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Compactador para elaborar especimenes para la prueba de la deformacion permanente de muestras asfálticas



  1. Resumen del
    proyecto
  2. Introducción
  3. Definición
    de deformación plástica
  4. Normas
  5. Antecedentes
  6. Conclusiones
  7. Bibliografía

Resumen del
proyecto

Los ensayos de laboratorio tratan de reproducir lo mejor
posible las condiciones de solicitaciones in
situ
, e incluyen generalmente distintas posibilidades de
ensayo de muestras, en nuestro caso mezclas asfálticas,
bajo los diferentes estados de tensiones, temperatura, humedad,
compactación, etc. Y aunque existen varios el que
observamos serán los ensayos de rueda cargada o
wheel-Tracking Test, aplicada bajo la Humburg weel-track Testing
Of Compacted Hot-Mix Aspha Lt.

El equipo de ensaye para la rueda de Hamburgo y en
especial los especimenes a ensayar elaborados en el laboratorio,
no muestran su elaboración ni una homologación en
cuanto a sus características de formas,
compactación y contenido de vacíos, mucho menos
muestra los moldes de compactación y base de
sujeción.

Este trabajo muestra las características
homogéneas para los especimenes elaborados en el
laboratorio y el equipo de trabajo para tal fin, que cumpla con
la norma AASHTO T324-04, bajo las especificaciones de la
ESTANDARD SPECIFICATIONS FOR TRANSPORTATION AND METHODS OF
SAMPLING, con lo cual se logrará la reducción de
los costos de inversión.

OBJETIVO GENERAL

|Desarrollar y elaborar un prototipo de compactador y
molde base para la elaboración de especímenes
homogéneos de laboratorio para la realización de la
prueba de Hamburgo, HAMBURG WEEL-TRACK TESTING OF COMPACTED
HOT-MIX ASPHA LT."HMA", a bajo costo.

Introducción

El proceso de diseño de los pavimentos por
métodos mecanísticos-empíricos, al igual que
para otras estructuras de la ingeniería civil, se basa en
la determinación de distintos esfuerzos críticos
que, introducidos en diferentes leyes de falla, permiten
establecer si para el periodo del proyecto, los deterioros de los
pavimentos se mantendrán dentro de ciertos límites
de aceptabilidad que no afecten el nivel de servicio ofrecido al
usuario. Si esta condición no se verifica, deberá
modificarse adecuadamente los espesores o material empleados en
una o más capas de los componentes. El criterio de falla
empleado para nuestro caso es el de la acumulación de
deformaciones permanentes.

Este último modo de falla conduce a la
formación de "ahullamientos" o deformaciones
plásticas en capas de rodadura de pavimentos asfalticos, o
también conocidas como "roderas", que comprometen el
confort y la seguridad, y en consecuencia la calidad de
circulación de los usuarios especialmente en día de
lluvia, donde la acumulación de agua hace altamente
riesgosa la conducción de los vehículos.

Si bien este fenómeno afecta a todas las capas de
la estructura, su influencia puede ser minimizada en las capas
superiores mediante una adecuada dosificación,
formulación y construcción de las mismas. Detectado
todo esto mediante las pruebas de ensayo en el laboratorio. A
continuación daremos un breve repaso de la
deformación, para después ver la importancia que
tiene la preparación de los especímenes para una
correcta prueba de ensayo.

Definición
de deformación plástica

Las deformaciones plásticas son canales que se
forman a lo largo de la trayectoria longitudinal de
circulación de los vehículos, exactamente en las
huellas por donde ruedan los neumáticos sobre el
pavimento. Representan la acumulación de pequeñas
deformaciones permanentes producidas por aplicaciones de carga
provenientes del mismo rodado de los vehículos sobre la
superficie del pavimento y es uno de los tipos de deterioro que
más preocupa dentro del estudio del comportamiento de las
mezclas asfálticas en caliente.

Dada la forma tradicional de estructuración de
los materiales que conforman el pavimento, la deformabilidad
suele crecer hacia abajo, esta interesa sobre todo a niveles
profundos, pues es relativamente fácil que las capas
superiores tengan niveles de deformaciones tolerables aun para
los altos valores de esfuerzos que en ellas
actúan.

En pavimentos, las deformaciones interesan desde dos
puntos de vista: por un lado, las deformaciones excesivas
están asociadas a estados de falla, y por otro, porque es
sabido que un pavimento deformado puede dejar de cumplir sus
funciones, independientemente de que las deformaciones no hayan
conducido a un colapso estructural propiamente dicho (Rico A.,
Del Castillo H., 1992).

Las deformaciones plásticas se caracterizan
principalmente por una sección transversal de la
superficie que ya no ocupa su posición original, asociado
a temperaturas relativamente altas. Para esto se necesita que la
mezcla este elaborada con un cemento asfaltico consistente, lo
más próximo posible a un sólido
elástico también a temperaturas relativamente
altas. El comportamiento de las mezclas asfálticas frente
a la formación de roderas está íntimamente
relacionado con el tipo de ligante asfaltico, la
composición granulométrica y calidad de los
agregados pétreos y aditivos (en ciertos casos) empleados
en la fábrica de la mezcla.

La temperatura funcional del asfalto es de gran
importancia, así como los gradientes de temperatura que en
ocasiones pueden ser combinados debido a la conductividad
térmica de la mezcla, así como la brillantez o la
reflectividad, por medio de la selección del agregado, lo
que afecta a la deformabilidad de los pavimentos. La
distribución lateral de la zona de rodadas está
influenciada por la velocidad del tráfico, el ancho del
carril y la profundidad de las roderas. Las velocidades bajas del
tráfico, corresponden a frecuencias de carga más
bajas, algo que contribuye directamente al desarrollo de las
roderas en las capas asfálticas.

En los métodos de diseño de pavimentos, es
el daño por humedad de las capas asfálticas, que no
necesariamente es causado por la acumulación de esfuerzos
en las mismas, sino por mala interacción química de
los agregados con el asfalto durante condiciones de humedad, este
tipo de daño es el de mayor incidencia en México,
sobre todo podemos observar que después de la temporada de
lluvias aparecen los "Baches" sobre los pavimentos asfalticos
construidos con mezclas susceptibles a la humedad.

Por lo anterior en el presente trabajo se le da un
énfasis especial al control de la calidad de las mezclas
colocadas mediante la prueba de simulación de la Rueda de
Hamburgo. Ya que esta prueba tiene el objetivo de medir la
resistencia a las roderas y a los desgranamientos de una muestra
asfáltica compactada en laboratorio o de corazones de 10
pulgadas extraídos directamente del pavimento. Sirve para
identificar problemas de adherencia de los materiales
pétreos con el cemento asfaltico y para identificar una
mezcla con estructura mineral deficiente, que sea susceptible de
presentar baches o deformaciones permanentes, explicación
general que da la prueba de Hamburgo.

Cabe mencionar que la prueba de simulación de
Hamburgo además de considerar las fallas por humedad de
las muestras asfálticas, también ayuda a predecir
cuándo una mezcla es susceptible a las deformaciones
permanentes, en México la falla por deformación
permanente también se ha hecho muy común en los
pavimentos, sobre todo por el incremento del tráfico y las
cargas fuera de norma que circula en la red de carreteras, donde
los camiones que normalmente circulaban con presiones de inflado
de 80 psi actualmente puede ser de más de 120 psi, junto
con una velocidad muy lenta, que originan una mayor incidencia de
la falla de la deformación permanente.

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Normas

Observando las investigaciones de la Monismitch, C.L. de
1994, de la reacción a la fatiga del asfalto y agregados
Mixtos, bajo las normas SHRP, A-404 del Consejo Nacional de
Investigación, de Washington D.C. USA., en la cual
desarrollaron una serie de pruebas con el fin de analizar el
efecto del contenido de asfalto sobre la deformación
cortante inelástica, obteniendo las siguientes
proporciones para realizar las pruebas:

-Los contenidos de asfalto del 4.5% al 6.0% por peso de
agregado

-Contenido de vacíos del 2.5% al 7.5%

-Especímenes constantes de 15 cm. de
diámetro y 5cm. de alto

Los rangos de los contenidos de asfalto y de contenidos
de vacíos se consideraron lo suficientemente aptos para
obtener en el laboratorio modificaciones en el comportamiento de
la mezclas.

También se observaron que en un incremento en el
contenido de vacíos las mezclas, provocan un decremento en
la resistencia a la generación de roderas.

Las normas que se deben cumplir en las muestras
elaboradas en el laboratorio son las siguientes:

-T324-04 DE LA AASHTO

-LAS ESPECIFICACIONES DE LA SSTMS (STANDARD
ESPECIFICATIONS-FOR TRANSPORTATION AND METHODS OF
SAMPLING)

-LA NORMA SHRP-A-404 DE LA NATIONAL INVESYTIGATION,
WASHINGTON D.C USA.

-LA NORMA N-CMT-4-05-001/02 DE LA SCT MEX.

-LA NORMA N-CMT-4-05-003/02 DE LA SCT MEX.

Antecedentes

Los ensayos de laboratorio tratan de reproducir lo mejor
posible las condiciones de las muestras in situ, e incluyen
generalmente distintas posibilidades de ensayo de las muestras
elaboradas en el laboratorio, bajo los diferentes estados de
tensiones, temperaturas, humedad, y sobre todo de
compactación, para lo cual se tienen varios métodos
para poderlos ensayar en la prueba de Hamburgo.

La prueba que realiza este equipo mide la
deformación permanente y el potencial de desgaste de
muestras compactas de mezclas asfálticas de laboratorio a
una temperatura de 50°C. El equipo permite que dos muestras
sean probadas simultáneamente. La carga es aplicada a la
muestra por una rueda de acero de 46.99 mm de grosor y 203.2 mm
(8") de diámetro durante un periodo de 20,000 ciclos. El
rodamiento realiza 50 recorridos por minuto sobre cada muestra.
La carga aplicada al espécimen es de 705 N equivalente a
71.6 Kg.

El equipo incluye dos charolas de 2", dos charolas de 4"
y dos de 6", así como dos pares de moldes de
polipropileno, tal y como lo establece la norma.

Cuenta con una unidad de cómputo, interfaz y
pantalla no táctil, que soportan un software pre-cargado
de control, el cual es multi-usuario y puede ser monitoreado
vía internet, brinda al usuario todas las opciones de
configuración de la máquina. Los datos son
monitoreados en tiempo real y son almacenados bajo
estándares de seguridad que no pueden ser
alterados.

Dimensiones:

Largo 120 cm

Ancho 110 cm

Alto 124 cm

Peso bruto 750 Kg

Este equipo satisface los criterios establecidos de
acuerdo al método AASHTO T-324.

1.- Compactación Proctor usado por el
Departamento del Transporte en el estado de florida USA, que
aplica una carga de 300 a 400 Kn/cm2.

2.- Compactación Estática (de rodillos)
que aplica cargas de 400Kn/cm2

3.- Compactación por amasado (rodillos pata de
cabra) que aplica cargas de 1500 a 7500 Kn/cm2

4.-Compactación Marshall, método de
compactación que usa la energía de
compactación aplicada, por medio de 75 golpes por cara, la
mezcla logra un mejor acomodo de las partículas logrando
una mejor resistencia a las cargas aplicadas de forma repetida,
simulando el tráfico vehicular. Por lo mismo la hace una
preparación demasiado tardada.

5.- Compactador giratorio superpave, la presión
de consolidación es de 600 Kn/cm2, con un ángulo de
giro de 1.25° y velocidad de giro de 30 rpm. Este compactador
simula adecuadamente la compresión recibida en pistas de
aterrizaje, por lo cual la hace la más adecuada para la
elaboración de briquetas para el análisis de
asfaltos de este tipo en laboratorios. Por estas
características también la hace la más cara,
con precios poco accesibles.

6.- Para las necesidades de nuestro caso seleccionamos
el procedimiento mecánico de compactación llamado
"IMPACTO DE CARGA" el cual realiza la compactación
por aplicación de carga por medio de prensa
hidráulica, la cual logra una presión vertical de
600 Kn/cm2. Con lo cual lograremos pastillas para la prueba de
Hamburgo dentro de las normas anteriormente mencionadas, las
cuales son:

  • Especímenes de 50 mm. De alto

  • Con un contenido de Asfalto de 5%

  • Un contenido de vacíos del 4%

  • Con un diámetro de 10 pulgadas

  • Logradas a una presión de 600 Kn/
    cm2

Conclusiones

Para llevar a cabo las pastillas o briquetas con estas
características en el laboratorio, para la prueba de
Hamburgo, será necesario desarrollar un compactador y su
molde base, con las siguientes características:

Compactador.- Barra hueca de 3 ½
"exterior por 2" interior por 4" de alto soldada a placa circular
de 10" de ½ de espesor en acero.

Molde.- Dos tubos, uno de 10" interior pared de
¼ y 3" de alto. El otro de 10" interior de pared de
¼ y 2 ½ "de alto. (Acero)

Base.- de 14 ½ " por 12" y 3/4 " de
espesor. (Acero)

Bibliografía

AASHTO (1986). "Standard Method of Test for Resilient
Modulus of Subgrade Soils".AASHTO Designation T274-82
(1986).

Arriaga P.M.; garnica A. P. (1998). "Diagnóstico
de las Características Superficiales de los pavimentos".
Publicación técnica n°111. Instrituto Mexicano
del Transporte santandial Qro.

Garnica A.P.;Perez G. N. (2001) "Influencia de las
Condiciones de Compactación en las deformaciones
permanentes de suelos cohesivos Utilizados en la
Construcción de Pavimentos". Publicación
técnica N° 165. Instituto Mexicano del Transporte.
Sanfandila .Qro.

Garnica A.P.;Gómez L. A. (2001)" Deformaciones
Permanentes en Materiales Granulares para la Seccion Estructural
de Carreteras". Publicación técnica N° 176.
Instituto Mexicano del Transporte. Sanfandila, Qro.

Rico R.A. et al. (1998)"Pavimentos Flexibles.
Problemática, Metodologías de diseño y
tendencias".Instituto Mexicano del Transporte.Publicacion
Técnica N°104 Querétaro.

Paul Garnica Anguas , Jose Antonio Gomez López y
Jesús Armando Sesma Martinez MECANICA DE MATERIALES PARA
PAVIMENTOS Publicación Técnica N°197 Sanfandila
Qro,2002.

 

 

Autor:

Daniel Apolos Flores Salazar

 

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