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R E S U M E N G R U P A L D E P A V I M E N T O S
INTEGRANTES: Fecha: 18-05-2015
Alejandro Vernica
Jimbo Jos
Morocho Richard
Pelaez Daniela
Tandazo Roberth
Villavicencio Maribel
MTODO RACIONAL PARA DISEO DE PAVIMENTOS
INDICE DE CAPACIDAD PORTANTE
El valor que se toma en las metodologas tradicionales para el diseo es la capacidad de soporte
de CBR para suelos que se encuentran 30 cm arriba de la plataforma, entre los cuales son:
Terrapln en corte
Capas de relleno
Terreno natural
Capa de forma
Los esfuerzos que se aplican en la superficie se disipan a travs del espesor de cada una de las
capas de la calzada, suyas dimensiones se definirn en la medida en que eviten funcionamiento
y cizallamiento del suelo que yace en la profundidad (subrasante).
La capacidad de portante CBR se determina en funcin de las condiciones de densidad y el
contenido de agua, por lo que se recomienda tomar el CBR cuando las condiciones crticas de
terreno son iguales al de laboratorio.
UNIDADES CLIMATICAS
En las zonas tropicales se distinguen tres grandes unidades climticas:
Zona Desrtica
Con una pluviometra muy baja, menos de 300 mm por ao, los suelos rara vez se hallan
saturados y el contenido de natural de agua permanece la mayor parte del tiempo por debajo
del ptimo Proctor Modificador.
Zona tropical con estacin seca bien definida
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El contenido de agua natural en algunos puntos excede el contenido del ptimo Proctor
Modificado.
Zona Ecuatorial con alta pluviometra
Corresponde a la zonas de bosques en la cual las precipitaciones excede 1,2 m por ao y los
suelos permanecen saturados una gran parte de los doce meses, con un contenido de agua
supericial superior del ptimo Proctor Modificado.
CLASES DE CAPACIDAD PORTANTE DE LOS SUELOS
Se debe buscar siempre el mejor suelo posible para la plataforma y asegurar una buena
capacidad portante en los 30 cm.
Si un suelo tiene un CBR entre 2 y 5 se sustituirn aproximadamente 50 cm con un material que
este clasificado dentro de un ndice de soporte superior a s2 o se tratara el suelo soporte con cal
o cemento.TRNSITO
Una calzada se debe dimensionar para un periodo de quince aos antes de su deterioro, sin
tener en cuenta los esfuerzos.
Reparticin del transito
Si la ruta tiene menos de 7m de ancho, se toma el total del trnsito en los dos sentidos de
circulacin. Si la va tiene ms de 7m o si las vas son de circulacin unidireccional, el transito se
considerara en el carril ms cargado.
Peso mximo del eje
La estructura propuestas estn previstas para soportar el eje simple estndar de 130 KN de
referencia y un porcentaje de sobrecargas que no exceda el 10%.
Clases de transito
Transito promedio diario (TPD)
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Es la intensidad mxima promedio para una duracin de vida del orden de quince aos, donde
se incluyen todas las clases de vehculos y los porcentajes promedios de vehculos pesados se
acercan a un valor del 30 % del trnsito total.
Trnsito en nmero acumulado de vehculos pesados
Cuando la estimacin del trnsito acumulado en nmero de vehculos pesados es significativa(carga superior a 5 ton.)
ESTRUCTURA DE PAVIMENTOS
Los materiales que constituyan las diversas capas tengan caractersticas que respondan a unas
exigencias mnimas de calidad.
Que las ejecuciones de calidad de las calzadas respeten los procedimientos constructivos.
Plataforma
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A la capa que se encuentra 30 cm arriba del terrapln. Es indispensable disponer de una buena
capa de soporte para que el cuerpo de calzada se pueda construir y conservar en el tiempo, sin
deformarse.
Se debe tratar o eliminar suelos que presenten las siguientes caractersticas geotcnicas:
IP>40
LL>70
Expansin lineal en molde de CBR > 2%
Contenido en materia orgnica > 3%
Algunos de los mejores tratamientos son los siguientes:
El tratamiento con cal viva permita bajar el contenido de agua y el ndice plstico.
Los tratamientos mecnicos, como adicionar arena o piedra, le dan un esqueleto oplataforma arcillosa.
Los geo textiles permiten colocar capas de forma sobre suelos finos plsticos con alto
contenido de agua que sirven de colchn. Se prev al nivel de plataforma un grado de
compactacin de amenos 95% del Proctor Modificado. En ciertos suelos sensibles se
debe evitar al mximo mover el material.
Capa de la subrasante
Es necesario que los materiales de sustitucin o de aporte tengan un CBR>= 10% para la
circulacin de los equipos, cuando el suelo natural presenta insuficiencia portante, la capa deforma indispensable para los suelos que resulta posible alcanzar el 95% de la densidad seca
mxima del Proctor Modificado.
Debe evitarse ciertos suelos:
Aquellos cuyo tamao mximo de partculas sea superior a 150 mm
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Aquellos cuyo porcentaje de finos (tamao menor de 0,075 mm) se superior a 35 0 45% y
su ndice de plasticidad supere 20 o 30, dependiendo del trnsito.
Capa de subbase
Debe tener un CBR >30, obtenido del 95% de la densidad seca mxima del Proctor Modificado.
Para transito bajo se puede adoptar un CBR 25% y para los trnsitos ms elevados un CBR del
35%
Arcillas con gravas lateriticas naturales
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La densidad seca mnima requerida oscila entre 1,8 y 2 ton/m3
Ejecucin: se hace el extendido por medio de niveladora, en capas comprendida entre 10 y 25
cm. El contenido de agua de compactacin ser la humedad optima ms o menos 2% y la tasa
de compactacin mima ser el 95% de la densidad mxima del Proctor Modificado. Lacompactacin se efectuara con un compactador metlico pesado, donde la carga por rueda
ser mayor de 30 KN.
Gravas lateriticas naturales mejoradas con cementos y cal
Se contempla una capa en grava cemento o grava bituminosa, prevista en la base, que vuelve
rgida la capa de subbase, adems, con el fin de evitar una gran dispersin entre los modulares
de las capas, se incorpora algn porcentaje de cemento o de cal a la grava lateritica de la
subbase.
Tomar en cuenta las siguientes caractersticasTamao mximo nominal de las partculas de 10 a 50 mm
Contenido en materia orgnica < 1,5 %
Material inferior a 80 um
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IP 5 a 20
Densidad mxima PM 1,9 a 2,10 ton/m3
W pm 7 a 13%
Expansin mxima 2,5%
Ejecucin: se extiende estos materiales con la niveladora y se compactan con un contenido de
agua a Wpm +- 1%. Se tiene una densidad seca igual o al menos 95% de la densidad seca
mxima del Proctor Modificado. La compactacin se realiza con rodillo neumtico. El espesor
de la capa oscila entre 10 y 25 cm. Se requiere confinamiento lateral. La deformacin admisible
entre 127/100 y 350/100 mm.
Arenas arcillosas mejoradas con cemento y cal
Se puede aumentar la rigidez de las arenas arcillosas para estructuras comprendidas por una
capa de base en grava bitumen o en grava cemento, las cuales se pueden mejorar utilizando cal
viva o cementos, o combinacin de las dos.
Dimensin mxima 0,5 a 10 mm
Pasa 80 um < 50%
Coeficiente de uniformidad
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Su ndice de plasticidad debe ser superior a 10 y un porcentaje que pasa de 0,425 mm, superior
a quince. El CBR debe ser superior a 60, luego de tres das de secado al aire y cuatro das de
inmersin, mientras que la densidad seca corresponde al 95% del PM. Se requiere 6% de cal.
Escorias volcnicas o puzolanas
Se utilizan en el calzado luego de triturado y tamizado. Dicho material posee caractersticas
puzolanas.
Un ndice de plasticidad menor a 15
Ejecucin: el extendido se realiza con niveladora y su compactacin se hace con compactador
vibrante. Su densidad seca es baja, el contenido ptimo de agua no tiene significado, se pide
95% del PM y se extiende en capas de espesor de 25 cm mximo.
Capas de base
El ndice de capacidad portante CBR ha de ser al menos 80 para una densidad seca
correspondiente al 95% del PM.
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Gravas lateriticas naturales
Porcentaje de finos inferior al 30% y el IP
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Triturado O/D (D
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El ligante bituminoso puede ser un asfalto liquido 10/50 o 50/100, una emulsin de rotura rpida
a partir de asfalto 80/100, con 65% de asfalto residual.
Grava asfalto
El tamao mximo de la grava es de 31,5 mm. La granulometra se encuentra constituidas por
fraccione 0/6 y 6/20 o o/4 0 4/10 y 10/20 o 0/10 y 10/30
In ndice de trituracin de 100%. Se utiliza asfalto 60/70 u 80/100, cuyo porcentaje es el orden
de 3,5 a 5/0, se usa una emulsin de rotura media a 60 o 70% de asfalto residual 80/100.
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Grava cemento
El ndice de trituracin debe ser al menos 35% para trnsitos bajos y 60% para trnsitos
elevados. La resistencia a la compresin simple despus de 7 das de curado al aire RC 7 >35
kg/cm2, la resistencia a la compresin simple despus de 28 das de curado al aire RC28>59
kg/cm2 y la resistencia a la traccin diametral RT28> 5 kg/cm2.
Capas de imprimacin de liga
Imprimacin
Esta operacin solo afecta a un pequeo espesor de 1 a 2 cm de la capa que se trata, con el fin
de impermeabilizar su superficie. Tambin asegura un amejor adherencia entre ccapa no
tratada con ligantes bituminosos y una capa bituminosa.
Los ligantes deben cumplir con las siguientes condiciones:
Sobre material arcillosos con superficies cerrada de 0,7 a 1kg/cm2 de asfalto residual a partir deemulsin de rotura rpida.
Sobre material granular con superficie abierta de 0,8 a 1,2 kg/cm2 de asfalto residual a partir
de emulsin de rotura rpida.
El clima hmedo se utiliza emulsin de rotura rpida a razn de 2 kg/cm2 con 50-60% de asfalto
residual.
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Capas de rodadura
Las capas de rodadura de las calzadas pueden ser tratamientos superficiales, arena-asfalto,
concreto bituminoso, lechadas y microaglomerados en frio.
Tratamientos superficiales
El tratamiento superficial simple se define como aplicacin de una partcula de asfalto sobre la
superficie de una capa de base, seguida de la extensin y compactacin de una sola capa de
agregado.
El tratamiento superficial doble es la aplicacin consecutiva de dos tratamientos superficiales
simples que puede ser de caractersticas diferentes.
Los tratamientos superficiales se reservan para calzadas con niveles bajos de trnsito.
LigantesSi bien se utilizan los asfaltos 80/100 y 80/200 esto no son aconsejables, se prefiere la emulsin
catinica de rompimiento rpido al 60% de asfalto 80/100.
Agregados
Deben provenir de rocas duras, no estar contaminados y tener una forma que permita la
adherencia del asfalto.
Dureza
Limpieza y adherencia
Una mala adherencia no solo se debe a la presencia de polvo en el material, sino tambin a lamisma naturaleza de la roca, por lo que han de aplicarse aditivos en el caso de tenr granulares
silceos como cuarzo, el gres y la rolita.
Forma y tolerancia granulomtrica
El rechazo a D y el tamizado a d, que debe permanecer inferior a 15%
La variacin
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Dimensin de los granulares
Se utilizan generalemnte dimensiones 4/6 6/10 10/14 pero se pueden usar otras fracciones
en funcin de las condiciones locales, como por ejemplo 5/15 15/25 6/10 10/14 14/18 o
con discontinuidades 6/10 14/18
Dosificacin
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Arena asfalto
Un 3,5< cu = D60/d10
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IP nulo
Equivalencia de arean >40
Asfalto 8/100 0 60/100
Se recomienda su fabricacin en central, extender con finisher y compactar con cilindro liso, el
contenido de asfalto es el orden de 7%.
Mezclas densas
Se utilizan en trnsitos T1 y T3.
La mezcla tiene entre 4% y 7% de asfalto y se estudian por medio de ensayo Marsahall y
Duriez., respectivamente.
CONCRETOS ASFALTICOS
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Son altamente elaborados y se utilizan para las capas de rodadura que soportan trnsitos altos
T4 y T5, se debe asegurar que posean un excelente soporte y que la base est conformada con
un material tratado poco deformable, el objetivo es ejecutar la calzada progresivamente y que
adquiere maduracin bajo trnsito.Los concretos asfalticos contienen habitualmente entre 5% y 8% de asfalto, con un mdulo de
riqueza de 3,5 a 4. Los granulares que entran en composicin son gravas trituradas de talla
mxima de 8 a 14 mm.
TIPOS PARTICULAR DE REVESTIMEINTOS
REVESTIMIENTOS CON CONCRETOS ASFLTICOS ANTIAFHERENTES
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Estos concretos asfalticos con formula discontinua se presentan en pequeos espesores. Las
fraccione 2/6 para 0/10 y el 6/10 o 4/10 para el 0/14, se eliminan.
CONCRETOS ASFLTICOS CLAVADOS
En las regiones pobres en materiales duros y sobre todo cuando los materiales son e alto
pulimiento, se extender una capa de concreto asfaltico con 5 a 6 kg/m3 de agregados duros
10/14.
REVESTIMEINTO PARA TRNSITO BAJOS
Se hacen con las tcnica de tratamientos superficiales simples, dobles y triples sobre un
ligantes o un tratamiento con granulares.
REOLOGIA DEL ASFALTO
PROPIEDADES REOLOGICAS D ELOS MATERIALES ASFLTICOS
DEFINICION Y DOMINIO
La reologia es la ciencia que estudia la fluencia y la deformacin de la materia.
La teora de la elasticidad y resistencia de los materiales
La plasticidad
La viscosidad
La hidrulica
Los materiales se asumen como cuerpos ideales y elsticos
Se usan los materiales en condiciones en donde le modelo elstico no tiene validez
Se puede obviar fenmenos secundarios en los que la teora elstica no tiene importancia.
El objetivo es determinar deformaciones de cuerpos intermedios entre solidos elsticos y
lquidos viscosos bajo fuerzas actuantes.
La reologa experimental mide sobre los cuerpos reales las deformaciones resultantes de las
solicitaciones particulares, fciles de realiza en el laboratorio.
La reologia terica define matemticamente el comportamiento de estos cuerpos de maneraque se pueda predecir las respuestas en condiciones diferentes del laboratorio.
Mecanismo de la modificacin
Un ligante modificado est constituido por dos fases, se considera tres casos:
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Bajo contenido de polmero (inferior al 4%)
A altas temperaturas mejora la conducta mecnica, a bajas temperaturas disminuye la
fragilidad; por lo tanto fase de pilomeros mejora las propiedades a diferentes temperaturas.
Contenido de polmero elevado (superior al 7%)
Debido a la presencia en los aceites del bitumen, en los que se encuentran los fragmentos ms
pesados del ligante base.
Contenido de polmeros del 5% aproximadamente
Estos sistemas con difciles de controlar y tienen problema de estabilidad (micro morfologa y
propiedades depende de condiciones trmicas)
Modificacin de asfaltos con elastmeros termoplsticosLos cauchos son sistemas de dos fases, cuando el polmero se dispersa en el asfalto caliente, los
dominios de poli estireno se ablandan y pueden disolverse completamente.
El pilero produce una mezcla de comportamiento viscoso a alta temperatura. Por enfriamiento,
los bloques de poli estireno se asocian actuando como reticulantes de los bloques de
elastmeros dispersos, confirindole al asfalto modificado propiedades elsticas, similares a las
de caucho vulcanizado.
De los cuatro principales de elastmeros termoplsticos, los copo limeros de cloques de
estireno son los que han mostrado mayor potencial para producir asfaltos modificados.
Para evitar segregacin de asfltenos se debe adicionar aceite cuidadosamente, ya que
absorbe el polmero e incide en las propiedades finales de la mezcla.
El polmero mejora la elasticidad del asfalto, aumenta la viscosidad, lo que traduce en la
reduccin de la penetracin y en el incremento del punto de ablandamiento.
Caractersticas de los cementos asfalticos modificados con polmero
Hay q evaluar sus propiedades como:
Comportamiento reologico y susceptibilidad a la temperatura
Se evalan mediante ensayos e ndices convencionales utilizados para caracterizar cementos
asfalticos: penetracin, ductilidad y viscosidad a diferente temperatura.
Evaluacin de la compatibilidad
Entre la dispersin del betum y los polmeros, en sus mecanismos y condiciones de fabricacin.
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Caractersticas elsticas
Los ligantes modificados presentan mayor elasticidad, se lo evala mediante el ductilometro.
EnvejecimientoSe usa el mtodo empleado en el ensayo al horno en pelcula fina rotatoria.
Especificaciones de cementos asfalticos modificados con polmero.
Se lo ha utilizado ms debido a que presenta las siguientes caractersticas:
Aumento de volumen de trnsito, altas cargas y presiones.
Durabilidad de asfaltos
Los factores internos y externos influyen, ya que en lo interno el sistema coloidal aumenta la
dureza y fragilidad, mientras que las condiciones climticas .intensidad de trnsito, proceso de
construccin son factores externos que disminuyen la durabilidad
Las caractersticas del cemento asfaltico, son factores que influyen en su durabilidad.
Especificaciones de los cementos asfalticos
Aqu se puede observar segn el grado de viscosidad los requerimientos:
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Curvas de flujo de los cementos asfalticos
Cemento tipo 1
La velocidad de deformacin es constante y proporcional a la fuerza
Cemento tipo 2
La velocidad de deformacin disminuye en principio despus de la aplicacin de carga.
Cemento tipo 3
La velocidad disminuye, pasando por un mnimo y dependiendo de la fuerza aplicada puede
llegar a crecer de modo indefinido.
Influencia de temperatura en la viscosidad
Para esto tenemos que tener las grficas de la variacin de la viscosidad respecto a la
temperatura.
A altas temperaturas aumentan la actividad de disolventes, lo que hace que el lquidointermicelar ocupa mucho mayor volumen que el asfalto.elconiciento de la susceptibilidad
trmica de un cemento asfaltico es vital para determinar las temperaturas optimas de manejo.
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Susceptibilidad trmica del cemento asfaltico
Los cementos con un alto grado de susceptibilidad no son deseables ya que su viscosidad a 135
c muy baja ocasiona inconvenientes durante proceso de mezclado y compactacin y a bajas
temperaturas esto podra causar fisuramiento por contraccin trmica.
Si se registra viscosidad muy baja a altas temperatura estas podran causar ahuellamiento y siviscosidad muy alta a bajas temperaturas causara figuracin.
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Asfalto espumado
Cuando se agrega agua fra en pequeas porciones del asfalto caliente. Esta posee baja
viscosidad y aumento del volumen.
Estas tienen la ventaja de trabajarse das despus de su compactacin, puede almacenarse
durante un ao sin alterar sus propiedades.
Este incrementa la resistencia y reduce la susceptibilidad a la humedad de los materiales
granulares.
Emulsin de asfalto modificado con polmero
La emulsin se caracteriza por su naturaleza ionica, estabilidad en relacin con los materiales
granulares y por el contenido en peso del ligante de base.
Los ensayos son los mismos que los normales solo se diferencian en que:
Se elimina el ensayo de solubilidad, ya que los polmeros puede que no sean solubles con el
disolvente.
Se introduce el ensayo de punto de ablandamiento para conocer el comportamiento del ligante
a alta temperatura y para comprobar la modificacin del mismo.
Se incluye el ensayo de recuperacin elstica, para medir la elasticidad del ligante.
Capas de rodadura en calzadas y capas de base asflticas
Para esas capas se permite el uso de asfalto puro y de emulsiones asflticas modificadas con
polmeros.
Capas de base granulares-emulsin con asfalto puro
Las emulsiones son catinicas. Estas deben ser ruptura lenta. El contenido del ligante oscila
entre 60 y 65 % y el ligante de base debe ser asfalto puro 80/100.
Capas de rodadura en tratamientos superficiales
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Las emulsiones son lo nico que no puede usarse dentro de las categoras ligantes asflticas. En
funcin del trfico deben utilizarse como mnimo las clases.
CAPITULO 2
Generalidades sobre la fatiga de materiales
Si sobre un material se aplican cargas repetidamente, incluso si estas son menores a su
capacidad, este puede fallar por el fenmeno de fatiga.
El ensayo de fatiga consiste en aplicar sobre una probeta cargas iguales y repetidas, hasta su
punto de falla. La curva resultante es la curva de Wohler, que relaciona el nmero de
repeticiones y los esfuerzos correspondientes. La carga para la cual la probeta soportar N
ciclos antes de romperse corresponde al valor de resistencia a la fatiga. El nmero de ciclos
antes de la ruptura se denomina duracin de vida.
Lmite de fatiga
Para cierta amplitud de carga se puede aplicar un nmero infinito de veces sin llegar a la
ruptura, esta solicitacin se denomina lmite de fatiga, y es comprobable metales con valores
entre 0.3 y 0.6; a las bases bituminosas no se ha podido comprobar dicho lmite, habiendo falla
cualquiera que sea la amplitud de la solicitacin.
Dispersin de la duracin de la vida
Los resultados del ensayo de fatiga para iguales cargas resultan el nmero de ciclos a la ruptura
son diversos. La duracin de vida comprobada para metales tiene una relacin de 1 a 10 entre laduracin ms baja y la ms alta, para concretos bituminosos la relacin es de 1 a 50, y de 1 a
1000 para materiales tratados con ligantes hidrulicos.
Dada la variabilidad es prctico generar la curva de Wohler a cierta probabilidad de duracin de
vida. Es preferible un material que presente una duracin de vida poco dispersa, aun si su
duracin de vida es baja, a otro material que tenga un comportamiento ms homogneo.
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Acumulacin de daos. La ley de Miner
La relacin entre las solicitaciones superiores al lmite de fatiga y la duracin de vida n1/N1,
representa la proporcin de esfuerzo que se ha consumido bajo el esfuerzo 1, esta relacin se
denomina como dao de fatiga.
Suelos
Un adecuado conocimiento de la subrasante incluye tres etapas:
a) Identificacin geotcnica, que permitan aproximar el comportamiento predecible del
suelo al comportamiento de una familia conocida. Esta etapa se base en la clasificacin
de suelos.
b) Estudio de los parmetros de estado.
c) Evaluacin de la capacidad portante, en funcin del contenido de agua y CBR.
Leyes de comportamiento mecnico de los suelos
El comportamiento de una material est ligado al estado de esfuerzos y deformaciones, y
se determinan en el laboratorio con ensayos triaxilaes o en campo con ensayos de placa.
Anlisis en el laboratorio
En un suelo no homogneo ni isotrpico, el mdulo de elasticidad permite definir su
comportamiento. El ensayo triacial permite determinar cuatro mdulos distintos,
- Mdulo tangente en el origen Eo.
- Modulo tangente para un valor intermedio de la deformacin, E1
- Modulo secante - Mdulo resliente , que es el que mejor caracteriza al estado del
suelo y la elasticidad adquirida despus de algunos ciclos de carga.
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Ensayos de placa
Permite determinar directamente in situ el mdulo del suelo, consiste en cargar una
placa circular y medir el desplazamiento vertical bajo la carga, el mdulo se deduce con
la frmula de Boussinesq:
. suponiendo un valor de coeficiente
de Pisson cercano a 0.5.El desplazamiento se determina a travs de:
El desplazamiento total es la suma del desplazamiento elstico y plstico.
Para el segundo ciclo:
Si la relacin de mdulos entre la primera carga y la segunda es inferior a 2, se considera
que el suelo es bien compactado.
Aproximacin de modulo a partir del valor de CBR
no es adecuada para suelos buenos. esta frmula sobrestima el mdulo de los suelos.
Influencia del desviador para un nmero de ciclos de carga dado
Para un nmero de ciclos de carga dado, la deformacin crece en forma lineal con el
esfuerzo mximo aplicado, siempre que sea menor al crtico. El estado de esfuerzos se
define por
; donde el numerador representa el esfuerzo desviador
efectivo del ensayo triaxial, y denominador el valor que conduce a la ruptura en la
primera carga.
En un calzada tradicional la deformacin plstica se relaciona con el ahuellamiento y el
nivel de servicio a N repeticiones de carga.
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Limites usualmente admitidos de deformaciones elsticas para un suelo en funcin
del nmero de ciclos
Para determinar la deformacin elstica o el esfuerzo vertical admisible, se ha
propuesto que , para los coeficientes diversos autores hanpropuesto:
Grava no tratada: un material que se comporta como un suelo
Aproximacin terica en el laboratorio
Un ensayo de cmara triaxial permite el estudio de gravas no tratadas, bajo carga
aparece una deformacin plstica p y una deformacin elstica R. El mdulo
resiiliente se expresa ; el cual crece con el esfuerzo medio a unarelacin del tipo .
El exponente decrece con la densidad seca, resultando en un comportamiento
prximo al elstico. El mdulo resiliente depende de la granulometra, as por ejemplo,
el modulo crece cuando pasa de una grava arenosa a una media y de sta a una gruesa.
Aproximacin emprica in situ
El modulo aumenta un poco con la calidad de la grava y con el espesor. Si el ensayo se
efecta en un masivo infinito de grava no tratada se medira el mdulo E6. El mdulo Et
de los primero centmetros inferiores no es muy diferente del mdulo E2 del suelo. El
mdulo E1, medido con un ensayo triplaca representa el promedio de un mdulo que
vara entre E2 y E6.
Una capa de espesor H de grava tratada no tiene mdulo propio; se le asocia en funcinde un mdulo E2 del suelo segn ; donde k(H) es funcin creciente de lacalidad de la grava y vara entre 2 y 4.
Otra relacin es la de .
Materiales tratados con ligantes hidrulicos
Diferentes tipos de ensayos
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Ensayos de traccin directa: la resistencia de traccin RT se obtiene
sometiendo las dos caras de una probeta cilndrica a un esfuerzo de
traccin.
Ensayo de traccin indirecta (ensayo de compresin diametral o
ensayo brasileo). La probeta se somete a ruptura entre dos planosparalelos, los esfuerzos se ejercen segn dos generatrices
diametralmente opuestas, RTB.
Ensayo de traccin por flexin. El esfuerzo se aplica en la cabeza de una
probeta empotrada en la base.
Resultado de ensayos
Los resultados de los ensayos varan con el tiempo, dado que los materiales tratados
con ligantes hidrulicos varan con el tiempo.
-Los ensayos deben empezarse en la maana.
- Los valores obtenidos deben ser representativos del estado final de material.
Los ensayos son efectuados a:
- 90 das para materiales tratados con cemento y cenizas volantes sulfoccicas.
- 180 das para los materiales tratados con escorias, cenizas volantes selicoaluminosas y
puzolanas-cal.
Las relaciones entre las resistencias convencionales son relativamente constantes de un
material a otro.
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Curvas de esfuerzo deformacin- definicin de modulo E
Cuando se somete una probeta a una solicitacin, se pueden medir las deformaciones, talquees posible graficar la curva de variacin de esfuerzo en funcin de la deformacin.
El comportamiento de materiales es elstico, pero no casi siempre lineal.
- En compresin, las gravas cemento y las gravas cenizas se comportan linealmente hasta
un 60 70% de la resistencia a compresin; gravas escorias hasta el 40%.
- En traccin, las gravas cemento y gravas cenizas volantes presentan un
comportamiento lineal hasta un 80% de las resistencia a la traccin y las gravas escoria
hasta el 60%.
-
La lectura del valor se toma al tercio de la carga.Ensayos de fatiga
La probetas son prismticas trapezoidales y se someten a esfuerzos prestablecidos de
flexin, hasta su falla. La curva de esfuerzos y ciclos de ruptura se define claramente.
Materiales Asflticos
Se caracterizan en que para un nivel de esfuerzo fijo, la deformacin depende del tiempo, se
dice que su comportamiento es viscoelstico, debido a que su mdulo depende de la frecuencia
de aplicacin de carga; el modulo es elevado cuando la solicitacin es elevada. El modulo
tambin depende de la temperatura, cuando esta aumenta, el mdulo disminuye. As tambin
depende de su composicin, compacidad y l naturaleza del asfalto.
Mdulo de deformacin
El mdulo de rigidez se caracteriza por dos componentes: ; para suensayo se utiliza probetas trapezoidales empotradas en la base. Una solucin aproximada para
obtener las vibraciones de flexin es la de Rayleigh.
- Deformacin relativa
- El esfuerzo mximo en la fibra ms tensionada
- Mdulo de rigidez
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Influencia de la temperatura y de la frecuencia
La influencia de la frecuencia de la carga influye ms en altas temperaturas. Cuando la
temperatura vara entre 10 a 40 C, el mdulo se divide para 10.
La frecuencia de la solicitacin depende de la distancia entre los dos extremos deldimetro de la rueda y de la velocidad de la carga.
Ensayos de fatiga
Probetas trapezoidales empotradas en la base se someten a traccin por flexin hasta
su falla. Existen dos clases de ensayos:
1. A esfuerzo constante:
2. A deformacin constante:
Influencia de la temperatura
La deformacin que conduce a la ruptura a N ciclos, est ligada a la temperatura.Ensayos de traccin directa
Los materiales se someten a ensayos de compresin simple o compresin diametral,
pero estos no permiten obtener su ley de fatiga; consisten en imponer un
desplazamiento a la probeta a tres velocidades de deformacin y tres temperaturas.
El valor del mdulo a 30 C permite tener una idea de la susceptibilidad del material al
ahuellamiento.
Captulo 3Modelos de la Mecnica de Calzadas
Modelo de Boussinesq
La calzada debe repartir uniformemente la presin del neumtico obre la subrasante, a
travs de modelos que consideran que la presin se esquematiza por un crculo de radio
a; la subrasante tiene un comportamiento elstico y capacidad admisible menor las
presin del neumtico; a una profundidad H, le presin vertical se ha disipado tal que no
sobrepasa el esfuerzo vertical admisible. Boussinesq propuso la ecuacin para
determinar el esfuerzo vertical a una profundidad:
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Modelos bicapas
Cuando el esfuerzo admisible del
suelo es pequeo, es necesario
aumentar la capacidad portante entre
la capa de la calzada y el suelo soporte
a travs de ligantes hidrulicos o
hidrocarburo, de esta forma el espesor
de la capa granular se mantendr
razonablemente. Sin embargo este
espesor no puede ser muy pequeo,
debido a que la modificar el mdulo de
la capa, tambin se modifica su comportamiento mecnico.
As, para dimensionar la calzada se deben considerar criterios de comportamiento en el
tiempo: el esfuerzo vertical de la subrasante y esfuerzo de tensin por flexin en la zona
inferior de la calzada deber ser inferior deben ser menores o iguales un esfuerzo
admisible limite dado por su naturaleza y nmero de cargas aplicadas.
Modelo de Hogg
Para la solucin de las
ecuaciones de elasticidad, se
suponen las siguientes hiptesis
de la capa de calzada: a) el plano
medio se considera como la fibra
neutra, b) las secciones planas no
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se alterna durante la deformacin, c) los esfuerzos normales producidos por la
deformacin transversal pueden despreciarse.
La solucin del modelo de Lagrange relaciona el desplazamiento vertical de la placa, el
esfuerzo vertical z sobre el masivo y los desplazamientos verticales del masivo.
Modelo de Westergaard
El modelo considera que el suelo soporte se asemeja a una serie de resortes, para los
cuales el desplazamiento vertical w es proporcional a la presin vertical v.
MODELOS MULTICAPAS (Burmister, 1943)
El modelo bicapa es interesante puesto que permite determinar las grandes tendencias de
variacin (rol del espesor, rol de la relacin de mdulos entre capas, influencia del radio de
carga) pero se limita a un bicapa; lo que hace necesario pasar a modelos de n capas, ya que
stos facilitan enormemente la esquematizacin de las estructuras: Una estructura tradicional,
se representa mejor por un esquema tricapa (suelo, cuerpo granular y capa de rodadura).
En los estudios de refuerzo, los esquemas de estructuras que hacen intervenir un nmero decapas ms importante son deseables (por ejemplo tres capas para la antigua calzada y dos
adicionales para el refuerzo).
Burmister, trata el problema general de ncapas tal como se esquematiza en la figura
No. 1
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Se trata de un modelo muy poderoso ya que:
Todas las capas se tratan como slidos elsticos (la hiptesis de placa se evita).
Las interfases entre placas pueden ser pegadas o despegadas y una misma estructura puede
tener tanto capas pegadas como despegadas.
En el caso de cargas mltiples (ejes simples, tandem o triden), pueden tratar adicionando los
efectos de capas elementales.
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Fig. 1. Esquema del modelo de Burminster.
Los esfuerzos y deformaciones mximos admisibles que acten en las diferentes
capas de una estructura de pavimento son aquellos que garanticen un alto grado deserviciabilidad y durabilidad del pavimento dentro del periodo de diseo, antes de que
la estructura entera o algunas de las capas falle. El valor de los esfuerzos y
deformaciones es afectado por el comportamiento de una variedad de parmetros,
los cuales son los siguientes:
El trnsito acumulado de acuerdo al periodo de diseo considerado
El riesgo de dao admitido para este periodo
Las caractersticas de resistencia a la fatiga de estos materiales
Los efectos trmicos
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La informacin del comportamiento observado en estructuras con
caractersticas similares
Por medio de la teora de Boussinesq se puede determinar esfuerzos, deformaciones ydeflexiones en la sub base, si la relacin de mdulos entre el pavimento y sub base es
cerca de la unidad. Si es mayor dicha relacin la ecuacin debe ser modificada.
Actualmente el diseo de pavimentos flexibles se efecta en forma emprica, sin
embargo, cada vez ms el diseo mecanistico es ms prevalente lo que requiere una
correcta evaluacin de los esfuerzos y deformaciones debido a las cargas de trfico.
A continuacin encontramos frmulas para el clculo de esfuerzos y deformaciones
emitidas por Burminster:
Frmulas para calcular los esfuerzos:
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Frmulas para calcular las deformaciones unitarias
El Modelo de Westergaard (1926)
Anterior al modelo de Hogg, sigue la lgica
del modelo de Boussinesq, El modelo de
Westergaard conduce a una aproximacin diferente. La complejidad relativa del
modelo de Hogg, proviene en efecto de la naturaleza misma del masivo de
Boussinesq, que soporta la calzada.
Partiendo del principio que la hiptesis de un masivo de Boussinesq para el soporte de
la calzada no es sino una hiptesis simplificada (el comportamiento del suelo es
infinitamente ms complejo); Westergaard ha adoptado para el suelo otra hiptesis
significativa que facilita los clculos.
La hiptesis de placa delgada para la calzada, del modelo de Westergaard lleva a cabo
la esquematizacin del suelo as:
Este se asimila a un sistema de resortes cuyo desplazamiento vertical en un punto (w),
es proporcional a la presin vertical (v)en ese punto, o sea v = Kw.
El modelo de clculo adoptado se esquematiza en la figura 1, ste modelo es todava
muy utilizado. En efecto, las hiptesis simplificativas que comporta permiten tratar
problemas que otros modelos (Hogg y Burmister) no pueden resolver y, en particular,
los problemas de carga en el borde o esquina de la placa en concreto.
Fig. 2. Esquema del modelo de Westergaard.
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En el modelo aparece una variable fundamental del comportamiento de los materiales
tratados con ligantes hidrulicos, el radio de rigidez de la placa:
P es la carga aplicada ya es el radio de carga del esfuerzo de traccin en la base de la
calzada:
Donde C, es una funcin creciente de l, que depende de la posicin de la carga. Para
una carga circular en el centro de una placa, por ejemplo, ste resultado se aproxima
al que da el modelo de Hogg:
En los dos casos, la influencia del espesor se representa por H3y el soporte por
E1/K E1/E2, segn l.
Modelo: La influencia de una variacin del modelo del suelo soporte o de la calzada es
bajo comparativamente al de la variacin del espesor de la calzada.
Aplicacin de modelos de clculo.Alize III
Se describe los modelos adoptados para presentar concretamente el funcionamiento
de los diferentes tipos de estructuras:
Estructuras tradicionales
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Son aquellas que conforman una cobertura bituminosa relativamente delgada y una o
muchas capas de grava no tratada.
Presentan las siguientes caractersticas:
Soportan el paso de ms de 300 veh pesados por da.
El espesor de la calzada oscila entre 40 y 60 cm en el 40% de los casos.
El perfil de esas calzadas se encuentran deformado (65% de los casos) y la capa
de rodadura se halla fisurada (60% de casos) aunque la capa de rdadura no
tenga ms de 5 aos.
La deflexin promedio de estas calzadas reforzada era de 70/100mm y superior
a 100/100 mm ene l 20% de los casos.
El mdulo del cuerpo de la calzada dependa del suelo soporte y era
aproximadamente igual a 2,4 mientras que el mdulo de la carpeta asfltica
era del orden de 2.000 MPa.
Esquematizacin de las estructuras tradicionales y su funcionalidad
Fig. Variaciones de 2 con el espesor de la calzada
Se puede esquematizar mediante un modelo tricapa:
Suelo soporte
Cuerpo granular
Capa de rodadura
O por un modelo bicapa:
Suelo soporte
Cuerpo granular
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El mdulo E2 de la capa en grava no tratada se define con respecto al mdulo
E3 del suelo soporte.
Donde el valor de K vara entre 2 y 4.
Determinar el espesor de la calzada es limitar a un nivel la deformacin 2del
suelo soporte con el trfico.
Fig. Valores de espesores calculados por medio de motodologa racional a partir
de los valores E2/E3y del valor E3
Proceso:
Etapa 1:
El valor de la deflexin en la se puede deducir del baco y se obtiene la
relacin E1/E2.
Etapa 2:
Determinacin de la deformacin admisible , teniendo en cuenta el trfico.
Y con este valor se ingresa a la figura 4.3 donde se obtiene h
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Etapa 3:
Se denominan hN el espesor nominal y o la deformacin que le corresponde.
En un punto cualquiera de la calzada, el espesor de la calzada esta dado por:
varia de manera aleatoria: si no es demasiado grande, la deformacin en un punto cualquiera se puede expresar en funcin de valores de o y
.Entonces , el logaritmo de la deformacin o del esfuerzocaria linealmente con el espesor, coeficiente ste que relaciona la variacin de
la deformacin con la variacin aleatoria del espesor de la estructura del
pavimento.
Etapa 4:
Este espesor calculado debe adaptarse para tener en cuenta las limitaciones de
fabricacin:
Se necesita una capa de rodadura de 6cm
No todo espesor de material puede compactarse al mismo tiempo.
Actualmente se considera una capa de rodadura entre 6 y 10 cm.
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Recomendaciones para construccin de capas asflticas
Se emplean dos tipos de mezclas asflticas:
Las destinadas a los pavimentos con capas tratadas con logantes
hidrulicos, para los cuales la prioridad es la resistencia al
ahuellamiento y no la fatiga.
las destinadas a los pavimentos flexibles nuevos no tratados o alrefuerzo de las capas de rodadura de los pavimentos tradicionales, para
los cuales la prioridad es la resistencia a la fatiga.
En la ejecucin de un trabajo de asfalto es esencial obtener la
compacidad.
Mezclas asflticas en caliente para Capas de Rodadura y de Liga Sobre Soportes
poco deformables.
Se establecen dos categoras:
Mezclas asflticas semiabiertas para capas de rodadura o de liga con
granulometras discontinuas.
Concreto por capas de rodadura.
Mezclas asflticas semiabiertas
Granulometra:
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Se establecen dos tipos:
0/10 =6 y 7cm
0/14= 9cm
Contenido en ligante:
Se puede definir como:
Donde:
Los valores de los mdulos de riqueza k son 3.3 y 3.4 para mezclas asflticas 0/14 y
0/10 respectivamente.
La dosificacin de la mezcla est comprendido entre:
5.5 y 5.8% para 0/14
5.8 y 6.1% para 0/10
Propiedades:
Las propiedades mnimas requeridas para la mezcla asfltica se establecen las tablas
siguientes:
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Mezclas asflticas de mantenimiento en capa delgada
Las mezclas asflticas para capas de pavimentos con espesor de 5cm compactados
tienen como funcin principal de refuerzo de pavimentos existentes o pavimentos
nuevos construidos para evitar degradaciones de la superficie y para los cuales se
pretenda garantizar las caractersticas de rodadura adecuados en seguridad y confort.
A continuacin se resume las caractersticas requeridas de los tres tipos de mezcla:
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Tipos de carpetas de mantenimiento.
Finos de aportes para mezcla asfltica de rodadura
Los finos de adicin estn constituidos normalmente de material calcreo triturado,
pero puede ser tambin de cal grasa, cenizas volantes o cemento.
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Las especificaciones granulomtricas son las siguientes:
Porcentaje que pasa el tamiz de 0.08mm >80%
Porcentaje que pasa el tamiz de 0.2mm =100%
Deben cumplir con las siguientes especificaciones:
Mejoradores de Adhesividad para mezclas asflticas.
Los productos aminas grasas deben someterse a una evaluacin experimental en
laboratorio, su eficiencia de comprobarse por medio de los siguientes ensayos:
Ensayo de placa Vialit
Ensayo de resistencia de ligante en presencia de agua.
Equipos de fabricacin
Centrales asflticas
Categoras y clases de centrales:
Tenemos tres clases de centrales asflticas segn su funcionamiento:
Categora C: centrales continuas
Categora D: centrales discontinuas de fabricacin nica.
Categora E: centrales discontinuas de fabricacin mltiple.
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Usos de cada central:
Categora C: obras de gran tamao donde se requiera las fabricacin de
mximo una y ocasionalmente dos frmulas de mezclas asflticas.
Categora D: puede usarse en las mismas condiciones que la categora C , perocolocado la clasificadora por fuera de la lnea de produccin.
Categora E: en caso de mltiples cambios de fabricacin o paradas frecuentes.
Controles
Los controles para las centrales asflticas incluyen los siguientes aspectos:
Aprobacin del equipo propuesto por el contratista en la evolucin de ofertas.
Aceptacin del equipo luego de instalarlo en el sitio de obra.
Verificacin del equipo antes de iniciar los trabajos en obra. Controles de calibracin y funcionamiento realizados por el contratista antes
de la ejecucin de los trabajos y durante su realizacin.
Dosificadoras de materiales granulares:
Estos deben ser objeto de una verificacin de aptitud en el cual se establece
claramente la identificacin por marca y por tipo, se debe referenciar estos aspectos:
Identificador de dosificador Cualidades tcnicas del dosificador
Rangos de utilizacin y observaciones.
Equipos de extendido y terminado:
El uso del finisher es obligatorio para las mezclas en caliente excepto en los
siguientes casos:
Granulares asfalticos para obras pequeas de bajo trfico en las cuales
se puede utilizar una motoniveladora.
El refuerzo de pavimentos deformados en los que se necesita una capade re nivelacin, es preferible usar una niveladora.
Equipos de compactacin:
Dependiendo de las condiciones previsibles de la obra, tales como las formulacin de
las mezclas, el espesor, el rendimiento y la velocidad de avance del conjunto de los
equipos de compactacin se deben definir aspectos relevantes como naturaleza,
nmero y principales parmetros de los equipos que se van a utilizar.
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Ejecucin de los trabajos
Fabricacin de las mezclas
Emulsiones de polvo
Se presentan los valores admisibles de concentraciones de polvo en los gases a la
salida de la chimenea:
Controles por parte del contratista:
Aportes de los dosificadores de agregados, de la bomba ligante y del
dispositivo de finos. Temperatura y contenido de agua de los agregados secos
Temperatura del ligante y consumo promedio.
En relacin con el concreto asfltico tenemos:
Una temperatura mxima de los agregados antes del mezclado de 180C y
contenido de agua de mximo a las salida del secador de 0.5%.
La temperatura de introduccin de asfalto en el mezclador dentro de los
lmites dados a continuacin:
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Evaluacin de los controles:
Deben evaluarse a partir de los siguientes criterios:
a) Mtodo de medicin del caudal utilizando para centrales continas.
-Promedio: resultado aceptable si su variacin relativa al contenido ligante es
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Reconocimiento del soporte, extendido y nivelacin
Preparacin de la subrasante
Esta debe cumplir con las normas y especificaciones existentes.
Extendido
Debe realizarse mediante el finisher capaz de esparcir la mezcla asfltica sin producir
segregacin respetando el alineamiento, los perfiles y los aspectos preestablecidos.
Terminado
Terminado por nivelacin
Se puede realizar de manera manual o automtica, se debe realizar de acuerdo con lo
siguiente:
Sobre el eje y bordes, como mnimo y sobre cada perfil transversal del
proyecto, en los casos de referenciacin a obras independientes de la calzada.
En puntos seleccionados sobre perfiles espaciados cada 10m en los casos de
referenciacin a obras anexas a la calzada.
La tolerancia aceptable es de 90 al 95%.Terminado de superficie
Se puede aplicar una viga de referencia lateral articulada de al menos 9m de longitud,
jalada por el finisher.
Los controles se hacen sobre la cantidad promedio de las mezclas colocadas en obra
por unidad de superficie, sobre las flechas y eventualmente sobre los perfiles
transversales y la planeidad.
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Compactacin.
Se construir un tramo de prueba destinado a precisar las modalidades de
compactacin, el tramos de prueba debe permitir obtener para el 95% de los ensayos
de al menos el 100% de la compacidad obtenida en promedio en el laboratorio.
Caso particular de mezclas asflticas de granulometra fina.
La grava y la arena asflticas pueden presentar baja estabilidad antes de enfriamiento
del asfalto por lo cual difcilmente podrn soportar el compactador, teniendo a
fisurarse, por esta razn debe realizarse una precompactacin con el finisher,
utilizando una tabla vibratoria pesada; la compactacin ha de efectuarse con un
compactador neumtico inferior a 0,2 MPa durante el lapso en que la temperatura del
producto permanece superior a 80 o 100C de manera inmediata con un compactadorde placas vibrantes.
Caractersticas antideslizantes.
Se debe tomar todas las medidas del caso para evitar superficies de pavimentos lisos.
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