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UNACH

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Cinthy Lema

on 7 July 2016

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A lo largo de la historia el hombre ha utilizado los recursos provenientes de la naturaleza y los ha adaptado a una metodología para poder satisfacer sus necesidades. Para la ejecución de los asfaltos y la garantía de su comportamiento óptimo con base a las normas establecidas, es necesario practicar estudios que certifiquen la calidad del material y un buen desempeño del mismo.

Por lo que la existencia de métodos para el diseño de mezclas asfálticas en caliente son indispensables, y existen métodos tales como: el Método de Marshall, el Método de SUPERPAVE y el Método de Hveem.

Un caso en particular es el del método de Hveem que tiene como finalidad determinar el contenido óptimo de asfalto para una combinación especifica de agregados y así obtener información de las propiedades de la mezcla asfáltica final.

ANTECEDENTES
COMPAÑÍA AMAZONAS
BUILDING
AMAZONBUILD S.A.

El cohesiometro se emplea en ensayos para clasificar las lechadas bituminosas por medida del par de torsión, en función del tiempo de curado.
INTRODUCCIÓN


Los dos componentes claves del diseño de pavimento son mezcla de diseño y diseño estructural. El objetivo del diseño de mezcla es determinar la mezcla óptima de materiales de componentes para una aplicación determinada.


Fundamentos de diseño de mezcla
Métodos de diseño de mezcla
Pruebas de rendimiento




Método Hveem
Originalmente desarrollado por Francis Hveem (1920 - 1930)

. Actualmente está siendo aplicado en California y en algunos otros estados occidentales de los Estados Unidos.
Sólo se aplica a mezclas asfálticas (en caliente) con cemento asfáltico clasificado por viscosidad o penetración, con agregados de tamaños máximos de 25 mm o menos.
Contenido del asfalto

Contenido resultante en la más alta durabilidad sin caer por debajo de una estabilidad mínima permisible. En otras palabras, puede usarse la emulsión asfáltica mientrascumpla con los requisitos mínimos de estabilidad.
Procedimiento

El método de diseño de mezclas consiste en 6 pasos básicos:

1. Selección del agregado
2. Selección de emulsión asfáltica
3. Preparación de muestras (incluyendo compactación)
4. Determinación de la estabilidad, determinado por el Estabilometro de Hveem
5. Calculo de densidad y vacíos
6. Selección de contenido óptimo de emulsión asfáltica.


Por los años de 1920, la división de carreteras de California había llegado a utilizar una mezcla de asfalto-agregado "mezcla de aceite"

Francis N. Hveem desarrolló un método para determinar la cantidad correcta de esta basándose en la superficie del agregado, que podría ser determinado mediante la gradación del mismo.

Sin embargo, se hizo evidente que incluso teniendo en cuenta el contenido correcto, los caminos que contiene agregados con "textura superficial dura" tienden a deformar excesivamente bajo carga; mientras que caminos que contiene agregados con un " textura superficial irregular" eran más estables.

Por lo tanto, Hveem trabajo para desarrollar un dispositivo que midiera la estabilidad (ESTABILOMETRO DE HVEEM)

Y las muestras que se compactaban en el laboratorio para ser ensayadas no arrojaba resultados similares a los tomados en el campo.

Por lo que de ahí nace, la necesidad de implantar nuevamente una máquina (el COMPACTADOR DE AMASAMIENTO DE CALIFORNIA)

Procedimientos Estándar


AASHTO T 246: Resistencia a la deformación y la cohesión de mezclas bituminosas por medio de aparatos Hveem.

AASHTO T 247: Preparación de probetas de mezclas bituminosas mediante la compactadora de amasamiento de California.

Desarrollado para espesores de pavimento flexible y fundamentado por un conjunto de pruebas de laboratorios.

Condiciones:

a. Presión de expansión.
b. Presión de exudación.
c. Valor de estabilidad (estabilómetro) y la resistencia a la tensión por flexión (cohesiómetro)

El espesor del pavimento que neutraliza la presión y expansión de la subrasante obtenida en el laboratorio “Pe” esta dado así:
et : espesor requerido para neutralizar la presión de expansión [cm]
Pe : presión de expansión [Kg/cm2]
ɣm : peso volumétrico [Kg/cm2]
Se prevé la formación de tres especímenes, por lo menos fabricado con tres humedades diferentes de manera que a fin de cuentas se obtendrán espesores, ligados a tres presiones de expansión una para cada espécimen.
Historia
1. Determinar propiedades físicas globales

a. Dureza y abrasión
b. Durabilidad y solidez
c. Limpieza y materiales nocivos
d. Forma de la partícula y la textura superficial

2. Determinar otras propiedades físicas descriptivas

a. Gradación y Tamaño
b. Gravedad específica y absorción

3. Lograr la gradación del diseño de mezcla

Selección del Agregado
Preparación de la Muestra

Las mezclas de ensayos deben contener una amplia gama de contenido de asfalto por encima y por debajo del contenido óptimo de asfalto. Esto puede lograrse de dos maneras:

1. Selección del contenido de emulsión asfáltica
2. Selección del valor de emulsión asfáltica que este dentro del rango del contenido óptimo estimado

Prueba Centrífuga del Equivalente de Kerosene (CKE)

1.- La diferencia de pesos (peso seco y peso con queroseno) proporciona una estimación de la capacidad de los áridos finos para absorber emulsión asfáltica.

En lo se refiere al valor de estabilidad obtenida en el estabilómetro de Hveem, el espesor de pavimento correspondiente resulta de la fórmula:

eR = 0.098(IT) (100-R)
eR = Espesor del pavimento necesario [cm]
IT = índice de tránsito [periodo de 10 años]
R = es el número de estabilidad de Hveem
El método exige que no se utilice en el diseño espesores del pavimento por estabilidad un valor de R mayor que el que corresponda a una presión de exudación de 21 Kg/cm2 (300lb/plg2).
PROCEDIMIENTOS DE DISEÑO DE ESPESOR DE PAVIMENTO
1. Elaborar 3 probetas o especímenes con contenidos de agua diferente, la tercera la tenga mayor o que uno la tenga mayor y los otros 2 menores.

2. Determinar los valores de presión de exudación de cada una de las probetas.

3. Las mismas probetas deberán colocarse en el estabilómetro de Hveem para obtener el valor de R.

4. Como consecuencia para cada humedad de moldeo se tiene una probeta de la que se conoce la presión de exudación la presión de expansión y el valor de estabilidad.

Y podrán dibujarse gráficas como las que se muestran en la figura
FIGURA A
Permite planear una gráfica que compara los espesores de cubrimiento requeridos por expansión y por estabilidad; obviamente la intersección de esta grafica con la recta a 45° marca el espesor que satisface a la vez ambas condiciones.
FIGURA B
Se ha dibujado una gráfica en la que se anotan los valores de R contra las correspondientes presiones de exudación. Teniendo en cuenta que la presión de exudación máxima es de 21Kg/cm2 (300lb/plg2) será posible obtener en esa grafica un valor de R límite.
Con tal valor de R y la formula (eR) se tendrá otro espesor necesario de cubrimiento, atendiendo la presión de exudación.

La figura proporciona un monograma de trabajo que evita el uso reiterado de la expresión (ee) y (eR).

1. Aplicando la primera fórmula (ee) se calcula el espesor del pavimento por expansión
2. Aplicando la segunda fórmula (eR) será posible conocer el espesor de cubrimiento necesario en cada caso atendiendo la condición de estabilidad.
3. Comparar la expresión de equilibrio, (obtenido en la parte a del gráfico) con el espesor por presión de exudación (obtenido a partir de la parte b de la misma figura). El mayor será el espesor de recubrimiento que requiera el material que se esté estudiando.
4. Se comienza aplicándose al terreno de fundación manejando probetas que permitirá obtener el espesor con que tal material ha de cubrirse para tener un comportamiento satisfactorio.
Hveem llamo a ese material de “cubrimiento graba equivalente” un material con las características de una base común.

1. El método se repetirá para la subrasante fabricando probetas con el material podrá encontrarse el espesor de grava equivalente necesario para protegerlo. De esta manera podrá irse procediendo en dirección ascendente hasta complementar la estructuración deseada en el pavimento.

Hveem y sus colaboradores proporcionan equivalencias de espesores de diferentes capas de las usualmente empleadas en la construcción de pavimentos y la grava definida por ellos como material de cubrimiento.


La tabla proporciona los factores de conversión para los casos que se ilustran que son números tales que multiplicados por el espesor de la capa de pavimento que se propone dan el espesor de grava equivalente correspondiente.
Dónde:
CKE = Equivalente Queroseno
WW = Peso de Muestra Húmeda (después de la centrifuga)
WD = Peso de la muestra seca (antes de sumergida en queroseno)
2.- Determinar la capacidad de superficie del agregado grueso









Dónde:
WW = Peso de Muestra Húmeda (después calentarle en el horno)
WD = Peso de la muestra seca (antes de sumergirla en aceite)

3,- Estimar el contenido óptimo de asfalto


Los ensayos estándar de CKE son:

AASHTO T 270: Centrifugadora con queroseno, betún equivalente y ratio aproximado (descatalogado)
ASTM D 5148: Queroseno equivalente centrifugado
Muestras de contenido de emulsión asfáltica

Basado en los resultados obtenidos del CKE, las muestras son preparadas con el siguiente contenido de emulsión asfáltica (Roberts et al., 1996):

Los valores determinados por la CKE:

0.5, 1.0, 1.5 y 2.0 % sobre el valor CKE (por lo menos un conjunto de muestras debe tener suficiente aglutinante de asfalto como para retirarse después de la compactación).
0.5 y 1.0 % bajo el valor CKE.

Estabilómetro de Hveem
El Estabilómetro de Hveem mide la resistencia a la deformación de una muestra compactada
Utiliza probetas de 101,6 mm de diámetro y 63,5 mm de altura (AASHTO, 2000)
Sistema cerrado de prueba triaxial
Mide la estabilidad de una mezcla de prueba bajo esfuerzos específicos
La probeta está rodeada por una membrana de caucho
Se aplica una carga, a medida que la carga aumenta, la presión lateral proporciona lecturas de intervalos especificados
Si la altura de la muestra no es igual a 64 mm (2,5 in). Se hace una corrección en el valor del estabilómetro
Los resultados dependen de la fricción interna (resistencia) de los agregados, y de la consistencia del asfalto
El valor resultante del estabilómetro se calcula como:







Dónde:
S= valor del Estabilómetro.
Pv= presión vertical – usualmente 2800 KPa (PSI).
Ph=presión horizontal correspondiente para Pv en KPa (PSI).
D=desplazamiento del espécimen en unidades de 0,25mm (0,01in).
Procedimiento del ensayo

1. La probeta es calentada a 60ºC.
2. La probeta es colocada en el estabilómetro.
3. La presión en el estabilómetro es elevada a 34KPa.
4. Una carga vertical es aplicada a una velocidad de 0.02 mm/s hasta lograr
una carga de 26.7KN.
5. Las lecturas de presión lateral son medidas y registradas bajo cargas
verticales específicas.
6. La carga vertical es disminuida a 4.45KN y se mide el desplazamiento
usando una bomba de desplazamiento.
7. El valor HVEEM de estabilidad para la probeta se calcula usando la
información obtenida del ensayo de estabilómetro. El valor de estabilidad se obtiene de una escala arbitraria que va de 0 a 100.
Tabla 5.2 muestra criterios típicos estabilómetro
Cohesiómetro de Hveem
Consiste en someter a una probeta cilíndrica a un esfuerzo de tracción con una velocidad de carga constante hasta conseguir su rotura.






Donde:
C: cohesión relativa valorada en gramo por pulgada de ancho, corregida por altura
P: peso en gramos necesario para romper la probeta
h: altura de la probeta en pulgadas
d: diámetro de la probeta en pulgadas

Compactadora de amasado de California
Dispositivo que aplica presión a una muestra a través de un pie de manipulaciones accionada hidráulicamente.

La preparación estándar es:

AASHTO T 247 y ASTM D 1561: Preparación de probetas de mezclas bituminosas mediante el compactador de amasado de California.

ESTABILOMETRO DE HVEEM
COHESIOMETRO
Análisis de densidad y vacíos
Todas la mezclas preparadas con métodos de diseño utilizan la densidad y vacíos para determinar características físicas básicas.

Densidad (Gmb).
o Máxima gravedad específica teórica (TMD, Gmm).
Estas densidades son luego utilizadas para calcular los parámetros volumétricos.

• Espacios de vacíos (Va), expresado a veces como vacíos en la mezcla total (VTM).
• Vacíos en los agregados minerales (VMA).
• Vacíos llenados de asfalto (VFA)
Ejercicio de Aplicación
Selección del contenido óptimo de emulsión asfáltica
Seleccionado basado en los resultados combinados de la prueba del estabilómetro, análisis de densidad y análisis de vacíos.

Trazar resultados vs. emulsión de asfalto contenido para verificar los posibles errores de la prueba.
La estabilidad de Hveem debe disminuir con el aumento del contenido de asfalto.
La densidad generalmente aumenta con el aumento del contenido de asfalto. La curva puede o no puede alcanzar un máximo.
Los porcentajes de vacíos deben disminuir con el aumento del contenido de asfalto.
El método de "pirámide" es un método común de seleccionar el contenido de asfalto óptimo.

D
iseñar la estructura de un pavimento flexible empleando el método Hveem en relación con un camino localizado sobre un terreno constituido por suelos en general de origen volcánico y lo forman limos orgánicos de mediana plasticidad y de baja a alta compresibilidad (ML y MH) y una alta resistencia. También se encuentran algunas mezclas de suelos y fragmentos pequeños de roca cuyas propiedades son muy variables.

Calcular el índice de tráfico para una carretera principal teniendo en cuenta el análisis de tráfico. Considerar una tasa de crecimiento anual de 7%, constante en los diversos tipos de vehículos y un periodo de diseño de 10 años.

Solución

Permite fijar el número total de CE para la duración prevista del pavimento, considerado en años.

El método considera que la rueda equivalente tiene una presión de inflado de 4.10 kg/cm2.

El efecto de los automóviles al actuar sobre el pavimento no se toma en cuenta.


Para un índice de transito de 8.5 obtenemos un factor de grava equivalente de 1.95 para el concreto asfáltico.

CONCLUSIONES
RECOMENDACIONES
Video
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