INSTITUTO TECNOLÓGICO DE SONORA
Dirección de Ingeniería y Tecnología
Departamento de Ingeniería Civil
MANUAL DE LABORATORIO
DE PAVIMENTOS
Elaboró:
M. I. Raúl Antonio Gutiérrez Durán
M. I. Luis Gerardo Herrera Meléndez
Cd. Obregón, Sonora.
Mayo de 2014
i
INSTITUTO TECNOLÓGICO DE SONORA
Rector
Dr. Isidro Roberto Cruz Medina
Vicerrector Académico
Dr. Jesús Héctor Hernández López
Director Académico del Área de Ingeniería y Tecnología
Dr. Joaquín Cortez González
Jefe del Depto. de Ingeniería Civil
M.I. Luis Alonso Islas Escalante
2
CONTENIDO
I. INTRODUCCIÓN
4
1.1 Presentación
4
1.2 Relación de normas de prueba de la SCT a usar en el Laboratorio de Pavimentos
5
1.3 Reporte de medio término
6
1.4 Reporte de fin de curso.
7
II. PRUEBAS A LOS AGREGADOS PÉTREOS ................................................................................................................ 8
2.1 Muestreo alterado del agregado pétreo
8
2.2 Granulometría.
9
2.3 Límite Líquido, Límite Plástico y Contracción lineal
12
2.4 Peso volumétrico seco máximo.
15
2.5 Prueba del equivalente de arena
17
2.6 Partículas Alargadas y Lajeadas de Materiales Pétreos para Mezclas Asfálticas
21
2.7 Desgaste. Mediante la Prueba de Los Ángeles
25
2.8 Valor Soporte de California (CBR) y Expansión (Exp)
29
2.9 Afinidad entre el material pétreo y el asfalto. Prueba de pérdida de estabilidad por
inmersión en agua.
39
III. PRUEBAS DE CLASIFICACIÓN Y CALIDAD A UN CEMENTO ASFÁLTICO .............................................. 42
3.1 Densidad o peso específico relativo del asfalto
42
3.2 Penetración en Cementos y Residuos Asfálticos
44
3.3 Ductilidad de Cementos y Residuos Asfálticos
47
3.4 Punto de Reblandecimiento en Cementos Asfálticos
50
IV. DISEÑO DE UNA MEZCLA ASFALTICA ................................................................................................................. 54
4.1 Determinación del contenido óptimo de Cemento Asfáltico (AC). Método de
Marshall
54
BIBLIOGRAFIA ................................................................................................................................................................... 67
3
I. INTRODUCCIÓN
1.1 Presentación
El objetivo fundamental de este Manual es que sea utilizado como una guía de información y apoyo tanto al
maestro como al alumno para la realización de las prácticas, contenidas en el programa del laboratorio de
Pavimentos. Pretende además servir como cuaderno de trabajo, en donde el alumno pueda realizar sus
cálculos y obtener sus resultados de los ensayos ejecutados en el laboratorio, y todavía más, servir como libro
de consulta en la clase de teoría de la asignatura.
Cabe aclarar que las pruebas de laboratorio que muestra el manual, son las más importantes que se realizan a
los agregados pétreos, asfaltos y mezclas asfálticas para definir su posible utilización en la formación de la
estructura de un pavimento preferentemente flexible o asfáltico, lo anterior según especificaciones de la
Secretaría de Comunicaciones y Transportes (SCT).
Fundamentalmente el manual está estructurado de la siguiente manera: primeramente presenta la
nomenclatura de las especificaciones mínimas de los materiales según SCT, posteriormente describen el
muestreo y la preparación a realizar a los materiales antes de ejecutar los ensayos, la descripción de cada una
de las pruebas del laboratorio y por último los formatos de cálculo, para condensar los resultados obtenidos de
los materiales ensayados y definir así, el uso que se deberá a estos (calidad) o en el caso de las mezclas
asfálticas su diseño.
4
1.2 Relación de normas de prueba de la SCT a usar en el Laboratorio de Pavimentos
Prueba a realizar
Pruebas para la clasificación y calidad de
un agregado pétreo de Banco
Muestreo alterado de agregado pétreo de
Banco
Granulometría
Plasticidad (LL, LP)
Equivalente en Arena
Partículas alargadas y lajeadas (Forma de las
partículas)
Desgaste Los Ángeles
Valor Soporte de California (CBR) y % de
expansión
Agregados pétreos para mezcla asfáltica
Muestreo alterado
Granulometría
Desgaste Los Ángeles
Partículas alargadas y lajeadas
Estabilidad por inmersión en agua
Pruebas de calidad a un cemento asfáltico
para mezcla asfáltica
Muestreo
Densidad
Penetración
Ductilidad
Punto de reblandecimiento
Diseño de mezcla asfáltica
Contenido mínimo y óptimo de asfalto
(Prueba Marshall)
Título
Nomenclatura NIT-SCT
Muestreo de materiales para
terracería
Granulometría de materiales
compactables para terracerías
Límites de consistencia
M-MMP-1-01
Equivalente de Arena
Partículas alargadas y lajeadas
M-MMP-4-04-004
M-MMP-4-04-005
Desgaste mediante la prueba de
Los Ángeles
Valor soporte de california
(CBR) y expansión (exp) en el
laboratorio
M-MMP-4-04-006
Muestreo de Materiales pétreos
para mezclas asfálticas
Granulometría de materiales
pétreos para mezclas asfálticas
Desgaste mediante la prueba de
Los Ángeles
Partículas alargadas y lajeadas
Pérdida de estabilidad por
inmersión en agua de mezclas
asfálticas
M-MMP-4-04-001
Muestreo de materiales
asfálticos
M-MMP-4-05-001
Penetración en cementos y
residuos asfálticos
Ductilidad de cementos y
residuos asfálticos
Punto de reblandecimiento en
cementos asfálticos
M-MMP-4-05-006
Método Marshall para mezclas
asfálticas de granulometría
densa
M-MMP-4-05-034
M-MMP-1-07
M-MMP-1-08
M-MMP-1-10
M-MMP-4-04-002
M-MMP-4-04-006
M-MMP-4-04-005
M-MMP-4-05-042
M-MMP-4-05-011
M-MMP-4-05-009
Los procedimientos de prueba se pueden descargar de la siguiente liga: http://normas.imt.mx/
5
1.3 Reporte de medio término
Contenido del reporte:
Portada, deberá tener:
o Datos generales del alumno.
o Nombre del estudio: “Estudio de la Calidad de los agregados pétreos de un Banco de
materiales“
Índice
Objetivo del estudio
Dibujo del croquis de localización del muestreo.
Resumen de resultados de pruebas de laboratorio. Ver Tabla 1.
Tabla para definir la calidad del material. Ver Tabla 2
Anexos. Reporte de cada una de las pruebas en el orden realizadas.
Tabla 1. Resumen de resultados
Granulometría
Malla
Porcentaje
pasa
11/2”
1”
¾”
3/8”
No. 4
10
20
40
60
100
No.200
Característica
que
Resultado
(%)
Limite Liquido
Índice Plástico
Equivalente
en
Arena
Valor Relativo de
Soporte VRS o
CBR
Desgaste
Los
Ángeles
Partículas Alargadas
Partículas Lajeadas
Clasificación SUCS____________
Clasificación AASHTO____________
Tabla 2. Calidad del material
Banco______________________________________
Propiedad del material
C.T.
S/Y
S/R
Calidad máxima ____________________________
S/B cuando:
ΣL ≤
ΣL >
106
106
Base para pavimento de:
Concreto
Carpeta Asfáltica
Hidráulico
cuando:
ΣL ≤
ΣL >
106
106
Límite líquido (%)
Índice plástico (%)
CBR (%)
Expansión (%)
Equivalente de arena (%)
Desgaste Los Ángeles
(%)
Partículas alargadas y
lajeadas (%)
TMA (mm)
Granulometría
6
1.4 Reporte de fin de curso.
Nombre del reporte: “Diseño de un concreto asfaltico por el método Marshall”
Objetivo: Diseñar una mezcla asfáltica (Concreto Asfáltico) de granulometría densa por el Método Marshall,
para cualquier valor de ejes equivalentes (L) utilizando agregados pétreos y Cemento Asfáltico (AC)
muestreados en la Planta de asfaltos ICSA.
Contenido:
1. Diseño granulométrico
a) Granulometría de los agregados pétreos: Grava , Arena y Sello
b) Calculo de las Proporciones más óptimas (a, b y c) de los agregado (Grava), (Arena) y
(Sello)
c) Granulometría resultante de combinación. (Granulometría de diseño)
d) Granulometría de diseño comparada con rangos de especificaciones granulométricas
2.
Determinación del contenido mínimo de AC
a) Cálculos del contenido mínimo
3.
Determinación del contenido óptimo de AC. Método de Marshall
a) Tablas de cálculo: Elaboración de los especímenes, P.V., Estabilidad y Flujo, % VMC,
%VAM y %VFA
b) Elaboración de gráficas
c) Cálculo del contenido óptimo de AC
4.
Prueba a los agregados pétreos para verificar si cumplen especificaciones SCT en cuanto:
a) Equivalente en arena
b) Desgaste. Los Ángeles
c) Partículas alargadas y lajeadas
d) Afinidad con el asfalto. Pérdida de estabilidad por inmersión en agua
5.
Prueba al Cemento Asfaltico AC-20 para verificar si cumple especificaciones SCT en cuanto:
a) Densidad
b) Penetración
c) Punto de Reblandecimiento
d) Ductilidad
7
II. PRUEBAS A LOS AGREGADOS PÉTREOS.
2.1 Muestreo alterado del agregado pétreo
Objetivo.
Realizar un muestreo de agregado pétreo proveniente de un banco de materiales para clasificar y determinar
la calidad del material.
Cantidad de material a muestrear: 2 cubetas de 19 lts.
El reporte deberá tener:
Croquis de localización del banco de materiales o de la obra Civil a construir, y ubicación del muestreo
Descripción de la técnica de muestreo del material (ver manual de práctica del Laboratorio Mecánica de
Suelos I)
Investigar el uso o la calidad del material muestreado
Si es el caso indicar las características generales de la Obra civil en construcción
Evidencias: Reporte fotográfico del muestreo
Descripción general.
Se describe el procedimiento para la obtención de muestras de los suelos a que se refieren las Normas
N·CMT·1·01, Materiales para Terraplén, N·CMT·1·02, Materiales para Subyacente y N·CMT·1·03,
Materiales para Subrasante, a fin de determinar las características de esos materiales o verificar que cumplan
con los requisitos de calidad descritos en dichas Normas o en las especificaciones particulares del proyecto.
El muestreo consiste en obtener una porción representativa del material con el que se pretende construir una
terracería o bien del material que ya forma parte de la misma. El muestreo incluye además las operaciones de
envase, identificación y transporte de las muestras, las que se clasifican como sigue:
MUESTRAS CÚBICAS INALTERADAS. Son aquellas en las que se conserva la estructura y el
contenido de agua natural del suelo en el lugar donde se toma la muestra, por lo que su obtención,
envase y transporte, requieren cuidados especiales a fin de no alterarlas. Son generalmente cúbicas, de
aproximadamente 40 cm por lado, que se recubren con una membrana impermeable hecha de manta de
cielo, parafina y brea para protegerlas y evitar la pérdida de agua durante el transporte y
almacenamiento.
MUESTRAS REPRESENTATIVAS. Son aquellas que están constituidas por el material disgregado o
fragmentado, en las que se toman precauciones especiales para conservar el contenido de agua,
envasándolas en bolsas de plástico u otros recipientes impermeables para impedir la pérdida de agua
durante el transporte y almacenamiento.
MUESTRAS INTEGRALES. Son aquellas que están constituidas por el material disgregado o
fragmentado de diversos estratos, en las que quedan representados cada uno de los diferentes materiales
en la proporción en la que participan.
Equipo y materiales.
Seguir las indicaciones del manual del laboratorio de Mecánica de Suelos I.
Procedimiento.
Seguir las indicaciones del manual del laboratorio de Mecánica de Suelos I.
8
2.2 Granulometría.
Objetivo.
Mostrar al estudiante un método para determinar la composición granulométrica de los agregados usados para las
capas de un pavimento.
Descripción general.
Se describe el procedimiento de prueba para obtener la granulometría de los materiales compactables para
terracerías a que se refieren las Normas de Calidad de Materiales (N-CMT) de la SCT. Esta prueba permite
determinar la composición por tamaños (granulometría) de las partículas que integran los materiales
empleados para terracerías, mediante su paso por una serie de mallas con aberturas determinadas. El paso del
material se hace primero a través de las mallas con la abertura más grande, hasta llegar a las más cerradas, de
tal forma que los tamaños mayores se van reteniendo, para así obtener la masa que se retiene en cada malla,
calcular su porcentaje respecto al total y determinar el porcentaje de la masa que pasa.
Materiales y equipo.
Seguir lo indicado en el Manual del Laboratorio de Mecánica de Suelos I.
Procedimiento.
Seguir lo indicado en el Manual del laboratorio de Mecánica de Suelos I.
Cálculos y Resultados.
Los formatos a utilizar serán los siguientes:
9
________ gr
TARA
PESO BRUTO
PESO NETO
DESPERDICIO (% RET. EN _____ ")
COMPOSICIÓN GRANULOMÉTRICA DE MATERIAL RETENIDO EN MALLA NUM. 4
MALLA
PESO RETENIDO
% RETENIDO
% RETENIDO
% QUE PASA
PARCIAL (Gr.)
PARCIAL
ACUMULADO
LA MALLA
2"
1 1/2"
1"
3/4"
1/2"
3/8"
1/4"
NUM. 4
PASA NUM. 4
SUMA
COMPOSICIÓN GRANULOMÉTRICA DEL MATERIAL TAMIZADO POR LA MALLA NUM. 4
MALLA
NÚM.
10
NÚM.
20
NÚM.
40
NÚM.
60
NÚM.
100
NÚM.
200
PESO RETENIDO
% RETENIDO
% RETENIDO
% QUE PASA
PARCIAL Gr.
PARCIAL
ACUMULADO
LA MALLA
PASA NÚM. 200
SUMA
Tabla 1. Composición granulométrica
10
100
90
80
Porcentaje que pasa
70
60
50
40
30
20
10
0
100
10
1
Abertura Malla (mm)
0.1
0.01
Figura 1. Curva granulométrica
Conclusiones.
___________________________________________________________________________
___________________________________________________________________________
___________________________________________________________________________
___________________________________________________________________________
___________________________________________________________________________
___________________________________________________________________________
11
2.3 Límite Líquido, Límite Plástico y Contracción lineal
Objetivo.
Mostrar al estudiante los métodos para determinar los límites de consistencia de los agregados usados para las
capas de un pavimento.
Descripción general.
Este Manual describe los procedimientos de prueba para determinar los límites de consistencia de los
materiales para terracerías a que se refieren las Normas N·CMT. Estas pruebas permiten conocer las
características de plasticidad de la porción de los materiales para terracerías que pasan la malla N°40 (0.425
mm), cuyos resultados se utilizan principalmente para la identificación y clasificación de los suelos. Las
pruebas consisten en determinar el límite líquido, es decir, el contenido de agua para el cual un suelo plástico
adquiere una resistencia al corte de 2.45 kPa (25 g/cm2); éste se considera como la frontera entre los estados
semilíquido y plástico. El límite plástico o el contenido de agua para el cual un rollito se rompe en tres partes
al alcanzar un diámetro de 3 mm; éste se considera como la frontera entre los estados plástico y semisólido. El
índice plástico se calcula como la diferencia entre los límites líquido y plástico.
Materiales y equipo.
Seguir lo indicado en el Manual del Laboratorio de Mecánica de Suelos I.
Procedimiento.
Seguir lo indicado en el Manual del Laboratorio de Mecánica de Suelos I.
Cálculos y Resultados.
Los formatos a utilizar serán los siguientes:
TARA
No.
PESO
TARA
TARA +
MUESTRA
HÚMEDA
TARA +
MUESTRA
SECA
PESO
AGUA
PESO
SECO
CONTENIDO
DE AGUA
EN %
PENETRA
CIÓN
PROM.
Tabla 1. Límite líquido. (Aparato de cono)
Límite líquido (L.L.)= __________ %
12
40
35
Penetración (mm)
30
25
20
15
10
5
0
1
10
100
Contenido de Humedad (%)
Figura 1. Grafica del Límite líquido (Contenido de humedad-Penetración)
TARA
No.
PESO
TARA
TARA +
MUESTRA
HÚMEDA
Tabla 2. Límite plástico
Índice plástico (IP)
IP = (LL - LP)
TARA +
MUESTRA
SECA
PESO
AGUA
PESO
SECO
CONTENIDO
DE AGUA
EN %
PROMEDIO
IP = ______________%
13
CÁPSULA No.
LONGITUD
INICIAL cm
LONGITUD
FINAL cm
CONTRACCIÓN
LINEAL (CL) %
1
2
Tabla 3. Contracción lineal
PROMEDIO
Li-Lf
C.L. = L X 1001
i
Conclusiones.
___________________________________________________________________________
___________________________________________________________________________
___________________________________________________________________________
___________________________________________________________________________
___________________________________________________________________________
___________________________________________________________________________
14
2.4 Peso volumétrico seco máximo.
Objetivo.
Tiene por objeto determinar la relación entre el peso volumétrico y el contenido de agua en los suelos, cuando
se compactan con la metodología de la Prueba Proctor estándar o Proctor Modificada.
Descripción general.
Según la norma M-MMP-1-09-06 (Compactación AASHTO) las pruebas permiten determinar la curva de
compactación de los materiales para terracerías y a partir de ésta inferir su masa volumétrica seca máxima y
su contenido de agua óptimo. Consisten en determinar las masas volumétricas secas de un material
compactado con diferentes contenidos de agua, mediante la aplicación de una misma energía de compactación
en prueba dinámica y, graficando los puntos correspondientes a cada determinación, trazar la curva de
compactación del material.
La curva de compactación puede obtenerse mediante la siguiente fórmula de sencilla obtención, para un suelo
parcialmente saturado, que es la condición de nuestro suelo compactado:
En donde:
γd
γ
w
𝛾𝑑 =
𝛾
1+𝑤
= peso volumétrico seco, en kg/m3
= peso volumétrico de la muestra húmeda, en kg/m3
= contenido de humedad en fracción, no en porcentaje
La curva de 100% de saturación o de cero vacíos de aire se obtiene calculando los pesos específicos secos del
mismo suelo, supuesto saturado con el contenido de agua considerado, aplicando la fórmula:
En donde:
Ss
γ0
𝛾𝑑 = 𝛾𝑧𝑎𝑣 =
𝑆𝑠
1+𝑤∗𝑆𝑠
∗ 𝛾0 =
𝛾0
𝑤+
1
𝑆𝑠
= peso específico relativo o densidad de los sólidos
= peso volumétrico del agua
Materiales y equipo.
Seguir lo indicado en el Manual del laboratorio de Mecánica de Suelos II.
Procedimiento.
Seguir lo indicado en el Manual del laboratorio de Mecánica de Suelos II.
Cálculos y Resultados.
Los formatos a utilizar serán los siguientes:
15
Figura 1. Contenido de humedad- Pesos volumétricos secos
Conclusión.
___________________________________________________________________________________________
___________________________________________________________________________________________
___________________________________________________________________________________________
___________________________________________________________________________________________
16
2.5 Prueba del equivalente de arena
Objetivo.
Investigar la presencia o ausencia de finos activos, que pueden ser perjudiciales para los agregados pétreos
utilizados para la estructura de un pavimento.
Descripción general.
Este Manual describe el procedimiento de prueba para determinar el equivalente de arena de los materiales
pétreos a que se refiere la Norma de Calidad de los Materiales (N·CMT) de la SCT. Esta prueba permite
determinar el contenido y actividad de los materiales finos o arcillosos presentes en los materiales pétreos
empleados en pavimentos. La prueba consiste en agitar un cilindro, que contiene una muestra del material
pétreo que pasa la malla N°4, mezclada con una solución que permite separar la arena de la arcilla.
Materiales y equipo.
Un cilindro transparente de plástico, generalmente de lucita, graduado para medir volúmenes con un diámetro
interior de 31.75 mm (1 1/4 “) y una altura aproximada de 43.18 cm (17 “), con graduaciones cada 2.54 mm
(1/10 “) a partir del fondo, hasta una altura de 38.10 cm (15 “).
Un tubo irrigador hecho de cobre o latón, con un diámetro exterior de 6.35 cm (1/4 “). Uno de los extremos
del tubo estará cerrado para formar una punta en forma de cuña, con dos perforaciones laterales (broca No.
60).
Una botella con capacidad aproximada de 4 litros con un aditamento de sifón, que consiste en un tapón de
hule o corcho con dos orificios y un tubo doblado de cobre. La botella se coloca a una altura de 0.90 a 1.0
metros sobre de la mesa de trabajo.
Un tramo de manguera de hule con un diámetro de 4.76 mm (3/16 “), con una pinza para poder obturarla.
Esta tubería se usa para conectar el irritador con el sifón de la botella.
Un pisón debidamente tarado, consistente en una varilla metálica de 45.72 cm (18 “) de longitud, con una
base cónica de 2.54 mm (1 “) de diámetro en su extremo inferior. Esta base cónica debe estar provista de tres
tornillos para centrarla holgadamente dentro de la probeta de plástico. Una tapa que ajuste a la parte superior
del cilindro y permita pasar por el centro holgadamente a la varilla; también servirá para centrar la parte
superior de ésta con respecto al cilindro. En el extremo superior, la varilla lleva adaptado un lastre para
obtener un peso total del dispositivo de 1.0 kg (ver figura).
Una cápsula con capacidad de 85 g.
Un embudo de boca ancha para introducir la muestra en el cilindro.
Solución concentrada, compuesta de:
Cloruro de calcio anhidro
Glicerina U.S.P.
Formaldehído (solución volumétrica a 40 vol.)
Agua pura
75.72 g
341.62 g
7.81 g
630.85 g
1000.00 g
- 7.17%
- 32.35%
- 0.74%
- 59.74%
- 100.00%
El cloruro de calcio se disuelve en 300 cm3 de agua purificada a una temperatura de 50C.
Después de que se enfríe, se filtra la solución a través de papel filtro tipo Whatman No. 12. Ya filtrada, se agrega
la glicerina y el formaldehido y se mezclan perfectamente todos los componentes. Al final, se agrega agua hasta
completar 1000 g de solución.
Solución de trabajo; se diluyen 23.20 ml de solución concentrada para cada litro de agua purificada. Cuando
existan dudas respecto a la calidad de agua, ésta puede probarse comparando los resultados de muestras idénticas,
en las que se utilicen soluciones hechas con el agua dudosa y con agua destilada.
17
Figura 1. Equipo para la prueba de equivalente de arena
Procedimiento de la prueba:
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
Preparación de la muestra: el material para la prueba deberá ser la porción de la muestra que pase la malla No. 4.
Por lo tanto, si la muestra contiene partículas gruesas de grava, debe cribarse por la malla No. 4 y disgregar los
terrones de material más fino. Si la muestra original no está húmeda, ésta deberá humedecerse antes del tamizado.
Cuando el agregado grueso lleva un recubrimiento que no se desprende en la operación de tamizado, se seca el
agregado grueso, se frota entre las manos y se añade el polvo resultante al material fino.
El funcionamiento del sifón se inicia soplando dentro de la botella por la parte superior, a través de un pequeño
tubo con la pinza abierta. Hecho esto, el aparato queda listo para usarse.
Por medio del sifón se introduce la solución de trabajo dentro del cilindro, hasta una altura de 10 cm (4 “)
Se vacía dentro del cilindro el contenido de una cápsula llena de la muestra preparada del suelo. La cápsula llena
contiene aproximadamente 110 g de material suelto (como promedio). Se golpea firmemente varias veces el fondo
del cilindro contra la palma de la mano para hacer que salga cualquier burbuja de aire, así como para acelerar la
saturación de la muestra. Se deja reposar la mezcla por espacio de diez minutos.
Transcurridos los diez minutos, se tapa con un tapón la probeta y se le agita vigorosamente en forma longitudinal,
de un lado a otro, manteniéndose en posición horizontal. Hágase 90 ciclos en aproximadamente 30 segundos con
una carrera aproximada de 20 cm (8 “). Un ciclo consiste en un movimiento completo de oscilación. Para agitar
satisfactoriamente la muestra a esta frecuencia, será necesario que el operador agite solamente con los antebrazos,
relajando el cuerpo y los hombros. Ya hay aparatos que hacen esta operación mecánicamente.
Se quita el tapón y se empieza a meter el tubo del irrigador, se enjuagan los lados hacia abajo y después se
introduce el tubo hasta el fondo del cilindro. Una vez hecho esto, se separa el material arcilloso del arenoso, para
lo que es necesario suspenderlo en la solución mediante un movimiento suave de picado con el tubo irrigador y
agitando simultáneamente el cilindro. Cuando el nivel del líquido llegue a 37.5 cm (15 “), se sube lentamente el
tubo del irrigador sin cortar el chorro, de manera que el nivel del líquido se mantenga en los mismos 37.5 cm
mientras se saca el tubo. El chorro se regula completamente fuera y el nivel final debe ajustarse a los mismos 37.5
cm. Después se deja la probeta en reposo absoluto durante exactamente 20 minutos. Cualquier vibración o
movimiento del cilindro durante este tiempo alterará el asentamiento normal de la arcilla en suspensión, lo que
provocará resultados erróneos.
Transcurrido el período de 20 minutos, se mide el nivel superior de los finos en suspensión y se registra como la
Lectura total hasta el nivel superior de finos, con una aproximación de 2 mm. Dicha lectura se hará en
18
8.
condiciones de iluminación que permitan apreciar claramente el nivel máximo de las partículas, observando el
cilindro desde uno de sus lados, de tal manera que la línea de visión forme ángulo recto con la pared del cilindro.
Se introduce lentamente la varilla con pisón dentro del cilindro, cuidando de no formar turbulencias, hasta que la
base descanse sobre la arena. Se observa el nivel de la parte superior del indicador en la escala del cilindro, se le
resta la altura h (254 mm aproximadamente) y se registra como la Lectura hasta el nivel superior de la arena, con
aproximación de 2 mm (ver figura 2). Durante la medición se tendrán las mismas consideraciones citadas en el
paso anterior.
Figura 2. Medición del nivel de arena
9.
El equivalente de arena se calcula con la siguiente fórmula:
𝐸𝑞𝑢𝑖𝑣𝑎𝑙𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑑𝑒 𝑎𝑟𝑒𝑛𝑎 (%) =
𝐿𝑒𝑐𝑡𝑢𝑟𝑎 ℎ𝑎𝑠𝑡𝑎 𝑒𝑙 𝑛𝑖𝑣𝑒𝑙 𝑠𝑢𝑝𝑒𝑟𝑖𝑜𝑟 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑎𝑟𝑒𝑛𝑎
× 100
𝐿𝑒𝑐𝑡𝑢𝑟𝑎 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 ℎ𝑎𝑠𝑡𝑎 𝑒𝑙 𝑛𝑖𝑣𝑒𝑙 𝑠𝑢𝑝𝑒𝑟𝑖𝑜𝑟 𝑑𝑒 𝑓𝑖𝑛𝑜𝑠
10. Si el valor del equivalente de arena es menor que el valor especificado, se ejecutan dos pruebas adicionales con el
mismo material y se toma el promedio de las tres como el valor del equivalente de arena.
11. Para vaciar la probeta, se tapa y se agita hacia arriba y hacia abajo en posición invertida, hasta desintegrar el tapón
de arena; debe vaciarse inmediatamente y lavarse dos veces con agua. Los cilindros de plástico no deben
exponerse a la luz directa del sol más tiempo del necesario, porque este tipo de plásticos comienza a perder su
transparencia y se estrella cuando queda expuesto a la luz.
Figura 3. Vista del conjunto
19
Precauciones para evitar errores
Para evitar errores durante la ejecución de la prueba, se observan las siguientes precauciones:
Realizar la prueba en un lugar cerrado, bien ventilado, limpio y libre de corrientes de aire, de cambios de
temperatura y de partículas que provoquen la contaminación de las muestras de material.
Que todo el equipo esté perfectamente limpio, para que al hacer la prueba los materiales no se mezclen con
agentes extraños que alteren el resultado. En forma especial, el cilindro estará limpio y sin residuos de
material de pruebas anteriores.
Verificar que los reactivos y soluciones correspondan a las características de los materiales indicados en el
procedimiento de prueba.
Cuidar que el operario de laboratorio esté capacitado para aplicar la irrigación y mantener el nivel de la
solución dentro de los parámetros de prueba.
Cuidar que el periodo de agitación, los ciclos y carrera del mismo, así como el tiempo de reposo del material
y la solución, correspondan a lo indicado en este Manual.
Cuidar que las lecturas se tomen inmediatamente después de terminado el periodo de reposo del material, sin
realizar movimientos bruscos para no alterar las partículas, asimismo, que la iluminación sea adecuada y que
el ángulo de visión sea el especificado. De no cumplirse lo indicado en esta Fracción, la lectura será
considerada incorrecta y se repetirá la prueba.
Cálculos y Resultados.
ENSAYO
LECTURA NIVEL
SUPERIOR ARENA
(“)
LECTURA NIVEL
SUPERIOR ARCILLA
(“)
EQUIVALENTE DE
ARENA (%)
1
2*
3*
PROMEDIO
(E.A.)
*Ensayos adicionales
Tabla 1. Formato de cálculos
Conclusión.
___________________________________________________________________________
___________________________________________________________________________
___________________________________________________________________________
Calidad del material según la normatividad SCT:
________________________________________________________________________________________
________________________________________________________________________________________
20
2.6 Partículas Alargadas y Lajeadas de Materiales Pétreos para Mezclas Asfálticas
Objetivo
Determinar el contenido de partículas de formas alargada y lajeada presentes en los materiales pétreos
empleados en la estructura de un pavimento.
Descripción general
Según Norma SCT M·MMP·4·04·005 la prueba consiste en separar el retenido en la malla N° 4 de una
muestra de materiales pétreos, para determinar la forma de cada partícula, empleando calibradores de espesor
y de longitud.
Material y equipo.
Juego de mallas (cribas).
Tabla 1. Juego de mallas para material pétreo grueso
Balanza. Con capacidad de 20 kg y aproximación de 1,0 g.
Máquina agitadora para las mallas
Calibrador de espesores. Con la forma y dimensiones que se muestran en la Figura 1 de este Manual.
Figura 1. Calibrador de espesores
21
Calibrador de longitudes. Con la forma y dimensiones que se muestran en la Figura 2 de este Manual.
Figura 2. Calibrador de longitudes
Cucharón
Charolas
Procedimiento.
1. Preparación de la muestra
Si la muestra del material envasado que se recibe en laboratorio está saturada, se extiende sobre una superficie
limpia para dejar que se escurra hasta contenido de agua constante o en condición de saturado y
superficialmente seco, para posteriormente disgregar de forma manual aquel material que presente grumos,
teniendo la precaución de no fragmentarlo por la presión aplicada. Hecho lo anterior, se cuartea el material
hasta obtener una muestra de 25 kg aproximadamente, como se describe a continuación:
Una vez que el material está disgregado, saturado y superficialmente seco, se apila hasta formar un cono.
Desde el eje del cono y hacia la periferia se extiende el material hasta formar un cono truncado de 15 a 20
cm de altura.
Se divide el cono truncado en cuatro partes iguales, de las cuales se toman dos cuartos opuestos para
formar una muestra de aproximadamente 25 kg; en caso de exceder esta masa, se procede a reducir la
cantidad de material mediante cuarteos sucesivos.
Una vez separados los 25 kg se criba la muestra a través de la malla N°4 (4,75 mm) ya sea con equipo
mecánico o de forma manual, colocando en una charola el material retenido y eliminando el material que
pase por la malla.
2. Obtención de las muestras de prueba
Esta prueba se realiza por duplicado, por lo cual se requieren dos muestras. Para la obtención de cada una de
éstas se aplicarán cuarteos sucesivos siguiendo el procedimiento indicado anteriormente. No se permitirá el
ajuste de la masa ni la inclusión o exclusión de tamaños para obtener la masa más próxima a la determinada,
considerando lo siguiente:
22
Se selecciona una porción del material retenido en la malla N°4 que contenga más de 200 piezas, la cual
se somete a un proceso de cribado considerando el arreglo de mallas indicado en la Tabla 1 de este
Manual.
Se registra el número de partículas retenido en cada malla verificando que al final el total de partículas
retenidas por todas las mallas sea de 200 piezas como mínimo. Si el número de piezas es menor, se
repetirá el procedimiento indicado en el Inciso anterior, aumentando el tamaño de la muestra hasta
obtener el número de piezas mencionado.
La masa total de cada una de las dos muestras obtenidas, se designará como M1 y M2 respectivamente,
en gr.
3. Determinación del porcentaje de partículas con forma alargada:
Para cada porción clasificada de cada una de las dos muestras de prueba, es decir, del número de
partículas retenido en cada malla, se verifica que cada pieza pase por la ranura correspondiente del
calibrador de longitudes, buscando la posición tal que su dimensión mayor sea paralela al eje del
calibrador.
Se reúnen todas las partículas que no hayan pasado por las ranuras del calibrador de longitudes y se
determina su masa, designándola como ma, en gr.
4. Determinación del porcentaje de partículas con forma de laja (aplanada):
Para cada porción clasificada de cada una de las dos muestras de prueba, es decir, del número de
partículas retenido en cada malla, se verifica que cada pieza pase por la ranura correspondiente del
calibrador de espesores, buscando la posición más adecuada.
Se reúnen todas las partículas que hayan pasado por las ranuras del calibrador de espesores y se
determina su masa, designándola como me, en g.
Precauciones para evitar errores
Para evitar errores durante la ejecución de la prueba, se observan las siguientes precauciones:
Realizar la prueba en un lugar cerrado, con ventilación indirecta, limpio y libre de corrientes de aire que
puedan provocar la contaminación de la muestra de prueba con otras partículas.
Verificar que la muestra esté perfectamente seca al momento de efectuar su cribado.
Que todo el equipo esté perfectamente limpio y funcional. Especialmente las mallas estarán limpias y sin
indicios de falla, es decir, que los hilos presenten aberturas uniformes y no estén dañados ni rotos.
Verificar que la balanza esté limpia en todas sus partes, bien calibrada y colocada en una
Cálculos y resultados
Se calcula el porcentaje de las partículas con forma alargada, con relación a la masa de la muestra de prueba
utilizada, empleando la siguiente expresión:
𝐶𝑎 = (
𝑚𝑎
) 100
𝑀
Donde:
Ca = Por ciento en masa de partículas con forma alargada, (%)
ma = Masa de las partículas con forma alargada, determinada en cada una de las muestras de prueba, según
corresponda, (g)
M = Masa total de la muestra para cada una de las muestras de prueba, es decir, M1 ó M2, según corresponda,
(g)
Se calcula el porcentaje de las partículas con forma de laja, con relación a la masa de la muestra de prueba
utilizada, empleando la siguiente expresión:
Donde:
𝐶𝑝 = (
𝑚𝑒
) 100
𝑀
23
CP = Por ciento en masa de partículas con forma de laja, (%)
me = Masa de las partículas con forma de laja, determinada en cada una de las muestras de prueba, según
corresponda, (g)
M = Masa total de la muestra para cada una de las muestras de prueba, es decir, M1 ó M2, según corresponda,
(g)
En caso de que se presente una variación entre los cálculos del contenido de partículas con forma alargada
(Ca) igual al 20% o mayor entre una muestra y otra, se considerará para el cálculo del resultado de la prueba
el promedio de ambas; en caso contrario se considerará el valor que resulte mayor; lo mismo se hará para el
contenido de partículas en forma de laja (Cp).
Se reportan los contenidos de partículas alargadas (Ca) y lajeadas (Cp), considerando lo indicado en la
Fracción anterior. Asimismo se reporta como resultado de la prueba, el por ciento en masa de partículas
alargadas y lajeadas, como la suma de Ca más CP.
M1 ___________ gr
M2 =____________ gr
Mallas
Mayor 2” (63 a 50mm)*
2” a 1½” (50 a 37.5mm)
1 ½” a 1” (37.5 a 28mm)
1” a ¾”
(28 a 20mm)
¾” a ½”
(20 a 14mm)
½” a 3/8” (14 a 10mm)
3/8” a ¼” (10 a 6.3mm)
Total
*Asignación en los calibradores
Tabla 2. Formato de Cálculos
𝐶𝑎 = (
𝑚𝑎
𝑀
) 100
Para la muestra M1
𝑚𝑎 = ___________ gr
𝑚𝑒 = ____________gr
Para la muestra M2
𝑚𝑎 = ___________ gr
𝑚𝑒 = ____________gr
Resultado:
Masa de las partículas con forma
alargada (gr)
𝑚𝑎
--------
𝐶𝑝 = (
𝑚𝑎
---------
𝑚𝑒
𝑀
Masa de las partículas con forma
de laja (gr)
𝑚𝑒
𝑚𝑒
) 100
𝐶𝑎 = _______________ %
𝐶𝑝 = ____________%
𝐶𝑎 = _______________%
𝐶𝑝 = ____________%
𝐶𝑎 + 𝐶𝑝 = _______________%
Conclusiones.
________________________________________________________________________________________
________________________________________________________________________________________
________________________________________________________________________________________
________________________________________________________________________________________
Calidad del material según la normatividad SCT:
________________________________________________________________________________________
________________________________________________________________________________________
24
2.7 Desgaste. Mediante la Prueba de Los Ángeles
Objetivo
Determinar la resistencia a la trituración de los materiales pétreos.
Descripción general
Según la norma SCT M-MMP-4-04-006, la prueba consiste en colocar una muestra del material con
características granulométricas específicas dentro de un cilindro giratorio, en donde es sometida al impacto de
esferas metálicas durante un tiempo determinado, midiendo la variación granulométrica de la muestra como la
diferencia entre la masa que pasa la malla N°12 (1,7 mm de abertura), antes y después de haber sido sometida
a este tratamiento.
Equipo y materiales
Máquina de los ángeles
Como la mostrada en la Figura 1 de este Manual, constituida por un cilindro de acero, hueco y cerrado en
ambos extremos, con diámetro interior de 710 ± 5 mm y largo de 510 ± 5 mm, montado sobre dos soportes
ubicados al centro de sus caras paralelas, que le permitan girar sobre su eje de simetría en posición horizontal
con una velocidad angular de 30 a 33 rpm. El cilindro tendrá una abertura que permita introducir la muestra
de prueba y las esferas metálicas, con una tapa de cierre hermético diseñada con la misma curvatura del
cilindro para que la superficie interior del mismo sea continua y uniforme; además tendrá en su parte interior
una placa de acero removible de 2,5 cm (1”) de espesor, que se proyecte radialmente 8,9 cm (3½”) en toda la
longitud del cilindro y contará con un dispositivo para registrar el número de revoluciones que dé el cilindro.
Figura 1. Máquina de Los Ángeles
25
Carga abrasiva. Esferas de hierro fundido o acero, con un diámetro promedio de 47 mm y una masa de
entre 390 y 445 g cada una.
Juego de mallas (cribas). Con abertura determinada conforme a lo indicado en la tabla de este manual.
Horno. A temperatura constante de 110 ± 5°c.
Balanza. Con capacidad de 20 kg y aproximación de 0,1 g.
Máquina agitadora para las mallas
Cucharón
Charolas
Agua potable.
Procedimiento de la prueba
1. Preparación de la muestra
De la muestra del material envasado que se recibe en laboratorio, se disgrega de forma manual el material que
presente grumos, teniendo la precaución de no fragmentarlo por la presión aplicada. Hecho lo anterior, se
cuartea el material hasta obtener una muestra de aproximadamente 40 kg, como se describe a continuación:
Una vez que el material está disgregado, se apila hasta formar un cono.
Desde el eje del cono y hacia la periferia se extiende el material hasta formar un cono truncado de 15 a 20
cm de altura.
Se divide el cono truncado en cuatro partes iguales, de las cuales se toman dos cuartos opuestos para
formar una muestra de aproximadamente 40 kg; en caso de exceder esta masa, se procede a reducir la
cantidad de material mediante cuarteos sucesivos.
La muestra resultante se lava mediante un chorro de agua para eliminar el polvo adherido y
posteriormente se seca en el horno a una temperatura de 110 ± 5°C hasta masa constante.
Considerando el arreglo de mallas indicado en la Tabla 1 de este Manual, el material de la muestra se
separa y clasifica obteniendo su granulometría, de acuerdo con el procedimiento establecido en el Manual
M·MMP·4·04·002, Granulometría de Materiales Pétreos para Mezclas Asfálticas, eliminando el
material que pase por la malla N°10.
26
2.
Una vez separado y clasificado el material de la muestra, de la Tabla 2 se elige el tipo de
composición que se utilizará para integrar la muestra de prueba, que mejor se asemeje a las
características granulométricas obtenidas.
3.
Se integra la muestra de prueba con las proporciones correspondientes a cada rango de tamaños, de
acuerdo con las cantidades indicadas en la Tabla 2 de este Manual.
4.
Se obtiene la masa de la muestra de prueba integrada, registrándola como Pi, con aproximación de 1
g y se introduce a la máquina de Los Ángeles.
5.
De acuerdo con lo indicado en la Tabla 2 de este Manual, se define la cantidad de esferas requeridas
y se verifica que su masa total cumpla con lo establecido en dicha Tabla. Hecho lo anterior, se
introducen las esferas a la máquina de Los Ángeles y se hace funcionar a una velocidad angular de
30 a 33 rpm, durante 500 revoluciones.
6.
Se retira el material del interior de la máquina depositándolo en una charola. Se desecha la fracción
de la muestra de prueba que pase la malla N°12 (1,7 mm de abertura), para lo que se puede hacer
pasar el material por todas las mallas indicadas en la Tabla 1 de este Manual. Una vez desechado el
material menor de 1,7 mm, se lava la muestra de prueba con un chorro de agua y se seca en el horno
a una temperatura de 110 ± 5°C hasta masa constante.
Finalmente se deja enfriar la muestra de prueba a temperatura ambiente, para determinar su masa con
aproximación de 0,1 g, registrándola como Pf.
7.
Tabla 2. Composición de la muestra de prueba y cargas abrasivas
Precauciones para evitar errores.
Para evitar errores durante la ejecución de la prueba, se observarán las siguientes precauciones:
Realizar la prueba en un lugar cerrado, con ventilación indirecta, limpio y libre de corrientes de aire que
puedan provocar la contaminación de la muestra de prueba con otras partículas.
Verificar que la muestra esté perfectamente seca al momento de efectuar los cribados. Que todo el equipo
esté perfectamente limpio y funcional. Especialmente las mallas estarán limpias y sin indicios de falla, es
decir, que los hilos presenten aberturas uniformes y no estén dañados ni rotos.
Que la máquina de Los Ángeles esté perfectamente limpia y libre de residuos de material en su interior,
que el mecanismo de control de revoluciones trabaje correctamente y que la placa radial cumpla con las
dimensiones indicadas en la Fracción D.1. de este Manual.
27
Verificar que las esferas cumplan con las dimensiones y masas indicadas en la Tabla 2 y la Fracción D.2.
de este Manual, respectivamente.
Verificar que la balanza esté limpia en todas sus partes, bien calibrada y colocada en una superficie
horizontal, sin vibraciones que alteren las lecturas.
Verificar que el horno esté limpio y completo en todas sus partes y que su termostato trabaje
correctamente.
Cuidar que la muestra de prueba esté integrada conforme a alguna de las composiciones indicadas en la
Tabla 2 de este Manual.
Cálculos y resultados
Se calcula y reporta como resultado de la prueba, el desgaste por trituración, utilizando la siguiente expresión:
Pa = Desgaste por trituración Los Ángeles, (%)
Pi = Masa inicial de la muestra de prueba, (g)
Pf = Masa final del material de la muestra de prueba mayor de 1,7 mm (malla N°12), (g)
Pa = ___________ gr
Pi = ___________ gr
Pf = ___________ %
Conclusiones.
________________________________________________________________________________________
________________________________________________________________________________________
________________________________________________________________________________________
________________________________________________________________________________________
Calidad del material según la normativa SCT:
________________________________________________________________________________________
________________________________________________________________________________________
________________________________________________________________________________________
28
2.8 Valor Soporte de California (CBR) y Expansión (Exp)
Objetivo
Determinar el Valor Soporte de California (CBR) así como la expansión (Exp) originada por saturación de los
materiales, en especímenes compactados dinámicamente.
Descripción general
Según la norma SCT M-MMP-1-10 la prueba consiste en compactar dinámicamente especímenes del material
bajo estudio, con un contenido de agua igual al óptimo; someter a cada espécimen a un proceso de saturación
para obtener su cambio volumétrico, y una vez saturado, introducir en él un pistón de penetración de acero,
con el propósito de cuantificar las cargas necesarias para lograr magnitudes de penetración específicas. La
expansión (Exp) de cada espécimen es la relación en porcentaje del incremento de su altura debido a la
saturación, entre su altura original y la menor relación en porcentaje de las cargas aplicadas para producir
penetraciones de 2.54 mm y 5,08 mm, entre las cargas de referencia de 13.34 kN (1 360 kg) y 20.01 kN (2
040 kg) respectivamente, es su correspondiente Valor Soporte de California (CBR). Con los datos obtenidos
de los tres especímenes, se estiman la expansión (Exp) y el Valor Soporte de California (CBR) que tendría el
material compactado al grado de compactación especificado.
Materiales y equipo.
Equipo de carga. Como el mostrado en la Figura 1 de este Manual, compuesto por:
Figura 1. Equipo de carga
Un gato de carga, mecánico o hidráulico, capaz de proveer un desplazamiento constante de 1.27 mm/min y
con la capacidad mínima que se indica en la Tabla 1 de este Manual, de acuerdo con el máximo CBR que se
espere determinar, provisto con un plato de apoyo donde se colocará el espécimen por probar.
Tabla 1. Capacidad mínima del equipo de carga
Un marco de carga adosado al gato de carga y adaptado para sujetar el anillo de medición y el pistón de
penetración.
29
Anillos de medición de carga calibrados, con una capacidad acorde al nivel de carga que se indica en la Tabla
1 de este Manual, provistos con un extensómetro de 5 mm de carrera, con graduaciones a cada 0,001 mm y
carátula ajustable a ceros. Los anillos con capacidad de 10 y 30 kN (1 020 y 3 060 kg, respectivamente), con
aproximación de lectura de 44 N (4.54 kg), han dado buenos resultados.
Un pistón de penetración de acero, con sección circular de 49.63 ± 0,13 mm de diámetro y aproximadamente
100 mm de longitud.
Un extensómetro para medir la penetración, de 25 mm de carrera mínima, con aproximación de 0.01 mm y
carátula ajustable a ceros; provisto de una abrazadera con varillas de extensión y dispositivo giratorio, para
acoplarlo al pistón de penetración y acomodarlo para apoyar su vástago sobre las paredes de los moldes
Un cronómetro o reloj con aproximación de 1 s.
Opcionalmente, en lugar del equipo de carga descrito se puede utilizar una prensa mecánica, hidráulica o
neumática, con capacidad de 29.42 kN (3 t); aproximación de lectura mínima de 44 N (4.54 kg); control de
velocidad de aplicación de cargas que permita un desplazamiento constante de 1.27 mm/min, sin producir
impactos o pérdida de carga, y que cuente con el pistón, el extensómetro y el cronómetro.
Figura 2. Dispositivo de medición de expansión
Dispositivos de medición de expansión
Tres dispositivos de medición de expansión como el mostrado en la figura 2 de este manual, compuestos
por: una placa de expansión circular de 149.23 a 150.81 mm de diámetro, con al menos 42 orificios de
1.6 mm de diámetro distribuidos uniformemente, provista de un vástago de altura ajustable.
Un trípode para soportar un extensómetro de 5 mm de carrera mínima, con aproximación de 0.01 mm y
carátula ajustable a ceros, para medir la expansión (exp) del material.
Moldes
Tres moldes cilíndricos de acero, de 152.4 ± 0,66 mm de diámetro interior y 177.8 ± 0,46 mm de altura,
provistos cada uno de un collarín de extensión de 50.8 mm de altura mínima, con el mismo diámetro
interior del molde y de una placa de base perforada con al menos 28 orificios de 1.6 mm de diámetro,
distribuidos uniformemente, así como de una placa de base sin perforaciones por cada grupo de moldes.
30
Los moldes tendrán un volumen de 2 124 ± 25 cm3. Tanto las placas de base como el collarín estarán
fabricados de tal manera que se puedan acoplar en cualquier extremo del molde, como se muestra en la
figura 3 de este manual.
Figura 3. Molde con collarín de extensión para la determinación del valor soporte de california (cbr)
Disco espaciador
Disco de acero de 150.8 ± 0.8 mm de diámetro y 61.4 ± 0.13 mm de altura, como el mostrado en la figura
4 de este manual, provisto con un maneral desmontable para extraer el disco espaciador del molde.
Figura 4. Disco espaciador y maneral
Pisones
Dos pisones metálicos del tipo martillo deslizante, uno con masa de 2.5 ± 0,01 kg y altura de caída de 305
± 1 mm, y otro con masa de 4.54 ± 0,01 kg y altura de caída de 457 ± 1 mm, ambos con cara inferior de
apisonado circular de 50.80 ± 0,25 mm de diámetro y acoplados a sendas guías metálicas tubulares, con
la forma y dimensiones mostradas en la figura 5.
31
Figura 5. Pisón compactador tipo martillo deslizante
Placas de carga
Un juego de placas circulares de acero, como las mostradas en la figura 6 de este manual, integrado por:
Figura 6. Placas de carga
32
Una o dos placas anulares, con diámetro de 149.23 a 150,81 mm, con un orificio central de aproximadamente
54.0 mm de diámetro y con una masa de 4.54 ± 0.02 kg.
Dos placas ranuradas, con diámetro de 149.23 ± 1,6 mm y una masa de 2.27 ± 0.02 kg cada una. La ranura
que comunique el orificio central con el perímetro exterior tendrá un ancho de aproximadamente 54.0 mm.
Tanque de saturación. Con capacidad suficiente para mantener el nivel del agua 25 mm por encima de los
moldes.
Mallas ¾" y No. 4. Con abertura nominal de ¾” (19 mm) y N°4 (4.75 mm) respectivamente
Balanza. Con capacidad mínima de 15 kg y aproximación de 1 g.
Charolas
Cucharón
Probetas. Con capacidad de 500 cm3 y graduaciones a cada 5 cm3.
Regla. Metálica, con una arista cortante, de aproximadamente 25 cm de largo.
Aceite. Para lubricar las paredes de los moldes.
Papel filtro. Paquete de papel filtro grueso, circular de 149.23 a 150.81 mm de diámetro.
Procedimiento:
1.
Secar el material al aire o calentándolo a 60 OC. Disgregar los terrones existentes y tener cuidado de
no romper las partículas individuales de la muestra. La muestra deberá cribarse por la malla ¾”. La
fracción retenida en la malla ¾” deberá descartarse y reemplazarse en igual proporción por el
material comprendido entre las mallas ¾” y No. 4. Luego se mezcla bien. Se necesitan por lo menos
5 kg de material superficialmente seco (Ws). Se determina la cantidad de agua (Vw ) en cm3 que
4.
5.
6.
deberá incorporarse al suelo para reproducir la humedad óptima y el peso específico seco máximo.
En el cilindro con su collar colocar el disco espaciador y el papel filtro
Llenar el molde en 5 capas compactando con golpes 56 golpes por capa, conservar material para
verificar la humedad del espécimen
Quitar el collar y enrasar bien
Voltear el molde
Quitar el disco espaciador y el filtro
7.
Se calcula del Peso específico seco máximo ( d ) max y humedad óptima ( wop ) . Ver tablas de ayuda
8.
9.
10.
11.
Poner el filtro sobre la superficie enrasada y esta va a ser la parte inferior de la muestra
En la parte donde estaba el espaciador colocar otro filtro y el plato con un vástago graduable
Sobre este plato se colocan las sobrecargas necesarias (2 placas mínimo 4.5 Kg)
Se coloca el molde dentro de un recipiente con agua suficiente para que pueda cubrir por completo el
molde, máximo 2.5 cm por arriba del molde.
Se monta el trípode con un extensómetro y se toma una lectura inicial (h0). Se tomará cada 24 horas
Después de 96 horas o antes de saturación, depende si el material es expansivo o no, se tomara la
última lectura (hf) para calcular la expansión.
Retirar del tanque de saturación el molde con el espécimen, cuidadosamente se elimina el agua de la
parte superior del molde y se deja drenar durante 15 min.
Se efectúan las nueve penetraciones del pistón con el equipo de carga
2.
3.
12.
13.
14.
15.
Nota: antes de iniciar las penetraciones dar una carga inicial de 4.54Kg (10 lbs)
En una gráfica como la que se muestra en la Figura 8, en la que en el eje de las abscisas se indican las
penetraciones y en el de las ordenadas las cargas, se marcan los puntos correspondientes a cada una de las
determinaciones, los que se unen con una línea continua que no presente cambios bruscos de pendiente. Una
curva como la “F”, dibujada con línea discontinua en la Figura 7, indicará que la penetración no estuvo bien
efectuada, por lo que se desechará el espécimen, siendo necesario repetir su compactación, expansión y
penetración, como se indica en este Manual.
33
Figura 7. Curvas típicas de carga-penetración
En los casos en que el inicio de la curva presente una concavidad hacia arriba, como la curva “E” que se
muestra en la Figura 7, se efectúa una corrección como se ilustra en la Figura 8 de este Manual, trazando una
tangente en el punto de inflexión (PI), hasta cortar el eje de las abscisas en el punto que se designa como O’,
el cual se tomará como nuevo origen de las penetraciones y a partir de él se marcan los puntos P2.54 y P5.08
correspondientes a las penetraciones de 2.54 y 5.08 mm, respectivamente; las ordenadas CC2.54 y CC5.08
representan las cargas corregidas para dichas penetraciones, en kN, que se tomarán como las cargas C2.54 y
C5.08 correspondientes.
Figura 8. Corrección de la curva carga-penetración
34
Precauciones
Para evitar errores durante la ejecución de la prueba, se observarán las siguientes precauciones para cada uno
de los especímenes de prueba:
Compactación
Que la porción de prueba se le haya agregado uniformemente la cantidad de agua necesaria para su
compactación y que el material, una vez mezclado con el agua, quede homogéneo.
Que una vez mezclado el material de la porción de prueba con el agua, ésta no se pierda durante el proceso de
compactación.
Que el material sobresalga del molde en un espesor promedio de 1.5 cm como máximo, una vez terminada la
compactación de las tres capas de la porción de prueba.
Que no queden oquedades en el material compactado después de haber sido enrasado.
Saturación
Que el molde con el espécimen compactado y las placas de carga quede sumergido en el tanque de saturación,
en posición vertical, permitiendo el libre flujo de agua tanto en la parte inferior como en la superior del
espécimen, con un tirante de aproximadamente 25 mm sobre la parte superior del molde y que este tirante se
mantenga constante durante el tiempo que dure la saturación.
Que al iniciar la saturación el trípode del dispositivo de medición de expansión quede bien apoyado sobre el
molde sumergido y que el vástago de su extensómetro quede en contacto con el vástago de la placa de
expansión.
Que la última lectura en el extensómetro del dispositivo de medición de expansión se tome cuando su aguja
no muestre movimiento alguno en un periodo de 24 h, salvo que se trate de materiales granulares que
presenten un drenaje rápido, en cuyo caso dicho periodo será de 12 h.
Que al extraer el molde con el espécimen saturado se elimine el agua de su parte superior sin alterar la
superficie del espécimen y que se deje drenar durante 15 min antes de determinar la masa del molde con el
espécimen saturado
Penetración
Que el equipo de carga esté correctamente nivelado en posición vertical antes de iniciar la penetración del
espécimen.
Que al instalar el extensómetro para medir la penetración del equipo de carga, su vástago quede correctamente
apoyado sobre la pared del molde y que tanto su carátula como la del extensómetro del anillo de medición de
carga se pongan en ceros.
Que las lecturas de las cargas en el extensómetro del anillo de medición de carga, se tomen a las
penetraciones establecidas en los tiempos previstos, que se indican en la Tabla 3 de este Manual.
Cálculos y Resultados.
De la prueba de compactación Proctor Modificada o AASHTO:
wop _________ %
( d ) max ____________ Kg / m3
35
Cantidad de agua en (cm3) que deberá incorporarse al suelo para desarrollar el peso específico seco máximo
Vw
WS (w%)
100
Vw Volumen de agua por agregar (cm3)
WS Peso del material seco (g)
w%
Contenido de agua optima práctica ( wop ) .
WS ____________________________
Vw ____________________________
Verificación del Peso específico seco máximo ( d ) max y humedad optima ( wop )
m
Wm
V
d
m
1
w%
100
1
Espécimen Número
Peso específico seco
Peso del molde Wt (g)
Peso del molde + Suelo húmedo Wi (g)
Peso suelo húmedo Wm (g)
Volumen del molde V (cm³)
Peso volumétrico húmedo m (kg/m³)
Peso volumétrico seco
d (kg/m³)
Contenido de agua
Cápsula número
Peso de capsula (g)
Peso cápsula + Suelo húmedo (g)
Peso de capsula + suelo seco (g)
Peso de agua (g)
Peso suelo seco Ws (g)
Contenido de agua w (%)
36
Determinación de la expansión después de la saturación:
Exp
100(h)
H
Exp = Expansión del espécimen compactado en el molde (%)
Δh = Diferencia entre las lecturas inicial (h0) y final (hf) (mm)
H = Altura del molde igual a la altura del suelo compactado (mm)
h0= ____________________________
hf = __________________ H = ________________
Lecturas
Tiempo
Penetración
(min : seg)
(mm)
1
0:30
0.64
2
1:00
1.27
3
1.30
1.91
4
2:00
2.54
5
3:00
3.81
6
4:00
5.08
7
6:00
7.62
8
8:00
10.16
9
10:00
12.70
Tabla 3. Penetraciones después de saturación
Exp = ______________
Carga
Lbs.
Kg
1500
1400
1300
1200
1100
1000
900
Carga (Kg)
800
700
600
500
400
300
200
100
0
0
1.27
2.54
3.81
5.08
6.35
7.62
8.89
10.16
11.43
12.7
Penetración (mm)
37
Figura 6. Curva carga-penetración
CBR2.54
Donde:
CBR2.54
CBR5.08
C2.54
C5.08
100C2.54
1360
CBR5.08
100C5.08
2040
=Valor Soporte de California determinado para una penetración de 2.54 mm
=Valor Soporte de California determinado para una penetración de 5.08 mm
=Carga aplicada o corregida (Kg) para una penetración de 2.54 mm
=Carga aplicada o corregida (Kg) para una penetración de 5.08 mm
Se selecciona como el Valor Soporte de California (CBR) de cada espécimen compactado, al valor que resulte
menor entre los CBR2.54 y CBR5.08
De grafica corregida
C2.54 = __________________ C5.08 = _________________
CBR2.54 = ______________ CBR5.08 = ________________
CBR ____________ %
Conclusiones.
________________________________________________________________________________________
________________________________________________________________________________________
________________________________________________________________________________________
________________________________________________________________________________________
________________________________________________________________________________________
Calidad del material según la normativa SCT:
________________________________________________________________________________________
________________________________________________________________________________________
38
2.9 Afinidad entre el material pétreo y el asfalto. Prueba de pérdida de estabilidad por inmersión en
agua.
Objetivo.
Determinar la afinidad entre el material pétreo y la película de asfalto que la cubre, para conocer si entre
dichos materiales existe una liga que permita las condiciones de estabilidad satisfactorias. La determinación
de la afinidad del material pétreo es muy importante para juzgar el comportamiento de las capas de un
pavimento.
Descripción general.
Según la norma SCT M-MMP-4-05-042, consiste en determinar la disminución de Estabilidad Marshall que
se presente en especímenes sumergidos en agua durante 4 días, en relación con sus respectivos duplicados que
no se sometieron a la inmersión en agua.
Materiales y Equipo.
Un molde de compactación de 4" de diámetro, provisto de un collarín y una placa de base.
Un sostén del molde de compactación, para sujetar firmemente el molde.
Un pisón de compactación con superficie circular de apisonado de 98.4 mm, (3-7/8"), de diámetro,
equipado con una pesa deslizante de 4.536 kgs. (10 lbs.) cuya altura de caída es de 45.7 cm. (18").
Una máquina de compresión
Un tanque de saturación
Hornilla eléctrica para calentar los agregados
Charola de lámina.
Cucharones de lámina.
Un termómetro blindado para registrar temperaturas entre 10 y 200C.
Una balanza con capacidad de 20 kg y sensibilidad de un gramo.
Una cuchara mezcladora
Una espátula
Procedimiento:
1. Elaboración de los especímenes
Fijada la granulometría de mezcla asfáltica cumpliendo especificaciones:
Se fabricarán 4 especímenes, cada uno de los cuales requiere aproximadamente 1100 gramos de agregado
pétreo. La cantidad de cemento asfáltico que deberá agregarse se calculará sobre la base del contenido
mínimo de asfalto que se determina por método explicado en contenido mínimo de asfalto (Método de
fórmulas empíricas) más un pequeño exceso correspondiente al producto que quede adherido a la charola
que puede ser de 0.5% de producto.
Se mezclarán los agregados y el cemento asfáltico, calentados previamente a las temperaturas de 175120C, respectivamente hasta obtener una distribución uniforme del asfalto. La temperatura de la mezcla
no deberá ser menor de 100C, al momento de elaborar el espécimen. En ningún caso la mezcla deberá
ser recalentada.
Para compactar la mezcla asfáltica se procederá en la forma siguiente: el pisón de compactación y el
molde se calentarán en un baño de agua hirviendo. Una vez caliente se sacará el equipo del baño y se
colocará un papel filtro en el fondo del molde y se llenará este con la mezcla caliente. Se apoyará el pisón
sobre la mezcla y se aplicarán de 50 ó 75 golpes con la pesa deslizante. La cara del pisón será mantenida
paralelamente a la base del molde durante el proceso de compactación. Se quitará el collarín y se invertirá
la posición del molde; se colocará el collarín y se aplicarán otros 50 a 75 golpes en el espécimen.
Se removerá el collarín y la placa de base, y el molde con su contenido se sumergirá en agua fría por un
tiempo mínimo de 2 minutos. Se extraerá el espécimen del molde, se identificará y se dejará enfriar a la
39
temperatura ambiente durante 12 a 24 horas. Los especímenes compactados deberán tener una altura de
63.5 mm (2 1/2"), con una tolerancia de 3.2 mm (1/8").
2.
Prueba a los especímenes
La prueba de los especímenes comprende la determinación de la estabilidad de los 4 especímenes
elaborados.: Dos especímenes bajo saturación en agua sumergidos por 4 días y los otros dos restantes en
el aire.
Terminando el período de inmersión, se sacará los dos especímenes del tanque y se secará su superficie.
Se limpiará la superficie del anillo seccionado y se lubricarán los postes guía de tal manera que la sección
superior del anillo deslice libremente. Se colocará el espécimen entre las dos secciones de la cabeza de
prueba y se centrará el conjunto en la máquina de compresión.
Se aplicará la carga al espécimen a una velocidad constante. La carga máxima aplicada para producir la
falla de los especímenes se deberá registrar como el valor de estabilidad Marshall. Lo mismo se hará para
los especímenes curados al aire.
Se corregirán los valores de estabilidad de los especímenes que no tengan la altura especificada de 63.5
mm, multiplicando los valores obtenidos por los factores de corrección que se dan en la siguiente tabla
No. 1
ALTURA DEL
ESPÉCIMEN (mm)
FACTOR DE
CORRECCIÓN
55
56
57
58
59
60
61
62
63
1.27
1.23
1.20
1.16
1.13
1.10
1.07
1.04
1.01
63.5
64
65
66
67
68
69
70
71
1.00
0.98
0.96
0.94
0.92
0.90
0.88
0.86
0.84
Tabla No. 1 Factores de corrección para la estabilidad.
40
Cálculos y Resultados.
Se calcula mediante:
PE (1
R2
)100
R1
PE = Pérdida de Estabilidad Marshall por inmersión en agua en %
R1 = Estabilidad Marshall promedio que se presente en especímenes no sumergidos en agua en Kg
R2 = Estabilidad Marshall promedio que se presente en especímenes sumergidos en agua en Kg
ESPÉCIMEN
NO
SUMERGIDO
ALTURA
cm
FACTOR DE
CORRECCIÓN
ESTABILIDAD
Kg
ESTABILIDAD
CORREGIDA
kg
1
2
R1
ESPÉCIMEN
SUMERGIDO
ALTURA
cm
FACTOR DE
CORRECCIÓN
ESTABILIDAD
Kg
ESTABILIDAD
CORREGIDA
kg
1
2
R2
PE = ___________ %
Conclusiones.
________________________________________________________________________________________
________________________________________________________________________________________
________________________________________________________________________________________
________________________________________________________________________________________
Calidad del material según la normatividad SCT:
________________________________________________________________________________________
________________________________________________________________________________________
41
III. PRUEBAS DE CLASIFICACIÓN Y CALIDAD A UN CEMENTO ASFÁLTICO
3.1 Densidad o peso específico relativo del asfalto
Objetivo.
Determinar el peso específico relativo o densidad de los cementos asfálticos, con fines de clasificación del
producto asfáltico y de diseño de mezclas asfálticas. Este dato también se utiliza en el cálculo de volúmenes
de los cementos asfálticos y en la determinación del porcentaje de vacíos en mezclas asfálticas compactadas.
Descripción general.
En base a la norma SCT 6-01-03-011-C.02, se presenta un método para determinar la densidad o peso
específico relativo de materiales asfálticos, que es la relación entre el peso de un volumen dado del material a
veinticinco grados centígrados (25°C) y el peso de un volumen igual de agua a la misma temperatura.
Materiales y Equipo.
Picnómetro de vidrio, de forma cilíndrica o cónica, de 22 a 26 mm de diámetro, con tapón de vidrio
esmerilado, provisto de un orificio central de 1 a 2 mm de diámetro. El picnómetro debe tener una
capacidad de 24 a 30 cm3.
termómetro de inmersión total, con escala que abarque de – 8 a 32°C y aproximación de 0.1°C.
Balanza con aproximación de 1 mg.
Vaso de precipitado de 500 cm3.
Vaso de precipitado de 250 cm3.
Baño de agua que permita regular la temperatura hasta 50°C, con aproximación de 0.1°C.
Fuente de calor.
Agua destilada.
Procedimiento.
1. Se limpian y secan perfectamente el picnómetro y el tapón, y a continuación se pesan conjuntamente,
anotando este peso como Wf, con aproximación de 0.001 g.
2. Se llena el picnómetro con agua destilada, recientemente hervida para eliminarle el aire, se le inserta
firmemente el tapón y se sumerge todo el conjunto, durante no menos de 30 minutos, en un vaso con
agua destilada que se mantendrá a 25 ± 0.2°C dentro del baño de agua. A continuación se saca
parcialmente el picnómetro del agua y se procede a secar la superficie exterior del tapón, cuidando que el
orificio quede totalmente lleno de agua. En seguida se saca completamente el picnómetro del vaso y con
un paño seco y limpio se elimina rápidamente la humedad que tenga la superficie exterior del mismo;
inmediatamente después se pesa el picnómetro con su tapón y el agua que contiene, y se anota este peso
como Wfw, con aproximación de 0.001 g; efectuado lo anterior, se elimina el contenido del picnómetro y
se procede a limpiarlo y secarlo.
3. se fluidifican en un vaso de precipitado 100 g de cemento asfáltico aproximadamente, aplicando calor en
forma lenta y evitando que haya pérdida por evaporación. Cuando la muestra esté suficientemente fluida,
se calienta ligeramente el picnómetro y en seguida se vierte en éste una cantidad de cemento asfáltico,
suficiente para llenarlo hasta la mitad aproximadamente, sin que el cemento asfáltico escurra por sus
paredes y procurando que no se formen burbujas. A continuación, se dejan enfriar el picnómetro y su
contenido a la temperatura ambiente y se pesan junto con el tapón, anotando este peso como W fa, con
aproximación de 0.001 g.
4. En seguida se termina de llenar el picnómetro con agua destilada y sin aire, y se le inserta firmemente el
tapón. El picnómetro y su contenido se sumergen completamente durante no menos de 30 minutos, en un
vaso con agua destilada que se mantiene a 25 ± 0.2°C dentro del baño de agua. A continuación se saca
parcialmente del agua el picnómetro y se seca la superficie exterior del tapón, cuidando que el orificio
quede completamente lleno de agua. En seguida se saca totalmente el picnómetro del vaso y con un paño
seco y limpio se elimina rápidamente toda la humedad de la superficie exterior del mismo;
inmediatamente, se pesa el picnómetro con su contenido y el tapón, anotando este peso como W faw, con
aproximación de 0.001 g.
5. Se calcula y reporta el peso específico relativo del cemento asfáltico con aproximación de 0.001 g,
determinado con la siguiente fórmula:
42
En donde:
SCA
Wf
Wfw
Wfa
Wfaw
Wa
Ww
𝑆𝐶𝐴 =
𝑊𝑓𝑎 − 𝑊𝑓
(𝑊𝑓𝑤 − 𝑊𝑓 ) − (𝑊𝑓𝑎𝑤 − 𝑊𝑓𝑎 )
=
𝑊𝑎
𝑊𝑤
es el peso específico relativo o densidad del cemento asfáltico, adimensional.
es el peso del picnómetro, en gramos.
es el peso del picnómetro lleno de agua, en gramos.
es el peso del picnómetro con asfalto, en gramos.
es el peso del picnómetro con asfalto y agua, en gramos.
es el peso del cemento asfáltico contenido en el picnómetro con asfalto, en gramos.
es el peso del agua destilada, en gramos, correspondiente a un volumen igual al del cemento
asfáltico, estando ambos a 25°C.
Cálculos y Resultados.
Registro de datos
Picnómetro
Wf (g)
Wfw (g)
Wfa (g)
Wfaw (g)
SCA
Conclusiones.
________________________________________________________________________________________
________________________________________________________________________________________
________________________________________________________________________________________
________________________________________________________________________________________
Calidad del material según la normatividad SCT:
________________________________________________________________________________________
________________________________________________________________________________________
43
3.2 Penetración en Cementos y Residuos Asfálticos
Objetivo.
Esta prueba permite determinar la consistencia de los cementos asfálticos, así como de los residuos por
destilación de las emulsiones y asfaltos rebajados, mediante la penetración vertical de una aguja en una
muestra de prueba de dichos materiales bajo condiciones establecidas de masa, tiempo y temperatura.
Descripción general.
Según la norma M·MMP·4·05·006, esta prueba consiste en determinar la penetración vertical de una aguja en
una muestra de los cementos asfálticos, así como de los residuos por destilación de las emulsiones y asfaltos
rebajados bajo condiciones establecidas de masa, tiempo y temperatura.
Materiales y equipo.
Aparato de penetración o penetrómetro para asfaltos como el mostrado en la Figura 1.
Agujas de acero inoxidable, totalmente endurecidas y perfectamente pulidas, con la forma y
dimensiones que se muestran en la Figura 2.
Cápsula de penetración de metal o de vidrio refractario, de forma cilíndrica y con el fondo plano; con
diámetro interior de 55 mm y altura interior de 35 mm, para penetraciones menores de 20 mm; o
diámetro interior de 70 mm y altura interior de 45 mm para penetraciones entre 20 y 35 mm.
Baño de agua con temperatura controlable hasta 50°C y aproximación de 0,1°C, con dimensiones y
características tales que le permitan una capacidad mínima de 10 L.
Termómetro con rango de 0 a 50°c y aproximación de 1°C.
Cronómetro con aproximación de 0.2 s.
Recipiente de manejo de metal, plástico o vidrio, de forma cilíndrica adecuada para manejar y
mantener sumergida la cápsula de penetración que contenga la muestra de prueba; de 350 cm3 de
capacidad y con relieves en el fondo para evitar que la muestra que contiene se mueva durante el
proceso de ensaye.
Malla número 50, de 300 μm de abertura, cuando se prueben residuos por destilación de emulsiones
asfálticas.
Espátula de níquel de 20 cm de longitud, cuando se prueben residuos por destilación.
44
Procedimiento de la prueba.
La prueba se realiza en la forma siguiente:
1. Preparación de la muestra. La muestra de prueba, según se trate de cemento asfáltico o del residuo
por destilación, se prepara como se indica a continuación:
Muestra de cemento asfáltico: De la muestra de cemento asfáltico, obtenida según se establece en
el Manual M·MMP·4·05·001, Muestreo de Materiales Asfálticos, se toma una porción de volumen
ligeramente mayor al de la cápsula de penetración y se calienta en un recipiente apropiado,
agitándola en forma continua con el objeto de distribuir la temperatura uniformemente, hasta que
adquiera la fluidez suficiente para facilitar su vaciado en dicha cápsula, cuidando que durante su
calentamiento no se formen burbujas de aire, que la temperatura alcanzada no exceda de 130°C y que
esta operación se realice en un lapso menor de 30 min. Hecho esto, inmediatamente se llena la
cápsula con la muestra de prueba, se cubre adecuadamente para protegerla del polvo y se deja enfriar
hasta que alcance la temperatura ambiente.
Muestra del residuo por destilación de una emulsión asfáltica: Inmediatamente después de
obtener el residuo por destilación de la emulsión asfáltica mediante el procedimiento de prueba
indicado en el Manual M· MMP·4·05·012, Destilación de Emulsiones Asfálticas, se destapa el
alambique utilizado en esa prueba, se homogeneiza su contenido con la espátula y se llena la cápsula
de penetración vertiendo el residuo a través de la malla N° 50, se cubre adecuadamente para
protegerla del polvo y se deja enfriar hasta que alcance la temperatura ambiente.
2.
Se coloca la cápsula de penetración que contiene la muestra de prueba dentro del recipiente de
manejo, para introducirlos posteriormente en el baño de agua, cuando éste mantenga una temperatura
de 25°C o la que se especifique para la prueba. Se sumerge dicho recipiente completamente y se
mantiene así por espacio de 2 h, con objeto de que el producto asfáltico adquiera esa temperatura.
Se coloca el Penetrómetro sobre una superficie plana, firme y sensiblemente horizontal, se le acopla
la aguja y se lastra para que el elemento que se desplaza tenga una masa de 100 ± 0.1 g o la masa que
se especifique para la prueba y finalmente se nivela perfectamente el Penetrómetro.
Se saca del baño de agua el recipiente de manejo, el cual contiene la muestra de prueba en su cápsula
de penetración, cuidando que tenga agua suficiente para cubrir completamente la cápsula. Se colocan
el recipiente y la cápsula sobre la base del Penetrómetro, de tal manera que la muestra quede bajo la
aguja. Se ajusta la altura de la aguja hasta que haga contacto con la superficie de la muestra, lo que
se logra haciendo coincidir la punta de la aguja con la de su imagen reflejada en la superficie de la
muestra.
Se hace coincidir la manecilla del Penetrómetro con el cero de su carátula, hecho esto se oprime el
sujetador para liberar la aguja únicamente durante 5 s o durante el tiempo que se especifique para la
prueba, después de lo cual se toma la lectura registrándola en décimos de milímetro.
Se deben hacer por lo menos tres penetraciones sobre puntos diferentes de la superficie de la muestra
de prueba, separados entre sí y de la pared de la cápsula de penetración 10 mm como mínimo. Se
limpiará cuidadosamente la aguja después de cada penetración sin desmontarla y, de ser necesario,
para ajustar la temperatura a 25°C o a la especificada para la prueba, se regresará el recipiente de
manejo con la muestra al baño de agua. Para la limpieza de la aguja se utilizará un paño humedecido
con tricloroetileno, y después un paño seco y limpio.
Para materiales asfálticos suaves, con penetraciones mayores de 22.5 mm, se tienen que emplear por
lo menos tres agujas, las que se deben ir dejando introducidas en la muestra de prueba al hacer las
penetraciones.
Se reporta como resultado de la prueba, el promedio de las profundidades a las que haya entrado la
aguja en por lo menos tres penetraciones, expresadas en décimos de milímetro y con aproximación a
la unidad, valor conocido también como grado de penetración. Las penetraciones utilizadas para el
cálculo del promedio, deben estar dentro de las diferencias permisibles mostradas en la Tabla 1, de lo
contrario la prueba se repetirá. En el reporte quedarán asentados la temperatura, la masa y el tiempo
de penetración con los que se realice la prueba.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
45
Valor de la penetración
Diferencias permisibles
(0.1 mm)
(0.1 mm)
0 – 49
2
50 – 149
4
150 – 249
6
≥ 250
8
Tabla 1. Diferencias permisibles entre los valores de penetración considerados para el cálculo de resultados
Precauciones para evitar errores:
Tener especial cuidado en realizar la prueba bajo las condiciones de temperatura, masa y tiempo de
penetración que se especifiquen.
Cuidar que no exista aire atrapado en la muestra de prueba.
Confirmar que la aguja esté perfectamente limpia en el momento de la penetración.
Verificar que la aguja esté en contacto con la superficie de la muestra de prueba al iniciar la
penetración.
Cuidar que la aguja no toque el fondo del recipiente antes de finalizar el tiempo especificado.
Cálculos y Resultados.
Registro de la prueba de penetración
Producto asfáltico probado: ____________________________
Masa del lastre de la aguja: __________ g
Cápsula
1
Temperatura de prueba: ____°C
Tiempo de penetración: _____ s
Penetración (0.1 mm)
2
3
Promedio
Conclusiones.
________________________________________________________________________________________
________________________________________________________________________________________
________________________________________________________________________________________
________________________________________________________________________________________
Calidad del material según la normatividad SCT:
________________________________________________________________________________________
________________________________________________________________________________________
46
3.3 Ductilidad de Cementos y Residuos Asfálticos
Objetivo.
Esta prueba permite determinar la capacidad para deformarse sin romperse, de los cementos asfálticos, del
residuo de la prueba de película delgada y de los residuos asfálticos obtenidos por destilación de emulsiones.
Descripción general.
En base a la norma M-MMP-4-05-011, la prueba consiste en medir la máxima distancia a la cual una briqueta
de dichos materiales, de geometría y bajo condiciones de temperatura y velocidad de deformación específicas,
puede ser estirada sin romperse.
Materiales y equipo.
Ductilómetro, como el mostrado en la Figura 1 de este Manual.
Molde para elaborar la briqueta, de latón, compuesto de dos mordazas y dos elementos laterales, con
la forma y dimensiones mostradas en la Figura 2 de este Manual.
Placa de apoyo plana, lisa y rígida, de latón o bronce, con superficie de 15 x 5 cm como mínimo y
espesor de 2 mm aproximadamente.
Baño de agua que permita mantener la temperatura a 25 ± 0.5°C, con una capacidad mínima de 10 L.
Termómetro con rango de -8 a 32°C y aproximación de 0.1°C.
Malla No. 50, de 300 μm de abertura.
Espátula de níquel de borde recto y 20 cm de longitud.
Cloruro de sodio de uso comercial.
Antiadherente (aceite o grasa de silicón; una mezcla de glicerina y dextrina; talco o caolín, para
recubrir la placa de apoyo y evitar su adherencia con el asfalto).
Paño
47
Procedimiento.
1.
2.
3.
Previamente a la preparación de la muestra, se aplica con el paño el antiadherente seleccionado en
los dos elementos laterales del molde de la briqueta y en la superficie de la placa de apoyo, para
evitar que se les adhiera el asfalto. Hecho lo anterior se coloca el molde sobre la placa de apoyo y se
ajusta dejándolo en posición horizontal.
La muestra de prueba, según se trate de cemento asfáltico, del residuo de la prueba de película
delgada o del residuo asfáltico obtenido por destilación de una emulsión, se prepara como se indica a
continuación:
Muestra de cemento asfáltico o del residuo de la prueba de película delgada: De la
muestra de cemento asfáltico, obtenida según se establece en el Manual M·MMP·4·05·001,
Muestreo de Materiales Asfálticos o del residuo de la prueba de película delgada, obtenido
como se establece en el Manual M·MMP·4·05·010, Pruebas en el Residuo de la Película
Delgada de Cementos Asfálticos, según se especifique, se toma un volumen ligeramente
mayor al necesario para llenar el molde de la briqueta y se calienta en un recipiente
apropiado, agitándola en forma continua con el objeto de distribuir la temperatura
uniformemente, hasta que adquiera la fluidez suficiente para facilitar su vaciado en el
molde, cuidando que durante su calentamiento la temperatura no exceda de 130°C y que la
operación se realice en un lapso menor de 30.min. Hecho esto, inmediatamente se llena el
molde previamente preparado, para hacer la briqueta, pasando la muestra de prueba por la
malla N° 50, agitándola perfectamente y vertiéndola cuidadosamente, mediante un chorro
delgado que se mueve a lo largo del molde, hasta rebasar ligeramente el nivel de enrase y
evitando la formación de burbujas de aire. Finalmente se cubre adecuadamente para
protegerla del polvo y se deja enfriar durante 30 a 40.min hasta que alcance la temperatura
ambiente.
Muestra del residuo por destilación de una emulsión asfáltica: Inmediatamente después
de obtener el residuo por destilación de la emulsión asfáltica mediante el procedimiento de
prueba indicado en el Manual M·MMP·4·05·012, Destilación de Emulsiones Asfálticas, se
destapa el alambique utilizado en esa prueba, se homogeneiza su contenido con la espátula
y se elabora una briqueta llenando el molde previamente preparado, haciendo pasar la
muestra de prueba por la malla N° 50, agitándola perfectamente y vertiéndola
cuidadosamente mediante un chorro delgado que se mueve a lo largo del molde, hasta
rebasar ligeramente el nivel de enrase y evitando la formación de burbujas de aire.
Finalmente se cubre adecuadamente para protegerla del polvo y se deja enfriar durante 30 a
40 min hasta que alcance la temperatura ambiente.
El molde con la placa de apoyo, conteniendo la briqueta, se coloca dentro del baño de agua, a una
temperatura de 25 ± 0.5°C, durante 30_min; se saca del baño y se enrasa la briqueta cortando el
48
4.
5.
6.
exceso de material con una espátula de borde recto previamente calentada para facilitar el corte. Se
vuelve a introducir en el baño a la misma temperatura durante 90 ± 5 min.
A continuación se retira la briqueta de la placa quitando los elementos laterales del molde y de
inmediato se instala con sus mordazas en el ductilómetro previamente preparado con agua a 25 ±
0.5°C, sujetando los extremos de éstas en los postes o ganchos del aparato, debiendo quedar la cara
superior de la briqueta a no menos de 2.5 cm de la superficie. Durante la prueba se mantendrá el
agua a la temperatura indicada.
Se pone en marcha el mecanismo de prueba a una velocidad de 5_cm/min, con una variación de
±5%, hasta producir la ruptura de la briqueta; en este momento se lee el desplazamiento de la
mordaza y se registra en centímetros.
Se reporta como resultado de la prueba la longitud que se desplazó la mordaza para lograr la ruptura
de la briqueta, en centímetros con aproximación a la unidad.
Precauciones para evitar errores:
Tener especial cuidado en realizar la prueba bajo las condiciones de temperatura que se indican.
Cuidar que durante el llenado del molde de la briqueta no se generen burbujas de aire en la superficie
o en el interior de la muestra de prueba.
Procurar que al estirarse la briqueta ésta no toque el fondo del tanque del ductilómetro o la superficie
de agua, de lo contrario, se repetirá la prueba agregándole cloruro de sodio al agua del tanque para
aumentar su densidad y lograr que la briqueta al ser estirada se mantenga en posición sensiblemente
horizontal.
Cálculos y Resultados.
Desplazamiento de la briqueta 1 en la ruptura: _______________ cm
Desplazamiento de la briqueta 2 en la ruptura: _______________ cm
Desplazamiento promedio de las briquetas en la ruptura: _______________ cm
Conclusiones.
________________________________________________________________________________________
________________________________________________________________________________________
________________________________________________________________________________________
________________________________________________________________________________________
Calidad del material según la normatividad SCT:
________________________________________________________________________________________
________________________________________________________________________________________
49
3.4 Punto de Reblandecimiento en Cementos Asfálticos
Objetivo.
Esta prueba permite estimar la consistencia de los cementos asfálticos como un medio de verificar su calidad.
Descripción general.
Según la norma M-MMP-4-05-009, esta prueba se basa en la determinación de la temperatura a la cual una
esfera de acero produce una deformación de 25 mm, en una muestra de asfalto sostenida en un anillo
horizontal, que se calienta gradualmente dentro de un baño de agua o glicerina.
Materiales y Equipo.
Dos anillos de latón, con el diseño y dimensiones señalados en la Figura 1 de este Manual.
Vaso de vidrio refractario con diámetro interior mínimo de 85 mm y altura de 120 mm.
Un portanillos de latón, con la forma y dimensiones señaladas en la Figura 2 de este Manual, con un
soporte de metal resistente a la corrosión, integrado por dos columnas que sostengan al portanillos y
a una placa rectangular inferior, de forma que la distancia entre la parte inferior de aquel y la
superior de ésta sea de 25 mm, y sujetas a una placa circular que sirva de tapa para el vaso
refractario. El soporte debe estar dispuesto de manera que la parte inferior de la placa rectangular se
ubique a 16 ± 3 mm del fondo del vaso, como se muestra en la Figura 3.
Dos esferas de acero, de 9.5 mm de diámetro y de 3.5 ± 0.05 g de masa.
Dos guías de latón para centrar las esferas, con la forma y dimensiones mostradas en la Figura 4 de
este Manual.
Placa de apoyo plana, lisa y rígida, de latón o bronce, de 5 x 10 cm como mínimo.
50
Parrilla eléctrica o mechero.
Termómetro de inmersión total con rango de -1 a 175°c y aproximación de 0.5°c.
Pinzas adecuadas para manejar las esferas.
Espátula o cuchillo de acero flexible, de 15 mm de ancho y 150 mm de largo.
Agua limpia o glicerina. Agua potable cuando se prueben cementos asfálticos con punto de
reblandecimiento menor de 80°C o glicerina para temperaturas mayores.
Antiadherente (aceite o grasa de silicón; una mezcla de glicerina y dextrina; talco o caolín, para
recubrir la placa de apoyo y evitar su adherencia con el asfalto).
Paño.
51
Procedimiento.
1.
2.
3.
4.
5.
6.
La muestra de cemento asfáltico, obtenida según se establece en el Manual M·MMP·4·05·001 Muestreo
de Materiales Asfálticos, se prepara de la siguiente manera: se toma una porción de volumen ligeramente
mayor al necesario para llenar los anillos y se calienta en un recipiente apropiado, agitándola en forma
continua para distribuir la temperatura uniformemente, hasta que adquiera la fluidez que permita su
vaciado en los anillos, cuidando que durante su calentamiento y vaciado no se formen burbujas de aire,
que la temperatura alcanzada no exceda 130°C y que esta operación se realice en un lapso menor de 60
min. Se calientan los anillos a una temperatura aproximadamente igual a la de la muestra y se colocan
sobre la placa de apoyo, la que se prepara previamente para que no se le adhiera la muestra de cemento
asfáltico, aplicándole con el paño el antiadherente seleccionado. A continuación se vierte en los anillos el
cemento asfáltico, se cubren adecuadamente para protegerlos del polvo y se deja enfriar durante
aproximadamente 30 min para que recobre su consistencia sólida, debiendo alcanzar una temperatura de
cuando menos 10°C debajo de la que corresponda al punto de reblandecimiento estimado. Enseguida se
corta el exceso de material asfáltico con la espátula o el cuchillo calentados previamente para facilitar el
corte.
Se ensambla el sistema de soporte colocando en su lugar los anillos con la muestra de prueba, las guías y
el termómetro de manera que la parte inferior de su bulbo quede al mismo nivel que la parte inferior de
los anillos, sin que toque las paredes del orificio central del portanillos. Se llena el vaso de vidrio hasta
una altura de 10 cm, con agua potable a 5 ± 1°C si el punto de reblandecimiento esperado es menor de
80°C o glicerina a 30 ± 1°C si es mayor y con las pinzas se colocan las esferas en el fondo del vaso. Se
introduce en el vaso el sistema de soporte y se deja el conjunto durante 15 min, manteniéndolo a la
temperatura indicada para el líquido que se utilice, introduciendo el vaso en agua helada si es necesario.
Se extrae el sistema de soporte, con las pinzas se colocan las esferas en las guías e inmediatamente se
vuelve a introducir en el vaso, quedando el montaje del equipo como se ilustra en la Figura 3 de este
Manual.
Se coloca el conjunto en la parrilla eléctrica o mechero y se incrementa uniformemente la temperatura del
líquido a razón de 5°C/min, con una tolerancia ±.0.5°C en lecturas hechas cada minuto después de los
primeros 3.min.
Se registra para cada anillo la temperatura en el momento en que el material asfáltico toque la placa
inferior del soporte, con aproximación de ± 0.5°C. Las temperaturas registradas no deben diferir entre sí
en más de 1°C, de lo contrario se debe repetir la prueba utilizando una nueva muestra de prueba.
Se reporta como punto de reblandecimiento del cemento asfáltico el promedio de las temperaturas
registradas, con aproximación de 0.5°C, indicando el líquido utilizado para la prueba.
Precauciones para evitar errores:
Cuidar que durante el llenado de los anillos no se formen burbujas de aire en la superficie o en el
interior de la muestra de prueba.
Realizar la prueba en un local libre de corrientes de aire.
Cuidar que la temperatura con la que se inicie la prueba corresponda a la establecida para el líquido
con el que se llene el vaso.
Evitar durante la prueba que la temperatura se eleve en incrementos diferentes al especificado.
Lavar los anillos con un disolvente adecuado para eliminar cualquier residuo de la prueba anterior. Si
contienen partículas de carbón, removerlas con fibra de acero, lavarlos con agua fría y después
acercarlos a una flama o colocarlos sobre la parrilla eléctrica para eliminar el disolvente y el agua.
52
Cálculos y Resultados.
Se reporta como punto de reblandecimiento del cemento asfáltico el promedio de las temperaturas registradas
para ambos anillos, con aproximación de 0,5°C, indicando el líquido utilizado para la prueba.
Temperatura de reblandecimiento para el anillo 1: _____________°C
Temperatura de reblandecimiento para el anillo 2: _____________°C
Punto de reblandecimiento: _______________°C en Agua____ Glicerina_____.
Conclusiones.
________________________________________________________________________________________
________________________________________________________________________________________
________________________________________________________________________________________
________________________________________________________________________________________
Calidad del material según la normatividad SCT:
________________________________________________________________________________________
________________________________________________________________________________________
53
IV. DISEÑO DE UNA MEZCLA ASFALTICA
4.1 Determinación del contenido óptimo de Cemento Asfáltico (AC). Método de Marshall
Objetivo.
Determinar el contenido óptimo de cemento asfalto para una mezcla asfáltica elaborada para un volumen de
tránsito y características de los agregados, cumpliendo con las especificaciones de la secretaría de
Comunicaciones y Transportes.
Descripción general.
Apoyándose en la norma M-MMP-4-05-034, el método de Marshall está limitado al proyecto y control de
elaboración de mezclas asfálticas hechas en planta estacionaria, en caliente, utilizando cemento asfáltico (AC).
En esta prueba se determinarán, además de los valores de peso volumétrico y porcentajes de vacíos, la estabilidad
y el flujo en especímenes cilíndricos, compactados axialmente con un sistema determinado. El valor de
estabilidad se determinará midiendo la carga necesaria para producir la falla del espécimen, aplicada en sentido
normal de su eje. La deformación vertical producida en el espécimen por dicha carga, será el valor de flujo. El
valor de estabilidad expresa la resistencia estructural de la mezcla compactada, y está afectado principalmente por
el contenido de asfalto, la composición granulométrica y tipo del agregado.
Principalmente el valor de estabilidad es un índice de la calidad del agregado. El valor de flujo representa la
deformación requerida en el sentido del diámetro del espécimen, para producir su fractura. Este valor es una
indicación de la tendencia de la mezcla para alcanzar una condición plástica, y consecuentemente de la resistencia
que ofrecerá la carpeta a deformarse bajo la acción de las cargas impuestas por los vehículos.
Material y Equipo.
Un molde de compactación de 4" de diámetro, provisto de un collarín y una placa de base.
Un sostén del molde de compactación, para sujetar firmemente el molde.
Un pisón de compactación con superficie circular de apisonado de 98.4 mm, (3-7/8"), de diámetro,
equipado con una pesa deslizante de 4.536 kg (10 lb) cuya altura de caída es de 45.7 cm. (18").
Una máquina de compresión Marshall accionada con un motor eléctrico que permite aplicar cargas, por
medio de una cabeza de prueba conforma de anillo seccionada, a una velocidad de 50.8 mm, sobre minuto
(2 pulg/min.) Está equipada con un anillo calibrado para determinar el valor de las cargas y un
extensómetro para medir las deformaciones del anillo.
Un medidor de flujo (micrómetro).
Un tanque de saturación, con dispositivo eléctrico para mantener constante la temperatura del agua.
Hornilla eléctrica para calentar los agregados
Figura 1. Detalles del molde de compactación, pisón de compactación, sostén del molde y máquina de
prueba Marshall para probar los especímenes.
54
Charola de lámina.
Cucharones de lámina.
Un termómetro blindado para registrar temperaturas entre 10 y 200C.
Una balanza con capacidad de 20 kg y sensibilidad de un gramo.
Una cuchara de albañil.
Una espátula
Un baño de agua para calentar el pistón de compactación y el molde.
Polvo de licopodio
Procedimiento.
1. Elaboración de los especímenes
Fijada la granulometría de mezcla asfáltica cumpliendo especificaciones (Diseño granulométrico), se
determinará el porcentaje en peso de los siguientes tamaños en que ha sido separado previamente el
material pétreo.
Material retenido en malla No. 12.7 mm, (1/2").
Material retenido en malla No. 6.35 mm (1/4") y que pasa la malla No. 12.7 mm (1/2").
Material retenido en malla No. 10 y que pasa la malla No. 6.35 mm (1/4").
Material retenido en malla No. 40 y que pasa malla No. 10.
Material que pasa la malla No. 40
Para cada contenido de asfalto se fabricarán 3 especímenes, cada uno de los cuales requiere
aproximadamente 1100 gramos de agregado pétreo. Se tomará de cada uno de los tamaños mencionados,
la cantidad de muestra que resulte de multiplicar el porcentaje en peso de cada fracción por el peso total de
la muestra. Las fracciones ya pasadas se mezclarán previamente a la adición del cemento asfáltico. La
cantidad de cemento asfáltico que deberá agregarse a cada muestra se calculará sobre la base del
contenido mínimo de asfalto que se determina por el método explicado más adelante, más un pequeño
exceso correspondiente al producto que quede adherido a la charola que puede ser de 0.5% de producto.
Estas cantidades de cemento asfáltico deberán corresponder a los siguientes porcentajes de cemento
asfáltico, expresado en relación del peso del material pétreo.
Contenido mínimo
-1%
Contenido mínimo
-0.5%
Contenido mínimo neto
Contenido mínimo +0.5%
Contenido mínimo +1.0%
Contenido mínimo +1.5%
Contenido mínimo +2.0%
Se mezclarán los agregados y el cemento asfáltico, calentados previamente a las temperaturas de 175120C, respectivamente hasta obtener una distribución uniforme del asfalto. La temperatura de la mezcla
no deberá ser menor de 100C, al momento de elaborar el espécimen. En ningún caso la mezcla deberá ser
recalentada.
Para compactar la mezcla asfáltica se procederá en la forma siguiente: el pisón de compactación y el molde
se calentarán en un baño de agua hirviendo. Una vez caliente se sacará el equipo del baño y se colocará un
papel filtro en el fondo del molde y se llenará este con la mezcla caliente. Se apoyará el pisón sobre la
mezcla y se aplicarán de 50 ó 75 golpes con la pesa deslizante, dependiendo del volumen de tránsito
pesado (ver tabla 1). La cara del pisón será mantenida paralelamente a la base del molde durante el
proceso de compactación. Se quitará el collarín y se invertirá la posición del molde; se colocará el collarín
y se aplicarán otros 50 a 75 golpes en el espécimen.
55
Se removerá el collarín y la placa de base, y el molde con su contenido se sumergirá en agua fría por un
tiempo mínimo de 2 minutos. Se extraerá el espécimen del molde, se identificará y se dejará enfriar a la
temperatura ambiente durante 12 a 24 horas. Se mide la altura de los especímenes compactados, que
deberán tener una altura de 63.5 mm (2 1/2"), con una tolerancia de 3.2 mm (1/8").
2. Determinación del peso volumétrico.
El peso volumétrico para cada uno de los especímenes se determinará utilizando la siguiente expresión:
Pe
PV = (1000)
V
PV = Peso volumétrico del espécimen (kg/m3)
Pe = Peso del espécimen (gr)
V = Volumen del espécimen (cm3)
1000 = Factor de conversión
3. Determinación de la estabilidad y flujo
Los valores de estabilidad y de flujo se obtendrán ensayando los especímenes que a continuación se
describe: se sumergirá el espécimen en el tanque de saturación con el agua a la temperatura de (60 + 0.50C), y se mantendrá en esta condición durante 20 a 30 minutos. Mientras los especímenes se
encuentran en el tanque de saturación se limpiará la superficie del anillo seccionado y se lubricarán los
postes guía de tal manera que la sección superior del anillo deslice libremente: se ajustará a cero el
extensómetro del anillo de carga.
Terminando el período de inmersión, se sacará el espécimen del tanque y se secará su superficie, se
colocará el espécimen entre las dos secciones de la cabeza de prueba y se centrará el conjunto en la
máquina de compresión. Se colocará el medidor de flujo en el poste guía y se ajustará a cero su carátula.
Se aplicará la carga al espécimen a una velocidad constante de 50 mm sobre minuto hasta que la falla del
espécimen ocurra. La carga máxima aplicada para producir la falla del espécimen a la temperatura de
60C se deberá registrar como el valor de estabilidad Marshall.
Mientras la prueba se lleva a efecto se deberá sostener, firmemente el medidor de flujo sobre el poste guía y
se removerá tan pronto se haya aplicado la carga máxima, anotándose la deformación sufrida por el
espécimen. Esta lectura en milímetros expresa el valor de flujo. Se promediarán los valores de
estabilidad y de flujo de los 3 especímenes elaborados con el mismo contenido de asfalto, debiendo
desecharse para el cálculo el valor, que discrepe notablemente. La prueba anteriormente descrita deberá
completarse dentro de un período de 30 segundos contando a partir del momento en que los especímenes
sean sacados del tanque de saturación.
Se corregirán los valores de estabilidad de los especímenes que no tengan la altura especificada de 63.5 mm,
multiplicando los valores obtenidos por los factores de corrección que se dan en la siguiente tabla No.2
ALTURA DEL
ESPECIMEN mm
55
56
57
58
59
60
61
62
63
FACTOR DE
CORRECCION
1.27
1.23
1.20
1.16
1.13
1.10
1.07
1.04
1.01
ALTURA DEL
ESPECIMEN mm
63.5
64.0
65.0
66.0
67.0
68.0
69.0
70.0
71.0
FACTOR DE
CORRECCION
1.00
0.98
0.96
0.94
0.92
0.90
0.88
0.86
0.84
Tabla No.2 Factores de corrección para la estabilidad.
56
4. Determinación del porcentaje de vacíos en la mezcla, respecto al volumen del espécimen (VMC)
El objeto de la prueba es determinar si el espécimen compactado en el laboratorio o bien, la muestra inalterada
tomada de la carpeta contiene un porcentaje de vacíos dentro de los límites que fijan las normas, para asegurar la
impermeabilización de la carpeta y a la vez prevenir una baja estabilidad de la misma por exceso de asfalto.
Deberá determinarse el peso volumétrico, (PV) del espécimen de mezcla asfáltica ya curada y
compactada de acuerdo con el procedimiento indicado. En el caso de muestras tomadas en carpetas ya
construidas, el peso volumétrico deberá determinarse por el método de la parafina.
Se determinará la densidad teórica que alcanzará el espécimen de mezcla asfáltica si se encontrara
exento de vacíos. Para esto es necesario calcular el porcentaje de agregados pétreos retenido en la malla
de 6.35 mm (1/4"), el porcentaje de agregado pétreo que pasa la malla de 6.35 mm (1/4") y el porcentaje
en peso de asfalto. Referidos todos ellos al peso total de mezcla asfáltica. Deberá además determinarse
la densidad relativa, aparentemente del agregado pétreo mayor de 6.35 mm (1/4") y la densidad relativa
del agregado pétreo menor de 6.35 mm (1/4")
La densidad del asfalto para fines prácticos, se considera de 1.0 en los rebajados y de 1.03 en los
cementos asfálticos. La densidad teórica máxima de la mezcla asfáltica se calculará con la fórmula
siguiente:
100
D=
Pg Pf Pa
+ +
Dg Df Da
Donde:
D = Densidad teórica máxima de la mezcla asfáltica.
Pg = Porcentaje de material pétreo retenido en la malla de 6.35 mm (1/4"), con relación al peso
de la mezcla asfáltica
Pf = Porcentaje de material pétreo que pasa la malla de 6.35 mm (1/4") con relación al peso de la
mezcla asfáltica.
Pa = Porcentaje de asfalto, con relación al peso de la mezcla asfáltica.
Dg = Densidad relativa del material pétreo retenido en la malla de 6.35 mm, (1/4").
Df = Densidad relativa del material pétreo que pasa la malla de 6.35 mm, (1/4").
Da = Densidad del asfalto (1.03)
100% = Pg + Pf + Pa
Se calculará el porciento de vacíos en la mezcla asfáltica (VMC) con la fórmula siguiente:
VMC
100( D Pv )
D
Donde:
VMC = Porciento de vacíos en el espécimen de mezcla asfáltica
D = Densidad teórica máxima de la mezcla asfáltica.
Pv = Peso volumétrico del espécimen de mezclas asfáltica, expresado en gramos por centímetro
cúbico.
5. Determinación del porciento de vacíos en el agregado mineral (VAM), respecto al volumen del
espécimen de mezcla.
El porcentaje de vacíos del material pétreo en la mezcla compactada, es la proporción en volumen de dicha
mezcla que no está constituida por material pétreo y su valor permite juzgar si hay espacio suficiente para alojar
la cantidad de asfalto que se requiere; la determinación de esta característica se realiza mediante la comparación
del volumen de la mezcla y el que en la misma tiene el material pétreo.
57
Para obtener el porcentaje de vacíos del material pétreo en la mezcla compactada, se determina su peso
volumétrico y la densidad aparente del material pétreo
A continuación se calcula el porcentaje de vacíos del material pétreo en la mezcla compactada,
aplicando la siguiente fórmula:
VAM 100(1
A( Pv )
)
1000 Dr o
En donde:
VAM
A
Pv
Dr
γ0
1000
= Porcentaje de vacíos del material pétreo en la mezcla compactada.
= Peso del material pétreo respecto al peso de la mezcla, en fracción
= Peso volumétrico de la mezcla asfáltica compactada, en Kg/m3
= Densidad relativa aparente del material pétreo.
= Peso específico del agua (1 gr/m3)
= Factor de conversión
6. Determinación del porciento de vacíos ocupados por el asfalto (VFA), respecto al volumen total de
huecos
Se calcula la relación entre el volumen ocupado por el AC y el volumen total de huecos que existiría si el
material pétreo del espécimen no tuviera AC.
VFA
Dr ( Pa ) Pv
VolumendeA C
100
100
100 Dr ( Da ) (100 Pa ) Da ( Pv )
VolumenTotaldeHue cos
Donde:
Dr = Densidad relativa aparente del material pétreo
Pv = Peso volumétrico del espécimen en gr/cm3
Da = Densidad relativa del AC (1.03 aproximadamente)
Pa = Porcentaje de AC con relación al peso de la mezcla
7. Los valores obtenidos de peso volumétrico, estabilidad, flujo y porciento de vacíos para cada uno de los
contenidos de asfalto especificados, se obtienen gráficas en cuanto:
Peso volumétrico vs contenido de AC
Estabilidad vs contenido de AC
Flujo vs contenido de AC
Porcentaje de vacíos en la mezcla, respecto al volumen del espécimen (VMC) vs contenido de AC
Porciento de vacíos en el agregado mineral respecto al volumen del espécimen (VAM), vs contenido de
AC
Porciento de vacíos ocupados por el asfalto respecto al volumen total de huecos (VFA), vs contenido de
AC
Se dibujan las gráficas en forma similar como las mostradas en la siguiente figura 2
58
Fig. 2. Gráficas típicas de comportamiento del peso volumétrico estabilidad, % de vacíos y flujo al variar los
contenidos de C.A.
8. De las gráficas antes descritas. Se calcularán al contenido óptimo de asfalto promediando los siguientes
valores:
El contenido de asfalto que corresponde al mayor peso volumétrico.
El contenido de asfalto que corresponde a la máxima estabilidad.
El contenido de asfalto que corresponde al valor medio del flujo señalado en la tabla 1
El contenido de asfalto que corresponde al valor medio del porcentaje de vacíos señalados (VMC)
señalados en la tabla 1
El contenido de asfalto que corresponde al valor medio del porcentaje de vacíos ocupados por el asfalto
(VFA) señalados en la tabla 1
59
Se define el contenido óptimo de cemento asfáltico ajustando el promedio determinado como se indicó
anteriormente, de tal forma que se cumplan con todos los requisitos de la tabla 1 y 2 Normativa SCT N CMT405-003 o lo que dicte el proyecto
Cálculos y Resultados.
A) Cálculo del contenido mínimo de cemento asfáltico.
Para determinar el contenido mínimo aproximado de asfalto una vez que se ha definido la granulometría del
material pétreo para la mezcla preliminar; se aplicará la siguiente fórmula:
𝑃𝑅𝐴 = ∑ 𝐹 ∙ 𝐾 ∙ 𝐼
60
En donde:
PRA proporción de residuo o producto asfáltico en peso que corresponde a la mezcla preliminar y que es
equivalente a la suma del requerido por cada fracción del agregado en las que se consideran dividido éste,
para su estudio en porciento.
F proporción, expresada en porciento en peso, de cada una de las fracciones en que se divide el material
pétreo para su estudio, determinada de acuerdo con las mallas que se indican en la Tabla 1.
K constante de área superficial de las partículas de material pétreo estimada para cada una de las fracciones,
de acuerdo con lo indicado en la Tabla 1.
I
índice asfáltico de la fracción considerada, el cual se elige de la Tabla 2, de acuerdo con las características
del material, en kilogramos de cemento asfáltico por metro cuadrado de área superficial de partícula.
Material
Área superficial de
partículas, K, en
Pasa la
Retiene en la
m2/kg
malla
malla
(mm)
(mm)
37.500
19.000
0.27
19.000
4.750
0.41
4.750
0.425
2.05
0.425
0.075
15.38
0.075
53.30
Tabla 1. Áreas superficiales de partículas para
diferentes fracciones del material pétreo
Materiales
Índices asfálticos en kg/m2
pétreos de
Absorción Absorción Absorción
partículas
0.0 a 2.5% 2.6 a 5.0%
> 5.0%
Redondeadas
0.0055
0.0065
0.0075
Sub-angulosas
0.0065
0.0075
0.0085
Angulosas
0.0075
0.0085
0.0100
Tabla 2. Índices asfálticos para diversos tipos de
material pétreo
Tamaño
1.5” – ¾”
(37.5–19 mm)
¾” – # 4
(19–4.75 mm)
# 4 – # 40
(4.75–0.425 mm)
# 40 – # 200
(0.425–0.075 mm)
Pasa # 200
Pasa y
retiene, F
(%)
K
(m2/kg agreg.)
Superficie
parcial
(m2/kg agreg.)
Índice asfáltico, I
(kg CA/m2 agreg.)
Contenido parcial
de asfalto
(kg CA/kg agreg.)
Suma =
(1.25 x Suma)1 =
Tabla 3. Cálculo del contenido mínimo de cemento asfáltico por cada kilogramo de agregado
1
Se multiplica por 1.25 sólo cuando el producto a utilizar es cemento asfáltico; esto se hace por la menor
cobertura del cemento asfáltico en comparación con los rebajados y las emulsiones asfálticos.
61
B) Elaboración de los especímenes
b.1) Separar el agregado pétreo de proyecto en los siguientes tamaños; sobre los 1,100 gr de agregado para cada
espécimen.
MALLA No.
% DE MAT. PÉTREO
PESO MAT. PÉTREO
RETENIDO 1/2"
PASA 1/2" Y RETIENE EN 1/4"
PASA 1/4" Y RETIENE No. 10
PASA No. 10 Y RETIENE No. 40
PASA No. 40
SUMA
100.00
1,100 gr
b.2) Cálculo de la cantidad de mezcla necesaria para la elaboración de especímenes.
Contenido mínimo ______ % ± 0.5% + (0.5% por pérdida en charola)
No. DE
ESPÉCIMEN
% AC
% AC +
0.5%
PESO DE AC
EN GRS.
PESO DEL
MAT. PÉTREO
EN GRS.
PESO MEZCLA
ASFALT. EN GRS.
1
2
3
4
5
6
7
8
C) Cálculo del peso volumétrico de especímenes de mezcla asfáltica compactada.
No. DE
ESPÉCIMEN
% de
AC
DIÁMETRO
cm
ÁREA
cm2
ALTURA
cm
VOLUMEN
(V) cm3
PESO
(Pe) gr
PESO
VOLUMÉTRICO
(Pv)
Kg/m3
1
2
3
4
5
6
7
8
62
D) Cálculo de la estabilidad y el flujo
No. DE
ESPÉCIMEN
% AC
ALTURA
cm
FACTOR
DE
CORRECCIÓN
LECTURAS
ESTABILIDAD
ESTABILIDAD kg
ESTABILIDAD
CORREGIDA
kg
FLUJO
mm
1
2
3
4
5
6
7
8
La conversión de las lecturas de estabilidad a kilogramos se hace utilizando la ecuación de calibración de la
máquina Marshall siguiente:
X (en kilogramos) = 3.28 * y (divisiones) + 15.31
E) Calculo del porcentaje de vacíos en el espécimen de mezcla asfáltica (%VMC)
No. DE
ESPÉCIMEN
% AC
PESO
DE
C.A.
gr
PESO
MEZCLA
ASFÁLTICA
gr
PESO
RETENIDO
EN
1/4" gr
PESO
PASA
1/4"
gr
A
B
C
D
E
F
Pg %
E
G= x100
D
Pf %
F
H= X100
D
1
2
3
4
5
6
7
8
63
Pa %
C
I= X100
D
Dg
Df
Da
D
P.V.
gr/cm3
%VMC
J
K
L
M
N
R
Fórmula para calcular la densidad teórica que alcanzaría
el espécimen si se encontrara exento de vacíos:
100
D=
Pg Pf Pa
+ +
Dg Df Da
100% = Pg + Pf + Pa
Fórmula para calcular el porcentaje de
vacíos en el espécimen de mezcla asfáltica:
VMC
100( D Pv )
D
F) Cálculo del porciento de vacíos en el agregado mineral (VAM) respecto al volumen del espécimen de
mezcla
No. DE
ESPÉCIMEN
% DE AC
PESO MAT.
PÉTREO gr
PESO
MEZCLA gr
Dr
P.V. kg/m3
A
%VAM
A
B
C
D
E
F=B/C
G
1
2
3
4
5
6
7
8
VAM 100(1
A( Pv )
)
1000 Dr o
64
G) Cálculo del porciento de vacíos ocupados por el asfalto (VFA), respecto al volumen total de huecos
No. DE
ESPÉCIMEN
% DE AC
% de
A
B
Pa %
Dr
P.V.
%VFA
gr/cm3
AC
C
D
E
F
1
2
3
4
5
6
7
8
VFA 100
Dr ( Pa ) Pv
VolumendeA C
100
100 Dr ( Da ) (100 Pa ) Da ( Pv )
VolumenTotaldeHue cos
H) Cálculo del contenido óptimo de AC en peso. Método de Marshall
CARACTERISTICA
Max Peso Volumétrico
Max Estabilidad
Valor medio Flujo (mm)
Valor medio %VMC
Valor medio %VFA
PROMEDIO
CONTENIDO DE AC (%)
Iteración No. 1
Contenido de AC en peso __________%
CARACTERISTICA
VALOR OBTENIDO
ESPECIFICACIÓN
SCT
¿CUMPLE?
Peso Volumétrico
Estabilidad
Flujo (mm)
%VMC
%VAM
%VFA
65
Iteración No. 2
Contenido de AC en peso __________%
CARACTERISTICA
VALOR OBTENIDO
ESPECIFICACIÓN
SCT
¿CUMPLE?
ESPECIFICACIÓN
SCT
¿CUMPLE?
Peso Volumétrico
Estabilidad
Flujo (mm)
%VMC
%VAM
%VFA
Iteración No. 2
Contenido de AC en peso __________%
CARACTERISTICA
VALOR OBTENIDO
Peso Volumétrico
Estabilidad
Flujo (mm)
%VMC
%VAM
%VFA
Contenido Óptimo de AC en peso __________%
Conclusiones.
________________________________________________________________________________________
________________________________________________________________________________________
________________________________________________________________________________________
________________________________________________________________________________________
Calidad de la mezcla asfáltica según la normatividad SCT:
________________________________________________________________________________________
________________________________________________________________________________________
66
Bibliografía
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