 2.11).
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Fig. 2.9. Molde 100mm de Diámetro Nominal.
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Fig. 2.10. Molde 150mm de Diámetro Nominal.
Fig. 2.11. Molde 150mm de Diámetro Nominal (Método Modificado T-180D).
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b) Humedad óptima y densidad seca máxima (Ver Tabla 2.13).
RESULTADOS COMPACTACIÓN PROCTOR MODIFICADO (S0403) (ASTM D422 AASHTO T180) DENSIDAD MAXIMA SECA [g/cm3] 2,230 8,33 Tabla 2.13. Humedad óptima y Densidad seca máxima. HUMEDAD OPTIMA [%]
c) Se retuvo el 15,53% de material en el tamiz de (3/4’’) o 19mm y se realizó su descarte por no ser muy representativo. 2.2.2.9.1. Determinación de la Relación de Soporte del Suelo en el Laboratorio (S0404) (CBR de Laboratorio) (ASTM D1883 AASHTO T193)
Objeto: a) Este método establece el procedimiento para determinar un índice de resistencia de los suelos, conocido como Razón de Soporte de California (CBR). El ensaye se realiza normalmente a suelos compactados en laboratorio, con la humedad óptima y niveles de energía variables. Nota 1: La denominación CBR se deriva de "California Bearing Ratio". b) Este método se utiliza para evaluar la capacidad de soporte de suelos de subrasante, como también de materiales empleados en la construcción de terraplenes, subbases, bases y capas de rodadura granulares. c) No obstante que originalmente el método fue diseñado para evaluar el soporte de suelos de tamaño máximo 3/4" (19 mm), el ensaye es aplicable a todos aquellos suelos que contengan una cantidad limitada de material que pasa por el tamiz de 50 mm (2’’) y es retenido en el tamiz de 19 mm (3/4’’). Nota 2: Cuando el tamaño máximo absoluto del material en estudio sea superior a 19 mm (3/4’’), el peso retenido en este tamiz se reemplazará por uno equivalente de material de la misma muestra que pasa por 19 mm (3/4’’) y es retenido en 4,75 mm (Nº 4). Equipos y Materiales:
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1. Prensa de Ensaye: Está conformada por un marco de carga con una capacidad mínima de 44,5 kN (10.000 lbf) y una gata mecánica capaz de desplazar una base metálica rígida a una velocidad uniforme y sin pulsaciones, de 1,27 mm/min., contra el pistón de penetración. Este último debe estar equipado con un dispositivo indicador de carga de una capacidad mínima de 26,7 kN (6.000 lbf), que permita registrar lecturas con una precisión mínima de 50 N. El pistón debe llevar, además, sujeto a él, un dial de penetración graduado en milésimas de pulgada (0,025 mm). Nota 3: Para bajos valores de CBR (inferiores a 5%), se recomienda el uso de dispositivos indicadores de carga con precisión mínima de 30 N. 2. Moldes: Metálicos, cilíndricos, con un diámetro interno de 152,4 ± 0,7 mm y una altura de 177,8 ± 0,5 mm. Deben tener un collar de extensión metálico de 50,8 mm de altura y una placa base metálica de 9,5mm de espesor con perforaciones de un diámetro menor o igual que 1,6 mm. 3. Disco Espaciador: Metálico, cilíndrico, con un diámetro de 150,8 ± 0,8 mm y una altura de 61,4 ±0,2 mm. 4. Pisón: Debe cumplir con lo especificado en la Tabla 2.14.
Tabla 2.14. Características del Pisón a Usar.
5. Aparato Medidor de Expansión (Hinchamiento):
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Compuesto por: a) Una placa metálica de 149,2 ± 1,6mm de diámetro, por cada molde. La placa debe tener perforaciones de un diámetro menor o igual que 1,6mm, y estar provista de un vástago ajustable de metal en el centro, con un sistema de tornillo y contratuerca que permita regular y fijar su altura. b) Un trípode metálico por cada molde, cuyas patas puedan apoyarse en el borde de éste, y que lleve montado en el centro un calibre comparador con indicador de dial, con precisión de lectura 0,025mm. El vástago debe desplazarse libremente y coincidir con el de la placa, de forma tal que permita controlar la posición de ésta y medir el hinchamiento (ver Figura 2.10). c) Un dial para medir expansión, por cada molde, con precisión de lectura 0,025 mm. 6. Cargas: Para cada molde se debe disponer de una carga metálica anular y varias cargas ranuradas de 2,27 ± 0,05 Kg. cada una. La carga anular, de diámetro exterior de 149,2 ± 1,6 mm, debe disponer de una perforación u orificio en el centro de aproximadamente 54 mm de diámetro (ver Figura 2.12). Nota 4: Para disminuir el número de discos de carga necesarios para el ensaye, se pueden utilizar combinadamente discos confeccionados en plomo y en acero.
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Fig. 2.12. Aparato CBR.
7. Pistón de Penetración: Metálico, cilíndrico, de 49,6 ± 0,1 mm de diámetro y una longitud no inferior a 101,6 mm. 8. Otros equipos y Accesorios: a) Un tambor o depósito de capacidad suficiente para la inmersión de los moldes en agua, ubicado en un lugar tal que ésta no alcance su punto de congelación. b) Un horno con circulación de aire y temperatura regulable, que permita el secado de muestras a 110 ± 5 º C. c) Balanza de 20 Kg. de capacidad y precisión 1 g. d) Balanza de 2 Kg. de capacidad y precisión 0,1 g. d) Tamices: Otros: Pailas, recipientes, probetas graduadas, poruñas, espátulas, reglas, brochas, discos de papel filtro, cronómetro, etc. Preparación de la Muestras: Prepare una muestra de acuerdo a lo indicado en los Métodos S0402 o S0403, de un tamaño aproximadamente igual a 70 kg. Efectúe un cuarteo mediante el Método A0505
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para obtener dos porciones de aproximadamente 35 Kg. cada una. Destine una de las porciones de 35 Kg. para el ensaye de humedad - densidad (Métodos S0402 o S0403), y divida el resto de la muestra en 5 porciones representativas de aproximadamente 7 Kg. cada una para la ejecución del ensaye CBR. Relación Humedad – Densidad: Determine el contenido óptimo de humedad y la densidad máxima compactada seca (DMCS) del material, de acuerdo con los Métodos Proctor Normal o Proctor Modificado, métodos B o D. Procedimiento: 9. Compacte al menos 3 probetas en un rango de 90% a 100% de la densidad máxima compactada seca determinada anteriormente. 10. Mezcle homogéneamente con agua cada una de las tres o más porciones de suelo por ensayar, previo secado en horno a 60º C hasta masa constante. Agregue la cantidad de agua necesaria para alcanzar la humedad óptima determinada en “Relación humedaddensidad”. Luego proceda a curar la mezcla, colocando ésta en un dispositivo tapado hasta obtener una distribución uniforme de humedad. Nota 5: En suelos de media a alta plasticidad el plazo de curado podrá variar entre 12 y 24 h. En suelos de baja a nula plasticidad este tiempo se podrá reducir a 30 - 60 min. 11. Para cada molde coloque el disco espaciador sobre la placa base. Fije el molde con su collar de extensión sobre dicha placa y coloque un disco de papel filtro grueso sobre el espaciador. 12. Compacte cada una de las porciones de suelo húmedo en el molde, en un número de capas igual al de las probetas usadas en el ensaye de humedad - densidad. Cada probeta se debe compactar con distinta energía de tal manera que la densidad en la cual se desee determinar la razón de soporte quede entre las densidades de dos probetas. Nota 6: Generalmente se utilizan probetas compactadas con 56, 25 y 10 golpes. Si la densidad en la cual se desea determinar el CBR es menor que la del molde de 10 golpes, se deberá confeccionar otra probeta con menor energía.
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13. Si las muestras van a ser sometidas a inmersión, determine el contenido de humedad al comienzo y al final del procedimiento de compactación (2 muestras). Cada una de ellas debe pesar como mínimo 500g. 14. Si las muestras no se van a someter a inmersión, obtenga la muestra para la determinación de humedad después de efectuar la penetración, según procedimiento indicado en 30. Nota 7: En zonas desérticas, en que se asegure que las precipitaciones anuales son inferiores a 50 mm y no nieva, se puede eliminar la inmersión. 15. Retire el collar de extensión y enrase cuidadosamente el suelo compactado con una regla al nivel del borde del molde. Rellene con material fino bajo 5mm cualquier hueco que pueda haber quedado en la superficie por eliminación de material grueso. 16. Saque la placa base perforada y el disco espaciador y pese el molde con el suelo compactado. Determine la masa del suelo compactado (m), restando la masa del molde. Registre aproximando a 1g. 17. Determine la densidad de la muestra antes de la inmersión ( ), dividiendo la masa de suelo compactado (m) por la capacidad volumétrica del molde (V); ρ = m /V a) Registre, aproximando el resultado a 0,01 g/cm3. 18. Coloque un disco de papel filtro grueso sobre la placa base perforada, invierta el molde y fíjelo a dicha placa, con el suelo compactado en contacto con el papel filtro. Nota 8: Cuando hay riesgo de disgregación del suelo compactado en el molde, éste debe pesarse junto con la placa base. En este caso deben restarse tanto la masa del molde como la de la placa base para determinar m. 19. Coloque el vástago ajustable y la placa perforada sobre la probeta de suelo compactado y aplique las cargas hasta producir una sobrecarga igual a la ejercida por la estructura del pavimento sobre el material en estudio, redondeando a múltiplos de 2,27Kg. (5 lb). En ningún caso debe ser menor que 4,54Kg. (10 lb). 20. Si la muestra va a ser sometida a inmersión, coloque los moldes con sus respectivas cargas en el recipiente sin agua y acomode el aparato de expansión a cada uno de los
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moldes, tomando lecturas iniciales de expansión o hinchamiento. Luego agregue el agua lentamente para no producir movimientos que desajusten el trípode de expansión, permitiendo el libre acceso de ésta a las probetas, las que debe dejar sumergidas durante 96 h. Durante este período mantenga la muestra sumergida a un nivel de agua constante, sin producir vibraciones que puedan alterar las mediciones de expansión. Nota 9: Para suelos granulares que absorben humedad fácilmente y cuyo CBR, efectuado con inmersión de 96 h, sea mayor que 40%, podrá considerarse una reducción del tiempo de inmersión hasta un mínimo de 24 h. 21. Al término del período de inmersión, tome las lecturas finales de expansión a cada una de las probetas y calcule el porcentaje de expansión refiriendo dichas lecturas a la altura inicial de éstas
𝑃𝑜𝑟𝑐𝑒𝑛𝑡𝑎𝑗𝑒 𝑑𝑒 𝐸𝑥𝑝𝑎𝑛𝑠𝑖ó𝑛 =
𝐸𝑥𝑝𝑎𝑛𝑠𝑖ó𝑛 (𝑚𝑚) × 100 116,6
22. Saque el agua libre dejando drenar la probeta a través de las perforaciones de la placa base durante15 min. Cuide de no alterar la superficie de la probeta mientras se extrae el agua. Puede ser necesario inclinar la probeta para eliminar el agua superficial. 23. Retire las cargas y la placa base perforada. Pese el molde con el suelo. Determine la masa de suelo compactado después de la inmersión (mi), restando la masa del molde. Registre aproximando a 1 g. 24. Determine la densidad de la muestra después de la inmersión (i) dividiendo la masa de suelo compactado (mi) por la capacidad volumétrica del molde (v): ρi = mi / v a) Registre, aproximando a 0,01 g/cm3. Penetración 25. Coloque sobre la probeta la cantidad suficiente de cargas para producir una sobrecarga igual a la ejercida por la estructura del pavimento sobre el material en estudio,
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redondeando a múltiplos de 2,27 Kg. (5 lb) y en ningún caso menor que 4,54 Kg. (10 lb). Si la probeta ha sido previamente sumergida, la sobrecarga debe ser igual a la aplicada durante el período de inmersión. Para evitar el solevantamiento del suelo en la cavidad de las cargas ranuradas, coloque en primer lugar la carga anular sobre la superficie del suelo, antes de apoyar el pistón de penetración. Luego coloque las cargas restantes. 26. Apoye el pistón de penetración con la carga más pequeña posible, la cual no debe exceder en ningún caso de 45 N. Coloque los calibres de tensión y deformación en cero. Esta carga inicial se necesita para asegurar un apoyo satisfactorio del pistón y debe considerarse como carga cero para la determinación de la relación carga penetración. Nota 10: El dial de penetración debe estar adosado directamente al pistón y apoyado en el borde del molde. 27. Aplique la carga en el pistón de penetración de manera que la velocidad sea de 1,27 mm/min. 28. Anote las lecturas de carga en los siguientes niveles de penetración: 0,64; 1,27; 1,91; 2,54; 3,18; 3,81; 4,45; 5,08; 7,62; 10,16 y 12,7mm. Nota 11: Para equipos con diales en pulgadas estos intervalos corresponden aproximadamente a: 0,025; 0,050; 0,075; 0,100; 0,125; 0,150; 0,175; 0,200; 0,300; 0,400 y 0,500 pulgadas. 29. Anote la carga máxima alcanzada, registrando la penetración a la que se produce, si esto ocurre para una penetración menor que 12,7mm. 30. El ensaye debe realizarse hasta alcanzar una penetración mínima de 7,62mm (0,300pulgadas). Nota 12: Durante el ensaye no debe sobrepasarse la capacidad de carga del anillo. La última anotación corresponderá a la penetración que se obtenga a la carga máxima admisible del anillo. 31. Saque el suelo del molde y determine su humedad considerando la totalidad de la muestra. Cálculos:
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Curva de Tensión – Penetración: Calcule las tensiones de penetración en MPa, aproximando a un decimal, para lo cual divida las cargas aplicadas (kgf) por el área de la sección transversal del pistón (cm 2); luego divida el resultado obtenido por el factor de conversión 10,2. Trace la curva de cada molde en un mismo gráfico de tensión - penetración. En algunos casos esta curva puede tomar, inicialmente, la forma cóncava hacia arriba debido a irregularidades de la superficie u otras causas. En dichos casos el punto cero debe corregirse trazando una recta tangente a la mayor pendiente de la curva y trasladando el origen al punto en que esta tangente corta a la abscisa. El valor buscado estará desplazado a la derecha en la misma distancia que hay desde el origen hasta la intersección de la curva corregida con la abscisa (ver Figura 2.13).
Fig. 2.13. Corrección de Curvas Tensión – Penetración.
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Razón de Soporte: Empleando los valores de tensión corregidos tomados de la curva tensión - penetración para 2,54 mm y 5,08 mm de penetración, calcule las razones de soporte para cada una de ellas, dividiendo las tensiones corregidas por las tensiones normales de 6,9 MPa y 10,3 MPa, respectivamente. Cuando en el ensaye no se logre una penetración de 5,08 mm, debe extrapolar la curva hasta dicho valor para calcular la razón de soporte. Para los suelos del tipo A-1, A-2-4 y A-2-6, la razón de soporte se calcula sólo para 5,08 mm de penetración. Para los suelos del tipo A-4, A-5, A-6 y A-7, cuando la razón de soporte correspondiente a 5,08 mm resulte mayor que la correspondiente a 2,54 mm, repita el ensaye. Si el ensaye de chequeo entrega un resultado similar, emplee la razón de soporte correspondiente a 5,08 mm de penetración. Para los suelos del tipo A-3, A-2-5 y A-2-7, informe el mayor porcentaje de CBR obtenido entre los correspondientes a 2,54 y 5,08 mm. Razón de Soporte - Densidad Seca: Usando los datos obtenidos para las distintas probetas, dibuje una curva "Razón de Soporte - Densidad Seca de Compactación", como se muestra en el gráfico de la Figura 2.14. Se puede determinar así la Razón de Soporte correspondiente a una densidad seca preestablecida.
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Fig. 2.14. Razón de Soporte (CBR) - Densidad Seca.
Informe: a) Método empleado para preparar y compactar las probetas (Modificado T-180D). Además el acondicionamiento de la muestra fue con Inmersión. b) Los resultados obtenidos del ensayo de verificación de la razón de soporte de California (CBR) del suelo predominante del tramo se muestran en la Tabla 2.15:
RESULTADOS DE C.B.R. Y EXPANSIÓN DEL SUELO PREDOMINANTE (S0404) (ASTM D1883 AASHTO T193) PROCTOR T-180 D D.Max. H.Opt.
2,230 8,33
C.B.R. Diseño
C.B.R. (%) 0.1" 0.2"
Dens. Max 100%
86,38
107,85
Dens. Max 95%
49,33
76,13
Expansión 0,01 0,01
Tabla 2.15. Resultados Obtenidos del Ensayo de Verificación de la Razón de Soporte de California (CBR) del Suelo Predominante del Tramo.
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c) Para el cálculo detallado de la razón de soporte de California (CBR) (Ver la planilla del ANEXO C), también (Ver Figura 2.15).
Fig. 2.15. Probetas Sumergidas durante 4 Días y Medición de la Expansión del Suelo.
2.3. ESTUDIO DE TOPOGRÁFICO El Levantamiento Topográfico se realizó inicialmente por el Servicio Prefectural de Caminos, presentando una Topografía variada típica del altiplano: Diferenciando una parte Llana en la parte inicial del tramo hasta el Hito fronterizo Cuchillani y una parte Ondulada y Montañosa Hasta alcanzar el Municipio de Uncía. Para el presente Proyecto se realizó un Levantamiento Topográfico de verificación a lo largo del trazo respetando el eje del camino y tomando en cuenta detalles requeridos por el Proyectista, para mejor interpretación en gabinete. (VER ANEXO B). 2.4. ESTUDIO DE TRÁFICO Es el estudio de cuantificación y caracterización de los vehículos que transitan en la vía de análisis, debiéndose realizar una serie de actividades para cumplir con los objetivos del Estudio, las cuales se detallan a continuación:
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2.4.1. Trabajo de Campo
Zonificación del área del proyecto.
Ubicación de las estaciones aforos clasificados.
Planificación y cronograma para la realización de trabajos de campo.
Realización de los Aforos Volumétricos Clasificados.
2.4.2. Trabajo de Gabinete
Codificación y trascripción de datos.
Determinación de la composición vehicular.
Cuantificación de los volúmenes de tráfico, obtención del TPDA.
Asignación del tráfico.
Proyección de la demanda.
Análisis de resultados y recomendaciones.
2.4.3. Área de Influencia Directa de la Vía
Provincia
Municipio
EDUARDO AVAROA
Challapata
Población Directa Ocurí Calamarca Congento Culta Challapampa Halcamariri Chacarita Norte Carpani Yupanqui
RAFAEL BUSTILLOS
Uncía
Parco Ventilla Paria Choco Maraca Yauviri Alta Calazaya Miraflores (Uncia)
Fuente: Cartas Geográficas I. G. M
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2.4.4. Área de Influencia Indirecta de la Vía
Provincia
Municipio
EDUARDO AVAROA
Challapata
Población Indirecta Challapata Cruce aguas Calientes Tondoco Chacarita Huancarani Cataviri y Anacato Huayllani Chullunquiani Choco Grande Huacuta
RAFAEL BUSTILLOS
Cututu
Uncía
Tomoyo Bomba de Agua Fuente: Cartas Geográficas I. G. M
2.4.5. Vías de Comunicación de la Zona de Influencia CAMINO
DISTANCIA
ESTADO
Km. Machacamarquita – Huanuni
22
Bueno
Oruro – Machacamarca
30
Bueno
Machacamarca – Challapata
86
Bueno
Huanuni – Challapacheta
21
Regular
Challapacheta – Peñas
39
Regular
Peñas – Tacagua
17
Regular
Vilacota – Peñas
5
Regular
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Poopó – Pazña
22
Bueno
Pazña – Antequera
19
Regular
Antequera – Ticaña
10
Regular
Cruce Ruta 6080 – Tacagua
13
Regular
Tacagua – Abra
7
Regular
Oruro-Uncía
102
Regular
Potosí-Uncía
253
Regular
Tabla 2.16. Vías de Comunicación de la Zona de Influencia. Fuente: Elaboración basada en Datos SEPCAM – ORURO.
2.4.6. Variables de Proyección del Tráfico Para el proyecto se tomará en cuenta el Crecimiento de la Población, el Crecimiento Normal de la Producción y del Parque Automotor de los Municipios de Challapata y Uncía, que influyen directamente en el Proyecto. 1. Crecimiento de la Población: Esta variable influye directamente en el crecimiento del Tráfico, especialmente cuando el Factor de Ocupación vehicular de pasajeros es alto. Toda la zona de influencia sufrió una migración constante hacia otros centros urbanos en busca de fuente laboral, siendo la causa principal para que los Municipios tengan una tasa de crecimiento muy baja en relación a sus departamentos y a nuestro País, como muestra la Tabla 2.17, Según datos estadísticos del INE del Censo de población y vivienda 2001.
País Departamento
Tasa de Crecimiento ínter
Municipio
censal
Bolivia
2,74
Uncía
0,18
Challapata
1,67
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Proyecto de Grado
Tabla 2.17. Tasa de Crecimiento Ínter Censal – en Porcentaje. Fuente: INE Censo de población y vivienda 2001.
A partir de estos datos puede estimarse una tasa de crecimiento poblacional promedio de los Municipios de Uncía y Challapata igual a 0,93%. 2. Crecimiento normal de la Producción: Esta variable influye también directamente en el crecimiento del Tráfico, especialmente cuando el Factor de Ocupación vehicular de carga es alto. Debe considerarse el principal producto transportado de la zona, que según los resultados de las encuestas es la agrícola; en este entendido se buscó información estadística al respecto y puede resaltarse las siguientes tasas de crecimiento por producto, mostradas en la Tabla 2.18:
TASA DE CRECIMIENTO
DESCRIPCION
PROMEDIO
Cereales
1,91%
Hortalizas
1,10%
Tubérculos
-1,50%
Forrajes
1,73%
Tabla 2.18. Tasas de Crecimiento Promedio de Productos Agrícolas en el Departamento de Oruro. Fuente: INE.
A partir de estos datos puede estimarse una tasa de crecimiento promedio de crecimiento de la producción igual a 0,81%. 3. Crecimiento del Parque Automotor: Esta variable incide directamente en el Tráfico, ya que un aumento en el número de vehículos supone un incremento en el Volumen Vehicular; se disponen de datos del crecimiento global del parque automotor de los departamentos que influyen directamente en el flujo vehicular de la vía del Proyecto, como muestra la Tabla 2.19, Según datos estadísticos del INE.
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Proyecto de Grado
Tabla 2.19. Crecimiento del Parque Automotor por Departamento (2008 – 2009). Fuente: INE.
A partir de estos datos puede extraerse una tasa de crecimiento del parque automotor del Departamento de Oruro igual a 6,64% y una tasa de crecimiento del parque automotor del Departamento de Potosí igual a 5,41%. 4. Tasas de Crecimiento Adoptadas: El Crecimiento de la población y del parque automotor incrementará indiscutiblemente el crecimiento del flujo vehicular en el sector, considerando que el Municipio de Challapata y Uncía y será considerado parte de la Metrópoli Orureña y Potosina. Bajo los criterios anteriormente expuestos se diferenciaron 2 grupos: los Vehículos de transporte de Carga y los Vehículos de transporte de Pasajeros. Para el primer grupo se multiplicaron las tasas de crecimiento del parque automotor con la tasa de crecimiento de la producción y para el segundo grupo se multiplicaron las tasas de crecimiento del parque automotor con la tasa de crecimiento de la población. Para el grupo “Otros” se considera el promedio de las tasas de crecimiento de la población y producción. Finalmente para el crecimiento del parque automotor se efectuó el siguiente análisis:
Se pudo evidenciar que la elasticidad del crecimiento del parque automotor en la Ciudad de Oruro respecto al crecimiento del flujo vehicular en la Ciudad de Potosí es de 0,70 y la Elasticidad del crecimiento del parque automotor en la Ciudad Potosí respecto al de su flujo vehicular es de 0,30.
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Proyecto de Grado
Entonces para estimar las tasas de crecimiento a adoptar, se utilizaron las siguientes expresiones:
Para Vehículos de Carga:
TCA TCPA(Oruro ) * 0,70 TCPA( Potosí ) * 0,30* TCPR
Para Vehículos de Pasajeros:
TCA TCPA(Oruro ) * 0,70 TCPA(Potosí ) * 0,30* TCPO
Dónde:
TCA
: Tasa de Crecimiento Adoptada
TCPA
: Tasa de Crecimiento del Parque Automotor
TCPO
: Tasa de Crecimiento de la Población
TCPR
: Tasa de Crecimiento de la Producción
Con esta expresión y con las tasas de crecimiento anteriormente expuestas para cada variable en la Tabla 2.20, se obtienen los Resultados de las tasas de crecimiento a adoptar diferenciadas por tipo de grupo vehicular:
CRECIMIENTO DEL
CRECIMIENTO DE LA
GRUPO
TIPO DE
PARQUE
POBLACIÓN
VEHICULAR
VEHÍCULO
AUTOMOTOR (ORURO
(MUNICIPIO DE UNCÍA
- POTOSÍ)
Y CHALLAPATA)
6,64% - 5,41%
0,93%
TASAS DE CRECIMIENTO ADOPTADAS
Transporte de Pasajeros
1, 2, 4, 5 y 6
CRECIMIENTO DEL GRUPO
TIPO DE
PARQUE
VEHICULAR
VEHÍCULO
AUTOMOTOR (ORURO - POTOSÍ)
5,83%
CRECIMIENTO DE LA
TASAS DE
PRODUCCIÓN
CRECIMIENTO
(MUNICIPIO DE ORUR0)
ADOPTADAS
0,81%
5,08%
Transporte de Carga
3, 7, 8 y 9
6,64% - 5,41%
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Proyecto de Grado
10 *
10
6,64% - 5,41%
0,81%
5,46%
* Nota: Para este grupo se utilizó el promedio de las tasas "Población" y "Producción"
Tabla 2.20. Tasas de Crecimiento Adoptadas para el Proyecto. Fuente: Elaboración Propia a Partir de los Datos del INE.
2.4.7. Clasificación Vehicular según La ABC La Administradora Boliviana Carreteras nos da la caracterización de los Vehículos más utilizados en el país, con su respectiva codificación (Ver Figuras 2.16 y 2.17), la cual será utilizada para la caracterización del estudio de tráfico del tramo “Ocurí – Uncía”, obviamente no todos los vehículos de la Figura 2.16, circulan en el tramo por lo tanto solo se realizará el análisis de tráfico solo para los vehículos vistos circular por el tramo:
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Proyecto de Grado
Fig. 2.16. Descripción de los Tipos y Clases de Vehículos (Según la A.B.C.).
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Proyecto de Grado
Fig. 2.17. Configuración y Codificación de Ejes de Camiones (Según la A.B.C.).
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2.4.8. Tráfico Promedio Diario Mensual (TPDM) Para el cálculo del TPDM se suma el total de los vehículos que circularon por sentido en cada estación y se divide entre siete (promedio de la semana). Este cálculo supone que la semana en la que se efectuó el estudio es representativa del mes de marzo, lo cual es coherente por el comportamiento estacional del tráfico del lugar. En la Tabla 2.21 se muestran los TPDM de marzo por sentido y por estación:
TPDM ESTACIÓN
TRAMO
Ambos Sentido 1
Sentido 2
25
23
Ocurí – Uncía
Cuchillani
Sentidos. 48
Tabla 2.21. Resultados del Tráfico Promedio Diario Mensual (TPDM) Fuente: Propia – Estudio de Tráfico (VER ANEXO D).
2.4.9. Composición Vehicular La Composición Vehicular se determina obteniendo el porcentaje de cada tipo de vehículo respecto al total. Se efectúa el cálculo por sentido, por estación y tipo de vehículo. Se resumen los resultados obtenidos en la Tabla 2.22:
ESTACIÓN
Cuchillani
TRAMO
SENTIDO
COMPOSICION VEHICULAR (%) 1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
1
19,2%
11,6%
11,0%
30,2%
1,2%
7,6%
7,0%
11,0%
0,0%
1,2%
2
22,1%
9,2%
6,7%
30,7%
1,2%
11,7%
6,7%
10,4%
1,2%
0,0%
Ambos
20,6%
10,4%
9,0%
30,4%
1,2%
9,6%
6,9%
10,7%
0,6%
0,6%
12,3%
9,5%
15,3%
25,9%
0,2%
11,2%
12,8%
8,7%
2,7%
1,4%
Ocurí Uncía
Composición Vehicular del Sistema (Promedio):
Tabla 2.22. Resultados de la Composición Vehicular por Tipo de Vehículo. Fuente: Propia – Estudio de Tráfico (VER ANEXO D).
2.4.10. Variación Horaria y Hora Pico De igual forma, la Variación Horaria se calcula obteniendo el porcentaje de vehículos aforados en cada hora respecto al total. Se muestra este dato como referencia, resaltando la Hora Pico (de mayor afluencia) en la Tabla 2.23:
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Proyecto de Grado
ESTACIÓN
Cuchillani
VARIACIÓN HORARIA
TRAMO
Ocurí Uncía
00 - 01
0,0%
01 - 02
0,0%
02 - 03
0,0%
03 - 04
0,0%
04 - 05
1,5%
05 - 06
3,3%
06 - 07
2,7%
07 - 08
6,3%
08 - 09
4,2%
09 - 10
5,4%
10 - 11
4,5%
11 - 12
3,9%
12 - 13
5,1%
13 - 14
5,7%
14 - 15
4,5%
15 - 16
4,8%
16 - 17
7,2%
17 - 18
7,5%
18 - 19
11,6%
19 - 20
10,7%
20 - 21
4,5%
21 - 22
5,7%
22 - 23
0,3%
23 - 24
0,9%
Tabla 2.23. Resultados de Variación Horaria la Hora Pico (de mayor afluencia). Fuente: Propia – Estudio de Tráfico (VER ANEXO D).
2.4.11. Factores Estacionales La falta de datos respecto a la variación mensual del tráfico, producción u otro parámetro relacionado, obliga a estimar factores estacionales en base al testimonio de la gente del lugar (investigación exploratoria). Estos fundamentalmente responden a la estacionalidad de la producción en la zona del proyecto, siendo el mes de Marzo el más representativo. Estos Factores se listan en la Tabla 2.24 a continuación: Diseño y Mejoramiento de Estándar con Emulsión Asfáltica del Camino “Ocurí – Uncía”
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MES
FE
Enero
1
Febrero
1,1
Marzo
1,2
Abril
1,1
Mayo
1
Junio
0,9
Julio
0,8
Agosto
0,9
Septiembre
1
Octubre
1
Noviembre
1
Diciembre
1
Tabla 2.24. Factores Estacionales (Investigación Exploratoria). Fuente: Propia – Estudio de Tráfico (VER ANEXO D).
2.4.12. Tráfico Promedio Diario Anual (TPDA) A partir del TPDM y el Factor Estacional (FE) del mes de marzo se puede determinar el TPDA con la siguiente expresión:
𝑇𝑃𝐷𝐴 =
𝑇𝑃𝐷𝑀 𝐹𝐸𝑚𝑎𝑟𝑧𝑜
A continuación se muestra en la Tabla 2.25 el resumen del TPDA por estación, tramo y sentido:
ESTACIÓN Cuchillani
TPDA
TRAMO Ocurí - Uncía
Sentido 1
Sentido 2
Ambos Sentidos
20
19
40
Tabla 2.25. Resultados del Tráfico Promedio Diario Anual (TPDA). Fuente: Propia – Estudio de Tráfico (VER ANEXO D).
2.4.13. Volumen de Tráfico
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Se define como el número de vehículos que pasan por un punto determinado de una vía, durante un período de tiempo determinado, así se tienen vehículos por hora, por día o un tráfico promedio día anual, que es el que se utilizará para el estudio que nos ocupa. 2.4.14. Estimación de Tráfico Futuro Este método establece como componentes del tráfico futuro, los siguientes: 1. Tráfico Actual:
Tráfico Existente
Tráfico Atraído o Desviado
2. Incrementos de Tráfico
Tráfico Normal o Crecimiento normal de tráfico
Tráfico Generado o Inducido
1. Tráfico Actual Es el volumen de tráfico establecido, mediante el conteo en vías existentes, o el que se usaría en una nueva carretera si estuviera abierta al tráfico en el presente (Ver Tabla 2.21). En el caso de un mejoramiento el tráfico actual se compone del Existente que utiliza esa vía antes de la mejora y el tráfico que atrae o desvía de otras vías próximas, por las ventajas que después de mejorada ofrece.
Tráfico Atraído o Desviado Se refiere al Tráfico trasladado de otras carreteras o vías de comunicación a la carretera en Estudio por la mejora efectuada en ésta. Actualmente el acceso y topografía del tramo de estudio es difícil, por tal motivo no se considera en forma independiente un Tráfico Desviado; sino que en caso de existir, éste se encontrará inmerso en el Tráfico Generado.
2. Incrementos de Tráfico El crecimiento actual de tráfico, es el aumento de volumen originado por el crecimiento de la Población, del Parque Automotor y de la Producción de la zona de influencia.
Tráfico Normal o Crecimiento normal de tráfico
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El Tráfico Normal se refiere simplemente al Tráfico actualmente existente, proyectado al futuro con las tasas de crecimiento adoptadas; sin la implicancia de que exista o no algún mejoramiento en la carretera.
Tráfico Generado o Inducido El Tráfico Generado responde fundamentalmente a la mejora del camino, es decir que solo se considera para la Situación con Proyecto; se debe principalmente al ahorro en Costos de Operación Vehicular por las mejoras en las condiciones de diseño de la vía (alineamiento horizontal y vertical, ancho de vía, superficie de rodadura, velocidad de recorrido, etc.). Se puede estimar con la siguiente expresión:
𝑇𝐺 = 𝑒 ∗ 𝐾 ∗ 𝑇𝑁
Dónde: TG : Tráfico Generado TN : Tráfico Normal K : Factor de Reducción de los Costos de Operación Vehicular e : Elasticidad de la Demanda respecto de la Oferta
De la experiencia de otros estudios realizados en el país pueden asumirse una elasticidad igual a e = 0.5 y los siguientes valores de “K” mostrados en la Tabla 2.26:
GRUPO DE
TIPO DE
FACTOR
VEHICULO
VEHICULO
"K"
1 LIVIANOS
2
50%
4 PESADOS
3
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30%
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5 6 7 8 9 10
Tabla 2.26. Valores de “K” por Grupo de Vehículos.
Para la proyección del TPDA de Carga y Pasajeros se utilizan los valores de K=30 y K=50, respectivamente, considerando que los Vehículos Pesados se dedican en general al Transporte de Carga y los Livianos al Transporte de Pasajeros. La Tabla 2.27, muestra los resultados del Tráfico Generado de Carga y Pasajeros:
ELASTICIDAD
FACTOR DE
TRÁFICO
GRUPO
TIPO DE
DE LA
REDUCCIÓN DE LOS
PROMEDIO
TRÁFICO
VEHICULAR
VEHÍCULO
DEMANDA
COSTOS DE
DIARIO
GENERADO
RESPECTO DE
OPERACIÓN
ANUAL
“TG”
LA OFERTA “e”
VEHICULAR “k”
(TPDA)
0,50
0,50
29
ELASTICIDAD
FACTOR DE
TRÁFICO
Transporte de Pasajeros
1, 2, 4, 5 y 6
7
GRUPO
TIPO DE
DE LA
REDUCCIÓN DE LOS
PROMEDIO
TRÁFICO
VEHICULAR
VEHÍCULO
DEMANDA
COSTOS DE
DIARIO
GENERADO
RESPECTO DE
OPERACIÓN
ANUAL
“TG”
LA OFERTA “e”
VEHICULAR “k”
(TPDA)
3, 7, 8 y 9
0,50
0,30
11
2
10
0,50
0,30
0
0
Transporte de Carga 10
Nota: Los valores de Tráfico fueron redondeados al Entero ya que representan Vehículos.
Tabla 2.27. Resultados del Tráfico Generado de Carga y Pasajeros por Grupo Vehicular.
3. Tiempo de Proyección del Tráfico o Período de Diseño
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Es el Tiempo considerado para proyectar el Tráfico que debe resistir el Diseño hasta el término de dicho tiempo. Según las recomendaciones de la AASHTO-93, se asume un tiempo de proyección del tráfico de: “n” igual a 15 años, (Ver Inciso: 4.4.3. Variables de Diseño Estructural) 4. Situación sin Proyecto En este caso solo se toma en cuenta el Tráfico Normal y su crecimiento, de esta forma se calcula el Tráfico de Vehículos, Carga y Pasajeros para el último año de la vida útil del proyecto utilizando las siguientes expresiones:
𝑄𝑃𝑟𝑜𝑦. = 𝑄𝑜 ∗ (1 + 𝑖)𝑛
𝑄𝑜 = 𝑇𝑁
Dónde: QProy. : Tráfico proyectado para el año deseado Qo
: Tráfico a proyectar
TN
: Tráfico Normal
i
: Tasa de Crecimiento del Tráfico a proyectar
n
: Número de años que se desea proyectar el Tráfico
La Tabla 2.28, muestra los resultados del Tráfico Proyectado para el Año Deseado (Situación sin Proyecto) de Carga y Pasajeros:
GRUPO
TIPO DE
VEHICULAR
VEHÍCULO
TRÁFICO A
TASA DE
PROYECTAR
CRECIMIENTO
(TPDA) “Qo”
ADOPTADA “i”
29
5,83%
TIEMPO DE PROYECCIÓN DEL TRÁFICO “n”
TRÁFICO PROYECTA DO “QProy.”
Transporte de Pasajeros
1, 2, 4, 5 y 6
Diseño y Mejoramiento de Estándar con Emulsión Asfáltica del Camino “Ocurí – Uncía”
15
68
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GRUPO
TIPO DE
VEHICULAR
VEHÍCULO
TRÁFICO A
TIEMPO DE
TASA DE
PROYECCIÓN
TRÁFICO PROYECTA
PROYECTAR
CRECIMIENTO
(TPDA) “Qo”
ADOPTADA “i”
3, 7, 8 y 9
11
5,08%
15
23
10
0
5,46%
15
0
DEL TRÁFICO “n”
DO “QProy.”
Transporte de Carga 10
Nota: Los valores de Tráfico fueron redondeados al Entero ya que representan Vehículos.
Tabla 2.28. Resultados del Tráfico Generado de Carga y Pasajeros por Grupo Vehicular.
5. Situación con Proyecto En este caso se considera el Tráfico Normal, el Tráfico Generado y su crecimiento, de esta forma se calcula el Tráfico de Vehículos, Carga y Pasajeros para el último año de la vida útil del proyecto utilizando las siguientes expresiones: 𝑄𝑃𝑟𝑜𝑦. = 𝑄𝑜 ∗ (1 + 𝑖)𝑛 𝑄𝑜 = 𝑇𝑁 + 𝑇𝐺 𝑇𝐺 = 𝑒 ∗ 𝐾 ∗ 𝑇𝑁 𝑄𝑜 = 𝑇𝑁 ∗ (1 + 𝑒 ∗ 𝐾) 𝑄𝑃𝑟𝑜𝑦. = 𝑇𝑁 ∗ (1 + 𝑒 ∗ 𝐾) ∗ (1 + 𝑖)𝑛
Dónde: QProy. : Tráfico proyectado para el año deseado Qo
: Tráfico a proyectar
TN
: Tráfico Normal
TG
: Tráfico Generado
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Proyecto de Grado
i
: Tasa de Crecimiento del Tráfico a proyectar
n
: Número de años que se desea proyectar el Tráfico
La Tabla 2.29, muestra los resultados del Tráfico Proyectado para el Año Deseado (Situación con Proyecto) de Carga y Pasajeros:
TRÁFICO A GRUPO
TIPO DE
PROYECTAR
VEHICULAR
VEHÍCULO
(TPDA) “Qo” (TN + TG)
TASA DE CRECIMIENTO ADOPTADA “i”
TIEMPO DE PROYECCIÓN DEL TRÁFICO “n”
TRÁFICO PROYECTA DO “QProy.”
Transporte de Pasajeros
1, 2, 4, 5 y 6
5,83%
TRÁFICO A
TASA DE
PROYECTAR
CRECIMIENTO
(TPDA) “Qo”
ADOPTADA “i”
3, 7, 8 y 9
11 + 2 = 13
5,08%
15
27
10
-
5,46%
TOTAL
111
GRUPO
TIPO DE
VEHICULAR
VEHÍCULO
15
84
29 + 7 = 36
TIEMPO DE PROYECCIÓN DEL TRÁFICO “n”
TRÁFICO PROYECTA DO “QProy.”
Transporte de Carga 10
Nota: Los valores de Tráfico fueron redondeados al Entero ya que representan Vehículos.
Tabla 2.29. Resultados del Tráfico Proyectado para el Año Deseado (Situación sin Proyecto) de Carga y Pasajeros por Grupo Vehicular.
Para el cálculo detallado del Tráfico de Diseño del Proyecto: Ver ANEXO D (Procesamiento de Aforos Volumétricos Clasificados).
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2.5. ESTUDIO DE DRENAJE El tramo Ocurí – Uncía, consta de Alcantarillas Cajón y Puentes en buen estado Estructural y en buen funcionamiento. Es fundamental mantener las Obras de Drenaje, para evitar costos adicionales en el mejoramiento de la geometría y paquete estructural de camino, ya que estas se encuentran en buenas condiciones con las características que se muestran en la Tabla 2.30.
Ubicación de Puentes y Alcantarillas a lo largo del Camino
Nº
Prog
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
18+640 22+290 24+320 28+013.50 29+651.98 31+279.23 32+743.50 33+708.97 34+647.96 35+178.17 25+939
Descripcion Puente Río Jucur Mayu (L=120 m.) Alc. Cajon 2C2x2 Puente Río Anta Kkollu (L=200m.) Alc. Cajon 2C2x2 Alc. Cajon 2C2x2 Puente Rio Ventilla(L= 165m.) Alc. Cajon 1C2x2 Alc. Cajon 2C2x2 Alc. Cajon 2C2x2 Alc. Cajon 2C2x2 Alc. Cajon 2C4x2
Caudal
Longitud
29.76
120.00 4.75 200.00 4.75 4.75 165.00 2.5 4.75 4.75 4.75 8.90
12.72 82.62 12.72 12.72 126.88 5.51 12.72 12.72 12.72 25
Tabla 2.30. Ubicación de Puentes y Alcantarillas a lo largo del Camino (Fuente SEDCAM POTOSÍ).
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106
Proyecto de Grado
CAPITULO 3 DISEÑO GEOMÉTRICO
3.1. INTRODUCCIÓN
Se entiende por diseño geométrico de una carretera al proceso de correlacionar sus elementos físicos (alineamientos, pendientes, distancias de visibilidad, peralte, ancho de calzada), con las características de operación, facilidades de frenado, aceleración, condiciones de seguridad, etc. O sea que el diseño geométrico está relacionado con las características topográficas de la región, él trafico proyectado, tipo de vehículo, seguridad, confort y costo de operación.
Por lo cual las Normas y Parámetros de Diseño, de acuerdo a los Términos de Referencia, de las características de diseño geométrico y otros aspectos técnicos del proyecto de ingeniería, están regidas por las Normas para el Diseño Geométrico de carreteras de la Administradora Boliviana de Carreteras.
Por las características del diseño, el proyectista vio por conveniente la aplicación del Software AUTODESK LAND DEVELOPMENT DESKTOP, considerada una aplicación desarrollada para el Diseño Geométrico de Carreteras.
Los trabajos, en los cuales la aplicación de este programa hace más eficiente su desarrollo, son, entre otros, los siguientes:
Planimetría (producción de planos topográficos en planta),.
Modelos tridimensionales de terreno.
Generación de curvas de nivel.
Obtención de cortes del terreno.
Diseño del camino que se desarrolla a lo largo de un eje (incluye diseño en planta, perfiles y secciones tipo o de proyecto).
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107
Proyecto de Grado
Diseño avanzado de caminos (peraltes, ensanches, etc.).
Cálculo de volúmenes producidos por el proyecto, tales como cortes,
terraplenes,
terrazas, pilas, botaderos, etc. 3.2. CATEGORÍA DE CAMINO
La categoría del camino, en función de las características básicas de los parámetros de diseño, se definió de acuerdo al Manual de Diseño Geométrico de Carreteras de la ABC, perteneciendo estas a la Categoría: Camino de Desarrollo D - 30.
3.3. CRITERIOS Y RESUMEN DE LOS PARÁMETROS DE DISEÑO
Con base a los estudios de topografía, suelos, hidráulica, tráfico y al reconocimiento del terreno del camino actual, el Proyectista estableció los parámetros de diseño más adecuados de acuerdo a las características del proyecto. Se consideraron criterios de tipo geométrico que definen el trazado de la vía, tales como velocidad de proyecto, radio mínimo, pendiente longitudinal, peralte máximo, anchos de calzada y berma, pendientes transversales de calzada y berma y otros propios del diseño geométrico de carreteras.
En esta fase de estudio de Diseño Final se aplicaron y establecieron condicionantes relativas a visibilidad de paso y parada, transiciones del peralte, sobreanchos, determinados en función del tipo de vehículo de diseño. RESUMEN DE LOS PARÁMETROS DE DISEÑO GEOMÉTRICO
Los parámetros de diseño geométrico de la carretera son los siguientes: Tabla 3.1.:
RESUMEN DE PRINCIPALES PARÁMETROS DE DISEÑO GEOMÉTRICO CATEGORÍA DE LA CARRETERA Camino de Desarrollo
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TOPOGRAFÍA PREDOMINANTE Montañosa DERECHO DE VÍA (ZONAS URBANAS) Sección Típica(ST) DERECHO DE VÍA PROMEDIO (ZONAS RURALES) 30 (m) VELOCIDAD DE PROYECTO EN ZONA URBANA
20.00Km/h
VELOCIDAD DE PROYECTO EN ZONA RURAL
30.00Km/h
CALZADA Bidireccional ANCHO DE CALZADA 6.00m
ANCHO DE BERMA 0.00m RADIO MÍNIMO 12.00m
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SOBRE-ANCHO EN LAS CURVAS Calculado PERALTE O SOBRE ELEVACIÓN MÁXIMA 10.00% BOMBEO TRANSVERSAL 3.00% Cóncava – Convexa
VALORES DE K V= 30.00KM/H
2.00 - 4.00 TALUD DE TERRAPLÉN H:2 V:1 TALUD DE CORTE H:1-4 V:1-6
PENDIENTE LONGITUDINAL MÁXIMA 10.00% Para el diseño del tramo carretero: se utilizó el : Manual de Diseño Geométrico de la Administradora Boliviana de Carreteras (2007)
3.4. CÁLCULO DE LOS PARÁMETROS DE DISEÑO
3.4.1. Alineamiento Horizontal
El alineamiento horizontal está compuesto por alineamientos rectos unidos por curvas circulares y/o espirales. Los elementos geométricos del camino en estudio deberán estar convenientemente relacionados para garantizar una operación segura, a una velocidad de Proyecto o directriz.
El criterio principal para este paso, es el de trazar tangentes que se ciñan lo mejor posible el camino actual, con el objeto de:
Minimizar cortes y terraplenes.
Lograr tangentes cuya longitud permita diseñar las curvas circulares que admiten las especificaciones para obtener un alineamiento que proporcione seguridad, comodidad y eficiencia al usuario.
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Procurar que la deflexión entre tangentes sucesivas no sea excesivamente grande, porque obligaría a colocar curvas de radio menores que el mínimo especificado.
Cuando los ángulos centrales de las curvas son pequeños, se evitarán longitudes de curvas cortas para quitar la apariencia de codo.
3.4.2. Distancias de Visibilidad Una carretera o camino debe ser diseñada de manera tal que el conductor cuente siempre con una visibilidad suficiente como para ejecutar con seguridad las diversas maniobras a que se vea obligado o que decida efectuar. En general, el conductor requiere de un tiempo de percepción y reacción para decidir la maniobra a ejecutar y un tiempo para llevarla a cabo. Durante este tiempo total, el o los vehículos que participan en la maniobra recorren distancias que dependen de su velocidad de desplazamiento y que determinan, en definitiva, las distintas distancias de visibilidad requeridas en cada caso. 3.4.2.1. Distancia de Visibilidad de Frenado La Distancia de Frenado sobre una alineación recta de pendiente uniforme, se calcula mediante la expresión:
Df = Vt/3.6 + V2/254(f1+i) Dónde: Df = Distancia de Frenado (m). Vp = Vp según lo definido en la Tabla 3.1. t
= Tiempo de Percepción + Reacción (s).
f1 = Coeficiente de Roce Rodante, Pavimento Húmedo. i
= Pendiente Longitudinal (m/m). + i Subidas respecto sentido de circulación. - i Bajadas respecto sentido de circulación.
Se considera obstáculo aquél de una altura igual o mayor que 0,20 m (h 2), estando situados los ojos del conductor a 1,10 m (h1), sobre la rasante del eje de su carril de circulación.
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La Tabla 3.2 presenta los valores parciales calculados mediante la expresión citada y el valor redondeado adoptado para (Df). Todo ello considerando que (Vp) corresponde a la velocidad asignada al tramo y que los valores de “t” y “f1” se han actualizado de acuerdo a las tendencias vigentes a la fecha.
Tabla 3.2. Distancia Mínima de Frenado en Horizontal “DF” (DF = 0,555 V + 0,00394 V²/R) (Fuente Manual ABC).
3.4.2.2. Distancia de Visibilidad de Frenado en Puntos Singulares En sectores que se aparten del caso base, trazado recto con rasante en pendiente uniforme, el cálculo de los elementos deberá verificarse o efectuarse de modo de asegurar en todo punto, al menos una visibilidad equivalente a la distancia de frenado requerida. Estos casos se tratan en:
Verificación de “Df” en Curvas Horizontales.
Verificación Gráfica de las Distancias de Visibilidad en Alzado.
Diseño Curvas Verticales por Criterio “Df”.
Verificación de “Df” bajo Estructuras.
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Fig. 3.1. Distancia de Frenado, Influencia de las Pendientes (Fuente Manual ABC).
3.4.3. Distancia de Visibilidad de Adelantamiento o Sobrepaso La Tabla 3.3 entrega los valores mínimos a considerar en el diseño como visibilidades adecuadas para adelantar. El proyectista deberá verificar en las etapas iniciales del proyecto en que zonas se deberá prohibir el adelantamiento y así adaptar su trazado evitando sectores demasiado largos en que no se pueda ejecutar esta maniobra. Las distancias de adelantamiento se dan en función de la Velocidad de Proyecto Vp, considerando que difícilmente se intentarán maniobras de adelantamiento respecto de vehículos que circulan a velocidades mayores.
Tabla 3.3. Distancia Mínima de Adelantamiento (Fuente Manual ABC).
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Donde sea económico posibilitar el adelantamiento el proyectista procurará dar distancias de visibilidad mayores que las indicadas en la Tabla precedente. 3.4.3.1. Frecuencia de zonas adecuadas para adelantar La visibilidad requerida para los adelantamientos es muy superior a la de frenado. Tratar de diseñar un camino que posea a todo lo largo una Da adecuada para adelantar resulta antieconómico, lo que se acentúa a medida que el terreno pasa de llano a ondulado y de este a montañoso. En el otro extremo, la poca frecuencia de zonas con visibilidad de adelantamiento reduce la capacidad de los caminos bidireccionales, provoca impaciencia en los conductores y hace aumentar el peligro que conllevan las maniobras de adelantamiento arriesgadas. Los sectores con Visibilidad Adecuada para adelantar deberán distribuirse lo más homogéneamente posible a lo largo del trazado. En un tramo de carretera de longitud superior a 5 Km., emplazando en una topografía dada, se procurará que los sectores con visibilidad adecuada para adelantar, respecto del largo total del tramo, se mantengan dentro de los porcentajes que se indican en Tabla 3.4.:
Tabla 3.4. Porcentaje de la Carretera con Visibilidad Adecuada para Adelantar (Fuente Manual ABC).
3.4.3.2. Zonas de No Adelantar Toda vez que no se disponga de la Visibilidad de Adelantamiento mínima, por restricciones causadas por elementos asociados a la planta o elevación o combinación de éstos, la zona de adelantamiento prohibido deberá contar con señalización horizontal, en el caso de pavimentos y mediante señalización vertical en todos los casos. En caminos de alto tránsito en que los mismos vehículos pueden obstaculizar la visibilidad de la señalización, se considerará la utilización de señalización vertical adicional, en el lado izquierdo de la carretera.
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3.4.4. Longitudes mínimas en recta Se debe distinguir las situaciones asociadas a curvas sucesivas en distinto sentido o curvas en “S” de aquellas correspondientes a curvas en el mismo sentido. 3.4.4.1. Curvas en “S” a) En nuevos trazados, deberá existir coincidencia entre el término de la clotoide de la primera curva y el inicio de la clotoide de la segunda curva. b) En las recuperaciones o cambios de estándar, si lo expuesto no es posible, se podrán aceptar tramos rectos intermedios de una longitud no mayor que:
Lrs máx = 0,08 * (A1+ A2) Siendo A1 y A2 los parámetros de las clotoides respectivas. c) Tramos rectos intermedios de mayor longitud, deberán alcanzar o superar los mínimos que se señalan en la Tabla 3.5, los que responden a una mejor definición óptica del conjunto que ya no opera como una curva en S propiamente tal, y están dados por:
Lr mín = 1,4 * Vp
Tabla 3.5. Longitud de Recta Mínima entre Curvas de Distinto Sentido-Condición (c) (Fuente Manual ABC).
3.4.4.2. Tramo Recto entre Curvas en el mismo Sentido Por condiciones de guiado óptico es necesario evitar las rectas excesivamente cortas entre curvas en el mismo sentido, en especial en Terreno Llano y Ondulado Suave con velocidades de proyecto medias y altas. La Tabla 3.6 entrega los valores deseables y mínimos según tipo de terreno y Vp.
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Tabla 3.6. Longitud de Recta Mínima entre Curvas del Mismo Sentido (Fuente Manual ABC).
3.4.5. Peralte Máximo y Fricción Transversal La Tabla 3.7, muestra los valores máximos para el peralte y la fricción transversal, para todo el tramo se adopta:
Tabla 3.7. Valores Máximos para el Peralte y la Fricción Transversal (Fuente Manual ABC).
Para los caminos que consultan un peralte máximo de 7%, se podrá, en casos calificados autorizados por la Administradora Boliviana de Carreteras, subir el peralte a 8% siempre que la línea de máxima pendiente no supere un 11%. El recálculo de Rmín se hará empleando la fricción transversal correspondiente. Lo anterior será aplicable a curvas críticas de un trazado y de ningún modo a todo un camino. En el proyecto se utilizó emax =10% y fmax = 0,18 debido a la topografía existente y el peralte girará alrededor del eje geométrico.
3.4.6. Radio Mínimo El criterio para definir los radios mínimos está en función del valor adoptado de la sobre elevación (peralte) máxima, coeficiente de fricción lateral máxima y de la velocidad de proyecto. Para el cálculo del radio mínimo se emplea la expresión:
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Rmin
Vp 2 127 * (emax f max )
Dónde: Rmin
=
Radio de curva, en Metros.
Vp
=
Velocidad directriz, en Km./hr.
emax
=
Sobre-elevación en m/m o peralte.
fmax
=
Coeficiente de fricción lateral, adimensional, (0.18).
La Tabla 3.8, muestra los radios mínimos absolutos en curvas horizontales, en función de los tipos de carreteras y todos los parámetros ya mencionados.
Tabla 3.8. Radios Mínimos Absolutos en Curvas Horizontales (Fuente Manual ABC).
En el proyecto se utilizó Rmin = 12 m, debido a la topografía y al eje del camino existente. 3.4.6.1. Peralte de Curvas de Radio Superior al Mínimo
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Para radios superiores al mínimo, el peralte varía según la Figura 3.2, para los distintos tipos de carreteras y caminos:
Fig. 3.2. Relación Radio – Peralte para Carreteras y Caminos (Fuente Manual ABC).
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3.4.7. Longitud Mínima de Espiral de Transición (Le) Con el objeto de optimizar las características geométricas del diseño de la carretera se ha previsto el empleo de curvas espirales de transición, entre tramos rectos y curvos, proporcionando con esto una circulación vehicular más segura, al mismo tiempo de prever una mejor apariencia a la carretera. La curva espiral aplicable a las características del terreno es la curva denominada clotoide, para el proyecto se utilizó como longitud de espiral mínimo de 20.00m aplicable para la topografía y categoría de la vía asumida.
Desde el punto de vista del criterio de comodidad dinámica, la longitud de transición ha sido calculada en función de la velocidad, del radio y del cambio de aceleración centrífuga.
La expresión para el cálculo es:
Le
0.0214 Vp 3 RC
Dónde: R
= Radio de curva, en metros.
Le
= Longitud de la espiral, en metros.
Vp
= Velocidad de proyecto, en km/hr.
C
= Tasa de cambio de la aceleración centrífuga, (0.3 a 1.2 m/seg3).
Dónde: C
= 0.3 para FF.CC.
C
= 1.2 para rampas e intersecciones.
C
= 0.6 a 1.0 para carreteras.
También se aplica la expresión:
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Vp 2 L min 6.05 V e 127 R
Esta longitud de transición, también sirve para desarrollar el peralte y el sobre-ancho desde lo normal hasta el máximo en la curva.
Lmin Asumida = 20 m
3.4.8. Sobreancho en Curvas
R
S 2 R R 2 (L22 L23 )
2
L (L21 2L22 ) R
Vp 10 R
Dónde: S :
Sobreancho en metros.
R :
Radio de la curva, en metros.
Vp :
Velocidad directriz, en km/h.
L1 = 0.9 m
Distancia entre el eje y el paragolpe delantero.
L2 = 5.5 m
Distancia entre el eje delantero del tractor y pivote de apoyo del semiremolque.
L3 = 9.1 m
Distancia entre el pivote de apoyo del semirremolque y el eje trasero o punto medio de los ejes traseros.
Los sobreanchos serán calculados para cada una de las curvas del proyecto y sus resultados serán redondeados a la décima de metro.
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3.4.9. Alineamiento Vertical
3.4.9.1. Pendiente Longitudinal Los valores de la pendiente longitudinal corresponden directamente al volumen y composición del tráfico previsto, la clase o categoría de la carretera y la topografía por la que se atraviesa. Así, pendientes muy suaves originan altos incrementos en el movimiento de tierras y en los costos de construcción, en cambio
pendientes fuertes incrementan los costos de
operación vehicular y de mantenimiento. La selección de las pendientes longitudinales estará dirigida al equilibrio de estos factores en el diseño del camino. En este sentido se han adoptado los siguientes valores de la Tabla 3.9:
TERRENO Máximo - Llano - Ondulado - Montañoso - Muy Montañoso Mínimo por drenaje - En corte - En Terraplen
ADMISIBLE 4% 6% 8% 12% 0.35% 0.00%
Tabla 3.9. Radios Mínimos Absolutos en Curvas Horizontales (Fuente Manual ABC).
En general en el proyecto se utilizaron pendientes longitudinales máximas de 10.00%, para sectores muy montañosos.
3.4.9.2. Longitud de Curvas Verticales Se usan curvas verticales para proporcionar un cambio gradual de la inflexión entre dos rasantes rectilíneas contiguas de distintas pendientes, para que los vehículos puedan correr fácilmente cuando ellos cruzan las carreteras. Estas curvas son normalmente de formas parabólicas de segundo grado.
La expresión utilizada fue:
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L K min A
Dónde: L
=
Longitud de curva horizontal (m)
Kmin
=
Valor mínimo adoptado.
A
=
Diferencia algebraica de las gradientes convergentes al PIV.
Para fines del diseño geométrico en sentido longitudinal se utilizaran curvas verticales parabólicas de segundo grado, que posibiliten un paso gradual y seguro entre dos gradientes adyacentes de un perfil longitudinal proporcionando como mínimo, una distancia de visibilidad igual a la distancia mínima de parada, Dp solamente. 3.4.9.3. Longitud mínima de curvas verticales convexas con visibilidad de frenado Las normas de diseño para las curvas verticales establecen sus longitudes mínimas por las circunstancias específicas. Para las carreteras, la longitud mínima de curvas verticales convexas determinada para la condición de visibilidad satisface, además, las exigencias de seguridad, confort y buena apariencia del trazado.
Pueden presentarse dos casos según que la distancia de visibilidad sea mayor o menor que la longitud de la curva. En la Figura 3.3, se muestra los factores que usados en el cálculo de la longitud mínima:
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Cálculo de longitud mínima para la distancia de visibilidad de parada Fig. 3.3. Gráfico para el Cálculo de la Longitud Mínima de Curvas Verticales Convexas (Fuente Manual ABC).
Para la distancia de visibilidad de parada, la altura de objeto usada por AASTHO es 150.00mm. La altura de ojo es de 1070 mm.
La longitud mínima es calculada por las fórmulas:
L min
AS 2
200 h1 h2
Cuando S L
2
200 h1 h2 L min 2S A
2
Cuando S L
3.4.9.4. Longitud mínima de curvas verticales cóncavas con visibilidad de frenado Para las curvas verticales cóncavas, la distancia de visibilidad de parada está determinada por la distancia iluminada por la noche por los faros del automóvil. Las normas del diseño son basadas en una altura del faro de automóvil supuesta de H= 600 mm y una divergencia ascendente de la viga del faro de automóvil de α =1°.
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Cálculo de longitud mínima para la distancia de visibilidad de parada Fig. 3.4. Gráfico para el Cálculo de la Longitud Mínima de Curvas Verticales Cóncavas (Fuente Manual ABC).
La longitud mínima es calculada por las fórmulas:
L min
Cuando S L
AS 2 1203.5S
L min 2S
120 3.5S A
Cuando S L
Los resultados de AASHTO 1994 se ven en la Tabla 3.10:
Vp (Km/h) 30 40
K (m/%) Convexas Longitud Mínima 2 4
Cóncavas Longitud Mínima 4 7
Tabla 3.10. Longitud Mínima de Curvas Verticales Convexas y Cóncavas (Fuente Manual ABC).
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3.4.9.5. Gálibo vertical Un gálibo vertical adecuado debe posibilitar a los camiones, con alturas que corresponden a los límites legales, pasar sin restricciones bajo una estructura, o por un bajo nivel o por un túnel, sin necesidad de que por precaución detenga la marcha o reduzca la velocidad. Se ha establecido un gálibo vertical mínimo igual a 5.50 metros de altura. 3.4.10. Sección Transversal La sección transversal de la carretera es un corte perpendicular al eje de la ruta. Las secciones transversales han sido obtenidas de la faja topográfica dibujada en las láminas de planta y perfil con el mayor cuidado posible (Ver secciones tipo en el ANEXO J). Estas secciones fueron tomadas cada 20 metros y en lugares consideradas críticas, y dibujadas con las elevaciones y dimensiones respectivas, siendo completadas con los taludes de relleno. En el volumen de planos se muestra las dimensiones de las secciones para el proyecto geométrico, de acuerdo a la siguiente descripción:
Plataforma.
Calzada.
Berma.
Pendiente Transversal.
Taludes en Terraplén.
3.4.10.1. Plataforma La carretera tendrá una plataforma normal de total de 6.00 m, que no tiene bermas, en los tramos de curvas este valor sufre cambios debido al sobreancho de diseño. 3.4.10.2. Calzada La carretera tendrá doble calzada, es decir, será bidireccional de 3.00 m de ancho de carril.
3.4.10.2. Bermas La carretera No presenta bermas.
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3.4.10.3. Pendiente Transversal Para la pendiente transversal de los carriles y de las bermas se adoptó el valor de 3.00%, con el fin de asegurar el drenaje superficial de las vías. 3.4.10.4. Taludes en Terraplén Se propone diseñar taludes y cunetas habitualmente utilizados de acuerdo al terreno. Por lo tanto por razones de seguridad vial, estabilidad de taludes y control de erosión, además para cortes con alturas mayores a 6 m se propone terrazas y los taludes (V:H) que se muestran en las Tablas 3.11 y 3.12 :
Tipo/Material
Roca
Roca Pizarra
Tierra Compacta
Corte
3:1
2:1
2:1
Relleno
1:2
1:4
1:6
Tabla 3.11. Taludes de terraplén y corte (Fuente Manual ABC).
Talud horizontal o vertical por tipo de terreno
Altura de taludes en corte o terraplen (m) 0,00 a 1,20 1,20 a 3,00 3,00 a 4,50 4,50 a 6,00 >6,00
Plano u ondulado 6:1 4:1 3:1 2:1 2:1
Montañoso
Muy Montañoso
4:1 3:1 2½ :1 2:1 1½:1
4:1 2:1 1¾:1 1½:1 1½:1
Tabla 3.12. Valores Indicativos para Taludes (Fuente Manual ABC).
Para el cuadro indicado se ha tomado en cuenta las características del tipo de material existente de la zona de emplazamiento (Tierra compacta en y roca pizarra).
3.4.10.5. Sección de Cuneta Se propone una sección con un talud de (V/H) 1:2, con una altura de 0.30 m. y con un contra talud referente al tipo de terreno.
3.5. DESCRIPCIÓN DEL TRAZADO DEFINITIVO
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En el proyecto se diferencian dos sectores, el primero sector Oruro, con inicio en el cruce a Ocurí en la progresiva 18+440 y se perfila en dirección Norte hasta llegar al hito denominado Cuchillani límite departamental entre Oruro y Potosí. El segundo sector Potosí, se inicia en Cuchillani para continuar en dirección Noreste hasta llegar a la zona de Miraflores ingreso que pertenece a la población de Uncía.
Tramo
Progresiva
Este
Norte
Elevación
18+440
754418,99
7927566,91
3.782,00
36+860
749891.50
7943962.97
3.984,54
36+860
749891.50
7943962.97
3.984,54
59+740
757559,48
7955966,07
3.744,55
Oruro
Potosí
Tabla 3.13. Coordenadas y Elevaciones de los Puntos de Inicio y Final en Metros (Fuente Propia).
3.6. PLANIMETRIA DEL TRAZO DEFINITIVO El alineamiento horizontal se ha desarrollado sobre una topografía Llana a Ondulada en el sector de Oruro y de topografía Llana, Ondulada, Montañosa hasta Muy Montañosa en el tramo de Potosí. La tabla 3.14, señala las progresivas y la topografía desarrollada.
POTOSÍ
ORURO
Tramo
Progresiva 18+440 24+105 24+668 27+849 28+085 29+002 30+055 33+416 33+683 36+860 24+105 24+668 27+849 28+085 29+002 30+055 33+416 33+683 37+409 38+123 38+504 39+085 43+994 40+798 41+046 44+146 44+443 44+719 45+125 45+444 48+228 48+459
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Topografía
Llana
Ondulada
Llana
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49+453 50+930 51+819 58+451 40+738 41+843 44+336 44+878 45+444 46+069 47+915 48+459 49+078 49+574 50+258 51+131 52+237 53+100 55+420 50+843 56+320 57+154 58+300 59+404 44+287 46+451 47+377 49+962 51+241 52+003 53+267 53+674 55+702 58+543 36+860 37+602 38+414 42+206 44+146 44+719 45+318 50+118 50+659 51+547 53+392 57+255 57+865 59+117
-
49+851 51+131 52+401 58+990 40+934 42+108 44+609 45+318 45+713 46+227 48+080 48+676 49+218 49+789 50+930 51+425 52+401 53+267 55+615 51+425 56+696 57+763 58+543 59+494 44+443 46+595 47+564 50+118 51+425 52+295 53+392 53+707 56+122 58+810 37+409 37+901 41+623 43+693 44+336 44+878 49+278 50+258 51+131 51+883 57+083 57+437 58+094 59+740
Ondulada
Montañosa
Muy Montañosa
Tabla 3.14. Rango de Progresivas y Topografía (Fuente Propia).
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Tramo
ORURO
Radio
Cantidad
12<=R<=25
0
0.00% Muy Montañosa
25
0
0.00%
47
5
11.90%
Ondulada
R>115
37
88.10%
Llana
42
100.00%
Total
POTOSÍ
Porcentaje
12<=R<=25
133
25
13
6.53%
47
34
17.09%
R>115
19
9.55%
Total
Topografía
Montañosa
66.83% Muy Montañosa
199
Montañosa Ondulada Llana
100.00%
Tabla 3.15. Rango de Radios de las Curvas Horizontales (Fuente Propia).
3.7. ALTIMETRÍA DEL TRAZO DEFINITIVO La altimetría general se distingue por tener pendientes que varían entre los rangos permitidos parte del diseño. Un resumen de los valores de las pendientes (%) de la rasante proyectada a lo largo de la carretera se muestra en la siguiente Tabla:
Tramo
Pendiente
ORURO
Longitud
0 a 3
14963
81.23%
3 a 6
3063
16.63%
6 a 8
394
2.14%
0
0.00%
18420
100.00%
0 a 3
4697
20.53%
3 a 6
7091
30.99%
6 a 8
4841
21.16%
>8
6251
27.32%
22880
100.00%
>8 Total
POTOSÍ
Porcentaje
Total
Tabla 3.16. Porcentaje de Pendientes (Fuente Propia).
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CAPITULO 4 MEJORAMIENTO DE ESTÁNDAR DEL PAQUETE ESTRUCTURAL
4.1. INTRODUCCIÓN Se refiere a aumentar la resistencia del material y reducir al mismo tiempo los efectos perjudiciales del agua mediante uno o varios agentes estabilizadores. En el caso del proyecto se vio conveniente realizar el diseño empleando el reciclaje in situ del material del camino existente con emulsión asfáltica, siendo este un Método No Convencional en Bolivia, pero que ofrece grandes beneficios a niveles ambientales y económicos
4.2. MEJORAMIENTO DE ESTÁNDAR DE CAMINOS DE BAJO VOLUMEN DE TRÁFICO Es mejorar las condiciones estructurales y geométricas del camino, tomando en cuenta un presupuesto reducido y condiciones ambientales limitantes, ya que estos caminos generalmente pasan por zonas protegidas y debido a que el flujo vehicular no es grande se destinan recursos económicos menores. 4.2.1. Las Recicladoras Wirtgen (Recicladora Wirtgen WR 2500 S) Las recicladoras Wirtgen son capaces de materializar cualquier proyecto de reciclado en frío. La WR 2000 es ideal para trabajos más pequeños y pavimentos más delgados, mientras que la WR 4200 se adapta mejor al reciclado de carreteras de mayor importancia y otros proyectos mayores. Así como la recicladora WR 2500 S de la Figura 4.1 nos será muy útil para el Mejoramiento de Estándar de Camino “Ocurí – Uncía”.
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Fig. 4.1. La Recicladora Wirtgen WR 2500 S.
La aplicación más frecuente de estas máquinas es el reciclado de pavimentos existentes, generalmente incluyendo las capas asfálticas superiores y una porción de la capa subyacente (tanto ligada como no ligada). Las máquinas están equipadas con dos sistemas de microprocesadores que controlan el sistema de bombeo, y dos barras de riego, como se esquematiza en la Figura 4.3. El rendimiento de este tipo de máquinas es enorme, y son capaces de aplicar todos los agentes estabilizadores comúnmente conocidos Figura 4.2.
Fig. 4.2. Estabilización con La Recicladora Wirtgen WR 2500.
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Pantalla/Teclado
Control del sistema de apertura y cierre de válvulas Impresora
Control Módulo 1
Procesador
Control Módulo 2
Control Módulo 3
Medición del flujo Bomba de control
Barra control de inyección
Medición de flujo Bomba de control
Dirección de Trabajo
Medición de velocidad de avance Medición de flujo de inyección Sistema control de bomba
Fig. 4.3. Microprocesador para el control del sistema de inyección de la Wirtgen WR 2500 S.
La Construcción del camino “Ocurí – Uncía” se proyecta con la recicladora Wirtgen WR 2500 S, evaluando el uso de esta maquinaria no convencional vs. La maquinaria convencional necesaria para realizar el pavimento convencional con agregados de empréstito, tomando en cuenta el contexto económico y ambiental. Las Dimensiones, funcionamiento específico, cotización y detalles de la recicladora Wirtgen WR 2500 S se mencionan en el ANEXO H 4.3. RECICLAJE DEL MATERIAL DEL CAMINO EXISTENTE CON EMULSION ASFALTICA Las máquinas de reciclado han evolucionado a través de los años, desde las primeras máquinas modificadas para fresar y estabilizar suelos, hasta las recicladoras especializadas utilizadas hoy en día. Estas recicladoras son especialmente diseñadas para lograr la
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capacidad de reciclar capas de pavimento de gran espesor en una sola pasada. A medida que la máquina avanza con el tambor rotando, el agua de un tanque acoplado a la recicladora se llena mediante mangueras dentro de la cámara de mezclado de la recicladora. El flujo de agua es medido con precisión mediante un micro procesador controlado por un sistema de bombeo, mientras que el tambor mezcla el agua con el material reciclado para alcanzar el contenido necesario de humedad. De esta forma es posible conseguir altos niveles de compactación. Agentes estabilizadores líquidos, como lechada cemento / agua o emulsión asfáltica, tanto en forma separada como combinadas, pueden ser introducidas directamente a la cámara de mezclado de una forma similar. En el caso particular del Proyecto se realizará una el Reciclaje o Estabilización del material granular del camino existente con emulsión asfáltica, el cuadro de Reciclaje en Frío nos dará una idea gráfica de lo que queremos hacer (Ver Figura 4.4).
Fig. 4.4. Cuadro de Reciclado en Frío.
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4.3.1. Agente Estabilizador (Emulsión Asfáltica) Debido a los grandes avances tecnológicos, el uso del asfalto como agente estabilizador ha incrementado enormemente su popularidad, aplicado tanto en su forma de emulsión como asfalto espumado. El tratamiento con asfalto cortado (cut back) no es considerado como un proceso de estabilización, ya que el asfalto se dispersa en una manera similar al asfalto de las mezclas en caliente. Sin embargo, debido a razones ambientales, tal tratamiento ha sido prohibido en la mayoría de los países. Estabilizar con asfalto es una manera efectiva, desde el punto de vista de los costos, mejorar la resistencia de un material y reducir al mismo tiempo los efectos perjudiciales del agua. La estabilización asfáltica produce una capa relativamente flexible en comparación al mismo material tratado con cemento. Las emulsiones asfálticas fueron originalmente desarrolladas para resolver dificultades constructivas asociadas a la construcción con asfalto caliente, y también fueron ideadas como aplicaciones para eliminar la emisión de polvo. El incentivo para reducir el consumo de combustibles en la crisis energética de los años ’70 hizo que se generara un explosivo aumento en el uso de las emulsiones en la estabilización de agregado mineral, incluyendo el mezclado con material húmedo a temperaturas ambientales. Una emulsión consiste en dos líquidos inmiscibles, uno en la fase dispersa (pequeños glóbulos de asfalto de 0,001 a 0,01 mm) y otro en la fase continua. Los líquidos son mecánicamente dispersados, en un molino coloidal. Las emulsiones asfálticas estándar consisten en una fase de asfalto (en glóbulos) disperso en una fase continua de agua. El empleo de un emulsificante impide, a través de un agente activo que forma un campo electroestático alrededor de los glóbulos de asfalto, que la fase dispersa pueda unirse y le otorga estabilidad a la emulsión. Después de mezclar la emulsión con el suelo a estabilizar se produce el proceso de “quiebre”, que es la separación del asfalto de la fase de agua y la unión de las gotitas de asfalto con el agregado para producir una película continua de asfalto sobre la superficie de agregado. El exceso de agua del agregado se deposita en la mezcla. El lapso de tiempo entre el mezclado hasta la separación del agua de los glóbulos de asfalto se conoce como el tiempo de “quiebre” (setting). El proceso de quiebre es seguido por el curado, que es la pérdida del agua de la mezcla (principalmente a través de la evaporación) y el incremento de la rigidez y la resistencia a Diseño y Mejoramiento de Estándar con Emulsión Asfáltica del Camino “Ocurí – Uncía”
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la tracción de la capa estabilizada de asfalto. Esto es importante debido a que una mezcla requiere adquirir rigidez y cohesión entre las partículas antes de permitir el tránsito sobre la nueva capa. El quiebre y el posterior curado está afectado por:
La tasa de absorción de agua del agregado (los agregados de textura rugosa y porosa reducen el tiempo de quiebre y de fijación al absorber el agua contenida en la emulsión).
El contenido de humedad de la mezcla previo al mezclado influye en el tiempo de quiebre.
El contenido de humedad de la mezcla después de la compactación influye en el tiempo de curado.
La granulometría del agregado y el contenido de vacíos de la mezcla (densidad alcanzada).
El tipo y calidad de la emulsión. Mayores concentraciones de emulsificador iónico producen emulsiones más estables.
Fuerzas mecánicas causadas por la compactación y el tráfico.
La composición mineral del agregado (por ejemplo, la tasa de curado puede ser afectada por posibles interacciones fisicoquímicas entre la emulsión y la superficie del agregado).
La intensidad de carga eléctrica del agregado en relación a la de la emulsión.
La temperatura del agregado y del aire, debido a que el calor cataliza las reacciones químicas y va a causar que el agua sea disipada y evaporada más rápidamente.
Tipo y porcentaje activo de filler (por ejemplo, cantidad de cal o cemento).
El cemento se utiliza normalmente en conjunto con la emulsión asfáltica. Además de mejorar la resistencia retenida y proveer resistencia mejorada a la humedad, el cemento actúa como una forma de catalizador al controlar el quiebre, incrementando las propiedades resistentes iniciales, ayudando así al acomodo del tráfico. Las investigaciones realizadas acerca de los efectos de combinar cemento con emulsión asfáltica han mostrado que hasta un 1,5 % en masa de cemento puede ser añadido sin reducir significativamente las características de fatiga de la capa estabilizada.
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4.3.1.1. Tipos de Emulsión Existen tres tipos de emulsión, a saber:
Emulsión aniónica producida utilizando emulsificadores cargados negativamente tales como ácidos grasos. Los emulsificadores reaccionan con el hidróxido de sodio para liberar los iones en la solución en un proceso de saponificación.
Emulsión catiónica producida utilizando emulsificadores cargados positivamente como las aminas. Estos emulsificadores deben reaccionar con un ácido (generalmente ácido clorhídrico) antes de que puedan funcionar. El tipo de aminas (por ejemplo, diamina v/s aminas alcoxiladas) determina si el quiebre va a ser rápido o lento (respectivamente).
Emulsión no-iónica, que es fabricada con emulsificadores no cargados. Estas emulsiones no son utilizadas en el reciclado en frío
Emulsiones aniónicas (con pH > 7) En las emulsiones aniónicas las partículas de asfalto se cargan negativamente presentando afinidad por los cuerpos con carga positiva. Los emulsionantes que permiten esta polaridad son generalmente oléalos o resínalos de sosa o de potasa, u otros jabones similares. El estearato sódico es muy usado con este fin: en agua, se ioniza dando un anión soluble en betún de manera que cada glóbulo de betún se rodea de una película de iones de estearato cargados negativamente con lo cual los glóbulos tienden a repelerse evitándose la coagulación de las mismas. La cantidad de emulsionante depende de la estabilidad que se desee en la emulsión, aunque como máximo está en un 2% del peso de la emulsión. Emulsiones catiónicas (con pH < 7) (Tipo de Emulsión Usada en el Proyecto pH = 5) En las emulsiones catiónicas las partículas de asfalto se cargan positivamente presentando por tanto afinidad por los cuerpos de carga negativa. Los emulsionantes que las producen son sales cuaternarias de amonio como el bromuro de cetil Irimetril amonio el cual forma un anión de bromo y un catión que es el radical cetil trimetril amonio cargado positivamente que rodea a las partículas de betún y se adhiere con gran facilidad a los áridos que presentan carga débil negativa.
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Esta carga atrae a las partículas de betún generando en parte la rotura de la emulsión que continúa su rotura por evaporación del agua. La proporción de emulsionante va del 2% al 3% en peso de emulsión, en función de la estabilidad que se desee conferir al sistema. 4.3.1.2. Clasificación de Emulsiones Asfálticas En función de la facilidad de rotura de una emulsión en contacto con los áridos, las mismas se clasifican en: Emulsiones de rotura rápida (R) Emulsiones de rotura media (M) Emulsiones de rotura lenta (L) Las especificaciones españolas establecen los siguientes tipos de emulsiones: EAR O, EAR 1 y EAR 2: Emulsiones aniónicas de rotura rápida, con contenidos mínimos de betún del 43, 60 y 65% respectivamente. Las EAR O pueden tener hasta un 7% de fluidificantes. EAM: Emulsiones aniónicas de rotura media, con contenidos mínimos de betún del 57%. Además pueden tener un máximo del 10% de fluidificantes. EAL 1 y EAL 2: Emulsiones aniónicas de rotura lenta, con contenidos mínimos de betún del 55 y 60% respectivamente. Las EAL 1 pueden tener un máximo del 8% de fluidificantes. ECR O, ECR 1, ECR 2 y ECR 3: Emulsiones catiónicas de rotura rápida, cuyos contenidos mínimos de betún residual son del 43, 57, 62 y 66% respectivamente. El contenido mínimo de fluidificantes es del 7% en las ECR O, del 2% en las ECR 3 y del 5% en las otras dos. ECM: Emulsiones catiónicas de rotura media, con contenidos mínimos de betún puro del 59% y hasta el 12% de fluidificantes. ECL 1 y ECL 2:
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Emulsiones catiónicas de rotura lenta, con contenidos mínimos de betún del 55 y 57% respectivamente. Las primeras pueden tener un 10% de fluidificantes. En algunas ocasiones, a las designaciones anteriores se les añade la letra d (por ejemplo: ECL Id, EAL 2d). Esto indica que el betún residual de la emulsión es más duro que lo habitual, con penetraciones de 60/100 en vez de 130/200.
La carga iónica de las partículas de asfalto depende de la química del agregado. Por ejemplo, la piedra caliza es un agregado alcalino mientras el granito y la cuarcita son agregados acídicos. La influencia de la interacción entre la emulsión asfáltica y el agregado se resume en la Tabla 4.1.
Tabla 4.1. Compatibilidad Agregado / Emulsión.
La razón principal para utilizar emulsión asfáltica como agente estabilizador es permitir que el asfalto se pueda mezclar efectivamente con material frío y húmedo. Esto es una fase transitoria, ya que el producto final deseado es un material ligado con asfalto, lo cual requiere que el asfalto se separe de la suspensión para que así, éste pueda actuar como ligante. Es por esto que las condiciones de quiebre y el régimen de curado posterior son muy importantes para el desempeño futuro de la mezcla.
En el proyecto en particular se utilizaron las especificaciones Brasileras provistas por “GRECA Asfaltos” las cuales se emplearon para el control de calidad. GRECA Asfaltos produce y comercializa todo tipo de Emulsiones Asfálticas Catiónicas para pavimentación, el tipo de es determinado por la naturaleza de las emulsiones y su
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clasificación de acuerdo a su velocidad de rotura, viscosidad Saybolt-Furol, residuo asfaltico, etc., pudiendo ser: De Rotura rápida (RR). De Rotura Média (RM). De Rotura Lenta (RL). De Rotura Controlada (RC). La siguiente estructura presenta la nomenclatura de las Emulsiones Asfálticas Catiónicas de acuerdo con la norma CNP 07/88, del 6 de septiembre de 1988:
Utilización: Dentro de algunas utilizaciones destacamos las siguientes para cada tipo de Emulsión:
RR – 1C: Pintura de ligación.
RR – 2C: Tratamiento superficial simple, doble y triples; macadam asfáltico.
RM – 1C y RM – 2C: Confección de pre mezclas en frío; recuperación o reciclaje de vías urbanas.
RL – 1C: Lechada asfáltica; Confección de pre mezclas en frío; recuperación o reciclaje de vías urbanas.
CM de Imprimación: Imprimación de bases; Estabilización; Confección de pre mezclas en frío; recuperación o reciclaje de vías urbanas.
Técnicas en las que pueden ser utilizadas las Emulsiones Asfálticas:
Tratamiento Superficial Simple, Doble y Triple;
Pintura de Ligación;
Confección de pre mezclas en frío;
Estabilización y/o Reciclaje;
Lechada asfáltica;
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4.4. METODO DE DISEÑO DE MEZCLAS ASFALTICAS EN FRIO CON EMULSIÓN Esta especificación describe el método de diseño para mezclas asfálticas en frío con emulsión del Manual Técnico de la ABC. El procedimiento está orientado a mezclas para caminos de bajo volumen de tránsito con áridos densamente graduados con tamaño máximo menor o igual a 25 mm (1 pulg). Es aplicable a mezclas producidas tanto in situ como en laboratorio, a temperaturas ambiente. El método comprende la realización de las siguientes etapas:
Contenido inicial de emulsión
Contenido de agua de pre mezcla
Contenido óptimo de agua de compactación
Contenido óptimo de asfalto residual
4.4.1. Ensayos de Laboratorio Son los ensayos de laboratorio necesarios para conocer las características del suelo (Ripio) y el control de calidad de los materiales para mejorarlo en este caso (Emulsión Asfáltica), con el propósito de obtener los datos necesarios para realizar el Diseño Estructural según el Método del Manual Técnico de la ABC con apoyo de la Norma Mexicana N·CMT·4·02·003/04 de la Secretaria de Comunicaciones y Transportes (S.C.T.). 4.4.1.1. Resumen Ensayos de Verificación del Suelo a Reciclar con Emulsión Es una compilación de los ensayos de suelos realizados a la capa de ripio que se propone reciclar y se muestran en la Tabla 4.2:
RASUMEN DE ENSAYOS DE VERIFICACIÓN DE SUELOS (RIPIO) HUMEDAD NATURAL (%) LIMITE LIQUIDO (%) LIMITE PLASTICO (%) INDICE PLASTICO (%) INDICE DE CONSISTENCIA
1,32 20,52 15,18 5,34
PROCEDIMIENTO (S0301) (ASTM D2216) (S0304) (ASTM D4318 AASHTO T89) (S0305) (ASTM D4318 AASHTO T90)
3,60
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CLASIFICACION DE SUELOS HUMEDAD ÓPTIMA COMPACTACIÓN PROCTOR MOD. (%) C.B.R. A 0,1" DE PENETRACIÓN AL 100% / 95% (%)
A-1 a (0) / GW - GM 8,33
AASHTO M-145 / SUCS (S0403) (ASTM D422 AASHTO T180)
86,38 / 49,33
(S0404) (ASTM D1883 AASHTO T193)
Tabla 4.2. Compilación de los Ensayos de Verificación de Suelos Realizados a la Capa de Ripio.
4.4.1.2. Ensayos de Control de calidad de la Emulsión Asfáltica Son ensayos de verificación de las características del producto asfáltico que está certificado por el proveedor en este caso “GRECA Asfaltos” se realizarán de acuerdo al procedimiento del Manual Técnico de la (A.B.C.) referido a la AASHTO y ASTM, pero ya que este manual no ofrece una especificación de requisitos que debe cumplir la emulsión asfáltica debemos recurrir a las especificaciones de la Norma Brasilera (N.B.R.) referida a la AASHTO y ASTM para la emulsión asfáltica del fabricante “GRECA ASFALTOS”. 4.4.1.2.1. Método de Residuo por Destilación (A0301) (ASTM D 6997 AASHTO T59-97)
Objetivo: Es
de eliminar los solventes y emulsificantes de manera que se pueda cuantificar la
cantidad de Residuo asfáltico que contiene determinada Emulsión asfáltica y de la misma forma poder hacer una evaluación de dicho Residuo Asfáltico Equipos y Materiales: 1. Destilador de aleación de aluminio (Figura 4.5), aproximadamente de 240 mm de altura por 94 mm de diámetro interior, con un anillo quemador de 125 ± 5 mm, que tiene orificios sobre la periferia interior y que se ajusta alrededor del destilador. 2. Conexión del equipo consistente en un tubo conector, escudo de metal, un condensador enfriado por agua tipo West o Liebig con camisa de vidrio borosilicato o metal y un adaptador adecuado entre el condensador y la probeta graduada de 100 ml , de las dimensiones mostradas en la Figura 4.6.
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3. Termómetro de destilación de rango reducido ASTM, graduados en grados Celsius como se especifica, con un rango entre – 2 y + 300°C, y conforme a los requisitos para termómetros 7C como se prescribe en la norma ASTM E 1. Nota 1: Para detalles del conjunto de piezas y aparatos para el ensaye de destilación, ver Figura 4.6. Ver también Nota 2. 4. Balanza de 5.000 g de capacidad, con una precisión de 0,1 g
Procedimiento: 5. Pese exactamente 200 ± 0,1 g de una muestra representativa de emulsión, pese previamente el destilador, incluyendo tapa, abrazadera, termómetros y empaquetadura, si se usa. 6. Use una empaquetadura de papel aceitado o asbesto entre el destilador y la tapa o ensamble, apoyándolo en la tapa hermética. Asegure la abrazadera que cubre el destilador. 7. Inserte un termómetro a través del corcho en cada uno de los pequeños orificios existentes en la tapa. Ajuste estos termómetros para que el final del bulbo de uno de ellos quede a 6,5 mm desde el fondo del destilador y el bulbo del otro quede aproximadamente a 165 mm desde el fondo del destilador.
Fig. 4.5. Aparato de Destilación de Emulsiones Asfálticas.
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8. Ubique el anillo quemador alrededor del destilador, a 150 mm desde el fondo de éste. Aplique calor con el quemador encendido y ajustado a la llama al mínimo; también aplique calor con un quemador Bunsen al tubo conector, para prevenir la condensación de agua. 9. Mueva el anillo quemador aproximadamente a nivel con el fondo cuando la temperatura leída en el termómetro inferior sea aproximadamente 215°C. Incremente la temperatura a 260 ± 5°C manteniéndola por 15 min. La destilación total debe completarse en 60 ± 15 min contados desde la primera aplicación de calor. Nota 2: La localización del quemador al comienzo del ensaye es flexible; puede levantarse para disminuir el riesgo de sobre espumación o bajarse a la mitad del destilador para emulsiones que no contienen solvente. Los cambios repentinos de la temperatura en el termómetro superior indican espuma sobre el bulbo; quite calor hasta el cese de la espuma. 10. Inmediatamente después de cumplido el período de calentamiento, pese nuevamente el destilador y accesorios como se indicó en 5. Calcule e informe el porcentaje de residuo por destilación; registre el volumen de aceite destilado aproximando a 1/2 ml; calcule e informe el aceite destilado como un porcentaje de volumen sobre el total de la emulsión. Guarde el aceite destilado si desea identificarlo. Nota 3: El destilador a temperatura ambiente 5.Pesa 1,5 g más que a 260°C, corrija este error adicionando 1,5 g del peso bruto obtenido en 10, antes de calcular el porcentaje de residuo por destilación. 11. Quite la tapa del destilador, agite e inmediatamente vierta una porción adecuada de residuo a través de un tamiz de 0,3 mm (Nº 50), dentro de una cápsula metálica de 240 ml, o dentro de un molde adecuado; guarde para realizar los ensayes requeridos. Deje que el residuo en el molde y cápsula se enfríe descubierto a la temperatura ambiente, y luego ensaye el residuo de acuerdo a lo descrito en el Método.
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Fig. 4.6. Destilador, Anillo Quemador de un Diámetro de 125mm y Ensamble del Aparato de Destilación para el Ensayo de Emulsiones Asfálticas.
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Precisión 12. Resultados duplicados del mismo operador no deberían considerarse dudosos a menos que ellos difieran en más de las siguientes cantidades:
Residuo por destilación, % masa 50 a 70
Repetitividad, % masa 1,0
13. Los resultados enviados por cada uno de dos laboratorios no deberían considerarse dudosos a menos que ellos difieran por más que las siguientes cantidades:
Residuo por destilación, % masa 50 a 70
Reproducibilidad, % masa 2,0
14. La precisión para la penetración del residuo por destilación por este método, es la misma que se indica en A0311”Penetración” o en A0103. Informe: a) En la Tabla 4.3 se muestra los resultados del método de residuo por destilación, cumpliendo con las especificaciones de la Norma Brasilera NBR-14896 y NBR-6568 utilizadas por el fabricante “GRECA Asfaltos”, que se encuentran en el ANEXO F. b) Para el cálculo detallado referirse al ANEXO E (Ensayos de Laboratorio).
RESULTADOS RESIDUO POR DESTILACIÓN (A0301) (ASTM D 6997 AASHTO T59-97) TEORICO DE SOLVENTE (% Peso) RESIDUO ASFALTICO (% Peso)
10 56
AGUA (%Peso)
34
ESPECIFICACIONES NBR-14896 y NBR-6568 MINIMA MAXIMA 0 12 45 56 32 55
Tabla 4.3. Resultados del Método de Residuo por Destilación.
4.4.1.2.2. ENSAYE DE VISCOSIDAD (A0303) (ASTM D 244 AASHTO T59-97)
Objetivo: Este método describe el procedimiento para la medida empírica de la viscosidad Saybolt de productos del petróleo a temperaturas especificadas entre 20 y 100°C. Definiciones:
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1. Viscosidad Saybolt Universal El tiempo de flujo en segundos de 60 ml de mezcla que fluye a través de un orificio Universal, calibrado bajo condiciones especificadas. 2. Viscosidad Saybolt Furol El tiempo de flujo en segundos de 60 ml de muestra que fluye a través del orificio Furol, calibrado bajo condiciones especificadas. La viscosidad Furol es aproximadamente un décimo de la viscosidad Universal y se recomienda para productos del petróleo que tienen viscosidad mayor que 1000 s (Saybolt Universal) tales como combustible, aceites y otros materiales residuales. La palabra “Furol” es una contracción de fuel and road oils. Equipos y Materiales: 3. Viscosímetro Saybolt con Baño. 4. Tubo succionador, como se muestra en la Figura 4.7 u otro aparato adecuado. 5. Soporte del termómetro. 6. Aparato para poner el termómetro en el viscosímetro. Un diseño adecuado se muestra en la Figura 4.7. 7. Embudo filtro Como se muestra en la Figura 4.7. 8. Frasco recibidor Como se muestra en la Figura 4.7. 9. Cronómetro Graduado en décimas de segundo y con una exactitud de 0,1 segundos cuando se ensaya sobre un intervalo de 60 min. Los cronómetros eléctricos son aceptables, si son operados sobre un circuito de frecuencia controlada. 10. Termómetro para leer la temperatura de ensaye de la muestra. El termómetro para Viscosidad Saybolt ASTM debe cumplir con lo especificado en la norma ASTM E 1. 11. Termómetro para baño, Termómetros de viscosidad
o cualquier otro medio de
exactitud equivalente.
Preparación de los aparatos: 12. Use un orificio Universal para lubricantes y materiales destilados con tiempos de flujo mayores que 32 s para obtener la exactitud deseada. No es conveniente ensayar con estos orificios líquidos con tiempo de flujo sobre 1000 s. 13. Use el orificio Furol para materiales residuales con tiempo de flujo mayor que 25 s. El tiempo de flujo
Furol es aproximadamente una décima parte del tiempo de flujo
Universal.
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14. Instale el viscosímetro con baño donde esté libre de corrientes de aire y rápidos cambios de temperatura; localícelo de modo que la muestra no se contamine con polvo o vapores durante el ensaye. 15. No debe determinar la viscosidad a temperaturas inferiores a la temperatura de condensación atmosférica de la sala. Temperaturas de la sala sobre los 38°C no introducen errores superiores al 1,0 %; para una normalización y ensayes de arbitraje mantenga la temperatura de la sala entre 20 y 30°C y regístrela. 16. Llene el baño hasta no menos de 6,5 mm por encima del borde de derrame del viscosímetro. El listado de la Tabla 4.5, recomienda el medio del baño por cada temperatura de ensaye. 17. Disponga un revolvedor adecuado y control térmico para el baño, de modo que la muestra no fluctúe en más de ± 0,1°C después de alcanzar la temperatura de ensaye. 18. Limpie el viscosímetro con un solvente efectivo no tóxico y quite todo el solvente del viscosímetro. Nota 2: El émbolo del cual está provisto el viscosímetro no debe ser usado para limpiar los bordes de derrame y pared del viscosímetro pues puede dañarse con el uso.
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Fig. 4.7. Tubo Succionador, Soporte del Termómetro, Embudo y Frasco Recibidor (Aparatos para el Ensayo de Viscosidad Saybolt).
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Calibración del Viscosímetro 19. Calibre el viscosímetro Saybolt Universal a intervalos no mayores que 3 años, midiendo el tiempo de flujo a 38°C de una viscosidad normal apropiada siguiendo el procedimiento dado en los numerales 23 a 29. 20. El tiempo de flujo debe ser igual al valor certificado de la viscosidad Saybolt; si el tiempo de flujo difiere del valor certificado por más de 0,2%, calcule el factor de corrección, F, para el viscosímetro, como sigue:
F=v/t
Dónde: V: Viscosidad Saybolt certificada. T: Tiempo del flujo en segundos a 38°C. Nota 3: El factor de corrección aplicado a todos los niveles de viscosidad para todas las temperaturas, provee la calibración que está basada en una viscosidad normal que tiene un tiempo de flujo entre 200 y 600 s. 21. Calibre el viscosímetro Saybolt Furol a 150°C de la misma manera como se hizo antes, usando una viscosidad normal teniendo un tiempo de flujo mínimo de 90 s. 22. Los viscosímetros u orificios que tienen correcciones superiores al 1,0 % no deben usarse para ensayes de arbitraje. Procedimiento: 23. Si la temperatura de ensaye está por encima de la temperatura de la sala, el ensaye puede acelerarse por precalentamiento de la muestra a no más que 1,6° C por sobre de la temperatura de ensaye. Nota 4: Para materiales asfálticos cortados que tienen componentes altamente volátiles tales como los de curado rápido y curado medio, los precalentamientos no están permitidos en recipientes abiertos. Vierta el material dentro del viscosímetro a la temperatura de la sala o si el material es demasiado viscoso para vaciarlo a la temperatura de la sala, caliéntelo, colocando la muestra en el envase original en un baño de agua a 50°C por unos minutos antes de vaciar. El filtrado a través de una malla de 0,150 mm, como se describe en 24, se omite. Para ensayes sobre la temperatura de la sala, las diferencias mayores de temperatura que se permiten
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durante el período de calentamiento están indicadas en la Tabla 4.3, pero la temperatura del baño deberá ajustarse dentro de los límites prescritos antes del minuto final de agitación, durante el cual la temperatura de la muestra permanece constante (ver 25). 24. Inserte un tapón de corcho, que tenga un cordel unido para quitarlo con facilidad, dentro de la cámara de aire, en el fondo del viscosímetro. El corcho debe encajar estrechamente, lo suficiente para prevenir el escape de aire; una evidencia es la ausencia del líquido por ensayar sobre el corcho cuando se retira. 25. Filtre la muestra preparada a través de una malla 0,150 mm, tamizando directamente dentro del viscosímetro hasta el nivel que está sobre el borde de derrame. 26. Revuelva la mezcla hasta que la temperatura permanezca constante dentro de 0,1°C de la temperatura de ensaye, revolviendo continuamente durante 1 min. Revuelva con el termómetro del viscosímetro puesto en un soporte (Figura 4.7.). Use un movimiento circular de 30 a 50 rpm en el plano horizontal. Nota 5: La viscosidad de aceites refinados del petróleo, aceites lubricantes negros, residuos combustibles y productos cerosos similares, puede ser afectada por la historia térmica previa. Los siguientes procedimientos de precalentamiento deben seguirse para obtener resultados uniformes para viscosidad bajo los 95°C. Para obtener una muestra representativa, caliente la muestra en el recipiente original, cercano a los 50°C, revolviendo y agitándola. Sondee la parte inferior del recipiente con una varilla, para tener la certeza que todo el material ceroso está en solución. Vierta 100 ml dentro de un Erlenmeyer de 125 ml. Taponee sueltamente con un tapón de corcho o goma; sumerja el frasco en el baño con agua en ebullición por 30 min. Mezcle bien, quite la muestra del baño y tamice a través de una malla 0,075 mm directamente dentro del viscosímetro. Complete el ensaye de viscosidad dentro de 1 h después del precalentamiento. Nota 6: Nunca ajuste la temperatura por inmersión de cuerpos calientes o fríos dentro de la muestra. En tal caso el tratamiento termal puede afectar a la muestra y a la precisión del ensaye. 27. Quite el termómetro de la muestra; rápidamente retire el líquido del rebalse hasta que el nivel esté por debajo del borde de éste. Esto se hace colocando el extremo del tubo de
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succión (Figura 4.7) en un punto del rebalse y aplicando succión. No toque el nivel de rebalse con el tubo de succión, o el menisco efectivo de la muestra se verá reducido. 28. Coloque el frasco receptor donde fluya el líquido desde el fondo del viscosímetro, de modo que apenas tope con el cuello del frasco. La marca de graduación estará entre 100 y 130 mm debajo del fondo del tubo del viscosímetro. 29. Suelte el corcho del viscosímetro usando el cordel; al mismo tiempo eche a andar el cronómetro. Pare el cronómetro en el instante que la parte inferior del menisco llegue a la marca de graduación. Informe el tiempo de flujo en segundos.
Cálculos: 30. Multiplique el tiempo de flujo por el factor de corrección para el viscosímetro determinado en 20. Precisión: Los resultados presentados no deben diferir en más de los siguientes: 31. Repetitividad (un operador y aparato): 1% 32. Reproducibilidad (diferentes operadores y aparatos): 2%. Informe: a) Tiempo de flujo como viscosidad Saybolt Furol (Tabla 4.4.) de la muestra a la temperatura de 25 °C, cumpliendo con las especificaciones de la Norma Brasilera NBR14491 utilizadas por el fabricante “GRECA Asfaltos”, que se encuentran en el ANEXO F, además (Ver Figura 4.8). b) Para el cálculo detallado referirse al ANEXO E (Ensayos de Laboratorio).
RESULTADOS VISCOSIDAD SAYBOLT FUROL, 25 °C (A0303) (ASTM D 244 AASHTO T59-97) PROMEDIO VISCOSIDAD SAYBOLT FUROL, 25 °C (Seg.)
34,64
ESPECIFICACIONES NBR-14491 MINIMA MAXIMA 5 50
Tabla 4.4. Viscosidad Saybolt Furol a 25 °C.
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Tabla 4.5. Precisión temperatura de baño recomendado. Nota: (a) Máxima diferencia permitida entre la temperatura del baño y la temperatura de ensaye para mantener el equilibrio térmico al mismo tiempo que se revuelve la muestra en el viscosímetro con el termómetro
Fig. 4.8. Ensayo de Viscosidad Saybolt Furol a 25 °C.
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4.4.1.2.3. SEDIMENTACIÓN (A0305) (ASTM D 244 AASHTO T59-97)
Objetivo: Es el ensayo que nos permite conocer el comportamiento de la Emulsión asfáltica cuando se almacena para su posterior uso Equipos Y Materiales: 1. Dos cilindros de vidrio de 500 ml con base ajustada o moldeada, tapones de corcho o vidrio u otro medio adecuado que los selle herméticamente y que tengan un diámetro externo de 50 ± 5 mm y graduación de 5 ml. 2. Pipeta de vidrio; un sifón y pipeta de 60 ml de forma opcional. 3. Balanza de 1.000 g de capacidad y una precisión de 0,01 g. 4. Horno termostáticamente controlado capaz de mantener una temperatura de 163 ± 3°C. Procedimiento: 5. Ponga 500 ml de muestra representativa en cada uno de los cilindros de vidrio. Tape el cilindro y déjelo sin perturbar en el laboratorio a la temperatura ambiente por 5 días. Después de este período, remueva aproximadamente 55 ml de la parte superior de la emulsión, por medio de la pipeta o sifón, sin alterar el resto. Mezcle cada porción completamente; pese 50 g de cada muestra por separado, en vasos de vidrio, tarados, de 600 ml y determine el residuo asfáltico por evaporación, colocando la muestra en un horno a110 ± 5°C mínimo por 2 horas, hasta masa constante. 6. Después de remover la parte superior de la muestra, saque con una pipeta o sifón aproximadamente 390 ml de cada cilindro. Mezcle toda la emulsión remanente en el cilindro y pese 50 g por separado, en los vasos de vidrio tarados de 600 ml. Determine el residuo asfáltico de cada muestra de acuerdo con 5.
Cálculos: Calcule la sedimentación como sigue: Sedimentación (%) (5 Días) = B – A
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Dónde: A: Promedio del porcentaje de residuo de la parte superior de la muestra. B: Promedio del porcentaje de residuo del fondo de la muestra.
Precisión: El siguiente criterio se usa para juzgar la aceptabilidad de los resultados (95% de probabilidad).
Repetitividad: Resultados duplicados por el mismo operador no serán considerados dudosos a menos que ellos difieran en una cantidad mayor que la señalada:
Tabla 4.6. Repetitividad Sedimentación.
Reproducibilidad: Los resultados entregados por cada uno de dos Laboratorios no serán considerados dudosos a menos que ellos difieran por más de las siguientes cantidades:
Tabla 4.7. Reproductibilidad Sedimentación.
Informe:
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a) La sedimentación en 5 días a temperatura ambiente (15 °C Aprox.) % en peso (Tabla 4.8), cumpliendo con las especificaciones de la Norma Brasilera NBR-6570 utilizadas por el fabricante “GRECA Asfaltos”, que se encuentran en el ANEXO F, además (Ver Figura 4.9). b) Para el cálculo detallado referirse al ANEXO E (Ensayos de Laboratorio).
RESULTADOS DE SEDIMENTACIÓN A LOS 5 DÍAS A TEMPERATURA AMBIENTE 15 °C (A0305) (ASTM D 244 AASHTO T59-97) SEDIMENTACIÓN, 5 DÍAS, (%) PESO
2,22
ESPECIFICACIONES NBR-6570 MINIMA MAXIMA 15
Tabla 4.8. Resultados de Sedimentación a los 5 Días a Temperatura Ambiente 15 °C.
Fig. 4.9. Sedimentación a los 5 días a Temperatura Ambiente 15 °C.
4.4.1.2.4. ENSAYE DE CONGELAMIENTO (A0308) (ASTM D 244 AASHTO T59-97)
Objetivo: Nos da una idea de cómo se comportaría la Emulsión Asfáltica en caso de hielo y deshielo, para prevenir el almacenaje y la puesta en obra de la misma.
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Procedimiento: 1. Coloque aproximadamente 400 g de la emulsión en un recipiente metálico limpio, de 500 ml, de manera que pueda cerrarse a presión en la parte superior. 2. Exponga la emulsión en el recipiente cerrado a una temperatura de -18°C por 12 h o más, consecutivas. 3. Al término del período de congelamiento deje que la emulsión se deshiele en el recipiente exponiéndola a la temperatura ambiente. 4. Repita los períodos de hielo y deshielo hasta que la emulsión haya sido sometida a 3 ciclos. 5. Después de los 3 ciclos, la emulsión se mantiene homogénea o se separa en distintas capas; en este último caso no vuelva a homogeneizarla por mezclado a la temperatura del laboratorio. 6. Informe los resultados de este ensaye como Homogénea o Quebrada. Informe: a) En la Fig. 4.10. Se muestra que la emulsión asfáltica se separa en capas después de los 3 ciclos de hielo y deshielo por lo tanto es “Quebrada”.
Fig. 4.10. Congelamiento después de 3 Ciclos “Emulsión Asfáltica Quebrada”.
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4.4.1.2.5. EXAMEN DEL RESIDUO (A0311) (ASTM D 244 AASHTO T59-97)
Objeto: Los ensayos de densidad, contenido de cenizas, penetración y ductilidad se sugieren para el examen del residuo de la emulsión obtenido por destilación o evaporación. 1) Método para determinar la Densidad (A0102) (ASTM D71-94 AASHTO T229-97)
Objeto: Este método establece el procedimiento para determinar la densidad de los asfaltos, mediante el uso de picnómetro a la temperatura requerida.
Equipos y Materiales: a) Picnómetro, de 24 a 30 ml de capacidad (ver Figura 4.11). b) Balanza analítica. c) Baño termostático capaz de mantener la temperatura requerida en un rango de ± 0,1°C. d) Termómetro de –8 a 32°C, con una precisión de 0,1°C. e) Agua destilada.
Fig. 4.11. Picnómetros.
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Calibración del Picnómetro 1. Determine la masa del picnómetro limpio y seco con su tapa, y desígnela como A, aproximando a 0,01 g. 2. Llene el picnómetro con agua destilada y ajuste firmemente la tapa girándola. Sumerja totalmente el picnómetro en un vaso con agua destilada. Coloque el vaso con el picnómetro en el baño de agua de forma que el agua del baño quede al mismo nivel que la del vaso. Manténgalos en el baño como mínimo 30 min. a la temperatura de ensaye. Retire el picnómetro y seque rápida y cuidadosamente toda humedad superficial, determine la masa y desígnela como B, aproximando a 0,01 g. Nota 1: Se deben tomar las precauciones necesarias para que los equipos y agua estén a la temperatura de ensaye, y para evitar derrames del picnómetro. Nota 2: La temperatura de ensaye debe ser igual a la temperatura de calibración del picnómetro. 3. Si la viscosidad impide seguir el procedimiento descrito, aplique lo que se señala en Procedimientos para Cementos Asfálticos. 4. Caliente una pequeña cantidad de material hasta una condición fluida, mediante la aplicación de calor en forma suave; debe prevenir la pérdida por evaporación. Una vez que la muestra esté suficientemente fluida viértala dentro del picnómetro, limpio y seco, hasta aproximadamente la mitad. Es conveniente calentar ligeramente el picnómetro antes de vaciar el material. Se deben tomar Procedimiento: Procedimiento para asfaltos líquidos de baja viscosidad. 5. Caliente el material asfáltico a la temperatura requerida y viértalo dentro del picnómetro hasta llenarlo, evitando la inclusión de burbujas de aire. Inserte la tapa firmemente en el picnómetro y limpie con un paño el exceso de material que se hubiere derramado por el orificio. Determine la masa del picnómetro y su contenido y desígnela como C, aproximando a 0,01 g (Ver Figura 4.12). 6. Calcule la densidad del asfalto como:
ρ b = C - A × ρw ×1.000 B-A
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Dónde: ρw : Densidad del agua a la temperatura de ensaye (g/cm3 ). ρb : Densidad del asfalto a la temperatura de ensaye (Kg /m3).
Fig. 4.12. Procedimiento para asfaltos líquidos de baja viscosidad (Emulsión Asfáltica).
7. Si la viscosidad impide seguir el procedimiento descrito, aplique lo que se señala en Procedimientos para Cementos Asfálticos. 8. Caliente una pequeña cantidad de material hasta una condición fluida, mediante la aplicación de calor en forma suave; debe prevenir la pérdida por evaporación. Una vez que la muestra esté suficientemente fluida viértala dentro del picnómetro, limpio y seco, hasta aproximadamente la mitad. Es conveniente calentar ligeramente el picnómetro antes de vaciar el material. Se deben tomar precauciones para evitar que el material toque las paredes del picnómetro por encima de su nivel final, y evite la inclusión de burbujas de aire, aplicando ligeramente la llama de un mechero a la superficie del
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picnómetro y del asfalto. Enfríe el picnómetro y su contenido a temperatura ambiente y determine la masa con la tapa incluida. Designe esta masa como C, aproximando a 0,01 g. 9. Termine de llenar con agua destilada, inserte la tapa firmemente, sumérjalo completamente en un vaso lleno de agua destilada y colóquelo en el baño, de acuerdo a lo indicado en 2, a la temperatura de ensaye por unos 30 min. Retire el picnómetro del vaso y séquelo con un paño. Determine la masa y desígnela como D, aproximando a 0,01 g. 10. Determine la densidad del asfalto de acuerdo a la fórmula:
𝜌𝑏 =
𝐶 −𝐴 × 1.000 (𝐵 − 𝐴)(𝐷 − 𝐶)
Dónde: ρb : Densidad del agua a la temperatura de ensaye (g/cm3.). ρw : Densidad del asfalto a la temperatura de ensaye (kg /m3) Contenido de cenizas: Determine la ceniza colocando 2 a 5 g de residuo de la muestra (mi) en un crisol tarado de porcelana o platino y pese la muestra, aproximando a 0,1 g. Queme lentamente la materia combustible y finalmente calcine el residuo hasta que la ceniza quede libre de materia carbonosa. Enfríe el crisol y su contenido en un desecador y pese (mf) informando el resultado como porcentaje de ceniza
% 𝐶𝑒𝑛𝑖𝑧𝑎 =
𝛥𝑚 𝑚𝑖 – 𝑚𝑓 𝑥(100) = 𝑥(100) 𝑚𝑖 𝑚𝑖
Informe: a) Para la emulsión asfáltica el procedimiento para determinar la densidad es el de para asfaltos líquidos de baja viscosidad, utilizando la primera fórmula del Método (A0102).
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b) La Tabla 4.9. Muestra los resultados del ensaye a 25 °C, necesario para realizar el ensayo de estabilidad Marshall modificada. Para el cálculo detallado referirse al ANEXO E (Ensayos de Laboratorio).
RESULTADOS DE DENSIDAD DE LA EMULSION ASFALTICA (A0102) (ASTM D71-94 AASHTO T229-97) DENSIDAD DE LA EMULSION ASFALTICA A 25 °C (gr/cm3)
1,001
ESPECIFICACIONES ASTM D71-94 AASHTO T229-97 Aprox. a 1 (gr/cm3)
Tabla 4.9. Resultados de Densidad de la Emulsión Asfáltica a 25 °C.
2) Método de Ensaye de Penetración (A0103) (ASTM D 5 AASHTO T49-97)
Objeto: Este método describe un procedimiento para determinar la dureza, mediante penetración, de materiales bituminosos sólidos y semisólidos. El ensaye de penetración se usa como una medida de consistencia; valores altos de penetración indican consistencias más blandas. Equipos y Materiales: 1. Penetrómetro Cualquier equipo que permita el movimiento vertical sin fricción apreciable del vástago sostenedor de la aguja, y que sea capaz de indicar la profundidad de la penetración con una precisión de 0,1 mm. El peso del vástago será de 47, 5 ± 0,05 g. El peso total de la aguja y el vástago será de 50, 0 ±0,05 g. Para cargas totales de 100 g y 200 g, dependiendo de las condiciones es en que se aplique el ensaye, se estipulan pesas de 50,0 ± 0,05g y 100,0 ± 0,05g. La superficie sobre la que se apoya la cápsula que contiene la muestra será lisa y el eje del émbolo deberá estar aproximadamente a 90º de esta superficie. El vástago deberá ser fácilmente desmontable para comprobar su peso. 2. Aguja de penetración
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La aguja (ver Figura 4.13) es de acero inoxidable templado y duro, grado 440-C o equivalente, HRC 54 a 60; debe tener aproximadamente 50 mm de largo y su diámetro entre 1,00 y 1,02 mm. Será simétricamente afilada en forma cónica, con un ángulo entre 8,7 y 9, 7º con respecto al largo total del cono, el que debe ser coaxial con el cuerpo recto de la aguja. La variación total axial de la intersección del cono y la superficie recta no debe exceder de 0,2 mm. La punta truncada del cono debe tener un diámetro entre 0,14 y 0,16 mm y en ángulo recto al eje de la aguja con una tolerancia de 2º. El filo de la superficie de la punta truncada debe ser bien formado y libre de rugosidad. Cuando la textura de la superficie se mide de acuerdo con la American National Standard B 46.1 o ISO468, la aspereza superficial (Ra) del cono aguzado debe estar entre 0,2 y 0,3 µm como promedio aritmético. La aspereza superficial (Ra) del eje de la aguja debe estar entre 0,025 y 0,125 micrones. La aguja debe montarse en un casquete de metal no corrosivo, que tenga un diámetro de 3,2 ± 0,05 mm y una longitud de 38 ± 1 mm. La longitud expuesta de la aguja estándar debe estar comprendida entre 40 y 45 mm. La aguja debe estar rígidamente montada en el casquete. La carrera (lectura del indicador de penetración total) de la punta de la aguja y cualquier porción de la aguja relativa al eje del casquete, no deberá exceder de 1 mm. La masa del conjunto casquete - aguja será de 2,50 ± 0,05 g (se puede perforar con taladro o limar el casquete, para controlar el peso). Coloque marcas de identificación individual en el casquete de cada aguja; las mismas marcas no deberían repetirse por un mismo fabricante dentro de un período de tres años.
Fig. 4.13. Aguja de Penetración.
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3. Cápsulas Las cápsulas deben ser de metal o vidrio, de forma cilíndrica y con fondo plano. Sus dimensiones son las siguientes:
Para penetraciones bajo 200. Diámetro (mm) 55 Profundidad (mm) 35
Para penetraciones entre 200 y 350: Diámetro (mm) 55 Profundidad (mm) 70
4. Baño de agua Tendrá una capacidad mínima de10l y un sistema apto para mantenerla temperatura a 25º C, o cualquiera de ensaye, con una tolerancia de ± 0,1ºC; tendrá, además, una bandeja perforada ubicada a no menos de 50 mm del fondo, ni menos de 100 mm bajo el nivel del líquido en el baño. Si el ensaye de penetración se realiza en el mismo baño, éste debe estar provisto de una bandeja que soporte el peso del penetrómetro. Para determinaciones a bajas temperaturas se puede utilizar una solución salina (Nota 1). Nota 1: Se recomienda usar agua destilada en el baño. Se debe evitar la contaminación del baño de agua por agentes superficiales activos, agentes residuales u otros agentes químicos, pues su presencia puede afectar los valores de penetración. 5. Transportador de cápsula Debe tener una capacidad mínima de 350 ml y una profundidad suficiente de agua que permita cubrir la altura del contenedor de la muestra. Debe estar provisto de algún medio que asegure firmemente la cápsula y evite el balanceo; para lo que tendrá tres brazos que permitan a lo menos tres puntos de contacto para sostener la cápsula. 6. Aparato medidor de tiempo Para operar un penetrómetro manual, utilice cualquier aparato que mida el tiempo, tal como un medidor de tiempo eléctrico, un cronómetro o cualquier dispositivo a cuerda, que esté graduado en 0,1 s o menos y cuya precisión esté dentro de ± 0,1 s para un intervalo de 60 s. También se puede utilizar un contador de segundos audible, ajustado para proporcionar un pulso cada 0,5 s. El tiempo para un intervalo de cuenta de 11 pulsos debe ser de 5 ± 0,1 s. Cualquier dispositivo automático que se vaya a conectar al penetrómetro debe ser cuidadosamente calibrado para proporcionar el intervalo de ensayo deseado dentro de ± 0,1 s. 7. Termómetros
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Se pueden usar termómetros de vidrio de rango adecuado, con subdivisiones y escala máxima de error de 0,1ºC, o cualquier otro aparato que mida temperaturas con igual exactitud, precisión y sensibilidad. Los termómetros deben cumplir los requisitos de la Especificación ASTM E1. Los termómetros comúnmente utilizados son los que se indican en la Tabla 4.10:
Tabla 4.10. Termómetros ASTM.
Condiciones Generales: Cuando no se especifiquen las condiciones de ensaye, considere la temperatura, carga y tiempo, en 25°C, 100 g y 5 s, respectivamente. Otras condiciones de temperatura, carga y tiempo pueden usarse para ensayes especiales, tales como los que se muestran en la Tabla 4.11.
CONDICIONES PARA ENSAYES ESPECIALES:
En los casos especiales deben informarse las condiciones especificadas de ensaye.
Tabla 4.11. Ensayes Especiales de Penetración.
Extracción y Preparación de la Muestra: 8. Caliente la muestra cuidadosamente, agitando para prevenir sobrecalentamientos locales, hasta que esté lo suficientemente fluida para vaciar. En ningún caso la temperatura debe elevarse más allá de 60ºC sobre el punto de ablandamiento esperado para los alquitranes, de acuerdo con el método de ensaye ASTM D 36, o no más allá de
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90ºC sobre el punto de ablandamiento para el caso de los asfaltos. No caliente la muestra por más de 30 min. y evite la incorporación de burbujas en la muestra. 9. Vierta la muestra en la cápsula a una profundidad tal que cuando se enfríe a la temperatura de ensaye, la profundidad de la muestra sea a lo menos 10 mm mayor que la profundidad a la cual se espera que la aguja penetre. Vierta dos porciones separadas para cada variación de las condiciones de ensaye. 10. Proteja la cápsula contra el polvo, cubriéndola con un vaso y déjela enfriar al aire a una temperatura entre 15 y 30°C, entre 1 y 1,5 h para una cápsula pequeña (90 ml) y 1,5 y 2 h, para el más gran (175 ml). Cuando utilice el transportador de cápsula, coloque las muestras junto con éste en el baño de agua, manteniéndolas a la temperatura de ensaye. Las muestras en cápsulas pequeñas deben permanecer entre 1 y 1,5 h y en las más grandes, entre 1,5 y 2 h. Procedimiento: 11. Examine la aguja y guía para comprobar que esté perfectamente seca y libre de otros materiales extraños. Si la penetración esperada excede 350 use una aguja larga; en otros casos, utilice una aguja corta. Limpie la aguja de penetración con tolueno u otro solvente adecuado, seque con un paño limpio e inserte la aguja en el penetrómetro. A menos que se especifique otra cosa, coloque el peso de 50 g sobre la aguja, obteniendo una masa total de 100 ± 0,1 g. 12. Si el ensaye se hace con el penetrómetro en el baño, coloque la cápsula con muestra directamente sumergida sobre la superficie de éste (Nota 2), y deje la cápsula con la muestra en el baño, completamente cubierta con agua. Si el ensaye se realiza con el penetrómetro fuera del baño, coloque la muestra en el transportador de cápsula, cúbrala completamente con agua a la temperatura del baño (constante) y ubique el transportador sobre la superficie del penetrómetro. Nota 2: Para ensayes arbitrales es, las penetraciones a temperaturas diferentes de 25°C deben realizarse sin remover la muestra del baño. 13. Posicione la aguja descendiendo lentamente hasta que la punta haga contacto con la superficie de la muestra; realice esto con la punta de la aguja haciendo contacto real con su imagen reflejada sobre la superficie de la muestra, para lo cual empleé una fuente luminosa (Nota 3).
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Nota 3: La posición de la aguja se puede visualizar mejor con la ayuda de un tubo de iluminación de polimetil metacrilato. 14. Haga un mínimo de tres penetraciones en la superficie de la muestra en puntos distanciados al menos 10 mm de la pared de la cápsula y a no menos de 10 mm entre uno y otro. Si se usa el transportador de cápsula, retorne la muestra y el transportador al baño de agua entre determinaciones; use una aguja limpia para cada determinación. Si la penetración es mayor que 200, use un mínimo de tres agujas, dejándolas en la muestra hasta completar las tres penetraciones. Precisión: Use el siguiente criterio para juzgar si los resultados de penetración son aceptables para asfaltos a 25ºC. (El criterio de precisión para otras temperaturas está siendo determinado). 15. Precisión para un solo operador El coeficiente de variación determinado para un solo operador, es de 1,4% para penetraciones sobre 60 y la desviación estándar para un solo operador, desde 0,35 para penetraciones bajo 50. Por lo tanto, los resultados de dos ensayes adecuadamente ejecutados por el mismo operador, con el mismo material de cualquier penetración y usando el mismo equipo, no deberían diferir uno del otro en más de 4% de su media o 1 unidad en otros casos. 16. Precisión entre laboratorios El coeficiente de variación encontrado entre laboratorios es de 3,8% para penetraciones sobre 60 y la desviación estándar entre laboratorios es de 1,4 para penetraciones bajo 50. Por lo tanto, los resultados de dos ensayes adecuadamente ejecutados, con el mismo material de cualquier penetración y en dos laboratorios diferentes, no deberían diferir uno del otro en más de 11% de su media o 4 unidades en otros casos Nota 4: Los valores antes indicados representan los límites de ambas desviaciones estándar.
CRITERIOS DE PRECISION:
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(*) La estimación de la precisión para los alquitranes está basada en los resultados de dos destilados de hulla con penetraciones de 7 y 24. La estimación puede no ser aplicable a materiales de dureza diferente.
Tabla 4.12. Criterios de Precisión para el Ensaye de Penetración.
17. Repetitividad Resultados duplicados por un mismo operador no serán considerados dudosos a menos que ellos difieran por más de las siguientes cantidades:
Rango de penetración del residuo 80 a 200.
Repetitividad, puntos 15.
18. Reproducibilidad Los resultados obtenidos por dos laboratorios no serán considerados dudosos a menos que ellos difieran en más de las siguientes cantidades:
Rango de Penetración del residuo 80 a 200.
Reproducibilidad, puntos 30.
Informe: a) La penetración del residuo asfáltico (100g, 5s, 25°C) (Tabla 4.13), cumpliendo con las especificaciones de la Norma Brasilera NBR-6576 utilizadas por el fabricante “GRECA Asfaltos”, que se encuentran en el ANEXO F, además (Ver Figura 4.14). b) Para el cálculo detallado referirse al ANEXO E (Ensayos de Laboratorio).
ESPECIFICACIONES RESULTADOS DE PENETRACIÓN DEL RESIDUO ASFALTICO A 25 °C (A0105) (ASTM D 113 AASHTO T51-00) PENETRACIÓN DEL RESIDUO ASFALTICO (100g, 5s, 25°C) (0,1mm)
202,00
NBR-6576 MINIMA MAXIMA 50
250
Tabla 4.13. Resultados Penetración del Residuo Asfáltico (100g, 5s, 25°C) (0,1mm).
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Fig. 4.14. Ensayo de Penetración dl Residuo Asfáltico (100g, 5s, 25°C).
3) MÉTODO PARA DETERMINAR LA DUCTILIDAD (A0105) (ASTM D 113 AASHTO T51-00)
Objeto: La ductilidad de un material bituminoso es la longitud, medida en cm., a la cual se alarga (elonga) antes de romperse cuando dos extremos de una briqueta, confeccionada con una muestra y de la forma descrita en 1 se traccionan a la velocidad y temperatura especificadas. A menos que otra condición se especifique, el ensaye se efectúa a una temperatura de 25 ± 0,5 ºC y a una velocidad de 5 cm/min ± 5%. Para otras temperaturas deberá especificarse la velocidad. Diseño y Mejoramiento de Estándar con Emulsión Asfáltica del Camino “Ocurí – Uncía”
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Equipos y Materiales: 1. Moldes: El molde, de bronce o zinc, debe ser similar en diseño al mostrado en la Figura 4.15; los extremos b y b’ se denominan clips y las partes a y a’, lados del molde. Cuando se arme el molde se obtendrá la briqueta especificada, con las dimensiones que se indican: A: Distancia entre los centros: 111,5 a 113,5 mm B: Largo total de la briqueta: 74,5 a 75,5 mm. C: Distancia entre clips: 29,7 a 30,3 mm. D: Borde del clip: 6,8 a 7,2 mm. E: Radio del clip: 15,75 a 16,25 mm. F: Ancho mínimo de la sección transversal: 9,9 a 10,1 mm. G: Ancho de la boca del clip: 19,8 a 20,2 mm. H: Distancia entre los centros de radio: 42,9 a 43,1 mm. I: Diámetro del orificio del clip: 6,5 a 6,7 mm. J: Espesor: 9,9 a 10,1 mm
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Fig. 4.15. Molde para Ductilidad de Muestra de Ensaye.
2. Baño de agua: Mantenga el baño a la temperatura de ensaye especificada, con una tolerancia de ± 0,1 ºC. El volumen mínimo de agua es de 10 l. Sumerja la muestra a una profundidad no menor que 10 cm. y apóyela sobre una bandeja perforada, ubicada a no menos que 5 cm. del fondo del baño. 3. Ductilímetro: Para traccionar las briquetas de material bituminoso se puede usar cualquier aparato construido de modo que la muestra se mantenga continuamente sumergida en agua, como se especifica en 7, al mismo tiempo que los clips se traccionan a una velocidad uniforme y sin vibraciones excesivas. Este aparato debe ser termo regulable para mantener la temperatura especificada en forma homogénea en toda la masa de agua, dentro de la tolerancia indicada en 8. 4. Termómetros: El termómetro por utilizar será ASTM 63 C con un rango de temperatura entre – 8 y 32 ºC; debe cumplir los requerimientos descritos en la norma ASTM E1. Procedimiento:
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5. Preparación del molde: Arme el molde sobre una placa base; cubra cuidadosamente la superficie de la placa y las superficies interiores de los lados a y a’ del molde (Figura 4.15) con una película delgada de desmoldante para prevenir que el material por ensayar se adhiera. La placa sobre la cual se coloca el molde debe estar perfectamente plana y a nivel, de modo que la superficie inferior del molde esté completamente en contacto. 6. Moldeo de las muestras para el ensaye: Caliente la muestra con cuidado, previniendo calentamientos locales, hasta que esté suficientemente fluida para verter. Sin embargo, durante el calentamiento, la temperatura no debe exceder de 80 a 110 ºC por encima del punto de ablandamiento esperado. Tamice la muestra fundida a través del tamiz 0,3 mm (Nº 50); Luego continúe revolviendo y vierta el material dentro del molde. Durante el llenado cuide no tocar ni desarreglar el molde, de modo que no se distorsione la briqueta; vierta con un chorro delgado hacia atrás y hacia adelante, de extremo a extremo, hasta que el molde quede por sobre el nivel de llenado. Deje enfriar a temperatura ambiente por un período de 30 a 40 min y luego coloque en el baño de agua mantenido a la temperatura de ensaye especificada por 30 min. Luego recorte el exceso de ligante asfáltico con una espátula o cuchillo caliente, resistente y afilado, de modo que el molde se ajuste al nivel de llenado. Nota 1: Como desmoldante se puede usar vaselina, silicona u otros. 7. Conservación de las muestras a la temperatura de ensaye: Coloque la placa y el molde con la briqueta en el baño de agua y manténgala por un período de 85 a 95 min. a la temperatura especificada; luego quite la briqueta de la placa, separe las partes a y a’ e inmediatamente ensaye la briqueta. 8. Ensaye: Enganche los anillos de cada extremo de los clips a las clavijas del ductilímetro y sepárelos a la velocidad uniforme especificada hasta la ruptura de la briqueta; se permite una tolerancia de ± 5 % para la velocidad especificada. Mida la distancia en cm. entre los clips traccionados en el momento de producirse la ruptura. Durante el desarrollo del ensaye, el agua en el estanque del ductilímetro cubrirá la briqueta a lo menos 2,5 cm. y ésta se mantendrá continuamente a la temperatura especificada con una tolerancia de ± 0,5 ºC. 9. Recomendaciones para el Ensayo:
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a) Un ensaye normal es aquél en el cual el material entre los dos clips se ha estirado hasta el punto de convertirse en un hilo y la ruptura ocurre en el punto donde el hilo no tiene prácticamente sección transversal. Se informará el promedio de tres ensayes normales como la ductilidad de la muestra, indicando la temperatura de ensaye. b) Si el material bituminoso llega a tener contacto con la superficie del agua o el fondo del baño, el ensaye no será considerado normal. Se ajustará la densidad del agua del baño agregando alcohol metílico o cloruro de sodio de modo que el material bituminoso no llegue a la superficie del agua ni toque el fondo del baño durante el ensaye. c) Si no se obtiene un ensaye normal en tres ensayes sucesivos en iguales condiciones, infórmela ductilidad como “no obtenible” bajo esas condiciones de ensaye.
Informe: a) La ductilidad del residuo asfáltico a 25°C (5cm/min) (Tabla 4.14), cumpliendo con las especificaciones de la Norma Brasilera NBR-6576 utilizadas por el fabricante “GRECA Asfaltos”, que se encuentran en el ANEXO F, además (Ver Figura 4.16). b) Para el cálculo detallado referirse al ANEXO E (Ensayos de Laboratorio).
RESULTADOS DE DUCTILIDAD DEL RESIDUO ASFALTICO A 25 °C (A0105) (ASTM D 113 AASHTO T51-00) DUCTILIDAD DEL RESIDUO ASFALTICO A 25 °C (cm)
102,00
ESPECIFICACIONES NBR-6293 MINIMA MAXIMA 40
-
Tabla 4.14. Resultados de Ductilidad del Residuo Asfáltico a 25°C (5cm/min).
Fig. 4.16. Ensayo de Ductilidad del Residuo Asfáltico a 25°C (5cm/min.).
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4.4.1.3. Ensayos de la Mezcla Son
los
ensayos
necesarios
de
agregados
(capa
de
ripio)
y
combinación
agregado/emulsión asfáltica, para recabar los datos para el diseño de la mezcla, es decir, cantidades óptimas de emulsión asfáltica y agua de compactación, además, de resistencias óptimas según lo requerido para este proyecto en particular y según los parámetros del: A0704. MÉTODO DE DISEÑO DE MEZCLAS ASFÁLTICAS EN FRÍO CON EMULSIÓN (Manual Técnico de La Administradora Boliviana de Carreteras ABC) con apoyo de la NORMA MEXICANA N·CMT·4·02·003/04 de la Secretaria de Comunicaciones y Transportes (S.C.T.).
4.4.1.3.1. Método para extraer y preparar muestras (A0504) (ASTM C 75 AASHTO T291)
Objeto: Este método establece los procedimientos para extraer y preparar las muestras representativas de áridos finos, gruesos e integrales para fines de ensaye. Se aplicará a los áridos naturales y manufacturados de densidad neta entre 2.000 y 3.000 kg /m3. Definiciones: 1. Muestra de yacimiento: Muestra representativa del árido en su sitio de depósito natural, no sometido a tratamiento alguno. 2. Muestra de producción: Muestra representativa de un árido removido de su depósito natural y sometido a cualquier tratamiento como trituración, lavado o clasificación y que se encuentra sobre cintas transportadoras, o almacenado junto al lugar de extracción o tratamiento. 3. Muestra de obra: Muestra representativa de un árido que se encuentra en una obra, ya sea sobre vehículos o almacenado. 4. Muestra gemela: Conjunto de dos o más fracciones de muestra, separadas por cuarteo según Método A0505.
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Dichas muestras pueden emplearse para verificar el efecto de los procedimientos de ensaye (operador, equipo, etc.) en la dispersión de los resultados. Equipos y Materiales: Las herramientas y accesorios mínimos necesarios para las operaciones de muestreo incluyen pala, bolsas o sacos, cajas o recipientes y otros que sean necesarios considerar para los procedimientos que se establecen en el presente método.
Extracción y Preparación de la Muestra: 5. Aspectos generales: Dado que el muestreo es tan importante como los ensayes mismos, el muestreador debe tomar todas las precauciones necesarias para obtener muestras que sean representativas del material que se va a analizar. Para ello, personal debidamente experimentado debe inspeccionar el material por muestrear en superficie o a través de pozos de prueba o sondajes, según corresponda, a fin de determinar su homogeneidad con un adecuado nivel de confiabilidad. 6. Tamaño de la muestra: a) Muestra de terreno. La cantidad de muestra tomada en terreno debe ser tal que represente la naturaleza y condición de los áridos. Redúzcala por cuarteo hasta obtener una cantidad de al menos el doble de la requerida como muestra de laboratorio, conservando el material restante de la reducción como contra muestra ante cualquier eventualidad. Nota 1: La contra muestra se conservará en el lugar de extracción debidamente identificada y almacenada en bolsas, cajas o recipientes, de modo de evitar contaminaciones, pérdidas o alteraciones del material. b) Muestra de laboratorio. La cantidad de muestra necesaria para ser enviada al laboratorio depende del tipo y número de ensayes a los cuales será sometido el material. Generalmente las cantidades mínimas requeridas para los ensayes básicos de calidad son las siguientes:
Árido fino: 30 kg.
Árido grueso: Una cantidad en kg equivalente a 2 veces el tamaño máximo absoluto del árido grueso, expresado este último en mm.
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Árido integral: En este caso se cumplirá simultáneamente con las cantidades mínimas requeridas para los distintos tipos de áridos antes mencionados.
Nota 2: Para ensayes adicionales y/o especiales se aumentarán los tamaños indicados en 6 b) en la cantidad requerida para ellos. Extracción de Muestras para Reconocimiento de Yacimientos: 7. Procedimientos de extracción: a) Yacimiento con frente descubierto. Inspeccione la(s) cara(s) del yacimiento, para determinar variaciones importantes o existencia de estratos. Extraiga muestras por fajas verticales del frente de explotación, de acuerdo con la homogeneidad del material, la forma de explotación y la facilidad de acceso. Registre el ancho de la faja, la profundidad horizontal y las cotas verticales de extracción de muestras si ello es procedente, además registre las diferencias observables en el color y la estructura. b) Yacimiento sin frente descubierto. Extraiga muestras representativas de los diferentes estratos, identificados en cada pozo de prueba o sondaje, tomando tres o más porciones de cada uno de ellos. Registre la profundidad relativa de extracción de la muestra y el espesor del (de los) estrato(s). 8. Frecuencia de muestreo: a) En yacimientos con frente descubierto, extraiga muestras de fajas verticales ubicadas a distancias inferiores a 30 m. b) En yacimientos sin frente descubierto, ejecute al menos un pozo de prueba o sondaje cada 5.000 m2, uniformemente distribuidos y cubriendo el área de estudio. Extracción de Muestras de producción: De preferencia las muestras de material manufacturado se extraerán de cintas transportadoras. Si esto no es aplicable, se extraerán muestras desde silos, tolvas o depósitos, o bien desde acopios. 9. Procedimientos de extracción: a) Cintas transportadoras. Detenga la cinta a intervalos regulares de tiempo y extraiga porciones de pétreo que correspondan a todo material comprendido entre dos secciones transversales a la cinta, distanciadas en aproximadamente 1 m. Extraiga tres o más porciones de árido hasta completar la muestra.
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b) Silos, tolvas o depósitos. Extraiga porciones de árido en el flujo de la descarga sin incluir el primer y último 10% de ésta. Tome tres o más porciones de material hasta completar la muestra. Emplee, en lo posible, un recipiente que abarque todo el flujo del material. c) Acopios. Utilizando un cargador frontal, extraiga porciones de árido en distintos niveles y ubicaciones rodeando el acopio, evitando sacar material de las zonas inferior y superior de éste. Con las porciones extraídas forme un pequeño acopio debidamente homogeneizado, aplanando su parte superior. Desde éste extraiga manualmente las porciones necesarias para conformar la muestra. 10. Frecuencia de Muestreo: Adopte como frecuencia mínima de muestreo la correspondiente al menor volumen indicado en los siguientes puntos: a) Extraiga una muestra cada 1.000 m3 de cada tipo de árido producido. b) Extraiga una muestra correspondiente al volumen de cada tipo de árido producido en un mes.
Extracción de Muestras de Obra: Las muestras se extraerán desde vehículos o desde el material almacenado. Establezca un control de calidad durante la recepción del material y disponga los acopios según las diferencias que se observen. Nota 3: El control del material almacenado tiene por objetivo cuantificar los efectos de las manipulaciones realizadas y proporcionar antecedentes para el uso de los áridos. 11. Procedimientos de extracción: a) Vehículos. Extraiga porciones de árido en tres o más puntos, profundizando aproximadamente hasta la mitad de la altura de la carga o a intervalos regulares de tiempo durante la descarga. b) Silos, tolvas o depósitos. Proceda de acuerdo con 9 b). c) Acopios. Proceda de acuerdo con 9 c). 12. Frecuencia de muestreo: a) Control de Recepción:
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Extraiga al menos una muestra de cada tipo de árido por cada 500 m3 recepcionados.
Extraiga una muestra cada vez que se cambie de fuente de abastecimiento o se aprecien cambios de calidad del material.
El profesional a cargo podrá disminuir la frecuencia mínima establecida hasta en un 50%, cuando se verifique que no hay cambios significativos en las características del material.
b) Control para el uso:
Extraiga una o más muestras de cada tipo de árido por cada 250 m3 por emplear.
Extraiga una muestra cada vez que se aprecien cambios de calidad del material, debido a tiempo prolongado de almacenamiento en obra, contaminaciones, segregaciones, etc.
El profesional a cargo podrá disminuir la frecuencia mínima establecida hasta en un 50%, cuando se verifique que no hay cambios significativos en las características del material.
Preparación de Muestras: 13. Mezclado: Mezcle con pala, sobre una superficie horizontal y limpia, las porciones de árido obtenidas del muestreo hasta obtener una muestra homogénea, asegurando la incorporación de todas las partículas más finas que la componen. Si se requiere determinar el grado de variabilidad de un acopio, las porciones extraídas de las distintas zonas de éste no deben mezclarse entre sí. 14. Reducción: Reduzca por cuarteo según Método A0505 el tamaño de la muestra extraída, para obtener el tamaño de muestra de laboratorio especificado en 6 b). 15. Transporte a laboratorio: Transporte las muestras en bolsas, cajas o recipientes confeccionados de tal manera de evitar pérdidas de material. Identifíquelas claramente, de acuerdo a lo indicado en “Registro”, con marcas indelebles protegidas de cualquier eventual deterioro. Informe:
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Cada muestra para laboratorio llevará un registro en que se indicarán los siguientes datos: 16. Información mínima: a) Nombre del contrato y contratista. b) Identificación del muestreador (nombre, entidad y/o laboratorio). c) Tipo de material. d) Procedencia del material. e) Tamaño aproximado de la muestra (kg). f) Cantidad de material que representa la muestra (m3). g) Procedimiento de extracción utilizado. h) Empleo propuesto. i) Ensayes requeridos. j) Fecha de extracción. 17. Información optativa a) Ubicación y nombre del yacimiento, depósito, planta de manufacturado u obra. b) Capacidad de producción o consumo diario estimado. c) Procedimientos de explotación y/o manufacturado. d) Radio de alcance (zona que abastece). e) Cualquier información específica relativa a las características del árido o a los requisitos de empleo
4.4.1.3.2. Método para el Cuarteo de Muestras (A0505) (ASTM C 702)
Objeto: Los diferentes tipos y tamaños de áridos requieren que la muestra sea representativa para los varios ensayes a los que será sometida. El material obtenido en terreno debe ser siempre mayor que la cantidad de la muestra requerida para el ensaye. El material debe ser reducido en cantidad de acuerdo al ensaye que se le va a practicar. Este método establece dos procedimientos, uno manual y otro mecánico, para la reducción de muestras de suelo, áridos y agregados pétreos en general. Los mejores resultados se obtienen usando un cuarteador metálico de un tamaño adecuado. Procedimiento Manual:
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A continuación se describe un método para reducir la cantidad del material, cuarteándola manualmente, para obtener muestras menores que 100 kg. a) Para llevar a cabo el cuarteo, el material debe estar húmedo; si está seco, humedézcalo añadiendo agua limpia con un rociador. Mezcle bien el material hasta formar una pila en forma de cono; revuelva de nuevo hasta formar un nuevo cono; repita esta operación tres veces. b) Distribuya una palada llena del material tan uniformemente como sea posible sobre una lona u otra superficie lisa, plana y ancha. Una lona de 150 x 150 cm será suficiente. Cuando la cantidad del material es pequeña, se puede usar una plana de albañil. Continúe colocando material en capas, una sobre la otra, hasta que se haya distribuido todo el material formando un montón plano y ancho, cuyo espesor y distribución de los tamaños del árido sea razonablemente uniforme. No permita la conicidad del árido. c) Divida el montón en cuatro partes iguales, con una pala de borde recto o una plancha de metal. Cuando emplee una lona, el cuarteo puede hacerse convenientemente insertando un palo delgado o varilla por debajo de la lona y levantándola para así dividir la muestra en partes iguales, primero en dos mitades iguales y luego en cuartas partes. (Ver Figura 4.17). d) Remueva dos cuartas partes opuestas y colóquelas a un lado, cuidando de retirar todo el material fino limpiando los espacios despejados con una brocha o escoba. e) Repita el procedimiento indicado desde a) a d) con la porción restante del agregado, hasta que obtenga una muestra de ensaye del tamaño deseado. f) Si lo desea, puede guardar la porción que colocó a un lado para luego hacer un posible ensaye de comprobación.
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Fig. 4.17. Procedimiento de Cuarteo Manual.
Procedimiento con Cuarteador Metálico o Mecánico: El método para reducir a muestras menores que 100 kg mediante un cuarteador metálico es el siguiente: (Ver Figura 4.18). a) Coloque la muestra en uno de los recipientes del cuarteador. b) Vacíe la muestra en el cuarteador. c) Separe el material correspondiente a uno de los recipientes.
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d) Repita el procedimiento con el material del recipiente restante hasta obtener el tamaño de muestra requerido.
Fig. 4.18. Procedimiento con Cuarteador Metálico o Mecánico.
4.4.1.3.3. Método para Tamizar y Determinar la Granulometría (A0506) (ASTM E 40 AASHTO T27-99)
Objeto: Este método establece el procedimiento para tamizar y determinar la granulometría de los áridos. Es aplicable a los áridos que se emplean en la elaboración de morteros, hormigones, tratamientos superficiales y mezclas asfálticas.
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Definiciones: 1. Granulometría: Distribución porcentual en masa de los distintos tamaños de partículas que constituyen un árido. 2. Porcentaje parcial retenido en un tamiz: Porcentaje en masa correspondiente a la fracción directamente retenida en un determinado tamiz. 3. Porcentaje acumulado retenido en un tamiz: Porcentaje en masa de todas las partículas de mayor tamaño que la abertura de un determinado tamiz. Se calcula como la suma del porcentaje parcial retenido en ese tamiz más todos los porcentajes parciales retenidos en los tamices de mayor abertura. 4. Porcentaje acumulado que pasa por un tamiz: Porcentaje en masa de todas las partículas de menor tamaño que la abertura de un determinado tamiz. Se calcula como la diferencia entre el 100% y el porcentaje acumulado retenido en ese tamiz.
Equipos y Materiales: 5. Balanza: Debe tener una capacidad superior a la masa de la muestra más el recipiente de pesaje y una precisión de 0,1 g. 6. Tamices: a) Son tejidos, de alambre y abertura cuadrada, y sus tamaños nominales de abertura pertenecen a las series que se indican en la Tabla 4.15.
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Tabla 4.15. Serie de Tamices Escogidos.
Nota 1: Cuando no se cuente con tamices de aberturas nominales en mm, los tamaños nominales de los tamices podrán ser los correspondientes a ASTM. b) Los marcos de los tamices deben ser metálicos y suficientemente rígidos y firmes para fijar y ajustar las telas de alambre, a fin de evitar pérdidas de material durante el tamizado y alteraciones en la abertura de las mallas. Deben ser circulares, con diámetros de 200 mm y 300 mm, preferentemente para los gruesos. c) Cada juego de tamices debe contar con un depósito que ajuste perfectamente, para la recepción del residuo más fino. d) Cada juego de tamices debe contar con una tapa que ajuste perfectamente para evitar pérdidas de material. 7. Horno: Provisto de circulación de aire y temperatura regulable para las condiciones del ensaye. 8. Herramientas y accesorios: Espátulas, brochas, recipientes para secado, recipientes para pesaje, etc. Extracción y Preparación de la Muestra: Extracción de muestras: Extraiga y prepare las muestras de acuerdo con los Métodos A0505 y A0504.
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Nota 2: Las muestras de áridos finos o áridos mezclados deben humedecerse antes de la reducción para evitar segregaciones y pérdida de polvo. Acondicionamiento de la muestra de ensaye: a) Homogeneice cuidadosamente el total de la muestra de laboratorio en estado húmedo y redúzcala por cuarteo, de acuerdo con el Método A0505 hasta que obtenga, cuando esté seca, un tamaño de muestra ligeramente superior a los valores que se indican en “Tamaño de la muestra de ensaye”. b) No se debe reducir la muestra de laboratorio en estado seco, ni tampoco reducirla a una masa exacta predeterminada. c) Seque la muestra hasta masa constante en horno a una temperatura de 110 ± 5° C. Tamaño de la muestra de ensaye: 9. Para el Árido fino: a) Cuando se emplean los tamices de 200 mm de diámetro, la muestra de ensaye en estado seco debe tener una masa ligeramente superior a los valores que se indican en Tabla 4.16.
Tabla 4.16. Tamaño de la Muestra de Ensaye del Árido Fino.
b) Los
tamaños
de muestra
indicados
en
la
Tabla
4.15
podrán aumentarse
proporcionalmente cuando se empleen tamices de mayor tamaño, siempre que se cumpla lo establecido en 9 c). c) La masa máxima de la muestra será tal que la fracción retenida en cualquiera de los tamices al terminar la operación de tamizado sea inferior a 0,6 g por cm3 de superficie de tamizado. En tamices de 200 mm de diámetro dicha fracción debe ser inferior a 200 g. 10. Para los áridos gruesos: a) Cuando se emplean tamices de 300 mm de diámetro, la muestra de ensaye en estado seco debe tener una masa ligeramente superior a los valores que se indican en Tabla 4.17.
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Tabla 4.17. Tamaño de la Muestra de Ensaye del Árido Grueso.
b) Cuando una muestra contenga una fracción de árido fino superior al 15%, el material debe separase por el tamiz de 4,75 mm o 2,36 mm, según corresponda a hormigón o asfalto, respectivamente, debiéndose determinar y registrar el porcentaje en masa de ambas fracciones. Trate las fracciones de árido fino y árido grueso de acuerdo con 9 y 10, respectivamente. c) Los
tamaños
de muestra
indicados
en
la
Tabla
4.17
podrán aumentarse
proporcionalmente cuando se empleen tamices de mayor tamaño, siempre que se cumpla lo que establece el 10 d). d) La masa máxima de la muestra debe ser tal que la fracción retenida en cualquiera de los tamices al terminar la operación de tamizado pueda distribuirse en una sola capa sobre la malla de tejido de alambre. Procedimiento: 11. Preparación de tamices: Seleccione un juego de tamices de acuerdo con la especificación correspondiente al material por ensayar. Dispóngalos según aberturas decrecientes, montados sobre el depósito receptor y provisto de su tapa. Todos estos elementos deben estar limpios y secos. Verifique los tamaños de abertura de las mallas, a lo menos una vez cada seis meses. 12. Tamizado: Efectúelo en dos etapas: a) Un tamizado inicial que puede ser manual o mecánico.
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b) Un tamizado final que debe ser manual. Nota 3: Se recomienda efectuar primero un tamizado húmedo por el tamiz de 0,075 mm de acuerdo con el Método A0507, y después efectuar el tamizado de acuerdo con el presente método. Para el cálculo de la granulometría tome como base 100% la pesada de la muestra de ensaye en estado seco previa al tamizado húmedo. 13. Tamizado inicial: a) Determine la masa de la muestra de ensaye en estado seco, registre aproximando a 1 g para áridos finos y a 10 g para áridos gruesos; vacíela sobre el tamiz superior y cubra con la tapa. b) Agite el conjunto de tamices por un período suficiente para aproximarse a la condición que se establece en 14 g). 14. Tamizado final: a) Retire el primer tamiz, provisto de depósito y tapa. b) Sosténgalo de un costado con una mano, manteniéndolo ligeramente inclinado. c) Golpee firmemente el costado libre hacia arriba con la palma de la otra mano a un ritmo de 150 golpes/min. d) Gire el tamiz cada 25 golpes en 1/6 de vuelta. e) Al completar cada ciclo de 150 golpes, pese separadamente el material retenido sobre el tamiz y el material que pasa, recogido en el depósito. f) Traslade el material que pasa en cada ciclo al tamiz siguiente. g) Repita el ciclo en el mismo tamiz con el material retenido hasta que se recoja en el depósito una masa inferior al 1% de la masa retenida, con lo cual dé por terminado el tamizado de esa fracción. h) Retire el tamiz siguiente provisto de depósito y tapa para efectuar con dicho tamiz los ciclos necesarios, y así sucesivamente hasta completar todos los tamices. Nota 4: Si resulta difícil el tamizado manual de gravas con tamices de 300 mm de diámetro, se recomienda efectuar los ciclos en tamices de 200 mm de diámetro, cuidando que el material pueda distribuirse formando una sola capa. 15. Determinación de la Masa: Determine la masa final del material retenido en cada tamiz y del material que pasa por el tamiz de menor abertura, recogido en el depósito. Registre con la aproximación que sea mayor entre 1 g y 0,1% de la pesada.
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Cálculos: 16. Sume y registre la masa total (100%) de las fracciones retenidas en todos los tamices y en el depósito receptor. Esta suma no debe diferir de la masa inicial registrada en 13 en más de 3% para los áridos finos y de 0,5% para los áridos gruesos. 17. Cuando no se cumpla con lo especificado en 16, rechace el ensaye y efectúe otro con una muestra gemela. 18. Calcule el porcentaje parcial retenido en cada tamiz, referido a la masa total de las fracciones retenidas, aproximando al 1%. 19. Exprese la granulometría como porcentaje acumulado que pasa, indicando como primer resultado el del menor tamiz en que pasa el 100% y como último resultado, el del primer tamiz en que el porcentaje sea 0%. 20. Adicionalmente la granulometría se puede expresar de acuerdo con cualquiera de las siguientes formas: a) Como porcentaje acumulado retenido, indicando como primer resultado el del menor tamiz en que queda retenido un porcentaje igual a 0%, y como último resultado el del primer tamiz en que el porcentaje acumulado retenido sea 100%. b) Como porcentaje parcial retenido. Expresión Gráfica: La expresión gráfica de la granulometría de un pétreo se debe hacer en un sistema de coordenadas ortogonales, cuya abscisa, a escala logarítmica, indica las aberturas nominales y cuya ordenada, a escala lineal, indica los valores de la granulometría en las formas señaladas en 19 y 20. Informe: a) En la Fig. 4.19 se muestra la expresión gráfica de la granulometría del material (capa de ripio) del tramo, siendo esta una curva cerrada continua con una buena distribución de tamaños, cumpliendo con la Norma Mexicana N·CMT·4·02·003/04 de la Secretaria de Comunicaciones y Transportes (S.C.T.). b) Para el cálculo detallado de esta curva referirse al ANEXO E (Ensayos de Laboratorio), donde se encuentras las fracciones que pasan y que se retienen en cada tamiz.
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CURVA GRANULOMETRICA No 200
No 40
No 10
No 4
3/8" 1/2" 3/4"
1"
1 1/2"
2" 2 1/2" 3"
100.00
Porcentaje que pasa (%)
90.00 80.00 70.00 60.00 50.00 40.00 30.00 20.00
10.00 0.00 0.01
0.1
1 (mm) Tamices
10
100
Fig. 4.19. Curva Granulométrica Cerrada Continua del Material (capa de ripio) del Tramo.
a) La Tabla 4.18 muestra la clasificación de suelos según A.A.S.H.T.O. M-145 y S.U.C.S., que están en función de la granulometría y límites de Atterberg del material (capa de ripio) del tramo.
Norma AASTHO M-145 SUCS
CLASIFICACION DE SUELOS Símbolo Nombres Típicos A-1 a (0) GRAVA BIEN GRADUADA CON ARENA Y LIMO GW - GM
Tabla 4.18. Resultados la Clasificación de Suelos (Capa de Ripio).
a) El procedimiento del ensayo se realizó de acuerdo al Manual Técnico de la ABC referido a: (A0506) (ASTM E 40 AASHTO T27-99), Además el material pétreo cumple con todo lo especificado en la Norma Mexicana de la Secretaria de Comunicaciones y Transportes S.C.T. (N·CMT·4·02·003/04): Tabla 2.5, Tabla 2.6 y Figura 2.2 del CAPITULO 2, por lo tanto es apto para reciclado con emulsión asfáltica. b) Para el cálculo detallado referirse a la planilla de clasificación de suelos del ANEXO C (Estudio de Suelos).
4.4.1.3.4. Método para determinar el Equivalente de Arena (A0509) (ASTM D 2419 AASHTO T176-00) Objeto: Diseño y Mejoramiento de Estándar con Emulsión Asfáltica del Camino “Ocurí – Uncía”
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Este método establece un procedimiento rápido para determinar las proporciones relativas de finos plásticos o arcillosos en los áridos que pasan por tamiz de 4,75 mm (Nº 4). Definiciones: Equivalente de arena Porcentaje de arena propiamente tal con respecto al total de arena y de impurezas coloidales floculadas, particularmente arcillosas, húmicas y eventualmente ferruginosas.
Equipos y Materiales: 1. Probeta Graduada De 30 ± 1 mm de diámetro interior y aproximadamente 400 mm de alto, graduado en milímetros hasta una altura de 380 mm (o graduada en mililitros hasta una capacidad de 270 ml) y provisto de un tapón hermético de caucho (ver Figura 4.20).
Fig. 4.20. Probeta Graduada Capacidad 270 ml.
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2. Pisón Compuesto por los siguientes elementos (ver Figura 4.21).
Fig. 4.21. Pisón de Bronce 450 mm de Largo (Normalizado).
a) Una varilla de bronce de 6 mm de diámetro y 450 mm de largo, con hilo en ambos extremos. b) Un pie de bronce troncocónico, de 25 mm de diámetro basal y 20 mm de altura, con una perforación central con hilo para conectarlo a la varilla. c) Un par de guías que mantengan centrada la varilla en el eje de la probeta. d) Una sobrecarga cilíndrica de acero laminado en frío de 50 mm de diámetro y 53 mm de altura, con una perforación central con hilo para conectarla a la varilla. Esta sobrecarga debe ser rectificada de modo que el conjunto de varilla, pie, guías y sobrecarga tenga una masa de 1 kg ± 5 g. 3. Sifón Compuesto por los siguientes elementos (ver Figura 4.22):
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Fig. 4.22. Sifón con Tubería de Irrigación.
a) Una botella de aproximadamente 4 l, provista de un tapón de caucho con dos perforaciones, a través de las cuales se dispondrán dos tuberías de metal, vidrio, caucho o plástico. b) Una tubería de entrada de aire que penetre al interior de la botella sin tomar contacto con la solución y cuyo tramo exterior debe estar doblado en L. c) Una tubería de irrigación cuyo tramo interior penetre hasta 20 mm del fondo de la botella y cuyo tramo exterior sea una manguera de caucho o plástico de una longitud igual o mayor que 1,5 m provista de un sistema que regule el flujo de la solución (por ejemplo una pinza con tornillo). d) Un tubo irrigador conectado al extremo exterior de la tubería de irrigación, de acero inoxidable de aproximadamente 500 mm de largo, 4 ± 1mm de diámetro interior y con
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su extremo libre cerrado en forma de cuña. Debe tener dos perforaciones de 0,5 ± 0,1 mm de diámetro, una en cada cara plana de la cuña. 4. Medida Un recipiente de 85 ± 5 ml de capacidad. 5. Tamiz De tela de alambre y abertura cuadrada, de 4,75 mm (Nº 4) de abertura nominal de acuerdo con el Método A0506. 6. Recipiente Estanco y de capacidad igual o mayor que 4 l para preparar el reactivo y la solución de ensaye. 7. Agitador mecánico Con un desplazamiento horizontal de 200 ± 2 mm y una velocidad de agitación de 175 ± 2 ciclos/min. 8. Herramientas y accesorios Embudos, botellas para reactivos, regla de enrase, etc. Reactivos 9. Solución base a) Componentes. Emplee los siguientes materiales en las cantidades que se indican:
240 g de cloruro de calcio anhidro, grado técnico.
g de glicerina farmacéutica.
25 g de formaldehído (solución 40% de volumen / volumen).
b) Preparación. Disuelva el cloruro de calcio en 1 l de agua destilada y filtre. Agregue la glicerina y el formaldehído a la solución, mezcle bien y diluya a 2 l con agua destilada. 10. Solución de ensaye Tome 22,5 ml de la solución base y diluya a 1 l con agua destilada. Condiciones Generales: 11. Lugar de ensayo Debe estar libre de golpes o vibraciones que puedan alterar el período de decantación. Cuando se empleen probetas de acrílico deben protegerse de la luz solar directa. Extracción y Preparación de la Muestra: Muestreo
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Extraiga y prepare las muestras de acuerdo con los Métodos A0504 y A0505 Tamaño de la muestra de ensaye a) La muestra original debe tener un tamaño igual o mayor que 2.000 g de material bajo 5 mm. b) La muestra para cada ensaye debe ser igual a una medida llena enrasada (85 ± 5 ml). Preparación de la Muestra de ensaye 12. Tamizado Pase la muestra original en estado húmedo por el tamiz de 4,75 mm; disgregue manualmente los terrones de material arcilloso. Si el material retenido tiene adheridas capas de material arcilloso, remuévalas secando el material retenido y frotándolo entre las manos sobre un recipiente. El polvo resultante debe incorporarse a la muestra y el material retenido debe desecharse. 13. Reducción Reduzca por cuarteo hasta obtener material suficiente para llenar cuatro medidas. 14. Secado Seque hasta masa constante en horno a una temperatura de 110 ± 5° C; deje enfriar a temperatura ambiente. Procedimiento: 15. Coloque la botella del sifón con la solución de ensaye a aproximadamente 1 m sobre la superficie de trabajo. 16. Sifonee la solución de ensaye en la probeta hasta que alcance un nivel de 100 ± 5 mm. 17. Obtenga por cuarteo el material suficiente para llenar una medida. 18. Llene una medida; asiente el material golpeando el fondo de la medida contra la mesa de trabajo a lo menos 4 veces, enrase y vierta en la probeta. 19. Golpee firmemente el fondo de la probeta contra la palma de la mano hasta desalojar las burbujas de aire. 20. Deje la probeta en reposo por un período de 10 min. 21. Coloque el tapón y suelte la arena del fondo inclinando y sacudiendo el tubo. 22. Agite la probeta y su contenido mediante uno de los siguientes procedimientos:
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a) Agitación manual. Sujete la probeta en posición horizontal y agite vigorosamente en un movimiento lineal horizontal con un desplazamiento de 230 ± 25 mm. Agite 90 ciclos en aproximadamente 30 s. Nota 1: Un ciclo corresponde a un movimiento completo de ida y vuelta. Se recomienda agitar sólo con los antebrazos, manteniendo relajados el cuerpo y los hombros. Nota 2: Antes de autorizar a un operador para realizar el ensaye de equivalente de arena, debe
ser
capaz
de
obtener
resultados
consistentes
sobre
muestras
representativas de cualquier material ensayadas de acuerdo con el procedimiento normal. Los resultados se consideran consistentes si los valores individuales de tres ensayes realizados por el mismo operador sobre muestras gemelas no varían en más de ± 4 puntos respecto al promedio de esos ensayes. Si un operador no es capaz de obtener resultados consistentes, no debe autorizársele a efectuar este ensaye hasta que perfeccione su técnica y obtenga resultados que cumplen con los límites especificados. b) Agitación mecánica. Fije la probeta en el agitador mecánico y agite durante un período de 45 ± 1s 23. Coloque la probeta sobre la mesa de trabajo, destápela y lave sus paredes interiores mediante el irrigador. 24. Introduzca el irrigador hasta el fondo de la probeta con un movimiento lento de penetración y torsión para remover todo el material. 25. Retire el irrigador en forma similar, regulando el flujo de la solución de modo de ajustar el nivel final a 380 mm 26. Deje sedimentar por un periodo de 20 min ± 15 s 27. Al final del período de sedimentación lea y registre el nivel superior de la arcilla (Nt) aproximando al milímetro Nota 3: Si después de 20 min no se ha formado una clara línea de sedimentación, deje reposar el tiempo necesario, registrándolo en el informe. Cuando el tiempo total exceda de 30 min, repita 3 veces el ensaye con muestras del mismo material. Registrar el (Nt) Que requiera el período de sedimentación más breve.
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28. Introduzca el pisón en la probeta y hágalo descender suavemente hasta que quede apoyado en la arena. Registre el nivel superior de la arena (Na) aproximando al milímetro. Nota 4: Cuando el nivel superior de la arcilla o de la arena quede entre graduaciones, registre la graduación superior como Nt o Na, según corresponda. Cálculos: 29. Calcule el equivalente de arena de acuerdo con la fórmula siguiente, aproximando al 1%.
EA (%) = (Na / Nt) x 100
Dónde: EA: Equivalente de arena (%). Na : Nivel superior de la arena (mm). Nt : Nivel superior de la arcilla (mm).
30. Calcule el equivalente de arena de cada muestra como el promedio aritmético de los resultados de dos ensayes paralelos, con aproximación al 1 % superior. Precisión: 31. Debe aceptarse la determinación del equivalente de arena solamente cuando la diferencia entre dos resultados obtenidos por el mismo operador, en ensayes paralelos sobre muestras gemelas, sea igual o inferior a 4 puntos. 32. Debe ensayar dos nuevas muestras gemelas cuando no se cumpla con lo especificado en 30
Informe: a) La Tabla 4.19 muestra el resultado del equivalente de arena del material (capa de ripio) del tramo:
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RESULTADOS EQUIVALENTE DE ARENA (A0509) (ASTM D 2419 AASHTO T176-00) EQUIVALENTE DE ARENA (%)
41,96
ESPECIFICACIONES N-CMT-4-02-003/04 MINIMA 40
MAXIMA -
Tabla 4.19. Resultados del Equivalente de Arena del Material (Capa de Ripio) del tramo.
b) El procedimiento de agitación fue manual según las recomendaciones del Método A0509. c) Además el material pétreo cumple lo especificado En la Norma Mexicana N·CMT·4·02·003/04 de la Secretaria de Comunicaciones y Transportes (S.C.T.) para Equivalente de Arena de la Tabla 2.6 del CAPITULO 2, por lo tanto es apto para reciclado con emulsión asfáltica. d) Para el cálculo detallado referirse al ANEXO E (Ensayos de Laboratorio).
4.4.1.3.5. Método para determinar el Desgaste mediante la máquina de los Ángeles (A0511) (ASTM E 131 AASHTO T96-99)
Objeto: Este método establece el procedimiento para determinar la resistencia al desgaste de los áridos mayores a 2,36 mm, de densidad neta entre 2.000 y 3.000 Kg/m 3, mediante la máquina de Los Ángeles.
Equipos y Materiales: 1. Máquina de los Ángeles a) Tambor de acero de 710 ± 6 mm de diámetro interior y de 510 ± 6 mm de longitud interior montado horizontalmente por sus vástagos axiales con una tolerancia de inclinación de 1 en 100, uno de los cuales debe tener un dispositivo de polea o similar, para acoplar un motor. En su manto cilíndrico debe tener una abertura para introducir la muestra, con una tapa provista de dispositivos para fijarla firmemente en su lugar y que asegure la estanqueidad del material sobre tamiz N º 50 (0.3 mm).
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b) Debe llevar en su superficie interior una aleta consistente en una plancha de acero desmontable, fijada rígida y firmemente a todo lo largo de una generatriz del cilindro, de modo que se proyecte radialmente hacia el interior en 90 ± 3 mm. La distancia entre la aleta y la abertura, medida a lo largo de la circunferencia exterior del cilindro y en la dirección de rotación, debe ser igual o mayor que 1,25 m. Nota 1: Es preferible utilizar una aleta de acero de sección rectangular montada independientemente de la tapa. Sin embargo, puede emplearse como aleta una de las alas de un perfil L de acero laminado montado en el interior de la tapa, de modo que la carga se reciba por la cara externa del ángulo. Cuando la aleta se deforma debe ser reparada o reemplazada. c) La rotación debe estar comprendida entre 30 y 33 rpm, ser contrapesada e impulsada de modo de mantener una velocidad periférica uniforme y tener incorporado un dispositivo contador de revoluciones con detención automática. Nota 2: Cualquier deslizamiento o punto muerto en el mecanismo de impulsión puede alterar los resultados de ensaye, lo que los hace no comparables con resultados obtenidos en una máquina que produzca una velocidad periférica uniforme. 2. Balanza Con una capacidad superior a 10 kg y una precisión de 1 g. 3. Tamices Deben cumplir con lo especificado en el Método A0506 numeral 6 4. Horno Con circulación de aire y temperatura regulable para las condiciones del ensaye. 5. Esferas (Carga abrasiva) Un juego de esferas de acero de aproximadamente 47 mm de diámetro y de masas diferentes, distribuidas en un rango entre 390 y 445 g.
Extracción y Preparación de la muestra: Muestreo y preparación 6. Extraiga y prepare la muestra de acuerdo con los Métodos A0504 y A0505 7. Determine la granulometría de la muestra de acuerdo con el Método A0506 Tamaño de la muestra
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El tamaño de la muestra (en kg) debe ser igual o mayor que 2 Dn , en que Dn es el tamaño máximo nominal expresado en mm, y no menor que 50 kg para los grados 1 al 5 y 25 kg para los grados 6 y 7. Acondicionamiento de la muestra de ensaye Lave la muestra y séquela hasta masa constante en horno a una temperatura de 110 ± 5 º C. 8. Tamice la muestra obtenida, de acuerdo con el Método A0506, empleando la serie de tamices de aberturas nominales siguientes: 75 mm, 63 mm, 50 mm, 37,5 mm, 25 mm, 19 mm, 12,5 mm, 9,5 mm, 6,3 mm, 4,75 mm y 2,36 mm. Deje el material separado en las fracciones resultantes de este tamizado. 9. Elija de la Tabla 4.19 el grado de ensaye que mejor represente la granulometría de la muestra. Para ello, sume los porcentajes parciales retenidos en los tamices correspondientes a cada uno de los grados y elija para el ensaye el que entregue una mayor suma. Nota 3: En caso que alguna de las fracciones del grado elegido tenga un porcentaje parcial retenido muy bajo, que requiera tamizar una cantidad de material muy alta para componerlo, se considerará como grado de ensaye aquel que entregue la suma de parciales retenidos inmediatamente inferior a la del grado elegido. En el caso del grado 4 se entenderá como porcentaje parcial retenido muy bajo un valor igual o inferior que 4%. 10. Cuando se trate de áridos sin tratamiento ni selección, debe procesar la muestra a fin de componer la banda granulométrica adecuada al uso propuesto y elegir de la tabla el grado de ensaye correspondiente a dicha banda granulométrica. Procedimiento: 11. Pese los tamaños de las fracciones correspondientes al grado elegido, de acuerdo con la Tabla 4.20. Registre la masa del total de material por ensayar como masa inicial de la muestra (mi), aproximando a 1 g. 12. Coloque la masa inicial de material en la máquina de Los Ángeles y ensaye de acuerdo con el grado elegido (número y masa de esferas, y número de revoluciones), según Tabla 4.20:
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200
Proyecto de Grado
Tabla 4.20. Gradaciones para el Ensayo de la Máquina de los Ángeles.
Nota 4: Seleccione las esferas de manera tal que la suma de sus masas individuales cumpla con los valores estipulados en la Tabla 4.20. 13. Una vez completado el número de revoluciones correspondiente, saque el material de la máquina evitando pérdidas y contaminaciones. 14. Separe la carga abrasiva. 15. Efectúe un primer tamizado en un tamiz de 2,36 mm o superior, a fin de evitar dañar el tamiz de corte (1,7 mm). 16. Tamice manualmente el material bajo 2,36 mm por tamiz de 1,7 mm (N°12), según procedimiento de tamizado final descrito en el punto 14 del Método A0506. 17. Reúna todo el material retenido en ambos tamices, lávelo, séquelo hasta masa constante en horno a 100 ± 5 º C y deje enfriar a temperatura ambiente. 18. Pese y registre la masa del material retenido como masa final de la muestra (mf), aproximando a 1 g. 19. Cálculos: Calcule el desgaste del árido como el porcentaje de pérdida de masa de la muestra, aproximando a un decimal, de acuerdo con la siguiente expresión:
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201
Proyecto de Grado
𝑃(%) =
(𝑚𝑖 − 𝑚𝑓) × 100 𝑚𝑖
Dónde: P : Pérdida de masa de la muestra (%). mi : Masa inicial de la muestra (g). mf : Masa final de la muestra (g).
Nota 5: Los resultados de ensaye de los grados 1, 2 y 3 con 1.000 revoluciones no tienen relación consistente con los resultados de los grados 4, 5, 6 y 7 con 500 revoluciones y, por lo tanto, no son comparables. Informe: a) La Tabla 4.21 muestra el resultado del desgaste en la máquina de los Ángeles del material (capa de ripio) del tramo:
RESULTADOS DESGASTE EN LA MÁQUINA DE LOS ÁNGELES (A0511) (ASTM E 131 AASHTO T96-99) DESGASTE EN LA MÁQUINA DE LOS ÁNGELES (%)
29,30
ESPECIFICACIONES N-CMT-4-02-003/04 MINIMA -
MAXIMA 30
Tabla 4.21. Resultados del Desgaste en la Máquina de los Ángeles (Capa de Ripio) del tramo.
b) El grado elegido para el ensayo fue el número 4 de la Tabla 4.20, ya que cumple con la granulometría del material (Ver Figura 4.23).
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Proyecto de Grado
Fig. 4.23. Desgaste en la Máquina de los Ángeles.
c) Además el material pétreo cumple lo especificado en la Norma Mexicana N·CMT·4·02·003/04 de la Secretaria de Comunicaciones y Transportes (S.C.T.) para el desgaste en la máquina de los Ángeles de la Tabla 2.6 del CAPITULO 2, por lo tanto es apto para reciclado con emulsión asfáltica. d) Para el cálculo detallado referirse al ANEXO E (Ensayos de Laboratorio).
4.4.1.3.6. Método para determinar la Densidad Real, la Densidad Neta y la Absorción de Agua en Áridos Gruesos (A0519) (ASTM E 127 AASHTO T85-91)
Objeto: Este método establece los procedimientos para determinar la densidad real, la densidad neta y la absorción de agua en áridos gruesos. Es aplicable a los áridos gruesos de densidad neta entre 2.000 y 3.000 kg//m3, que se emplean en el análisis de suelos, elaboración de hormigones y obras asfálticas. Definiciones: 1. Árido Grueso:
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Proyecto de Grado
Material árido retenido en el tamiz de 4,75 mm (Nº 4) en el caso de suelos y hormigones, y en el tamiz de 2,36 mm (Nº 8) cuando se utiliza en asfaltos. 2. Huecos: Espacios vacíos entre las partículas de un material árido. 3. Poros: Espacios vacíos interiores de una partícula de material árido. a) Poro accesible: poro permeable o abierto. b) Poro inaccesible: poro impermeable o cerrado. 4. Densidad ( ρ ): Es el cociente entre la masa (m) y el volumen (v) de un material pétreo a una temperatura especificada. Se expresa en kg//m3. a) Densidad real (ρR). Densidad en que se considera el volumen macizo de las partículas de material árido, más el volumen de los poros accesibles e inaccesibles de esas partículas.
Densidad real del árido seco (ρRS). Densidad real en que se considera solamente la masa del árido seco.
Densidad real del árido saturado superficialmente seco (ρRT). Densidad real en que se considera la masa del árido seco más la masa del agua que llena los poros accesibles.
b) Densidad neta (ρN). Densidad en que se considera el volumen macizo de las partículas de material pétreo más el volumen de los poros inaccesibles. 5. Absorción de agua (α): Masa de agua necesaria para llevar un material árido del estado seco al estado saturado superficialmente seco. Se expresa como porcentaje referido a la masa del pétreo seco. 6. Árido seco: Material secado en horno hasta masa constante. Esta condición se obtiene cuando dos pesadas sucesivas, separadas por 1 h de secado a 110 ± 5º C, difieren en un porcentaje igual o inferior al 0,1 % de la menor masa determinada. Equipos y Materiales: 7. Balanza:
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204
Proyecto de Grado
De capacidad superior a la masa del canastillo porta muestra más la masa de la muestra de ensaye y una precisión mínima de 1 g. 8. Horno: Con circulación de aire y temperatura regulable para las condiciones del ensaye. 9. Canastillo porta muestra: De alambre de acero inoxidable lo suficientemente resistente para soportar el peso de la muestra, con malla de abertura igual o inferior que 2 mm y de capacidad igual o superior a 4 l. Además, debe estar provisto de un dispositivo que permita suspenderlo del platillo de la balanza. 10. Estanque: Impermeable, inoxidable, de forma y capacidad tal que permita contener totalmente y con holgura el canastillo porta muestra, de acuerdo con el procedimiento especificado en este método. 11. Recipientes: Deben estar limpios, de material resistente, estancos y de capacidad suficiente para contener la muestra de ensaye.
Extracción y Preparación de Muestras: Extracción de muestras Extraiga y prepare las muestras de acuerdo con los Métodos A0504 y A0505. Tamaño de la muestra de ensaye La cantidad mínima de muestra para el ensaye se determina según la Tabla 4.22, en función del tamaño máximo nominal del árido.
Tabla 4.22. Cantidad Mínima de Muestra según Tamaño Máximo Nominal del Árido.
Preparación de la muestra de ensaye
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Proyecto de Grado
a) Puede emplear el material proveniente del ensaye de tamizado, debidamente homogeneizado. b) Elimine por tamizado las partículas inferiores a 4,75 mm, en el caso de hormigones y suelos y las partículas inferiores a 2,36 mm, en el caso de asfaltos. c) Lave la muestra hasta remover el polvo superficial o cualquier materia extraña adherida a las partículas. d) Seque la muestra hasta masa constante en un horno a 110 ± 5º C. e) Enfríe la muestra al aire a temperatura ambiente por un período de 24 ± 4 h. f) Sumerja la muestra en agua a temperatura ambiente por un período de 24 ± 4 h. Nota 1: Se debe tener presente que existen áridos cuya saturación no se completa en 24 h. En ese caso es necesario continuar el control de absorción hasta que dos pesadas sucesivas, separadas por una hora de inmersión, difieran en un porcentaje igual o inferior que el 0,1 % de la menor masa determinada. Procedimiento: Efectúe las siguientes pesadas a la muestra de ensaye: 12. Pesada al aire ambiente del árido saturado superficialmente seco: a) Retire la muestra del agua y seque superficialmente las partículas, haciéndolas rodar sobre un paño absorbente húmedo hasta que desaparezca la película visible de agua adherida. Seque individualmente las partículas mayores manteniendo el árido, ya secado superficialmente, cubierto por un paño húmedo hasta el momento de pesar. Efectúe toda la operación en el menor tiempo posible. b) Determine inmediatamente la masa del pétreo saturado superficialmente seco, por pesada al aire ambiente, aproximando a 1 g. Registre su valor como MSSS. 13. Pesada sumergida: a) Coloque la muestra inmediatamente en el canastillo porta muestra. b) Sumerja el canastillo en agua a 20 ± 3º C, por un período de al menos 3 min. c) Determine la masa sumergida, aproximando a 1 g. Registre su valor como MSUM. Nota 2: Mantenga el canastillo y su contenido totalmente sumergidos durante la operación. Debe procurarse que el elemento de suspensión del canastillo tenga la menor dimensión posible, a fin de minimizar su efecto sobre los resultados. 14. Pesada al aire ambiente del árido seco:
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206
Proyecto de Grado
a) Retire la muestra del canastillo y vacíela completamente del recipiente, cuidando de no dejar partículas atrapadas. b) Seque la muestra hasta masa constante en horno a una temperatura de 110 ± 5º C. c) Enfríe la muestra hasta temperatura ambiente, en lo posible dentro de un recipiente protegido, para evitar la absorción de humedad del aire. d) Determine la masa de la muestra seca, por pesada al aire ambiente, aproximando a 1 g. Registre su valor como MS. Cálculos: 15. Densidad real (ρR): a) Densidad real del pétreo saturado superficialmente seco (ρRT). Calcule la densidad real del pétreo saturado superficialmente seco según la fórmula siguiente, aproximando a 1 kg/m3.
𝜌𝑅𝑇 (𝐾𝑔/𝑚3 ) =
𝑀𝑆𝑆𝑆 × 1.000(𝐾𝑔/𝑚3 ) 𝑀𝑆𝑆𝑆 − 𝑀𝑆𝑈𝑀
b) Densidad real del árido seco (ρRS). Calcule la densidad real del árido seco según la fórmula siguiente, aproximando a 1 Kg./m3:
𝜌𝑅𝑆 (𝐾𝑔/𝑚3 ) =
𝑀𝑆 × 1.000(𝐾𝑔/𝑚3 ) 𝑀𝑆𝑆𝑆 − 𝑀𝑆𝑈𝑀
16. Densidad neta (ρN): Calcule la densidad neta según la formula siguiente, aproximado a 1 kg/m3.
𝜌𝑁 (Kg/𝑚3 ) =
𝑀𝑆 × 1.000(Kg/𝑚3 ) 𝑀𝑆 − 𝑀𝑆𝑈𝑀
17. Absorción de agua (α): Calcule la absorción de agua según la fórmula siguiente, aproximando a la centésima en porcentaje.
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𝛼 (%) =
𝑀𝑆𝑆𝑆 − 𝑀𝑆 × 100 𝑀𝑆
Dónde: ρ : Densidad (Kg. /m3) α : Absorción (%) M : Masa del árido sumergida (g). M : Masa del árido saturado superficialmente seco (g). M : Masa del árido seco (g). Nota 3: Para efectos prácticos se considerará la densidad del agua como 1.000 kg/m 3. En lugar del valor real a 20 ºC que es 998,20 kg/m3. Expresión de Resultados a) Determine la densidad real, la densidad neta y la absorción de agua de un árido como el promedio aritmético de dos ensayes sobre muestras gemelas. b) Exprese las densidades en kg/m3, aproximando a 1 kg/m3. Exprese la absorción en porcentaje, aproximando a la centésima. Precisión: Acepta la determinación de densidad real, densidad neta y absorción de agua de los áridos gruesos, cuando la diferencia entre los valores obtenidos de los dos ensayes realizados por uno o más laboratoristas, sea: a) Igual o inferior que 20 kg/m3 en la determinación de densidades. b) Igual o inferior que 3 décimas porcentuales en la determinación de la absorción de agua. Informe: a) La Tabla 4.23 muestra los resultados de densidades y absorción del material grueso (capa de ripio) del tramo:
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RESULTADOS DENSIDADES Y ABSORCION (AGREGADO GRUESO) (A0519) (ASTM E 127 AASHTO T85-91) Pe aparente = A/(A-C)
(Kg/cm3)
2,759
Pe bulk(sss) = B/(B-C)
(Kg/cm3)
2,623
Pe bulk = A/(B-C)
(Kg/cm3)
2,545
Absorcion(%) = (B - A)/A x 100
(%)
3,06
Tabla 4.23. Resultados de Densidades y Absorción del Material Grueso(Capa de Ripio) del tramo.
b) El material cumple con todas las especificaciones del método de ensaye A0519, Norma ASTM E 127 / AASHTO T85-91, tanto en recomendaciones como en precisión (Ver Figura 4.24). c) Para el cálculo detallado referirse a la planilla de peso específico y absorción ANEXO E (Ensayos de Laboratorio).
Fig. 4.24. Canastillo de Acero Inoxidable (Abertura 2mm) para Pesaje del Agregado Grueso.
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4.4.1.3.7. Método para determinar la Densidad Real, la Densidad Neta y la Absorción de Agua en Áridos Finos (A0520) (ASTM E 128 AASHTO T84-00)
Objeto: a) Este método establece los procedimientos para determinar la densidad real, la densidad neta y la absorción de agua de los áridos finos. b) Es aplicable a los áridos finos de densidad neta entre 2.000 y 3.000 kg/m3, que se emplean en la elaboración de hormigones y obras asfálticas. Definiciones: 1. Árido Fino: Material pétreo que pasa el tamiz de 4,75 mm (N º 4) en el caso de hormigones, y que pasa el tamiz de 2,36 mm (N º 8) cuando se utiliza en asfaltos. 2. Huecos: Espacios vacíos entre las partículas de un material árido. 3. Poros: Espacios vacíos interiores de una partícula de material árido. a) Poro Accesible: poro permeable o abierto. b) Poro Inaccesible: poro impermeable o cerrado. 4. Densidad Es el cociente entre la masa (m) y el volumen (v) de un material árido a una temperatura especificada. Se expresa en kg/m3. a) Densidad real (ρR). Densidad en que se considera el volumen macizo de las partículas de material árido, más el volumen de los poros accesibles e inaccesibles de esas partículas.
Densidad real del árido seco (ρRS). Densidad real en que se considera solamente la masa del árido seco.
Densidad real del árido saturado superficialmente seco (ρRT).
Densidad real en que se considera la masa del pétreo seco más la masa del agua que llena los poros accesibles.
b) Densidad neta (ρN). Densidad en que se considera el volumen macizo de las partículas de material árido más el volumen de los poros inaccesibles. 5. Absorción de agua:
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Masa de agua necesaria para llevar un material árido del estado seco al estado saturado superficialmente seco. Se expresa como porcentaje referido a la masa del árido seco. 6. Árido seco: Material secado en horno hasta masa constante. Esta condición se obtiene cuando dos pesadas sucesivas, separadas por 1 hora de secado a 110 ± 5 ºC, difieren en un porcentaje igual o inferior al 0,1 % de la menor masa determinada. Equipos y Materiales: 7. Balanza: De capacidad superior a 1 kg y una precisión mínima de 0,1 g. 8. Horno: Con circulación de aire y temperatura regulable para las condiciones del ensaye. 9. Recipientes: Limpios, de material resistente, estancos y de capacidad suficiente para contener la muestra del ensaye. 10. Matraz: Es un matraz aforado en el que se pueda introducir fácilmente la muestra de ensaye. Debe llevar una marca de calibración que indique el volumen contenido con una precisión de ± 0,1 ml. Dicho volumen excederá a lo menos en un 50 % al volumen aparente de la muestra de pétreo fino. Se recomienda emplear un matraz de 500 cm3 de capacidad. También puede emplearse un picnómetro. 11. Molde: Con forma tronco - cónica, de 40 ± 3 mm de diámetro en la parte superior, 90 ± 3 mm de diámetro en la parte inferior y 75 ± 3 mm de altura. Confeccionado con una plancha metálica de un espesor igual o superior que 0,8 mm. 12. Pisón: Es una varilla metálica, con uno de sus extremos de sección plana y circular, de 25 ± 3 mm de diámetro. Debe tener una masa de 340 ± 15 g.
Extracción y Preparación de la Muestra: Extracción de muestras Extraiga y prepare las muestras de acuerdo con los Métodos A0504 y A0505. Tamaño de la muestra de ensaye
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Para cada ensaye se usará una cantidad de árido fino superior a 50 g e inferior a 500 g. Preparación de la muestra de ensaye a) Corte el material retenido en tamiz de referencia (4,75 mm para hormigón o 2,36 mm para asfalto). b) Si la muestra de laboratorio contiene un porcentaje superior al 15 % de material retenido sobre el tamiz de referencia, considérela como un integral y determine los porcentajes de la fracción retenida y de la fracción que pasa respecto del total de dicha muestra. Ensaye la fracción retenida de acuerdo con el Método A0519 y la fracción que pasa de acuerdo con este Método de ensaye. c) Reduzca por cuarteo, de acuerdo con el Método A0505, la muestra de terreno o la fracción que pasa indicada en “Preparación de la muestra de ensaye” punto b), a una cantidad de árido de aproximadamente el doble del tamaño de muestra de laboratorio requerido. Nota 1: La muestra debe humedecerse antes de efectuar la reducción para evitar la segregación y pérdidas de polvo. d) Seque el árido en horno a una temperatura de 110 ± 5 º C. e) Cubra el árido en su totalidad con el mínimo de agua a temperatura ambiente, necesaria para asegurar su saturación en un período de 24 ± 4 h.
Procedimiento: a) Elimine paulatinamente el exceso de agua, evitando la pérdida de finos. Revuelva la muestra frecuentemente para asegurar un secado uniforme, hasta llevarla a su condición suelta. Nota 2: La eliminación del exceso de agua de la muestra no se debe realizar a fuego directo, ni tampoco utilizar para ello fuertes corrientes de aire. b) Coloque el molde cónico sujeto firmemente contra una superficie lisa, plana y no absorbente, con su diámetro mayor hacia abajo, llénelo con el árido en condición suelta en una capa y enrase. c) Compacte suavemente con 25 golpes de pisón uniformemente distribuidos sobre la superficie. En cada golpe deje caer el pisón libremente desde una altura de 5 mm sobre
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la superficie del árido. Dicha altura debe conservarse, ajustándola a la nueva elevación de la muestra después de cada golpe. d) Remueva cuidadosamente todo material sobrante en la superficie. Levante el molde verticalmente. Si hay humedad libre la muestra conservará la forma del cono. En este caso elimine el exceso de humedad, repitiendo el procedimiento, a intervalos frecuentes, desde a). Cuando, al retirar el molde, el árido caiga suavemente según su talud natural, será indicación que éste ha alcanzado la condición saturada superficialmente seca. Nota 3: La primera verificación de humedad mediante el moldeo del cono debe hacerse cuando aún permanece un mínimo de agua libre, por lo tanto, si el cono se asienta en esta primera verificación, mezcle unos pocos cm3 de agua con el árido y déjelo en un recipiente cubierto durante 30 min y proceda desde a). e) Inmediatamente que el árido alcance la condición de saturado superficialmente seco, obtenga el tamaño de muestra de ensaye requerido, pese y registre su masa. f) Coloque la muestra en el matraz y cúbrala con agua a una temperatura de 20 ± 3º C, hasta alcanzar aproximadamente 2/3 del volumen del matraz. g) Agite el matraz a fin de eliminar burbujas de aire golpeándolo ligeramente contra la palma de la mano. En caso de pétreos muy finos, se debe utilizar una bomba de vacío. h) Deje reposar durante 1 h manteniendo una temperatura de 20 ± 3 º C. i) Llene con agua a 20 ± 3º C hasta la marca de calibración, agite y deje reposar un instante. j) Mida y registre la masa total del matraz con la muestra de ensaye y el agua (Mm). k) Saque la muestra del matraz, evitando pérdidas de material, y séquela hasta masa constante en horno a una temperatura de 110 ± 5º C. Déjela enfriar a temperatura ambiente. Determine y registre la masa de la muestra de ensaye en condición seca (ms). l) Llene el matraz solamente con agua a una temperatura de 20 ± 3º C hasta la marca de calibración. Mida y registre la masa del matraz con agua (Ma). Cálculos: 13. Densidad real:
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a) Densidad Real del árido saturado superficialmente seco (ρRT). Calcule la densidad real del árido saturado superficialmente seco, según la fórmula siguiente, aproximando a 1 kg/m3
𝜌𝑅𝑇 (Kg/𝑚3 ) =
𝑀𝑆𝑆𝑆 × 1.000(Kg/𝑚3 ) 𝑀𝑎 + 𝑀𝑆𝑆𝑆 + 𝑀𝑚
𝜌𝑅𝑇 (Kg/𝑚3 ) =
𝑀𝑆𝑆𝑆 × 1.000(Kg/𝑚3 ) 𝑀𝑎 + 𝑀𝑆𝑆𝑆 − 𝑀𝑚
b) Densidad Real del árido Seco (ρRS). Calcule la densidad real del pétreo seco, según la fórmula siguiente, aproximando a 1 kg/m3: 14. Densidad Neta (ρN): Calcule la densidad neta, según la fórmula siguiente, aproximando a 1kg/m3.
𝜌𝑁 (Kg/𝑚3 ) =
𝑀𝑆𝑆𝑆 × 1.000(Kg/𝑚3 ) 𝑀𝑎 + 𝑀𝑆 − 𝑀𝑚
15. Absorción de Agua (α): Calcule la absorción de agua, según la fórmula siguiente, aproximando a la centésima, en porcentaje
𝛼 (%) =
𝑀𝑆𝑆𝑆 − 𝑀𝑆 × 100 𝑀𝑆
Dónde: ρ
: Densidad (kg/m3)
α
: Absorción (%)
MS : Masa de la muestra seca (g).
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MSSS : Masa de la muestra saturada superficialmente seca (g). Ma
: Masa del matraz con agua hasta la marca de calibración (g).
Mm
: Masa del matraz con la muestra más agua hasta la marca de calibración (g).
Expresión de resultados a) La densidad real, la densidad neta y la absorción de agua de un árido fino se determinan como el promedio aritmético de dos ensayes sobre muestras gemelas. b) En el caso de un integral, la densidad real, la densidad neta y la absorción de agua de los áridos se calculan como el promedio ponderado de la densidad real, densidad neta y la absorción de agua, respectivamente, obtenidas mediante el ensaye por separado de sus dos fracciones, de acuerdo con las siguientes fórmulas:
𝜌(Kg/𝑚3 ) =
𝛼(%) =
1 × (𝜌𝑟 × 𝑃𝑟 + 𝜌𝑝 × 𝑃𝑝 ) 100
1 × (𝛼𝑟 × 𝑃𝑟 + 𝛼𝑝 × 𝑃𝑝 ) 100
Dónde: ρ : Densidad (real o neta) del integral (kg/m3). ρr : Densidad (real o neta) de la fracción retenida (kg/m3). ρp : Densidad (real o neta) de la fracción que pasa (kg/m3). Pr : Porcentaje en masa de la fracción retenida (%). Pp : Porcentaje en masa de la fracción que pasa, (%). α : Absorción de agua del integral (%). αr : Absorción de agua de la fracción retenida (%). αp : Absorción de agua de la fracción que pasa (%).
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c) Exprese las densidades en kg/m3, aproximando a 1 kg/m3, y la absorción en porcentaje, aproximando a la centésima. Precisión: Acepte la determinación de densidad real, densidad neta y absorción de agua de los áridos finos, cuando la diferencia entre los valores obtenidos de los dos ensayes realizados por uno o más laboratoristas sea: a) Igual o inferior que 20 kg/m3 en la determinación de densidades. b) Igual o inferior que 4 décimas porcentuales en la determinación de la absorción de agua.
Informe: a) La Tabla 4.24 muestra los resultados de densidades y absorción del material fino (capa de ripio) del tramo:
RESULTADOS DENSIDADES Y ABSORCION (AGREGADO FINO) (A0520) (ASTM E 128 AASHTO T84-00) Pe bulk(sss) = B/((E-F)-(D-F-B)) (Kg/cm3)
2,577
Pe bulk = A/((E-F)-(D-F-B))
(Kg/cm3)
2,526
Absorcion(%) = (B - A)/A x 100
(%)
2,00
Tabla 4.24. Resultados de Densidades y Absorción del Material Fino (Capa de Ripio) del Tramo.
b) El material cumple con todas las especificaciones del método de ensaye A0520, Norma ASTM E 128 / AASHTO T84-00, tanto en recomendaciones como en precisión (Ver Figura 4.25).
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Fig. 4.25. Molde Tronco – cónico y Pisón para el Agregado Fino.
c) Para el cálculo detallado referirse a la planilla de peso específico y absorción ANEXO E (Ensayos de Laboratorio).
4.4.1.3.8. Método para Determinar el Índice de Lajas (A0503) (AASHTO C 142) Objeto: Este método establece el procedimiento para determinar el Índice de Lajas de un árido. 1. Este índice se emplea principalmente en árido para tratamientos superficiales. 2. Se define Índice de Lajas como el porcentaje en peso de partículas que tienen un espesor (dimensión mínima) inferior a 0,6 veces la dimensión media de la fracción de árido considerada. 3. Este método es aplicable a áridos de tamaño máximo absoluto igual o superior a 6,3 mm. Equipos y Materiales: 4. Balanza De capacidad superior a la masa de la muestra de ensaye y una precisión de 0,1 g. 5. Horno Provisto de circulación de aire y temperatura regulable para las condiciones del ensaye.
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6. Pie de Metro Graduado en décimas de mm (Ver Figura 4.26).
Fig. 4.26. Pie de Metro o Calibrador de Espesores (Acotaciones en mm).
7. Juego de Tamices Según banda granulométrica especificada. 8. Otros Bandejas, pailas, brochas, poruñas, etc.
Extracción y Preparación de la Muestra: 9. Extraiga y prepare las muestras de acuerdo con el Método A0504. La cantidad mínima de muestra se indica en la Tabla 4.25, de acuerdo al tamaño máximo absoluto del árido.
Tabla 4.25. Cantidad Mínima de Muestra de Ensaye.
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10. Seque la muestra, pésela y determine su distribución granulométrica de acuerdo con el Método A0506.
Procedimiento: 11. Las fracciones a considerar para el ensaye son las siguientes: 37,5 – 25 mm, 25 - 19 mm, 19 - 12,5 mm, 12,5 – 9.5 mm, 9.5 - 6,3mm y 6,3 – 4,75 mm. 12. Obtenga por cuarteo una cantidad mínima de 100 partículas de cada fracción y registre su peso como (MTi), aproximando a 0,1 g. Nota 1: Cuando se obtenga una cantidad de material menor que el 5% en cualquier fracción, se puede omitir la determinación correspondiente sin que el resultado cambie apreciablemente. 13. Repita para cada fracción los pasos que a continuación se indican: a) Fije la abertura del pie de metro (Ai) en 0,6 veces su dimensión media, de acuerdo a la siguiente expresión:
𝐴𝑖 =
(𝑇𝑠𝑖 + 𝑇𝑙𝑖 ) × 0,6 2
Dónde: Ai : Abertura del pie de metro para la fracción i (mm). Tsi: Abertura del tamiz superior de la fracción i (mm). TIi : Abertura del tamiz inferior de la fracción i (mm).
b) Haga pasar cada una de las partículas a través de la abertura del pie de metro. c) Pese el total de partículas que pasan por la abertura del pie de metro y registre como (Mpi), aproximando a 0,1 g. d) Calcule el Índice de Lajas de la fracción i (ILi) de acuerdo a la siguiente expresión, aproximando a un decimal:
𝐼𝐿𝑖 =
𝑀𝑃𝑖 × 100 𝑀𝑇𝑖
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Dónde: ILi : Índice de Lajas de la fracción i (%). MPi : Masa de material que pasa por la abertura del pie de metro para la fracción i (g). MTi : Masa total de ensaye de la fracción i (g). Cálculos: El Índice de Lajas del árido (ILi) se obtiene de la siguiente expresión, aproximando al entero:
𝐴𝑖 =
𝛴(𝐼𝐿𝑖 + 𝑅𝑖 ) 𝛴𝑅𝑖
Dónde: IL: Índice de Lajas del árido (%). ILi: Índice de Lajas de la fracción i (%). Ri: Porcentaje parcial retenido de la fracción i (%), aproximado al entero.
Informe: a) La Tabla 4.26 muestra el resultado del índice de lajas o laminaridad del material (capa de ripio) del tramo:
RESULTADOS ÍNDICE DE LAJAS O ÍNDICE DE LAMINARIDAD (A0503) (AASHTO C 142) ÍNDICE DE LAJAS O LAMINARIDAD (%)
48,96
ESPECIFICACIONES N-CMT-4-02-003/04 MINIMA -
MAXIMA 50
Tabla 4.26. Resultados de Índice de Lajas o de Laminaridad del Material (Capa de Ripio) del tramo.
b) Además el material pétreo cumple lo especificado en la Norma Mexicana N·CMT·4·02·003/04 de la Secretaria de Comunicaciones y Transportes (S.C.T.) para el índice de lajas o laminaridad de la Tabla 2.6 del CAPITULO 2, por lo tanto es apto para reciclado con emulsión asfáltica (Ver Figura 4.27).
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Fig. 4.27. Pie de Metro o Calibrador de Espesores.
c) Para el cálculo detallado referirse a la planilla de índice de lajas o laminaridad ANEXO E (Ensayos de Laboratorio).
4.4.1.3.9. Método para Determinar la Densidad Real de Mezclas Asfálticas Compactadas (A0606)
Objeto: Este método establece procedimientos para determinar la densidad real de mezclas asfálticas compactadas. Definiciones: 1. Densidad (ρ): Es el cociente entre la masa (m) de una sustancia y su volumen (v) a una temperatura especificada. Se expresa en kilogramos por metro cúbico (Kg. /m3). 2. Densidad Real (G): Densidad en que se considera el volumen macizo de la probeta, más el volumen de los poros accesibles e inaccesibles. 3. Secado hasta Masa Constante:
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Límite de secado a 50 ± 5° C, en que dos pesadas sucesivas difieren en un porcentaje igual o inferior al 0,1% de la menor masa determinada. La muestra debe dejarse en horno a 50 ± 5° C durante 12 h y luego pesarse cada 2 h. Equipos y Materiales: 4. Balanza: De 2.000 g de capacidad mínima, sensibilidad 0,1 g y una precisión de 0,2 g. Debe estar equipada con un aparato de suspensión adecuado que permita pesar la probeta mientras está suspendida del centro de la balanza. 5. Baño de Agua: Que permita sumergir la muestra mientras está suspendida bajo la balanza, equipado con una válvula de desborde que mantenga constante el nivel de agua. Muestras de Ensaye: 6. Las muestras de ensaye pueden ser mezclas asfálticas moldeadas en el laboratorio o cortadas directamente del pavimento. 7. Para el tamaño de la probeta se recomienda lo siguiente: a) Que el diámetro de las probetas cilíndricas o la longitud de las probetas aserradas sea a lo menos cuatro veces el tamaño máximo del agregado. b) Que el espesor o largo de la probeta sea a lo menos una y media veces el tamaño máximo del agregado. 8. Tome las muestras de pavimentos con brocas o sierras diamantadas o cualquier otro medio adecuado. 9. Separe las distintas capas mediante aserrado u otro medio adecuado. Método A: Probetas Cubiertas con Parafina Procedimiento: 10. Masa de la Probeta sin Parafina: Pese la probeta en aire después de secarla hasta masa constante. Designe esta masa como A. 11. Masa de la Probeta en Aire con Parafina: Cubra la probeta de ensaye, en toda su superficie, con parafina derretida con un espesor suficiente para sellar todos los huecos superficiales. Deje que el recubrimiento se enfríe al
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aire a temperatura ambiente durante 30 min. y luego pese la probeta. Designe esta masa como D. Nota 1: La aplicación de la parafina se puede lograr mejor enfriando la probeta en un refrigerador hasta una temperatura de aproximadamente 4,5°C por 30 min. y luego sumergiéndola en parafina tibia (5,5° C sobre el punto de fusión). Puede ser necesario repasar la superficie con una brocha con parafina caliente para llenar los vacíos más pequeños. Si se desea usar la probeta en otros ensayes que requieran el desprendimiento del cubrimiento de parafina, puede cubrirse la muestra con talco en polvo antes de colocarle la parafina. 12. Masa de la Probeta con Parafina en Agua: Pese la probeta con parafina en un baño de agua a 25 ± 1°C. Designe esta masa como E. 13. Densidad de la Parafina: Determine la densidad de la parafina a 25° C y desígnela como ρ p. Al adoptar un valor típico de 0,91 g/cm3 el error es prácticamente despreciable. Cálculos: Calcule la densidad de la probeta con la fórmula:
𝜌𝐸 =
𝐴
𝑘𝑔 × 1.000 ( 3 ) (𝐷 − 𝐸) (𝐷 − 𝐴) 𝑚 − 𝜌𝑤 𝜌𝑃
Dónde: A : Masa de la probeta seca en aire (g) D : Masa de la probeta seca más parafina en aire (g) E : Masa de la probeta seca más parafina en agua (g) ρp: Densidad de la parafina (25°C) ± 1 g/cm3 ρw: Densidad del agua (1,0 g/cm3) Método B: Probetas con Superficie Saturada Seca Procedimiento: 14. Seque la probeta hasta masa constante.
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15. Enfríela hasta temperatura ambiente (25 ±1°C) y registre la masa seca como A. 16. Sumerja en un baño de agua a 25 ± 1° C por 3 a 5 min. y registre esta masa como C. 17. Saque la probeta del agua y séquela con una toalla húmeda. Designe esta masa como B. 18. Determine el porcentaje de agua absorbida con la siguiente expresión:
𝐴𝑎𝑏 =
𝐵−𝐴 × 100 𝐵−𝐶
Si Aab: es mayor que 2, emplee el Método A. Cálculos Calcule la densidad de acuerdo a la fórmula:
𝐺=
𝐴 𝑘𝑔 × 1.000 ( 3 ) 𝐵−𝐶 𝑚 𝜌𝑤
Dónde: A: Masa de la probeta en aire (g). B: Masa de la probeta en aire con superficie seca (g). C: Masa de la probeta en agua (g). Método C: Geométrico (Sólo para Mezclas de Graduación Abierta; Porcentaje de Huecos Superior a 15) Procedimiento 19. Determine la densidad de una muestra de formas regulares en base a su masa (Kg.) y su volumen medio en forma geométrica (m3). 20. Determine las dimensiones de la probeta basado en el promedio de cuatro medidas, como mínimo, por dimensión.
Informe: a) Se empleó el método B (probetas con superficie saturada seca), ya que “Aab” es menor a 2 en todas las probetas (Ver Figura 4.28).
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Fig. 4.28. Método B (Probetas con Superficie Saturada Seca).
b) Para el cálculo detallado referirse a la planilla de diseño de mezclas en frío – método Marshall modificado ANEXO E (Ensayos de Laboratorio).
4.4.1.3.9.1 MÉTODO DE DISEÑO MARSHALL (A0613)
Objeto: Este procedimiento es aplicable a mezclas en caliente y en frío que contengan áridos con tamaño máximo absoluto igual o inferior a 25 mm. Se puede usar tanto para el diseño en laboratorio como en el control de terreno, y describe una metodología para determinar el óptimo de asfalto en las mezclas.
Determinaciones Previas: 1. Determine la densidad real seca de cada árido que participa en la mezcla y la del filler, si lo hubiere, de acuerdo a los Métodos A0519, A0520 según corresponda. 2. Determine la densidad del cemento asfáltico a 25 º C según Método A0102. 3. Determine la densidad máxima de la mezcla suelta según Método A0505, para un contenido de asfalto próximo al óptimo previsto. 4. Prepare las probetas según Método A0608.
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Proyecto de Grado
5. Determine las densidades de las probetas compactadas, según Método A0606. 6. Mida la Estabilidad y la Fluencia de las mezclas usando el equipo Marshall, según Método A0608. Nota 1: Dado que la densidad real seca del filler mineral es difícil de determinar en forma precisa, se recomienda utilizar el método de Le Chatelier. Cálculos: 7. Cálculo de la densidad real seca ponderada de la mezcla de áridos: Cuando la mezcla está compuesta por dos o más áridos, todos con diferentes densidades reales, calcule la densidad real seca de la mezcla de áridos de acuerdo a la expresión: ρRS = P1 ⋅ ρRS1 + P2 ⋅ ρRS 2 + ......... + Pn ⋅ ρRSn Dónde: ρRS : Densidad real seca de la mezcla de agregados. P1, P2,…, Pn: Porcentajes en peso de los áridos 1, 2,... n, expresados en forma decimal. ρRS1, ρRS 2 ,..., ρRSn : Densidades reales secas de los áridos 1, 2,... n. 8. Cálculo de la densidad efectiva del árido: Calcule la densidad efectiva del árido mediante la expresión:
𝜌𝐸 =
100 100 + 𝑃𝑏 𝑃𝑏 𝐷𝑚𝑚 − 𝜌𝑏
Dónde: ρE
: Densidad efectiva del árido (kg/m3).
ρb
: Porcentaje de asfalto referido al árido (%).
Dmm : Densidad máxima de la mezcla suelta (kg/m3). ρb : Densidad del asfalto (kg/m3).
9. Cálculo del porcentaje de asfalto absorbido:
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El asfalto absorbido se expresa como un porcentaje referido al árido y se calcula con la formula siguiente:
𝑃𝑏𝑎 = (
1 𝜌𝑅𝑆
−
1 ) × 𝜌𝑏 × 100 𝜌𝐸
Dónde: ρba : Porcentaje de asfalto absorbido, referido al árido (%). ρRS : Densidad real seca del árido (kg/m3). ρE : Densidad efectiva del árido (kg/m3). ρB : Densidad del asfalto (kg/m3). 10. Cálculo de la densidad máxima de la mezcla para distintos contenidos de asfalto: Al calcular el porcentaje de huecos de aire en la mezcla, es necesario conocer Dmm para cada porcentaje de asfalto considerado. Si bien esto se puede hacer a través del Método A0605 para cada contenido de asfalto, la precisión del ensaye es mejor cuando se aproxima al contenido de asfalto óptimo. Una vez obtenida la Dmm para un determinado contenido de asfalto y calculada la densidad efectiva del árido, calcule la Dmm de la mezcla para cualquier otro porcentaje de asfalto, de acuerdo a la fórmula:
𝐷𝑚𝑚 =
100 + 𝑃𝑏 100 𝑃𝑏 𝜌𝐸 + 𝜌𝑏
Dónde: Dmm : Densidad máxima de la mezcla (kg/ m3). Pb
: Porcentaje de asfalto referido al árido (%).
ρE
: Densidad efectiva del árido (kg/m3), de acuerdo a 8.
ρb
: Densidad del asfalto (kg/ m3).
11. Contenido de Asfalto útil:
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El contenido de asfalto útil (Pbu) de una mezcla, corresponde al contenido de asfalto total menos el contenido de asfalto absorbido por el árido. Se calcula de acuerdo a la fórmula:
Pbu = Pb - Pba
Dónde: Pbu : Porcentaje de asfalto útil referido al árido (%). Pb : Porcentaje de asfalto referido al árido (%). Pba : Porcentaje de asfalto absorbido referido al árido (%). 12. Cálculo de los Vacíos en el árido mineral: El porcentaje de vacíos en el árido mineral (VAM), se calcula de acuerdo a la fórmula:
𝑉𝐴𝑀 = 100 × (1 −
𝐺 100 × ) 𝜌𝑅𝑆 100 + 𝑃𝑏
Dónde: VAM : Porcentaje de vacíos en el árido mineral (%). G
: Densidad de la mezcla compactada (kg/m3).
ρRS
: Densidad real seca del árido (kg/m3).
ρb
: Porcentaje de asfalto referido al árido (%).
13. Cálculo del porcentaje de huecos de aire en la mezcla: El porcentaje de huecos de aire en la mezcla (Va), se calcula de acuerdo a la fórmula:
𝑉𝑎 = 100 × (
𝐷𝑚𝑚 − 𝐺 ) 𝐷𝑚𝑚
Dónde:
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Va
: Porcentaje de huecos de aire en la mezcla (%).
Dmm : Densidad máxima de la mezcla (kg/m3), de acuerdo a 10. : Densidad de la mezcla compactada (kg/m3).
G
14. Cálculo del porcentaje de huecos llenos con asfalto: El porcentaje de huecos llenos con asfalto (VLL), se calcula de acuerdo a la fórmula:
𝑉𝐿𝐿 = 100 × (1 −
𝑉𝑎 ) 𝑉𝐴𝑀
Dónde: VLL
: Porcentaje de huecos llenos con asfalto (%).
Va
: Porcentaje de huecos de aire en la mezcla (%).
VAM : Porcentaje de vacíos en el árido mineral (%).
Acondicionamiento de datos: 15. Los valores de estabilidad obtenidos para probetas de espesores distintos a 63,5 mm deben corregirse, convirtiendo éstos a un valor equivalente a 63,5 mm, utilizando para ello los factores de corrección indicados en Tabla 4.27 del Método A0608.
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Tabla 4.27. Factores de Corrección por Altura para Estabilidad Marshall.
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16. Calcule el valor promedio de la densidad, fluencia y estabilidad corregida, para todas las probetas con un mismo contenido de asfalto. 17. Confeccione los siguientes gráficos, uniendo mediante una curva suave todos los puntos obtenidos: a) Estabilidad v/s porcentaje de asfalto. b) Fluencia v/s porcentaje de asfalto. c) Densidad v/s porcentaje de asfalto. d) Huecos en la mezcla v/s porcentaje de asfalto. e) VAM v/s porcentaje de asfalto.
Determinación del contenido óptimo de asfalto: 18. Capa de Rodadura: a) Determine el contenido óptimo de asfalto de la mezcla considerando las curvas de densidad, estabilidad y huecos en la mezcla. De dichas curvas se determinan los porcentajes de asfalto (Pb) que entreguen:
Máxima estabilidad (Pb1).
Máxima densidad (Pb2).
Contenido de asfalto para un 5% de huecos (Pb3).
El contenido óptimo de asfalto se calcula como la media aritmética de los tres valores obtenidos, es decir:
𝑃𝑏 ó𝑝𝑡𝑖𝑚𝑜 =
𝑃𝑏1 + 𝑃𝑏2 + 𝑃𝑏3 3
b) Verifique que el contenido óptimo de asfalto, con una tolerancia de ± 0,3 puntos porcentuales, cumpla con todos los requisitos de calidad exigidos a la mezcla. En caso contrario, confeccione una nueva serie de muestras. 19. Capa de Base y Capa Intermedia (Binder):
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Seleccione como contenido óptimo de asfalto el porcentaje de ligante que, con una tolerancia de ± 0,5 puntos porcentuales, cumpla con todos los requisitos de calidad exigidos a la mezcla. INFORME: El informe para el proyecto será similar a lo enumerado a continuación, con algunas diferencias que se aclararán en el siguiente inciso, ya que en vez de asfalto tradicional se usará emulsión asfáltica en frío, por lo tanto se realizará un diseño mediante el “Método Marshall Modificado” (Ver Método A0704). 20. Identificación de los Materiales: Indique procedencia, lugar y fecha de muestreo, tanto del asfalto como del árido. 21. Áridos: Indique los siguientes análisis para cada árido: a) Granulometría. b) Densidad aparente suelta. c) Densidad real seca. d) Densidad neta. e) Desgaste de Los Ángeles. f) Índice de Plasticidad. g) Equivalente de arena. h) Cubicidad de partículas. i) Dosificación de áridos. j) Granulometría de la mezcla de áridos. Nota 2: En la confección del informe se debe incluir las correspondientes especificaciones de obra. 22. Asfalto: a) Certificados de Control de Calidad. b) Densidad 23. Mezcla árido – asfalto: a) Densidad máxima de la mezcla. b) Adherencia. c) Porcentaje de asfalto absorbido referido al árido.
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d) Temperatura de mezclado. e) Temperatura de compactación de las probetas. 24. Análisis Marshall: a) Para cada contenido de asfalto considerado se debe incluir:
Densidad.
Huecos en la mezcla.
Vacíos en el agregado mineral (VAM).
Estabilidad.
Fluencia.
b) Gráficos de Densidad, Huecos, VAM, Estabilidad y Fluencia con respecto a cada uno de los porcentajes de asfalto considerados. c) Fórmula de Trabajo. Esta comprende:
Banda de Trabajo, con las siguientes tolerancias: Tamiz 4,75 mm (Nº 4) y superiores. : ± 5 puntos porcentuales. Tamices 2,36 mm (Nº 8) y 1,18 mm (Nº 16). : ± 4 puntos porcentuales. Tamices 0,6 mm (Nº 30) y 0,3 mm (Nº 50). : ± 3 puntos porcentuales. Tamiz 0,15 mm (Nº 100). : ± 2 puntos porcentuales. Tamiz 0,075 mm (Nº 200). : ± 1,5 puntos porcentuales. Contenido óptimo de asfalto para capas de rodadura. : ± 0,3 puntos porcentuales. Contenido óptimo de asfalto para capas de base o intermedia: ± 0,5 puntos porcentuales. Densidad de diseño. Temperatura de mezclado. Temperatura de inicio de compactación
Nota 3: La banda de trabajo podrá salirse de la especificada siempre que la curva granulométrica de diseño quede totalmente comprendida en la banda especificada.
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4.4.1.3.9.2. MÉTODO DE DISEÑO DE MEZCLAS ASFÁLTICAS EN FRÍO CON EMULSIÓN (A0704)
OBJETO: 1. Esta especificación describe el método de diseño para mezclas asfálticas en frío con emulsión. El procedimiento está orientado a mezclas para caminos de bajo volumen de tránsito con áridos densamente graduados con tamaño máximo menor o igual a 25 mm (1 pulg). 2. Es aplicable a mezclas producidas tanto in situ como en laboratorio, a temperaturas ambiente. 3. El método comprende la realización de las siguientes etapas: a) Contenido inicial de emulsión. b) Contenido de agua de pre mezcla. c) Contenido óptimo de agua de compactación. d) Contenido óptimo de asfalto residual.
EQUIPOS Y MATERIALES: 4. Los aparatos y materiales necesarios para este ensayo son los mismos utilizados en el método de diseño Marshall (A0613) nombrados en el Inciso anterior según (AASHTO T 245-97). a) Moldes de compactación: Constituidos por una placa base, molde y collar. El molde debe tener un diámetro interior de 101,6 ± 0,1 mm y una altura de 80 mm; la placa base y el collar se diseñan de modo de poder ajustarse a cualquier extremo del molde, conforme a los detalles de la Figura 4.29.
Fig. 4.29. Placa Base, Molde y Collar para la Compactación de Probetas Marshall.
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b) Extractor: Que sirva para sacar las probetas del molde; debe estar provisto de un disco desplazador de 100 mm de diámetro por 10 mm de espesor (Ver Figura 4.30).
Fig. 4.30. Extractor de Probetas Marshall.
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c) Martillo de compactación: Consiste en una cara circular de 100 mm de diámetro equipada con un peso de 4.515 ± 15 g y construido de modo de obtener una altura de caída 460 ± 2 mm, conforme a los detalles de la Figura 4.31. Las condiciones señaladas aseguran la obtención de una energía por caída de 20,75 J.
Fig. 4.31. Martillo de Compactación de Probetas Marshall.
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d) Pedestal de compactación: Consiste en un poste de madera de 205 x 205 x 455 mm cubierto con una placa de acero de 305 x 305 x 25 mm. El poste va empotrado en hormigón mediante cuatro perfiles ángulo; debe quedar a plomo y la placa de acero debe quedar firmemente afianzada y a nivel. El poste puede ser de roble, pino u otra madera que tenga una densidad seca media de 0,67 a 0,77 g/cm3. e) Sujetador de molde: Consiste en un aro con resorte diseñado para mantener centrado y fijo el molde en el pedestal durante la compactación. f) Mordaza: Consiste en dos segmentos de cilindro, superior e inferior, con un radio interno de 51 ± 0,2 mm, diseñado según la Figura 4.32, para transmitir la carga a la probeta en el ensaye.
Fig. 4.32. Mordaza de Transmisión de Carga a la Probeta Marshall.
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g) Máquina Marshall: Aparato eléctrico, diseñado para aplicar carga a las probetas durante el ensaye, a una velocidad de deformación de 50 ± 1 mm/min. Está equipada con un anillo de prueba calibrado para determinar la carga aplicada, de una capacidad superior a 25 kN y una sensibilidad de 45N con un dial graduado de 0,0025 mm y un medidor de flujo con una precisión de 0,01 mm, para determinar la deformación que se produce en la carga máxima (Ver Figura 4.33). Se puede emplear también esta máquina equipada con sensor y registrador de estabilidad v/s fluencia.
Fig. 4.33. Máquina de Estabilidad Marshall y Medidor de Flujo.
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h) Hornos: Horno de convección forzada y placas calientes, que deben incluir un termostato capaz de controlar y mantener la temperatura requerida dentro de ± 3 ºC. i) Baño de agua: De a lo menos 150 mm de profundidad y controlado termostáticamente a 60 ± 1 º C. El estanque debe tener un fondo falso perforado y un termómetro centrado y fijo (Ver Figura 4.34).
Fig. 4.34. Baño de Agua Controlado Termostáticamente para Probeta Marshall.
j) Equipo misceláneo:
Pailas para calentar el árido.
Recipiente, para calentar el asfalto.
Bol, para mezclar el asfalto y árido.
Espátulas, para el mezclado manual de la mezcla.
Mezclador mecánico, opcional.
Termómetros de rango 10 a 200º C para determinar las temperaturas del árido, asfalto y mezcla bituminosa.
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Balanzas con capacidad 5 kg y precisión 1 g.
Poruñas.
Guantes aislantes para resistir rango de temperatura indicadas anteriormente y guantes de goma.
Pintura, tinta u otro elemento de marcación indeleble, para identificar las probetas.
PROCEDIMIENTO: Determinación del contenido inicial de emulsión: 5. El contenido inicial de emulsión se estima a partir de uno de los siguientes procedimientos: a) E.C.K: Se determina el contenido inicial de emulsión a partir de la determinación del contenido de asfalto aproximado mediante el equivalente centrífugo de kerosene (Método A072). El contenido inicial de emulsión se obtiene según la siguiente fórmula:
% E = T × PAB × 60 R
Dónde: %E : Porcentaje en peso de emulsión asfáltica, sobre el peso del árido seco. T
: Valor según tipo de Capa Estabilizada.
T = 1,1 Base estabilizada con emulsión asfáltica. T = 1,5 Capa de Rodadura estabilizada con emulsión. PAB: Porcentaje aproximado de asfalto u óptimo teórico Hveem. R
: Residuo Emulsión Asfáltica (Número Entero).
b) Fórmula empírica: En caso de no contarse con el equipamiento necesario para realizar el E.C.K, el contenido inicial de emulsión se puede estimar a partir de la siguiente fórmula, la cual fue utilizada para este proyecto en particular.
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% E = [(0,05× A) + (0,1 × B) + (0,5 × C)] × 0,7 Dónde: %E : Porcentaje en peso de emulsión asfáltica, sobre el peso del árido seco. A
: Porcentaje del árido retenido en malla Nº 8 (2,36 mm).
B
: Porcentaje del árido pasante por malla Nº 8 (2,36 mm) y retenido en malla Nº 200 (75 µm).
C
: Porcentaje de árido pasante por malla Nº 200 (75 µm).
c) Cálculo del contenido inicial de emulsión asfáltica mediante la fórmula empírica: Si bien es un valor estimado, nos da una idea para iniciar el diseño con un contenido de emulsión teórico, debido a que el Manual Técnico de la A.B.C., no cuenta con especificaciones de contenidos de emulsión usuales, por lo tanto en el presente proyecto se recurrió a especificaciones del Manual de Reciclado en Frío (Wirtgen), según la experiencia técnica obtenida en el reciclado y estabilización con emulsión asfáltica a lo largo de Alemania, Europa y África (Ver Tabla 4.28).
CÁLCULO DEL CONTENIDO INICIAL DE EMULSIÓN ASFÁLTICA (MÉTODO A0704) % EN PESO DE EMULSIÓN ASFÁLTICA, SOBRE EL ÁRIDO SECO % EN PESO DE RESÍDUO ASFÁLTICO, SOBRE EL ÁRIDO SECO
ESPECIFICACION S/G N/WIRTGEN/04
5,41
5,0 a 7,5 (%)
3,03
3,0 a 4,5 (%)
Tabla 4.28. Cálculo del contenido inicial de emulsión asfáltica mediante la fórmula empírica.
TEST DE CUBRIMIENTO Y ADHESIÓN: 6. Antecedentes: La evaluación preliminar para la selección de una emulsión asfáltica para el diseño de mezcla debe ser acompañada por una evaluación del cubrimiento del árido. El contenido inicial de emulsión se mezcla con el árido a utilizar y se estima visualmente, como un porcentaje del área total, el cubrimiento del árido por parte de la emulsión, la especificación
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Manual Técnico de la A.B.C. exige que deba ser mayor al 50%. La habilidad de la emulsión para cubrir el árido es muy sensible al contenido del agua de pre mezcla del agregado, por lo cual el test de cubrimiento se debe realizar con distintos porcentajes de agua de pre mezcla. 7. Procedimiento – Contenido de Agua de Pre mezcla: a) Separar una muestra representativa de la emulsión asfáltica a utilizar. b) Tamizar y separar los áridos secos al aire en las siguientes fracciones: 25-19 mm; 1912,5 mm; 12,5-9,5 mm; 9,5-4,75 mm y bajo 4,75 mm. c) Preparar un número suficiente de muestras de áridos combinados secos al aire para mezclas de prueba. La masa de cada muestra debe ser de 1200 gr de material seco en horno. Estas muestras se deben confeccionar re mezclando las fracciones antes definidas de modo de igualar el análisis granulométrico. d) Determinar la humedad de una muestra combinada de áridos secos al aire y registrar. e) Colocar una muestra de material en un recipiente, incorporar un porcentaje de agua predeterminado de pre mezcla y mezclar. La cantidad de agua incorporada será tal que cumpla las siguientes consideraciones:
Emulsión asfáltica de curado medio: Prueba inicial deberá ser mezclada sin la adición de agua de pre mezcla, es decir, se debe realizar con el árido en condición seco al aire.
Emulsión asfáltica de curado lento: Comenzar el test con un contenido de agua de pre mezcla de 3 % (Nota 1).
f) Combinar el contenido inicial de emulsión determinado en el punto 5 con el árido húmedo. Mezclar utilizando la mano hasta que el asfalto esté adecuadamente distribuido en toda la mezcla. g) Calcular el contenido de agua libre de la mezcla (Punto 7c + 7e). h) Preparar otras probetas de acuerdo a los pasos d, e y f con incrementos de 1% en el agua de pre mezcla hasta que la mezcla se vea empapada o comience a segregar. Cuando esto ocurra continúe con la siguiente etapa. i) El cubrimiento del árido es evaluado de forma visual. Para cada contenido de agua de pre mezcla, estimar el porcentaje del área total de áridos cubiertos con asfalto y registrar.
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j) Si el cubrimiento del árido es superior al 50% entonces el test es encontrado satisfactorio, por lo tanto se debe seleccionar aquel contenido de agua de pre mezcla que satisfaga con la condición definida. En caso de que el cubrimiento del árido no sea considerado satisfactorio, la emulsión debe ser modificada o se debe seleccionar otro grado de emulsión, realizándose otro ensayo (Notas 2 y 3). Nota 1: Para los áridos que contienen arcilla, la adición del agua de pre mezcla debe realizarse con 24 hrs. de anticipación y debe ser colocado en un recipiente sellado posterior a la mezcla. Nota 2: Para emulsiones asfálticas de curado medio utilice suficiente agua de pre mezcla para permitir un adecuado esparcimiento de la emulsión sobre la mezcla. En algunos casos una excesiva cantidad de agua de pre mezcla podría producir desprendimiento del asfalto de los áridos. Cuando esto ocurra, utilice la cantidad de agua de pre mezcla que permita a lo menos un 50% de cubrimiento de los áridos; las subsecuentes mezclas deberán ser producidas con la cantidad de agua de pre mezcla que produzca el máximo de cubrimiento sin producir desprendimiento del asfalto de los áridos. Nota 3: Las emulsiones asfálticas de curado lento presentan un aumento del porcentaje de cubrimiento a medida que se aumenta el agua de pre mezcla, sin embargo desde cierto punto un aumento del porcentaje de agua de pre mezcla no producirá un aumento del cubrimiento del árido. Este punto será el mínimo contenido de agua de pre mezcla; las subsecuentes mezclas en el diseño deberán ser producidas con este mínimo contenido de agua de pre mezcla. k) Evaluación visual del Cubrimiento del árido con la Emulsión de Curado Medio empleada para el Proyecto: La emulsión catiónica de curado medio del fabricante: “GRECA Asfaltos”, empleada para el diseño se verificó en laboratorio y cumple con las especificaciones de la Norma Brasilera del certificado de calidad emitido por: “GRECA Asfaltos” (Ver ANEXO F), así mismo referido al Manual Técnico de la (A.B.C.), que emplea Normas ASTM Y AASHTO. De igual manera los áridos o material pétreo cumple con la Norma Mexicana N·CMT·4·02·003/04 de la Secretaria de Comunicaciones y Transportes (S.C.T.), así
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mismo referido al Manual Técnico de la (A.B.C.), que emplea Normas ASTM Y AASHTO. Una vez realizados todos los ensayos previamente mencionados, se procede al test de cubrimiento, evaluado en forma visual sin agua de pre mezcla, con 1% de agua de pre mezcla y 2% de agua de pre mezcla (Ver Figura 4.35, 4.36 y 4.37):
Fig. 4.35. Test de Cubrimiento sin agua de pre mezcla.
Fig. 4.36. Test de Cubrimiento con 1% de agua de pre mezcla.
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Además de evaluar el cubrimiento de la emulsión a los áridos, se evaluó visualmente el tiempo de rotura o quiebre de la emulsión, siendo este en promedio 30 minutos una vez que entra en contacto con los áridos. Por lo tanto ese es el tiempo máximo que se debe emplear para mezclar y compactar una capa con este tipo de emulsión de curado medio y este tipo de áridos.
Fig. 4.37. Test de Cubrimiento con 2% de agua de pre mezcla.
l) En forma visual se pudo apreciar que 1% de agua de pre mezcla es la óptima como muestra la Tabla 4.29, ya que ofrece un mejor cubrimiento de los áridos, mayor al 50%, según lo especificado en la Norma del Manual Técnico de la (A.B.C.) (A0704).
RESULTADOS TEST DE CUBRIMIENTO DEL LA EMULSIÓN ASFÁLTICA AL ÁRIDO (MÉTODO A0704) AGUA DE PRE MEZCLA (%)
1,00
CUBRIMIENTO (%)
80,00
ESPECIFICACIONES MT-ABC/A0704 MINIMA 50
MAXIMA -
Tabla 4.29. Resultados Test de Cubrimiento de la Emulsión Asfáltica al Árido.
8. Procedimiento - Test de adhesión:
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a) Pesar una muestra de 100 gr. de la mezcla confeccionada, sin que haya sido sumergida en agua, colocarla en un recipiente de poca profundidad y someterla a un período de curado de 24 hrs. en un horno de tiro forzado a 60 ºC. Al no contar con un horno de tiro forzado, se adaptó en laboratorio un ventilador de aire frío y caliente regulable para realizar el curado durante las 24 hrs. especificadas (Ver Figura 4.38).
Fig. 4.38. Curado de la Muestra con un Ventilador de Aire Frío y Caliente Regulable.
b) Colocar la mezcla curada en un vaso de 600 ml, el cual debe contener 400 ml de agua destilada hirviendo. c) Manteniendo el agua hirviendo, revolver durante tres minutos a una vuelta por segundo (Ver Figura 4.39).
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Fig. 4.39. Vaso de Precipitados con la Muestra y el Agua Hirviendo.
d) Sacar el agua del vaso y colocar la mezcla sobre una pieza de papel absorbente. e) Después de que la mezcla haya secado, evalúe visualmente el porcentaje de asfalto retenido sobre los áridos (Ver Figura 4.40). Si es satisfactorio, continúe el diseño de la mezcla. En caso contrario, la emulsión debe ser modificada o se debe seleccionar otro grado de emulsión.
Fig. 4.40. Muestra Seca en el Papel Absorbente.
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f) A simple vista se ve que la muestra no sufrió un desprendimiento considerable del asfalto, manteniendo una buena adhesión con el árido a utilizar, por lo tanto no es necesario modificar o seleccionar otro grado de emulsión asfáltica. CONTENIDO ÓPTIMO DE AGUA DE COMPACTACIÓN: 9. Antecedentes: Las propiedades de la mezcla están íntimamente relacionadas a la densidad obtenida luego de la compactación. De esta forma es necesario optimizar el contenido de agua de compactación para maximizar la densidad de la mezcla. El procedimiento de diseño de mezcla utiliza el procedimiento Marshall modificado para evaluar las propiedades de la mezcla compactada, en este caso específico evaluando la densidad seca de la muestra. 10. Preparación de probetas: El procedimiento se realiza de acuerdo a los siguientes puntos: a) Cantidad de Muestras: Se deben preparar como mínimo tres probetas con el equipo Marshall para cada uno de los tres contenidos de agua de compactación a utilizar (Nota 4). b) Preparación del molde y el martillo. c) Preparación del árido: Re mezclar las fracciones antes definidas de cada material para producir una masa de 1.100 gr en cada probeta (secos en horno). En un área ventilada, coloque la muestra en un recipiente y determinar la temperatura del árido. La temperatura debe ser ajustada a 22,2 ± 1,7 ºC previo a la mezcla. d) Cálculos: Se requiere realizar los siguientes cálculos: masa del árido, masa de la emulsión asfáltica, masa del agua de pre mezcla y masa de la pérdida de agua para compactación. Los cálculos se realizan según las siguientes fórmulas:
Masa del árido (W) :
𝑊=
𝑎 × 100 100 − 𝑏
Masa de emulsión Asfáltica (X) :
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𝑋=
𝑎 × 𝑏 𝑑
Masa de agua libre adicional para pre mezcla (Y) :
𝑒÷𝑐 )] ÷ 100 𝑑
𝑌 =𝑎×[𝑓−𝑏 −(
Masa de pérdida de agua de compactación (Z) :
𝑍 =𝑎×(
𝑓−𝑔 ) 100
Dónde: a: Masa del árido seco. b: Porcentaje de agua contenida en el árido seco al aire. c: Contenido de asfalto residual deseado (Porcentaje del peso del árido seco). d: Porcentaje residual de asfalto en la emulsión. e: Porcentaje de agua en la emulsión = 100 – d f: Porcentaje del contenido de agua de pre mezcla en la mezcla (masa del agregado seco). g: Porcentaje del contenido de compactación (masa del árido seco).
e) Adición del agua de pre mezcla: Colocar el árido seco al aire en un bol para mezclar. Calcular el monto de agua libre a ser agregada (Y) necesaria para lograr el contenido óptimo de agua de pre mezcla según lo determinado en el test de cubrimiento. La temperatura del agua debe ser ajustada a 22,2 ± 1,7 ºC previo a la mezcla. Agregar el agua a los áridos secos al aire y mezclar durante 1 minuto o hasta que el agua esté completamente dispersa en el árido (Nota 5).
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Determinar la masa de emulsión asfáltica y registrar. Agregar la emulsión asfáltica en los agregados húmedos lentamente a medida que el material es mezclado. Un tiempo de mezcla de 1 minuto, utilizando mezcladora mecánica, debiera ser suficiente. Un tiempo de mezcla excesivo producirá el desprendimiento del asfalto de los áridos. f) Si el contenido de agua de pre mezcla es mayor al contenido de agua para la compactación, entonces es necesario airear la mezcla para lograr el contenido de agua deseado de compactación. En este caso se debe distribuir la mezcla en un plato de tal forma de que su espesor no supere los 25 mm y registrar la masa del plato y la mezcla. La pérdida de agua requerida para la compactación se calcula utilizando la fórmula definida en 10(d). Para reducir el contenido de agua es necesario utilizar un ventilador revolviendo cada 10 minutos la mezcla. El contenido de agua a eliminar se logra pesando sucesivamente la masa del plato y la mezcla hasta alcanzar el contenido de agua de compactación deseada. Registrar. Nota 4: Generalmente 3 incrementos del contenido de agua de compactación en 1% son suficientes para construir la curva densidad/contenido de agua para determinar el óptimo. Nota 5: Materiales que contienen arcilla deben ser colocados en un recipiente sellado por un mínimo de 15 horas. g) Compactación de las muestras: Limpie completamente el molde y la cara de compactación del martillo. Coloque un papel circular en la base del molde antes de introducir la mezcla. Ensamble el molde, coloque toda la mezcla en él y dé con una espátula un acomodamiento de 15 veces a lo largo del perímetro y 10 veces en el interior del molde. Con la espátula, suavice la superficie de la mezcla con suaves movimientos circulares. h) Coloque el molde en el pedestal de compactación y aplique 50 golpes con el martillo de compactación usando una caída libre de 45,72 cm (18 pulg). Remueva el plato de base y el collar, invierta la probeta y vuelva a ensamblar el molde. Aplique 50 golpes más en la otra cara del molde. Remueva el plato de base, el collar y el disco de papel. i) Curado. Cure la probeta con los moldes, durante 24 horas a temperatura ambiente, manteniendo una circulación de aire homogénea por ambos lados de la probeta. j) Saque la probeta del molde y calcule la densidad real de las probetas según Método A0606.
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k) Resultados. Construya un gráfico densidad real versus contenido de fluidos. El contenido de fluidos que maximice la densidad de la probeta se selecciona como el contenido óptimo de compactación. l) Si es necesario poseer más datos para el gráfico, realice más ensayos utilizando contenidos adicionales de agua de compactación. m) El contenido óptimo de compactación deber ser utilizado en todos los ensayos a realizar con respecto al contenido óptimo de asfalto residual.
PROCEDIMIENTO ALTERNATIVO PARA CONTENIDO ÓPTIMO DE AGUA DE COMPACTACIÓN, CONTENIDO ÓPTIMO DE FLUIDO TOTAL (OTFC) (S/G WIRTGEN): Debido a que previamente se realizó en el CAPITULO 2, el ensayo de relaciones de peso unitario – humedad en los suelos – método modificado (S0403) (ASTM D422 AASHTO T180), este procedimiento alternativo investigado se acomoda perfectamente dando las ventajas de ahorro de materiales usados en laboratorio: emulsión asfáltica y agregados. 11. Antecedentes: Cuando se trabaja con emulsiones asfálticas, el “Contenido Total de Fluido” es utilizado en vez del Contenido de Humedad al momento de definir la relación humedad/densidad. La densidad máxima se alcanza con el Contenido Óptimo de Fluido Total (Optimum Total Fluid Content, OTFC), que es la combinación del agua de compactación y emulsión asfáltica en la mezcla. Antes de quebrar, la emulsión asfáltica es un fluido con una viscosidad ligeramente mayor que la del agua. Tanto los componentes del agua como del asfalto de una emulsión actúan como un lubricante para ayudar a la compactación, por lo que ambos deben ser considerados como un solo fluido. Esto se ilustra en la Figura 4.41.
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Fig. 4.41. Ejemplo para la Consideración de Fluidos Totales en la Estabilización de Materiales con Emulsión Asfáltica.
En el ejemplo de la Figura 4.41 muestra el contenido de humedad in-situ de 2,5 %, con un 3,5% de Emulsión Asfáltica aplicada. El material tiene un OTFC de un 7% bajo una compactación estándar. Un porcentaje adicional de 1,0 % de agua se puede agregar durante el reciclado para llevar el contenido total de fluido al óptimo, o aplicar un esfuerzo adicional para alcanzar la densidad máxima (ver Sección 2.2.2.9 del CAPITULO 2). Si el contenido total de fluido del material se acerca al nivel de saturación (como se indica por la línea de porcentaje de vacíos cero), se desarrollarán presiones hidráulicas bajo el rodillo causando que el material se hinche o descompacte. Cuando suceden tales condiciones es imposible compactar el material. Cuando el contenido de humedad de terreno es alto (por ejemplo, cercano al OTFC), la adición de emulsión asfáltica puede incrementar el contenido total de fluido por sobre el punto de saturación. Esta situación no puede ser solucionada reduciendo la cantidad de emulsión asfáltica adicionada debido a que la calidad del producto estabilizado se
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compromete. No se debe agregar cemento a la mezcla para “absorber la humedad excedente” debido a que tal práctica modifica la naturaleza del producto y aumenta su rigidez. Los altos contenidos de humedad in-situ se reducen de mejor manera pre pulverizando el pavimento existente, exponiendo el material y dejando que se seque lo antes de estabilizar. a) Informe del Contenido
Óptimo de Fluido Total (OTFC) para el Diseño del
Proyecto: La Tabla 4.30 muestra los resultados obtenidos en ensayos anteriores que definen el contenido óptimo de fluido total (OTFC):
RESULTADOS DEL CONTENIDO ÓPTIMO DE FLUIDO TOTAL (OTFC) (MÉTODO A0704) HUMEDAD NATURAL (%) AGUA DE PRE MEZCLA (%) HUMEDAD ÓPTIMA COMPACTACIÓN PROCTOR MOD. (%) CONTENIDO ÓPTIMO DE FLUIDO TOTAL (OTFC) (%)
1,32 1,00 8,33 9,33
ESPECIFICACIONES (S0301) (ASTM D2216) MT-ABC/A0704 (S0403) (ASTM D422 AASHTO T180) MT-ABC/A0704
Tabla 4.30. Resultados Contenido Óptimo de Fluido Total (OTFC) para el Diseño del Proyecto.
VARIACIÓN DEL CONTENIDO DE ASFALTO RESIDUAL: 12. Antecedentes: Para determinar el contenido óptimo de asfalto residual para una combinación de árido y emulsión asfáltica definida, es necesario realizar una serie de ensayos con contenidos distintos de asfalto residual, utilizando los contenidos de agua de pre mezcla y de compactación óptimos definidos anteriormente. Las mezclas son preparadas con incrementos porcentuales unitarios de contenido asfáltico residual, con dos contenidos a cada lado del contenido inicial calculado en el punto 5, logrando como mínimo 5 puntos.
De la misma forma se realizará un diseño complementario añadiendo un 1% de cemento Portland IP-30 como filler activo. (Recomendado por: Wirtgen (2004), “Manual de Reciclado en Frío”, 2º Edición), el procedimiento se realizará de la misma manera hasta este punto. A continuación se realizará un informe detallado de procedimiento de
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preparación de probetas con y sin reemplazo de cemento Portland, para determinar el contenido óptimo de asfalto residual en ambos tipos de diseño. DETERMINACIÓN DEL CONTENIDO INICIAL DE EMULSIÓN: 13. Preparación de probetas: El procedimiento se realiza de acuerdo a los mismos puntos especificados en el punto 6. A continuación se definen algunos aspectos específicos a tomar en cuenta en esta etapa. a) Número de muestras: Preparar 6 muestras para cada contenido de asfalto residual (para probetas con y sin filler activo de cemento Portland IP-30). Como se ve en la Figura 4.42:
Fig. 4.42. Seis Muestras Secas Preparadas según la Granulometría de los Áridos.
b) Preparación del molde y el martillo: Igual. c) Preparación de los áridos: sin cambios (Ver Figura 4.43).
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Fig. 4.43. Áridos Secos Separados por Tamaños.
d) Cálculos: sin cambios. e) Adición del agua de mezcla (Ver Figura 4.44): Notar que el mismo contenido de agua óptimo de compactación es utilizado para todos los contenidos de asfalto. Debido a que el contenido de asfalto residual aumenta, el contenido total de fluidos en la mezcla aumenta, debido a que la emulsión aumenta. De esta forma, el contenido del agua de pre mezcla a incorporar disminuirá a medida que aumenta el contenido de asfalto residual. Además se debe tener mucho cuidado al añadir el agua de mezcla, que se de forma homogénea y también no realizar una mezcla muy prolongada como se mencionó anteriormente ya que la muestra puede sufrir una pérdida de humedad considerable , la cual nos dará resultados erróneos al momento de evaluar la Estabilidad Marshall.
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Fig. 4.44. Adición del Agua de Mezcla.
f) Aireación de las muestras para disminuir el contenido de agua total. Sin cambios. g) Compactación de las probetas: sin Cambios. (Ver Figuras: 4.45, 4.46, 4.47, 4.48, 4.49, 4.50, 4.51, 4.52 y 4.53; pasos detallados para probetas con y sin filler activo de cemento Portland IP-30).
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Fig. 4.45. Pesaje de 1100 gr. de la Combinación de Agregados, (Para Probetas con y sin Filler Activo de Cemento Portland IP-30).
Fig. 4.46. Solo para Probetas con Filler Activo de Cemento Portland IP-30.
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Fig. 4.47. Adición del Agua de Mezcla (Para Probetas con y sin Filler Activo de Cemento Portland IP-30).
Fig. 4.48. Adición de la Emulsión Asfáltica (Para Probetas con y sin Filler Activo de Cemento Portland IP-30).
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Fig. 4.49. Mezclado Manual a Temperatura Ambiente (Para Probetas con y sin Filler Activo de Cemento Portland IP-30).
Fig. 4.50. Colocación y Reacomodo de la Mezcla en el Molde de Compactación (Para Probetas con y sin Filler Activo de Cemento Portland IP-30).
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Fig. 4.51. Compactación de Probetas 50 Golpes por Cara (Para Probetas con y sin Filler Activo de Cemento Portland IP-30).
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Fig. 4.52. Compactación de 6 Probetas para cada Contenido de Asfalto Residual (Para Probetas con y sin Filler Activo de Cemento Portland IP-30).
Fig. 4.53. Retiro de Filtros después de la Compactación (Para Probetas con y sin Filler Activo de Cemento Portland IP-30).
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h) Curado de las probetas: Curar en el molde durante 24 horas a temperatura ambiente (Ver Figura 4.54), sacar y curar por 24 horas en un horno a 38º C (Ver Figuras 4.55 y 4.56).
Fig. 4.54. Curado en el Molde durante 24 Horas a Temperatura Ambiente antes de la Extracción (Para Probetas con y sin Filler Activo de Cemento Portland IP-30).
Fig. 4.55. Extracción de Probetas después del Curado (Para Probetas con y Filler Activo de Cemento Portland IP-30).
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Fig. 4.56. Curado después de la Extracción con un Ventilador de Aire Frío y Caliente Regulable (Para Probetas con y sin Filler Activo de Cemento Portland IP-30).
PROCEDIMIENTO DE EVALUACIÓN DE PROBETAS: 14. Antecedentes: Para completar el procedimiento de diseño, es necesario realizar una serie de ensayos a las probetas compactadas y curadas (para probetas con y sin filler activo de cemento Portland IP-30). Para el cálculo detallado del diseño referirse a: la planilla de cálculo de estabilidad Marshall modificada ANEXO E. Los ensayos son los siguientes: a) Densidad real realizado a temperatura ambiente según el Método B (probetas con superficie saturada seca) del Manual Técnico de la ABC (A0606), (Ver Figuras: 4.57, 4.58, 4.59 y 4.60; pasos detallados para probetas con y sin filler activo de cemento Portland IP-30).
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Fig. 4.57. Medición con Calibrador de Diámetros y Alturas de Probetas después del Curado (Para Probetas con y sin Filler Activo de Cemento Portland IP-30).
Fig. 4.58. Pesaje de Probetas Secas después del Curado (Para Probetas con y sin Filler Activo de Cemento Portland IP-30).
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Fig. 4.59. Pesaje de Probetas en el Agua después del Curado (Para Probetas con y Filler Activo de Cemento Portland IP-30).
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Fig. 4.60. Pesaje de Probetas Saturadas Superficialmente Secas después del Curado (Para Probetas con y sin Filler Activo de Cemento Portland IP-30).
b) Estabilidad Marshall Modificada y Fluencia de 3 probetas secas a una temperatura de 22,2 ± 1,1ºC, para cada contenido de asfalto residual (Ver Figuras: 4.61 y 4.62).
Fig. 4.61. Secado de Probetas a una Temperatura de 22,2 ± 1,1ºC, (Para Probetas con Filler Activo de Cemento Portland IP-30).
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Fig. 4.62. Estabilidad Marshall Modificada y Fluencia de Probetas Secas a una Temperatura de 22,2 ± 1,1ºC, (Para Probetas con y sin Filler Activo de Cemento Portland IP-30).
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c) Estabilidad Saturada y Fluencia de 3 probetas para cada contenido de asfalto residual (Ver Figuras: 4.63 y 4.64).
Fig. 4.63. Saturación de Probetas durante 1 Hora, (Para Probetas con y Filler Activo de Cemento Portland IP-30).
Fig. 4.64. Estabilidad Marshall Modificada y Fluencia de Probetas Saturadas, (Para Probetas con y Filler Activo de Cemento Portland IP-30).
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d) Análisis de huecos y densidad (Ver la planilla de cálculo de Estabilidad Marshall Modificada ANEXO E). e) Absorción de humedad (Ver Figuras: 4.65, 4.66, 4.67 y 4.68).
Fig. 4.65. Luego de Realizar la Estabilidad Marshall Modificada y Fluencia de Probetas Secas y Saturadas, Tomar una Porción Representativa para Hallar su Humedad, (Para Probetas con y sin Filler Activo de Cemento Portland IP-30).
Fig. 4.66. Pesaje de las Porciones Representativas para Hallar su Humedad, (Para Probetas con y sin Filler Activo de Cemento Portland IP-30).
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Fig. 4.67. Secado en el Horno de las Porciones Representativas para Hallar su Humedad, (Para Probetas con y sin Filler Activo de Cemento Portland IP-30).
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Fig. 4.68. Pesaje de las Porciones Representativas luego del Secado en el Horno, (Para Probetas con y sin Filler Activo de Cemento Portland IP-30).
15. Procedimiento Densidad real: Realizar a temperatura ambiente y según Método A0606. 16. Procedimiento Estabilidad modificada y fluencia: Luego de determinar la densidad de 6 probetas, para un contenido de asfalto específico, evalúe la estabilidad y la fluencia a tres de ellos según Método A0608. Utilice aquellos que poseen una densidad similar. Se deben considerar los siguientes factores: a) La temperatura de la probeta debe mantenerse utilizando un baño de agua. b) Durante el ensayo la tasa de deformación debe ser de 50,8 mm (2 pulg) por minuto hasta que la probeta falle. c) Registrar la fluencia en unidades de 0,25 mm. (0,01 pulg). d) Determinar el contenido de humedad de las probetas posterior al ensaye de fluencia 17. Procedimiento Estabilidad saturada y fluencia:
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Las tres probetas restantes se someterán al ensayo de estabilidad y fluencia luego de ser sometidas a un proceso de desecación al vacío y saturación en agua. a) Cada probeta se coloca en una desecadora al vacío con 100 mm de Mercurio durante un período de una hora. b) Luego se coloca la probeta en agua para su saturación durante 1 hora. c) Realizar el ensayo de estabilidad modificada y fluencia de acuerdo al punto 15. 18. Procedimiento de Análisis de huecos y densidad: Realizar de acuerdo a los siguientes puntos: a) Determine la densidad real seca promedio de todas las probetas con un mismo contenido de asfalto. Elimine los valores que posean más de un 50% de error con respecto al valor promedio. b) Determine el contenido de huecos de acuerdo al procedimiento Marshall, Método A0613. CÁLCULOS: 19. Antecedentes: La estabilidad, fluencia, huecos, densidad real seca y contenido de humedad se encuentran en: la planilla de cálculo de Estabilidad Marshall Modificada ANEXO E y se analizan como sigue: a) Corrija los valores de estabilidad según procedimiento Marshall, cuando sea necesario. b) Calcule el valor promedio de fluencia y estabilidad corregida para un mismo contenido de asfalto según procedimiento Marshall. c) Prepare los siguientes gráficos:
Estabilidad seca y saturada v/s Contenido de Asfalto Residual.
Porcentaje de pérdida de estabilidad v/s Contenido de Asfalto Residual.
𝑃𝑜𝑟𝑐𝑒𝑛𝑡𝑎𝑗𝑒 𝑑𝑒 𝑝é𝑟𝑑𝑖𝑑𝑎 𝑑𝑒 𝑒𝑠𝑡𝑎𝑏𝑖𝑙𝑖𝑑𝑎𝑑 =
𝐸𝑠𝑡𝑎𝑏𝑖𝑙𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑆𝑒𝑐𝑎 − 𝐸𝑠𝑡𝑎𝑏𝑖𝑙𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑆𝑎𝑡𝑢𝑟𝑎𝑑𝑎 × 100 𝐸𝑠𝑡𝑎𝑏𝑖𝑙𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑆𝑎𝑡𝑢𝑟𝑎𝑑𝑎
Densidad Real Seca v/s Contenido de Asfalto Residual.
Porcentaje de Humedad absorbida v/s Contenido de Asfalto Residual.
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Porcentaje total de huecos v/s Contenido de Asfalto Residual.
d) En cada gráfico, conectar los puntos por medio de una curva suavizada que se ajuste de mejor forma a cada uno de los resultados. 20. Contenido óptimo de asfalto: Se define como contenido óptimo de asfalto residual aquel que provee la máxima estabilidad saturada, pero que se ajusta adecuadamente a la absorción de humedad, la pérdida de estabilidad, el total de huecos y al porcentaje de cubrimiento de los áridos. Si no se logra determinar un óptimo en las propiedades evaluadas, el valor óptimo debe ser definido según la mejor combinación de la estabilidad Marshall (seca y saturada), la pérdida de estabilidad y la densidad real seca, tomando especial atención en los efectos del agua en las propiedades de las probetas. Debido a que el Manual Técnico de la (A.B.C.) referido a la AASHTO y ASTM, no ofrece una especificación de requisitos que deben cumplir la mezcla para una base tratada con cemento asfáltico o emulsión asfáltica (base negra), se acudió a la Norma Mexicana N·CMT·4·02·003/04 de la Secretaria de Comunicaciones y Transportes (S.C.T.), que ofrece en la Tabla 4.31 una especificación del porcentaje de vacíos del agregado mineral (VAM):
Tabla 4.31. Vacíos en el agregado mineral (VAM) para bases de mezcla asfáltica diseñadas mediante el método Marshall.
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21. Criterios de diseño: La mezcla con el contenido de asfalto residual seleccionado debe cumplir con la totalidad de los criterios de diseño que se presentan en Tabla 4.32:
Tabla 4.32. Criterios de Diseño para Mezclas Asfálticas en Frio con Emulsión.
También
se
tomó
en
cuento
como
norma
de
apoyo,
la
Norma
N·CMT·4·02·003/04 de la Secretaria de Comunicaciones y Transportes (S.C.T.),
Mexicana que
especifica que la mezcla con el contenido de asfalto residual seleccionado debe cumplir con la totalidad de los criterios de diseño que se presentan en Tabla 4.33, en función del tránsito esperado durante la vida útil del pavimento:
Tabla 4.33. Requisitos de calidad para bases de mezcla asfáltica diseñadas mediante el método Marshall.
22. Tendencias de los gráficos resultantes: Las curvas típicas obtenidas deben tener las siguientes tendencias:
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a) Estabilidad saturada generalmente mostrará un peak para un contenido particular de asfalto residual mientras que la estabilidad seca generalmente mostrará un decrecimiento continuo a medida que el contenido de asfalto residual aumenta. b) El porcentaje de pérdida de estabilidad generalmente decrece a medida que el contenido de asfalto residual aumenta. c) La densidad real seca usualmente presenta un peak para un contenido particular de asfalto residual. d) El porcentaje de humedad absorbida durante la saturación de la probeta decrece a medida que el contenido de asfalto residual aumenta. e) El porcentaje total de huecos decrece a medida que el contenido de asfalto residual aumenta. INFORME: 23. El informe debe incluir los siguientes puntos: a) Áridos: se debe indicar la granulometría, densidad aparente seca, densidad real seca, desgaste de los Ángeles, índice de plasticidad y equivalente de arena. dosificación de áridos (Ver ANEXO C Y ANEXO E). b) Emulsión asfáltica: tipo de emulsión, proveedor, lote y certificado de laboratorio (Ver ANEXO F). c) Mezcla: Resultados de ensayo de cubrimiento y adhesión (Ver ANEXO E). d) Resultados de estabilidad: promedio de las estabilidades de cada probeta para cada contenido de emulsión (Ver planilla del Método Marshall Modificado ANEXO E). e) Dosis óptima de ligante: obtenida a partir del análisis de estabilidad Marshall, porcentaje de pérdida de estabilidad y porcentaje de cubrimiento (Ver INCISO 4.4.2 Y ANEXO E). f) Densidad real para el contenido óptimo de emulsión (Ver INCISO 4.4.2 Y ANEXO E). g) Informar las propiedades volumétricas obtenidas: Vacíos, vacíos llenos de asfalto y VAM (Ver INCISO 4.4.2 Y ANEXO E).
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4.4.2. Cantidad Óptima de Emulsión Asfáltica y Estabilidad de la Mezcla Para obtener las cantidades óptimas para los diseños con y sin filler activo de cemento Portland IP-30, se tomó en cuenta las recomendaciones de las Tablas 4.32 y 4.33, además de las recomendaciones para la tendencia de los gráficos resultantes. Las Tablas 4.34 y 4.35, nos muestran los resultados del: diseño de mezclas asfálticas en frío – método Marshall modificado (con y sin filler activo de cemento Portland IP-30).
DISEÑO DE MEZCLAS ASFÁLTICAS EN FRÍO - MÉTODO MARSHALL MODIFICADO (A0613) / (A0704)
ESPECIFICACIONES NORMA MINIMA
MAXIMA
CONTENIDO ÓPTIMO DE EMULSIÓN ASFALTICA (%)
6,43
MRF-WIRTGEN/04
4
6,5
CONTENIDO ÓPTIMO DE C.A. RESIDUAL (%)
3,60
MRF-WIRTGEN/05
2,5
4
ESTABILIDAD SECA (Lbs)
1102,69
MT-ABC (A0704) / N-CMT-4-02-003/04
500 / 990
-
ESTABILIDAD SATURADA (Lbs)
992,18
MT-ABC (A0704) / N-CMT-4-02-003/04
500 / 990
-
PÉRDIDA DE ESTABILIDAD (%)
9,94
MT-ABC (A0704)
-
50
FLUJO SECO (1/100) FLUJO SATURADO (1/100)
12,43 14,22
N-CMT-4-02-003/04 N-CMT-4-02-003/04
8 8
18 18
(%) DE VACIOS DE AGREGADOS SECOS (VAM)
15,94
N-CMT-4-02-003/04
13
-
(%) DE VACIOS DE AGREGADOS SATURADOS (VAM)
16,07
N-CMT-4-02-003/04
13
-
DENSIDAD REAL SECA (gr/cc)
2,259
-
-
-
0,79
-
-
-
8,00
N-CMT-4-02-003/04
3
8
HUMEDAD ABSORBIDA DURANTE LA SATURACIÓN (%) (%) PROMEDIO ABSOLUTO DE VACIOS EN LA MEZCLA (VMC)
Tabla 4.34. Resultados Diseño de Mezclas Asfálticas en Frío – Método Marshall Modificado.
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DISEÑO DE MEZCLAS ASFÁLTICAS EN FRÍO - MÉTODO MARSHALL MODIFICADO (A0613) / (A0704) CON FILLER ACTIVO DE CEMENTO PORTLAND IP-30
ESPECIFICACIONES NORMA
MINIMA MAXIMA
CONTENIDO ÓPTIMO DE EMULSIÓN ASFALTICA (%)
7,14
MRF-WIRTGEN/04
4
6,5
CONTENIDO ÓPTIMO DE C.A. RESIDUAL (%)
4,00
MRF-WIRTGEN/05
2,5
4
ESTABILIDAD SECA (Lbs)
1108,83
MT-ABC (A0704) / N-CMT-4-02-003/04
500 / 990
-
ESTABILIDAD SATURADA (Lbs)
1075,30
MT-ABC (A0704) / N-CMT-4-02-003/04
500 / 990
-
PÉRDIDA DE ESTABILIDAD (%)
3,03
MT-ABC (A0704)
-
50
FLUJO SECO (1/100) FLUJO SATURADO (1/100)
12,39 12,90
N-CMT-4-02-003/04 N-CMT-4-02-003/04
8 8
18 18
(%) DE VACIOS DE AGREGADOS SECOS (VAM)
16,82
N-CMT-4-02-003/04
13
-
(%) DE VACIOS DE AGREGADOS SATURADOS (VAM)
17,03
N-CMT-4-02-003/04
13
-
DENSIDAD REAL SECA (gr/cc)
2,274
-
-
-
0,24
-
-
-
8,00
N-CMT-4-02-003/04
3
8
HUMEDAD ABSORBIDA DURANTE LA SATURACIÓN (%) (%) PROMEDIO ABSOLUTO DE VACIOS EN LA MEZCLA (VMC)
Tabla 4.35. Resultados Diseño de Mezclas Asfálticas en Frío con Filler Activo de Cemento Portland IP-30 – Método Marshall Modificado.
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4.4.3. Variables de Diseño Estructural y Cálculo de Espesores de Capa Son las variables a considerar en el Método AASHTO-93, con las recomendaciones del Manual de Reciclado en Frío Wirtgen, para comenzar el Diseño Estructural del Pavimento se realizó Ensayos de Laboratorio, además de Trabajo de Campo y Gabinete pertinentes para la obtención de datos imprescindibles a considerar para las Variables de Diseño detalladas a continuación. La ecuación genérica para la determinación del Número Estructural SN y por consiguiente los Espesores de Capa, referida a la cantidad acumulada de un eje estándar de 8,2 Tn. para un periodo de vida útil, es la siguiente:
Log10 W18 Z R S 0 9,36 Log10 NE 1 0,20
PSI Log10 4,2 1,5 0,40
1094 NE 15,19
2,32 Log10 M R 8,07
Dónde: W18 : Número de ejes equivalentes simples de 18 kips que pasarán por el camino durante su vida útil. ZR
: Desviación estándar normal correspondiente al nivel de confianza seleccionado.
S0
: Desviación estándar total.
SN
: Número estructural del pavimento en pulgadas (NE).
∆PSI : Pérdida de serviciabilidad del camino durante su vida útil. MR
: Módulo resiliente del suelo de fundación en libras de fuerza por pulgada al cuadrado (lbf/pulg2).
4.4.3.1. Variables de Tiempo Hay dos variables a tener en cuenta: período de análisis y vida útil del pavimento. La vida útil es el período que media entre la construcción o rehabilitación del pavimento y el momento en que este alcanza un grado de serviciabilidad mínimo. El período de análisis es el tiempo total que cada estrategia de diseño debe cubrir. Puede ser igual que la vida útil, pero en casos en donde se prevén reconstrucciones a lo largo del tiempo, el período de
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análisis comprende varios períodos de vida útil, el del pavimento original y el de los distintos refuerzos. Los períodos de análisis recomendados son:
Tabla 4.36. Períodos de Análisis Recomendados para Distintos Tipos de Caminos (Fuente AASHTO-93).
a) El tipo de camino del proyecto se acomoda al de bajo volumen de tránsito pavimentado, por lo tanto se asume un: período de análisis de 15 años sin rehabilitación, siendo por lo tanto el mismo tiempo de vida útil. Además este tiempo asumido se corrobora con las recomendaciones del manual de reciclado en frío Wirtgen (Ver Inciso 4.6). b) Se debe tomar muy en cuenta el mantenimiento periódico cada 5 años aproximadamente de la superficie de rodado, para ofrecer comodidad permanente a los usuarios. 4.4.3.2. Tráfico Para determinar el tráfico de diseño solicitante de la carretera en el tramo Ocurí - Uncía, se han realizado investigaciones de campo compuestas por aforos volumétricos clasificados ubicados en la estación de Cuchillani. Los resultados de los aforos y de las encuestas se muestran en el Inciso 2.4 (estudio de tráfico) y el cálculo detallado en el ANEXO D (procesamiento de aforos volumétricos clasificados), los que permiten conocer el tráfico promedio diario anual (TPDA) durante el periodo de diseño:
(TPDA) Total para el Período de Diseño = 111 (veh/día)
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4.4.3.2.1. Determinación de los Factores de Equivalencia por Carga En el diseño estructural de pavimentos a través del método AASHTO, la solicitación causada por el tráfico de los vehículos usuarios de la carretera está expresada como el número de repeticiones de aplicación de carga de un eje patrón de 8.2 ton. Para ello, el número de pasadas de los ejes de los vehículos que emplearán la carretera en el periodo de análisis (con diferentes cargas y configuraciones), debe ser correlacionado con el eje patrón a través de factores de equivalencia. Los factores de equivalencia vehicular por carga han sido determinados, para cada tipo de vehículo, a partir de la composición de tráfico detectados en los aforos volumétricos clasificados realizados en el proyecto y empleando los cuadros de la Guía para Diseños de Estructuras de Pavimento de la AASHTO, considerando un índice de serviciabilidad final igual a 2.0 y un número estructural SN = 3. a) Para Buses: El peso total de los buses viene dado por la siguiente expresión:
Wt = Wv + Wc
ó
Wt = Wv + No.P x Wpm
Dónde: Wt
: Peso total
Wv
: Peso del vehículo.
Wc
: Peso de la carga que lleva el vehículo.
No. P : Número de pasajeros. Wpm : Peso promedio de pasajero más equipaje.
Para el caso de los buses, se han considerado en la Tabla 4.37, los siguientes tipos de vehículo de acuerdo a la nomenclatura general establecida definida en el estudio de tráfico.
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Tipo de Bus
Número de Pasajeros
Nomenclatura Estándar
Tipo
Micro-Buses.
25
11
5
Buses Medianos.
40
11
6
Tabla 4.37. Tipos de Buses Considerados para el Diseño.
Se ha considerado, para efectos de cálculo, que el eje delantero de los buses soporta valores cercanos a un tercio del peso total del vehículo y el eje trasero soporta el porcentaje restante. Asimismo se ha considerado, que el eje trasero de los microbuses y buses medianos es eje simple. La estimación de las cargas por eje de los microbuses y buses medianos se muestra en detalle en las Tablas 4.38 (condición carga completa), así como la determinación de los correspondientes coeficientes de equivalencia por eje. El peso en toneladas, convertido a kips (Kp), permite ingresar a las tablas del Apéndice D, de la Guía para el Diseño de Estructuras de Pavimentos publicada por la AASHTO93 (American Association of State Highway and Transportation Officials), del que se obtiene el factor de equivalencia del eje. La suma de los factores parciales por eje obtenidos, proporciona el factor de equivalencia total por vehículo. Se adoptó el criterio de considerar que el 100 % de los buses transitará con carga total completa. Tablas 4.38.
FACTORES DE EQUIVALENCIA PARA BUSES, PAVIMENTO CON EMULSIÓN ASFÁTICA PESOS CONSIDERADOS DE LOS TIPOS DE BUSES CON CARGA COMPLETA
Tipo de Buses Tipo 5 MicroBus Tipo 6 Mediano
Número Nomenclatura de Estándar Pasajeros
Peso Vacío (Tn)
Peso de la Carga (Tn)
Peso Total (Tn)
Distribución de Ejes Cargados Delantero
%
Trasero
%
25
11
6
3,20
9,20
3,00
32,61
6,20
67,39
40
11
10
5,30
15,30
5,30
34,64
10,00
65,36
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DETERMINACIÓN DEL FACTOR EQUIVALENTE CON CARGA COMPLETA
Ejes Cargadas (Tn - Kips) Tipo de Buses Nomenclatura Estándar Delantero Trasero Tipo 5 Micro11 3,00 - 6,614 6,20 -13,669 Bus Tipo 6 11 5,30 - 11,684 10,00 - 22,046 Mediano
Factores de Equivalencia Delantero Trasero Total 0,01868
0,32669
0,34537
0,16293
2,37484
2,53777
b) Para Camiones: El peso total de los camiones, se obtiene de la siguiente manera:
Wt = Wv + Wc Dónde: Wt : Peso total Wv : Peso del vehículo. Wc : Peso de la carga que lleva el vehículo.
Para el caso de los camiones, se han considerado en la Tabla 4.39, los siguientes tipos de vehículo de acuerdo a la nomenclatura general establecida definida en el estudio de tráfico.
Tipo de Camión
Nomenclatura Estándar
7. Camión Mediano (hasta 10 Tn)
11
8. Camión Grande (2 ejes)
12
9. Camión Grande (3 ejes)
122
Tabla 4.39. Tipos de Camiones Considerados para el Diseño.
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En forma similar al criterio adoptado para los buses se ha considerado, para efectos de cálculo, que el eje delantero de los camiones tipo 7 soporta cerca de un tercio del peso total del vehículo y el eje trasero soporta lo restante. Para el caso de los camiones tipos 8 y 9, cada eje soporta la carga máxima permitida por la Ley de Cargas establecidas en el país. En las Tablas 4.40, se indica el procedimiento seguido para el cálculo del factor equivalente para los camiones mencionados; (condición carga completa). Se adoptó el criterio de considerar que el 100 % de los camiones transitará con carga total completa. El peso en toneladas, convertido a kips (Kp), permite ingresar a las tablas del Apéndice D de la Guía para el Diseño de Estructuras de Pavimentos publicada por la AASHTO-93 (American Association of State Highway and Transportation Officials), del que se obtiene el factor de equivalencia del eje. La suma de los factores parciales por eje obtenidos, proporciona el factor de equivalencia total por vehículo. Tablas 4.40.
FACTORES DE EQUIVALENCIA PARA CAMIONES, PAVIMENTO CON EMULSIÓN ASFÁTICA
PESOS CONSIDERADOS DE LOS TIPOS DE BUSES CON CARGA COMPLETA
Tipo Nomenclatura de Estándar Camión Tipo 7 Tipo 8 Tipo 9
11 12 122
Peso Vacío (Tn)
Peso de la Carga (Tn)
Peso Total (Tn)
4,00 10,00 19,30
5,50 15,00 23,70
9,50 25,00 43,00
Distribución de Ejes Cargados Delantero
%
Trasero
%
3,20 7,00 7,00
33,68 28,00 16,28
6,30 18,00 18,00
66,32 72,00 41,86
Semiremolque
%
18,00
41,86
DETERMINACIÓN DEL FACTOR EQUIVALENTE CON CARGA COMPLETA
Tipo de Camion
Ejes Cargadas (Tn - Kips) Delantero
Trasero
Factores de Equivalencia SemiSemi-remolque Delantero Trasero Total remolque
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Tipo 7 11
3,20 - 7,005
6,30 -13,889
0,00913
0,34484
0,35398
Tipo 8 12
7,00 - 15,432
18,00 - 39,683
0,53944
2,08343
2,62287
Tipo 9 122
7,00 - 15,432
18,00 - 39,683
0,53944
2,08343
18,00 - 39,683
2,08343
4,70630
c) Para Automóviles y Utilitarios: Pese a que los automóviles y vehículos utilitarios tienen poca influencia en la determinación del número total de ejes equivalentes para el diseño de pavimentos, estos han sido considerados, como se indica en las Tablas 4.41: Tablas 4.41.
FACTORES DE EQUIVALENCIA PARA AUTOMÓVILES Y UTILITARIOS, PAVIMENTO CON EMULSIÓN ASFÁTICA
PESOS CONSIDERADOS DE LOS TIPOS DE BUSES CON CARGA COMPLETA
Tipo de Vehículo
Nomenclatura Estándar
Peso Vacío (Tn)
Peso de la Carga (Tn)
Peso Total (Tn)
Tipo 1 Automóviles
11
0,70
0,80
Tipo 2 Vagonetas
11
0,70
Tipo 3 Camionetas hasta 2 Tn
11
Tipo 4 Minibuses Tipo 10 Otros
Distribución de Ejes Cargados Delantero
%
Trasero
%
1,50
0,70
46,67
0,80
53,33
0,80
1,50
0,70
46,67
0,80
53,33
1,00
1,00
2,00
1,00
50,00
1,00
50,00
11
3,00
4,00
7,00
3,00
42,86
4,00
57,14
11
4,00
6,00
10,00
4,00
40,00
6,00
60,00
DETERMINACIÓN DEL FACTOR EQUIVALENTE CON CARGA COMPLETA
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Tipo de Buses Nomenclatura Estándar
Ejes Cargadas (Tn - Kips) Delantero Trasero
Factores de Equivalencia Delantero Trasero Total
Tipo 1 Automóviles
11
0,70 - 1,543
0,80 -1,764
0,00015
0,00018
0,00033
Tipo 2 Vagonetas
11
0,70 - 1,543
0,80 -1,764
0,00015
0,00018
0,00033
Tipo 3 Camionetas hasta 2 Tn
11
1,00 - 2,205
1,00 - 2,205
0,00038
0,00038
0,00077
11
3,00 - 6,614
4,00 - 8,818
0,01868
0,04623
0,06490
11
4,00 - 8,818
6,00 - 13,228
0,04623
0,29031
0,33654
Tipo 4 Minibuses Tipo 10 Otros
La Tabla 4.42, muestra la determinación del tráfico total de diseño en 2 direcciones, expresado en ejes equivalentes, para el periodo de análisis de 15 años para el método no convencional de estudio: reciclado del material existente con emulsión asfáltica (en frío).
Tabla 4.42. Total de Ejes Equivalentes de Diseño (Esals de Diseño en 2 Direcciones).
4.4.3.2.2. Factor de Distribución por Dirección (DD) En general es 0,5, es decir que del total del flujo vehicular censado, la mitad va por cada dirección, pero en algunos casos puede ser mayor en una dirección que en otra, lo que se
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dedujo en el censo de tráfico; siendo el Sentido 1: Ocurí - Uncía, la dirección de mayor flujo vehicular, por tanto este valor se toma para el diseño, que es igual a: DD = 0,51. 4.4.3.2.3. Factor de Distribución por Carril (LD) El carril de diseño es que recibe el mayor número de ESALs. Para un camino de dos carriles cualquiera puede ser el carril de diseño, ya que el tráfico por dirección forzosamente se canaliza es ese carril. En este caso LD = 1. Para caminos multicarril, el carril de diseño es el más externo, dado que los camiones y, por lo tanto la mayor parte de los ESALs, usan ese carril. En este caso LD puede variar entre 1 y 0,5. De acuerdo a la Tabla 4.43 se asumió el valor de LD para un camino de dos carriles:
Tabla 4.43. Factor de Distribución por Carril (LD). (Fuente AASHTO-93).
4.4.3.2.4. Cálculo de los ESALs de Diseño para un Solo Sentido o Dirección y Carril Es la solicitación real a la que estará sometido el pavimento de la carretera hasta el término de su vida útil en términos de ejes equivalentes (ESALs) y se determina como sigue:
ESALsDISEÑO ESALs2direcciones * LD * DD
ESALsDISEÑO 24420 *1,00 * 0,51
ESALsDISEÑO 12454 1,25x10 4
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Dónde: LD : Factor de Distribución por Carril. DD : Factor de Distribución por Dirección.
4.4.3.3. Factor de Confiabilidad (RTOTAL)
El factor de confiabilidad, básicamente consiste en incorporar un grado de incertidumbre en el proceso de diseño, que refleje la probabilidad que el diseño realizado se conserve en condiciones operativas durante todo el periodo de análisis estimado. La guía de diseño de la AASHTO-93, que recomienda valores de nivel de confiabilidad (R) para varias clasificaciones funcionales de la carretera, se adopta el valor promedio de RTOTAL = 0.85 u 85 %, tomando en cuenta el tipo de camino colector y situación zona rural (Ver Tabla 4.44). El valor de la desviación normal estándar (ZR), para el grado de confiabilidad R elegido, es de 1,037 en la alternativa de pavimento: material reciclado con emulsión asfáltica.
Tabla 4.44. Niveles de Confiabilidad Recomendados por Tipo de Camino y Zona. (Fuente AASHTO-93).
4.4.3.4. La Desviación Estándar (So) La desviación estándar (So), es un valor que es seleccionado como representativo de las condiciones de la variación en la predicción de los parámetros de diseño que está entre 0.40 y 0.50, habiéndose adoptado el valor de 0.49 (pav. Flexibles) de la Tabla 4.45 que nos recomienda la AASHTO-93.
Condición de diseño
Desvío Estándar
Variación en la predicción del
0.34 (pav. Rígidos)
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comportamiento del pavimento sin errores
0.44 (pav. Flexibles)
en el tránsito Variación en la prediccion del comportamiento del pavimento con errores en el tránsito
0.39 (pav. Rígidos) 0.49 (pav. Flexibles)
Tabla 4.45. Desviaciones Estándar (So) Recomendadas por Condición de Diseño. (Fuente AASHTO-93).
4.4.3.5. Nivel de Serviciabilidad La serviciabilidad de un pavimento se define como la capacidad de servir al tipo de tráfico para el cual ha sido diseñado. Así se tiene un Índice de Serviciabilidad Presente PSI (present serviciability index) mediante el cual el pavimentos calificado entre 0 (pésimas condiciones) y 5 (perfecto). En el diseño del pavimento se deben elegir la serviciabilidad inicial y final. La inicial, Po, es función del diseño del pavimento y de la calidad de la construcción. La final o terminal, Pt, es función de la categoría del camino ye es adoptada en base a ésta y al criterio del proyectista. Los valores recomendados en la Figura 4.69 son los que se obtuvieron en el AASHO Road Test
Fig. 4.69. Valores Recomendados de Serviciabilidad Inicial y Final. (Fuente AASHTO-93).
Se adoptan los valores de 4,2 para la Serviciabilidad inicial y 2,0 para la Serviciabilidad final o terminal, porque se acomodan al Diseño del Proyecto. 4.4.3.5.1. Pérdida de Serviciabilidad (ΔPSI)
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Proyecto de Grado
Es la diferencia entre la serviciabilidad inicial y final, nos da una idea de cuánto perderá el pavimento la capacidad de servir al tipo de tráfico para el cual ha sido diseñado:
PSI P0 Pt
PSI 4,2 2,0
PSI 2,2
4.4.3.6. Propiedades de los Materiales La caracterización de los materiales que intervienen en la estructura del pavimento, de acuerdo a la Guía de Diseño de la AASHTO-93, se realiza a través del ensayo del Módulo de Resiliencia - MR. Este ensayo no es de aplicación actual en nuestro medio, por lo que se deben efectuar correlaciones a partir de otros ensayos. En nuestro medio normalmente se emplean ensayos de CBR para caracterizar la capacidad portante de los materiales.
4.4.3.6.1. Características de la Subrasante Es el suelo que servirá de fundación para el pavimento, el cual nos interesa sus características físicas de capacidad portante y comportamiento para realizar un diseño óptimo del pavimento, siendo esta una variable importante para el método de diseño de pavimentos de la AASHTO-93. Se realizó los ensayos de verificación de suelos para el tipo de subrasante predominante del tramo, la Tabla 4.46 muestra un resumen de los ensayos realizados y además necesarios para el diseño del pavimento de estudio.
RESUMEN DE ENSAYOS DE VERIFICACIÓN DE SUELOS DE LA SUBRASANTE 8,50 HUMEDAD NATURAL (%) LIMITE LIQUIDO (%) 30,37
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PROCEDIMIENTO (S0301) (ASTM D2216) (S0304) (ASTM D4318 AASHTO T89)
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LIMITE PLASTICO (%) INDICE PLASTICO (%) INDICE DE CONSISTENCIA CLASIFICACION DE SUELOS HUMEDAD ÓPTIMA COMPACTACIÓN PROCTOR MOD. (%)
22,42 7,94
(S0305) (ASTM D4318 AASHTO T90)
2,75 A-4 (0) / SC
AASHTO M-145 / SUCS
C.B.R. A 0,1" DE PENETRACIÓN AL 100% / 95% (%)
18,85 / 8,56
EXPANSIÓN AL 100% / 95% (%)
0,03 / 0,01
8,14
(S0403) (ASTM D422 AASHTO T180) (S0404) (ASTM D1883 AASHTO T193) (S0404) (ASTM D1883 AASHTO T193)
Tabla 4.46. Resumen de Ensayos de Verificación de Suelos de la Subrasante.
Para el cálculo detallado de los ensayos de la subrasante (Ver las planilla del ANEXO C). 4.4.3.6.2. Módulo Resiliente Efectivo de la Subrasante (Mr) Existen una serie de fórmulas que correlacionan el CBR con el Módulo de Resiliencia, sin embargo para el proyecto se utilizarán las siguientes fórmulas, desarrolladas por Heukelom y Klomp:
Mr 22,1 CBR 0,55
(12%
Mr 17,6 CBR 0,64
(CBR<12%); [MPa]
El Módulo Resiliente Efectivo de la
Subrasante de la estructura del pavimento se
determinó por medio de la segunda ecuación presentada arriba, tomando en cuenta el CBR al 95% de Compactación debido a que ya se encuentra una capa de Ripio inmediatamente superior a la Subrasante y esta no se retirara para volver a compactar la subrasante, por lo tanto el (Mr) será:
Mr 17,6 8,560,64
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Proyecto de Grado
Mr 69,55 [MPa]
Mr 10087,4 [Psi]
4.4.3.6.2. Coeficientes Estructurales de las Capas El coeficiente estructural de una capa representa la relación empírica entre el número estructural SN y el espesor de dicha capa, siendo una medida de la capacidad relativa del material para actuar como componente estructural de un pavimento. El método AASHTO presenta diversas formas de obtener el valor del coeficiente estructural, en general a través de correlaciones con otras propiedades mecánicas de los materiales (CBR, módulo resiliente, etc.). Estos coeficientes son posibles de determinar a través de ábacos o expresiones matemáticas.
En el proyecto solo se tomará en cuenta el coeficiente estructural del material de ripio a reciclar con emulsión asfáltica y para hallar este coeficiente estructural (a1), se usará el ábaco que recomienda la AASHTO-93 (para base tratada con asfalto y distintos parámetros resistentes), utilizando el parámetro resistente de la estabilidad Marshall saturada (Ver Tabla 4.34), por ser el más desfavorable para el diseño, como muestra la Figura 4.70:
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Proyecto de Grado
2,111 x 105 (Psi)
992,18 (Lbs)
a1 = 0,227
Fig. 4.70. Relación entre Coeficiente Estructural para Base Tratada con Asfalto y Distintos Parámetros Resistentes.
Los resultados del ábaco y de las propiedades de los materiales se muestran en la Tabla 4.47:
Capas
Material
CBR (%)
Estabilidad Marshall Seca/ Saturada (Lbs.)
Módulo Resiliente (Psi)
Coeficientes Estructurales (ai) (Plg./cm)
Base tratada con Asfalto /con Emulsión Asfáltica
Granular (Ripio)
49,33
1102,69 / 992,18
211.111,1
0,227 / 0,091
Suelo Natural
8,56
-
10.087,4
0,060 / 0,024
Subrasante
Tabla 4.47. Resumen de las Propiedades de los Materiales y de Coeficientes Estructurales (ai)
“Diseño de Ripio a Reciclar con Emulsión Asfáltica”.
4.4.3.7. Coeficientes de Drenaje Diseño y Mejoramiento de Estándar con Emulsión Asfáltica del Camino “Ocurí – Uncía”
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El método AASHTO propone la utilización de coeficientes modificados de drenaje para las capas del pavimento, en función de las características de drenaje de los materiales, del material empleado y de la posición de la capa en la estructura. Para eso, la calidad del drenaje es definida en función del tiempo exigido para la remoción del agua del pavimento. Para el proyecto, se han adoptado los siguientes coeficientes de drenaje, a partir de los valores recomendados por la guía de diseño AASHTO-93 en función de la calidad de drenaje y del porcentaje de tiempo que la estructura del pavimento estará sometida a niveles de humedad próximos a la saturación. Se adoptó la calidad de drenaje "regular", es decir, el tiempo de remoción del agua del pavimento será de cerca de una semana, y el porcentaje de tiempo en que el pavimento estará sujeto a condiciones de humedad próximas de la saturación será entre 5% y 25%. En este sentido, para el presente proyecto, se adoptó el siguiente valor de (m1) según las Tablas 4.48 y 4.49: Calidad De Drenaje 50% de Saturación En: 80 % De Saturación en: Excelente 2 horas 2 horas Bueno 1 día 2 a 5 horas Regular 1 semana 5 a 10 horas Pobre 1 mes Más de 10 horas Muy Pobre El agua no drena Mucho más de 10 horas Tabla 4.48. Tiempos Requeridos para Drenar. (Fuente AASHTO-93).
Calidad de Drenaje Excelente Bueno Regular Pobre Muy Pobre
Porcentaje del Tiempo en que el Pavimento Está Sometido a Niveles Cercanos a la Saturación Menos de 1% 1 - 5% 5 - 25% Más de 25% 1,40 -1,35 1,35 -1,30 1,30 - 1,20 1,20 1,35 -1,25 1,25 -1,15 1,15 - 1,00 1,00 1,25 -1,15 1,15 -1,05 1,00 - 0,80 0,80 1,15 -1,05 1,05 -0,80 0,80 - 0,60 0,60 1,05 -0,95 0,95 -0,75 0,75 - 0,40 0,40
Tabla 4.49. Coeficiente de drenaje para pavimento flexible (mi). (Fuente AASHTO-93).
Se adopta el valor promedio del coeficiente de drenaje: m1 igual a 0,9, porque se acomoda al diseño del proyecto. 4.4.3.8. Cálculo de Espesores de Capa
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Proyecto de Grado
Para el cálculo de espesores de capa de la estructura del pavimento, es necesario determinar previamente el Número Estructural Requerido (SNREQ), para este propósito se utilizó la Planilla Excel Diseñada por el Proyectista (Ver ANEXO G), esta herramienta computacional está fundamentada en el método AASHTO versión 1993, utilizando la ecuación genérica para la determinación del Número Estructural SN, referida a la cantidad acumulada de un eje estándar de 8,2 Tn. para un periodo de vida útil, ya mencionada en el Inciso 4.3.3. El número estructural (SN) es un valor abstracto que expresa la capacidad estructural de un pavimento, necesaria para una combinación de soporte de la subrasante, número total de repeticiones de un eje estándar de 8,2 Tn, nivel de servicio deseado para el final del período de proyecto (vida útil) y condiciones ambientales. El criterio básico de diseño es que el Número Estructural Requerido (SNREQ) debe ser menor al Número Estructural Disponible (SND), que se obtiene a partir de la consideración de los espesores, coeficientes estructurales y factores de drenaje de las capas que conforman la estructura del pavimento, de acuerdo a la siguiente relación:
SN D a1 H1 a2 m2 H 2 a3 m3 H 3 ... Dónde: SND : Número Estructural Disponible. ai
: Coeficientes estructurales o de capa.
mi
: Coeficientes de Drenaje.
Hi
: Espesores de las capas.
4.4.4. Resultados de Diseño Estructural y Resumen de Espesores de Capa Como se mencionó en anteriores incisos que el diseño estructural utilizando la ecuación genérica del método AASHTO-93, la cual se automatizó en la planilla Excel diseñada por el proyectista (Ver ANEXO G), para evitar los posibles errores de apreciación al usar el ábaco de diseño AASHTO para pavimentos flexibles. En el caso particular del proyecto se propone un diseño no convencional de estudio en frío (Ver Inciso 1.4 CAPITULO I), reciclando el material del camino existente con emulsión
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asfáltica y con una superficie de rodado de un riego de emulsión asfáltica con gravilla, por lo tanto el espesor de capa en este caso es la altura que se debe reciclar con emulsión asfáltica para que el pavimento resista el tráfico de diseño para una vida útil de 15 años, teniendo en cuenta todo lo mencionado: la planilla Excel diseñada por el proyectista (Ver ANEXO G), arrojó los resultados mostrados en la Tabla 4.50: TRAMO: Ocurí – Uncía Tabla 4.50. Alternativa No Convencional de Estudio en Frío (15 años)
Capas
Código
SUPERFICIE DE RODADO
REAG
MATERIAL GRANULAR RECICLADO CON EMULSION ASF.
GREM
SUBRASANTE
SR
Material Riego de Emulsión Asfáltica en Frío con Gravilla Material Granular Reciclado con Emulsión Asfáltica en Frío Suelo Natural
SN(requerido) (mm.)
Hi (cm.)
SN(adoptado) (mm.)
Hi (cm.)
-
1
-
1
36,07
17,7
36,77
18
36,07
18,7
36,77
19
-
-
-
-
Los resultados indican que se debe fresar los 15 cm del material granular (ripio) del camino existente y aumentar 3 cm de material para reciclarlo con 6,43 % en Peso de emulsión asfáltica, luego de terminar este reciclado se realizará el riego de emulsión asfáltica con gravilla para conformar la superficie de rodado de 1 cm de espesor aproximadamente. Teniendo un pavimento de 19 cm. Para el cálculo detallado del diseño estructural: Ver la planilla diseño del pavimento reciclado método AASHTO 1993 (ANEXO G).
4.4.5. Diseños Complementarios y Comparativos Debido a la poca experiencia en el uso de la emulsión asfáltica se realizó un diseño complementario con 1% cemento Portland IP-30 como filler activo, recomendado por el manual de reciclado en frío (Wirtgen 2004) (Ver Inciso 4.4.1.3.9.2). Además también se realizó un diseño comparativo convencional: Ver la planilla diseño del pavimento convencional método AASHTO 1993 (ANEXO G).
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4.4.5.1. Diseño Complementario Añadiendo 1% de Cemento Portland IP-30 como Filler Activo Como se mencionó en el Inciso 4.4.1.3.9.2, el procedimiento de diseño Marshall se realiza añadiendo 1% de cemento Portland IP-30 como filler activo. El cemento se utiliza normalmente en conjunto con la emulsión asfáltica. Además de mejorar la resistencia retenida y proveer resistencia mejorada a la humedad, el cemento actúa como una forma de catalizador al controlar el quiebre, incrementando las propiedades resistentes iniciales, ayudando así al acomodo del tráfico. Las investigaciones realizadas acerca de los efectos de combinar cemento con emulsión asfáltica han mostrado que hasta un 1,5 % en masa de cemento puede ser añadido sin reducir significativamente las características de fatiga de la capa estabilizada. En el caso particular del proyecto se asumió un valor promedio de 1% de cemento Portland IP-30. El diseño estructural es similar que el realizado sin filler activo, pero se debe tomar en cuenta los resultados de estabilidad Marshall modificada de la Tabla 4.35 del Inciso 4.4.2, lo cual solo afectará en el coeficiente estructural del material de ripio a reciclar con emulsión asfáltica añadiendo un 1% cemento Portland IP-30 como filler activo y para hallar este coeficiente estructural (a1’), se usará el ábaco que recomienda la AASHTO-93 (para base tratada con asfalto y distintos parámetros resistentes), utilizando el parámetro resistente de la estabilidad Marshall saturada (Ver Tabla 4.35), por ser el más desfavorable para el diseño, como muestra la Figura 4.71:
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a1 = 0,236
1075,30 (Lbs)
2,277 x 105 (Psi)
Fig. 4.71. Relación entre Coeficiente Estructural para Base Tratada con Asfalto y Distintos Parámetros Resistentes.
Los resultados del ábaco y de las propiedades de los materiales añadiendo 1% cemento Portland IP-30 como filler activo, se muestran en la Tabla 4.51:
Capas
Material
CBR (%)
Estabilidad Marshall Seca/ Saturada (Lbs.)
Módulo Resiliente (Psi)
Coeficientes Estructurales (ai) (Plg./cm)
Base tratada con Asfalto /con Emulsión Asfáltica y Filler Activo
Granular (Ripio)
49,33
1102,69 / 992,18
227.777,7
0,236 / 0,094
Suelo Natural
8,56
-
10.087,4
0,060 / 0,024
Subrasante
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Tabla 4.51. Resumen de las Propiedades de los Materiales y de Coeficientes Estructurales (ai)”Diseño con 1% Cemento Portland IP-30 como Filler Activo”.
En este caso se propone un diseño complementario con 1% cemento Portland IP-30 como filler activo, reciclando el material del camino existente con emulsión asfáltica y con una superficie de rodado de un riego de emulsión asfáltica con gravilla, por lo tanto el espesor de capa en este caso es la altura que se debe reciclar con emulsión asfáltica añadiendo 1% de cemento Portland IP-30 en peso, para que el pavimento resista el tráfico de diseño para una vida útil de 15 años, teniendo en cuenta todo lo mencionado: la planilla Excel diseñada por el proyectista (Ver ANEXO G), arrojó los resultados mostrados en la Tabla 4.52: TRAMO: Ocurí – Uncía Tabla 4.52. Alternativa No Convencional de Estudio con 1% Cemento Portland IP-30 como Filler Activo en Frío (15 años)
Capas SUPERFICIE DE RODADO MATERIAL GRANULAR RECICLADO CON EMULSION ASF. 1% DE CEMENTO PORTLAND IP-30 SUBRASANTE
Código
Material
SN(requerido) (mm.)
Hi (cm.)
SN(adoptado) (mm.)
Hi (cm.)
REAG
Riego de Emulsión Asfáltica en Frío con Gravilla
-
1
-
1
GREC
Material Granular Reciclado con Emulsión Asfáltica y Filler Activo en Frío
36,07
16,98
36,11
17
36,07
27,7
36,11
18
-
-
-
-
SR
Suelo Natural
Los resultados indican que se debe fresar los 15 cm del material granular (ripio) del camino existente y aumentar 2 cm de material para reciclarlo con 7,14 % en peso de emulsión asfáltica, luego de terminar este reciclado se realizará el riego de emulsión asfáltica con gravilla para conformar la superficie de rodado de 1 cm de espesor aproximadamente. Teniendo un pavimento de 18 cm. Para el cálculo detallado del diseño estructural: Ver la planilla diseño del pavimento reciclado con filler activo método AASHTO 1993 (ANEXO G).
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4.4.5.2. Diseño Comparativo y/o Convencional Es un diseño que normalmente se realizaría debido a la experiencia en este procedimiento en el país. Para el caso particular del proyecto se tomó en cuenta los siguientes aspectos técnicos para la composición del pavimento convencional: se aprovechará la carpeta de ripio ya existente en el camino como sub-base que tiene como promedio un espesor de 15 cm y además gracias los ensayos realizados para este material por el proyectista podremos obtener el coeficiente estructural (a2) usando el ábaco que recomienda la AASHTO-93 (para sub-base granular y distintos parámetros resistentes), utilizando el parámetro resistente del CBR al 95% (Ver Tabla 4.2), por ser el más desfavorable para el diseño, como muestra la Figura 4.72. Inmediatamente por encima de esta capa se colocará la base de material triturado o chancado con propiedades típicas que se muestran en la Tabla 4.52. La superficie de rodado será un tratamiento superficial doble (TSD).
a1 = 0,126
49,33 (%)
17,76 x 103 (Psi)
Fig. 4.72. Relación entre Coeficiente Estructural para Sub-base Granular y Distintos Parámetros Resistentes.
Los resultados del ábaco y de las propiedades de los materiales del diseño convencional se muestran en la Tabla 4.53:
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Capas
Material
Base
Granular (Triturado) Granular (Ripio) Suelo Natural
Sub-Base Subrasante
CBR (%)
Módulo Resiliente (Psi)
Coeficientes Estructurales (ai) (Plg./cm)
80,00
27.680,0
0,134 / 0,054
49,33
17.760,0
0,126 / 0,050
8,56
10.087,4
0,060 / 0,024
Tabla 4.53. Resumen de las Propiedades de los Materiales y de Coeficientes Estructurales (ai) “Diseño Convencional”.
En este caso se propone un diseño comparativo de un pavimento convencional compuesto por: subrasante (suelo natural), sub-base (material de ripio existente), base (material granular triturado) y con una superficie de rodado con tratamiento superficial doble (TSD), para que el pavimento resista el tráfico de diseño para una vida útil de 15 años, teniendo en cuenta todo lo mencionado: la planilla Excel diseñada por el proyectista (Ver ANEXO G), arrojó los resultados mostrados en la Tabla 4.54: TRAMO: Ocurí – Uncía Tabla 4.54. Alternativa Convencional de Comparación en Caliente (15 años)
Capas
Código
SUPERFICIE DE RODADO
TSD
BASE
BGT
SUB-BASE
SBG
SUBRASANTE
SR
Material Tratamiento Superficial Doble Material Granular Triturado Material Granular Seleccionado (Ripio) Suelo Natural
SN(requerido) (mm.)
Hi (cm.)
SN(adoptado) (mm.)
Hi (cm.)
-
2
-
2
7,87
5,9
8,04
6
28,19
22,2
27,72
22
36,07
30,1
35,76
30
-
-
-
-
Los resultados indican que se debe aumentar 7 cm del material granular (ripio) para conformar la sub-base a parte de los 15 cm de ripio existentes, luego de terminar esta conformación se debe producir material triturado proveniente de un banco de préstamo para conformar 6 cm de base, en seguida se realizará un tratamiento superficial doble
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(TSD) para conformar la superficie de rodado de 2 cm de espesor aproximadamente. Teniendo un pavimento de 30 cm. Para el cálculo detallado del diseño estructural: Ver la planilla diseño del pavimento convencional método AASHTO 1993 (ANEXO G). 4.5. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES DEL DISEÑO DE PAVIMENTOS
En síntesis se realizó tres diseños: no convencional con su alternativa y convencional comparativo. Analizando desde un punto de vista técnico, económico y ambiental, se presentan las siguientes conclusiones del proyectista: En el diseño no convencional con emulsión asfáltica, se experimentó que las mezclas en frío, se realizan de forma más sencilla en laboratorio, debido a que se realizan a temperatura ambiente, además que no emiten gases tóxicos por no ser calentados para su mezcla con los agregados, pero se tuvo dificultad en el mezclado manual homogéneo de la emulsión asfáltica con los agregados, en el proceso de elaboración y rotura de probetas Marshall. En el diseño no convencional con emulsión asfáltica, se evaluó la adición de 1% de cemento Portland IP-30 como filler activo, además de la emulsión asfáltica, notando claramente la mejoría en la mezcla con los agregados, la trabajabilidad, ganancia de resistencia inicial y curado, en el proceso de elaboración y rotura de probetas Marshall. En el diseño no convencional con emulsión asfáltica y sin adición de cemento Portland, se obtuvo una cantidad óptima de emulsión asfáltica menor a la del diseño No convencional con adición de 1% de cemento Portland IP-30 como filler activo, pero se calculó una altura mayor de reciclaje con respecto al diseño no convencional con adición de 1% de cemento Portland IP-30 como filler activo. En el diseño convencional comparativo, se obtuvo una altura considerable de material a aumentar para conformar la capa sub-base, al igual que una altura de material triturado para conformar la capa base, concluyendo que la construcción de esta alternativa
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implicaría la explotación de bancos de préstamo para la conformación de las capas granulares y del tratamiento superficial doble, además que este tratamiento se realizaría en caliente, como se realiza tradicionalmente en el país debido a la disposición de materiales asfálticos para este tipo de procedimiento. Comparando los diseños no convencional y convencional, se ve claramente que el primero tiene mejores características desde un punto de vista técnico y ambiental, pero la disponibilidad de emulsión asfáltica es un factor negativo, ya que deberá importarse. Por lo tanto más adelante se realizará una evaluación económica de ambos diseños para complementar en el caso particular del proyecto.
Con la experiencia de diseño en laboratorio y gabinete, además de todo lo mencionado en las conclusiones el proyectista recomienda: Para el caso particular del proyecto se recomienda la alternativa no convencional con emulsión asfáltica y la adición de 1% de cemento Portland IP-30 como filler activo, ya que la emulsión asfáltica se comporta mejor reológicamente agregando este aglomerante cementado, si bien la cantidad óptima de emulsión asfáltica aumenta en un 0,7% en peso, la altura de reciclaje disminuye en 1 cm, siendo este último más relevante tanto constructivamente como económicamente. Se deberá cumplir las especificaciones técnicas especiales para el reciclaje y el uso de la emulsión asfáltica, para un proceso constructivo óptimo (Ver ANEXO A). Se recomienda el uso de una recicladora para realizar la alternativa no convencional con emulsión asfáltica y la adición de 1% de cemento Portland IP-30 como filler activo, para dosificar con precisión tanto la emulsión asfáltica como el cemento Portland IP-30, además de una precisión en la altura de reciclaje difícil de lograr con una fresadora común.
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CAPITULO 5 ANÁLISIS DE COSTOS Y PRECIOS UNITARIOS
5.1. INTRODUCCIÓN
La elaboración del presupuesto se realizó para el mejoramiento de estándar del paquete estructural con el objeto de realizar un estudio de la factibilidad técnico económica y ambiental de la técnica convencional y no convencional del tramo “OCURÍ - UNCÍA”, se realizó en base al estudio de precios unitarios para cada uno de los ítems de construcción de las dos alternativas de pavimentos y a las cantidades de obra correspondientes.
Con los cómputos métricos y los precios unitarios se elaboró el presupuesto de construcción, para las dos alternativas de pavimentos, ya que son las faenas que interesan al proyectista para realizar un análisis económico y constructivo, para así ver cuál es la alternativa más económica y factible para el proyecto en particular.
El procedimiento utilizado se basa en el cálculo de los costos básicos, rendimientos y complementos propios de la metodología de la ingeniaría de costos viales. 5.2. PRECIOS UNITARIOS
El análisis de los precios unitarios se realiza tomando en cuenta las variaciones económicas del mercado interno y mundial, aranceles e impuestos vigentes, capacidades efectivas de operación de empresas dentro el rubro de la construcción de carreteras, así como parámetros, normas y reglamentos que proporciona la Administradora Boliviana de Carreteras para el diseño.
Para el cálculo de los precios unitarios de las actividades de construcción del paquete estructural del tramo vial “OCURÍ - UNCÍA”, se ha empleado el software QUARK, diseñado
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para el manejo de datos referidos a costos de maquinaria y equipo, mano de obra, materiales e insumos de construcción, que intervienen en los análisis de precios. La utilización de maquinaria y equipo de construcción, la mano de obra necesaria, el uso de herramientas y de los materiales e insumos han sido calculados e incluidos en las planillas de bases de datos correspondientes, tomando en consideración los rendimientos típicos de construcción; luego se determinan porcentajes a los gastos generales, utilidades e impuestos, estos porcentajes son uniformes para todo el proyecto.
5.2.1. Costos Directos Se entiende por costos directos del paquete estructural:
La suma de costos de materiales directos y transporte en obra cuyo insumo debe ser rigurosamente verificado con el fin de tener valores reales.
La mano de obra requerida para la realización de los diferentes ítems componentes del paquete estructural a ser ejecutado.
5.2.2. Costos Indirectos Resultan de la suma de aquellos gastos que por su naturaleza son de aplicación de las obras ejecutadas en un tiempo determinado, comprendiéndose los siguientes aspectos:
Leyes sociales y de trabajo.
Amortización o alquiler de maquinaria, equipo y herramientas.
Gastos generales.
Utilidad.
Pagos de impuestos I.V.A. Impuesto al Valor Agregado e I.T. Impuesto a las transacciones.
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5.3. COSTOS DE MATERIALES E INSUMOS
Para la determinación de estos costos se realizó una cotización de precios de mercado en el departamento de Oruro y Potosí para diferentes materiales e insumos destinados a la construcción del paquete estructural, pero principalmente se realizó la cotización del material asfáltico de proveedores nacionales e internacionales en caso de la emulsión asfáltica, los cuales fueron afectados por el valor que representa el traslado hasta la zona de proyecto.
5.4. MANO DE OBRA
El precio de mercado de la mano de obra, se investigó en el mercado local y se cotejaron estos valores con los contenidos en algunos reportes de la Cámara Nacional de La Construcción, Cámara Departamental de la Construcción de Oruro, Cámara Departamental de Potosí, así como en empresas constructoras de diferentes volúmenes de trabajo y capacidades dentro del rubro de construcción de caminos.
Los costos indirectos de la mano de obra se calculan basados en varios criterios resumidos en el análisis de cargas sociales, que incluyen rubros como: aportes, vacaciones, licencias y enfermedad, días trabajados. Estos criterios permiten determinar la incidencia de las cargas sociales sobre la mano de obra. 5.4.1. Alimentación Aunque la alimentación del personal de construcción no se cancelará al contratista en forma separada; en este acápite se estima el costo promedio de alimentación por persona. En general, el contratista proporciona alimentación a todo su personal y este precio se incluye en el costo de la mano de obra. De acuerdo con los datos recolectados en la zona de la obra, el costo promedio de alimentación es el siguiente:
Descripción
Costo Promedio (Bs/Hombre x
(Días Lab. /
(Bs/Hombre x
Día)
Mes)
Mes)
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Alimentación
40,00
(desayuno, almuerzo y cena)
30
1.200,00
Tabla. 5.1. Precios por Alimentación. (Fuente Propia)
Dentro de las planillas de precios unitarios, el costo de mano de obra incluye la alimentación dentro de la tarifa de cada categoría.
5.4.2. Seguridad Industrial En este rubro se considera la ropa de trabajo y los elementos de seguridad industrial con los que se dota al obrero anualmente, los mismos que son considerados fungibles (sin valor residual). La seguridad industrial es un tema muy importante y constante dentro del desarrollo de la construcción, aquí se establece el costo promedio para los insumos que intervienen, por persona, de equipo para la seguridad industrial.
CANTIDAD N°
DESCRIPCION
UNIDAD (Por Año)
PRECIO
PRECIO TOTAL
UNITARIO
Por Año
Por Mes
(Bs)
(Bs)
(Bs)
1
Botas de goma
Pares
2,00
95,00
190,00
15,83
2
Ropa de trabajo
Juego
2,00
75,00
150,00
12,50
3
Guantes
Pares
2,00
15,00
30,00
2,50
4
Ropa de agua
Juego
1,00
95,00
95,00
7,92
5
Casco protector
Pieza
1,00
35,00
35,00
2,92
Gl
Gl
Gl
150,00
12,50
650,00
54,17
Varios: - Lentes 6
- Máscaras - Cinturones - Botiquín
Tabla. 5.2. Ropa de Trabajo (Seguridad Industrial). (Fuente Propia).
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Dentro de las planillas de precios unitarios, el costo de mano de obra incluye la dotación de insumos para la seguridad industrial. 5.4.3. Cargas Sociales Las cargas sociales relacionadas con la mano de obra se dividen en dos categorías:
Cargas de aplicación directa (inmediata).
Cargas de aplicación diferida.
Las cargas de aplicación directa comprenden los aportes que efectúa el empleador al sistema del seguro social y a los beneficios que recibe el empleado de acuerdo a las disposiciones legales vigentes. Las cargas de aplicación diferida se refieren a los compromisos que el empleador asume con el empleado, en forma voluntaria o forzosa, de acuerdo a circunstancias especiales como: rescisión del contrato de trabajo, días no trabajados por feriados, licencias, y otros.
Tablas 5.3. Cálculo de Cargas Sociales DESGLOSE DE CARGAS SOCIALES
DESCRIPCCIÓN
DÍAS SIN PRODUCCIÓN
JORNALES PAGADOS
Domingos (D.S. 21060 Art. 67)
52
52
Feriados (D.S. 21060 Art. 67)
10
10
Días de lluvias
8
8
Enfermedad
3
3
Ausencia justificada
2
2
Ausencia injustificada
2
0
Día del constructor (26 de Abril)
1
1
Aguinaldo
0
30
Desahucio
0
0
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Vacación
15
15
Prima
0
0
Indemnización
0
30
93
151
TOTAL DÍAS AL AÑO
365 días
DÍAS EFECTIVOS AL AÑO
287 días
JORNALES ABONADOS
438 días
INCIDENCIA POR INACTIVIDAD
1,53
INACTIVIDAD
DESCRIPCION
%
SALARIO MIN
52,61%
DURACION
Anual
PRENATALIDAD
5.00
577,50 Bs
5 mes
144,38 Bs
NATALIDAD
5.00
577,50 Bs
1 mes
28,88 Bs
LACTANCIA
5.00
577,50 Bs
12 mes
346,50 Bs
MATERNIDAD
0.50
1.155,00 Bs
3 mes
17,33 Bs
SEPELIO
1.00
577,50 Bs
1 mes
5,78 Bs 542,85 Bs
DESCRIPCION
%
SALARIO MIN
PONDERADO
PEON
15
1.500 Bs
225 Bs
ALARIFES
1
1.500 Bs
15 Bs
AYUDANTE
8
1.650 Bs
132 Bs
AYUDANTE MECANICO
1
1.950 Bs
20 Bs
ESPECIALISTA
3
2.700 Bs
81 Bs
CHOFER
15
2.400 Bs
360 Bs
OPERADOR EQUIPO LIVIANO
10
2.550 Bs
255 Bs
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Proyecto de Grado
OPERADOR EQUIPO PESADO
8
2.850 Bs
228 Bs
OPERADOR DISTRIBUIDOR
5
2.850 Bs
143 Bs
OPERADOR PLANTA
5
2.850 Bs
143 Bs
TOPOGRAFO
1
2.850 Bs
29 Bs
CAPATAZ
3
3.300 Bs
99 Bs
100
SALARIO ANUAL PONDERADO
1.730,00 Bs
20.760,00 Bs
SUBSIDIOS
2,61%
PATRONAL
LABORAL
Caja Nacional de Salud
10,00%
0,00%
AFP Capitalización
1,71%
12,21%
PROVIVIENDA
2,00%
0,00%
INFOCAL
1,00%
0,00%
14,71%
12,21%
APORTES A ENTIDADES
TOTAL
APORTES A ENTIDADES
14,71%
ANTIGUEDAD Porcentaje sobre tres salarios mínimos (4 años)
5,00%
Salario mínimo
577,50
Porcentaje de Obreros Beneficiarios
4,00%
TOTAL
0,20%
ANTIGUEDAD
DESCRIPCCIÓN
0,20%
INCIDENCIA
INACTIVIDAD
52,61%
SUBCIDIOS
2,61%
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Proyecto de Grado
APORTES A ENTIDADES
14,71%
ANTIGUEDAD
0,20%
70,13%
TOTAL
Las cargas sociales se establecen en 70,13 %. 5.5. MAQUINARIA Y EQUIPO DE CONSTRUCCIÓN
El proyectista ha realizado, como parte de su metodología de trabajo, una adaptación del sistema recomendado por CATERPILLAR TRACTOR Co. para el cálculo del costo horario de maquinaria y equipo que se utilizará en la construcción del paquete estructural del camino “OCURÍ - UNCÍA”.
Básicamente, el costo horario de la maquinaria y equipo de construcción se determinó considerando en cada caso la vida económica expresada en horas de operación. Se han adoptado los valores de vida media generalmente aceptados para condiciones medias de operación.
El costo de la maquinaria y equipo está constituido por dos ítems principales: costos fijos y costos variables de operación. El costo fijo se calcula en función a los valores de mercado del precio de compra del equipo y el costo financiero de la inversión. Los costos variables dependen de las características del equipo y maquinaria de construcción y se basan en el consumo de combustible y lubricantes, así como en una estimación de los repuestos para el mantenimiento.
5.5.1. Combustibles, Aceites y Lubricantes Los precios de combustibles, aceites y lubricantes se presentan en la Tabla 5.4 y fueron proporcionados por diferentes estaciones de servicio en el Departamento de Oruro.
Ítem Gasolina Especial
Precio
Precio
Bs
$us
3,74 Bs/lt.
0,54 $us./lt.
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312
Proyecto de Grado
Diesel Oil
3,72 Bs/lt.
0,53 $us./lt.
Kerosene
2,72 Bs/lt.
0,39 $us./lt.
Aceites lubricantes automotriz
2,94 Bs/lt.
0,42 $us./lt.
Aceites lubricantes industrial
4,41 Bs/lt.
0,63 $us./lt.
Grasas
2,94 Bs/kg
0,42 $us./kg
Tabla. 5.4. Precios de Combustibles y Lubricantes. (6,98 Bs. / $us. Fuente BCB).
5.5.2. Análisis de Costos Horarios de Equipo y Maquinaria de Construcción Para el análisis de costo horario del equipo y maquinaria de construcción elegida, se realizó una recopilación de datos sobre precios de venta en el mercado nacional. También se empleó la autopista de la información (internet) para obtener referencias y datos de los fabricantes sobre características técnicas de los equipos y maquinaria. Se presenta a continuación un listado con las definiciones de los gastos generalmente incurridos en las operaciones comerciales para la venta de equipos y maquinaria:
Precio FOB = Precio que se paga en el país de origen, sobre plataforma de embarque transoceánico (Free On Board).
Precio CIF = Precio que se paga en el recinto aduanero del país de destino y que comprende el precio FOB, el transporte (fletes) y los seguros (Cost, Insurance, Freights).
Fletes + Seguros = Precio que se paga por el transporte y por la integridad de la mercancía, desde el país de origen hasta el destino. Estos gastos son variables, dependiendo del país de origen, de la mercancía, del país de destino y de los seguros necesarios.
Precio CIF Aduana = Precio FOB + Fletes + Seguros.
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313
Proyecto de Grado
En nuestro país, además de los gastos arriba mencionados, se deben pagar algunas tasas e impuestos de acuerdo al siguiente detalle:
Tablas 5.5. Aranceles, Impuestos y Servicios para la Importación Aplicados en Bolivia ARANCELES / IMPUESTOS
TASAS
BASE
OBSERVACION
IMPONIBLE
Algunos bienes de capital (maquinarias y equipos) Arancel de Importación
5.00%
CIF - Frontera
tienen una rebaja del 50%. Del arancel de importación.
Tasa de Almacén aduanero
0.50%
CIF - Frontera
Tasa de Verificación
1.95%
FOB - Origen
Aporte Gremial
0.30%
CIF - Frontera
Despacho Aduanero
0.50%
CIF - Frontera
Imp. al Valor Agregado
14.94%
CIF - Aduana
TOTAL COSTO Aproximado:
23.19%
CIF - Frontera
Valor según el servicio prestado. Se establece valor referencial 0.50 % Servicio pagado por el importador a las verificadoras. Aporte gremial a la Cámara de Industria y Comercio (CAINCO) Comisión de la agencia aduanera por despacho de importación. IVA importaciones, grava sobre el valor de mercadería más el arancel. Incluye otros gastos fijos e incremento por base imponible del IVA.
SOBRE UN VALOR CIF DE 100 APLICADO A MAQUINARIA Y EQUIPO ARANCELES / IMPUESTOS
VALOR
BASE IMPONIBLE
Valor CIF
100.00
CIF - Frontera
Valor de Arancel de Importación
5.00
CIF - Frontera
Valor de Almacén aduanero
0.50
CIF - Frontera
Valor de Verificación
1.56
FOB - Origen
Valor Aporte Gremial
0.30
CIF - Frontera
Despacho Aduanero
0.50
CIF - Frontera
SUB-TOTAL COSTO Aproximado:
107.86
CIF - Frontera
Imp. al Valor Agregado
16.11
CIF - Frontera
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314
Proyecto de Grado
TOTAL COSTO Aproximado:
123.97
Valor a añadirse al CIF
23.97%
CIF - Frontera 24.00% Adoptado
5.5.3. Resumen de los Costos Horarios de Equipo y Maquinaria de Construcción En la Tabla 5.6 se presentan los precios de adquisición en dólares americanos y las hipótesis de trabajo anual y vida útil para cada maquinaria y equipo de construcción considerado para el análisis de precios unitarios.
Código
Descripción
Vida
Vida
Vida
Potencia
Útil
Útil
Útil
Precio ($)
(HP)
Años
Horas
Llantas
Equipo
VCC101
CAMION CISTERNA 10000LT
180,00
6,00 2.000,00 2.000,00
64.700,00
VCE102
CAMION DE ESTACAS 4 TN
140,00
5,00 2.000,00 2.000,00
34.300,00
PCF101
CARGADORA FRONTAL 924F 105 HP
105,00
6,00 2.000,00 3.000,00
115.620,00
CPN101
COMPACTADORA NEUMATICA PS-180 77 HP
77,00
8,00 1.500,00 4.000,00
81.180,00
CPP101
COMPACTADORA PATA DE CABRA CP533 145 HP
145,00
8,00 1.500,00 4.000,00
110.000,00
CPR101
COMPACTADORA RODILLO LISO CS563 145 HP
145,00
8,00 1.500,00 4.000,00
125.460,00
DSA101
DISTRIBUIDOR DE AGREGADOS 100 HP
100,00
5,00 1.500,00 2.000,00
76.200,00
DSA102
DISTRIBUIDOR DE ASFALTO 180 HP
180,00
8,00 1.000,00 2.000,00
98.000,00
TRA111
ESCOBA MECANICA NO AUTOPROPULSADA
8,00 1.000,00 4.000,00
14.080,00
MNV101
MOTONIVELADORA 120H 125 HP
125,00
5,00 2.000,00 3.000,00
156.210,00
WR2500
RECICLADORA WR 2500S 670 HP
670,00
15,00 6.000,00 6.000,00
186.000,00
PLA111
PLANTA CALENTADORA DE ASFALTO
170,00
TRA101
TRACTOR AGRICOLA 90 HP
TRA102
TRACTOR AGRICOLA C/ARADO DE DISCOS 90 HP
VCV101
VOLQUETA 10 M3
5,00 1.500,00
35.500,00
90,00
6,00 1.500,00 3.000,00
37.700,00
90,00
6,00 1.500,00 3.000,00
40.200,00
280,00
6,00 2.000,00 2.000,00
61.442,00
Tabla. 5.6. Precios de Maquinaria y Equipo. (Fuente Propia).
La Tabla 5.7 indica la equivalencia operacional de la mano de obra y del equipo utilizado para la construcción del paquete estructural del camino. CHOFER VOLQUETA 10 M3 CAMION CISTERNA 10000LT CAMION DE ESTACAS 4 TN
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OPERADOR EQUIPO LIVIANO COMPACTADORA PATA DE CABRA CP533 145 HP TRACTOR AGRICOLA C/ARADO DE DISCOS 90 HP COMPACTADORA NEUMATICA PS-180 77 HP COMPACTADORA RODILLO LISO CS563 145 HP
OPERADOR EQUIPO PESADO MOTONIVELADORA 120H 125 HP CARGADORA FRONTAL 924F 105 HP RECICLADORA WR 2500S 670 HP
OPERADOR DISTRIBUIDOR DISTRIBUIDOR DE AGREGADOS 100 HP DISTRIBUIDOR DE ASFALTO 180 HP
OPERADOR EQUIPO LIVIANO PLANTA CALENTADORA DE ASFALTO
Tabla. 5.7. Equivalencia Operacional de la Mano de Obra y del Equipo Utilizado. (Fuente Propia).
En la Tabla 5.8 siguiente se resumen los costos horarios de maquinaria y equipo de construcción en dólares americanos.
Tabla. 5.8. Análisis de Costos de Equipo y Maquinaria. (Fuente Propia).
5.6. GASTOS GENERALES
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Proyecto de Grado
Los gastos generales y administrativos, aplicados sobre el costo directo de los servicios han sido calculados de acuerdo a la descripción que se muestra a continuación.
Para el cálculo del precio unitario se afectó el costo unitario con un factor de gastos generales y administrativos de 18.31 % de los costos directos, considerado razonable para una empresa constructora promedio y que se desglosa a continuación:
CONCEPTO
Gastos
Gastos
Directos
Indirectos
Total
Gastos Administrativos. -
Personal: Ejecutivo, Técnico y de Apoyo
3.90%
2.70%
-
Pasajes, Hoteles y Viáticos
0.16%
0.10%
-
Comunicaciones: Teléfono, radio, telex, fax, etc.
0.05%
0.02%
-
Alquileres, Depreciación de Activos, Oficinas, Material de escritorio, Planos Asbuilt, etc.
0.10%
0.05%
-
Vehículos
0.15%
0.10%
-
Servicios: Agua, Energía, Mantenimiento Edificios, etc.
0.04%
0.03%
-
Gastos Financieros
0.03%
0.00%
-
Protocolizaciones, etc.
0.01%
0.00%
-
Gastos Legales: Honorarios Abogados, Notarías, etc.
0.04%
0.00%
-
Publicidad, Gastos de Representación, etc.
0.05%
0.00%
7.53%
Gastos de Adjudicación. -
Boleta de buena inversión de Anticipo
0.00%
0.70%
-
Boleta de Seriedad de Propuesta
0.00%
0.04%
-
Gastos de Propuesta, Compra de Pliego, Visita a Obra
0.00%
0.01%
0.75%
Gastos de Seguros y Garantías -
Seguros Contra Accidentes Personales.
0.00%
0.50%
-
Seguros de Accidentes de Vehículos.
0.00%
0.50%
-
Boletas de Cumplimiento de Contrato.
0.00%
3.50%
4.50%
Gastos de Obra -
Laboratorio de ensaye de materiales, suelos y asfaltos
0.10%
0.00%
-
Movilización y desmovilización de Maquinaria y Equipo.
1.00%
0.00%
-
Movilización y desmovilización de Personal.
0.20%
0.00%
1.50%
0.00%
Topografía y Replanteo, Instalación de Faenas, Campamentos, Talleres y Almacenes.
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1.30%
1.50%
317
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Mantenimiento de Transito, Mantenimiento de Desvíos y Construcción de Desvíos etc.
1.70%
0.00%
1.70%
Aportes a Costos Fijos: IUE, CABOCO, CADECO, HAM
0.00%
1.03%
1.03%
TOTAL GASTOS GENERALES
9.03%
9.28%
18.31%
Tabla. 5.9. Análisis de Gastos Generales. (Fuente Propia).
5.7. UTILIDADES
La utilidad considerada para el cálculo del precio final se estimó en un 10% de los costos directos. Este porcentaje representa un porcentaje mayor al que una empresa puede percibir por intereses bancarios, esto con la finalidad de atraer la inversión y el trabajo de empresas del ramo, generando a su vez un efecto multiplicador durante el desarrollo del proyecto. 5.8. ANALISIS DE COSTOS Y PRECIOS UNITARIOS
Los cálculos que se presentan a continuación, se realizaron con el programa computacional especializado en análisis de precios unitarios y presupuestos “QUARK”. El cual nos ayudó a calcular el presupuesto general, precios unitarios y también la duración de la construcción del paquete estructural mediante de la elaboración del diagrama de barras (método Gantt).
El presupuesto general del pavimento convencional y no convencional se encuentra descrito en las Tablas 5.10.
Los precios unitarios calculados para el pavimento convencional y no convencional se encuentran detallados en el ANEXO I.
Los diagramas de barras (método Gantt) están descritos en el ANEXO I.
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Proyecto de Grado
Tablas 5.10. Presupuesto General Pavimento Convencional y No Convencional
PRESUPUESTO GENERAL PROYECTO: PAVIMENTO CONVENCIONAL: OCURÍ - UNCÍA Moneda: Dólares Americanos
ÍTEM 1.
DESCRIPCIÓN
UND.
CANTIDAD
PRECIO
COSTO
COSTO ($)
UNITARIO
PARCIAL
TOTAL
PAVIMENTACION 1 1.1
SUB-BASE GRANULAR
M3
21 200,00
8,380
177 656,00
2 1.2
BASE DE MATERIAL GRANULAR
M3
18 100,00
13,600
246 160,00
3 1.3
IMPRIMACION - EJECUCION
M2
252 800,00
0,115
29 072,00
M2
252 280,00
0,115
29 072,00
M2
252 800,00
0,529
133 731,20
L
303 360,00
1,516
459 893,76
L
151 700,00
1,516
229 977,20
L
336 230,00
1,690
568 228,70
1 266 520,00
0,343
434 416,36
4 1.4 RIEGO DE LIGA - EJECUCION 5 1.5 TRATAMIENTO SUPERFICIAL DOBLE - EJECUCION 6 1.8 SUMINISTRO DE ASF. DILUIDO/EMULSION P/IMPRIMACION 7 1.9 SUMINISTRO DE ASF. DILUIDO/EMULSION P/RIEGO DE LIGA 8 1.10 SUMINISTRO DE ASF. DILUIDO P/TRAT. SUPERFICIAL 9 1.13 TRANSPORTE DEL MATERIAL GRANULAR TOTAL
M3K
COSTO TOTAL PAVIMENTACION
2 308 207,22
COSTO PAVIMENTACION P/KM
55 888,79
PRESUPUESTO GENERAL PROYECTO: PAVIMENTO NO CONVENCIONAL: OCURÍ - UNCÍA Moneda: Dólares Americanos
ÍTEM 2.
DESCRIPCIÓN
PAVIMENTACION 1 1.6 MATERIAL IMPORTADO PARA ADICIONAR AL PROCESO DE RECICLADO (PU IDEM ITEM 1.13) 2 1.7 RECICLADO DE 17cm DE ESP. CON EMULSION ASF./CEM. PORTLAND/FRÍO, INCLUYE ITEMS 1,11 Y 1,12 DE SUMINISTRO DE EMULSION ASFALTICA CRM Y CEMENTO PORTLAND IP-30, ADEMAS DE REVESTIMIENTO DE SELLO DE AGREGADOS
UND.
M3K
M2
CANTIDAD
PRECIO
COSTO
COSTO ($)
UNITARIO
PARCIAL
TOTAL
4 956,00
0,343
1 699,91
252 800,00
23,659
5 981 001,72
COSTO TOTAL PAVIMENTACION COSTO PAVIMENTACION P/KM
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5 982 701,63 144 859,60
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Proyecto de Grado
CAPITULO 6 ESTUDIO DE IMPACTO AMBIENTAL
6.1. INTRODUCCIÓN
La elaboración del estudio de impacto ambiental se realizó para el mejoramiento de estándar del paquete estructural con el objeto de realizar una evaluación ambiental de la técnica convencional y no convencional del tramo “OCURÍ - UNCÍA”, esta herramienta nos ayudará a identificar cuál de las dos técnicas produce un menor impacto ambiental, lo cual influirá directamente a la elección de la mejor alternativa de paquete estructural para el proyecto en particular.
6.2. ANTECEDENTES
Las evaluaciones del impacto ambiental de proyectos carreteros a nacido como resultado de la falta de coherencia y de adaptación de los métodos tradicionales de evaluación de proyectos que ignoran a la problemática ambiental, ocasionando daños irreversibles a los ecosistemas que en algunos casos determina problemas económicos a los habitantes de las áreas rurales y centros poblados.
Los estudios ambientales se ejecutan para mejorar el diseño de los proyectos viales y para mitigar sus posibles efectos ambientales y sociales negativos. Por lo tanto estos procedimientos posibilitan la detección de problemas en las primeras etapas del ciclo del proyecto. Esta absolutamente comprobado que además de los beneficios ecológicos y sociales se evitan costos adicionales y demora por problemas ambientales que se manifiestan en etapas más avanzadas como ocurre en la preparación o ejecución del proyecto vial.
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320
Proyecto de Grado
Los caminos que actualmente se encuentran en construcción o se planean construir pasa por diversos ecosistemas del territorio Boliviano, muchos de los cuales tienen categorías de áreas protegidas por las particularidades de su flora y fauna silvestre. En las etapas las obras de construcción, operación y mantenimiento de las carreteras ocasionaran una serie de impactos directos e indirectos sobre el medio físico, biológico y socio cultural. Por lo mencionado nace la necesidad de la elaboración de un conjunto de planes de mitigación o eliminación de los impactos negativos, en este sentido los estudios de evaluación de impacto ambiental (EEIA). De un determinado proyecto vial constituyen una herramienta valiosa para proteger los recursos naturales y mitigar los impactos socioculturales.
6.3. DESCRIPCIÓN
La construcción de carreteras produce una serie de impactos ambientales en el entorno físico, biológico y social tanto en las etapas constructivas, de operación y de mantenimiento. El medio afectado dependerá de los ecosistemas por donde pase la obra vial y los factores que caracterizan cada uno de los lugares.
Es necesario mencionar que los impactos por la construcción de vías se pueden diferenciar en Directos ocasionados por los movimientos de tierra y los indirectos que son inducidos Todo dependerá en gran medida de las características del proyecto y del medio. En general se puede considerar las actividades que ocasionan los siguientes impactos:
Actividades de corte de talud, y relleno y disposición de desechos que pueden afectar la geología, suelos, hidrología, calidad del aire, vegetación, fauna y características socioeconómicas culturales.
Contaminación del aire, suelos, aguas, vegetación por el incremento de tráfico de vehículos que generan ruido.
Apertura de nuevas rutas de acceso como vías secundarias y de mantenimiento.
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321
Proyecto de Grado
Colonización de áreas que no eran habitadas por el hombre que afectan a la vegetación, fauna, suelos, hidrología, paisaje y aspectos socioculturales.
En la siguiente Tabla 6.1, se presenta un resumen de las actividades que generan impactos ambientales causados por la construcción vial.
ACTIVIDAD
ACTIVIDADES RELACIONADAS
IMPACTOS POTENCIALES
GENERAL
Apertura de brecha o senda
Desestabilización
de
(incluye caminos de acceso
suelo
de
a bancos de préstamo y de
erosión
propiedad
movimientos de tierra.
privada
o
y
procesos por
los
concesionada).
Caminos
de
servicio
Culturización
de
comunidades Nativas.
(desvíos para mantener el tráfico
durante
la
construcción
o
Expropiaciones y cambio en el uso de la tierra.
rehabilitación).
Contaminación del suelo,
Instalación y funcionamiento
agua y aire, con residuos
de
sólidos,
campamentos
permanentes y temporales.
liquidas
descargas y
emisión
de
gases.
Corte
de
taludes
y
Construcción
movimiento
de Carreteras
campamentos permanentes
hidrocarburos
y temporales.
sustancias peligrosas.
Préstamo
de
de
materiales
Derrames
de y
Accidentes mecánicos.
(extracción y/o producción).
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Proyecto de Grado
operación y mantenimiento
Generación de ruido y polvo.
de equipo y maquinarias.
Deforestación.
Alteración
Conformación de capa de rodadura
(terraplén
y
plataforma).
escurrimiento y
de
Pavimento (rígido o flexible, tratamiento
de
la
superficial
recarga
de
acuíferos.
superficial
simple, doble o triple).
Afectación del patrimonio cultural, arqueológico y
obras
de
arte
mayor
paleontológico.
(puentes, viaductos, túneles, muros
de
contención)
menor
y
Cambio en el paisaje.
Afectación a
(alcantarillas,
cunetas, muros de encause, bajantes
y
zanjas
de
coronamiento).
la fauna
(bloqueo del movimiento, atropello
disturbios
sensoriales)
Uso
de
aditivos
para
concreto (aceleradores de fraguado, impermeabilizadores, etc.).
Señalización vial.
Liberación del derecho de vía
(expropiaciones,
reasentamientos, afectaciones del derecho de
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323
Proyecto de Grado
vía).
Disposición
de
material
excedente.
Vehículos motorizados y de
Generación de ruido.
Contaminación
tracción humana y animal.
Vehículos
oficiales,
atmosférica.
particulares y públicos.
transporte
de
carga
pasajeros
sustancias peligrosas (o
(Urbano,
en caso de exceso de carga).
Interdepartamental
e
internacional).
Accidentalidad.
Transporte turístico.
Desarrollo inducido a lo
Operación del transporte
de
y
interprovincial,
Derrame accidental
largo de la vía.
terrestre
Transporte
de
sustancias
peligrosas.
Generación de residuos sólidos
Talleres de mecánica.
Estaciones de servicios.
Llanterías.
Funcionamiento
de
terminales.
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324
Proyecto de Grado
Actividades de peaje.
Actividades de pesaje.
Tabla. 6.1. Identificación de Impactos Ambientales.
6.4. FICHA TÉCNICA
Es un documento técnico que marca el inicio del proceso de evaluación de impacto ambiental, el mismo que se constituye en instrumento para la determinación de la categoría de EIA. Este documento; incluye información sobre el proyecto, la identificación de impactos clave y la identificación de la posible solución para los impactos negativos.
6.4.1. Contenido de la Ficha Ambiental La ficha ambiental presenta los siguientes parámetros:
Información general, datos de la unidad productiva, identificación del proyecto, localización y ubicación del proyecto.
Descripción del proyecto, duración, alternativas y tecnología, inversión total, descripción de actividades.
Recursos naturales del área que serán aprovechados, materia prima, insumos y producción que demande el proyecto.
Generación de residuos, de ruido, almacenamiento y manejo de insumos, posibles accidentes y contingencias.
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325
Proyecto de Grado
Consideraciones
ambiéntales,
identificación
de
los
impactos
clave
cuya
determinación precisa necesitara un amplio análisis, de acuerdo a los criterios establecidos.
Formulación de medidas de mitigación y prevención, que minimicen o eviten los impactos clave identificados, así como el programa de monitoreo.
Matriz de identificación de impactos ambientales.
A partir de la información contenida en la ficha ambiental se determinara la categoría de EIA del proyecto. 6.4.2. Identificación de las Categorías de Evaluación de Impacto Ambiental El Art. 25 de la ley de Medio Ambiente establece las siguientes categorías de evaluación de impacto ambiental:
Categoría I: Evaluación Analítica Integral, nivel que por el grado de incidencia de efectos en varios atributos del ecosistema, deberá incluir en sus estudios el análisis detallado y la evaluación de todos los factores del sistema ambiental, conformado por sus subsistemas: físico; biológico, socio-cultural, jurídico-institucional, destacado cada uno de sus respectivos atributos ambientales.
Categoría II: Evaluación Analítica Específica, nivel que por el grado de incidencia de afectos en alguno de los atributos del ecosistema considera en sus estudios el análisis detallado y la evaluación de factores específicos de uno o más de los subsistemas: físicos, biológicos, socio-económico-cultural, jurídico-institucional, del sistema ambiental, así como el análisis y sustento técnico del resto de los factores del sistema. Categoría III:
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326
Proyecto de Grado
No requiere de EIA Analítica Especifica, pero puede ser aconsejable su revisión conceptual nivel que por las características ya estudiadas y conocidas de programas, planes, obras proyectos y actividades, no se considera que tenga un impacto significativo sobre el ambiente, sin embargo, ameritan la inclusión de medidas de mitigación y el adecuado seguimiento. Categoría IV: No requiere de EIA, aquellas actividades que no están contempladas en las tres categorías anteriores.
La Subsecretaria de Medio Ambiente nos brinda un procedimiento computarizado de evaluación de impactos ambientales PCEIA que representa un subsistema del Sistema Nacional de Evaluación de Impacto Ambiental SNEIA y tiene como propósito fundamental categorizar la EIA de acuerdo a la identificación de impactos en la ficha ambiental, como mecanismo que facilita el registro de información. Este procedimiento computarizado de Evaluación de Impactos Ambientales PCEIA, se realizó para las dos alternativas de paquete Estructural (convencional y no convencional) como se muestra a continuación:
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327
Proyecto de Grado
CAPITULO 7 CONCLUSIONES Y RECOMEDACIONES GENERALES DEL PROYECTO
7.1. INTRODUCCIÓN
Luego de haber realizado una evaluación técnica, económica y ambiental, el proyectista está capacitado para recomendar los diseños más funcionales y factibles para el proyecto en particular, teniendo en cuenta estos principios se debe elegir la mejor alternativa de pavimento o paquete estructural, ya que es la faena constructiva en estudio, tanto en diseño como en ejecución y entendiendo que las demás actividades del proyecto serán similares, por lo tanto el estudio se enfocó principalmente en el pavimento y las posibles alternativas de mejoramiento propuestas por el proyectista.
7.2. FAENAS CONSTRUCTIVAS DEL PAQUETE ESTRUCTURAL
Las faenas constructivas del paquete estructural o pavimento, tanto para el Método convencional y no convencional, se detallan en el ANEXO A (Especificaciones Técnicas), donde se detallan los diferentes ítems necesarios para la ejecución de las dos técnicas de construcción de pavimentos.
En el proyecto en particular se detallan también en el ANEXO A, Especificaciones Técnicas Especiales, ya que es el alcance del presente estudio. Muestra un método no convencional en nuestro país y que presenta faenas poco comunes en nuestro medio, además de insumos y maquinaria especial para esta nueva tecnología. 7.3. EVALUACION Y ELECCIÓN DE ALTERNATIVAS
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328
Proyecto de Grado
El objetivo del proyecto es estudiar estas alternativas convencional y no convencional, para así, proponer el diseño más funcional, económico y ambiental. De tres alternativas, la parte técnica y funcional nos dejó solo dos: el diseño convencional y el no convencional con 1% de filler activo de cemento Portland IP-30.
Estos dos diseños se evaluaron económicamente y ambientalmente, para definir cuál sería la mejor alternativa de pavimento o paquete estructural.
La alternativa no convencional con 1% de filler activo de cemento Portland IP-30, nos ofrece grandes ventajas ambientales ya que explota una cantidad mínima de materiales de bancos de préstamo y reutiliza el material del camino existente, además que la técnica en frío nos ofrece seguridad para los operadores y mínimas emisiones de gases a la atmósfera. Pero el costo inicial es 2,5 veces más al del diseño convencional, lo cual hace que nos inclinemos por la alternativa convencional para el caso particular del proyecto sabiendo que los materiales asfálticos para esta alternativa están disponibles con mayor facilidad, pero además de elevar la rasante afectando así las obras de drenaje, la ejecución de esta alternativa se realizará en mayor tiempo, más personal y más maquinaria. 7.4. CONCLUSIONES GENERALES DEL PROYECTO
Debido al aspecto económico se optó por la alternativa convencional, pero se detalla en seguida una lista de ventajas y desventajas de las dos alternativas, además de recomendaciones del proyectista para el diseño no convencional para el caso particular del proyecto:
7.4.1. Ventajas Alternativa Convencional
Disponibilidad de materiales asfálticos tradicionales.
Costo inicial menor.
Mano de obra calificada debido a la experiencia en la técnica convencional.
Disponibilidad de maquinaria liviana y pesada para la ejecución
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Experiencia en obtención y adopción de espesores de capas granulares, que además se conoce cómo se comportan con el tráfico y condiciones ambientales de nuestro territorio.
Mejores condiciones de drenaje y evacuación de aguas del paquete estructural, debido a los materiales granulares que conforman el pavimento.
Posibilidad de consultar otros proyectos similares en el país y una gran variedad de textos y normas actualizadas de consulta.
7.4.2. Desventajas Alternativa Convencional
Se debe elevar a altas temperaturas el material asfáltico, provocando accidentes y emisiones gaseosas tóxicas para los seres vivos.
La ejecución del pavimento es más larga (720 días calendario), debido a que se deben realizar más faenas constructivas.
Se debe elevar la cota rasante de un camino ya existente, lo cual afecta significativamente a las obras de arte mayor, por la sobrecarga que incide en estas.
Se deben explotar bancos de préstamo que a se encuentran a distancias considerables, además de aumentar los costos de acarreo de materiales, se deberá mitigar el impacto ambiental que esta explotación causa, incrementando el costo de mitigación ambiental
Mayor producción de partículas suspendidas debido al movimiento de tierras.
Maquinaria imprecisa para la distribución y/o riego de los diluidos asfálticos.
Mayor impacto ambiental en suelos, agua y aire (Ver ficha ambiental).
7.4.3. Ventajas Alternativa No Convencional
Técnica más segura para el personal por realizarse en frío.
Emisiones mínimas de gases tóxicos dañinos para la salud de los seres vivos (Ver ficha ambiental).
La ejecución del pavimento es más corta (573 días calendario), debido a que se deben realizar menos faenas constructivas.
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Alternativa que no eleva la cota rasante considerablemente, aplicable a proyectos de mejoramiento, rehabilitación y proyectos carreteros que se realizan por etapas o fases.
Explotación mínima de bancos de préstamo debido al reciclaje del material del camino existente.
Impacto ambiental mínimo comparado con otras técnicas de construcción de pavimentos (Ver ficha ambiental).
Controles de calidad y de supervisión menos riesgosos en laboratorio y en campo.
7.4.4. Desventajas Alternativa No Convencional
Disponibilidad de emulsión asfáltica, además del costo elevado de puesta en obra de la misma.
Incremento en los costos de reciclaje con la inclusión de cemento Portland, además del transporte que implicará para trasladarlo a la obra.
Disponibilidad de recicladora apta para un buen desempeño del reciclaje, además del costo elevado de mantenimiento de la misma.
Movilización de la recicladora que implica un costo adicional, por su gran tamaño.
Almacenamiento riguroso de la emulsión asfáltica, para evitar congelamientos o roturas no previstas.
Afinidad del material granular con la emulsión asfáltica, que implica varias pruebas y emulsiones especiales en algunos casos.
Poca experiencia técnica y operacional para la ejecución de esta alternativa en nuestro país, además de poca bibliografía de consulta y normas Bolivianas que no contienen esta metodología.
7.4.5. Conclusiones
Se respondió algunas dudas sobre el uso de la emulsión asfáltica y del procedimiento de reciclaje en frío, proponiendo un diseño en frío que mejora las características estructurales del pavimento además de las funcionales.
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Se evaluó los diseños convencional y no convencional, utilizando los mismos datos de entrada y caracterizando las propiedades resistentes de los materiales con las ayuda de los ensayos de laboratorio. Obteniendo un diseño convencional más económico en el análisis de costos, predominante a la hora de la decisión de la alternativa, debido a la situación económica de nuestro país y departamentos implicados directamente. 7.4.6. Recomendaciones En seguida se detallan las recomendaciones que el proyectista enuncia con la experiencia ganada, en laboratorio y en gabinete, con respecto al uso de un material nuevo (emulsión asfáltica) y los beneficios que se podría lograr si este es usado correctamente:
La inclusión de 1% de cemento Portland a la mezcla con emulsión asfáltica, produce un mejor comportamiento reológico del material, además de una mejor trabajabilidad en laboratorio, lo que se reflejará en campo.
Se debe buscar la emulsión asfáltica adecuada para un determinado tipo de agregado y de trabajo a realizarse, lo cual es fundamental para el éxito del proyecto.
Se debe almacenar correctamente la emulsión asfáltica, evitando su congelamiento en invierno especialmente en el altiplano, almacenándolo en recipientes plásticos protegidos herméticamente, para evitar que la lluvia u otros fluidos se mezclen con el material.
Se recomienda hacer un diseño Marshall modificado para cada tipo de material y emulsión, ya que los resultados varían significativamente para cada caso
No se debe calentar o hacer hervir la emulsión, que a pesar de no ser inflamable, produce gases tóxicos y olores desagradables.
Se debe hacer una análisis exhaustivo de costos, además de Impacto Ambiental para lograr hacer factible la propuesta del reciclado en frío, además de obtener los datos más reales posibles, lo cual se complica en nuestro medio debido a la falta de experiencia en Bolivia, pero son notorios los beneficios técnicos y ambientales que este procedimiento en frío ofrece, los cuales no debemos dejar de lado en el momento de optar por esta alternativa.
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I N D I C E G E N E R A L
CAPITULO 1 ASPECTOS GENERALES
1.1. INTRODUCCIÓN _________________________________________________________ 1 1.2. ANTECEDENTES_________________________________________________________ 8 1.3. UBICACIÓN POLÍTICA Y GEOGRÁFICA ______________________________________ 8 1.3.1. Latitud y Longitud ____________________________________________________ 9 1.3.2. Latitud y Longitud ____________________________________________________ 9 1.3.3. Relieve y Topografía __________________________________________________ 9 1.3.4. Clima ______________________________________________________________ 11 1.3.5. Suelo ______________________________________________________________ 15 1.3.6. Recursos Hídricos ___________________________________________________ 16 1.4. MEJORAMIENTO DE ESTÁNDAR DEL CAMINO _______________________________ 18 1.5. OBJETIVOS Y METAS DEL PROYECTO. _____________________________________ 21 1.5.1. Objetivo General ____________________________________________________ 21 1.5.2. Objetivos Específicos ________________________________________________ 21 1.5.3. Metas ______________________________________________________________ 22
CAPITULO 2 ESTUDIOS PRELIMINARES DEL PROYECTO
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2.1. ESTUDIO DE SUELOS _________________________________________________ 23 2.2. ESTUDIO TOPOGRÁFICO ________________________________________________ 2.3. ESTUDIO DE TRÁFICO __________________________________________________
CAPITULO 3 DISEÑO GEOMÉTRICO
3.1. INTRODUCCIÓN ________________________________________________________ 3.2. CATEGORIA DE CAMINO _________________________________________________ 3.3. CRITERIOS Y RESUMEN DE LOS PARÁMETROS DE DISEÑO ___________________ 3.4. CÁLCULO DE LOS PARÁMETROS DE DISEÑO ________________________________ 3.4.1. Alineamiento Horizontal __________________________________________________ 3.4.2. Distancias de Visibilidad _______________________________________________ 3.4.3. Distancia de Visibilidad de Adelantamiento o Sobrepaso _____________________ 3.4.4. Longitudes mínimas en recta ___________________________________________ 3.4.5. Peralte Máximo y Fricción Transversal ___________________________________ 3.4.6. Radio Mínimo _______________________________________________________ 3.4.7. Longitud Mínima de Espiral de Transición (Le) _____________________________ 3.4.8. Sobreancho en Curvas _______________________________________________ 3.4.9. Alineamiento Vertical ________________________________________________ 3.4.10. Sección Transversal ________________________________________________ 3.5. DESCRIPCIÓN DEL TRAZADO DEFINITIVO _________________________________ 3.6. PLANIMETRIA DEL TRAZO DEFINITIVO ____________________________________ 3.7. ALTIMETRIA TRAZO DEFINITIVO _________________________________________ 3.8. SEÑALIZACIÓN.....................................................................................................................
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3.8.1. SEÑALES.......................................................................................................................
CAPITULO 4 MEJORAMIENTO DE ESTÁNDAR DEL PAQUETE ESTRUCTURAL
4.1. INTRODUCCIÓN __________________________________________________________ 4.2. MEJORAMIENTO DE ESTÁNDAR DE CAMINOS DE BAJO VOLÚMEN DE TRÁFICO 4.2.1. Las Recicladoras Wirtgen (La Recicladora Wirtgen WR 2500 S) _____________ 21 4.3. RECICLAJE IN SITU DEL MATERIAL DEL CAMINO EXISTENTE CON EMULSIÓN ASFÁLTICA _____________________________________________________________ 18 4.4. METODO DE DISEÑO DE MEZCLAS ASFÁLTICAS EN FRIO CON EMULSION ______ 21 4.4.1. Ensayos de Laboratorio ______________________________________________ 21 4.4.2. Cantidad Óptima de Emulsión Asfáltica y Estabilidad de la Mezcla ___________ 21 4.4.3. Variables de Diseño Estructural y Cálculo de Espesores de Capa ____________ 22 4.4.4. Resultados de Diseño Estructural y Resumen de Espesores de Capa ________ 22 4.5. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES DEL DISEÑO DE PAVIMENTOS __________
CAPITULO 5 ANÁLISIS DE COSTOS Y PRECIOS UNITARIOS
5.1. INTRODUCCIÓN _________________________________________________________ 8 5.2. PRECIOS UNITARIOS ______________________________________________________ 5.2.1. Rendimiento de la Recicladora Wirtgen WR 2500S ________________________ 21 5.2.2. Costos Directos _____________________________________________________ 21 5.2.3. Costos Indirectos ____________________________________________________ 22 5.3. COSTOS DE MATERIALES E INSUMOS_______________________________________
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5.4. MANO DE OBRA __________________________________________________________ 5.4.1. Alimentación________________________________________________________ 21 5.4.2. Seguridad Industrial _________________________________________________ 21 5.4.3. Cargas Sociales ____________________________________________________ 21 5.5. MAQUINARIA Y EQUIPO DE CONSTRUCCIÓN _________________________________ 5.5.1. Combustibles, Aceites y Lubricantes ___________________________________ 21 5.5.2. Análisis de Costos Horarios de Equipo y Maquinaria de Construcción _______ 21 5.5.3. Resumen de los Costos Horarios de Equipo y Maquinaria de Construcción ___ 21 5.6. GASTOS GENERALES _____________________________________________________ 5.7. UTILIDADES _____________________________________________________________ 5.8. ANALISIS DE COSTOS Y PRECIOS UNITARIOS ________________________________ 5.9. PRESUPUESTO GENERAL _________________________________________________
CAPITULO 6 ESTUDIO DE IMPACTO AMBIENTAL
6.1. INTRODUCCIÓN __________________________________________________________ 6.2. ANTECEDENTES__________________________________________________________ 6.3. DESCRIPCIÓN ____________________________________________________________ 6.4. FICHA TÉCNICA __________________________________________________________ 6.4.1. Contenido de la Ficha Ambiental ______________________________________ 21 6.4.2. Identificación de las Categorías de Evaluación de Impacto Ambiental ________ 21
CAPITULO 7 ASPECTOS COMPLEMENTARIOS DEL PROYECTO
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7.1. INTRODUCCIÓN _________________________________________________________ 8 7.2. FAENAS CONSTRUCTIVAS DEL PAQUETE ESTRUCTURAL ______________________ 7.3. EVALUACION Y ELECCIÓN DE ALTERNATIVAS ______________________________ 18 7.4. CONCLUSIONES GENERALES DEL PROYECTO ______________________________ 21
www.abc.gob.bo
Servicio Departamental de Caminos (Oruro y Potosí).
Servicio Nacional de Meteorología.
ASTEC (1998), “Fresado y Reciclaje de Pavimentos”, Revista Potencia Vol. 403.
Decoene, (1989), “Réutilisation en place d ‘enrobés bitumineux”,.
Wirtgen (2004), “Asphalt Ricycled Material Manual”, 2º Edición. o
ANEXOS
Plano de Ubicación “Camino Ocurí – Uncía”, Departamento de Oruro.
BIBLIOGRAFÍA
www.abc.gob.bo
Servicio Departamental de Caminos (Oruro y Potosí).
Servicio Nacional de Meteorología.
ASTEC (1998), “Fresado y Reciclaje de Pavimentos”, Revista Potencia Vol. 403.
Decoene, (1989), “Réutilisation en place d ‘enrobés bitumineux”, Centre de Recherches Routières, Bruselas.
Wirtgen (2004), “Asphalt Ricycled Material Manual”, 2º Edición.
ANEXOS ANEXO A
ESPECIFICACIONES TÉCNICAS
ANEXO B
DATOS TOPOGRÁFICOS
ANEXO C
ESTUDIO DE SUELOS
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ANEXO D
ESTUDIO DE TRÁFICO
ANEXO E
ENSAYOS DE LABORATORIO
ANEXO F
MEMORIAS DE CÁLCULO
ANEXO G
PRECIOS UNITARIOS
ANEXO H
PLANOS
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