Diseño de Pavimento

Republica Bolivariana De Venezuela Ministerio Del Poder Popular Para La Educación Superior I.U.P. “Santiago Mariño” Sede Barcelona Edo Anzoátegui

Bachiller: Roxana Fuentes C.I. 24494943 Barcelona, julio de 2015

Contenido Introducción............................................................................................................ 3 Diseño de Pavimento................................................................................................. 4 Método AASHTO - Diseño por método AASHTO...............................................4 Elementos que Constituyen el Pavimento Rigido...........................................................6 Uso del Pavimento Rígido....................................................................................... 7 Ventajas y Desventajas del Pavimento Rígido...............................................................7 Diferencias entre Pavimento Rígido y Pavimento Flexible................................................8 Factores de Diseño.................................................................................................... 9 Cargas Equivalentes............................................................................................... 9 Ecuación de Diseño............................................................................................. 10 CBR de Diseño................................................................................................... 11 Número de Repeticiones de Cargas Equivalentes.........................................................11 Periodo de Diseño............................................................................................... 11 Factores que intervienen en el diseño de pavimentos de acuerdo a la localización, condiciones topográficas, geología, clima, vegetación y factores geotécnicos......................................12 Concreto Asfáltico............................................................................................. 12 Tipos de Concreto Asfáltico............................................................................13 Propiedades que requiere una mezcla asfáltica:............................................14 Diseño de Mezcla........................................................................................... 14 Ensayos que de Realizan a los Agregados y Mezclas Asfálticas.....................15 El Procedimiento de Diseño Comprende las Siguientes Partes Principales:. . .17 Conclusión........................................................................................................... 19

Introducción En Venezuela como en países de todo el mundo el diseño de los pavimentos es de suma importancia del cual se deben tomar en cuenta diversos factores como lo son las cargas equivalentes que están constituidas por una carga distribuida, igualmente como lo es la ecuación de diseño según el método venezolano, donde nos resulta el numero de aplicaciones de carga y se determinan los espesores de la capa. De igual manera el ensayo que mide la resistencia al corte CBR, bajo las condiciones de humedad y densidad controladas, dentro de los cuales el periodo de diseño nos indica el tiempo de vida útil del pavimento que dependerán de todos los factores que intervienen en el diseño y de acuerdo al mantenimiento que se le de al pavimento.

Diseño de Pavimento Los dos métodos de diseño descritos en este Sistema de Diseño de Pavimentos de Concreto, el de la American Association of State Highways and Transportation Officials (AASHTO) y el de la Portland Cement Association (PCA) corresponden a los métodos de diseño de espesores de pavimentos más ampliamente usados a nivel mundial. Por este motivo se ha decidido incluir ambos métodos en el Sistema Pavimentos de Concreto.

Método AASHTO - Diseño por método AASHTO

a. Prueba de pavimentación AASHTO

El método de diseño de espesores de pavimentos rígidos esta basado en los resultados obtenidos de la prueba de carreteras concebida y promovida gracias a la organización que ahora conocemos como AASHTO para estudiar el comportamiento de estructuras de pavimento de espesores conocidos, bajo cargas móviles de magnitudes y frecuencias conocidas y bajo el efecto del medio ambiente en secciones conocidas de pavimentos rígidos y flexibles. La planeación empezó en 1951, la construcción del proyecto comenzó en 1956 muy cerca de Ottawa, Illinois. El tráfico controlado de la prueba se aplicó de octubre de 1958 a noviembre de 1960 y el método estuvo listo para 1961.

b. Formulación del método de diseño

El objetivo principal de las pruebas consistía en determinar relaciones significativas entre el comportamiento de varias secciones de pavimento y las cargas aplicadas sobre ellas, o bien para determinar las relaciones significativas entre un número de repeticiones de ejes con cargas, de diferente magnitud y disposición, y el comportamiento de diferente espesores de pavimentos, conformados con bases y sub-bases, colocados en suelos de características conocidas.

En total se examinaron 368 secciones de pavimento rígido y 468 secciones de pavimento flexible.

Las mediciones físicas de las secciones de prueba se transfirieron a fórmulas que podían dar nuevamente valores numéricos de capacidad de servicio. Estos valores graficados contra las aplicaciones de carga forman una historia de comportamiento para cada sección de prueba que permiten la evaluación de cada uno de los diversos diseños.

c. Evolución de la guía AASHTO

Aproximadamente después de un año de terminar la prueba AASHO para 1961 salió publicada la primer “Guía AASHO para Diseño de Pavimentos Rígidos y Flexibles”. Posteriormente para 1972 se realizó una revisión y se publicó como la “Guía AASHTO para Diseño de Estructuras de Pavimento - 1972″. Para 1981 se hizo una Revisión al Capítulo III, correspondiente al Diseño de Pavimentos de Concreto con Cemento Portland. Para 1986 se publicó una revisión de la “Guía para el Diseño de Estructuras de Pavimento”. En 1993 se realizó una Revisión del Diseño de Sobrecarpetas de pavimento. Para 1998 se publicó un método alternativo para diseño de pavimentos, que corresponde a un “Suplemento a la guía de diseño de estructuras de pavimento”.

d. Variables del método de diseño

Las variables que intervienen en el diseño de los pavimentos constituyen en realidad la base del diseño del pavimento por lo que es necesario conocer las consideraciones más importantes que tienen que ver con cada una de ellas para así poder realizar diseños confiables y óptimos al mismo tiempo.

Variables de diseño de Pavimentos Rígidos: Espesor. Serviciabilidad (inicial y final). Tráfico (ejes equivalentes). Transferencia de carga. Propiedades del concreto (módulos de

ruptura y elasticidad). Resistencia de la subrasante (módulo de reacción). Drenaje. Confiabilidad (confiabilidad y desviación estándar).

Método PCA Diseño por método PCA

a. Formulación del método El método de diseño de la Portland Cement Association es exclusivamente un método de diseño desarrollado para pavimentos de concreto. Teniendo como base el conocimiento de varias teorías de pavimentos como Westergaard, Picket and Ray así como de elementos finitos. También la experiencia en el comportamiento de varias pruebas e investigaciones como la Arlington Test y diversos proyectos de la misma PCA. Y derivado de lo anterior se generó finalmente este método de diseño.

Parte del método fue desarrollado interpretando los resultados del modelo de elementos finitos basados en el comportamiento de una losa de espesor variable y dimensiones finitas (180 x 144 pulgadas) a la cuál se le aplicaron cargas al centro, de borde y de esquina, considerando diferentes condiciones de apoyo y soporte.

El método de diseño de la PCA considera dos criterios de evaluación en el procedimiento de diseño, el criterio de erosión de la sub-base por debajo de las losas y la fatiga del pavimento de concreto.

El criterio de erosión reconoce que el pavimento puede fallar por un excesivo bombeo, erosión del terreno de soporte y diferencias de elevaciones en las juntas. El criterio del esfuerzo de fatiga reconoce que el pavimento pueda fallar, presentando agrietamiento derivado de excesivas repeticiones de carga.

A diferencia del método AASHTO el método de diseño PCA, consideró un valor fijo de módulo de elasticidad del Concreto (Ec) = 4’000,000 psi que no lo hizo variar en relación con la resistencia a la flexión del concreto (MR), así como tampoco varió el coeficiente de poisson de 0.15. Este método considera algunas limitaciones en los valores de módulo de reacción K del suelo, en donde el rango de valores para los que el método fue desarrollado oscila entre los 50 y 700 pci.

Una ventaja que se debe reconocer en el método del PCA es que toma el tráfico real que estima circulará sobre el pavimento, sin convertirlo Ejes Sencillos Equivalentes.

b. Variables

Las variables que intervienen en el diseño son: Espesor Inicial del Pavimento. Módulo de Reacción K del suelo. Tráfico. Transferencia de Carga y Soporte Lateral. Propiedades del Concreto. Módulo de Ruptura (Considera una reducción del 15% por seguridad). Módulo de Elasticidad Fijo = 4,000,000 psi. Módulo de Poisson Fijo = 0.15.

Comparativa entre los métodos de diseño

Ambos métodos de diseño son apropiados para el diseño de espesores de pavimentos rígidos en cualquier tipo de proyecto, sin embargo el método AASHTO hace intervenir un mayor número de variables que nos ayudan a modelar de mejor manera las condiciones del proyecto al momento de estar diseñando su espesor. Los resultados del método de la PCA son adecuados para cualquier tipo de proyecto a pesar de que no se puedan tomar en cuenta algunos factores importantes como lo son la serviciabilidad inicial y final. En cambio considera de una manera más real la contribución del tráfico en la formulación

Elementos que Constituyen el Pavimento Rigido Subrasante Es la capa de terreno de una carretera que soporta la estructura de pavimento y que se extiende hasta una profundidad que no afecte la carga de diseño que corresponde al tránsito previsto. Esta capa puede estar formada en corte o relleno y una vez compactada debe tener las secciones transversales y pendientes especificadas en los planos finales de diseño. El espesor de pavimento dependerá en gran parte de la calidad de la subrasante, por lo que ésta debe cumplir con los requisitos de resistencia, incompresibilidad e inmunidad a la expansión y contracción por efectos de la humedad, por consiguiente, el diseño de un pavimento es esencialmente el ajuste de la carga de diseño por rueda a la capacidad de la subrasante. Subbase Es la capa de la estructura de pavimento destinada fundamentalmente a soportar, transmitir y distribuir con uniformidad las cargas aplicadas a la superficie de rodadura de pavimento, de tal manera que la capa de subrasante la pueda soportar absorbiendo las variaciones inherentes a dicho suelo que puedan afectar a la subbase. La subbase debe controlar los cambios de volumen y elasticidad que serían dañinos para el pavimento. Se utiliza además como capa de drenaje y contralor de ascensión capilar de agua, protegiendo así a la estructura de pavimento, por lo que generalmente se usan materiales granulares. Al haber capilaridad en época de heladas, se produce un hinchamiento del agua, causado por el congelamiento, lo que produce fallas en el pavimento, si éste no dispone de una subrasante o subbase adecuada. Superficie de rodadura Es la capa superior de la estructura de pavimento, construida con concreto hidráulico, por lo que debido a su rigidez y alto módulo de elasticidad, basan su capacidad portante en la losa, más que en la capacidad de la subrasante, dado que no usan capa de base. En general, se puede indicar que el concreto hidráulico distribuye mejor las cargas hacia la estructura de pavimento.

Uso del Pavimento Rígido El uso del pavimento rígido en carreteras y vías urbanas, brinda mayor duración, significa ahorro y menor cantidad de trabajos de mantenimiento. Ventajas y Desventajas del Pavimento Rígido

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Regularidad.- Con equipos modernos de pavimentación se pueden lograr acabados muy buenos en los pavimentos de concreto hidráulico, además su gran capacidad estructural permite que se mantengan sin deformaciones de consideración a lo largo de su vida útil, sin embargo la presencia de las juntas afecta de alguna manera a la regularidad. Por otra parte en calles y caminos secundarios es común encontrar tanto proyectos deficientes como procedimientos constructivos inadecuados, generando problemas de regularidad por agrietamientos, escalonamientos, rotura de losas, etc.

 Resistencia al Derrapamiento y Drenaje Superficial.- La textura en un pavimento de concreto de logra mediante un escobillado, por sus características el agregado grueso normalmente no queda expuesto al contacto con los neumáticos por lo que el aporte de la microtextura a la resistencia al derrapamiento, asimismo el aporte de la macrotextura se da en la pasta (arena-cemento) del concreto, por la naturaleza del cemento portland es un material susceptible al pulido, por lo que la pérdida de resistencia al deslizamiento es relativamente rápida. Existen equipos de fresado con discos de diamante, que permiten, en acciones de mantenimiento, dar un nuevo texturizado a los pavimentos rígidos con problemas de derrapamiento. Por lo que hace al drenaje superficial al no ser susceptible a la formación de roderas un pavimento rígido bien construido permite un drenaje superficial muy eficiente. 

Capacidad Estructural.- En la práctica internacional es frecuente que los pavimentos de concreto hidráulico sean proyectados para vidas útiles de 40 a 50 años, en México son frecuentes las vidas de proyecto de 25 a 30 años. Un pavimento de concreto bien diseñado y construido, y con mantenimiento adecuado tiene capacidades estructurales excelentes, sin embargo puede presentar fallas prematuras por defectos de construcción, como sellado de juntas eficiente, aserrado a destiempo de las mismas, curado insuficiente o pasajuntas mal colocados, también puede ser afectado por el exceso de carga de los vehículos que circulan por la vía.

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Reciclable.- La gran resistencia que se logra en los concretos de pavimentación provoca que sea un material difícil de demoler, dificultando con ello las posibilidades de ser reutilizado, sin embargo hay avances tecnológicos que permiten contar con equipos más eficientes en la demolición de pavimentos rígidos. Entre estas técnicas destaca, en mi opinión, el rubblizing, que consiste en la fragmentación o pulverización de las losas de concreto en partículas con tamaños máximos de 5 cm. El equipo con que se logra esto es un martillo de resonancia de alta frecuencia y baja amplitud, la pulverización se logra con un patrón de fracturamiento, con una afectación mínima a las capas inferiores.

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Mantenimiento.- El mantenimiento que requiere un pavimento rígido es mínimo, pero no por ello deja de ser primordial, las juntas sin el sello adecuado o agrietamientos no atendidos a tiempo, pueden provocar problemas de bombeo, despostillamientos y hasta rotura de losas. Es muy importante que el mantenimiento se haga con los materiales y las técnicas adecuadas, es común encontrar que a despostillamiento en juntas se les atiende colocando mezcla asfáltica, la cual se convierte en un obstáculo a la libre expansión de las losas al subir la temperatura provocando que el problema se incremente.

Diferencias entre Pavimento Rígido y Pavimento Flexible Pavimento Rígido Pavimento Flexible Máximo 2 capas Está constituida por varias capas Losa de hormigón armado que absorbe todo Lleva carpeta asfáltica y cada capa absorbe el esfuerzo. cierta cantidad de F. Mayor costo inicial Menos costo inicial Menores deformaciones Mayores deformaciones Vida útil es mayor Vida útil es menor Existe menor fricción en la superficie de Existe mayor fricción en la superficie de rodadura rodadura Menor costo de mantenimiento Mayor costo de mantenimiento Color gris claro Calor gris oscuro o negro Se crea discontinuidad en la capa de La capa de rodadura es prácticamente rodadura, llamadas juntas continua El tiempo de ejecución es menor El tiempo de ejecución es mayor Después de conocer las diferencias entre cada uno, podemos ver que el pavimento flexible tiene un menor costo inicial en comparación con el pavimento rigido que posee un mayor costo inicial, el cual se puede compensar en que tiene un menor costo de mantenimiento frente al otro. Aunque una característica importante que posee el pavimento flexible, es que existe una mayor fricción en la superficie de rodadura, dándole una mayor seguridad a los vehículos que circularían por este sistema de pavimento.

Factores de Diseño Factores: Regionales.- Observar el lugar (adaptación).  Topografía.  Geología.  Clima.  Vegetación. Estudio geotécnico: Clasificación:

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Pc material ( a, b, c ) para fines de pago. Calidad de los materiales( clasificación, equipo) Bancos de materiales. Mecánica de suelos. Fallas de tipo geológico.

Cargas Equivalentes Dado que cada tipo de pavimento responde de manera diferente a una carga, los LEFs cambian de acuerdo al tipo de pavimento. Por ejemplo, si el punto de falla de un pavimento cambia, también lo hace el LEF. Es así que pavimentos rígidos y flexibles tienen diferentes LEFs y que también cambie según el SN (pavimentos flexibles) y según el espesor de losa (pavimentos rígidos), y que también cambien según el nivel de serviciabilidad adoptado. A continuación se reproducen las tablas del Apéndice “D” de la Guía de Diseño AASHTO93, donde se indican LEFs para distintos tipos de ejes, distintos tipos de pavimentos y distintas serviciabilidades finales.

Ecuación de Diseño

CBR de Diseño El ensayo de C.B.R. mide la resistencia al corte (esfuerzo cortante) de un suelo bajo condiciones de humedad y densidad controladas, la ASTM denomina a este ensayo, simplemente como “Relación de soporte” y esta normado con el número ASTM D 1883-73. Se aplica para evaluación de la calidad relativa de suelos de subrasante, algunos materiales de sub – bases y bases granulares, que contengan solamente una pequeña cantidad de material que pasa por el tamiz de 50 mm, y que es retenido en el tamiz de 20 mm. Se recomienda que la fracción no exceda del 20%. Este ensayo puede realizarse tanto en laboratorio como en terreno, aunque este último no es muy practicado.

Número de Repeticiones de Cargas Equivalentes Debido al volumen de tráfico proyectado que soportará la estructura, se ha establecido un número de repeticiones de carga equivalente por eje simple igual a: 32’161,850.46 (Vía Troncal) 4’273,503.54 (Vía Alimentadora) 16’497,102.73 (Vía Mixta) Periodo de Diseño El período de diseño estructural corresponde al período en el cual el pavimento construido debe proveer un adecuado nivel de servicio que asegure movilidad, accesibilidad y seguridad considerando sólo la conservación rutinaria. Para lo anterior, es indispensable que el pavimento posea estándares mínimos de conservación. La guía utiliza dos períodos de diseño estructural de tal forma de otorgar una mayor flexibilidad a la metodología de diseño. Los períodos son de 5 y 10 años. Si dentro de esos períodos se excede significativamente los Ejes Equivalentes de diseño no se recomienda el uso de los diseños que se presentan en la guía. Tiempo que transcurre para que se produzca la fatiga (deformación). * Flexible 5 a 20 años. * Rígido. 20 a 50 años. Factores que intervienen en el diseño de pavimentos de acuerdo a la localización, condiciones topográficas, geología, clima, vegetación y factores geotécnicos. Estructurales: incluyen características relativas a cada uno de los materiales que constituyen al pavimento, como espesores, resistencia y deformabilidad en las condiciones esperadas del servicio. De carga: se refieren a los efectos producidos por el transito mezclado (TM) al circular por la carretera. En este caso son importantes datos relacionados con el transito medio diario anual (TDPA), tasa de crecimiento anual (r), cargas por eje sencillo, tándem y tridem histograma de distribución del tránsito en la sección transversal del camino y vida del proyecto del pavimento antes que la carretera requiera una construcción. De clima y condiciones regionales: las propiedades de los materiales que constituyen el pavimento dependen de la temperatura, régimen de precipitación y precipitación media anual, nivel freático, geografía y topografía de la región, por lo tanto la resistencia de los materiales para efectos del diseño son difíciles de evaluar. De conservación: un buen mantenimiento garantiza que las variaciones en las propiedades de diseño de los materiales sean mínimas, no obstante el costo puede ser excesivo. La ausencia de conservación implica cambios fuertes y normalmente un deterioro acelerado del camino la solución adecuada debe escogerse entre ambos extremos.

De comportamiento: un pavimento adecuado es el que llega a la falla funcional después de haber resistido el tránsito de proyecto a la calificación más alta posible y al menor costo relativo.

Concreto Asfáltico

Una mezcla asfáltica en general es una combinación de asfalto y agregados minerales pétreos en proporciones exactas que se mezclan juntos, se extienden en capas y se compactan. Debido a sus propiedades es el material más común en los proyectos de construcción para firmes de carreteras, aeropuertos y aparcamientos. Debido a sus buenas propiedades como impermeabilizante también se usa en el núcleo de ciertas presas como impermeabilizante.

Tipos de Concreto Asfáltico

1) Mezcla Asfáltica en Caliente: Constituye el tipo más generalizado de mezcla asfáltica y se define como la combinación de un ligante hidrocarbonado, agregados incluyendo el polvo mineral y, eventualmente, aditivos, de manera que todas las partículas del agregado queden muy bien recubiertas por una película homogénea de ligante. Su proceso de fabricación implica calentar el ligante y los agregados (excepto, eventualmente, el polvo mineral de aportación) y su puesta en obra debe realizarse a una temperatura muy superior a la ambiente. Se emplean tanto en la construcción de carreteras, como de vías urbanas y aeropuertos, y se utilizan tanto para capas de rodadura como para capas inferiores de los firmes.

2) Mezcla Asfáltica en Frío: Son las mezclas fabricadas con emulsiones asfálticas, y su principal campo de aplicación es en la construcción y en la conservación de

carreteras secundarias. Se caracterizan por su trabajabilidad tras la fabricación incluso durante semanas, la cual se debe a que el ligante permanece un largo periodo de tiempo con una viscosidad baja debido a que se emplean emulsiones con asfalto fluidificado, el aumento de la viscosidad es muy lento en los acopios, haciendo viable el almacenamiento, pero después de la puesta en obra en una capa de espesor reducido, el endurecimiento es relativamente rápido en las capas ya extendidas debido a la evaporación del fluidificante.

3) Mezcla Porosa o Drenante: Se emplean en capas de rodadura, principalmente en las vías de circulación rápida, se fabrican con asfaltos modificados en proporciones que varían entre el 4.5 % y 5 % de la masa de agregados pétreos, con asfaltos normales, se aplican en vías secundarias, en vías urbanas o en capas de base bajo los pavimentos de hormigón.

4) Micro-aglomerados: Son mezclas con un tamaño máximo de agregado pétreo limitado inferior a 10 mm., lo que permite aplicarlas en capas de pequeño espesor. Tanto los micro aglomerados en Frío como los micro aglomerados en Caliente son por su pequeño espesor (que es inferior a 3 cm.) Tradicionalmente se han considerado adecuados para las zonas urbanas, porque se evitan problemas con las alturas libres de los gálibos y la altura de los bordillos debido a que se extienden capas de pequeño espesor. Hay micro aglomerados con texturas rugosas hechas con agregados pétreos de gran calidad y asfaltos modificados, para las vías de alta velocidad de circulación.

5) Masillas: Son unas mezclas con elevadas proporciones de polvo mineral y de ligante, de manera que si hay agregado grueso, se haya disperso en la masilla formada por aquellos, este tipo de mezcla no trabaja por rozamiento interno y su resistencia se debe a la cohesión que proporciona la viscosidad de la masilla. Las proporciones de asfalto son altas debido a la gran superficie específica de la materia mineral. Dada la sensibilidad a los cambios de temperatura que puede tener una estructura de este tipo, es necesario rigidizar la masilla y disminuir su susceptibilidad térmica mediante el empleo de asfaltos duros, cuidando la calidad del polvo mineral y mejorando el ligante con adiciones de fibras. Los asfaltos fundidos, son de este tipo, son mezclas de gran calidad, pero su empleo está

justificado únicamente en los tableros de los puentes y en las vías urbanas, incluso en aceras, de los países con climas fríos y húmedos.

6) Mezclas de alto módulo: Su proceso de elaboración es en caliente, las mezclas de alto módulo para capas de base, se fabrican con asfaltos muy duros. A veces modificados, con contenidos asfálticos próximos al 6 % de la masa de los agregados pétreos, la proporción del polvo mineral también es alta, entre el 8% 10%. Se utilizan en capas de espesores de entre 8 y 15 cm., tanto para rehabilitaciones como para la construcción de firmes nuevos con tráficos pesados de intensidad media o alta. Su principal ventaja frente a las bases de grava-cemento es la ausencia de agrietamiento debido a la retracción o como las mezclas convencionales en gran espesor la ventaja es una mayor capacidad de absorción de tensiones y en general una mayor resistencia a la fatiga, permitiendo ahorra espesor.

Propiedades que requiere una mezcla asfáltica:

Las mezclas asfálticas tienen que cumplir los siguientes criterios para ser utilizables en firmes:

1) Resistentes a las cargas del tráfico (tanto a la abrasión, como al asentamiento vertical, como al despegue por los neumáticos)

2) Impermeable, ya que si el agua penetra por debajo del firme se filtrará al cimiento de la carretera, desestabilizándolo.

3) Debe poderse trabajar con facilidad y su puesta en obra factible.

Diseño de Mezcla

Todo inicia con la ubicación de los agregados que se pueden conseguir en canteras de ríos o en minas y pueden ser tanto finos como gruesos según sea su origen. Esa ubicación viene acompañada por estudios geológicos y geotécnicos para identificar el origen de la roca y sus propiedades. El 90% de la calidad de una mezcla está determinada por la calidad de los agregados, a cada uno se le hacen ensayos para determinar niveles de contaminación, presencia de minerales y de acuerdo a los resultados se compara con lo que indica la norma que establece los parámetros mínimos para su aceptación o rechazo. Una vez alcanzada la conformidad de los agregados se procede a la elaboración del diseño de mezcla, que no es otra cosa que el logro de la combinación más óptima que responda a los requerimientos y al tipo de mezcla solicitada, de acuerdo al uso y transitabilidad de la vía que se va a recuperar. Todo el proceso debe someterse a fase de prueba. La finalización de las pruebas y ensayos que dan como resultado un diseño de mezcla asfáltica, da lugar a otra etapa conocida como fase de prueba, la cual comienza con la elaboración de una mezcla de prueba dependiendo de las especificaciones, y tomando en consideración los margenes de tolerancia que admite la norma. Una vez obtenido el diseño de mezcla de prueba se realiza en sitio, seleccionando un tramo a intervenir lo cual permitirá evaluar el comportamiento de la mezcla asfáltica en campo, expuesta a elementos ambientales en esta fase se evalúa además las condiciones de los equipos que serán utilizados. Una vez obtenido el diseño de mezcla de prueba se realiza en sitio, seleccionando un tramo a intervenir lo cual permitirá evaluar el comportamiento de la mezcla asfáltica en campo, expuesta a elementos ambientales en esta fase se evalúa además las condiciones de los equipos que serán utilizados.

Ensayos que de Realizan a los Agregados y Mezclas Asfálticas

1) Ensayo Marshall para diseño de mezclas en caliente.

La relación viscosidad-temperatura del cemento asfáltico que va a ser usado debe ser ya conocida para establecer las temperaturas de mezclado y compactación en el laboratorio. En consecuencia, los procedimientos preliminares se enfocan hacia el agregado, con el propósito de identificar exactamente sus características. Estos procedimientos incluyen secar el agregado, determinar su peso específico, y efectuar un análisis granulométrico por lavado.

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Secando el Agregado: se requiere que los agregados ensayados estén libres de humedad. Esto evita que la humedad afecte los resultados de los ensayos. Una muestra de cada agregado a ser ensayado se coloca en una bandeja, por separado, y se calienta en un horno a una temperatura de 110º C (230ºF). Después de cierto tiempo, la muestra caliente se pesa y, se registra su valor. La muestra se calienta completamente una segunda vez, y se vuele a pesar y a registrar su valor. Este procedimiento se repite hasta que el peso de la muestra permanezca constante después de dos calentamientos consecutivos, lo cual indica que la mayor cantidad posible de humedad se ha evaporado de la muestra.

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Análisis granulométrico por vía húmeda: El análisis granulométrico por vía húmeda es un procedimiento para identificar las proporciones de partículas de tamaño diferente en las muestras del agregado. Esta información es importante porque las especificaciones de la mezcla deben estipular las proporciones necesarias de partículas de agregado de tamaño diferente, para producir una mezcla en caliente final con las características deseadas. El análisis granulométrico por vía húmeda consta de los siguientes pasos:

1. Cada muestra de agregado es secada y pesada. 2. Luego cada muestra es lavada a través de un tamiz de 0.075 mm (Nº 200), para remover cualquier polvo mineral que este cubriendo el agregado. 3. Las muestras lavadas son secadas siguiente el procedimiento de calentado y pesado descrito anteriormente. 4. El peso seco de cada muestra es registrado. La cantidad de polvo mineral puede ser determinada si se comparan los pesos registrados de las muestras antes y después del lavado.

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Determinación del Peso Específico: El peso específico de una sustancia es la proporción peso - volumen de una unidad de esa sustancia comparada con la proporción peso - volumen de una unidad igual de agua. El peso específico de una muestra de agregado es determinado al comparar el peso de un volumen dado de agregado con el peso de un volumen igual de agua, a la misma.

Las probetas de ensayo de las posibles mezclas de pavimentación son preparadas haciendo que cada una contenga una ligera cantidad diferente de asfalto. El margen de contenidos de asfalto usado en las briquetas de ensayo esta determinado con base en experiencia previa con los agregados de la mezcla. Este margen le da al laboratorio un punto de partida para determinar el contenido exacto de asfalto en la mezcla final. La proporción de agregado en las mezclas esta formulada por los resultados del análisis granulométrico.

Las muestras son preparadas de la siguiente manera: 

El asfalto y el agregado se calientan completamente hasta que todas las partículas del agregado estén revestidas. Esto simula los procesos de calentamiento y mezclado que ocurren en la planta.

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Las mezclas asfálticas calientes se colocan en los moldes pre-calentados Marshall como preparación para la compactación, en donde se usa el martillo Marshall de compactación, el cual también es calentado para que no enfríe la superficie de la mezcla al golpearla.

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Las briquetas son compactadas mediante golpes del martillo Marshall de compactación. El número de golpes del martillo (35, 50 o 75) depende de la cantidad de tránsito para la cual está siendo diseñada. Ambas caras de cada briqueta reciben el mismo número de golpes. Así, una probeta Marshall de 35 golpes recibe, realmente un total de 70 golpes. Una probeta de 50 golpes recibe 100 impactos. Después de completar la compactación las probetas son enfriadas y extraídas de los moldes.

Existen tres procedimientos de ensayo en el método del ensayo Marshall. Estos son: determinación del peso específico total, medición de la estabilidad Marshall, y análisis de la densidad y el contenido de vacíos de las probetas.

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Determinación del peso especifico total: El peso específico total de cada probeta se determina tan pronto como las probetas recién compactadas se hayan enfriado a la temperatura ambiente. Esta medición de peso específico es esencial para un análisis preciso de densidad-vacíos.

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Ensayo de estabilidad y fluencia: El ensayo de estabilidad está dirigido a medir la resistencia a la deformación de la mezcla. La fluencia mide la deformación, bajo carga que ocurre en la mezcla. El procedimiento de los ensayos es el siguiente:

1. Las probetas son calentadas en el baño de agua a 60º C (140º F). Esta temperatura representa, normalmente, la temperatura más caliente que un pavimento en servicio va a experimentar.

2. La probeta es removida del baño, secada, y colocada rápidamente en el aparato Marshall. El aparato consiste de un dispositivo que aplica a una carga sobre la probeta y de unos medidores de carga y deformación (fluencia).

3. La carga del ensayo es aplicada a la probeta a una velocidad constante de 51 mm (2 pulgadas) por minuto hasta que la muestra falle. La falla está definida como la carga máxima que la briqueta puede resistir.

4. La carga de falla se registra como el valor de estabilidad Marshall y la lectura del medidor de fluencia se registra como la fluencia.

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Análisis de densidad y vacío: Una vez que se completan los ensayos de estabilidad y fluencia, se procede a efectuar un análisis de densidad y vacíos para cada serie de Probetas de prueba. El propósito del análisis es el de determinar el porcentaje de vacíos en la mezcla compactada.

2) Método de Illinois para el diseño de mezclas en frío:

Este es un método de diseño para mezclas en frío basado en una investigación desarrollada por la Universidad de Illinois usando el método de diseño de mezclas Marshall modificado y el ensayo de durabilidad húmeda. Por ser este método recomendado para mezclas en vía o mezclas en planta preparadas a temperatura ambiente se ha visto la necesidad de modificarlo, adecuarlo al diseño de mezclas con emulsiones tibias, siendo este un aporte de esta tesis.

El objetivo de este método es proveer la cantidad adecuada de asfalto residual que económicamente estabilice el material granular con el fin de dar la resistencia o estabilidad requerida para soportar las aplicaciones de carga sin una deformación permanente excesiva o rotura por fatiga, por otro lado volver a la mezcla suficientemente inerte a los efectos de cambio de humedad.

El Procedimiento de Diseño Comprende las Siguientes Partes Principales:

1) Ensayos de calidad del agregado: Se realizan ensayos para determinar las propiedades del agregado y su conveniencia para el uso en mezclas con emulsiones asfálticas.

2) Ensayos de calidad de las emulsiones asfálticas: Se realizan ensayos para determinar las propiedades y calidad de la emulsión.

3) Tipo y cantidad aproximada de emulsión: Se usa un procedimiento simplificado para estimar el contenido tentativo de asfalto residual para un agregado dado. Usando el contenido de asfalto tentativo se realizan ensayos de recubrimiento para determinar la conveniencia y tipo de emulsión, cantidad de emulsión y agua requerida en la premezcla.

4) Humedad de compactación: Usando un contenido de asfalto residual tentativo y el agua requerida en la mezcla, se preparan mezclas y se airean a varios contenidos de humedad, la mezcla se compacta entonces dentro de moldes Marshall para luego ser curadas en seco durante un día y ensayadas en estabilidad Marshall modificado.

5) Variación del contenido de asfalto residual: Usando el contenido de agua requerido en la mezcla y la humedad de compactación óptima se preparan mezclas variando el contenido de asfalto residual. Si el contenido de agua óptimo de compactación es menor que el mínimo contenido de agua de mezcla requerido antes de la compactación, se requiere aireación. Las mezclas se compactan entonces dentro de moldes Marshall y se curan al aire durante tres días. Las muestras se ensayan para determinar su densidad Bulk, estabilidad Marshall modificada y flujo.

6) Selección del contenido óptimo de asfalto: Se elige el contenido óptimo de asfalto como el porcentaje de emulsión a la cual la mezcla de pavimento satisface de la mejor manera todos los criterios de diseño.

Conclusión De acuerdo a las características del pavimento el periodo de diseño evalúa el comportamiento del mismo para tener diferentes alternativas y prolongar la vida útil del pavimento, para prolongar la vida útil de un pavimento se deben considerar los efectos producidos por el transito que circulará por el pavimento, también el comportamiento del pavimento cuando este ha llegado a la falla funcional después de haber resistido los efectos producidos por el transito.