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GUÍA BÁSICA PARA DISEÑO, PRODUCCIÓN Y COLOCACIÓN DE MEZCLAS ASFÁLTICAS EN CALIENTE


Proyecto preparado como Anexo a Tesis “GUÍA BÁSICA PARA DISEÑO, PRODUCCIÓN Y COLOCACIÓN DE MEZCLAS ASFÁLTICAS EN CALIENTE” Para optar por el título de INGENIERO CIVIL Pontificia Universidad Católica Madre y Maestra Abril 2016 Elaboración ARIEL FRANCISCO RODRÍGUEZ BLANCO 2008-2286 ADRIAN PARACHE NUÑEZ 2010-0761 Diseño y Diagramación LIBRAEL D. HENRÍQUEZ


INDICE CONTENIDO I

II

GENERALIDADES 1. Propósito del diseño de la mezcla asfáltica en caliente...........................................................5 2. Características y limitaciones del método Marshall.........................................................5 3. Propósito de la producción en planta..............5 4. Propósito de la colocación ..............................5

III DISEÑO DE MEZCLA ASFÁLTICA 1. Procedimiento para la preparación de briquetas......................................................11 2. Ensayos requeridos a las probetas por el método Marsall............................................13 3. Análisis de los resultados..............................16

V COLOCACIÓN DE LA MEZCLA

PRELIMINARES DEL DISEÑO DE MEZCLA ASFÁLTICA

1. Selección de los agregados a usar en la mezcla...........................................................7 2. Ensayos de los agregados seleccionados........7 3. Dosificación de los agregados........................8 4. Contenido óptimo de asfalto..........................9

IV PRODUCCIÓN EN PLANTA

1. Tipos de plantas ..........................................21 2. Almacenamiento y manejo de los materiales....................................................21 3. Muestreo de materiales................................22 4. Muestreo de la mezcla en planta..................23 1. Equipos para la colocación......................................25 2. Inspección de superficies aptas para la colocación...25 3. Procedimientos de colocación..................................28 4. Inspección visual ....................................................29 5. Juntas.....................................................................30 6. Compactación.........................................................32 7. Factores que inciden en la compactación ................32 8. Equipos para la compactación.................................33 9. Procedimientos generales de compactación............35 10. Procedimientos específicos de compactación.........37 11. Evaluación de la superficie terminada...................38


I. GENERALIDADES

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I. GENERALIDADES 1.1

Propósito del diseño de mezcla en caliente.

El propósito general del método Marshall es obtener un contenido óptimo de asfalto para la gradación de agregados a utilizar en la mezcla, otros propósitos más específicos son: o Proporcionar información acerca de algunas propiedades que deben estar presente en la mezcla asfáltica en caliente. o Establecer densidades y contenidos de vacíos que se deben cumplir en el proceso de construcción del pavimento.

1.2.2 Limitaciones o Este método se utiliza solo en mezclas asfálticas en caliente de pavimentación en la cual el cemento asfaltico se clasifique por viscosidad o penetración. o El tamaño máximo de los agregados debe de ser 25 mm o 1 pulg.

1.3 Propósito de la producción en planta

1.2

Existen dos tipos de plantas para la producción de mezcla asfáltica en caliente, ambas con el mismo propósito; que es el de proporcionar el contenido óptimo de asfalto y la gradación previamente determinada de agregados a la mezcla.

1.2.1 Características del método

1.4 Propósito de la colocación

Características y limitaciones del método Marshall.

La mezcla asfáltica en caliente ensayada en el laboratorio deberá ser analizada de manera tal, que se pueda determinar su desempeño en la estructura del pavimento. El análisis se enfoca en cuatro características fundamentales de la mezcla, y las posibles incidencias que estas puedan tener en la conducta de la misma. Las cuatro características que debe presentar la mezcla son: o o o o

El propósito de la colocación consiste en lo siguiente: o Garantizar la adecuación de la superficie que va a soportar la carpeta de rodadura. o Una correcta pavimentación en toda la calzada. o Producir una carpeta con una densidad específica, resistencia y estabilidad.

Densidad de la mezcla Vacíos de aire, o vacíos. Vacíos en el agregado mineral. Contenido de asfalto.

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II. PRELIMINARES DEL DISEÑO DE MEZCLA ASFÁLTICA

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II. PRELIMINARES DEL DISEÑO DE MEZCLA ASFÁLTICA 2.1

A

ntes de iniciar con el procedimiento de diseño se deben determinar ciertos parámetros que serán utilizados en el método de diseño Marshall, los cuales son:

2.2

Ensayos de los agregados seleccionados.

Tabla 2.2.1 Ensayos recomendados para la selección agregados según el Instituto del asfalto.

Ensayo Durabilidad

Arena equivalente

Abrasión de los ángeles

Forma de las partículas

Selección de los agregados:

En cualquier método para el diseño de mezcla asfáltica, el primer paso a ejecutar, es seleccionar los agregados que se van a utilizar en el diseño de la mezcla. Luego de esta selección, se deberá realizar un análisis granulométrico a cada uno de los agregados seleccionados. Con estos resultados de granulometría se procede a realizar una combinación tal, que cumpla con los requisitos prescritos en la norma de la ASTM D 3515. de

Designación

Objetivos

AASHTO T-104; ASTM C 88

Determinar la resistencia al desgaste de los agregados.

AAHSTO T-176; ASTM D 2419

Determinar el porcentaje de material arcilloso existente en el agregado fino.

AASHTO T-96; ASTM C 131

Determinar el porcentaje de material grueso que se desprenderá en el proceso de mezclado y compactación.

ASTM D 4791

Recomendaciones acerca de la forma de las partículas dependiendo de las especificaciones del proyecto.

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II. PRELIMINARES DEL DISEÑO DE MEZCLA ASFÁLTICA 2.3

Dosificación de los agregados por el método de tanteo

Observaciones:

El método más sencillo para obtener la combinación optima de agregados, es el método por tanteo, para la utilización de este se utiliza la siguiente formula básica, también conocida como fórmula de trabajo: P = Aa + Bb + Cc…etc. Donde: P = Sumatoria de los porcentajes de materiales que pasan por un tamiz dado, para la combinación de agregados A,B,C, etc. A,B,C,etc. = Material que pasa un tamiz dado, expresado en porciento, para los agregados A,B,C, etc. a,b,c, etc. = Son las proporciones de los agregados A,B,C, etc. Utilizadas en la combinación cuya sumatoria debe ser igual a la unidad.

Antes de iniciar con la dosificación de los agregados es necesario realizar ensayos granulométricos para cada agregado según la norma ASTM D422. Los valores de P deben cumplir con los requisitos ASTM D 3515. Para la verificación de los valores de P se debe construir una curva granulométrica con los límites de la norma ASTM D 3515 y superponer esta con los valores de P, tal y como se muestra en el grafico 2.3.1.

Tabla 2.3.1, Especificaciones ASTM D 3515 para mezclas densas. Mezclas densas Tamaño del tamiz

Designación de la mezcla 2 pulg. (50 mm)

1 ½ pulg. (37.5 mm)

1 pulg. (25.0 mm)

¾ pulg. (19.0 mm)

½ pulg. (12.5 mm)

3/8 pulg. (9.5 mm)

No. 4 (4.75 No. 8 (2.36 No. 16 (1.18 mm) mm) mm)

Graduación de agregado total (Grueso más fino, más filler, si es requerido) Cantidades más finas que cada tamiz de laboratorio (Abertura cuadrada), Peso %

8

2 ½ pulg. (63-mm)

100

2 pulg. (50-mm)

90 a 100

100

1 ½ pulg. (37.5mm)

90 a 100

100

1 pulg. (25-mm)

60 a 80

90 a 100

100

¾ pulg. (19.0-mm)

56 a 80

..

90 a 100

100

½ pulg. (12.5-mm)

35 a 65

56 a 80

90 a 100

100

⅜ pulg. (9.5-mm)

56 a 80

90 a 100

100

No. 4 (4.75-mm)

17 a 47

23 a 53

29 a 59

35 a 65

44 a 74

55 a 85

80 a 100

100

No. 8 (2.36-mm)

10 a 36

15 a 41

19 a 45

23 a 49

28 a 58

32 a 67

65 a 100

95 a 100

No. 16 (1.18-mm)

40 a 80

85 a 100

No. 30 (600µm)

25 a 65

70 a 95

No. 50 (300µm)

3 a 15

4 a 16

5 a 17

5 a 19

5 a 21

7 a 23

7 a 40

45 a 75

No. 100 (150µm)

3 a 20

20 a 40

No. 200 (75µm)

0a5

0a6

1 a 7

2 a 8

2 a 10

2 a 10

2 a 10

9 a 20

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II. PRELIMINARES DEL DISEÑO DE MEZCLA ASFÁLTICA Gráfico 2.3.1, Curva granulométrica teórica.

CURVA GRANULOMÉTRICA TEÓRICA

NOMINAL 1/2" ASTM-D-3515

2.4 Contenido óptimo de asfalto El contenido de asfalto esperado en el diseño, puede ser determinado mediante la siguiente fórmula computacional: P = 0.035a + 0.045b + Kc + F Donde: P = Por ciento aproximado de contenido de asfalto expresado como el por ciento por peso de la mezcla. a = Por ciento del agregado retenido en el tamiz No 8

c = Por ciento del agregado pasante por el tamiz No 200 K = 0.15, para 11-15 por ciento pasante el tamiz No 200 0.18, para 6-10 por ciento pasante el tamiz No 200 0.20, para el 5 por ciento o menos pasante por el tamiz No 200 F = 0 a 2 por ciento, se recomienda utilizar 0.7.

b = Por ciento del agregado pasante por el tamiz No 8 y retenido en el No 200 (Pasante No.8 – Pasante No. 200)

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III. DISEÑO DE MEZCLA ASFÁLTICA

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III. DISEÑO DE MEZCLA ASFÁLTICA 3.1

Procedimiento para la preparación de briqueta

A continuación, se presentan una secuencia de pasos para la preparación de los especímenes de prueba del método Marshall: 1.

Número de muestras necesarias:

Se preparan las briquetas de prueba para un rango del contenido de asfalto. Generalmente el contenido de asfalto se mide por variaciones de 0.5 por ciento, asegurando que cuando menos dos están por debajo del óptimo y dos por arriba, de modo que las curvas obtenidas del resultado indiquen un óptimo bien definido. Se deben preparar tres muestras combinación de asfalto y agregado. 2.

por

3. Determinar la temperatura de mezclado y compactado: Las temperaturas a las que el asfalto debe ser calentado para que produzca una viscosidad cinemática de 170 ± 20 centistokes y 280 ± 30 centistokes, serán las temperaturas a las que se deberán mezclar y compactar respectivamente. 4.

Preparación del molde y martillo:

El molde y martillo deben estar completamente limpios, además se deben calentar en un baño de agua a una temperatura entre 95 °C y 150 °C, también se coloca un pedazo de filtro o papel encerado alrededor del molde antes de colocar la muestra en este.

cada

Preparación de los agregados:

Secar los agregados a 105 °C - 110 °C hasta que estos obtengan un peso constante, es decir hasta que su peso después de secado no varíe. También se debe separar el agregado en diferentes recipientes en seco, en las fracciones de tamaño deseadas. Las fracciones recomendadas son: 25 a 19 mm (1 a 3/4 in) 19 a 9.5 mm (3/4 a 3/8 in) 9.5 a 4.75 mm (3/8 in a No. 4) 4.75 a 2.36 mm (No. 4 a No. 8) Pasante por el tamiz No. 8

5.

Preparación de las mezclas:

El peso de agregado que se debe utilizar para la preparación de cada espécimen es de 2.7 lb, esto para que la altura de las muestras de mezcla compactada resulte de 2.5 ± 0.05 pulg. En el caso de que la altura de las muestras no resulte como la especificada, se deberá de aplicar un ajuste a la masa de agregado utilizada (2.7lb), este ajuste esta dado como sigue: Ajuste de la masa de agregado (AMA) AMA=

(2.5 Peso del agregado utilizado) Altura de la muestra obtenida

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III. DISEÑO DE MEZCLA ASFÁLTICA Las bandejas con los diferentes tamaños de fracciones de agregado se introducen al horno a una temperatura no mayor a 28 °C por encima de la temperatura especificada en el paso tres, luego se introducen estos agregados en un recipiente donde serán mezclados con la cantidad de asfalto requerida a la temperatura de mezcla, como se especificó en el paso número tres. El proceso de mezclado se deberá hacer lo más rápido posible, para que la mezcla pueda tener una distribución uniforme de asfalto.

6.

7.

Compactación briquetas:

los

especímenes

o

Para hacer la compactación de las briquetas en el martillo Marshall, se colocan los moldes en el pedestal de compactación para aplicarle a ambas caras de la muestra, la cantidad de golpes que propone la AASHTO en la tabla 3.1.2. Dependiendo de la categoría del tráfico de diseño, que van desde 35, 50 y 70 golpes para trafico liviano, medio y pesado, respectivamente. Dichos golpes se aplican a una altura de caída libre de 457 mm o 18 pulg. Luego de ser compactadas las muestras, estas son extraídas de los moldes y normalmente se espera hasta el día siguiente hasta que baje la temperatura para empezar a ser ensayadas. Cabe mencionar que no se debe disminuir la temperatura aplicando agua, al menos que las muestras se envuelvan en plástico.

Empaque del molde:

Se coloca la muestra en el molde. Se trata de conseguir una superficie suave y redondeada, esto se logra flotando rigurosamente quince veces la superficie con una espátula caliente. Se debe tener pendiente que la temperatura de compactación de la mezcla debe ser la especificada en el paso tres, de no ser así deberá ser descartada y en últimas circunstancias recalentada.

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de

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III. DISEĂ‘O DE MEZCLA ASFĂ LTICA Tabla 3.1.2, Criterios del Instituto del Asfalto, para el mĂŠtodo Marshall. Criterios para mezcla del mĂŠtodo Marshall

TrĂĄnsito liviano.

TrĂĄnsito Mediano

TrĂĄnsito Pesado

Carpeta y base.

Carpeta y base.

Carpeta y Base

Min.

CompactaciĂłn, numero de golpes en cada cara de la probeta

Max.

Min.

35

Max.

Min.

50

Max. 70

Estabilidad, N

3336

-

5338

-

8006

-

Estabilidad, (lb.)

(750)

-

(1200)

-

(1800)

-

Flujo, 0.25 mm (0.01 pulgadas)

8

18

8

16

8

14

Porcentaje de vacĂ­os

3

5

3

5

3

5

65

75

Porcentaje de vacĂ­os en el agregado mineral (VMA) Porcentajes de vacĂ­os llenos de asfalto (VFA)

Ver tabla 2.2 70

80

65

78

NOTAS 1. Todos los criterios y no solo la estabilidad, deben ser considerados al diseùar una mezcla asfåltica de pavimentación. Las mezclas asfålticas en caliente de base que no cumplan estos criterios, cuando se ensayen a 60 ° C, se consideraran satisfactorias si cumplen con los criterios cuando se ensayen a 38 ° C, y si se colocan a 100 mm o mås por debajo de la superficie. Esta recomendación se aplica solamente a las regiones que tengan una variedad de condiciones climåticas similar a la que prevalece en casi todas las regiones de estados unidos. En las regiones que tengan condiciones climåticas mås extremas puede ser necesario usar temperaturas mås bajas de ensayo. 2. Clasificaciones del transito Liviano Condiciones de transito que resultan en un EAL de diseùo < 104 Mediano Condiciones de transito que resultan en un EAL entre 104 y 106 Pesado Condiciones de transito que resultan en un EAL entre > 106 3.

Los esfuerzos de compactaciĂłn en el laboratorio deberĂĄn aproximarse a la densidad mĂĄxima obtenida en el pavimento bajo el trĂĄnsito.

4.

Los valores de fluencia se refieren al punto donde la carga comienza a disminuir.

5. Cuando se estĂŠ calculando el porcentaje de vacĂ­os, deberĂĄ permitirse cierta tolerancia en la porciĂłn de cemento asfaltico perdida por absorciĂłn en las partĂ­culas de agregados. 6.

3.2

El porcentaje de vacĂ­os en el agregado mineral debe ser calculado con base en el peso especĂ­fico total ASTM del agregado.

Ensayos requeridos a las probetas por el mĂŠtodo Marshall

Los ensayos que se requieren para para el mĂŠtodo Marshall son tres; Gravedad especifica Bulk o densidad de masa, prueba de estabilidad y flujo y por Ăşltimo se hace un anĂĄlisis de las densidades y vacĂ­os. 3.2.1 Gravedad especifica Bulk: Esta densidad se mide determinando el peso de la muestra en agua y en aire utilizando la siguiente formula: đ?&#x2018;&#x160;đ?&#x2018;&#x160;đ?&#x2018;&#x160;đ?&#x2018;&#x160; Gbcm = đ?&#x2018;&#x160;đ?&#x2018;&#x160;đ?&#x2018;&#x160;đ?&#x2018;&#x160; â&#x2C6;&#x2019;đ?&#x2018;&#x160;đ?&#x2018;&#x160;đ?&#x2018;&#x160;đ?&#x2018;&#x160;

Donde: Wa = Peso de la muestra en aire (gramos) Ww = Peso de la muestra en agua (gramos)

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III. DISEĂ&#x2018;O DE MEZCLA ASFĂ LTICA 3.2.3.2 Gravedad especifica aparente: 3.2.2 Prueba de estabilidad y fluencia Esta prueba es realizada introduciendo las briquetas en un baĂąo de marĂ­a, a una temperatura de 60 Âą 1°C o 140 Âą 1.8°F, por un tiempo aproximado de 40 minutos, luego se coloca la briqueta en la mĂĄquina de ensayo Marshall donde a una velocidad constante se le aplicarĂĄ una carga a la muestra hasta provocar su falla, dicha carga a la temperatura especificada anteriormente se registrarĂĄ como el valor de estabilidad Marshall para la muestra correspondiente. En este mismo orden, se tendrĂĄ que ir registrando cuantas deformaciones de 0.01 pulgadas ocurrieron en el prototipo desde que se iniciĂł a aplicar e incrementar la carga, hasta que la carga empiece a disminuir. El nĂşmero de deformaciones ocurridas en ese lapso de tiempo se registrarĂĄ como el valor del flujo.

3.2.3 AnĂĄlisis de densidades y vacĂ­os: Dentro de este anĂĄlisis, se deben determinar una serie de caracterĂ­sticas de la mezcla en el siguiente orden: 3.2.3.1 Gravedad especĂ­fica del agregado:

Gbam =

đ?&#x2018;&#x192;đ?&#x2018;&#x192;đ?&#x2018;&#x192;đ?&#x2018;&#x192;đ?&#x2018;&#x192;đ?&#x2018;&#x192; +đ?&#x2018;&#x192;đ?&#x2018;&#x192;đ?&#x2018;&#x192;đ?&#x2018;&#x192;đ?&#x2018;&#x192;đ?&#x2018;&#x192; +đ?&#x2018;&#x192;đ?&#x2018;&#x192;đ?&#x2018;&#x192;đ?&#x2018;&#x192;đ?&#x2018;&#x192;đ?&#x2018;&#x192;

đ?&#x2018;&#x192;đ?&#x2018;&#x192;đ?&#x2018;&#x192;đ?&#x2018;&#x192;đ?&#x2018;&#x192;đ?&#x2018;&#x192; đ??şđ??şđ??şđ??şđ??şđ??şđ??şđ??ş

+

đ?&#x2018;&#x192;đ?&#x2018;&#x192;đ?&#x2018;&#x192;đ?&#x2018;&#x192;đ?&#x2018;&#x192;đ?&#x2018;&#x192; đ??şđ??şđ??şđ??şđ??şđ??şđ??şđ??ş

+

đ?&#x2018;&#x192;đ?&#x2018;&#x192;đ?&#x2018;&#x192;đ?&#x2018;&#x192;đ?&#x2018;&#x192;đ?&#x2018;&#x192; đ??şđ??şđ??şđ??şđ??şđ??şđ??şđ??ş

Gama =

đ?&#x2018;&#x192;đ?&#x2018;&#x192;đ?&#x2018;&#x192;đ?&#x2018;&#x192;đ?&#x2018;&#x192;đ?&#x2018;&#x192; +đ?&#x2018;&#x192;đ?&#x2018;&#x192;đ?&#x2018;&#x192;đ?&#x2018;&#x192;đ?&#x2018;&#x192;đ?&#x2018;&#x192; +đ?&#x2018;&#x192;đ?&#x2018;&#x192;đ?&#x2018;&#x192;đ?&#x2018;&#x192;đ?&#x2018;&#x192;đ?&#x2018;&#x192;

đ?&#x2018;&#x192;đ?&#x2018;&#x192;đ?&#x2018;&#x192;đ?&#x2018;&#x192;đ?&#x2018;&#x192;đ?&#x2018;&#x192; đ??şđ??şđ??şđ??şđ??şđ??şđ??şđ??ş

+

đ?&#x2018;&#x192;đ?&#x2018;&#x192;đ?&#x2018;&#x192;đ?&#x2018;&#x192;đ?&#x2018;&#x192;đ?&#x2018;&#x192; đ??şđ??şđ??şđ??şđ??şđ??şđ??şđ??ş

+

đ?&#x2018;&#x192;đ?&#x2018;&#x192;đ?&#x2018;&#x192;đ?&#x2018;&#x192;đ?&#x2018;&#x192;đ?&#x2018;&#x192; đ??şđ??şđ??şđ??şđ??şđ??şđ??şđ??ş

Donde: Gama = Gravedad especifica aparente de la mezcla de agregados. Pca, Pfa, Pmf = Por ciento en peso del agregado grueso, fino y material de relleno mineral, respectivamente.

Gaca, Gafa, Gamf = Gravedad especifica aparente del agregado grueso, fino y material de relleno mineral, respectivamente. 3.2.3.3 Gravedad especifica efectiva de los agregados: Observaciones: Como se puede apreciar, la densidad especĂ­fica teĂłrica mĂĄxima es un parĂĄmetro desconocido dentro de la expresiĂłn, para su determinaciĂłn se debe utilizar el mĂŠtodo estĂĄndar de prueba para gravedad especifica teĂłrica mĂĄxima dada en la norma ASTM D 2041. A partir de los valores obtenidos, se calcula el promedio de estos. Finalmente, este valor serĂĄ el utilizado como la gravedad especĂ­fica teĂłrica mĂĄxima para el cĂĄlculo de la gravedad especifica efectiva del agregado.

Gea =

(

100â&#x2C6;&#x2019;đ?&#x2018;&#x192;đ?&#x2018;&#x192;đ?&#x2018;&#x192;đ?&#x2018;&#x192;đ?&#x2018;&#x192;đ?&#x2018;&#x192; 100 đ??şđ??şđ??şđ??şđ??şđ??ş

â&#x2C6;&#x2019;

đ?&#x2018;&#x192;đ?&#x2018;&#x192;đ?&#x2018;&#x192;đ?&#x2018;&#x192;đ?&#x2018;&#x192;đ?&#x2018;&#x192; ) đ??şđ??şđ??şđ??şđ??şđ??ş

Donde: Gbam = Gravedad especifica de los agregados.

Donde: Gea = gravedad especifica de los agregados

Pca Pfa Pmf = Por ciento en peso del agregado grueso, fino y material de relleno mineral, respectivamente.

Gmp = gravedad especifica teĂłrica mĂĄxima de la mezcla de pavimentaciĂłn.

Gbca Gbfa Gbmf = Gravedad especifica del agregado grueso, fino y material de relleno mineral, respectivamente. 14

Pac = porcentaje de asfalto por peso total de la mezcla de pavimentaciĂłn. Gac = gravedad especifica del asfalto.

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III. DISEĂ&#x2018;O DE MEZCLA ASFĂ LTICA 3.2.3.4 Gravedad especifica mĂĄxima de la mezcla de pavimentaciĂłn:

Gmp =

đ?&#x2018;&#x192;đ?&#x2018;&#x192;đ?&#x2018;&#x192;đ?&#x2018;&#x192;đ?&#x2018;&#x192;đ?&#x2018;&#x192; đ??şđ??şđ??şđ??şđ??şđ??ş

100 +

đ?&#x2018;&#x192;đ?&#x2018;&#x192;đ?&#x2018;&#x192;đ?&#x2018;&#x192;đ?&#x2018;&#x192;đ?&#x2018;&#x192; đ??şđ??şđ??şđ??şđ??şđ??ş

Donde: Gmp = gravedad especifica mĂĄxima del concreto asfaltico Pta = por ciento por peso de los agregados en el concreto asfaltico Pac = por ciento en peso del asfalto del concreto asfaltico Gea = gravedad especifica efectiva de los agregados (la cual se mantiene constante para todas las muestras). Gac = gravedad especifica del asfalto 3.2.3.5 Por ciento de absorciĂłn de asfalto: đ??şđ??şđ??şđ??şđ??şđ??ş â&#x2C6;&#x2019;đ??şđ??şđ??şđ??şđ??şđ??şđ??şđ??ş

Paa = 100 * đ??şđ??şđ??şđ??şđ??şđ??şđ??şđ??ş

â&#x2C6;&#x2014; đ??şđ??şđ??şđ??şđ??şđ??ş

* Gac

Donde: Paa = cantidad de asfalto absorbido como un porcentaje del peso total de agregado Gea = gravedad especifica efectiva de los agregados

3.2.3.6 Contenido efectivo de asfalto:

đ?&#x2018;&#x192;đ?&#x2018;&#x192;đ?&#x2018;&#x192;đ?&#x2018;&#x192;đ?&#x2018;&#x192;đ?&#x2018;&#x192;đ?&#x2018;&#x192;đ?&#x2018;&#x192; = đ?&#x2018;&#x192;đ?&#x2018;&#x192;đ?&#x2018;&#x192;đ?&#x2018;&#x192;đ?&#x2018;&#x192;đ?&#x2018;&#x192; â&#x2C6;&#x2019;

đ?&#x2018;&#x192;đ?&#x2018;&#x192;đ?&#x2018;&#x192;đ?&#x2018;&#x192;đ?&#x2018;&#x192;đ?&#x2018;&#x192;

100

â&#x2C6;&#x2014; đ?&#x2018;&#x192;đ?&#x2018;&#x192;đ?&#x2018;&#x192;đ?&#x2018;&#x192;đ?&#x2018;&#x192;đ?&#x2018;&#x192;

Donde: Peac = contenido efectivo de asfalto, en porciento por peso total de asfalto en la mezcla Pta = por ciento por peso de los agregados en el concreto asfaltico Pac = por ciento en peso del asfalto del concreto asfaltico Paa = cantidad de asfalto absorbido como un porcentaje del peso total de agregado 3.2.3.7 Porcentaje de vacĂ­os en los agregados minerales compactados (VMA):

đ?&#x2018;&#x2030;đ?&#x2018;&#x2030;đ?&#x2018;&#x2030;đ?&#x2018;&#x2030;đ?&#x2018;&#x2030;đ?&#x2018;&#x2030; = 100 â&#x2C6;&#x2019;

đ??şđ??şđ??şđ??şđ??şđ??şđ??şđ??ş â&#x2C6;&#x2014; đ?&#x2018;&#x192;đ?&#x2018;&#x192;đ?&#x2018;&#x192;đ?&#x2018;&#x192;đ?&#x2018;&#x192;đ?&#x2018;&#x192; đ??şđ??şđ??şđ??şđ??şđ??şđ??şđ??ş

Donde: VMA = por ciento de vacĂ­os en los agregados minerales compactados Gbcm = gravedad especifica de masa de la mezcla compactada

Gbam = gravedad especifica de los agregados

Pta = por ciento por peso de los agregados en el concreto asfĂĄltico

Gac = gravedad especifica del asfalto

Gbam = gravedad especifica del agregado

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15


III. DISEĂ&#x2018;O DE MEZCLA ASFĂ LTICA 3.2.3.8 Por ciento de vacĂ­os con aire en el concreto asfaltico:

đ?&#x2018;&#x192;đ?&#x2018;&#x192;đ?&#x2018;&#x192;đ?&#x2018;&#x192;đ?&#x2018;&#x192;đ?&#x2018;&#x192; = 100 â&#x2C6;&#x2014;

đ??şđ??şđ??şđ??şđ??şđ??ş â&#x2C6;&#x2019; đ??şđ??şđ??şđ??şđ??şđ??şđ??şđ??ş đ??şđ??şđ??şđ??şđ??şđ??ş

Donde: Pav = por ciento de vacĂ­os en los agregados minerales compactados Gbcm = gravedad especifica de masa de la mezcla compactada Gmp = gravedad especifica mĂĄxima del concreto asfaltico

3.3

3.2.3.9 Porcentaje de vacĂ­os llenos de asfalto (VFA):

VFA = 100 *

đ?&#x2018;&#x2030;đ?&#x2018;&#x2030;đ?&#x2018;&#x2030;đ?&#x2018;&#x2030;đ?&#x2018;&#x2030;đ?&#x2018;&#x2030; â&#x2C6;&#x2019;đ?&#x2018;&#x192;đ?&#x2018;&#x192;đ?&#x2018;&#x192;đ?&#x2018;&#x192;đ?&#x2018;&#x192;đ?&#x2018;&#x192; đ?&#x2018;&#x2030;đ?&#x2018;&#x2030;đ?&#x2018;&#x2030;đ?&#x2018;&#x2030;đ?&#x2018;&#x2030;đ?&#x2018;&#x2030;

Donde: VFA = VacĂ­os llenados con asfalto VMA = por ciento de vacĂ­os en los agregados minerales compactados Pav = por ciento de vacĂ­os en los agregados minerales compactados

AnĂĄlisis de los resultados

Para hacer el anĂĄlisis de los resultados provenientes de los ensayos a las briquetas, se procede a graficar cada uno de ellos con sus respectivos contenidos de asfalto, como se muestra en las siguientes figuras:

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III. DISEÑO DE MEZCLA ASFÁLTICA

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III. DISEÑO DE MEZCLA ASFÁLTICA

18

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III. DISEÑO DE MEZCLA ASFÁLTICA Como se explicó anteriormente, se necesitan tres briquetas de prueba por cada contenido de asfalto, para determinar a cada una de ellas el promedio de los siguientes parámetros; vacíos, vacíos en el agregado mineral, vacíos llenos de asfalto, estabilidad y flujo. Luego, para cada uno estos valores obtenidos y los diferentes contenidos de asfalto, se construyen gráficos mencionados anteriormente donde se aprecia la variación de los parámetros contra cada contenido de asfalto. A partir del gráfico, vacíos contra contenido de asfalto, se seleccionará el contenido de asfalto para el diseño final de la mezcla. Para esto se obtendrá el contenido de asfalto que represente un porcentaje de vacíos del 4%. Con este valor obtenido se intersectan las demás gráficas para determinar los valores de; vacíos en el agregado mineral, vacíos llenos de asfalto, estabilidad y flujo. Finalmente, los valores de los parámetros determinados anteriormente, se deberán comparar con los valores propuestos por el Instituto del Asfalto en la siguiente tabla: Tabla 3.2.1, Porcentaje mínimo de VMA según el Instituto del Asfalto. VMA mínimo, porciento Tamaño máximo de partículas Vacíos de Diseño, por ciento’ mm

pulg.

3.0

4.0

5.0

1.18

No. 16

21.5

22.5

23.5

2.36

No. 8

19.0

20.0

21.0

4.75

No. 4

16.0

17.0

18.0

9.5

3/8

14.0

15.0

16.0

12.5

1/ 2

13.0

14.0

15.0

19.0

3/ 4

12.0

13.0

14.0

25.0

1.0

11.0

12.0

13.0

37.5

1.5

10.0

11.0

12.0

50

2.0

9.5

10.5

11.5

63

2.5

9.0

10.0

11.0

Especificacion Normal para tamaños de Tamices usadas en Pruebas, ASTM E11 (AASHTO M 92)

1

El tamaño máximo nominal de partícula es un tamaño más grande que el primer tamiz que retiene más de 10 por ciento del material. 2

Interpole el VMA mínimo para los valores de vacíos de diseño que se encuentren en los que están citados.

3

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IV. PRODUCCIÓN EN PLANTA

20

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IV. PRODUCCIÓN EN PLANTA

P

ara la producción de la mezcla asfáltica se necesita una instalación de equipos mecánicos y electrónicos los cuales proporcionen el calentamiento, secado y el mezclado de los componentes de la mezcla asfáltica en caliente.

4.1

Tipos de planta:

Debido a que los agregados finos y gruesos deben ser manejados y almacenados con un cuidado diferente, en el caso de los agregados finos, estos requieren un cuidado menos riguroso que los agregados gruesos compuestos de distintos tamaños de partículas, ya que estos últimos pueden presentar segregación en el proceso de apilamiento en forma de cono.

4.1.1 Plantas de dosificación o de producción discontinuas: Las plantas discontinuas son aquellas que producen una cantidad específica de mezcla asfáltica por ciclos de producción, es decir, como su nombre lo indica, la producción de la mezcla no es continua, sino que producen el total de la mezcla en porciones dependiendo de la capacidad de la cámara de mezclado de la planta. 4.1.2 Plantas de tambor o de producción continua: A diferencia de las plantas de producción discontinua, en esta, la producción de la mezcla asfáltica se realiza en un ciclo continuo, es decir que el calentado, secado y mezclado de los materiales es efectuado de manera simultánea dentro del tambor de mezclado.

4.2

Almacenamiento y manejo de los materiales

4.2.1 Agregados: El correcto almacenamiento de los agregados es posible cuando se minimiza la degradación y la segregación, y se puede prevenir la contaminación. Por otra parte, la superficie donde se pretende almacenar o apilar los agregados debe garantizar que estos no se mezclen.

4.2.2 Asfalto En todas las plantas de mezclas asfálticas en caliente se debe prever que la cantidad de asfalto en planta sea suficiente para que la producción no se detenga en ningún momento, considerando un posible tiempo de demora y los ensayos que se deben hacer al asfalto para corroborar las características que este deba ofrecer. Para esto se recomienda tener al menos dos tanques de almacenamiento, uno para producción y otro para reserva. Los tanques de almacenamiento deben cumplir con algunos requisitos tales como: Calibrados: Los tanques de almacenamiento deben ser calibrados para que, en cualquier momento durante la producción, se pueda determinar la cantidad de asfalto disponible. Calentados: Los tanques de almacenamiento deben ser calentados permanentemente para mantener una fluidez la cual sea adecuada para el bombeado a través de las líneas de carga y descarga. Este calentamiento puede efectuarse con electricidad o con la circulación de aceite caliente a través de serpentines, en ninguno de estos casos se debe permitir el contacto directo con el tanque.

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IV. PRODUCCIÓN EN PLANTA Tabla 4.1.1, Especiaciones para muestreo de agregados, Instituto del Asfalto.

4.3

Muestreo de materiales

4.3.1 Agregados Para obtener una muestra representativa de los agregados de una pila, se recomienda tomar porciones de por lo menos una pala de agregado en la parte superior, una en el centro y una en la base. Estas porciones se colocarán en un mismo recipiente para evaluar que tan representativa es la pila de agregado. Por otro lado, el instituto del asfalto recomienda tomar muestras representativas de la correa alimentadora y no de la pila o tolva, como se muestra en la siguiente tabla:

Tamaño Máximo Nominal

Peso mínimo de

de partículas, (Porcentaje que pasa) mm

Agregado Fino

muestras de campoa lb

kg

2.36

No. 8 ………………………….. 10

5

4.75

No. 4 ………………………….. 10

5

Agregado Grueso 9.5

⅜ pulg. ………………………..... 10

5

12.5

½ pulg. …………………………. 20

10

19.0

¾ pulg. …………………………. 30

15

25.0

1 pulg. …………………………. 50

25

37.5

1-1/2 pulg. ………………………. 70

30

50.0

2 pulg. …………………………. 90

40

63

2-1/2 pulg. ………………………. 100

45

75

3 pulg. …………………………....125

60

90

3-1/2 pulg ………………………..150

65

Las muestras para los ensayos deben obtenerse de la muestra en campo mediante un cuarteo, o mediante cualquier otro medio que garantice una porción representativa.

a

4.3.2 Asfalto Los recipientes de donde se toma la muestra representativa de asfalto pueden ser del tanque del camión o del tanque de almacenamiento de la planta, a continuación, se muestra una serie de especificaciones que deben tomarse en cuenta durante el muestreo de asfalto. 1. El tanque de donde se toma la muestra debe tener una válvula especial para muestreo. 2. Antes de tomar una muestra representativa de asfalto se recomienda dejar fluir por la válvula al menos un litro de este material. 3. Para tomar la muestra use un recipiente nuevo, limpio y seco.

22

4. Selle inmediatamente los recipientes con una tapa seca y ajustada, en caso que se derrame material alrededor del recipiente, se debe limpiar rápidamente con una lanilla seca y nunca empapada de ningún solvente. 5. Identificar las distintas muestras en sus respectivos recipientes.

6. Durante el muestreo, el asfalto se encuentra a altas temperaturas, por lo que se debe usar las precauciones de lugar.

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IV. PRODUCCIÓN EN PLANTA 4.4

Muestreo de la mezcla en planta

El muestreo debe ser representativo del total de la muestra de donde fue extraído. Para lograr este objetivo, se procede a tomar muestras, interceptando el chorro para toma de muestra de la planta. Este procedimiento se hará en intervalos de aproximadamente 10 minutos por un tiempo mínimo de una hora, luego el total de muestras extraídas se mezclarán y se cuartearán con el propósito de formar la muestra representativa.

2. Se coloca la mezcla en el recipiente del extractor centrifugo luego de ser calentada, el recipiente se tapa herméticamente y se procede a girar el aparato, al mismo tiempo se ira añadiendo un solvente por la boca del recipiente hasta que este salga limpio y libre de material asfáltico.

3. Se procede a lavar y secar el material pétreo libre de cemento asfaltico, asimismo su pesaje y por diferencia de pesos entre la mezcla y el agregado se determina el porcentaje del contenido de asfalto en función del peso del agregado seco. 4.5 Ensayos durante la producción diaria de la mezcla. Para garantizar que la producción de la mezcla asfáltica se realice en cumplimiento con los requisitos del proyecto, se debe tomar la temperatura de mezclado y realizar una serie de ensayos, los cuales son: 4.4.1 Ensayo de extracción del asfalto en la mezcla. Con el fin de determinar el porcentaje de cemento asfáltico contenido en la mezcla asfáltica luego de ser producida, se utiliza el extractor centrífugo para realizar el ensayo de extracción mediante el siguiente procedimiento: 1. Se obtiene una muestra de la mezcla en producción que se pretende ensayar, en una cantidad comprendida entre 100 y 1000 gr en función de la capacidad del extractor y esta es calentada hasta que el agregado se haya desprendido de la mezcla.

4.4.2 Ensayo de granulometría procesada la mezcla en planta:

luego

de

En esta etapa de control de producción en planta, el ensayo de granulometría se realiza al material pétreo que ha resultado del ensayo de extracción, con el fin de conocer la composición del material pétreo que contiene la mezcla. 4.4.3 Ensayo de la densidad relativa Este ensayo es realizado al material pétreo que ha resultado del ensayo de extracción, para tener un control en la producción sobre la masa de solidos por unidad de volumen libre de vacíos en cada una de sus fracciones. 4.4.4 Prueba Marshall Se deben realizar los ensayos de estabilidad y flujo a la mezcla que está siendo producida en planta tal y como se describe en la sección 3.2.2 de diseño de mezcla asfáltica en caliente.

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23


V. COLOCACIÓN DE LA MEZCLA EN CAMPO

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V. COLOCACIÓN DE LA MEZCLA EN CAMPO 5.1

5.1.4 Pavimentadora

Equipos para la colocación

5.1.1 Camión tolva Este tipo de camión se caracteriza por poseer un deposito metálico de gran capacidad, este depósito tiene la función de transportar los áridos y el concreto asfaltico.

Son máquinas que se encargan de la distribución del asfalto con un espesor deseado y de aplicar una compactación preliminar a la carpeta, a una velocidad de aplicación que oscila entre 1 km/h y 10 km/h.

5.2 Para transportar el concreto asfaltico es necesario cubrir la tolva del camión con un lubricante que evite la adherencia entre la mezcla fresca y el deposito metálico, también es necesario cubrir la mezcla asfáltica con una lona para evitar una rápida disminución en la temperatura de la mezcla. 5.1.2 Camión distribuidor de asfalto Es un camión que cuenta con un tanque aislado con una capacidad variable de 3,000 a 20,000 litros. El tanque aislado consta de un sistema de calentamiento y un irrigador de asfalto para usos en frio o caliente.

Inspección de superficies aptas para la colocación

Las mezclas asfálticas pueden ser colocadas en diferentes tipos de superficies, cada una de estas requieren de cierta preparación previa. A continuación, se presentará cada tipo y cuáles deben ser los detalles en la preparación e inspección que se deben llevar a cabo. 5.2.1 Subrasante: Antes de colocar la mezcla asfáltica encima de la subrasante se deberá inspeccionar los siguientes factores: 1. Se deberá buscar áreas de suelo blando, las cuales deberán de ser corregidas. 2. Hacer revisiones periódicas sobre los límites de tolerancia del perfil transversal y longitudinal de la subrasante. En el caso de que estos perfiles no estén dentro los límites se deberán corregir añadiendo o removiendo material compactado existente. 3. La superficie debe estar libre de partículas sueltas y de acumulaciones de polvo, para esto se deberá barrer con una escoba mecánica o manual.

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25


V. COLOCACIÓN DE LA MEZCLA EN CAMPO 5.2.2 Capa de base Está compuesta por material granular compactado encima de la subrasante. Debe cumplir con las siguientes características: 1. La base requiere una resistencia uniforme y su rasante debe estar dentro de los límites de tolerancia especificados. 2. Debe estar limpia de cualquier tipo de desechos o acumulaciones de polvo. 5.2.3 Pavimento asfáltico existente Cuando una mezcla asfáltica es colocada sobre un pavimento existente, esta es llamada refuerzo de mezcla en caliente. Esto se hace con la finalidad de reforzar, prolongar la vida útil y corregir las imperfecciones superficiales de un pavimento. Preparación del pavimento existente: 1. Reparación de los baches y secciones inestables. 2. Los desniveles en el pavimento deben estar libre de cualquier suciedad para rellenarse con material. 3. En caso de que los desniveles en el pavimento sean profundos, estos deberán ser excavados y sustituidos por material nuevo. 4. En caso de que la base y la subrasante presenten condiciones inapropiadas, se deberá proceder al reacondicionamiento. 5. Se deberán corregir las juntas y las grietas. 6. Las zonas con sobre elevaciones se pueden reparar utilizando una alisadora en caliente o utilizando una fresadora en frío.

26

7. En caso de que la superficie se encuentre deformada, se requiere restablecer la rasante y una correcta sección transversal mediante la construcción de capas de nivelación. 8. Las capas de enrase son parches de concreto asfaltico que se utilizan para alinear las huellas y hundimientos de un pavimento existente, estas deben ser colocadas como sigue:

Espesor (mm)

Numero de capas

Condiciones

75-150

2

-

-

Deberán colocarse en capas compactadas de no más de 75 mm

>150

Cuando se coloquen capas múltiples, se deberán colocar primero las capas de menor longitud. Las demás capas deberán extenderse encima de la capa más corta. 5.2.4 Riego de imprimación: El riego de imprimación disminuye la probabilidad de que ocurra un deslizamiento entre la capa de base y la capa superficial, también ayuda a fijar el material de base bajo las cargas de tránsito, durante la construcción antes de colocarse la primera capa, además protege las capas de base de los agentes climáticos exteriores.

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V. COLOCACIÓN DE LA MEZCLA EN CAMPO En caso de que se aplique un exceso de asfalto diluido en la superficie, esta no podrá absorber todo el material, incluso luego de que haya transcurrido el tiempo normal de curado (24 horas), por lo tanto, este asfalto excedente deberá ser extraído mediante la adición de arena limpia con el fin de impedir que el riego de imprimación genere exudación mediante la mezcla asfáltica. El excedente de arena tendrá que ser removido de la carpeta para garantizar una buena adherencia entre la base y la carpeta asfáltica. A continuación, se presenta una tabla con la cantidad de emulsión que se debe aplicar a un tipo de mezcla en específico: Textura de la superficie de aplicación Densa y bien cerrada Gruesa y/o ligeramente cerrada

Tipo de material asfáltico ser aplicado

Cantidad de aplicación (lt/m2)

Temperatura de aplicación °C

RC-70

0.90 a 2

48 a 106

MC-30

0.90 a 2

30 a 90

MC-70

0.90 a 2

48 a 108

SC-70

0.90 a 2

48 a 108

RC-250

1.5 a 7

72 a 132

MC-250

1.5 a 7

72 a 132

SC-250

1.5 a 7

72 a 132

En la siguiente tabla se ilustran las temperaturas recomendadas por el Instituto del asfalto, para el riego de imprimación:

Tipos y grado de asfalto

Margen de temperaturas °F

SS-1

°C

70-160

(20-70)

70-160

(20-70)

MC-30*

85+

(30+)

MC-70*

120+

(50+)

MC-250*

165+

(175+)

SS-1h CSS-1 CSS-1h

*Las temperaturas de aplicación pueden estar, en algunos casos, por encima de los puntos de inflamación de algunos materiales. Se debe tener mucho cuidado para prevenir una explosión. La temperatura máxima (asfalto diluido) deberá estar por debajo del punto de inflamación gaseoso.

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27


V. COLOCACIÓN DE LA MEZCLA EN CAMPO 5.3

Procedimientos de colocación

La armonía entre el asfaltador y la planta, es de vital importancia para la uniformidad y continuidad de la pavimentación de mezclas asfálticas en caliente, ya que de esta manera se produce una carpeta de rodadura eficaz. 5.3.1 Arreglos del enrasador Cuando la carpeta en colocación tiene una textura i naceptable y un espesor inadecuado se deberán hacer ajustes en el equipo de pavimentación, dichos ajustes deberán ser realizados en pequeñas magnitudes y esperar cierto tiempo para que el enrasador se gradúe completamente. Se deben evitar los ajustes excesivos, ya que estos resultan en un cambio de elevación, siendo estos perjudiciales para la construcción de la junta longitudinal.

5.3.3 Temperatura de la mezcla Aunque la temperatura de la mezcla regularmente se toma en el camión, también es importante revisar la temperatura en la tolva de la pavimentadora, principalmente en las primeras horas del día, porque la temperatura ambiente hace que el aire y la superficie de colocación aun estén fríos. Para tomar la temperatura de la carpeta se debe utilizar un termómetro con vástago e introducir este hasta la mitad del espesor de la carpeta. 5.3.4 Granulometría de los agregados Cuando se utiliza una dosificación incorrecta de los agregaos, esto puede detectarse fácilmente. En el caso de un exceso de agregado grueso, el pavimento puede presentar una superficie de textura áspera y desigual. Por otro lado, cuando se proporciona un exceso de finos en la mezcla, esto puede provocar ondulaciones en la superficie debido a una estabilidad baja. 5.3.5 Pendiente de la calzada

5.3.2 Distribución de la mezcla asfáltica Las capas de mezclas asfálticas no deberán ser colocadas una encima de otra sucesivamente, sin antes colocar la capa del carril paralelo, a una distancia mínima a ambos lados del centro de línea de la carretera de 15 cm. Por otro lado, en una carretera de múltiples carriles, generalmente es conveniente colocar primero, el carril próximo al coronamiento y luego empatar el carril paralelo próximo. 28

Si el pavimento presenta una textura abierta en la parte posterior del asfaltador, se deberá aumentar la pendiente de avance en la parte posterior del enrasador. En caso de que el desgarre de la mezcla se presente en el extremo del carril, es posible que haya un exceso de pendiente en el borde de avance, haciendo que se concentre demasiado material en el centro y muy poco en los extremos. La corrección para esto sería disminuir la pendiente del centro.

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V. COLOCACIÓN DE LA MEZCLA EN CAMPO 5.4

5.4.3 Asentamiento de la mezcla en el camión

Inspección visual

Para tener un mayor control de la mezcla asfáltica a ser colocada, se deberán tomar en cuenta las posibles deficiencias que pueda presentar una carga determinada. A continuación, se presentan señales que indican la posible necesidad de una supervisión más rigurosa a la mezcla. 5.4.1 Humo azul Un indicador de una mezcla sobrecalentada es el afloramiento de humo azul proveniente de la mezcla, de ser así, se hace preciso la revisión inmediata en la temperatura de esta.

Habitualmente la mezcla transportada en el camión presenta forma de cúpula, en caso contrario, es decir cuando la superficie muestre una forma plana es probable que exista un exceso de asfalto o de humedad en la mezcla. Ocasionalmente una mezcla graduada con una cantidad de gruesos muy alta, presenta las mismas características mencionadas, con excepción de la forma de la superficie en el camión. 5.4.4 Exudación En ocasiones se humedece la superficie de carga del camión con combustible (Diésel). Cuando se acumula este material en el recipiente de carga es probable que este se adhiera a la mezcla asfáltica mientras esta es trasportada, provocando en el pavimento, una exudación del asfalto a la superficie. Por lo tanto, una mezcla asfáltica que se contamine de gasoil no podrá ser utilizada y si fue colocada será removida del pavimento. 5.4.5 Vapor ascendente

5.4.2 Apariencia opaca. La mezcla asfáltica en condiciones normales, presenta una superficie de color negro brilloso. Por otra parte, cuando la mezcla presenta un aspecto granular y seco, esto puede ser un indicio de un bajo contenido de asfalto. Este problema también se puede revelar en la superficie de la mezcla colocada mediante la detección de una apariencia parda y sin brillo. Asimismo, estas apariencias pueden indicar un exceso de finos en la mezcla, el cual puede identificarse mediante la supervisión de la textura de la mezcla y determinando si esta se desplaza bajo la acción del compactador.

Al observarse un vapor saliendo de la mezcla cuando esta es depositada en la tolva de la mezcladora, significa una humedad excesiva en la mezcla. 5.4.6 Apariencia dura Cuando la superficie de la carga en el camión de transporte es excesivamente puntiaguda, generalmente es porque la temperatura de la mezcla es baja para ser colocada, en ese caso se procederá a confirmar si la temperatura se encuentra dentro del margen especificado.

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29


V. COLOCACIÓN DE LA MEZCLA EN CAMPO 5.4.7 Contaminación en la mezcla La contaminación en la mezcla asfáltica en ocasiones puede ser corregida si esta no afecta la totalidad de la carga, en caso contrario se deberá votar o rechazar la carga. 5.4.8 Segregación Existen varias maneras de que ocurra el efecto de segregación en la mezcla, por un mal manejo en campo o por otras razones antes de llegar la mezcla al campo, de cualquier forma, una vez identificado el problema se deberá corregir inmediatamente.

5.5

Juntas

Existen dos tipos de juntas en el pavimento flexible, longitudinales y transversales. La construcción adecuada de estas en la terminación del pavimento, es un factor muy determinante en cuanto a la durabilidad de la carpeta asfáltica. 5.5.1 Juntas transversales Las juntas transversales se construyen cuando se presentan los siguientes casos; al finalizar un tramo de una carretera y cuando la pavimentadora reanuda sus labores para la continuación del tramo anteriormente mencionado. Para el primero de estos casos (finalización de un tramo de carretera), el corte a realizar en la carpeta asfáltica debe realizarse de manera vertical, con el propósito de poder colocar la siguiente capa en un ángulo de 90° con respecto a la superficie del pavimento. Para que esto sea posible, el Instituto del Asfalto recomienda el siguiente procedimiento:

30

1) Cuando el equipo de pavimentación coloca la última carga de concreto asfáltico o cuando se esté acercando al lugar donde se construirá la junta transversal, este deberá marchar a una velocidad baja, controlada por el sistema de engranajes del equipo. 2) Cuando la pavimentadora tenga un nivel de almacenamiento por debajo de lo normal en su enrasador, esta deberá detenerse. 3) La pavimentadora es retirada del lugar de trabajo luego de levantar el enrasador. 4) Para obtener un corte vertical limpio, la mezcla asfáltica en el borde del corte deberá ser paleada fuera del pavimento. 5) Se colocará una guardera en la longitud del corte transversal. 6) La mezcla que fue removida del pavimento en el paso 4 se reutiliza para formar una unión más segura. Para el caso en que la pavimentadora reanude un trabajo pausado, el procedimiento a seguir según el instituto del Asfalto es el siguiente: 1) El material que fue utilizado en el paso No. 6 de la sección anterior, deberá ser removido del pavimento junto con la guardera colocada. 2) Se debe inspeccionar la rasante longitudinal en la longitud próxima a la junta transversal. En caso de que la rasante presente algún inconveniente se deberá construir un borde transversal nuevo. 3) Se usará un material ligante en el borde la carpeta que forma la junta transversal.

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V. COLOCACIÓN DE LA MEZCLA EN CAMPO 4) Para el equipo de pavimentación reanudar sus labores, este se colocará en el borde del corte donde se dejará descansar el enrasador. 5) El enrasador de la pavimentadora será calentado una vez se encuentre en el borde del corte transversal. 6) Una vez el enrasador este caliente, se coloca la cantidad de mezcla asfáltica necesaria para lograr una superficie una superficie homogénea entre la carpeta compactada y la que va a ser compactada. 7) La carga que se depositará en la tolva de la pavimentadora cuando esta se encuentre en el borde de la junta, se tendrá que realizar con mucho cuidado para evitar que el camión con la carga no mueva de lugar el enrasador. 8) La pavimentadora se colocará en el engranaje de marcha lenta para iniciar con la pavimentación. 9) Para revisar la nivelación de la superficie de unión se utiliza una regla recta y se procede a retirar el excedente de mezcla del pavimento.

5.5.2.1 Juntas calientes Este tipo de juntas son las que se construyen con dos pavimentadoras trabajando simultáneamente de forma paralela, separados a una distancia específica, el equipo que se encuentra detrás solapa alrededor de 25 a 50 mm de la mezcla colocada por el equipo que se encuentra al frente. Las juntas calientes presentan algunas ventajas como son; las carpetas adyacentes terminan inmediatamente con el mismo espesor, ambos lados de la vía pueden ser compactados simultáneamente, resultando así un pavimento uniforme con la misma densidad. Sin embargo, presenta una desventaja y es que la vía quedará intransitable durante el proceso de construcción. 5.5.3 Juntas frías A diferencia de las juntas calientes, estas se construyen con un solo equipo de pavimentación.

10) Para que una junta transversal sea de buena calidad se debe revisar que tan lisa resulte la superficie luego de compactarse 150 mm de mezcla transversalmente a la junta, si esta presenta una lisura adecuada, se procede a seguir compactando la superficie en anchos de 150 a 300 mm hasta que el ancho de la pavimentadora resulte sobre la mezcla nueva.

5.5.3.1 Consideraciones

11) Se debe verificar que las juntas no presenten desniveles relativos entre las superficies de estas, en caso contrario será necesario aplicar o remover material de la nueva carpeta, para lo cual es preferible que se encuentre a una temperatura que permita una manejabilidad adecuada.

• Al igual que en la junta caliente el segundo carril se solapará al menos 25 a 50 mm sobre la primera carpeta.

5.5.2 Juntas longitudinales Estas juntas se construyen para unir carpetas adyacentes a lo largo de un pavimento, las cuales pueden ser; juntas calientes y juntas frías. A continuación, se describirán ambos tipos de juntas y como estos deben ser construidos.

• Que luego de colocarse el primer carril se deberá asegurar que el carril adyacente este limpio y libre de cualquier maleza. •

Aplicar un material ligante en la junta.

• cuando se coloque el segundo carril este se deberá compactar de manera tal que no exista ninguna diferencia de nivel entre ambos carriles. • El agregado grueso deberá ser extraído de la junta con el fin de que prevalezca el agregado fino para que se comprima enérgicamente durante la compactación.

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V. COLOCACIÓN DE LA MEZCLA EN CAMPO 5.6 Compactación La compactación proporciona un aumento en la densidad de la mezcla pavimentada. Al aumentar la densidad de la mezcla de un 3 a un 5 por ciento en porcentaje de vacíos, la estabilidad en el concreto asfáltico también aumenta. Para asegurar una densidad adecuada en campo, usualmente se estipula el espesor de la carpeta y el número de pasadas del equipo de compactación, ya que, por medio de los procedimientos para determinar el peso unitario y el porcentaje de vacíos de la mezcla compactada, tomaría un tiempo muy prolongado para hacerse en campo 5.6.1 Procesos para el control de densidad en campo. • Por medio de los procedimientos para determinar el peso unitario y el porcentaje de vacíos de la mezcla compactada, pero tomaría un tiempo muy prolongado para hacerse en campo. • Uso de mecanismos nucleares, tales como los usados para medir la densidad de los suelos, como lo es el densímetro nuclear.

5.7

Factores que inciden en la compactación

5.7.1 Propiedades de la mezcla Como se ha explicado en secciones anteriores, la mezcla asfáltica está compuesta por material pétreo y asfalto, es por esta razón que las propiedades de estos y la temperatura de compactación en la mezcla, deben ser parámetros a considerar para escoger un proceso específico de compactación, ya que afectan de manera pronunciada la trabajabilidad en la mezcla. 32

5.7.1.1 Características de los agregados que afectan la trabajabilidad • Cuando la proporción de agregado grueso aumenta en la granulometría • Cuando la textura de la superficie del a gregado es áspera. Para lograr la densidad de referencia cuando la trabajabilidad disminuye, se necesita un esfuerzo mayor en la compactación. Una mezcla con una gran cantidad de arena provoca una alta trabajabilidad y al mismo tiempo una estabilidad pobre. Este tipo de mezcla puede deformarse y deteriorarse con facilidad bajo los esfuerzos impuestos por la carga de tránsito. El relleno mineral utilizado en las mezclas con grandes proporciones de arena, provoca repercusiones positivas respecto a las propiedades desfavorables que ocasionan las arenas en la mezcla asfáltica, sin embargo, el exceso de este material puede convertir la mezcla en gomosa siendo esta difícil de compactar. 5.7.1.2 Asfalto El asfalto en la compactación se comporta como un aceite lubricante entre las partículas de agregado a una temperatura por encima de 85 ° C, con el propósito de que el material pétreo pueda acomodarse fácilmente durante el proceso de compactación. Una gruesa película de asfalto en la mezcla provoca una fácil compactación, debido a que, con un mayor contenido de asfalto, existe mayor lubricación entre las partículas.

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V. COLOCACIÓN DE LA MEZCLA EN CAMPO 5.7.1.2

Temperatura de mezclado

5.8

La temperatura máxima a la que se debe mezclar y compactar es de 163 ° C, pero la mínima de compactación es de 85 ° C, en este rango la temperatura más adecuada para iniciar el proceso de compactación es aquella a la que la mezcla pueda soportar el equipo de compactación sin que se presente ningún desplazamiento horizontal. Una de las fallas más comunes debido a temperatura en la compactación es el agrietamiento por calor, generalmente esta falla ocurre cuando la carpeta es colocada en capas delgadas de mezcla y dependiendo de la posición de los neumáticos directores del equipo de pavimentación. 5.7.2 Efectos ambientales La temperatura a la que se encuentre la superficie donde se va a colocar la mezcla, la humedad y la temperatura ambiental son factores que pueden acelerar el enfriamiento de la mezcla, provocando una aceleración en el proceso de compactación. 5.7.3 Espesor de la capa

Equipos para la compactación

Para la compactación de pavimentos flexibles, generalmente se utilizan equipos de compactación con neumáticos, siempre y cuando el espacio lo permita. En lugares donde los equipos pesados de compactación no tengan acceso, se pueden utilizar compactadores manuales, pero nunca de remolque. A continuación, se presentan los tres tipos de compactadores típicos: 5.8.1 Ruedas neumáticas: Este tipo de compactadora posee dos ejes tándem. En el eje delantero cuentan con 3 o 4 neumáticos de caucho y en el eje trasero con 4 o 5 neumáticos del mismo material. Deben tener una superficie lisa y una presión de aire igual en todas las ruedas del eje, teniendo un límite en la diferencia de presión entre cada goma igual a 35Kpa, de este modo todas las ruedas podrán aplicar una presión uniforme sobre la mezcla.

En caso de que la mezcla asfáltica esté siendo colocada en lugares que presenten condiciones climatológicas, las cuales disminuyan la temperatura de la mezcla rápidamente o cuando se requiera una alta estabilidad y que sean difíciles de compactar, se recomienda utilizar grandes espesores en la capa de mezcla compactada, para que así, esta pueda mantener temperaturas elevadas por un tiempo mayor al de aquellas que fuesen colocadas con espesores menores.

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V. COLOCACIÓN DE LA MEZCLA EN CAMPO Algunos requerimientos según el Instituto del Asfalto para las compactadoras de ruedas neumáticas cuando estas son utilizadas en la primera compactación y en la compactación intermedia son los siguientes: •

Un peso de rueda de 1350 a 1600 Kg

• Una presión de rueda de 480 a 520 Kpa cuando la rueda está fría. • Una presión de rueda de 620 Kpa cuando la rueda está caliente. •

Un diámetro mínimo de rueda de 510 mm.

En el caso de que las compactadoras neumáticas se utilicen para el amasamiento de la carpeta asfáltica en la superficie, es favorable contar con los siguientes requisitos: • Un peso mínimo de rueda de 680 Kg. • Una presión de rueda de 345 y 415 Kpa. • Un diámetro mínimo de rueda de 380 mm. 5.8.2 Tándem de ruedas de acero Las compactadoras de ruedas de acero tienen un peso que va desde 3 hasta 14 toneladas, con un dispositivo de lastre que proporciona un mayor peso a los rodillos de acero. Las compactadoras tándem utilizadas comúnmente en la construcción de calles y pavimentos de tráfico denso deben cumplir con un peso bruto mínimo de 10 toneladas

Estos equipos de compactación también deben cumplir con que el rodillo impulsor de la máquina, cuando sea utilizado tanto en las pasadas primarias como en las intermediarias, proporcione 4,500 Kg por metro lineal de ancho. Otros requisitos que debe cumplir el rodillo de acero, es que sus bordes no presenten ningún tipo de desgaste o corrosión y en caso de que las raederas o las almohadillas húmedas muestren un desgaste excesivo, deberán ser reemplazados antes de iniciar el proceso de compactación. 5.8.3 Compactadoras vibratorias Este tipo de compactadora cuenta con rodillos vibratorios comúnmente conocidos como tambores. En la compactación de pavimento flexible existen dos modelos de compactadora automotriz, ambas con un peso que varía desde 7 hasta 17 toneladas. Por otra parte, para la compactación de un pavimento flexible, la frecuencia de vibración de los rodillos se encuentra en un rango de 2000 a 3000 vibraciones por minuto (vpm). Las mezclas asfálticas arenosas, por lo general son colocadas en capas de espesor pequeño, esto implica que, al usar tambores vibratorios para la compactación, estos apliquen una energía con una magnitud la cual no puede ser absorbida por la carpeta, sino, que atraviesa todo el espesor de la capa y rebota en la superficie de colocación de la carpeta provocando que la energía de compactación penetre nuevamente la carpeta asfáltica en sentido opuesto, causando que la capa pierda compactación. La velocidad límite a la que se debe compactar la mezcla asfáltica cuando se utilizan compactadoras de ruedas de acero o de ruedas neumáticas, es de 5 kilómetros por hora (kph).

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V. COLOCACIÓN DE LA MEZCLA EN CAMPO 5.9

Procedimientos generales de compactación

5.9.1 Franja de prueba Es un método eficiente para establecer cuál debe ser el patrón de compactación a seguir para cumplir con los requisitos de densidad requerida, calidad de superficie y lograr una producción eficiente con los equipos disponibles, en la mayoría de casos donde se establecen franjas de prueba se han logrado todos los requisitos de compactación y producción. El patrón de compactación determinado por la franja de prueba es utilizado con el fin de determinar si un equipo de compactación es suficiente para alcanzar la densidad de referencia antes de que la mezcla disminuya su temperatura hasta 85 ° C, o si es necesario incursionar una compactadora adicional al tramo.

5.9.2 Secuencia compactación Esta

secuencia

de se

operaciones

divide

en

tres

en

la

etapas:

1. Compactación inicial: Se refiere a la primera pasada que realiza la pavimentadora luego de ser colocada la capa de mezcla. 2. Compactación intermedia: Son todas las pasadas posteriores a la primera, hasta alcanzar la densidad requerida antes de que la capa de mezcla disminuya su temperatura a 85 ° C. 3. Compactación final Esta compactación se realiza con el propósito de proporcionar un mejor acabado a la superficie y para desaparecer cualquier huella dejada por la pavimentadora.

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V. COLOCACIÓN DE LA MEZCLA EN CAMPO A continuación, se presenta en forma de tabla la secuencia de compactación de las partes de la carpeta según la condición de la misma Condición

Carpeta delgada, espesor compactado menor que 100 mm

Partes de la carpeta Juntas transversales Borde exterior Compactación inicial, comenzando en el lado bajo y avanzando hacia el lado alto. Compactación intermedia, comenzando el lado bajo y avanzando hacia el lado alto. Compactación final

Juntas transversales Juntas longitudinales Borde exterior Pavimentando en escalón, empalmando Compactación inicial, comenzando en el lado bajo y avanzando hacia el lado alto. un carril existente Compactación intermedia, comenzando en el lado bajo y avanzando hacia el lado alto. Compactación final Juntas transversales Compactación inicial, se comienza a una distancia de 300 a 380 mm del borde bajo sin soportar y avanzando hacia al otro borde. Capas gruesas, espesor Borde exterior. La compactadora deberá avanzar hacia el borde extecompactado mayor rior no confinado en incrementos de 100 mm en pasadas consecutivas, que 100 mm cuando se encuentre a 300 mm, o menos, del borde. Compactación intermedia, comenzando en el lado bajo y avanzando hacia el lado alto. Compactación final Juntas transversales Juntas longitudinales Compactación inicial, comenzando en junta longitudinal y progresando hacia el borde exterior. Pavimentando en Borde exterior. La compactadora deberá avanzar hacia el borde exteescalón, empalmando rior no confinado en incrementos de 100 mm en pasadas consecutivas, un carril existente cuando se encuentre a 300 mm, o menos, del borde. Compactación intermedia, comenzando en el lado bajo y avanzando hacia el lado alto Compactación final

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Secuencia de compactación 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 6 1 2 3

4 5 1 2 3 4

5 6


V. COLOCACIÓN DE LA MEZCLA EN CAMPO 5.10 Procedimientos específicos de compactación Se hace necesario tener un concepto más específico sobre cómo realizar cada una de las actividades de compactación en todas las áreas del pavimento. 5.10.1 Juntas transversales: En la compactación de las juntas transversales el Instituto del Asfalto recomienda seguir el siguiente procedimiento: 1. Si la junta está siendo construida en un carril contiguo, se compactará unos cuantos metros de la junta en sentido longitudinal del tramo con una compactadora estática de ruedas de acero. 2. Se corrige la superficie con regla recta y si es necesario, corregir errores o imperfecciones. 3. Compactar la junta en el sentido transversal del tramo colocando el ancho de la rueda encima del material recién colocado y compactado, pero dejando al menos 150 mm sin compactar. Este proceso se repite hasta cubrir todo el ancho de la junta transversal. Observaciones: Se deben colocar tablones en el borde exterior en forma de guarderas, en caso que no se coloquen los tablones, la compactadora deberá terminar la compactación de la junta a una distancia de 150 a 200 mm del borde exterior. 5.10.2 Juntas longitudinales: Para compactar las jutas longitudinales del pavimento, se utilizan equipos de compactación con tambores o con neumáticos, estos pueden ser vibratorios o estáticos. Para cada uno de ellos el Instituto del Asfalto propone un procedimiento diferente y algunas objeciones a considerar.

A continuación, se explica cada procedimiento para los distintos equipos:

1. El uso de compactadores neumáticos o de rueda de acero, ambos estáticos, para la compactación de la junta longitudinal, solamente se permite si cumplen con el siguiente requisito; que el ancho de la rueda en la primera pasada ocupe solamente 150 ó 200 mm encima de la capa de mezcla recién colocada, el resto de la rueda se encuentra en la carpeta previamente colocada y compactada. 2. Cuando se utilizan compactadoras vibratorias, el procedimiento es prácticamente inverso, ya que, 150 ó 200 mm del ancho de la rueda se encontrará en la capa de mezcla previamente colocada y compactada, y el resto del ancho estará encima de la capa de mezcla nueva.

5.10.2.1 Compactación de bordes Los bordes deberán ser compactados al mismo tiempo que se compacte la junta longitudinal, esta condición no aplica en el caso de que la compactación sea en escalón, es decir, cuando ambos carriles estén siendo compactados simultáneamente y cuando se esté pavimentando capas de mezclas asfálticas de gran espesor. Por otro lado, para la compactación de los bordes, las ruedas de las compactadoras se deberán desplazar 50 o 100 mm hacia afuera del extremo de la superficie. 5.10.2.2 Compactación Inicial Para las primeras pasadas de compactación en el pavimento es recomendable iniciarlo en el borde más bajo del tramo, esto porque generalmente las mezclas calientes suelen desplazarse hacia este extremo en el proceso de compactación, este proceso también es válido cuando se colocan carriles contiguos, sólo que en este caso los bordes se compactaran luego de terminarse con la junta longitudinal. Para la compactación inicial se utilizarán compactadoras de ruedas de acero, estáticas o vibratorias.

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V. COLOCACIÓN DE LA MEZCLA EN CAMPO 5.10.2.3 Compactación intermedia Se adoptará el mismo patrón que para la compactación inicial, independientemente de las compactadoras que se utilicen. El inicio del proceso de compactación intermedia debe ser inmediatamente culminen las primeras pasadas de compactación, para lograr la densificación requerida antes de que la temperatura de la mezcla descienda hasta 85 ° C. que es la temperatura mínima para lograrlo. 5.10.2.4 Compactación final

A continuación, se conceptualizan los criterios mencionados anteriormente: 5.11.1.1 Textura superficial Las causas de los defectos en la textura superficial vienen dadas por errores en el mezclado, en el manejo, en la colocación o en la compactación. Cuando los errores ocurren en el mezclado, en la colocación o en el manejo inapropiado, la carpeta deberá ser removida antes de ser compactada.

Esta compactación se realiza con el propósito de proporcionar un mejor acabado a la superficie y para desaparecer cualquier huella dejada por la pavimentadora, la misma se realizará con ruedas de acero estáticas tándem y con ruedas vibratorias, pero sin aplicar vibración.

Por otro lado, si el error ocurre durante la compactación, es posible que se puedan corregir adicionándole a la carpeta algunas pasadas con la com pactadora, en caso de que aún se perciban defectos, se colocarán algunas capas de mezcla caliente y se compactara antes de que la capa de soporte disminuya su temperatura hasta 85 ° C.

5.10.2.5 Compactación de áreas inaccesibles

5.11.1.2 Tolerancia de la superficie

Estos espacios serán compactados con equipos de compactación de mano, como las placas vibratorias que por lo general cuentan con un área de 0.1 y 0.3 m2.

Para medir la lisura de la superficie se utiliza una regla recta, la cual posee una longitud de tres metros, esta es colocada perpendicularmente a la línea central de la superficie y la variación de lisura en la superficie no deberá exceder los 6 mm. Cuando la regla es colocada de manera paralela a la línea central, la diferencia de lisura no excederá los 3 mm. Otra forma de medir la tolerancia es, dejando rodar una regla con rodamientos a lo largo de la superficie, la cual registra las variaciones de la superficie.

5.11 Evaluación de la superficie terminada El desempeño que se haya logrado en los procesos de compactación es lo que garantiza la eficacia del pavimento terminado, por lo que se hace preciso la verificación de este. 5.11.1 Requisitos de aprobación La textura superficial, la tolerancia de la superficie y la densidad son los conceptos principales para calificar la aprobación de una superficie terminada en concreto asfáltico. 38

Luego estas variaciones se suman y se reportan como aspereza de la superficie en unidades de milímetros por hora.

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V. COLOCACIÓN DE LA MEZCLA EN CAMPO 5.11.1.3 Densidad La densidad de aprobación en campo es la que resulta en un porcentaje de una las siguientes: Porcentaje de la densidad de laboratorio: Este método generalmente es aplicado en grandes obras donde existen laboratorios de campo, en este caso las pruebas se hacen usualmente para la producción diaria, la densidad de referencia será entonces el promedio de cuatro o más briquetas ensayadas con mezclas provenientes de la carga entregada por los camiones en campo, con una temperatura próxima a la del asfaltador sin poder recalentar la mezcla, además el número de golpes por cara de la briqueta deberá ser igual al utilizado en el diseño.

Si la densidad de la sección o densidad de referencia no cumple con los limites propuestos por el Instituto del Asfalto, los cuales son, que, si la densidad de la sección es menor que el 92 por ciento de la densidad máxima teórica o el 96 de la densidad de laboratorio, la densificación no será adecuada. En caso de que la densidad de referencia no cumpla con estos límites se deberá construir otra sección de prueba corrigiendo la temperatura de compactación y su procedimiento, y los equipo utilizados.

Porcentaje de la densidad máxima teórica: La norma AASHTO T 209 es la que se utiliza para obtener esta densidad. Se procede a determinar el peso unitario de la muestra de mezcla cuando esta es compactada hasta lograr que esta no contenga vacíos. Densidad de la sección de prueba: Esta densidad será determinada tomando muestras en el tramo de prueba en puntos aleatorios, dichas muestras serán ensayadas para determinar su densidad, entonces la densidad de la sección de prueba será un promedio de estas.

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Guia Basica para diseño, producción y colocación de mezclas alfáticas en caliente.  

Guia para Tesis de estudiantes de Ingenieria Civil de la Pontificia Universidad Católica Madre y Maestra

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